Nghiên cứu kỹ thuật truyền ngược trong miền quang (tt)

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG
---------------------------------------

LÊ NGỌC TÂN

NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT TRUYỀN NGƢỢC TRONG
MIỀN QUANG
Chuyên ngành: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
Mã số: 08.52.02.08

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
(Theo định hƣớng ứng dụng)

HÀ NỘI – 2018


Luận văn được hoàn thành tại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG
Luận văn được hoàn thành tại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG
Người hướng dẫn khoa học: TS. HOÀNG TRỌNG MINH

Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN ĐỨC NHÂN
Phản biện 1: …………………………………………………
………………………………………………………………
Phản biện 2: …………………………………………………
Phản
biện 1: ………………………………………………………………
……………………………………………………………….
Phản biện 2: ……………………………………………………………..
Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học

viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Vào lúc:

....... giờ ....... ngày ....... tháng ....... .. năm ..........

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
Luận văn
sẽ được
bảoHọc
vệ trước
Hội đồng
thạc
sĩ tại Học viện
- Thư
viện của
viện Công
nghệchấm
Bưu luận
chínhvăn
Viễn
thông
Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Vào lúc:

....... giờ ....... ngày ....... tháng ....... năm ...............

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

1

PHẦN MỞ ĐẦU
Trong xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu của con người về trao đổi thông tin
ngày càng lớn, từ đó dẫn đến những đòi hỏi về mạng lưới viễn thông phải có tốc độ cao,
dung lượng lớn. Trong khi các hệ thống truyền dẫn điện đã bắt đầu đạt giới hạn về tốc độ
(hàng chục Gb/s) thì nhu cầu của các mạng lưới viễn thông có thể đã lên đến hàng Tb/s và
thậm chí hơn nữa. Để đáp ứng được nhu cầu về băng thông ngày càng tăng, các hệ thống
truyền tải quang đường trục hiện nay đều hướng tới hoạt động ở khoảng cách lớn và tốc độ
ngày càng cao hơn. Do đó tín hiệu quang trên các hệ thống này đều gặp phải các yếu tố ảnh
hưởng của đường truyền dẫn sợi quang bao gồm nhiễu, tán sắc và các hiệu ứng phi tuyến.
Để khắc phục các suy giảm hiệu năng trên đường truyền dẫn sợi quang đã có nhiều biện
pháp được thực hiện. Các bộ bù tán sắc đặt dọc trên đường truyền dẫn quang hiện nay có thể
bù méo do tán sắc gây ra nhưng lại không bù được các hiệu ứng phi tuyến gặp phải. Thêm
nữa biện pháp này thường chỉ chỉ sử dụng để hoạt động tại một tốc độ xác định, khi hệ
thống được nâng cấp ở tốc độ cao hơn sẽ đòi hỏi phải thiết kế lại đường truyền làm tăng chi
phí. Bởi vậy cùng với các định dạng điều chế mới, các kỹ thuật xứ lý số trong miền quang
đã được quan tâm nghiên cứu trong những năm gần đây để bù méo cho tín hiệu quang.
Trong các kỹ thuật xử lý tín hiệu số, kỹ thuật truyền ngược là một phương pháp xứ lý
mới nhưng cho thấy khả năng bù đồng thời cả hai ảnh hưởng tán sắc và hiệu ứng phi tuyến,
tuy nhiên việc áp dụng thường được thực hiện offline do gặp phải giới hạn về tốc độ chip xử
lý. Hơn nữa kỹ thuật này cũng bị hạn chế trong xử lý tín hiệu ghép kênh nhiều bước sóng
WDM trên hệ thống. Vài năm trở lại đây do sự phát triển nhanh các bộ xử lý tốc độ cao nên
kỹ thuật truyền ngược đã có nhiều sự quan tâm trong việc tìm kiếm các giải thuật xử lý hiệu
quả.
Xét từ nhu cầu bù méo gây ra trên đường truyền dẫn quang phù hợp cho các tín hiệu
đa kênh bước sóng, học viên đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu kỹ thuật truyền ngƣợc trong
miền quang” để thực hiện luận văn tốt nghiệp nhằm mục đích cải thiện hệ thống truyền tải
quang tốc độ cao.
1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Khi tốc độ và dung lượng của mạng truyền tải quang càng ngày càng tăng để đáp ứng
được nhu cầu băng thông của khách hàng thì các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng đường
truyền như tán sắc và hiệu ứng phi tuyến càng trở nên nghiêm trọng. Do vậy việc tìm kiếm


