ChuyêN ĐỀ ĐIỀu khiển tán sắC
tải về 1.02 Mb.
|
8. HỆ THỐNG QUANG ĐƯỜNG DÀI: Chương này tập trung vào hệ thống quang đường dài, việc điều khiển tán sắc sẽ giúp cho việc mở rộng khoảng cách truyền từ 10km cho đến vài trăm km. Vấn đề quan trọng Là điều khiển tán sắc như thế nào để có thể sử dụng được cho hệ thống đường dài với Khoảng cách có thể lên đến hàng ngàn km. Nếu tín hiệu quang được lặp lại mỗi 100-200 km. Tất cả các kỹ thuật được đề cập trong chương này sẽ hoạt động tốt vì hiệu ứng phi tuyến không được tích lũy trong hệ thống đường dài. Ngược lại nếu tín hiệu được duy trì Trong miền quang bằng cách sử dụng các bộ khuếch đại chu kỳ thì các hiệu ứng phi tuyến như SPM, XPM(cross phase modulation) và FWM sẽ được giới hạn. Do đó tác động của hiệu ứng phi tuyến lên chế độ hoạt động của hệ thống điều khiển tán sắc đã được nghiên cứu 1 cách sâu sắc Trong chương này sẽ tập trung vào hệ thống quang đường dài mà bản đồ điều khiển tán sác và suy hao được sử dụng đồng thờiPeriodic Dispersion Maps ( Bản đồ tán sắc tuần hoàn) 
Hình 8.1: Vòng lặp quang dùng để phát tín hiệu ở tốc độ 10 Gb/s trên khoảng cách 10.000 km sợi quang chuẩn sử dụng SCF. Khi không có hiệu ứng phi tuyến, tổng tán sắc vận tốc nhóm GVD tích lũy trên chiều dài hàng ngàn km có thể được bù tại đầu thu cuối cùng của hệ thống. Lý do là mỗi xung quang được tái tạo lại như gốc trong thời bit của hệ thống tuyến tính, ngay cả khi nó được trải rộng trên vài thời bit trước khi GVD được bù. Sự tương tác phi tuyến xung quang cùng kênh (intrachannel effects), và trên các kênh lân cận trong hệ thống WDM làm giảm chất lượng tín hiệu đến mức mà việc bù tán sắc GVD tại phía thu cũng không thể thực hiện được trong mạng đường dài. Một giải pháp đơn giản là kỹ thuật periodic dispersion management (điều khiển tán sắc tuần hoàn) .Ý tưởng cơ bản khá đơn giản là dùng bộ trộn quang với tán sắc vận tốc nhóm GVD dương và âm trong 1 chu kỳ để tổng tán sắc trên mỗi chu kỳ gần bằng 0. Mô hình đơn giản nhất chỉ sử dụng 2 sợi quang có độ tán sắc ngược nhau và chiều dài tán sắc trung bình: D ( D 1 L1 D 2 L 2 ) / L m (8.1)
Với D j là tán sắc sợi quang có chiều dài Lj (j=1,2) và Lm L1 L2 là chu kỳ của bản đồ tán sắc. Nếu D~0 thì tán sắc được bù trên mỗi chu kỳ. Chiều dài Lm là 1 thông số thiết kế tự do mà có thể được chọn để phù hợp với yêu cầu làm việc của hệ thống. Thực tế, thông thường chọn Lm bằng với khoảng khuếch đại amplifier spacing LA . Điển hình Lm LA 80Km cho hệ thống quang mặt đất nhưng sẽ giảm xuống còn khoảng 5 km cho hệ thống dưới mặt biển. Do sự cân nhắc về chi phí, các cuộc thí nghiệm sử dụng 1 vòng lặp quang làm tín hiệu quay vòng nhiều lần để tái tạo cho hệ thống quang đường dài. Hình 8.1 chỉ ra sơ đồ vòng lặp quang. Nó đã được sử dụng với tốc độ 10 Gb/s khoảng cách truyền 10.000 km sợi quang chuẩn với suy hao chu kỳ và điều khiển tán sắc . 2 bộ chuyển mạch quang quyết định vòng tuần hoàn. Chiều dài vòng lặp và số vòng xác định tổng khoảng cách truyền.Chiều dài vòng lặp chuẩn điển hình là 300-500 km. Chiều dài của DCF được chọn thỏa mãn pt 8.1 và được thiết lập phần (D=0) L2 D1L1 / D2 cho bù tán sắc toàn Một bộ lọc bandpass quang cũng được thêm vào bên trong vòng lặp để giảm ảnh hưởng của nhiễu khuếch đại. 8.1 Lý thuyết cơ sở: Ảnh hưởng chính của hiện tượng phi tuyến lên chế độ làm việc của hệ thống đơn kênh là SPM. Như đã trình bày trước đây sự truyền tia quang của mộ chuổi bit quang bên trong một hệ thống quản lý điều khiển tán sắc được khống chế bằng phương trình Schrodinger  2
