BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TẬP ĐOÀN BCVT VIỆT NAM HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Đinh Thị Thu Phong

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TÁN SẮC MODE PHÂN CỰC VÀ NHIỄU LIÊN QUAN TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông Mã số: 62 52 70 05

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2010

Công trình được hoàn thành tại: Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông. Người hướng dẫn khoa học: GS. TSKH. Đào Khắc An TS. Phùng Văn Vận Phản biện 1: GS.TSKH. Đinh Văn Hoàng Đại học Khoa học Tự nhiên-Đại học Quốc gia HN Phản biện 2: PGS.TS. Phan Hữu Huân Đại học dân lập Phương Đông Phản biện 3: PGS.TS. Vương Đạo Vy Đại học Công nghệ-Đại học Quốc gia Hà Nội Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp nhà nước họp tại: Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông (PTIT), Số 122 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội. Vào hồi 14 giờ , ngày 22 tháng 10 năm 2010. Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Quốc gia; Thư viện Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông.

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ

1. Dinh Thi Thu Phong, Phung Van Van, Dao Khac An (2009), “Bit Error Rate Measurement in Optical Systems Induced by Chromatic Dispersion, Polarization Mode Dispersion”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Tập 47, số 1, tr. 11-15.

2. Dinh Thi Thu Phong, Phung Van Van, Dao Khac An (2008), “Polarization Mode Dispersion Monitoring using Radio Frequency Clock Power Measurement”, Research, Development & Applications on Electronics, Telecommunications and Information Technology, Journal on Information Communications and Technologies*, Series 3, June 2008, p. 11-15.

3. Đinh Thị Thu Phong, Phùng Văn Vận, Đào Khắc An (2007), “Phương pháp giám sát tán sắc mode phân cực (PMD) bằng hình mắt trong hệ thống thông tin quang 10Gbit/s”, Kỷ yếu Hội nghị Khoa học Học viện CNBCVT lần thứ 10, Hà Nội 07-13/9/2007, tr. 174-177.

4. Đinh Thị Thu Phong, Phùng Văn Vận, Đào Khắc An (2006), “DOP-based Polarization Mode Dispersion Monitoring in 10Gbit/s Optical Fiber Communication Systems”, Kỷ yếu Hội nghị Vô tuyến Điện tử Việt Nam lần thứ 10, REV'06, Hà Nội 6-7/11/2006, tr. 321-323.

5. Đinh Thị Thu Phong, Vũ Văn San (2005), “Xác định ảnh hưởng của tán sắc trong hệ thống thông tin quang tốc độ cao”, Chuyên san các công trình nghiên cứu – triển khai viễn thông và công nghệ thông tin, Tạp chí Bưu chính Viễn thông và Công nghệ thông tin, số 15, tháng 12, tr. 28-35.

6. Đinh Thị Thu Phong, Phùng Văn Vận, Đào Khắc An (2005), “Đo tán sắc mode phân cực sợi quang trong hệ thống thông tin quang”, Kỷ yếu Hội nghị chuyên ngành KHKT Đo lường toàn quốc lần thứ 4, Hà Nội, 10-11/11/2005, tr. 131-136.

7. Dinh Thi Thu Phong, Phung Van Van, Dao Khac An (2005), “Polarization Mode Dispersion and its Effects in Optical Fiber Communication Systems”, Osaka University Press, Proc. Frontier of Basic Science towards New Physics- Earth & Space Science-Mathematics, Hanoi, Sep. 27-29, p.363-364.

8. Dinh Thi Thu Phong, “Performance induced by polarization-mode-dispersion in optical fiber communication systems”, Proc. Asian Info-Communication Council 32 P

ndP conference in Vietnam, WG-1, Doc. 50,

May 2005.

9. Dinh Thi Thu Phong, Chu Minh Hoan, “Investigation of Optical Power Budget Dependence on Dispersion for 10Gbit/s Optical Transmission Systems”, Proc. Asian Info-Communication Council 29th conference in Japan, WG-1, Doc. 42, Japan, December 2003.