2

các giải pháp kỹ thuật để bù méo cải thiện chất lượng truyền dẫn đã được quan tâm từ lâu.
Một trong các kỹ thuật được quan tâm nghiên cứu gần đây là kỹ thuật truyền ngược trong đó
tín hiệu được mô hình hóa và thực hiện truyền ngược để đảo ngược lại các yếu tố ảnh hưởng
trước khi giải điều chế tín hiệu. Kỹ thuật truyền ngược này có thể thực hiện trong miền số
bằng các bộ DSP tốc độ cao hoặc có thể thực hiện hoàn toàn trong miền quang [1-6].
Trong vài năm gần đây, kỹ thuật truyền ngược trong miền quang được các nhà
nghiên cứu trên thế giới quan tâm vì cho phép bù méo đồng thời các tín hiệu WDM [4-6].
Các nghiên cứu tập trung vào kỹ thuật thực hiện và cấu hình truyền ngược trong miền quang
nhằm cải thiện hiệu năng trên đường truyền dẫn sợi quang. Một số công trình cũng nghiên
cứu xác định tối ưu các tham số cho cấu hình truyền ngược [4].
Tại Việt Nam nghiên cứu về kỹ thuật truyền ngược trong miền quang còn mới mẻ
chưa có những nghiên cứu cụ thể về vấn đề này.
2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu kỹ thuật truyền ngược trong miền
quang từ đó đánh giá khả năng bù méo để cải thiển hiệu năng của hệ thống truyền dẫn
quang.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Kỹ thuật xử lý tín hiệu trong miền quang để bù méo.
- Phạm vi nghiên cứu: Luận văn tập trung vào hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao
đường dài.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Để thực hiện được mục đích đặt ra luận văn sẽ được nghiên cứu thông qua nghiên
cứu tài liệu về lý thuyết về hệ thống truyền dẫn quang cũng như kỹ thuật truyền ngược trong

miền quang. Sau đó xây dựng mô hình khảo sát đánh giá khả năng áp dụng của kỹ thuật qua
tính toán và mô phỏng bằng phần mềm.
Bố cục luận văn gồm 3 chƣơng
Chương 1: Tổng quan hệ thống truyền dẫn quang
Chương 2: Các kỹ thuật truyền ngược trong miền quang
Chương 3: Khảo sát kỹ thuật truyền ngược trong miền quang
Kết luận và khuyến nghị


3

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN
QUANG
1.1 Giới thiệu chung
Hệ thống truyền dẫn quang cơ bản gồm một lõi hình trụ làm bằng vật liệu thủy tinh
có chỉ số chiết suất n1 lớn và bao quanh lõi là một vỏ phản xạ hình ống đồng tâm với lõi và
có chiết suất n2 > n1. Trong phần này, chủ yếu khái quát về các kỹ thuật và công nghệ chính
của hệ thống thông tin quang bao gồm hệ thống ghép kênh quang phân chia theo bước sóng,
các định dạng điều chế quang và một số yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu quang cơ bản.
1.2 Hệ thống ghép kênh phân chia theo bƣớc sóng
1.2.1 Nguyên lý
Hệ thống ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) nhằm tăng dung lượng truyền
dẫn. Hệ thống WDM dựa trên cơ sở tiềm năng băng tần của sợi quang để mangđi nhiều
bước sóng ánh sáng khác nhau, điều thiết yếu là việc truyền đồng thờinhiềubước sóng cùng
một lúc này không gây nhiễu lẫn nhau. Mỗi bước sóng đại diện cho một kênh quang trong
sợi quang. Công nghệ WDM phát triển theo xu hướng mà sự riêng rẽ bước sóng của kênh có
thể là một phần rất nhỏ của 1 nm hay 10-9m, điều này dẫn đến các hệ thống ghép kênh theo
bước sóng mật độ cao (DWDM). Các thành phần thiết bị trước kia chỉ có khả năng xử lý từ
4 đến 16 kênh, mỗi kênh hỗ trợ luồng dữ liệu đồng bộ tốc độ 2,5 Gbit/s cho tín hiệu mạng
quang phân cấp số đồng bộ (SDH/SONET). Các nhà cung cấp DWDM đã sớm phát triển

các thiết bị nhằm hỗ trợ cho việc truyền nhiều hơn các kênh quang. Các hệ thống với hàng
trăm kênh giờ đây đã sẵn sàng được đưa vào sử dụng, cung cấp một tốc độ dữ liệu kết hợp
hàng trăm Gbit/s và tốc độ Tbit/s truyền trên một sợi đơn.
1.2.2 Phương pháp truyền dẫn
-

Phương pháp ghép bước sóng theo một hướng là kết hợp các bước sóng khác

nhau vào sợi tại một đầu và thực hiện tách chúng để chuyển tới các bộ tách sóng quang ở
đầu kia.
-