 phi tuyến. pt (7.2.1)
i dA 2 A 2 i   A A A
(8.2) dz 2 t 2 2 Với sự khác biệt chính 2 , và là hàm chu kỳ hiện tại theo z bởi vì giá trị khác biệt của chúng giữa 2 hoặc nhiều đoạn sợi quang được dùng để tạo bản đồ tán sắc. Bù suy hao tại các bộ khuếch đại có thể được bao gồm bởi việc thay đổi thông số suy hao hợp lý tại những vùng khuếch đại Phương trình 8.2 làm rõ định lượng để xem xét nghiên cứu hệ thống điều khiển tán sắc. Nó vô cùng hữu ích để ước lượng giới hạn cuối cùng trong phương trình này ⎡ 1  A( z, t ) B( z, t ) exp ⎢
z ⎤ ( z)dz ⎥ (8.3) Thay vào Phương trình 8.2 ⎣ 2 0 ⎦   
2 i B 2 ( z) B ( z) B 2 B 0 (8.4) z 2 t 2 Với sự thay đổi công suất dọc sợi quang điều khiển tán sắc được bao gồm 1 tham số phi z
tuyến thay đổi theo chù kỳ ( z) exp( ( z)dz) 0
Phân tích chi tiết việc thiết kế một hệ thống điều khiển tán sắc có thể đạt được bằng cách giải phương trình 8.4 bằng phương pháp biến phân (variational approach). Điều này dựa trên nhận xét là một xung Gauss chirped vẫn duy trì được dạng tuyến tính mặc dù biên độ, độ rộng và chirp của nó thay đổi trong khi lan truyền. Do các hiệu ứng phi tuyến là tương đối yếu so với tán sắc tại mỗi đoạn sợi quang, dạng xung có khuynh hướng duy trì dạng Gauss. Do đó ta có thể giả sử rằng xung lan truyền dọc theo sợi quang có dạng xung Gauss chirped sao cho:
B( z, t) a exp[(1 iC)t 2 / 2T 2 i ] (8.5) Với a là biên độ, T là độ rộng, là phase. 4 tham số này thay đổi theo z. 1 phương pháp khác rất hữu dụng để tìm sự phụ thuộc z của các tham số này. Phương trình 8.4 có thể được suy ra từ phương trình Euler-Lagrange :  (8.6)
Theo những phương pháp khác nhau chúng ta có thể giải phương trình để tìm 4 thông số a,T,C và
. Phương trình phase có thể bỏ qua nếu nó không kết hợp được với 3 phương a 2T trình kia. Phương trình biên độ có thể kết hợp thấy rằng tổ hợp không thay đổi theo z và liên hệ với xung đầu vào Eo : a 2T  E0
. Do đó Cần phải giải 2 phương trình sau:  (8.7)
(8.8)
Bằng cách đặt 0 . Lưu ý rằng tì số (1 C2 ) / T 2 hằng số trong môi trường truyền dẫn tuyến tính liên quan đến độ rộng phổ của xung là 0 0 Ta có thể thay nó bằng 1 giá trị ban đầu (1 C2 ) / T 2 Với To và Co là độ rộng và hệ số chirp của xung vào trước khi nó được đưa vào hệ thống điều khiển tán sắc của sợi quang. Hai phương trình trên có thể được giải bằng phương pháp giải tích và theo phương pháp tổng hợp sau:  (8.9)
Phương pháp này có vẻ phức tạp nhưng nó dễ dàng cho việc tính tích phân. Thực tế giá trị của T và C tại cuối của chu kỳ đầu tiên ( z=Lm) được cho bởi:  (8.10)
 Với d L
