Hệ thống truyền thông quang học dùng bộ ghép nhiều bước sóng WDM

n Compensating Fiber (DCF) C band λ (nm) Amplification scheme using second-order pumping 100 km Line fiber L DCF C L DCF C L band1427 1439 1450 14851346 1346nm  Second order Raman pumping using additional pump at 1346nm  Estimated improvement of OSNR ~ 1dB Quá trình bơm bậc hai bao gồm việc tiêm song song vào trong trường hợp bơm ngược chiều một bước sóng bơm phụ với bước sóng được sử dụng trong bơm Raman của các kênh tín hiệu. Việc bơm phụ này nhằm mục đích tạo ra một khuếch đại Raman với các bước sóng bơm này, mà các bước sóng này được kết hợp với nhau trong sợi quang với một hiệu suất yếu. Vậy các bơm này đầu tiên phải được khuếch đại trước khi đưa vào khuếch đại Raman của tín hiệu (chủ yếu là ở trong sợi quang), cũng cho ta một tỉ lệ tín hiệu trên tạp âm tốt hơn. Loại bơm này là một loại bơm xen kẽ rất tốt với bơm cùng chiều là loại bơm có thể sản sinh ra rất nhiều vấn đề. D. Bayart 295 7 3 WDM Transmissions, D. Bayart 73 Pump-to-signal RIN transfer Raman effect is very fast (femtosecond) Locally, the intensity fluctuations of the pump are totally transferred to the signal by gain (dB) Effect averaged - by counter propagation (backward pumping) - only by chromatic dispersion for forward pumping Vấn đề đầu tiên trong các vấn đề này liên quan đến việc truyền tải các tạp âm thăng giáng cường độ (RIN) của bơm lên tín hiệu. Các thăng giáng này càng truyền nhiều trong sợi với vận tốc kề nhau, thì sự truyền tải của biến điệu càng hiệu quả. 7 4 WDM Transmissions, D. Bayart 74 Transfer functions pumping rd for forwa 112 and pumping backward for 4 with 1log10 )10ln(/10 log20)( 2 /     − = =        +−   += PS P c SP c c OFFON PS VV f Vf f fGRINfRIN π α π α Assumptions: Distributed Raman amplification: long fiber (50 -100km) Moderate Raman gain, moderate pump RIN No pump depletion Reference: C. R. S. Fludger and al., Electron. Lett., 2001, 37, (1), pp. 15-17 Hàm đặc trưng cho sự truyền tải RIN có thể được biểu diễn theo hàm của sự tán sắc và của độ khuếch đại được tiến hành. Độ truyền tải này tăng mạnh theo độ khuếch đại và chứa một tần số cắt (fréquence de coupure) thấp. 7 5 WDM Transmissions, D. Bayart 75 -135 -130 -125 -120 -115 -110 1E+ 0 1E+ 3 1 E+ 6 1E+ 9 1E+ 12 Freq uency (Hz) RI N ( d B /H z) Pump RIN 50 kH z 7 GH z + 20log(Gonoff/ 4.34) Transfer functions With: RINP=-120dB/Hz Gonoff =10dB αP=0.25 dBλP=1450nmλS=1550nm Signal RIN with backward pumping (fc=900 Hz) Signal RIN with forward pumping - SMF (fc=6 MHz) - Teralight (fc=18 MHz) - may happen with TW and LEAF Cũng như thế, việc bơm ngược chiều trung bình toàn bộ truyền tải RIN trong khi điều này lại hay gặp hơn trong bơm cùng chiều thậm chí toàn phần trong trường hợp các tán sắc của tín hiệu và bơm là tương đương nhau. D. Bayart 296 7 6 WDM Transmissions, D. Bayart 76 Noise impact   +   +=∫ 2.log10)10ln(/10log20)( / cOFFONPS fGRINfRIN π Backward pumping: induced signal RIN is negligible Forward pumping (with VS ≠ VP): to use in:     += ∫ dffRINPPOSNR BB P P µ σ S ASE optelec )( 2 /2 1 1 2 1 2 1 Tích phân của tạp âm tổng cộng của RIN được truyền tải bao gồm một số hạng tạp âm phụ cần thêm vào các số hạng tạp âm khác, và phải tính đến nó trong khi tính toán hiệu suất của hệ. 7 7 WDM Transmissions, D. Bayart 77 Noise impact for co-pumping = about -40dB = -43dB with SMF = -38dB with TeraLight = -14dB when channel and pump have same group velocity Conclusion: - with pump RIN of about -140dB/Hz the RIN transferred to the signal has negligible effect on the BER - avoid co-pumping with λ0 near1500nm     += ∫ dffRINPPOSNR BB P P µ σ S ASE optelec )( 2 /2 1 1 2 1 2 1 Example:10-dB forward gain, NRZ, 10 Gbit/s, RINP=-120dB/Hz Cũng như thế, tạp âm này đến từ sự truyền tải của RIN thậm chí có thể nổi trội hơn trong một vài cấu hình. 7 8 WDM Transmissions, D. Bayart 78 Semi-conductor laser diodes with FBG: RIN =-130 to -110 dB/Hz Raman lasers: RIN of about -110 to -100 dB/Hz New-type laser diodes: RIN<-160 dB/Hz - few-mode DFB: S. Kado et al., ECOC ’01, PD.F.1.8 (Furukawa) R. P. Espindola et al., ECOC ’01, PD.F.1.7 (Agere) - no FBG: A. Miki et al., OAA’02, OMB3-1 (Sumitomo) SOA-based solution: RIN<-140 dB/Hz D. Vakhshoori et al., OFC’03, PD47-1 (Ahura Corp.) Pumps for co-pumping - 145 - 140 - 135 - 130 - 125 - 120 - 115 - 110 - 105 - 100 - 95 100 1 000 10 000 100 000 1 000 000 10 000 000 100 000 000 Fréquence (k Hz) R IN (d B /H z) Để giảm thiểu tạp âm này, việc đầu tiên là phải sử dụng các quá trình bơm có một RIN rất thấp. Các bơm bán dẫn được sử dụng một cách cổ điển với các ứng dụng Raman hay là bơm EDFA mang lại bất lợi (pénalité) với các khuếch đại vượt khỏi vài dB. Mới đây, các dạng bơm mới có ít mode đã xuất hiện, nhưng rất tiếc là lại sinh ra các vấn đề khác. D. Bayart 297 7 9 WDM Transmissions, D. Bayart 79 Implementation of the Raman pump unit Monitor photodiodes l1 l1 PBC l2 l2 PBC l3 l3 PBC Mux Mux Isolator Connector Multimode diodes Yb Laser cavity Multi-λ Raman Laser cavity splice Pump module Multimode coupler Input FBG Output FBG DC Yb fiber Raman fiber Input FBG Output FBG Adjustable R=X% output FBG Monitor PhotodiodesR = 99% R = 99% Raman fiber laser Multi-pump module • Up to 16 multimode pigtailed diodes 1.8W • Yb cavity: 70% slope, 270mW threshold • All-fiber Raman cavity • 14xx nm, 400mW single mode diodes • Possibility to depolarize one diode to reduce the number of diodes Có hai công nghệ chính tồn tại cho các nguồn bơm Raman. Công nghệ thứ nhất dựa trên các laser sợi mà mục đích là có thể phát ra nhiều bước sóng bơm cùng một lúc, hay là phát ra một bước sóng phụ cho bơm bậc hai nếu cần thiết. Tuy nhiên RIN của các dạng bơm này quá cao để có thể cho phép bơm cùng chiều. Giải pháp khác là sử dụng các bơm bán dẫn cùng với ghép kênh (multiplexage). 