chương 3 hệ thống ghép kênh quang phân chia theo bước sóng (wdm)

CHƯƠNG 3

HỆ THỐNG GHÉP KÊNH QUANG
PHÂN CHIA THEO BƯỚC SÓNG (WDM)
3.1.Giới thiệu chương
Các hệ thống thông tin quang với ưu điểm băng thông rộng, cự ly xa, không ảnh
hưởng của nhiễu và khả năng bảo mật cao ,phù hợp với các tuyến thông tin xuyên lục địa
đường trục và có tiềm năng to lớn trong việc thực hiện các chức năng của mạng nội hạt
với các cấu trúc linh hoạt và đáp ứng mọi loại hình dịch vụ hiện tại và tương lai. Công
nghệ tách/ghép kênh theo bước sóng WDM ra đời đã nhằm giải quyết được phần nào bài
toán dung lượng truyền tải băng rộng.
3.2.Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng
WDM là phương thức ghép kênh phân chia theo bước sóng được sử dụng trong sợi
quang. Trong thông tin sợi quang, tín hiệu tương ứng với một kênh được chuyển sang
một tần số quang học( thường được biểu diễn bởi bước sóng  và được truyền đi. Từ
năm 1994, kỹ thuật WDM đã bắt đầu được áp dụng, là kỹ thuật sơ bản tạo nên mạng
quang, kỹ thuật này tận dụng băng tần của sợi quang bằng cách truyền nhiều kênh bước
sóng quang độc lập và riêng rẽ trên cùng một sợi quang, mỗi bước sóng biểu thị cho son
một kênh quang trong sợi.. Bước sóng của tín hiệu được sử dụng chủ yếu là khoảng
1550nm.
Có hai phương án thiết lập hệ thống truyền dẫn sử dụng ghép bước sóng quang :
 Truyền dẫn ghép bước sóng quang theo một hướng
 Truyền dẫn ghép bước sóng theo hai hướng
Đồ án chỉ tập trung tìm hiểu hệ thống ghép kênh WDM đơn hướng.
Truyền dẫn ghép bước sóng quang theo một hướng là phương án 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.

Hình 3.1 Hệ thống ghép kênh theo bước sóng đơn hướng

3.2.1. Sơ đồ khối của hệ thống WDM

Hình 3.2. Sơ đồ khối của hệ thống WDM
Sai! Đây là hệ thống thông tin quang tiêu biểu chứ không có ghép kênh WDM
Hệ thống này là sự kết hợp các kênh khác nhau trên một sợi quang. Chia có các
thành phần chính của hệ thống gồm phần phát quang, môi trường truyên dẫn và phần thu
quang. Em đã lấy sơ đồ này nhưng nội dung bên dưới thì của sơ đồ khác!
Ở đầu phát, nhiều tín hiệu quang có bước sóng khác nhau được tổ hợp lại ( ghép kênh) để
truyền đi trên sợi quang. Thường dùng LASER Diode có độ rộng phổ hẹp và có khả năng
điều chỉnh bước ongs do yêu cầu các kênh nằm ở các bước sóng khác nhau và khoảng
cách các kênh nhỏ. Môi trường truyền dẫn là cáp sợi quang. Sử dụng bộ khuếch đại
quang EDFA là có khả năng khuếch đại nhiều bước sóng nên nó được sử dụng hiệu quả
trong hệ thống đa kênh có khoảng cách truyền dẫn lớn. Ở đầu thu, tín hiệu đa kênh đến
đầu vào được tiền khuếch đại để nâng mức công suất, đưa vào bộ giải ghép kênh WDM
nhằm tách ra các kênh khác nhau, sau đó mạch tách sóng quang, chuyển tín hiệu xuống
miền điện và mạch điều khiển để khôi phục thông tin ban đầu.
3.2.2.Ưu, nhược điểm
 Ưu điểm :
- Dung lượng truyền dẫn lớn, hệ thống WDM có dung lượng truyền dẫn lớn hơn
nhiều so với hệ thông TDM. Hệ thống WDM 80 bước sóng ,tổng dung lượng hệ
thống sẽ có 200Gbps. Tổng dung lượng còn tùy thuộc vào tốc độ mỗi kênh nữa
chứ! ở đây Rb=2,5Gb/s
- Loại bỏ yêu cầu khắc khe cũng như những khó khăn gặp phải với hệ thống đơn
kênh tốc độ cao. WDM chỉ cần mang vài tín hiệu với mỗi bước sóng khác nhau ,
nhiều kênh quang nên tốc độ ghép kênh cao làm giảm tán sắc.