Phương pháp ghép bước sóng theo hai hướng là phát thông tin theo một hướng

theo bước sóng 1 và đồng thời cũng phát thông tin theo hướng ngược lại tại bước sóng 2.
1.3 Các định dạng điều chế quang tiên tiến
1.3.1 Điều chế PSK
1.3.2 Điều chế BPSK


4

1.3.3 Điều chế QPSK
1.3.4 Điều chế PSK bậc cao
1.3.5 Điều chế tín hiệu DP-QPSK
1.4 Các yếu tố ảnh hƣởng lên hệ thống truyền dẫn quang sợi
1.4.1 Suy hao
1.4.2 Tán sắc săc thể
1.4.3 Tán sắc mode phân cực (PMD)
1.4.4 Nhiễu phát xạ tự phát được khuếch đại

1.4.5 Méo phi tuyến
1.4.5.a Tự điều chế pha
1.4.5.b Điều chế pha chéo
1.4.5.c Hiệu ứng trộn bốn sóng
1.5 Kết luận chƣơng
Ghép kênh quang phân chia theo bước sóng là một giải pháp rất hiệu quả trong việc
tăng dung lượng truyền dẫn. Kỹ thuật này là biện pháp rất khả thi khi triển khai mạng thuê
bao quang đối với mạng nội hạt. Việc sử dụng các bộ ghép kênh quang theo bước sóng trên
mạng đường trục cho phép rẽ nhánh các tuyến đang khai thác ở những điểm khó khăn về
mặt cấp nguồn vì bộ ghép bước sóng không cần đến nguồn điện, nâng cấp dung lượng tuyến
đang khai thác hoặc thiết kế mới. Nhưng ở kỹ thuật này còn có những hạn chế cần khắc
phục như: suy hao, xuyên kênh, hiệu ứng phi tuyến tán sắc.


5

CHƢƠNG 2: CÁC KỸ THUẬT TRUYỀN NGƢỢC TRONG
MIỀN QUANG
2.1 Mô hình truyền ngƣợc
2.1.1 Đặt vấn đề
Nhu cầu sử dụng băng thông cao những thập kỉ vừa qua do sự phát triển của Internet
đã thúc đẩy nhiều công nghệ mới ra đời để có thể được áp dụng đáp ứng những yêu cầu đòi
hỏi trong các mạng truyền tải tương lai. Trong đó, sợi quang vẫn sẽ luôn là môi trường
truyền tải then chốt trên mạng vì cửa sổ truyền dẫn vô cùng lớn với suy hao nhỏ của nó.
Những giải pháp và xu hướng công nghệ để tăng được dung lượng của hệ thống truyền tải
quang sợi cho thấy trong hình bao gồm: tăng số lượng kênh bước sóng sử dụng thông qua
công nghệ WDM, tăng tốc độ và hiệu suất sử dụng phổ tần của một kênh bước sóng bằng
các kỹ thuật điều chế mới như QPSK, QAM và OFDM. Tuy nhiên việc tăng dung lượng và
khoảng cách truyền dẫn cũng sẽ làm tăng các thách thức trong việc xử lý các ảnh hưởng
truyền dẫn trên đường truyền dẫn quang.

2.1.2 Mô hình truyền xung trong sợi quang
Các hệ thống truyền tải quang hiện nay đều sử dụng sợi đơn mode. Do đó quá trình
biến đổi của một xung tín hiệu khi lan truyền trong sợi quang đơn mode có thể được mô tả
đầy đủ bởi phương trình Schödinger phi tuyến (NLSE - Nonlinear Schödinger Equation)
[1]:





m
M
 2
E

j 
 2
2
m 1  m  E
 E j
 j  E E 
E E  TR E E 
z
2
m! t
0 t
t
m2





TR  f R

 th (t )dt
R



Trong đó E(z,t) là biên độ tín hiệu trường quang; z là cự lylan truyền; α là hệ số suy
hao của sợi; βm là các hệ số tán sắc bậc m; γ là hệ số phi tuyến của sợi; ω 0 là tần số sóng
mang quang; fR là hệ số mô tả hiệu ứng Raman; và hR(t) là hàm đáp ứng Raman.
2.1.3 Mô hình truyền ngược
Như mô tả ở phần trên, tín hiệu lan truyền trong sợi quang tuân theo phương trình
Schrödinger phi tuyến (NLSE), và quá trình này được gọi là quá trình lan truyền thuận
(Forward Propagation). Phương trình Schrödinger phi tuyến được viết gọn lại như sau:
E ( z, t )
 ( N  D) E ( z , t )
z

(2.5)