8 0 WDM Transmissions, D. Bayart 80 Other second-order effects in co-pumping 9 FWM occurring between pump modes may be an issue • Creation of noise components at signal wavelengths • Function of the pump type (relationship between pump modes) • Function of the zero chromatic dispersion wavelength of the line fiber 9 Signal-Pump-Signal crosstalk may be also an issue • Caused by depletion regime (pump saturation) • Impact function of the chromatic dispersion of signal wrt pump wavelength Quá trình bơm cùng chiều có thể sinh ra hai loại tạp âm khác. Loại thứ nhất là tạp âm dạng tham số được trợ giúp bởi Raman, và được hình thành bởi các mode bơm và các thành phần tạp âm của nó sẽ chồng chập lên tín hiệu. Theo hàm định xứ số không (localisation du zéro de dispersion) của độ tán sắc trong sợi truyền, tạp âm này có thể rất bất lợi. Một loại tạp âm thế khác có thể đến từ sự bão hòa của độ khuếch đại bởi tín hiệu trong quá trình bơm dạng cùng chiều. Trong trường hợp này, các biến điệu của tín hiệu được truyền vào khi bơm, sau đó lại truyền đi theo các tín hiệu nhưng lệch về thời gian, dẫn đến các giao thoa xuyên ký tự (inter- symboles). 8 1 WDM Transmissions, D. Bayart 81 WDM transmissions : Propagation limitation High SNR not enough for error-free transmission ... … also needs low deformation of the optical pulses to transmit Impairments possibly due to non-linear effects, polarization or chromatic group velocity, polarization dependent loss, ... ÎReview of solutions addressing these issues : dispersion management and compensation, PMD mitigation, ... ÎPossibility to increase the capacity and the transmission distance (save cost of electrical regenerators) Một khi ta đã xác định được một giải pháp thỏa hiệp tốt nhất giữa tạp âm khuếch đại và các hiệu ứng phi tuyến, ta cần phải tối ưu hóa các tham số khác của mối liên kết để giảm thiểu ảnh hưởng của các hiệu ứng này và bù trừ chúng. Thực vậy, độ khuếch đại có thể quan trọng để giảm giá thành khi nó cho phép xảy ra các phục hồi điện trong một mối liên kết đã cho. D. Bayart 298 8 2 WDM Transmissions, D. Bayart 82 Transmission fiber types : What are the key differentiators ? Loss (bare fiber) ~0.19 dB/km for SMF (G.652, exists with or without OH peak) ~0.20 dB/km for all the other transmission fibers 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 1200 1300 1400 1500 1600 Lo ss (d B /k m ) λ (nm) C LS1.3 XL OH peak suppressed min loss  Chromatic dispersion D (in ps/nm.km) Chromatic dispersion slope D’=dD/dλ (in ps/(nm2.km)) Effective area (in µm2) 0 5 10 15 20 di sp er si on (p s/ nm .k m ) 1400 1450 1500 1550 1600 1650 Wavelength (nm) C SMF (standard fiber G.652) Effect of dispersion slope Chromatic dispersion D (in /n .km) D(λ) = D(λ1)+ D’ (λ−λ1) + (λ−λ1)2+... D’’2 Các sợi quang trên đường truyền có một độ tán sắc tương ứng với sự khác nhau của tốc độ nhóm theo hàm của bước sóng. Điều này tăng một cách tuyến tính với bước sóng. Vậy độ tán sắc không giống nhau đối với tất cả các kênh trong băng khuếch đại. 8 3 WDM Transmissions, D. Bayart 83 λ δλ tt λ δλ Effect of chromatic dispersion Dispersive fiber Different spectral components travel at different speeds Ảnh hưởng của sự khác nhau của vận tốc nhóm giữa các thành phần phổ sẽ dẫn đến một sự mở rộng về thời gian của các xung tín hiệu theo tần số của chúng. Vậy tại điểm thu nhận, ta không thể giải mã được tín hiệu. 8 4 WDM Transmissions, D. Bayart 84 Slow PSP Fast PSP Maximum PMD : +/- 15% of bit duration @ 40Gbit/s: 3-4ps Optical & electronic means for mitigation Over recently installed fiber, manageable even at 40Gbit/s over terrestrial links. PMD DGD (ps) Pr ob ab ili ty t DGD t Linear effects in fiber Polarization mode dispersion Một hiệu ứng khác là sự tán sắc của các mode phân cực (PMD). Vậy vận tốc nhóm sẽ khác nhau tùy theo các trục riêng của sợi, những trục này biến đổi định xứ trong lòng sợi. Vậy các tín hiệu có độ phân cực thay đổi theo thời gian sẽ có sự chênh lệch thời gian khi các thành phần phân cực của chúng lan truyền. PMD là một trung bình thống kê của các chênh lệch này, các chênh lệch này phải rất yếu so với thời gian của xung tín hiệu (chính xung tín hiệu thì phụ thuộc vào dung lượng). PMD là một giới hạn chủ yếu của một số sợi khi sử dụng chúng với các dung lượng là 10Gbit/s, thậm chí 40Gbit/s. Mặc dù có rất nhiều cách, quang học hay điện tử, để có thể giảm ảnh hưởng của PMD, nhưng các cách này thường chỉ được sử dụng riêng rẽ cho từng kênh và điều này làm cho giá thành của nó trở nên rất cao so với lợi ích dự tính trước. D. Bayart 299 8 5 WDM Transmissions, D. Bayart 85 Limitations : short list of fibre nonlinearities Single-channel Multi-channel Self-phase modulation (SPM) signal optical phase modulated proportionally to signal power; conversion to intensity «noise» by GVD. Cross-phase modulation (XPM) Signal optical phase modulated proportionally to power of neighboring channels; conversion to intensity «noise» by GVD. Modulation instability (MI) (anomalous dispersion regime only) selective amplification of noise. Stimulated Brillouin scattering (SBS) Retrodiffusion of energy; increases fibre loss. Four-wave mixing (FWM) Generation of new spectral components; crosstalk when overlap with other channels. Kerr effect Other interactions with medium Stimulated Raman scattering (SRS) Energy transfer from lower-wavelength channels to higher-wavelength ones. n = n(ω) + n2 P(t)Aeff Ở đây ta nhắc lại một cách ngắn gọn các hiệu ứng phi tuyến bất lợi nhất và các đặc trưng của chúng. Đầu tiên là các hiệu ứng phi tuyến dạng Kerr, được sinh ra từ sự phụ thuộc của chỉ số chiết suất của sợi quang vào công suất của các kênh. Cũng như vậy, các công suất quang học mạnh của các kênh được biến điệu sẽ làm biến điệu chiết suất và gây ra các sự méo. Chiết suất có thể bị biến điệu hoặc bởi công suất quang học riêng của kênh được xét tới (đây là sự tự biến điệu pha hay là SPM), hoặc là bởi công suất của