/ T 2 và là giá trị GVD trung bình. 2 m 0 2 Dễ dàng thấy rằng khi bản đồ tán sắc 2 0 thì cả T và C trở thành giá trị ban đầu tại mỗi chu kỳ của Giống như chức năng như 1 bộ phát tuyến tính. Khi GVD trung bình khác 0, T và C thay đổi sau mỗi chu kỳ bản đồ và sự phát xung thì không tuần hoàn. Khi phần phi tuyến không đáng kể, các thông số của xung không thể trở về giá trị ban đầu của nó trong bù tán sắc toàn phần (d=0). Trong nhiều cuộc thí nghiệm, hệ thống phi tuyến làm việc tốt nhất khi bù GVD chỉ là 90-95% để phần tán sắc còn lại được giữ lại sau mỗi chu kỳ bản đồ. Trên thực tế, nếu xung vào sao cho 2 <0 , thì xung tại cuối sợi quang có thể ngắn hơn xung đầu vào. Hoạt động này có thể xảy ra trong hệ thống tuyến tính và theo phương trình 8.10 C0 d 0 . Nó cũng vẫn tồn tại 1 phần trong hệ thống phi tuyến. Nhận xét này dẫn đến việc chấp nhận dạng xung trên các liên kết sợi quang có điều khiển tán sắc. Nếu bản đồ tán sắc được tạo ra để làm giản xung trong phần đầu và được nén trong phần thứ 2 thì tác động của hiệu ứng phi tuyến có thể được giảm đáng kể. Lý do như sau: Công suất đỉnh của xung được hạn chế đáng kế trong phần đầu bởi vì sự mở rộng (giản) nhanh chóng của xung chirped trong khi ở phần thứ 2 thì chậm hơn bởi vì suy hao sợi quang tích lũy. Những liên kết sợi quang điều khiển tán sắc như thế được gọi là những chặng truyền dẫn tựa-tuyến tính (tức là chỉ tuyến tính trên một đoạn ngắn). Kết quả cho trong công thức 8.9 cũng áp dụng được cho những liên kết như vậy. Do các xung quang trải rộng một cách đáng kể ra khỏi khe bit của chúng vượt qua (lớn hơn) hệ số của mỗi chu kỳ bản đồ, sự chồng chập có thể làm giảm hiệu suất hệ thống khi hiệu ứng phi tuyến đáng kể. Các hiệu ứng này sẽ được xem xét trong mục kế tiếp. Nếu công suất đỉnh quá lớn đến mức không còn duy trì được tính tựa-tuyến tính, ta phải giải các công thức 8.7 và 8.8 với sự có mặt của các số hạng phi tuyến. Không có phương án giải tích nào được dùng trong trường hợp này. Tuy nhiên có thể tìm được T ( Lm ) T0 , C (Lm ) C0 (8.11) Phải đảm bảo rằng xung được khôi phục về dạng ban đầu tại mỗi chu kỳ bản đồ tán sắc. Các xung truyền qua hệ thống điều khiển tán sắc trong hệ thống tuần hoàn và được gọi là dispersion-managed solitons sẽ được trình bày trong chương 9. 8.2 Hiệu ứng tương tác phi tuyến đồng kênh (Intrachannel Nonlinear Effects): Việc xem xét hiệu ứng phi tuyến rất quan trọng trong hệ thống điều khiển tán sắc bởi vì nó được tăng lên trong sợi quang bù tán sắc DCF vì hiệu ứng giảm ở vùng lõi. Sự sắp xếp các bộ khuếch đại sau DCF là có lợi vì tín hiệu yếu đủ để hiệu ứng phi tuyến ít ảnh hưởng . Sự đánh giá 1 cách lạc quan về hiệu suất của hệ thống sử dụng những bản đồ tán sắc khác nhau được nghiên cứu rất kỹ. Trong 1 thí nghiệm 1994, Một vòng quang dài 1000 km bao gồm 31 bộ khuếch đại được sử dụng 3 bản đồ tán sắc khác nhau. Khoảng cách tối đa truyến lên đến 12.000 km đã được thực hiện trong trường hợp sợi quang có GVD bình thường được bù tán sắc trong sợi quang có GVD bất thường của sợi quang đường dài. Trong 1 thí nghiệm 1995 , tín hiệu 80 Gb/s bao gồm 8 kênh ghép 10 Gb/s với khoảng kênh (channel spacing) được truyền bên trong vòng lặp quang. Tổng khoảng cách truyền giới hạn ở 1171 km bởi vì những hiệu ứng phi tuyến khác nhau. Bù tán sắc GVD toàn phần trong mỗi chu kỳ bản đồ tán sắc không phải là giải pháp tốt nhất khi có sự hiện diện của hiệu ứng phi tuyến. Phương pháp số thường được sử dụng để tối ưu việc thiết kế hệ thống điều khiển tán sắc. Nói chung vùng tán sắc vận tốc nhóm GVD nên giữ tương đối lớn để triệt hiệu ứng phi tuyến, và phải cực tiểu tán sắc trung bình trên tất cả các kênh. Trong 1 thí nghiệm vào 1998, tín hiệu ở vận tốc 40 Gb/s được truyền trên khoảng cách 2000 km sợi quang