6

Trong đó, D là toán tử tuyến tính, đặc trưng cho các hiện tượng tán sắc và suy hao;
N là toán tử phi tuyến, đặc trưng cho các hiệu ứng phi tuyến khi lan truyền. Nếu bỏ qua các

thành phần tán sắc bậc cao và tán xạ Raman, toán tử N và D có thể được viết thành:
N  j E ( z, t )

D


2



2

j2  2
2 t 2

(2.6)
(2.7)

Ngược lại, nếu giả sử quá trình truyền tín hiệu bị đảo ngược lại thì tín hiệu bị méo
dạng tại đầu ra sợi quang sẽ trở về lại dạng tín hiệu như đầu vào sợi quang tức là không bị
méo dạng. Đây cũng chính là ý tưởng để bù méo tín hiệu bằng phương pháp truyền ngược
(Backward Propagation).
Có một số kỹ thuật để thực hiện truyền ngược bao gồm:
- Kỹ thuật truyền ngược trong miền số (DBP)
- Kỹ thuật đảo phổ giữa tuyến (Mid-link OPC)
- Kỹ thuật truyền ngược trong miền quang (OBP)
2.2 Một số kỹ thuật truyền ngƣợc để bù méo
2.2.1 Phương pháp truyền ngược miền số
Như đã thảo luận ở trên, hai ảnh hưởng chính trong sợi quang là suy giảm tuyến tính
bao gồm tán sắc sắc thể (CD) và tán sắc mode phân cực (PMD), và suy giảm phi tuyến bao
gồm SPM, XPM, FWM,...Những ảnh hưởng này có thể được bù riêng biệt. Tuy nhiên, DBP
đã được đề xuất như là một kỹ thuật phổ quát để bù đắp sự suy giảm tuyến tính và phi tuyến

trong sợi quang [30]. DBP hoạt động dựa trên các tín hiệu nhận được từ bộ thu coherent
bằng cách gửi chúng vào một sợi ảo với các tham số của dấu trái ngược với các tham số
trong sợi truyền. Các tín hiệu truyền có thể được giải quyết bằng NLSE nghịch đảo.
DBP cho phép công suất phát cao hơn và khoảng cách có thể đạt được xa hơn trong
các hệ thống WDM. Trong trường hợp không có tiếng ồn, suy tuyến tính và phi tuyến xác
định có thể được bù đắp đầy đủ với độ chính xác phù hợp nếu có đủ các bước trong mỗi
khoảng xơ, trong khi nhược điểm chính là độ phức tạp cao do yêu cầu bước xử lý lớn. Bên
cạnh đó, rất khó áp dụng DBP khi có sự hiện diện của PMD.
2.2.2 Phương pháp Fourier tách bước
Để thực hiện quá trình truyền ngược tín hiệu ta cần giải thuật để giải phương trình
(2.8). Do hai phương trình Schrodinger thuận và ngược này chỉ khác nhau về dấu của các


7

tham số sợi quang, nên ta hoàn toàn có thể dùng chung một giải thuật để giải chúng. Phương
pháp đơn giản và phổ biến nhất hiện naycho phép giải quyết vấn đề này, đó là phương pháp
Fourier chia bước (SSFM - Split Step Fourier Method)[1].
2.2.3 Phương pháp đảo phổ giữa tuyến
Một phương pháp khác bù lại các méo dạng là dựa trên sự liên hợp pha quang (OPC),
cũng là một trong những thành phần then chốt của truyền ngược quang. Kỹ thuật OPC đã
thu hút được nhiều sự chú ý trong các nghiên cứu. Phương pháp phổ biến nhất để thực hiện
OPC là sử dụng hiệu ứng trộn bốn sóng (FWM) để tạo ra các tín hiệu liên hợp pha trong
môi trường phi tuyến.
2.2.4 Phương pháp truyền ngược quang
Vì trong một hệ thống truyền dẫn đường dài, điểm giữa của OPC giữa rất khó xác
định, phương pháp truyền ngược quang OBP được xem là khắc phục nhược điểm này.
2.3 Kỹ thuật truyền ngƣợc toàn quang OBP
2.3.1 Nguyên lý kỹ thuật OBP
OBP áp dụng nguyên tắc làm việc tương tự như phương pháp Mid-Link OPC.Cả hai