1

MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT VÀ MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Để xây dựng các hệ thống thông tin sợi quang tốc độ cao và cự ly xa, tán sắc đang là một vấn đề nan giải cần có biện pháp giải quyết phù hợp. Khi hệ thống hoạt động tại bước sóng vùng 1550 nm hoặc sử dụng khuếch đại EDFA trên sợi quang đơn mode tiêu chuẩn G.652, giá trị tán sắc sẽ lớn làm dãn xung quá mức, dẫn tới suy giảm nghiêm trọng chất lượng tín hiệu, làm hạn chế rất nhiều tốc độ bit và cự ly truyền dẫn.

Tán sắc sợi quang bao gồm cả tán sắc CD và tán sắc mode phân cực (PMD). Mặc dù tán sắc CD đã được nghiên cứu và có những giải pháp hữu hiệu hạn chế được ảnh hưởng của nó. Tuy nhiên, khi tốc độ truyền dẫn từ 10Gbit/s trở lên, thì PMD trở thành nhân tố chính làm giảm nghiêm trọng chất lượng tín hiệu, hạn chế rất nhiều cự ly truyền dẫn. Hơn nữa, nhiễu trong môi trường tốc độ bit lớn kết hợp với PMD, yêu cầu cao của tỷ số lỗi bit BER = 10-12 cho các hệ thống ≥10Gbit/s cũng trở thành yếu tố khắt khe đối với việc kiểm soát PMD. Với tính phức tạp về bản chất PMD trong bối cảnh nhu cầu xây dựng các truyến thông tin quang tốc độ cao ngày càng tăng, việc nghiên cứu về ảnh hưởng của PMD đang là hướng nghiên cứu hấp dẫn và rất thời sự hiện nay. Đã có nhiều công trình nghiên cứu gần đây, thể hiện những nỗ lực và bước đầu thu được kết quả quan trọng. Tuy nhiên, nghiên cứu về PMD là lĩnh vực mới, nhiều vấn đề liên quan vẫn còn chưa được giải quyết thấu đáo. Do đó đề tài luận án mong muốn được nghiên cứu cụ thể hơn về vấn đề này nhằm làm sáng tỏ bức tranh toàn cảnh về PMD.

2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Tán sắc PMD là một đặc tính quan trọng của sợi quang đơn mode trong đó năng lượng tín hiệu tại bước sóng đã cho được chuyển vào hai mode phân cực trực giao có vận tốc lan truyền khác nhau. Nếu xung đầu vào kích thích cả hai thành phần phân cực, nó sẽ bị dãn rộng ra tại đầu ra của sợi. Với tính phức tạp về bản chất, PMD của sợi quang đơn mode tại

2

một bước sóng xác định nào đó thường là không ổn định, bản chất thống kê của PMD cùng với sự thay đổi ngẫu nhiên dưới tác động của môi trường làm cho việc nghiên cứu bản chất và các ảnh hưởng của nó cùng với nhiễu liên quan trong hệ thống là một vấn đề nan giải nhưng hấp dẫn. Do đó, nghiên cứu ảnh hưởng của PMD và nhiễu liên quan cho các hệ thống là đối tượng nghiên cứu trong luận án này.

Nội dung luận án được nghiên cứu cho các hệ thống tốc độ 10 Gbit/s và 40 Gbit/s. Điểm bắt đầu của việc nghiên cứu với giả thiết rằng suy hao tuyến truyền dẫn được giải quyết bằng các bộ khuếch đại quang sợi EDFA, khi đó tán sắc mode phân cực PMD kết hợp với CD, chirp tần số được tiến hành nghiên cứu. Sau đó, để kiểm chứng ảnh hưởng của PMD đến hệ thống, giải pháp giám sát mode phân cực được tiến hành thông qua mô phỏng và đo trên hệ thống thực tiễn. Luận án cũng đề xuất tính toán thiết kế tuyến truyền dẫn có ảnh hưởng của PMD. Đây là những nội dung được luận án tập trung nghiên cứu, giải quyết, có thể áp dụng hiệu quả trong việc thiết kế xây dựng và nâng cấp các hệ thống thông tin quang tốc độ cao.