- Đáp ứng linh hoạt việc nâng cấp dung lượng hệ thống, thậm chí ngay cả khi hệ
thống vẫn đang hoạt động. Kỹ thuật WDM cho phép tăng dung lượng mà không
phải lắp đặt thêm sợi quang mới.

- Quản lý băng tần hiệu quả và tái cấu hình hiệu quả, linh hoạt.
- Giảm chi phí đầu tư mới.
 Nhược điểm:
- Dung lượng hệ thống đang khai thác vẫn còn quá nhỏ bé so với băng thông sợi
quang
- Chi phí cho khai thác và bảo dưỡng do có nhiều hệ thống cùng hoạt động hơn.
3.3. Các tham số cơ bản của thiết bị ghép kênh quang
Bộ MUX – DEMUX được sử dụng trong hệ thống truyền một hướng trên một sợi
quang. Các tham số đặc trưng cho chất lượng của các thiết bị ghép kênh quang là suy hao
xen và suy hao xuyên kênh.
3.3.1. Suy hao xen

Hình 3.3 Công suất quang vào và ra của các kênh trong bộ ghép (MUX)
Suy hao xen là lượng công suất tổn hao trong các bộ ghép kênh bước sóng quang WDM,
bao gồm suy hao do các bộ nối thiết bị WDM với sợi và do bản thân thiết bị WDM gây
ra. Vì vậy, khi thiết kế tuyến phải đến suy sụp này ( vài dB ở mỗi đầu ). Suy hao kênh
được tính tương tự như suy hao so các bộ ghép ( coupler), nhưng vì đây là bộ ghép nhiều
bước sóng nên nó được xét tương ứng với kênh quang nhất định.
Suy hao xen khi tín hiệu qua bộ ghép kênh ( MUX) :
trong đó là công suất vào và ra của bộ ghép quang (MUX) của kênh i.


Hình 3.4 Công suất quang vào và ra của các kênh trong bộ ghép (DEMUX)
Suy hao xen khi tín hiệu qua bộ ghép kênh DEMUX :
trong đó là công suất vào và ra của bộ ghép quang (DEMUX) của kênh i.
3.3.2.Suy hao xuyên kênh
Xuyên kênh là hiện tượng tín hiệu từ kênh này được ghép dang kênh khác làm tăng
độ nhiễu, giảm tỉ số tín hiệu trên nhiễu của kênh đang xét. Nguyên nhân là do khi các
sóng mang quang của các kênh khác nhau được điều chế thì một số vạch phổ của kênh
này có thể nằm trong băng thông của kênh khác , gây nhiễu và suy hao xuyên kênh.

Hình và mũi tên không khớp nhau!

Hình 3.4 Suy hao xuyên kênh trong bộ giải ghép kênh
Suy hao xuyên kênh trong bộ giải ghép kênh (DEMUX) :
trong đó là lượng công suất tín hiệu không mong muốn ở bước sóng do có sự rò rĩ tín
hiệu ở cửa ra thứ i.
3.4.Các hiệu ứng phi tuyến trong hệ thống WDM
Bỏ 3.4.1.Hiệu ứng tự điều pha SPM (Self Phase Modulation)
Hiệu ứng SPM thuộc hiệu ứng Kerr, tức là hiệu ứng trong đó chiết suất của môi
trường truyền dẫn thay đổi theo cường độ ánh sáng truyền trong đó. Sự phụ thuộc này
biểu hiện :
trong đó là chiết suất tuyến tính của sợi
hệ số chiết suất phi tuyến (= 1.22.10-22 (V/m2) đối vơi sợi SI)