các kênh kề nhau (đây là hiệu ứng biến điệu pha đan chéo nhau hay là XPM). Cũng có thể tồn tại ở đó, vì do môi trường phi tuyến, tương tác giữa các kênh kề nhau và sự hình thành các thành phần điều chế giữa các kênh cảm ứng chồng chập trong các kênh và suy giảm chất lượng truyền: đây là sự trộn 4 sóng. Các hiệu ứng phi tuyến khác như là hiệu ứng tán xạ Raman và hiệu ứng tán xạ Brillouin, được hình thành từ các tương tác giữa các phôton hay phônon trong môi trường, cũng làm suy giảm hiệu suất. Các thiệt hại của các hiệu ứng này trong trường hợp cụ thể là truyền 10Gbit/giây được chỉ rõ ở trong các slides kế tiếp. 8 6 WDM Transmissions, D. Bayart 86 Effect of SPM : Example of waveforms distorted by SPM 2 dBm 17 dBm 18 dBm 20 dBm 9 km DCF 80 km SMF 80 km SMF 9 km DCF Tx Rx Î SPM primarily affects leading/trailing edges of pulses Pin Pin Pin: Đầu tiên chúng ta đã đặc trưng độ méo sinh ra do quá trình tự biến điệu pha hay còn gọi là SPM (Self Phase Modulation). Sơ đồ thí nghiệm như sau: hai đoạn sợi chuẩn dài 80km có độ tán sắc được bù tán sắc bởi sợi bù trừ. Ta truyền một bước sóng duy nhất trên đường (vậy không có hiệu ứng phi tuyến đan chéo) và ta tăng dần dần công suất của kênh để làm nổi bật các hiện tượng méo sinh ra. Trên các đường cong tiếp theo, ta biểu diễn các xung theo hàm của thời gian với mỗi kênh khác nhau. Với 2dBm trên một kênh, ta nhận thấy rằng độ méo của các xung là tối thiểu và rất dễ dàng phân biệt giá trị ‘1’ và giá trị ‘0’. Trái lại, khi công suất tăng, hiệu ứng của SPM càng ngày càng rõ nét và ta nhận ra rằng đầu tiên các xung bị ảnh hưởng lên mặt lên và mặt xuống, trước khi bị méo hoàn toàn ở các công suất cao hơn nữa. Điều đó sẽ làm cho việc xác định các 0 và 1 trở nên khó khăn. D. Bayart 300 8 7 WDM Transmissions, D. Bayart 87 Effect of XPM Example of waveforms distorted by XPM Transmission over 2x100 km NZDSF (GVD = 3ps/nm.km) 2 channels at 10 Gbit/s : signal : Pins = 2 dBm pump : Pinp = 13 dBm Pump-signal delay varies by 20 ps steps Recorded through 15 GHz photodiode Î Distortions depend on the modulation of adjacent channels Trái lại, độ méo gây bởi XPM đều định vị nhiều nhất ở trên mặt lên và xuống của các xung và điều này rất khó chịu. Thực vậy, độ méo được tạo thành bởi sự biến điệu của các kênh kề bên kênh đang xét và làm cho các thông tin bị suy giảm. Ta đã làm rõ hiệu ứng này khi truyền hai kênh trên 200km sợi có độ tán sắc kém (điều này làm tăng hiệu suất XPM). Hai kênh được biến điệu ở 10Gbit/giây. Kênh tín hiệu có công suất 2dBm (là công suất thấp để hạn chế hiệu ứng SPM để tập trung vào hiệu ứng đan chéo) và một kênh bơm có công suất 13dBm đưa vào từ XPM của phần cường độ biến điệu của nó. Ta đã xem xét sự trễ điện giữa các biến điệu được mang bởi hai kênh, và ta nhận thấy rằng các độ méo dịch chuyển trong các xung của kênh được dò. Ta cũng nhận thấy sự xuất hiện các đỉnh hay các hố. Điều này rất phiền vì trong thực nghiệm ta không kiểm soát được các thông tin được truyền bởi các kênh, điều này làm cho các hiện tượng méo này xuất hiện một cách rất ngẫu nhiên trên các tín hiệu xác định được, làm cho việc tối ưu hóa sự lựa chọn pha và ngưỡng chính xác để phân biệt 0 với 1 trở nên rất khó khăn. 8 8 WDM Transmissions, D. Bayart 88 Effect of XPM Impact of spectral spacing and GVD Î XPM penalty increases significantly when • spectral channel spacing is reduced • the local dispersion of the fibre is reduced Note : at 50 GHz spacing (dotted), filter cross-talk causes 1dB penalty Pins = 2 dBm Pinp = 8 dBm NZDSF (GVD=3ps/nm.km) SMF (GVD=17ps/nm.km) XP M P en al ty (d B ) Channel spacing (GHz) 0 1 2 3 4 5 6 0 200 400 0 1 2 3 4 5 6 0 200 400 Hiệu ứng XPM này càng có hiệu lực khi độ tán sắc của sợi yếu và khi các kênh được truyền có bước sóng gần nhau, bởi vì bước sóng tương tác giữa các xung cũng lớn hơn và các hiệu ứng cũng được khuếch đại. Ngay khi đó, khi ta xét các quá trình truyền cần đến sự góp mặt của các bộ ghép kênh rất chặt trên các sợi có độ tán sắc yếu, sự biến điệu pha đan chéo sẽ là một hiệu ứng rất hạn chế. Trái lại, ta nhận thấy rằng với các tán sắc yếu, hiệu ứng này được giảm đi rất nhiều. D. Bayart 301 8 9 WDM Transmissions, D. Bayart 89 Effect of FWM Impact of the fibre GVD 50 GHz spacing Worst case configuration only NZDSF (GVD=3ps/nm.km) SMF (GVD=17ps/nm.km) Pins = 2 dBm Pinp = 8 dBm f1 + f2 = f3 + f4 With only two channels : f4 = 2f2 - f1 or f4 = 2f1 - f2 2f1-f2 2f2-f1 f1 f2 Î High intensity of FWM intermodulation products over low local dispersion fibre Trên slide này, các bạn có thể thấy ảnh hưởng của sự tán sắc lên hiệu suất của việc trộn bốn sóng. Thực vậy, độ tán sắc càng kém thì độ lệch pha giữa các kênh càng kém và hiệu suất trộn bốn sóng càng cao. Ta có thể thấy rõ ở đây rằng: với các độ tán sắc định xứ yếu, các thành phần sinh ra từ phách giữa các kênh càng rõ nét, và vì vậy ta không thể phân biệt được chúng khỏi tạp âm trong trường hợp tán sắc mạnh. Ta thấy rất rõ ở đây rằng trong trường hợp số lượng kênh lớn và cách đều nhau về mặt bước sóng, các thành phần intermodulation sẽ xuất hiện chồng chập lên các tín hiệu và làm suy giảm chúng. 