3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ BỐ CỤC Từ đối tượng nghiên cứu của luận án đòi hỏi nhất thiết phải có được phương pháp và phương tiện nghiên cứu hiện đại, trong khi ở Việt Nam chưa có được nguồn tài liệu và trang thiết bị thí nghiệm chuyên ngành tương xứng. Tuy nhiên, điều thuận lợi là luận án đã có được thời gian thực hiện ở nước ngoài. Do đó, phương pháp nghiên cứu của luận án được áp dụng là nghiên cứu lý thuyết kết hợp với tính toán mô phỏng, đo thực nghiệm kiểm chứng trong điều kiện phòng thí nghiệm với các trang thiết bị hiện đại. Nội dung luận án có nghiên cứu lý thuyết, đánh giá ảnh hưởng của PMD thông qua nhiễu liên quan và nghiên cứu mô phỏng, đo thực nghiệm. Các nội dung này được bố cục như sau : Chương 1 : Giới thiệu về tán sắc trong hệ thống thông tin quang, đánh giá tổng quan về kết quả nghiên cứu có trước, xác định mục tiêu và nội dung nghiên cứu chủ yếu của luận án..

3

Chương 2 : Nghiên cứu về PMD, các tham số đặc trưng, ảnh hưởng đến hệ thống; trình bày kết quả nghiên cứu xác định tính phân cực và ảnh hưởng tác động gây nhiễu từ PMD. Chương 3 : Trình bày nghiên cứu mô phỏng và xác định ảnh hưởng của PMD bằng giải pháp giám sát PMD và những kết quả thu được cho hệ thống tốc độ cao. Chương 4 : Trình bày việc áp dụng nghiên cứu thu được để tính toán cấu hình tuyến thông tin sợi quang nhiều Gbit/s trong thực tế.

- Phần kết luận trình bày tóm tắt kết quả chính của luận án.

II. NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

VÀ TÁN SẮC CỦA HỆ THỐNG

Chương này giới thiệu tổng quan về hệ thống thông tin quang, các đặc điểm chủ yếu của hệ thống trong đó nhấn mạnh những thành phần thiết bị, sợi quang và các tham số tạo nên cấu hình của một hệ thống tốc độ bit cao nhiều Gbit/s. Trên cơ sở cấu trúc hệ thống như vậy, hệ phương trình Maxoen và vấn đề tán sắc của hệ thống được phân tích.

Luận án đã phân tích bản chất chung của hiệu ứng tán sắc CD, tán sắc mode phân cực PMD từ hệ phương trình Maxoen trong sợi quang; khảo sát, phân tích đặc trưng của một số phần tử hệ thống thiết bị tương tác với PMD và tạo nên nhiễu hệ thống có liên quan để từ đó xác định mục tiêu, nội dung nghiên cứu chính của Luận án là sẽ tập trung vào vấn đề ảnh hưởng của PMD trong hệ thống thông tin quang tốc độ cao. Tuy nhiên, để tiến hành công việc nghiên cứu, nghiên cứu sinh (NCS) đã đưa ra những thông tin cần thiết và nhận định về các kết quả từ một số công trình nghiên cứu có trước có liên quan. Từ đó đặt ra các vấn đề mà đề tài luận án cần phải giải quyết, đó là nội dung nghiên cứu, phương pháp tiếp cận và tiến hành nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu, và kết quả cần phải đạt được.

4

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT TÁN SẮC MODE PHÂN CỰC VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

2.1. Khái quát tán sắc mode phân cực trong sợi quang

2.1.1. Các mode phân cực: Nghiên cứu bản chất của các mode phân cực trong sợi quang, các tác động vào trạng thái phân cực, sự lệch pha của mode phân cực và ảnh hưởng tới truyền dẫn ánh sáng.