là cường độ tín hiệu quang
Khi biên độ sóng quang đã biểu hiện lan truyền dọc theo sợi, thì hiệu ứng Kerr có thể
làm tăng sự tự điều biến pha thông qua phương trình , nếu như cường độ đủ lớn. Lúc này
pha các xung quang phụ thuộc vào cường độ quang và độ dài L :
với là sự dịch pha phụ thuộc vào cường độ quang
Đối với trường quang có cường độ không đổi, hiệu ứng SPM chỉ làm quay pha của tín
hiệu quang, do đó ít ảnh hưởng chất lượng của hệ thống. Đối với trường quang có cường
độ thay đổi thì sẽ thay đổi theo thời gian. Sự thay đổi theo thời gian này cũng có nghĩa
trong xung tín hiệu sẽ tồn tại nhiều thành phần tần số khác với tần số trung tâm 0
một lượng với thay đổi theo cường độ quang.
Trong hệ thống WDM, đối với các hệ thống có khoảng cách kênh gần nhau, hiện tượng
giãn phổ do SPM có thể dẫn đến giao thoa gây nhiễu giữa các kênh.
Bỏ 3.4.2.Hiệu ứng điều chế pha chéo XPM (Cross Phase Modulation)
Trong hệ thống WDM, khi hai hoặc nhiều hơn hai bước sóng truyền trong sợi, chiết
suất sợi của một kênh nào đó không chỉ phụ thuộc vào cường độ tín hiệu quang của kênh

đó mà còn phụ thuộc vào cường độ của các kênh khác. Do đó sự dịch pha phi tuyến thứ i
phụ thuộc vào công suất của kênh đó và kênh j khác (j=1,....M) :

(3.8)
trong đó cường độ của kênh thứ i và M là số kênh. Hệ số “2” cho thấy rằng XPM có
hiệu suất gấp 2 lần SPM đối với một lượng công suất.
3.4.3.Hiệu ứng tán xạ Raman SRS (Stimulated Raman Scattering)
Hiệu ứng tán xạ Raman là kết quả của quá trình tán xạ không đàn hồi (tán xạ mà tần
số ánh sáng phát ra bị dịch xuống) mà trong đó các photon của ánh sáng tới chuyển một
phần năng lượng của mình cho dao dộng cơ học của các phần tử cấu thành môi trường
truyền dẫn và phần năng lượng còn lại được phát xạ thành ánh sáng có bước sóng lớn hơn
bước sóng của ánh sáng tới (sóng Stoke). Qúa trình tán xạ này gây ra suy hao công suất ở
tần số tới và thiết lập cơ chế suy hao cho sợi quang. Ở mức công suất nhỏ, thiết diện tán
xạ phải đủ nhỏ để suy hao là không đáng kể. Ở mức công suất cao, hiện tượng tán xạ
Raman SRS xảy ra nên cần xem xét đến suy hao sợi. Khi ánh sáng tín hiệu truyền trong
sợi quang có cường độ lớn, quá trình này trở thành quá trình kích thích mà trong đó ánh
sáng tín hiệu đóng vai trò sóng bơm, chuyển năng lượng cho sóng Stoke. Cường độ ánh
sáng sẽ tăng theo hàm mũ mỗi khi công suất quang vượt quá giới hạn nhất định. Nếu gọi
là công suất bước sóng Stoke trong sợi quang thì:
3.9)
Trong đó: :hệ số khuếch đại Raman
:bước sóng đưa vào sợi tại bước sóng tín hiệu
:hệ số đặc trưng cho mối quan hệ phân cực giữa tín hiệu, sóng Stoke và sợi


Trong hệ thống WDM, hiệu ứng này cũng hạn chế số lượng kênh, khoảng cách giữa
các kênh, công suất của từng kênh và tổng chiều dài của hệ thống. Hơn nữa, nếu như
bước sóng mới tạo ra lại trùng với kênh tín hiệu thì sẽ gầy xuyên âm giữa các kênh.
Bỏ 3.4.4.Hiệu ứng tán xạ Brillouin SBS (Stimulated Brillouin Scattering)
Cũng giống với SRS, SBS là một loại của tán xạ không đàn hồi, tức là có sự tạo