phương pháp đều sử dụng sợi HDF, HNLF để bù tán sắc và hiệu ứng phi tuyến tương ứng.
Tuy nhiên, sự khác biệt là thay vì sử dụng OPC để đảo ngược pha tích lũy bởi các tín hiệu
gây ra do sự tán sắc và hiệu ứng phi tuyến, OBP tận dụng OPC để bù tán sắc và hiệu ứng
phi tuyến dọc theo tuyến truyền dẫn.
2.3.2 Cấu hình hệ thống OBP
Tương tự như phương pháp Fourier tách bước sử dụng trong kỹ thuật truyền ngược
trong miền số đề cập ở phần trước, hiệu năng bù méo phụ thuộc vào cỡ bước khoảng cách
sử dụng. Đối với phương pháp OBP, các nghiên cứu thường sử dụng cỡ bước được tính để
bù méo cho cả một chặng. Do đó thường có hai kiểu cấu hình hệ thống OBP hay được xem
xét:
Trường hợp cỡ bước đầy đủ sử dụng Δz = La, nó là khoảng cách giữa các bộ khuếch
đại liên tiếp nhau.
Trường hợp cỡ bước một nửa sử dụng Δz = La/2, tức cỡ bước truyền lan trong mô
hình truyền ngược tương đương với một nửa khoảng cách giữa các bộ khuếch đại.
Trường hợp cấu hình đầu tiên còn được gọi là cỡ bước kích thước đầy đủ OBP, HDF,
HNLF

TX được sử dụng để xác định độ dịch pha phi tuyến do HDF, HNLF và sợi


8

truyền dẫn tương ứng trong một chặng cụ thể của OBP và chặng truyền truyền dẫn của nó.
Các độ dài của các sợi này là LHDF, LHNLF và LTX.
2.4 Kết luận chƣơng
Chương 2 của luận văn trình bày tổng quát về kỹ thuật truyền ngược để bù méo trong
các hệ thống thông tin quang đường dài. Một số kỹ thuật truyền ngược cũng đã được giới
thiệu trong chương này. Một trong số đó là giải pháp sử dụng kỹ thuật truyền ngược trong
miền quang OBP. OBP sử dụng môi trường phi tuyến với các sợi phi tuyến cao có thể được
sử dụng (HNLF) làm tăng hiệu quả sử dụng băng thông. Bước sóng tán sắc bằng không của

HNLF tương tự như DSF khoảng 1550nm. Tuy nhiên hệ số phi tuyến của nó ( 15 W-1 km1

) lớn hơn nhiều so với hệ số phi tuyến của DSF ( 15 W-1 km-1).Kết quả là sợi HNLF ngắn

khoảng 750m có thể có được hiệu suất chuyển đổi tương tự như một DSF dài hơn 10km.


9

CHƢƠNG 3: KHẢO SÁT KỸ THUẬT TRUYỀN NGƢỢC
TRONG MIỀN QUANG
3.1 Giới thiệu
Trong nội dung của chương này, một hệ thống truyền dẫn quang sử dụng kỹ thuật
truyền ngược trong miền quang OBP sẽ được phân tích và khảo sát thông qua mô phỏng. Hệ
thống mô phỏng được xây dựng dựa trên phần mềm mô phỏng Optisystem 7.0.Định dạng
điều chế sử dụng trong hệ thống là DPSK. Hệ thống khảo sát sẽ sử dụng cách tử Bragg sợi
quang (FBG) thay cho sợi tán sắc lớn HDF làm phần tử bù tán sắc và sợi HNLF làm phần tử
bù phi tuyến nhằm giảm kích thước của khối OBP và tăng tính linh hoạt cho thành phần này
khi FBG có thể cho phép điều chỉnh độ tán sắc để bù bằng gia nhiệt. Có hai cấu hình OBP
khảo sát trong phần này bao gồm:
- Mô hình 1: Mô hình hệ thống OBP cỡ bước đầy đủ trong đó mỗi bước khoảng cách
bù bằng với khoảng cách giữa các bộ khuếch đại trên tuyến.
- Mô hình 2: Mô hình hệ thống OBP cỡ bước lớn trong đó mỗi bước khoảng cách bù
bằng 2 lần khoảng cách giữa các bộ khuếch đại trên tuyến.Với cỡ bước lớn này cho phép
giảm số phần tử trong khối OBP giúp giảm chi phí và gọn nhẹ hơn.
3.2 Mô hình khảo sát
3.2.1 Mô hình hệ thống OBP cỡ bước đầy đủ
Mô hình hệ thống truyền dẫn quang sử dụng điều chế DPSK và truyền trên sợi quang
đơn mode chuẩn có chiều dài tuyến là 300 km. Sau đó tín hiệu quang sẽ được bù méo bằng
OBP trước khi đi vào bộ thu quang. Hiệu năng của hệ thống được đánh giá qua ước tính tỉ

số lỗi bit BER dựa trên biểu đồ mắt.