9 0 WDM Transmissions, D. Bayart 90 Road to 10 Tbit/s: fiber types Chromatic dispersion In terrestrial systems, re-use installed fibers whenever possible! -10 -5 0 5 10 15 20 C hr om at ic di sp er si on (p s/ nm .k m ) 1400 1450 1500 1550 1600 1650 Wavelength (nm) DSF (dispersion- shifted fiber) C band At the beginning of the WDM era: SMF (standard fiber) dispersive fiber (here +D) λ λ time time • Near zero-dispersion region ideally suited for single-ch. (cf. soliton) • but, because of cross-nonlinearities (most limiting effect at Nx10Gb/s), forbidden for WDM operation. #2 #1 δλ #2 #1 DLδλ #2 #1 δλλ Nếu như ta muốn có độ tán sắc định xứ mạnh để có thể giảm thiểu các hiệu ứng phi tuyến đan chéo trong trường hợp truyền dùng kỹ thuật WDM, thì sự tồn tại của chỉ những hệ thống đơn kênh và việc không có DFC có độ mất mát kém trong những năm của thập niên 80 đã dẫn đến việc hiệu chỉnh các sợi G653 (DSF) mà điểm không của độ tán sắc (zéro de dispersion) nằm ở trong vùng mất mát yếu của các sợi. Trái lại, các sợi theo qui ước có điểm không của độ tán sắc vào khoảng 1,3 µm. Để có thể sử dụng các sợi này ở các nước có liên quan (Italy, Mêhicô, Nhật Bản), các hệ thống vận hành với băng L đã được đề nghị, cũng cho phép tìm thấy các giá trị khác không của độ tán sắc. 9 1 WDM Transmissions, D. Bayart 91 0.1 1 10 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Tb it/ s A. Chraplyvy et al., OFC’94 (NZDSF+/-) -10 -5 0 5 10 15 20 C hr om at ic di sp er si on (p s/ nm .k m ) 1400 1450 1500 1550 1600 1650 λ (nm) DSF SMF C band H. Taga et al., ECOC’94 (NZDSF+/-) NZDSF- NZDSF+ Nx10Gbit.s ∆f<200GHz To avoid zero- dispersion region: Non-zero dispersion- shifted fibers NZDSF+ or NZDSF- but ch. spacing started narrowing... D. Garthe et al., ECOC’96 (NZDSF-) Road to 10 Tbit/s: fiber types First-generation NZDSF fibers Sau đó, các sợi NZDSF đã được đưa ra để giảm chất lượng của DCF so với các sợi SMF (ta biết rằng DCF được lắp đặt ở tầng giữa của các EDFA làm suy giảm rõ rệt hệ số tạp âm của chúng và mang theo một phần quan trọng các hiệu ứng phi tuyến mà các tín hiệu gặp phải). Trong trường hợp này, điểm không của độ tán sắc đã được đặt ngay cạnh băng của các EDFA. Tuy nhiên, mức của độ tán sắc là quá yếu để có thể cho phép truyền 10 Gbit với các khoảng cách giữa các kênh nhỏ. Vậy các thế hệ đầu tiên của các sợi NZDSF bán được tương đối ít. D. Bayart 302 9 2 WDM Transmissions, D. Bayart 92 Transmission fiber Compensating fiber di sp er si oh C um ul at ed di sp er si on distance Average GVD ReceiverTransmitter Residual GVD +D -D -D -D -D +D +D Location of DCMs critical to assess performance! = dispersion map (use simulation tools) Effect of uncompensated dispersion slope Over long distances, or at high rate (40Gbit/s), DCMs with dispersion slope compensation capability needed Road to 10 Tbit/s: fiber types Dispersion compensation Đối với các sợi DCF cũng đã rất cần phải đạt được nhiều tiến bộ. Thực vậy, vì độ tán sắc của các sợi biến đổi theo bước sóng, độ tán sắc của DCF cũng phải biến đổi cùng một tỉ lệ như vậy. Việc không được bù trừ của độ dốc (slope) này mang đến ở đầu thu một độ tán sắc gộp lại khác không và biến thiên theo các kênh đòi hỏi phải có một sự bù trừ từng kênh một. 9 3 WDM Transmissions, D. Bayart 93 C um ul at ed di sp er si on distance C um ul at ed di sp er si on distance C um ul at ed di sp er si on distance No/partial dispersion slope compensation No/partial disp. slope compensation but channel by channel compensation at receiver end (cost!) Full dispersion slope compensation ChannelsPe na lty ChannelsPe na lty ChannelsPe na lty Residual dispersion discrepancies In-line compensation discrepancies Variations in local dispersion Dispersion slope compensation issues Như chỉ ra ở đây, tuy thế nhưng sự bù trừ từng kênh một tại điểm thu nhận đã xuất hiện quá chậm để có thể bù trừ các hiệu ứng được sản sinh một cách hoàn hảo, và lại tốn kém. Vậy điều quan trọng là phải có một DCF cũng có thể bù trừ được độ dốc của sợi. 9 4 WDM Transmissions, D. Bayart 94 0% dispersion slope compensation Channels Er ro r r at e 50 dispersion slope l Er ro r r at e dispersive fiber (here +D1) C um ul at ed di sp er si on (p s/ nm ) Distance (km) typ. 80-100km Dispersion and dispersion slope compensation with WDM transmissions Compensating fiber (-D2) 1 0% dispersion slope Er ro r r at e Sự chênh lệch của hiệu suất theo các cấu hình một lần nữa lại được thể hiện trên slide này. D. Bayart 303 9 5 WDM Transmissions, D. Bayart 95 + Line fiber D is pe rs io n 0 15 Wavelength 1520 1580 Matched compensating fiber D is pe rs io n -80 -100 Wavelength 1520 1580 Matching the line fiber with the compensation (1) Vậy các DCF tương thích với sợi đã được phát triển. 9 6 WDM Transmissions, D. Bayart 96 ZO OM + Line fiber Matched compensating fiber Wavelength1520 1580 -20 20 D is pe rs io n Matching the line fiber with the compensation (2) Trong trường hợp này, tất cả các kênh có đều có độ tán sắc hoàn toàn được bù trừ trên đường truyền. 9 7 WDM Transmissions, D. Bayart 97 Wavelength 1520 1580 -0.75 0.75 D is pe rs io n 0 Key parameter for broad-band slope compensation Slope of the slope also impacts ! For negative dispersion fibers, the dispersion is not linear ... Criteria : Residual Dispersion Slope (RDS) Tuy nhiên, bù trừ các biến thiên bậc nhất của tán sắc với bước sóng là chưa đủ so với các dung lượng rất cao (40 Gbit/s) và chỉ riêng các chênh lệch do biến thiên bậc hai không được bù trừ là đã đủ để gây ra độ tán sắc quá mạnh đối với một vài kênh ngang. D. Bayart 304 9 8 WDM Transmissions, D. Bayart 98 Dispersion and dispersion slope simultaneous compensation G.655 fibers 0.0065 0.0102 0.0202 TeraLight Truewave-RS LEAF RDS (nm-1) Transmission fiber Lline, Dline, D’line Compensating module LDCF, DDCF, D’DCF 1 span :  Dispersion compensation: DlinexLline=-DDCFxLDCF  Slope compensation: D’linexLline =- D’DCFxLDCF  Parameter to consider: RDS (D’fiber/Dfiber) More and more difficult and expensive to compensate Các DCF tương thích với mỗi loại sợi cáp đã được phát triển, với sự bù trừ độ dốc tương đối tốt có thể theo từng loại sợi. 9 9 WDM Transmissions, D. Bayart 99 -10 -5 0 5 10 15 C hr om at ic di sp er si on (p s/ nm .k m ) 1400 1450 1500 1550 1600 1650 λ (nm) DSF SMF C band NZDSF+ Nx10Gbit.s ∆f=100GHz TW RS LEAF or Freelight 0.1 1 10 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Tb it/ s L band NZDSF fibers (only + D) with slightly larger dispersion, and • larger effective area to reduce all non-linear effects • low dispersion slope to reduce ch. heterogeneity. Both beneficial, but not in the same fiber