thành các bước sóng Stoke. Điểm khác nhau chính của hai hiệu ứng này là: hiệu ứng SBS
liên quan đến các photon âm học còn hiệu ứng tán xạ SRS liên quan đến photon quang.
Chính sự khác nhau mà hai hiệu ứng có sự ảnh hưởng khác nhau đối với hệ thống WDM.
Trong hiệu ứng SBS, một phần ánh sáng bị tán xạ do các photon âm học và đồng thời làm
cho ánh sáng tán xạ này dịch với bước sóng dài (tương đương với độ dịch tần là 11GHz
tại bước sóng 1550nm). Tuy nhiên, các sóng tán xạ truyền theo hướng ngược lại với
chiều truyền tín hiệu, do đó không gây xuyên âm kênh.
Trong tất cả các hiệu ứng phi tuyến thì ngưỡng công suất để xảy ra hiệu ứng SBS là thấp
nhất, chỉ vài mW. Tuy nhiên, do hiệu ứng SBS giảm tỉ lệ với ( là băng tần khuếch đại
Brillouin, là độ rộng phổ laser) và thường rất hẹp: khoảng từ 10 đến 100 MHz nên hiệu
ứng này cũng khó xảy ra.
Tóm lại, cả hai hiệu ứng SRS và SBS có thể được sử dụng để cải tiến trong thiết kế
hệ thống truyền thông quan trọng vì chúng có thể khuếch đại một trường quang bằng việc
truyền năng lượng tới nó từ một trường bơm với bước sóng được chọn thích hợp. SRS
đặc biệt có ích vì một băng tần cực lớn ((̴ 10THz) kết hợp với dạng phổ khuếch đại Raman
của silica. Cả SRS và SBS đều có thể sử dụng để làm bộ khuếch đại Raman sợi và
khuếch đại Brillouin sợi tương ứng.
3.4.5.Hiệu ứng trộn bốn bước sóng FWM (Four-Wave Mixing)
Hiệu ứng trộn bốn bước sóng là một hiện tượng phi tuyến bậc ba, tương tự như quá
trình méo điều chế (intermodulation distortion) trong các hệ thống điện. Giống như các
hiện tượng SPM và XPM, hiện tượng FWM được dinh ra do sự phụ thuộc của chiết suất
sợi vào cường độ quang, tuy nhiên ảnh hưởng của nó đến hệ thống WDM là hoàn toàn
khác nhau.
Trong FWM, sự tác động giữa hai kênh có bước sóng khác nhau của một hệ thống
WDM sẽ điều chế pha của một trong hai kênh đó tại bước sóng của nó và tạo ra các kênh
mới như các băng tần cạnh (sidebank). Khi có ba sóng có tần số lần lượt là f i, fj, fk (k ≠ i,
j) tác động lẫn nhau thông qua ảnh hưởng phi tuyến bậc ba của cáp quang tạo ra một sóng
mới có tần số :
Do đó, ba sóng cùng truyền trên sợi cáp, do sự trộn bốn bước sóng sẽ tạo ra các sóng
quang mới :

Hình 3.5 Các bước song mới được tạo ra do hiệu ứng trộn 4 bước sóng
Trong hệ thống WDM , hiện tượng này xảy ra với bất kỳ một tổ hợp của 3 sóng nào
( với k#i,j) vì thế nếu hệ thống chỉ có 10 kênh thì sẽ có hàng trăm thành phần mới được
tạo ra do sự trộn bốn bước song. Nếu các kênh trong hệ thống WDM được đặt cách đều
nhau thì tất cả cac sản phẩm được tạo ra bởi FWM có tần số nằm trong độ rộng phổ của
hệ thống sẽ rơi đúng vào tần số của các kênh thông tin, gây ra hiện tượng xuyên âm các
kênh. Công suất của sóng sinh ra tỉ lệ với công suất của các kênh tham gia tương tác và
được biểu diễn:
trong đó : : chiết suất tuyến tính của sợi
: bước sóng trung bình (m)
c : vận tốc ánh sáng (m/s)
d : hệ số suy giảm
: độ nhảy cảm phi tuyến bậc ba
: công suất các kênh được kích hoạt vào đầu sợi quang (W)
L : chiều dài của cáp(m)
: chiều dài hiệu dụng (m)
2
: diện tích hiệu dụng của lõi sợi, gần đúng bằng diện tích thật sự của sợi (m )
: suy hao sợi (1/m)
: hiệu suất trộn sóng được tính bởi biểu thức :
trong đó : biểu diễn sự phối hợp pha của các thành phần trộn, nó phụ thuộc vào tán sắc
sợi và sự khác nhau tần số của các tín hiệu tham gia.
Trong rất nhiều hệ thống WDM mà trong đó các kênh được đặt đều nhau với khoảng
cách giữa các kênh là rất hẹp, thì tại một tần sô nào đó của bất kì kênh nào cũng sẽ có
một số các sóng FWM được tạo ra từ nhiều tổ hợp khác nhau của các bước sóng.