2.1.2. Bản chất vật lý của tán sắc mode phân cực Phần này phân tích về lưỡng chiết, độ dài phách, hàm truyền đạt phân cực, các trạng thái phân cực nguyên lý; sự thể hiện của các tham số này trong sợi quang đơn mode. Phần này quan tâm sâu đến vector Jones, tham số stokes và mặt cầu Poincare’ để xem xét tính phân cực, làm cơ sở cho việc mô phỏng sau này của luận án.

2.2. Nghiên cứu đặc điểm, tính chất tán sắc mode phân cực trong hệ thống thông tin quang

2.2.1. Các tham số cơ bản của tán sắc mode phân cực Nêu các tham số cơ bản bao gồm: Độ trễ nhóm vi phân; Biểu thức tán sắc mode phân cực của sợi quang; Tán sắc mode phân cực bậc 2; Tán sắc CD phụ thuộc phân cực (PDCD);

2.2.2. Ảnh hưởng của tán sắc mode phân cực trong hệ thống thông tin quang Để xem xét cơ chế ảnh hưởng của PMD và tính thay đổi ngẫu nhiên của nó, luận án nghiên cứu mô hình ghép công suất mode để từ đó xem xét việc đền bù công suất do ảnh hưởng của PMD thuần gây ra là bao nhiêu, và xác định giới hạn cho phép này.

Ảnh hưởng của PMD cũng được nghiên cứu trong trường hợp kết hợp với các nguồn nhiễu khác như suy hao phụ thuộc phân cực, nhiễu phát xạ tự phát ASE tích lũy từ khuếch đại quang EDFA làm giảm tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR.

5

2.3. Các phương pháp đo tán sắc mode phân cực Phần này giới thiệu các phương pháp đo PMD như: Kỹ thuật quét tần số (còn gọi là kỹ thuật phân tích cố định); Kỹ thuật giao thoa; Kỹ thuật đo sử dụng ma trận Jones.

2.4. Kết quả mô phỏng, đo xác định tán sắc mode phân cực 2.4.1. Kết quả mô phỏng biểu diễn phân cực qua mặt cầu Poincare’ Để nghiên cứu các trạng thái phân cực (SOP) thông qua biểu diễn các vector PMD trên mặt cầu Poincare’, chúng tôi thực hiện mô phỏng với các giá trị của tham số Stokes. Kết quả mô phỏng khẳng định rằng khi phân cực hoàn toàn và không có lưỡng chiết, quỹ đạo điểm cuối của vectơ PMD là đường tròn trên mặt cầu, như được biểu diễn trên hình 2.8 a). Khi có thành phần lưỡng chiết thì quỹ đạo điểm cuối vector PMD trên mặt cầu Poincare thay đổi và không còn là đường tròn nữa. Nó hoàn toàn có thể thay đổi ngẫu nhiên, như hình 2.8 b).

Hình 2.8. Kết quả mô phỏng trạng thái phân cực trên mặt cầu Poincare’.

b) a)

2.4.2. Kết quả mô phỏng đo tán sắc mode phân cực Chúng tôi thiết lập sơ đồ mô phỏng đo DGD bằng phương pháp phân tích cố định và tiến hành khảo sát kết quả mô phỏng. Kết quả cho thấy rằng trên cùng 1 dải bước sóng, tổng số các cực trị của phổ ở cả 3 giá trị của bộ phân cực là không thay đổi. Luận án cũng thiết lập để mô phỏng đo trễ xung tín hiệu do tán sắc mode phân cực PMD gây ra. Kết quả mô phỏng đo trễ xung cho thấy BER của hệ thống sẽ được bảo đảm. Tuy nhiên, khi bị ảnh hưởng của tán xạ thì ngoài việc xung bị trễ, xung sẽ bị

6

dao động và gây méo tín hiệu như thể hiện trong hình 2.12, làm xuống cấp chất lượng BER do tỷ số tín hiệu trên nhiếu SNR giảm mạnh.

Trễ xung khi có PMD

Xung bịPMD

Xung vào

b) Trễ xung có tán xạ 500 ps

Hình 2.12. Kết quả mô phỏng trễ xung với các giá trị tán xạ khác nhau.