type! While L-band appears out of zero-disp. region, ch. spacing narrowed again... V. da Silva et al., ECOC’97 (LEAF) D. Peckham et al., ECOC’98 (RS) Road to 10 Tbit/s: fiber types : 2nd generation NZDSF fibers (1) Một thế hệ thứ hai của loại sợi NZDSF sử dụng một tiết diện hiệu dụng rộng hơn đã được phát triển với mục đích giảm bớt các hiệu ứng tán sắc yếu so với các hiệu ứng phi tuyến. Vả lại, độ dốc của độ tán sắc đã được giảm. Loại sợi này cũng cho phép truyền Nx10Gbit/s với khoảng cách giữa các kênh là 100GHz trong băng C. 1 0 0 WDM Transmissions, D. Bayart 100 Effective area / dispersion slope trade-offs Lo w er is b et te r Higher Aeff reduces non-linearities 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 Effective Area (µm²) D is pe rs io n Sl op e (p s/ nm ².k m ) LEAF Truewave RS TeraLight Simulation data (simulation work based on conventional fiber profiles) Cần phải tìm một thỏa hiệp đối với việc chế tạo các sợi NZDSF để vừa tăng tối đa tiết diện hiệu dụng và giảm thiểu độ dốc tán sắc, mà vẫn giữ được độ mất mát nhỏ. Vùng trong đó độ dốc của độ tán sắc tăng ít so với tiết diện hiệu dụng đã được xét đến đối với các sợi NZDSF thế hệ mới. D. Bayart 305 1 0 1 WDM Transmissions, D. Bayart 101 Dispersion compensation: Î Revitalized SMF-based networks, DCM loss being masked by dual- stage amplifiers Dispersion Compensating Module = module with dispersion of opposite sign to that of transmission fiber. Technologies : • Dispersion Compensating Fiber (by far the most widely employed), • Higher-order mode fiber, • Virtual imaged phased array • Fibre Bragg Grating DCM EDFAEDFA-8 dBm +17 dBm DCM • In linear systems, dispersion compensation located anywhere without performance variations. • But… do linear systems really exist ? From dispersion compensation to dispersion management Với các mất mát ít của chúng và thiên hướng quản lý tập hợp các kênh trên cùng một sợi, DCF được sử dụng với các DCM-Các modun bù tán sắc. Khi không có các hiệu ứng phi tuyến (điều này không bao giờ xảy ra), sự bố trí các mođun DCF trên đường không ảnh hưởng tới hiệu quả của hệ. Mà hoàn toàn trái lại ! … vì chính là sau mođun bù trừ (nằm ở tầng giữa các EDFA) mà các mức của công suất là cao nhất trong mối liên kết. Hơn nữa, vì công suất đầu vào của các DCM cần phải đủ lớn để tránh ảnh hưởng quá mạnh của tạp âm của tầng thứ hai của EDFA, điều này lại sinh ra một số lượng lớn các hiệu ứng phi tuyến trong DCF, hơn nữa các sợi về bản chất là có lõi nhỏ nên các hiệu ứng này lại càng tăng mạnh. 1 0 2 WDM Transmissions, D. Bayart 102 A powerful technique for nonlinearity suppression : Dispersion Management Dispersion management High local dispersion: reduction of nonlinear impairments Low average dispersion: weak signal distortion D is pe rs io n Distance Management period D+D+ D-D-D+ D- D+ D- D+ D- Study of the optimum dispersion map Definition of the next generation WDM fibre Một trong các kỹ thuật hiệu quả nhất hiện nay để chống lại sự suy thoái do các hiệu ứng phi tuyến dạng Kerr là trông cậy vào việc quản lý độ tán sắc. Thực vậy, gián tiếp do độ tán sắc mà độ méo sinh ra từ các hiệu ứng phi tuyến làm biến dạng các xung tín hiệu truyền. Hơn nữa, ta đã thấy rằng độ tán sắc định xứ cao hạn chế các hiệu ứng XPM và FWM. Tuy nhiên, cũng phải loại bỏ sự tích tụ của độ tán sắc bởi vì nó làm suy giảm phẩm chất của các xung. Việc quản lý hiện tượng tán sắc cho phép đạt được thỏa hiệp này bằng cách có một sợi tán sắc mạnh được bù trừ một cách tuần hoàn bởi sợi bù trừ có độ tán sắc mạnh theo chiều ngược lại. Cũng như thế, sự tán sắc định xứ là rất mạnh nhưng độ tán sắc trung bình lại rất nhỏ. Sự bù trừ tán sắc của sợi được tiến hành đều đặn trên đường truyền, với một lượng bù trừ nhất định khi phát và khi thu nhận. D. Bayart 306 1 0 3 WDM Transmissions, D. Bayart 103 Dispersion Management : Residual dispersion is no more the criterion Alternate NZDSF (+3.0 / -2.7 ps/nm.km) Alternate NZDSF (+3.0 / -2.7 ps/nm.km) -1 5 1 3 5 7 Length (km) C um .d is p. (p s/ nm ) -1 5 1 3 5 7 Length (km) -800 0 800 0 200 400 600 -400 0 1200 0 200 400 600 Pe na lty (d B ) Ch. number Ch. number Residual dispersion = 350 ps/nm at the centre of the multiplex Î Due to nonlinearities, residual dispersion is no more the criterion ! NZDSF+ (+3 ps/nm.km) -1 5 1 3 5 7 Length (km) 0 1600 0 200 400 Ch. number 600 Để chỉ ra tính phức tạp của việc tối ưu hóa một cấu trúc bù trừ như vậy, ta giới thiệu ở đây 3 biểu đồ biểu diễn độ tán sắc tích tụ theo khoảng cách truyền, và các độ bất lợi (pénalité) tương ứng nhận được tại điểm thu trên 8 kênh truyền. Độ bất lợi càng nhỏ thì truyền càng tốt. Lưu ý rằng ba cấu trúc bù trừ này đều mang lại một giá trị của độ tán sắc tích lũy, trong chế độ tuyến tính, điều này làm cho chúng có cùng một hiệu suất. Tuy nhiên, khi xuất hiện các hiệu ứng phi tuyến, các hiệu suất truyền lại rất khác nhau. Biểu đồ ở giữa (màu xanh da trời) cho ta hiệu suất rất tốt trong khi hai biểu đồ kia cho ta các độ bất lợi rất mạnh trên một vài kênh (màu vàng) hoặc tất cả các kênh (màu xanh lá cây). Sự chênh lệch về hiệu suất này là do sự xuất hiện của các hiệu ứng phi tuyến mà các hiệu ứng này tương tác với các tín hiệu theo các cách khác nhau trên đường truyền tùy theo cấu trúc bù trừ mà ta lựa chọn. Điều này chỉ ra sự cần thiết tối ưu hóa một cách tinh tế cấu trúc của các hệ thống truyền để có thể giảm thiểu các hiện tượng méo. 1 0 4 WDM Transmissions, D. Bayart 104 -400 0 400 800 1200 1600 0 200 400 600 Length (km) C um .d isp . ( ps /n m ) -800 -400 0 400 800 0 200 400 600 Length (km) C um .d isp . ( ps /n m ) 0 5 10 1 8 Numerical Experimental 0 5 10 1 8Pe na lty (d B) @ 1 0- 10 BE R Channel number Best maps 8x10 Gbit/s, 200 GHz spacing, 200 ps/nm - step optim. Dispersion Management Exp. & numerical optimisation Terminals and in-line compensation compulsory Terminals comp. only Terminals & in-line comp. Chúng ta có thể tự hỏi rằng vậy độ bất lợi sẽ là bao nhiêu nếu như hệ thống hoạt động khi chỉ đưa bù trừ vào các đầu mút của đường truyền (ở đây là bên trái) khi so sánh với bù trừ trên đường truyền. Ta thấy rằng nếu chỉ có bù trừ ở các đầu mút, mặc dù tinh nhất có thể, thì cũng là chưa đủ khi các hiệu ứng phi tuyến rất mạnh, và cần phải trợ thêm vào đó hệ bù trừ trên đường truyền để có thể đảm bảo độ bất lợi nhỏ khi truyền trên các kênh (gần như bằng không ở đây). D. Bayart 307 1 0 5 WDM Transmissions, D. Bayart 105 -800 -400 0 400 800 1200 0 100 200 300 400 C-Band L-Band C um ul at ed d is pe rs io n ( p s/ nm ) Transmission length (km) Transmission length (km) -800 -400 0 400 800 1200 0 100 200 300 400 #1 #80 #81 #150 Dispersion map Invidual dispersion compensation for each band Almost 100% in-line compensation Common DCF length optimized in the booster and in the preamplifier Residual dispersion range: 470 ps/nm between ch. #1 and ch. #80 in C-band, 550 ps/nm between ch. #81 and ch. #150 in L-band. Trong thực nghiệm, ta tìm cách sử dụng cùng một chiều dài DCF trong mỗi một bộ khuếch đại. Để giảm thiểu ảnh hưởng của các hiệu ứng đan chéo giữa các kênh, cần phải tránh việc đồng bộ lại thông qua DCF trong khi chúng truyền qua các EDFA. Một sự siêu bù trừ (surcompensation) cũng có thể được sử dụng, điều này cho ta một độ dốc của tán sắc tích tụ theo khoảng cách. Mođun của DCF được đặt ở đầu vào của hệ cho phép đồng bộ lại các kênh trong khi DCF đặt ở đầu ra sẽ tối ưu hóa giá trị tán sắc tích tụ tổng cộng. Một họa đồ về tán sắc như vậy cũng cho phép hệ thống hoạt động với độ bất lợi nhỏ. Với một chức năng sử dụng đồng thời băng C và băng L, các môđun DCF khác nhau được sử dụng với mỗi dải băng tần. 1 0 6 WDM Transmissions, D. Bayart 106 TeraLightTM Fiber -800 -400 0 400 800 1200 0 100 200 300 D is p. (p s/ nm ) L-Band #65 #128 -800 -400 0 400 800 1200 0 100 200 300 C-Band #1 #64 Transmission length (km) Very high spectral efficiency · enhanced cross-nonlinearities TeraLightTM dispersion-optimised NZDSF fibre (8ps/nm.km at 1.55 µm) large effective area (65 µm2 at 1.55 µm) low dispersion slope (0.057ps/nm2.km) larger dispersion makes dispersion slope easier to compensate for Sợi TeralightTM cũng đã được chế tạo để có thể tính đến toàn bộ các yêu cầu trên. Giá trị tán sắc của sợi cao hơn so với các loại NZDSF khác, điều này làm giảm ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến, hơn nữa nó có một tiết diện hiệu dụng lớn mà vẫn giữ được độ dốc của tán sắc nhỏ. Vả lại điều này được bù trừ dễ dàng với một DCF vì giá trị của tán sắc của nó cao hơn. Giá trị đó nhỏ hơn một nửa giá trị của SMF, điều này cũng làm giảm số lượng của DCF có mặt trong các EDFA, giảm cả các hiệu ứng phi tuyến trong đó và bảo đảm một hệ số tạp âm được cải thiện. 1 0 7 WDM Transmissions, D. Bayart 107 From Nx10Gbit/s to Nx40Gbit/s Estimation of system margins O pe ra tin g po w er p er c ha nn el at fi be r i np ut Nx10Gbit/s 0.2 bit/s/Hz Erbium only Nx40Gbit/s 0.4 bit/s/Hz Erbium only Upper power limit (non-linear effects) Lower power limit (dictated by SNR)6dB >5dB ? Nx40Gbit/s 0.4 bit/s/Hz dual-stage Er /Raman 0.5 dB Estimations assuming 100km-long spans of fiber 3 dB 5 dB FEC reduced by forward error correction (FEC) 5 dB FEC 5 dB FEC ZONE OF OPERATION Một câu hỏi quan trọng có liên quan đến sự di chuyển các hệ thống từ một dung lượng đơn vị 10Gbit/s đến 40Gbit/s. Băng lọc của bộ thu nhận sẽ tăng lên 4 lần, điều này có nghĩa là tạp âm phách tín hiệu/tự phát sẽ mạnh hơn 6 dB. Vả lại, với 40Gbit/s, các hiệu ứng xuyên kênh (intercanaux) trở thành hạn chế và cần phải giảm công suất các kênh đi nhiều dB. Dung sai (tolérence) trên công suất của các kênh nhận được cũng giảm mạnh. Khuếch đại Raman cho phép cải thiện hiệu suất tạp âm đi vài dB trong khi công suất của các kênh cần phải giảm đi một chút để có thể giữ cho các hiệu ứng phi tuyến không đổi. Cuối cùng, các thế hệ mới của mã sửa lỗi đã mang đến một giới hạn phụ đáng kể bất kể là với loại hệ thống nào, ít nhất là D. Bayart 308 đạt được mức tạp âm đòi hỏi, xa nhất là sẽ có thể truyền kênh mà không còn độ bất lợi (pénalité). 1 0 8 WDM Transmissions, D. Bayart 108 WDM transmissions : Record experiments How getting highest capacity / spectral efficiency by an appropriate channel power management giving : - High output SNR - Compensation of non-linear effects and owing to : - Efficient modulation format / detection scheme - Overhead in data supported by the signal Vậy các hiệu suất tốt nhất nhận được khi tối ưu hóa toàn bộ các thông số. Đầu tiên, các bộ khuếch đại quang băng rất rộng được sử dụng để trích ra một phần trên tất cả dải băng truyền có thể có trong sợi. Sau đó, trong việc quản lý một cách tốt nhất các hiệu ứng xấu khi truyền kênh trong một băng truyền rộng như vậy, điều cần thiết là phải xác định các đặc trưng tốt nhất có thể đối với sợi truyền thích hợp nhất, nhưng vẫn phải tiếp tục nghiên cứu các hiệu ứng hạn chế khi mà băng truyền thì ngày càng tăng, để có thể thoát khỏi điều đó một cách tốt nhất. Sau đó, cũng cần thiết phải sử dụng các dạng biến điệu thích hợp nhất cho việc sử dụng toàn bộ băng truyền và xác định sự thỏa hiệp tốt nhất lưu lượng của từng kênh/khoảng cách giữa các kênh, biết rằng lưu lượng của một kênh càng tăng thì càng khó quản lý các hiện tượng hạn chế, và cũng như vậy khi ta cho các kênh tiến lại gần nhau. 1 0 9 WDM Transmissions, D. Bayart 109 Principle of the 10-Tbit/s experiment Wavelength (nm) 1600 1601 1602 1603 Left-side filter Right-side filter Po w er 20 dB /D iv . 