4.1.KỸ THUẬT KHUẾCH ĐẠI SỢI QUANG PHA TRỘN ERBIUM

4.2.Tổng quan về các bộ khuếch đại sợi quang
Các bộ khuếch đại quang đóng vai trò quang trọng trong các mạng viễn thông quang
học do chúng bù lại những suy hao tín hiệu trong quá trình lan truyền trên sợi quang cũng
như suy hao do các bộ kết nối và mối hàn tại các nút mạng. Khuếch đại quang sợi chia
thành hai loại nhỏ là khuếch đại quang sợi pha tạp đất hiếm và quang sợi quang sợi
Raman. Tùy thuộc vào loại đất hiếm được pha tạp trong lõi sợi quang, mà chia nhỏ thành
các loại: YDFA (pha tạp Ytterbium), PDFA (pha tạp Praseodymium), TDFA (pha tạp
Thulium), EDFA (pha tạp Erbium).
Trong các loại khuếch đại quang sợi (OFA: Optical Fibel Amplifier) thì EDFA được
sử dụng phổ biến nhất hiện nay vì nó mang nhiều ưu điểm về đặc tính kĩ thuật so với
khuếch đại quang bán dẫn (SOA: Optical Semiconductor Amplifier). Và đặc biệt, EDFA
có vùng ánh sáng khuếch đại trong khoảng 1530nm – 1565nm, thích hợp với dải tần làm
việc của hệ thống ghép kênh phân chia theo bước sóng mật độ cao DWDM (Dense
Wavelength Division Multiplexing).
4.3.Nguyên lí hoạt động của EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier)
Thiếu hình giãn đồ năng lượng trong đó có các mức như trình bày dưới đây. Cần
thêm vào!
Qúa trình bức xạ xảy ra trong EDFA nhìn chung có thể được phân cấp thành bức xạ
kích thích và bức xạ tự phát. Khi các ion Erbium Er 3+ được kích thích từ trạng thái nền
thông qua sự hấp thụ ánh sáng bơm, nó sẽ phân rã không phát xạ từ các mức năng lượng
cao hơn cho tới khi tiến tới trạng thái siêu bền 4I13/2. Tín hiệu quang tới sẽ đi đến với các
ion Erbium đã được kích thích . Qúa trình bức xạ kích thích sẽ tạo ra các photon phụ có
cùng pha và hướng quang như tín hiệu tới. Như vậy đã đạt được quá trình khuếch đại
quang trong EDFA. Các ion đã được kích thích mà không tương tác với ánh sáng tới sẽ
phân rã tự phát tới trạng thái nền với hằng số thời gian xấp xỉ 10ms. Phát xạ tự phát SE
(Spontaneous Emission) có pha và hướng ngẫu nhiên. Tiêu biểu có ít nhất 1% phát xạ tự
phát được giữ lại bởi mode sợi quang và nó trở thành một nguồn nhiễu quang. Ở đầu ra
của bộ khuếch đại quang EDFA không những tín hiệu được khuếch đại mà nhiễu này
cũng sẽ được khuếch đại và tạp ra bức xạ tự phát được khuếch đại ASE (Amplifier

Spontaneous Emission). ASE làm suy giảm tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu của tín hiệu qua bộ
khuếch đại.