chuẩn sử dụng 1 bản đồ tán sắc novel. Sau đó khoảng cách được tăng lên 16.500 km tại tốc độ thấp hơn( 10Gb/s) bằng cách đặt 1 bộ khuếch đại quang ngay sau DCF trong vòng lặp quang. Vì hiệu ứng phi tuyến là 1 nhân tố quan trọng. Giới hạn chủ yếu xuất phát từ việc giản xung trong sợi quang chuẩn của bản đồ tán sắc, kết quả là sự tác động lẫn nhau giữa xung chổng chập gần nhau. Những hiệu ứng phi tuyến này được nghiên cứu sâu hơn và được liên hệ với hiệu ứng Hiệu ứng Intrachannel (hiệu ứng tương tác đồng kênh) để phân biệt nó với hiệu ứng phi tuyến xuyên kênh.(Interchannel nonlinear effect) xảy ra khi xung ở 2 kênh lân cận có bước sóng khác nhau chồng chập ở miền thời gian. Nguồn gốc của hiệu ứng phi tuyến đồng kênh có thể thấy từ phương trình: B ( z) 2 B 2 B B 0  i 2 ( z)
z 2 t 2 Bằng cách đưa 3 xung lân cận , Thay vào ta có: B B1 B2 B3  (8.12)
(8.13) (8.14) Số hạng phi tuyến đầu tiên tương ứng với SPM. Hai số hạng kế tiếp là kết quả từ hiệu ứng XPM sinh ra bởi hai xung khác nhau. Số hạng cuối cùng giống như FWM. Mặc dù thông thường nó được xem là hiệu ứng FWM trong kênh (intrachannel) nhưng điều đó có một chút thiếu chính xác vì cả 3 xung có cùng bước sóng.Tuy nhiên thành phần này có thể tạo ra 1 xung mới trong miền thời gian. Những xung này xuất hiện như 1 xung “ghost”. Xung này có thể tác động đến hiệu suất hệ thống đáng kể nếu chúng rơi vào thời bit 0 (the 0-bit time slots) Hiệu ứng XPM tương tác đồng kênh chỉ ở phase tín hiệu nhưng độ lệch pha thì phụ thuộc vào thời gian. Tác động của hiệu ứng XPM và FWM lên hệ thống tùy thuộc vào sự lựa chọn bản đồ tán sắc. Nói chung đánh giá hệ thống điều khiển tán sắc tùy thuộc vào nhiều thông số thiết kế như công suất, khoảng cách khuếch đại và vị trí của DCF. Trong 1 thí nghiệm vào năm 2000. một tín hiệu 40 Gb/s được truyền vượt đại dương, mặc dù nó chỉ sử dụng sợi quang chuẩn, sử dụng phương pháp điểu chế đồng bộ đường dây được đề nghị đầu tiên. Truyền giả tuyến tính ở tốc độ 320 Gb/s cũng được xác nhận ở khoảng cách truyền 200 km mà độ tán sắc của nó là 5.7 ps(km-nm) được bù bằng cách sử dụng DCF Каталог: nonghocbucket -> UploadDocument server07 id114188 190495 UploadDocument server07 id114188 190495 -> Trong khuôn khổ Hội nghị của fifa năm 1928 được tổ chức tại Amsterdam (Hà Lan), Henry Delaunay đã đưa ra một đề xuất mang tính đột phá đối với lịch sử bóng đá UploadDocument server07 id114188 190495 -> MỤc lục phần I: MỞ ĐẦU UploadDocument server07 id114188 190495 -> «Quản trị Tài sản cố định trong Công ty cổ phần Điện lực Khánh Hòa» UploadDocument server07 id114188 190495 -> Khóa luận tốt nghiệp 2010 Mục tiêu phát triển kinh tế xã hội trong thời kì tới 85 UploadDocument server07 id114188 190495 -> ĐỒ Án tốt nghiệp tk nhà MÁY ĐƯỜng hiệN ĐẠi rs UploadDocument server07 id114188 190495 -> Đề tài: Qúa trình hình thành và phát triển an sinh xã hội ở Việt Nam UploadDocument server07 id114188 190495 -> Chuyên đề tốt nghiệp Trần Thị Ngọc – lt2 khct L ời cảM ƠN UploadDocument server07 id114188 190495 -> Địa vị của nhà vua trong nhà nước phong kiến Việt Nam UploadDocument server07 id114188 190495 -> BỘ giáo dục và ĐÀo tạo cộng hòa xã HỘi chủ nghĩa việt nam trưỜng đẠi học bách khoa hà NỘI Độc lập-Tự do-Hạnh phúc tải về 1.02 Mb. Chia sẻ với bạn bè của bạn:
|