Hình 3.1: Mô hình hệ thống truyền dẫn quang sử dụng OBP cỡ bƣớc đầy đủ


10

Mô hình khảo sát sẽ bao gồm các thành phần chính sau:
- Khối bộ phát quang: sử dụng định dạng điều chế DPSKdo đó chuỗi bit ngẫu nhiên
tại tốc độ 40 Gb/s được mã hóa vi sai trước khi được tạo dạng xung để đưa vào bộ điều biến
điện quang Mach-Zehnder (MZM). Một nguồn laser CW làm nguồn phát quang cũng được
đưa vào với bước sóng được thiết lập phù hợp.Sơ đồ cấu hình khối bộ phát quang được cho
thấy trong hình 3.2.

Hình 3.2: Sơ đồ khối phát quang DPSK

- Khối bộ thu: Khối bộ thu thực hiện chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện.
Tín hiệu quang đi vào sẽ qua bộ lọc quang để giảm bớt nhiễu quang, sau đó đi qua bộ giao
thoa Mach-Zehnder (MZI) để giải điều chế tín hiệu DPSK cùng với bộ thu cân bằng sử
dụng diode thu quang PIN. Tín hiệu điện thu được cũng được lọc thông thấp để giảm bớt
nhiễu đầu ra. Sơ đồ cấu hình khối bộ thu quang được cho thấy trong hình 3.3.

Hình 3.3: Sơ đồ khối thu quang DPSK


11

- Tuyến truyền dẫn: Tuyến truyền dẫn có khoảng cách 300 km chi sử dụng sợi đơn
mode chuẩn được chia thành 6 chặng truyền dẫn, mỗi chặng dài 50 km. Các bộ khuếch đại
EDFA được sử dụng để bù suy hao mỗi chặng.Sơ đồ cấu hình tuyến truyền dẫn quang có

thể thấy trong hình 3.1.
- Khối OBP: Khối này bao gồm có thành phần thực hiện liên hợp pha quang (OPC)
và các phần tử FBG để bù phần tán sắc và HNLF để bù phần phi tuyến. Phần OPC được
thực hiện thông qua hiệu ứng FWM trong sợi HNLF, tín hiệu đầu ra được qua bộ lọc quang
để lọc lấy tín hiệu liên hợp pha quang. Phần bù trong mô hình truyền ngược OBP cỡ bước
đầy đủ bao gồm 2 phần tử FBG có độ tán sắc bù cho một chặng truyền dẫn và 1 phần tử
HNLF đặt giữa để bù cho sự dịch pha phi tuyến. Do bù cho 6 chặng truyền dẫn nên mỗi
bước OBP sẽ được lặp 6 lần. Bộ khuếch đại EDFA và bộ suy hao được sử dụng để hiệu
chỉnh công suất đi vào sợi HNLF.

Hình 3.4: Sơ đồ khối truyền ngƣợc quang OBP cỡ bƣớc đầy đủ

3.2.2 Mô hình hệ thống OBP cỡ bước lớn
Hệ thống truyền dẫn quang khảo sát sử dụng OBP cỡ bước lớn cũng tương tự hệ
thống sử dụng OBP cỡ bước đầy đủ như mô tả ở hình 3.1. Điểm khác biệt ở mô hình này là
ở cấu hình khối OBP có cỡ bước bù bằng khoảng cách của 2 chặng thay cho chỉ 1 chặng
như ở mô hình OBP cỡ bước đầy đủ.Sơ đồ chi tiết cấu hình khối OBP cỡ bước lớn có thể
thấy trong hình 3.5.


12

Hình 3.5: Sơ đồ khối truyền ngƣợc quang OBP cỡ bƣớc lớn

3.3 Tham số hệ thống mô phỏng
Các tham số của các thành phần sử dụng cho hệ thống mô phỏng được cho trong
bảng 3.1.
Bảng 3. 1: Tham số hệ thống quang 40 Gbps DPSK
Tham số hệ thống
Tham số toàn cục

Bộ phát quang
CW Laser

Sợi quang

Đơn vị

Giá trị
Tốc độ bít

40

Gbps

Độ dài chuỗi bít

128

Bits

Số mẫu/bit

64

Số lượng mẫu

8192

Tần số

193.1

THz

Công suất

-6  + 11

dBm

Độ rộng đường phổ

10

MHz

Độ dài mỗi chặng

50

Km

Hệ số suy hao

0.2

dB/Km

Tán sắc

17

ps/nm.km

Aeff

80

Chiết suất phi tuyến

2.6e-20

Bộ khuếch

Độ lợi G

10

dB

đại EDFA

NF

6

dB

Các tham số của các thành phần sử dụng trong khối OBP được cho trong bảng 3.2.