Hình3.6 : Sơ đồ nguyên lí của bộ khuếch đại quang EDFA

4.4. Ưu nhược điểm của bộ khuếch đại quang EDFA
 Ưu điểm:
- Bù tán sắc
- Hiệu chỉnh mức công suất hay băng tần khuếch đại
- Hỗ trợ kênh giám sát và kênh mang thông tin người sử dụng
- Kiểm soát tín hiệu quang
- Chống sự tăng vọt trong tín hiệu quang
 Nhược điểm:
- Hạn chế của EDFA đối với hệ thống WDM là phổ khuếch đại không đồng đều,
các bước sóng khác nhau sẽ khuếch đại hệ số khác nhau.
- Tạp âm ASE trong bộ khuếch đại quang ảnh hưởng tỉ số S/N
4.5.Đặc tính của EDFA
Các bộ EDFA được đặc trưng bằng các tính chất : dải khuếch đại, bộ khuếch đại, sự
bão hòa và nhiễu.
4.5.1. Dải khuếch đại
Dải khuếch đại là dải bước sóng mà PDFA có thể khuếch đại được. Hình dạng và vị
trí của dải khuếch đại phụ thuộc hàm theo bước sóng. Dải khuếch đại của EDFA tương
ứng bằng phẳng giữa 1530nm và 1565nm (được quy ước là băng C). Đối với dải khuếch
đại giữa 1570nm và 1600nm được gọi là dải L. Hiện nay, hầu hết EDFA đang được sử
dụng ở băng C với bước sóng bơm 980nm.
4.5.2. Độ khuếch đại
Độ khuếch đại của EDFA phụ thuộc vào cấu hình bơm. Có ba cấu hình bơm trong
bộ khuếch đại EDFA :bơm cùng hướng ( so với hướng tín hiệu ), bơm ngược hướng và
bơm theo cả hai hướng. Bơm cùng hướng đạt được nghịch đảo tích lũy mạnh ở đầu sợi,

điều này hạn chế hiện tượng bức xạ tự phát được khuếch đại (ASE), và như vậy giảm
được nhiễu của bộ khuếch đại. Tuy nhiên, kiểu bơm này làm hạn chế hiệu suất chuyển
đổi ( sự chuyển đổi proton bơm thành proton tín hiệu ) bởi hiện tượng ASE ở cuối sợi.
Loại bơm ngược hướng tạo công suất đầu ra và hiệu suất chuyển đổi rất cao. Ngược lại,
ASE thường xuất hiện ở đầu sợi ( sự nghịch đảo tích lũy khi không có sóng bơm ). Trong


thực tế người ta sử dụng phương pháp bơm hai hướng, nó tận dụng được các ưu điểm của
mỗi kiểu bơm. Hơn nữa do mức nghịch đảo tích lũy hầu như không đổi trên toàn bộ
chiều dài sợi nên có thể giảm thiểu được nhiễu.

Hình 3.7 Cấu hình bộ khuếch đại EDFA được bơm kép
Thay hình 3.7 này (bằng đồ thị tương đương) vì đây là hình vẽ lại, không phải hình
từ kết quả thí nghiệm
Hệ số khuếch đại phụ thuộc vào công suất và bước sóng bơm và nếu đặt bước sóng bơm
tại 980nm và 1480nm là cho hiệu quả cao nhất.
4.5.3. Sự bão hòa
Công suất bơm tăng thì độ khuếch đại tăng theo. Tuy nhiên khi độ dài của sợi EDF
tăng đến một mức nào đó ( Hình 3.8 ) tương ứng với công suất bơm nhất định, thì độ
khuếch đại ra của EDFA giảm. Điều này xảy ra khi tốc độ bơm quá nhỏ nên không còn
nghịch đảo tích lũy. Cho thấy, độ khuếch đại và sự bão hòa phụ thuộc vào công suất bơm,
Khi công suất bơm càng lớn thì độ khuếch đại càng cao và sự bão hào xảy ra tương ứng
với công suất tín hiệu ra càng lớn.
4.5.4. Nhiễu trong EDFA
Loại nhiễu chính được tạo ra trong bộ khuếch đại quang là nhiễu phát xạ tự phát
được khuếch đại ASE ( Amplified Spontaneous Emission). Nguồn gốc của nhiễu này là
do sự tái hợp tự phát của các electron và lỗ trống trong đoạn sợi khuếch đại. Sự tái hợp
này làm tăng độ rộng phổ nền của các photon được khuếch đại cùng với tín hiệu quang.
Nhiễu ASE sinh ra do quá trính tự phát của các ion Erbium trong sợi EDF của EDFA khi
chúng nhảy từ mức năng lượng cao xuống mức năng lượng thấp mà không có sự kích