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA TÁN SẮC MODE PHÂN CỰC BẰNG GIÁM SÁT MODE PHÂN CỰC

3.1. CƠ SỞ NGHIÊN CỨU

Nội dung nghiên cứu ở đây được tiếp cận bằng phương pháp quy các ảnh hưởng của tán sắc mode phân cực khi kết hợp với những ảnh hưởng khác về dưới dạng mất mát (thiệt thòi) công suất của hệ thống do PMD gây ra. Để xác định ảnh hưởng của tán sắc mode phân cực PMD, việc giám sát PMD là phần quan trọng không thể thiếu được trong các bộ bù PMD, nó cung cấp thông tin cho thuật toán điều khiển của bộ bù PMD. Nội dung nghiên cứu phần này tập trung vào phương pháp giám sát mode phân cực thông qua mô phỏng bằng công cụ mô phỏng VPI Transmission. VPI Transmission là bộ công cụ phần mềm của VPI systems. Nó cho phép mô phỏng hoạt động của các phần tử điện và quang của hệ thống thông tin quang. Đây là công cụ hữu hiệu để tiến hành nghiên cứu, đặc biệt là các thiết bị hiếm khi được trang bị cho phòng thí nghiệm.

7

Ở đây chúng tôi giả thiết rằng suy hao tuyến truyền dẫn được giải quyết bằng các bộ khuếch đại EDFA, khi đó tán sắc mode phân cực PMD kết hợp với di tần tần số và suy hao phụ thuộc phân cực (PDL) ảnh hưởng tới chất lượng của tuyến truyền dẫn được tiến hành nghiên cứu. Sau đó, để kiểm chứng ảnh hưởng của PMD đến hệ thống, giải pháp giám sát mode phân cực được thực hiện thông qua mô phỏng và đo thực tiễn. Phương pháp giám sát PMD của luận án ở đây được mô phỏng trên cơ sở xác định mất mát công suất do ảnh hưởng của PMD và tán sắc CD trên các hệ thống thông tin quang tốc độ cao tới 10Gbit/s và 40Gbit/s với các dạng tín hiệu RZ và NRZ.

3.2. THIẾT LẬP MÔ PHỎNG 3.2.1. Thiết lập sơ đồ mô phỏng

Chúng tôi thiết lập sơ đồ mô phỏng như trong hình 3.1.

Thu quang

Hiển thị BER

Hiện sóng Khuếch đại quang

Modul phát Tín hiệu

Lọc quang

Bộ phân tích phổ

Đo công suất

Suy hao quang

Khếch đại quang Điều chế

LiNbO3

LD

Hình 3.1. Sơ đồ mô phỏng ảnh hưởng của PMD đến hệ thống thông tin quang 10Gbit/s và 40Gbit/s tín hiệu NRZ .

Tín hiệu laser phát sóng liên tục được điều chế bằng bộ điều chế quang LiNbO3 với chuỗi tín hiệu số (27-1) với tốc độ 10Gbit/s hoặc 40Gbit/s. Laser diode LD làm việc ở bước sóng 1552,5nm với góc ngẩng 45 độ nhằm tạo ra tỷ lệ phân chia công suất phân cực γ = 0,5 đại diện cho trường hợp ảnh hưởng phân cực xấu nhất. Sau đó, tín hiệu đã điều chế đi qua bộ phỏng tạo PMD có tham số tán sắc CD và tham số độ trễ nhóm vi

8

phân (DGD) thay đổi được. Bộ suy hao được dùng để thay đổi giá trị suy hao khi tiến hành đo đặc tính BER. Bộ thu p-i-n photodiode được dùng để tách sóng quang. Bộ khôi phục tín hiệu đồng hồ dùng cho việc tách BER và đồ thị biểu thị mối liên hệ giữa BER và công suất thu quang được hiển thị trên màn hình XY. Tín hiệu hình mắt được đo và hiển thị trên thiết bị hiện sóng (scope).