50GHz 75GHz z y x Alternative 75 GHz and 50GHz channel spacings Vestigial side-band filtering at the receiver end Polarization division multiplexing Record spectral efficiency 1.28bit/s/Hz Để chỉ ra các tối ưu này, một thí nghiệm nhằm mục đích truyền với dung lượng tổng cộng 10Tbit/s đã được thiết lập. Để tăng tối đa mật độ phổ của thông tin mà vẫn giữ được tối thiểu các hiệu ứng giữa các kênh, một bộ ghép kênh phân cực đã được sử dụng, cũng như vậy, lần đầu tiên đối với các hệ quang học, một kỹ thuật nhận băng ngang cũng đã được sử dụng. Kỹ thuật này sử dụng thông tin được mã hóa đối xứng trên các kênh, cũng cho phép dò ngang (détection latérale). Điều này cũng cho phép một sự chồng chập của các kênh lên phổ, và vì vậy ta có một mật độ thông tin cao hơn (1,28 bit/s/Hz). D. Bayart 309 1 1 0 WDM Transmissions, D. Bayart 110 C L Rx 100 km TeraLightTM PBS 1x 32 42.6Gb/s 223-1 FEC Q Q M-Z M-Z #1 #128 3dB DCF C L Polar. demux. C L DCF L DCF C 42.6Gb/s 215-1 FEC Q Q M-Z M-Z 3dB DCF C 1x 32L 3dB C L 1x 32C 1x 32L 3dB C L Experimental set-up Erbium amplifiers and Raman amplifiers, Full 40 Gbit/s ETDM equipment with FEC at Tx / Rx (Si-Ge technology). Một lưu lượng trên một kênh là 40 Gbit/s đã được sử dụng cho một tập hợp 128 kênh. Các đoạn của chuỗi các xung khác nhau đã được lựa chọn với hai bộ biến điệu sao cho có thể tránh được tất cả các hiệu ứng kết hợp không mong muốn. Khuếch đại EDFA và Raman và sự bù trừ tán sắc với mỗi băng bảo đảm cho sự vận hành của băng C và băng L. Cuối cùng, một sự vượt trội dung lượng đã cho phép sử dụng mã sửa lỗi một cách có hiệu quả và sợi TeralightTM đã được sử dụng. 1 1 1 WDM Transmissions, D. Bayart 111 Experimental spectra C-band L-band Wavelength (nm) P( dB m ) Booster input Pre-amplifier input, Raman pumps off Pre-amplifier input, Raman pumps on (17dB gain). -45 -35 -25 -15 -5 -55 -45 -35 -25 -15 -35 -25 -15 -5 5 1520 1540 1560 1580 1600 1620 -35 -25 -15 -5 5 Booster output (a) (b) (c) (d) Các phổ tín hiệu đã được quản lý sao cho giữ vững được SNR cao trên tập hợp các kênh. Cũng như thế, các EDFA được chế tạo sao cho có một độ dốc phổ khi phát để có thể bù trừ hiệu ứng Raman phát sinh trong sợi truyền. 1 1 2 WDM Transmissions, D. Bayart 112 Experimental results 25 30 35 25 30 35 1525 1545 1565 1585 1605 10-3 10-4 10-5 10-6 Wavelength (nm) un co rr ec te d B ER SN R (i n 0. 1n m ) Left-side filtering Right-side filtering Left and Right-side filtering Các giá trị của tỉ số lỗi Bit đo được cả bên này và bên kia các kênh đều khớp với các SNR đã được ghi lại. D. Bayart 310 1 1 3 WDM Transmissions, D. Bayart 113 Measured FEC performance at 40Gbit/s 1.0E-15 1.0E-14 1.0E-13 1.0E-12 1.0E-11 1.0E-10 1.0E-09 1.0E-08 1.0E-07 1.0E-06 1.0E-04 1.0E-03 BER without FEC BE R w ith F EC All the channels exhibit uncorrected BERs larger than 10-4. Error-free transmission after Forward error correction BER < 5. 10-15 after correction Sau khi sửa bằng thuật toán tại điểm thu nhận, sự truyền hầu như không có lỗi được chứng minh, nó cũng chỉ ra hiệu lực của các mã sửa lỗi đối với các hệ thống truyền. 1 1 4 WDM Transmissions, D. Bayart 114 10 Tbit/s experiment : Features 10.2 Tbit/s capacity over 100km TeraLightTM fiber Record spectral efficiency = 1.28 bit/s/Hz Vestigial side-band filtering in receiver Specific wavelength-allocation scheme Polarization division multiplexing Full 42.6Gbit/s ETDM equipment with FECC Er/Raman amplifiers. Thí nghiệm này cũng chỉ ra dung lượng truyền cao hơn 10 Tbit/s trong sợi quang theo các tối ưu hóa liên tiếp khác nhau. Khoảng cách truyền tổng cộng được thực hiện là 300 km. 1 1 5 WDM Transmissions, D. Bayart 115 Record spectral efficiency: 1.28 bit/s/Hz >1 Mio. ADSL internet-links or 200 Mio. ISDN lines over one fiber TeraLight Fibers Raman Pumps C/L-Band EDFAs 40 Gbit/s ETDM Tx/Rx (using SiGe electronics) 64 C-band laser diodes 64 L-band laser diodes Multi-Terabit/s transmission capacity 10.2Tbit/s (256 x 42.7Gbit/s) Hình vẽ này chỉ ra các thiết bị khác nhau được sử dụng trong thí nghiệm với các bộ phát/thu hoạt động tất cả bằng điện tại 40Gbit/s. Dung lượng 10Tbit/s này cũng cho phép cung cấp 1 triệu đường truyền ADSL 1Mbit/s cho mỗi đường. D. Bayart 311 1 1 6 WDM Transmissions, D. Bayart 116 Rx C L SMF* L C SMF* C L #1 #79 M-Z Q Q 1x 40 #2 #80 M-Z1x40 42.7Gb/s 231-1 PBC Bessel 12GHz Bessel 12GHz Q Q C-Band : ch. 1 - 80 L-Band : ch. 81 - 159 LOOP Evaluating Transmission Systems over Ultra-long haul distance : lab experimental set-up 42.7Gb/s 231-1 Recirculation loops : an economical tool for the assessment of novel 40 Gbit/s technologies *SMF : Single Mode Fiber Để ước lượng dung lượng truyền của những dung lượng rất lớn trên các khoảng cách dài, một vòng lặp tuần hoàn đã được sử dụng để có thể mô phỏng hệ thống thực mà không cần phải triển khai tất cả chiều dài sợi mong muốn, tất các các thiết bị được sử dụng vẫn như cũ. 1 1 7 WDM Transmissions, D. Bayart 117 Possibility to evaluate the transmission of the channels over any distance Enables system validation of the potential technologies for 40 Gbit/s C L C L DCF* x2 100 km DGE C DGE L C L 7x C L 100 km Tx (159x42.7Gbit/s) Rx Evaluating Transmission Systems over Ultra-long haul distance : composition of the loop *DCF (Dispersion Compensating Fiber Trong vòng lặp này, ba liên kết đã được biểu diễn và hoàn toàn được trang bị bằng các khuếch đại và bù trừ tán xạ. Các kênh cũng sẽ được lặp lại một số lượng lần cho đến khi đạt được khoảng cách truyền mong muốn. 1 1 8 WDM Transmissions, D. Bayart 118 Time synchronization in order to select the targeted distance C L C L DCF x2 TeraLightTM Ultra 100 km DGE C DGE L C L 7x C L 100 km Tx (159x42.7Gbit/ s) Rx C L C L F x2 r i tT ltr 100 k L C L 7x C L 100 k (159x42.7 bit/ s) Loop operating mode Điều khó khăn để làm chủ là việc quản lý thời gian mở và đóng vòng lặp. Đầu tiên, các kênh nạp vào vòng lặp cho đến khi nhận được điểm vận hành ổn định, sau đó vòng sẽ được đóng lại. Tại điểm thu, ta phải đo tín hiệu tại thời điểm tương ứng với số lượng vòng mong muốn. D. Bayart 312 1 1 9 WDM Transmissions, D. Bayart 119 Channel spectrum after 2,100km transmission Wavelength (nm) Po w er (1 0d B /d iv ) 