thích của ánh sáng tín hiệu. Quá trính này sinh ra các photon có hướng và pha ngẫu
nhiên. Một số photon bức xạ tự phát được giữ lại ở các mode của sợi quang và lan truyền
dọc theo bên trong sợi, và được khuếch đại. Quá trình này tạo ra bức xạ tự phát được
khuếch đại ASE.
Mật độ công suất của nhiễu ASE được biểu diễn:
(3.13)
trong đó : là công suất nhiễu tương ứng với băng thông và gọi là hệ số phát tự phát hay
hệ số nghịch đảo mật độ tích lũy :
trong đó tương ứng là mật độ của các electron trong trạng thái 1 và trạng thái 2.


Hệ số nhiễu (noise figue) cả bộ khuếch đại quang, nó là số đo sự suy giảm S/N sau khi tín
hiệu truyền qua bộ khuếch đại. Hệ số nhiễu NF là tỉ số giữa S/N đầu vào và S/N đầu ra
của bộ khuếch đại :
4.5.4.1. Nhiễu ASE trong hệ thống WDM có các EDFA mắc chuỗi
Không trình bày phân này vì nó không phục vụ cho chương cuối. Chương cuối chỉ
có 1 EDFA thôi.
Trong các hệ thống WDM có đường truyền dài, để bù công suất suy hao do đường
truyền gây ra, người ta sử dụng các EDFA mắc chuỗi để khuếch đại công suất. Lúc này
ngoài việc tính toán các hiện tượng phi tuyến do môi trường có mật độ kênh cao gây ra
còn tính toán đến nhiễu ASE tích lũy trên hệ thống và hiện tượng làm nhọn hệ số khuếch
đại của chuỗi EDFA.

Hình 3.8s
biểu
sơcủa
đồ hệ
tin sợi
sợi quang
quang sử

có dụng
sử dụng
EDFA
chuỗi. Hệ
Hình
3.8diễn
Sơ đồ
hệ thống
thống thông
thông tin
EDFA
mắcmắc
chuỗi
thống ghép N kênh ( N bước sóng ), giữa phía phát và phía thu đặt k bộ khuếch đại lần
lượt là G1, G2, Gk . Để hạn chế nhiễu ASE, trước mỗi bộ EDFA có một bộ lọc với băng
thông quang lần lượt là B01, B02, B0k .Tổn hao công suất từ bộ WDM đến EDFA thứ nhất
là , tổn hao trên k phân đoạn tiếp theo …. , trong mỗi phân đoạn là khoảng cách giữa hai
bộ khuếch đại, riêng là tổn hao từ EDFA thứ k đến bộ giải ghép kênh WDM. Do sự
khuếch đại tự phát, tại ngõ ra của mỗi bộ EDFA có một thành phần nhiễu ASE ảnh hưởng
đến hệ thống. Công suất nhiễu ASE tại ngõ ra :
trong đó : là số mode truyền của quá trình phân cực
Tổng công suất ASE tại đầu vào của bộ giải ghép WDM:
trong đó là thành phần nhiễu ASE thu được tại đầu vào bộ giải ghép WDM chỉ do EDFA
thứ i gây ra.
Nhiễu tích lũy tại đầu cuối hệ thống EDFA mắc chuỗi:

4.6. Kết Luận
Nhìn chung, sử dụng khuếch đại quang có thể bù lại suy hao trong hệ thống nhưng
có thể bị hạn chế về tán sắc. Phải sử dụng những phương pháp để giảm bớt ảnh hưởng
của tán sắc. Bên cạnh đó, nhiễu ASE sẽ làm cho tỷ số S/N của hệ thống bị suy giảm

nghiêm trọng. Độ suy giảm tỷ số S/N gây ra bởi bộ khuếch đại quang cần được xem xét
một cách nghiêm khắc, đặc biệt khi khuếch đại tín hiệu thấp.
Kết luận còn quá sơ sài, viết thêm phần phân tích hoặc so sánh hoặc đánh giá
nữa.