13
Bảng 3. 2: Tham số khối OBP
Tham số hệ thống
Laser bơm
CW khối OPC

Sợi quang
HNLF cho OPC

Đơn vị

Giá trị
Tần số

192.6

THz

Công suất

22

dBm

Độ rộng đường phổ

10

MHz

Độ dài

1

Km

Aeff

20
6e-20

SợiFBG

Sợi quang HNLF
choOBP

Tán sắc

0.5

ps/nm/km

Hệ số suy hao

0.5

dB/km

Tần số

192.1

Độ rộng băng

1

Tán sắc

400 800

Độ dài

250  500

Aeff

20

n2

6e-20

Tán sắc

0.5

ps/nm/km

Suy hao

0.5

dB/km

THz

m

3.4 Kết quả mô phỏng và nhận xét
Hình 3.6 cho thấy phổ tín hiệu DPSK 40 Gb/s tại đầu ra khối phát quang trước khi
truyền dẫn. Hình 3.7 cho thấy phổ tín hiệu sau khi truyền dẫn qua tuyến sợi quang 300 km
tại mức công suất phát 9 dBm và bị tác động của nhiễu phi tuyến.

Hình 3.6: Dạng phổ của tín hiệu phát DPSK 40 Gb/s


14

Hình 3.7: Dạng phổ của tín hiệu sau truyền dẫn qua tuyến dài 300 km tại mức công
suất phát 9 dBm

Tín hiệu sau đó sẽ được lấy liên hợp pha quang để thực hiện truyền ngược thông qua
quá trình trộn bốn sóng FWM sử dụng sợi HNLF. Hình 3.8 cho thấy phổ của tín hiệu trước
và sau khi truyền qua sợi HNLF trong phần OPC.


15

Hình 3.8: Phổ của tín hiệu (a) trƣớc khi, và (b) sau khi truyền qua sợi HNLF trong bộ
OPC

 Khảo sát tham số BER

Phụ thuộc vào công suất thu
Hiệu năng của hệ thống truyền dẫn ở hai mô hình khảo sát được đánh giá qua BER
phụ thuộc vào công suất thu. Mức phát tín hiệu ở cả hai mô hình đều được thiết lập ở mức 1
dBm. Kết quả khảo sát ở hai mô hình được cho thấy trong hình 3.9 cùng được so sánh với
trường hợp back-to-back (đấu trực tiếp bộ phát với bộ thu không qua tuyến truyền dẫn).

Hình 3.9: BER phụ thuộc vào công suất thu. Hình con cho thấy một phần phóng to của
đƣờng cong BER giữa hai mô hình khảo sát


16

Nhận xét: Từ kết quả hình 3.9 cho thấy không có sự khác biệt nhiều về hiệu năng
giữa hai mô hình. Hai mô hình đều cho thấy khả năng bù méo tuyến truyền dẫn.Tuy nhiên,
cả hai đường đường cong BER của hai mô hình đều cho thấy một nền lỗi BER tức sự bão
hòa khả năng bù lỗi tại mức lỗi gần 10-6. Tại mức ngưỡng BER cỡ 10-3 độ nhạy thu của hai
mô hình OBP có thể đạt cỡ -24 dBm và chỉ có độ thiệt thòi về công suất nhỏ chỉ 0,5 dB so
với trường hợp back-to-back. Độ nhạy thusẽ bị suy giảm nhanh tại mức ngưỡng BER thấp
hơn, cụ thể độ nhạy đạt cỡ -20dBm tại ngưỡng BER cỡ 10-5. Sự giới hạn về khả năng bù này
có thể do sự ảnh hưởng của quá trình phi tuyến xảy ra trong sợi HNLF. Bên cạnh quá trình
trộn bốn sóng tạo ra tín hiệu liên hợp pha quang mong muốn, còn có các quá trình trộn khác
thông qua các hiệu ứng XPM, FWM tạo ra thành phần nhiễu quang rơi đúng băng tần tín
hiệu liên hợp pha quang đầu ra. Các thành phần nhiễu pha quang dễ bị chuyển đổi thành
nhiễu cường độ khi đi qua bộ giao thoa MZI ở bộ thu làm suy giảm tín hiệu.


Phụ thuộc vào công suất phát

Hiệu năng của hệ thống truyền dẫn ở hai mô hình khảo sát được đánh giá qua BER
phụ thuộc vào công suất phát để xem xét khả năng bù phi tuyến. Trong khảo sát này, mức
công suất phát được thiết lập từ mức thấp nhất cỡ -6 dBm đến mức cao nhất +11 dBm. Kết
quả khảo sát ở hai mô hình được cho thấy trong hình 3.10 cùng được so sánh với trường hợp
không sử dụng phần tử sợi HNLF để bù phi tuyến trong khối OBP.