1545 1585 160515651525 Resolution 0.05nm C-Band L-Band All 40-Gbit/s channels successfully transmitted with high Signal-to-Noise ratio Ta cũng có thể thiết lập phổ của các kênh truyền sau khi truyền trên vài nghìn km chiều dài. 1 2 0 WDM Transmissions, D. Bayart 120 High capacity transmission results at 40 Gbit/s C ap ac ity x d is ta nc e (P bi t/s .k m ) 0.01 0.1 1 10 100 04/97 09/98 01/00 06/01 10/02 02/04 6 Tbit/s over 6120 km OFC’04 Lucent & OFS NTT Siemens Others Alcatel R&I Tyco ALCATEL TECHNOLOGY IS LEADING THE RACE ! Một thí nghiệm theo vòng lặp với 150 kênh 40 Gbit/s (6Tbit/s) cũng đã được thực hiện gần đây trên 6120 km và được trình bày tại hội nghị quốc tế về truyền thông bằng sợi cáp quang. Kết quả này đạt được kỷ lục hiện nay về tích số giữa dung lượng và khoảng cách, đã không chỉ chỉ ra khả năng phát các dung lượng cao, mà còn chỉ ra khả năng truyền trên các khoảng cách vượt đại dương. 1 2 1 WDM Transmissions, D. Bayart 121 All-optical in-line regeneration: • Soliton propagation + Periodic ‘simple’ intensity modulation • ---> Noise and distortion suppression • ---> Unlimited transmission distance Study of different configurations and modulator structures & technologies Submarine transmission : Optical regeneration Only narrow bandwidth modulation (at clock frequency) Regenerator modulator filter DM propagation (reduced channel spacing) DM propagation (reduced channel spacing) Conversion to NLS-Soliton (restoration of reg. efficiency) Conversion Fiber Để có thể bao trùm được các khoảng cách dài như mong muốn mà không phải sử dụng các thiết bị phục hồi điện tốn kém, khả năng phục hồi về biên độ và tạp âm của các kênh, đồng bộ hóa lại, và đưa trở lại dạng đã được nghiên cứu. Có rất nhiều nghiên cứu đã được thực hiện, trong đó Alcatel thuộc loại hàng đầu, nhưng chưa có nghiên cứu nào đạt tới việc sử dụng một thiết bị duy nhất cho toàn bộ các kênh, và vậy là để chỉ ra độ chênh lệch đáng kể về giá thành đối với các thiết bị điện hiện có. D. Bayart 313 1 2 2 WDM Transmissions, D. Bayart 122 5 6 7 8 9 0 5000 10000 15000 20000 Distance (km) Q a- fa ct or BER=10-9 Q -fa ct or 10Mm eyes at 40Gbit/s and 10Gbit/s single-electrode push-pull V1 V2Φin out • Polarisation independent • Wavelength Insensitive (1545-1560nm) • Independent control of IM/PM • Negligible WDM crosstalk 40 Gbit/s optical regeneration for submarine transmission: Semiconductor InP modulator Một tín hiệu cũng đã được truyền trên vài nghìn km với bộ phục hồi quang tuần hoàn trên chiều dài đường truyền. 1 2 3 WDM Transmissions, D. Bayart 123 Usable spectrum of silica fibers After ITU recommendation G.dsn O : Original Band E : Extended Band S : Short Band C : Conventional Band L : Long Band U : Ultra-long Band WDM Channels Wavelength (µm) O S C L wavelength 0.0 0.15 0.3 UE 1260nm 1360nm 1625nm 1460nm 1530nm 1565nm 1675nm At te nu at io n (d B/ km ) Để có thể truyền thêm nhiều kênh nữa, có thể truyền trên các dải tần khác của sợi quang. I.T.U đã khuyến nghị cả về định nghĩa cũng như về danh pháp các băng của họ. Việc truyền trên các khoảng cách dài đã được thực hiện với các cửa sổ mới này thêm vào các cửa sổ của EDFA nhưng các tương tác Raman lại rất mạnh, trong khi cần phải tách một cách tuần hoàn các băng khác nhau để tạo ra một độ khuếch đại và bù trừ tán sắc đặc chủng, điều này làm tăng tính phức tạp. Cùng lúc đó, một số lượng lớn cáp được lắp đặt vào cuối thế kỷ XX (với một số lượng lớn các sợi trong mỗi cáp) cho phép ưu tiên việc ghép kênh không gian trong lòng các sợi khác nhau của nó hơn là ghép phổ trên nhiều cửa sổ phổ, trong đó việc giảm bớt chiều dài đơn vị của sợi lại lớn hơn. Trái lại, trong các mạng truy nhập (ứng dụng Coarse- WDM) mà không có giới hạn vật lý liên quan đến việc truyền khi mà các khoảng cách đều ngắn (thậm chí làm cho khuếch đại trong phần lớn thời gian đều là vô nghĩa), có thể có lợi khi sử dụng các băng này để làm giảm bớt dung sai (tolérences) theo chiều dài trên các kênh truyền quang học và cũng làm giảm giá thành. D. Bayart 314 1 2 4 WDM Transmissions, D. Bayart 124 Conclusion Wavelength Division Multiplexing for high bit-rate transmission Optimisation of high bit-rate transmission systems: A combination of solutions and technologies Dispersion management, modulation format, low-noise amplification schemes, regeneration, error correction, … Adapted to the submarine or terrestrial configuration Great importance of cross-related analytical, numerical & exp. tools Still room for progress (capacity and/or margin) Kết luận lại, ta có thể xây dựng các hệ thống truyền thông dung lượng cao trên các khoảng cách lớn của sợi và với giá thành chấp nhận được cho các mạng đường trục, các mạng này sẽ cung cấp cho tập hợp các thuê bao cuối cùng thông qua các mạng ngầm và mạng truy cập. Tất cả các điều này đều khả thi bởi một sự điều hành thích hợp các phương tiện khuếch đại, biểu đồ tán sắc, và các dạng biến điệu. 1 2 5 WDM Transmissions, D. Bayart 125 Bibliography 9 « Erbium-doped fiber amplifier, Principles and Applications », Emmanuel Desurvire, Wiley (1994), New-York 9 « Erbium-doped fiber amplifier, Device and System Developments », Emmanuel Desurvire, Dominique Bayart, Bertrand Desthieux, Sébastien Bigo, Wiley (2002), New-York 9 « Undersea Fiber Communication Systems », José Chesnoy Ed., Elsevier, San Diego (2002) Để tìm hiểu sâu hơn về các khái niệm này, có rất nhiều tài liệu đã xuất bản, nhưng tôi không thể không khuyên các bạn xem hai tài liệu sau đây, mới xuất bản và trong đó giới thiệu toàn bộ các kỹ thuật được sử dụng một phần cho các hệ thống trên mặt đất và phần khác cho các hệ thống dưới biển: « Erbium-doped fiber amplifier, Device and System Developments », Emmanuel Desurvire, Dominique Bayart, Bertrand Desthieux, Sébastien Bigo, Wiley (2002), New-York « Undersea Fiber Communication Systems », José Chesnoy Ed., Elsevier, San Diego (2002)