3.2.2. Xác định các phương pháp giám sát

Chất lượng hệ thống sẽ bị suy giảm do ảnh hưởng của tán sắc CD và PMD, và với các tốc độ bit cao, chỉ riêng PMD cũng đã dễ dàng làm dãn xung và gây ra nhiễu giữa các ký tự ISI. Sự suy giảm này được xác định bằng cách đo tỷ số lỗi bit BER. Trong các hệ thống với các tốc độ bit 10Gbit/s trở lên hoặc hệ thống sử dụng khuếch đại quang thì yêu cầu tỷ số lỗi bit BER nghiêm ngặt hơn, đạt từ 10-12 đến 10-13. Do đó, độ trễ nhóm vi phân DGD lớn hơn 10% độ rộng bít cũng có thể ảnh hưởng tới đặc tính BER và dẫn đến chất lượng truyền dẫn của hệ thống. Các phương pháp giám sát được hiểu như sau:

• Phương pháp giám sát hình mắt: Ở phương pháp này, sự suy giảm độ mở mắt bị ảnh hưởng của cả tán sắc PMD và tán sắc CD và các nhiễu khác.

• Phương pháp giám sát bằng cách xác định công suất đồng hồ tín hiệu RF Phương pháp này dựa trên nguyên tắc là cường độ tín hiệu RF thu

được bởi photodiode là một hàm số của DGD. Ảnh hưởng của PMD có thể tách ra được bằng cách giám sát cường độ của công suất tín hiệu RF, vì PMD làm suy giảm công suất RF.

• Giám sát bằng xác định DOP Đây là kỹ thuật giám sát quang thuần túy, sử dụng độ phân cực (DOP - Degree of Polarization) để giám sát ảnh hưởng của PMD trong hệ thống. Tín hiệu DOP thay đổi bởi PMD được tính theo công thức sau:

9

0

23

22

21 / SSSSDOP ++=

Trong đó S1, S2 and S3 là các tham số Stokes của tín hiệu quang, các tham số này chỉ rõ độ chênh lệch công suất giữa từng cặp phân cực trực giao, và S0 là tổng công suất của tín hiệu. Xác định DOP là phương pháp được quan tâm nhiều đối với việc bù PMD.

3.3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ SO SÁNH 3.3.1. Tiến hành xác định tỷ số lỗi bit BER

Để quan sát sự suy giảm tín hiệu do ảnh hưởng của tán sắc CD, các tham số của bộ mô phỏng PMD được thiết lập như sau: hệ số PMD là 0 ps/m1/2, hệ số tán sắc là 16×10-6 s/m2 và độ dốc tán sắc là 0,08×103 s2/m3, hệ số suy hao là 0,2×10-3 dB/m.

Công suất quang thu được

a)

C=0 BER ứng với giá trị CD cho tín hiệu 10Gbit/s NRZ

9

8

7

6

5

4 3

1 2

1

2

3

4 5 6

7

8

9

Công suất quang thu được b)

7

6

5 4

3

2

1

1 2

3 4 5

6

7

BER ứng với giá trị PMD cho tín hiệu 10Gbit/s NRZ

Hình 3.3. Đặc tính BER phụ thuộc vào công suất quang thu được.

Kết quả mô phỏng đặc tính BER phụ thuộc vào công suất quang thu được trong các trường hợp tán sắc CD và PMD như ở hình 3.3. Từ kết quả thu được này cho thấy rằng với giá trị tỷ lệ lỗi bit BER = 10-9, khi đấu trực tiếp (back-to-back) thì công suất quang thu được là -20,3 dB đối với hệ thống 10 Gbit/s dạng tín hiệu NRZ và -21,9 dB đối với hệ thống 10 Gbit/s dạng tín hiệu RZ. Từ đây, luận án cũng tìm ra rằng tín hiệu

10

dạng NRZ chịu ảnh hưởng của tán sắc CD ít hơn so với dạng tín hiệu RZ. Mất mát 1dB đối với tốc độ 10 Gbit/s cho dạng tín hiệu NRZ có thể chịu được tán sắc CD tích lũy tới 900 ps/nm, trong khi đó dạng tín hiệu RZ với cùng tốc độ chỉ chịu được tán sắc CD tích lũy là 500 ps/nm. Với tổn thất công suất tín hiệu 1dB, tích lũy CD mà hệ thống có thể chịu được sẽ giảm đi 16 lần khi tốc độ bít tăng từ 10G bit/s lên 40 Gbit/s.