Hình 3.10: BER phụ thuộc vào công suất phát


17

Nhận xét: Kết quả hình 3.10 cho thấy sự khác biệt nhỏ về khả năng bù phi tuyến
giữa hai mô hình. Mô hình OBP cỡ bước lớn cho thấy khả năng bù phi tuyến tốt hơn so với
mô hình OBP cỡ bước đầy đủ.So sánh với trường hợp không sử dụng sợi HNLF, cả hai mô
hình đều cho thấy khả năng bù phi tuyến tốt hơn cho thấy rõ vai trò của phần tử HNLF trong
bù phi tuyến. Một cách cụ thể, mức BER thấp nhất ở mô hình không dùng HNLF có thể đạt
được ở mức phát 1 dBm, còn ở mô hình OBP cỡ bước lớn có thể đạt được ở mức phát 3
dBm. Còn tại mức ngưỡng BER cỡ 10-5, mô hình OBP cỡ bước lớn có mức cải thiện lớn
hơn 1 dB so với mô hình không sử dụng HNLF.Sự ảnh hưởng của phi tuyến có thể thấy rõ
qua biểu đồ mắt ở hai mức công suất phát khác nhau được cho thấy trong các hình 3.11 và
3.12. Tại mức công suất phát lớn cỡ 9 dBm, biểu đồ mắt cho thấy bị suy giảm do sự tác
động của phi tuyến, đặc biệt các ảnh hưởng điều biến pha phi tuyến sẽ bị chuyển đổi thành
điều biến cường độ tác động mạnh lên chất lượng của tín hiệu DPSK. Mặc dù cả hai mô
hình đều có khả năng bù phi tuyến.
3.5 Kết luận chƣơng
Chương 3 của luận văn đã khảo sát khả năng bù méo ảnh hưởng của các hiệu ứng
quang sợi trong hệ thống truyền dẫn quang DPSK 40 Gb/s thông qua mô hình mô phỏng.

Có hai mô hình OBP đã được khảo sát gồm mô hình cỡ bước đầy đủ và cỡ bước lớn. Các
kết quả đánh giá hiệu năng hệ thống dưới ảnh hưởng của các hiệu ứng quang sợi và nhiễu
ASE của bộ khuếch đại EFDA. Dựa vào các kết quả thu được ta có thể đánh giá khả năng
bù và các giới hạn bù của kỹ thuật truyền ngược trong miền quang.


18

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Với nhu cầu tăng băng thông trong các mạng truyền dẫn quang, nhiều công nghệ
được sử dụng bao gồm công nghệ ghép kênh theo bước sóng DWDM và các định dạng điều
chế mới để tăng tốc độ kênh truyền với hiệu suất sử dụng phổ cao. Tuy nhiên dung lượng
mạng luôn bị giới hạn bới các yếu tố ảnh hưởng gây méo truyền dẫn trong sợi quang như
tán sắc và hiệu ứng phi tuyến. Đã có nhiều biện pháp để bù ảnh hưởng tán sắc và ảnh hưởng
phi tuyến tách biệt nhau. Tuy nhiên phương pháp bù mới dựa trên kỹ thuật truyền ngược
trong miền quang OBP cho thấy khả năng bù đồng thời cả ảnh hưởng tán sắc và phi tuyến
với mức độ linh hoạt cao khi sử dụng.
Luận văn đã xem xét tổng quan kỹ thuật truyền ngược trong bù méo tín hiệu. Cơ sở
lý thuyết của kỹ thuật truyền ngược trong miền quang OBP cũng được trình bày trong
chương 2 và làm tiền đề để đưa ra mô hình khảo sát ở chương 3 của luận văn. Bằng cách sử
dụng phần mềm mô phỏng Optisystem để xây dựng hệ thống mô phỏng truyền dẫn quang
DPSK 40 Gb/s, hai mô hình OBP cỡ bước đầy đủ và cỡ bước lớn đã được khảo sát để đánh
giá khả năng bù méo. Các thành phần sử dụng trong mô hình khảo sát được thiết lập tham
số đúng với hệ thống thực tế và phổ biến trên mạng. Các kết quả thu được đều cho thấy khả
năng bù đồng thời cả hiệu ứng tán sắc và hiệu ứng phi tuyến. Tuy nhiên, kết quả khảo sát
cũng cho thấy giới hạn của phương pháp bù do ảnh hưởng của các thành phần nhiễu quang
sinh ra từ quá trình trộn phi tuyến trong phần liên hợp pha quang OPC sử dụng sợi HNLF.
Do vậy, để cải thiện khả năng bù méo của phương pháp OBP có thể cần xem xét các thành
phần phi tuyến tạo liên hợp pha quang với nhiễu sinh ra thấp.