0

1

2

3

4

5

6

0 20 40 60 80

Độ trễ nhóm vi phân, DGD (ps)

Mất

mát

côn

g suất

(dB)

PP10GRZ

PP10GNRZ

Hình 3.5. Mất mát công suất do ảnh hưởng của PMD.

Luận án đã nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của tán sắc PMD đối với hệ thống. Hình 3.5 là kết quả mô phỏng thu được cho thấy sự phụ thuộc của mất mát công suất tín hiệu vào tán sắc PMD đối với hệ thống 10 Gbit/s với các dạng tín hiệu RZ và NRZ. Với giá trị DGD càng lớn thì đường cong BER của tín hiệu dạng RZ có độ dốc lớn hơn đường cong BER của tín hiệu dạng NRZ, như vậy mất mát công suất đối với NRZ là lớn hơn. Vì thế hệ thống 10 Gbit/s tín hiệu NRZ sẽ được xem xét để sử dụng so sánh các phương pháp giám sát mode phân cực PMD.

Bây giờ, chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của tán sắc PMD kết hợp với tán sắc CD. Kết quả mô phỏng thu được như được thể hiện trong hình 3.6. Ta thấy rằng sự kết hợp ảnh hưởng của tán sắc PMD và CD làm xuống cấp nghiêm trọng chất lượng hệ thống. Mất mát công suất do

11

ảnh hưởng của các tán sắc trên thể hiện sự xuống cấp nhanh khi giá trị DGD đạt trên 40 ps. Giá trị CD và DGD càng lớn thì mất mát công suất tín hiệu càng lớn.

0

1

2

3

4

5

6

0 10 20 30 40 50 60

DGD (ps)

Mất

mát

côn

g suất

(dB)

PMDCD480ps/nm&PMDCD640ps/nm&PMDCD800ps/nm&PMD

Hình 3.6. Mất mát công suất do ảnh hưởng của tán sắc PMD và CD.

3.3.2. Thực hiện giám sát hình mắt của tín hiệu

Trong các nghiên cứu về truyền dẫn đối với tín hiệu số có tốc độ bit cao, người ta hay sử dụng hình mắt tín hiệu để đánh giá đặc tính và chất lượng tín hiệu. Hình mắt tín hiệu càng bị khép lại thì mất mát công suất tín hiệu càng lớn. Suy giảm độ mở mắt được xem xét như là một phương pháp giám sát hữu hiệu. Do đó, phần này của luận án tiến hành nghiên cứu và đánh giá hình mắt tín hiệu chịu tác động từ tán sắc và từ đó xác định đặc tính BER cho hệ thống. Kết quả mô phỏng hình mắt thu được của luận án cho hệ thống 10 Gbit/s và dạng tín hiệu NRZ đã nhận thấy hình mắt tín hiệu bị biến dạng hoàn toàn khi cho giá trị tán sắc CD tăng đến 1120 ps/nm. Khi giá trị CD tăng lên thì độ rộng xung tín hiệu bị dãn ra và hệ quả là làm suy giảm hình mắt tín hiệu.

12

Tiếp theo, luận án đã khảo sát ảnh hưởng của PMD. Kết quả mô phỏng thu được như thể hiện tại hình 3.9. Kết quả cho thấy rằng khi giá trị DGD tăng làm cho độ mở mắt bị thu hẹp lại. Không giống như ảnh hưởng CD thuần túy là làm hình mắt tín hiệu méo đối xứng, trong trường hợp này, PMD làm hình mắt tín hiệu thu hẹp bên trái hoặc bên phải nhiều hơn tùy thuộc vào công suất tín hiệu lan truyền ở trục nhanh lớn hơn hay trục chậm lớn hơn. Tại hình 3.9(c), khi DGD nhận giá trị 60 ps, bên phải của hình mắt bị thu hẹp, bị méo nhiều hơn bên trái do công suất lan truyền ở trục nhanh lớn hơn công suất lan truyền ở trục chậm.

Dạng sóng quang ứng với giá trị PMD cho tín hiệu 10Gbit/s NRZ.

c) a)

Hình 3.9. Mô phỏng về ảnh hưởng của PMD đối với 10 Gbit/s NRZ (a) DGD = 0 ps, (c) DGD = 60 ps .

Ảnh hưởng của tổ hợp tán sắc CD và PMD cũng được luận án nghiên cứu. Sự suy giảm hình mắt tín hiệu được tìm thấy như kết quả thu được trên hình 3.10 ứng với giá trị CD là 480 ps/nm . Độ mở mắt từ từ suy giảm và khi DGD đạt tới 60 ps thì tín hiệu bị méo nghiêm trọng, điều này sẽ gây lỗi tại mạch quyết định tại bộ thu quang và hệ quả là tăng tỷ số BER do hiệu ứng nhiễu giữa các ký tự (ISI) gây ra. Giá trị CD càng lớn thì DGD càng phải nhỏ để đảm bảo độ mở mắt đạt được theo tiêu chuẩn quy định về đo hình mắt.

Qua nghiên cứu này, chúng tôi cũng nhận thấy rằng phương pháp giám sát hình mắt phụ thuộc nhiều vào dạng tín hiệu. Khi xem xét với dạng tín hiệu RZ và NRZ dưới ảnh hưởng của CD và PMD, biên độ tín hiệu

13

RZ suy giảm nhanh chóng và vì thế rất khó để tách được ảnh hưởng của CD và PMD trong trường hợp này.

Dạng sóng quang ứng với giá trị CD&PMD cho tín hiệu 10Gbit/s.

c)a)

Hình 3.10. Kết quả ảnh hưởng của CD&PMD 10 Gbit/s NRZ (a) DGD= 0 ps, (c) DGD= 60 ps với CD = 480 ps/nm.

3.3.3. Xác định công suất clock RF

Trong phần này, chúng tôi thiết lập sơ đồ mô phỏng giám sát DGD bằng phương pháp xác định công suất RF. Rồi sau đó thiết lập các tham số tán sắc CD của bộ mô phỏng PMD bằng 1,8 để quan sát ảnh hưởng của PMD. Các giá trị DGD được quét từ 0 ps đến 10 ps. Kết quả tìm thấy rằng hệ thống 10 Gbit/s NRZ khi không có ảnh hưởng của CD, công suất ở tần số 10GHz không thay đổi khi DGD biến thiên trong chu kỳ RF.

c)

a)

Hình 3.15. Mô phỏng về công suất RF đối với 10 Gbit/s NRZ với DGD ở (a) 0 ps và (c) 50 ps với CD = 480 ps/nm.

14

Bây giờ ta lần lượt cho các giá trị CD bằng 1,8 ps/nm, 480 ps/nm và 640 ps/nm. Hình 3.15 là kết quả mô phỏng thu được, đặc tính này hiển thị công suất RF ở tần số 10 GHz cho hệ thống 10 Gbit/s dạng tín hiệu NRZ khi giá trị CD là 480 ps/nm với các giá trị DGD khác nhau. Từ đây có thể thấy rằng khi DGD tăng lên thì công suất RF giảm nhanh chóng và đạt đến giá trị nhỏ nhất khi tần số bằng một nửa chu kỳ RF.

0.E+00

2.E+05

4.E+05

6.E+05

8.E+05

1.E+06

1.E+06

0 20 40 60 80 100DGD (ps)

Tín

hiệu

điề

u kh

iển

(a.u

.) CD=1.8ps/nmCD=480ps/nmCD=640ps/nmCD=800ps/nm

Hình 3.17. Kết quả mô phỏng công suất RF phụ thuộc vào DGD với các giá

trị CD khác nhau cho hệ thống 10 Gbit/s dạng sóng NRZ.

Phần này của luận án cũng nghiên cứu sự ảnh hưởng của CD và PMD làm công suất RF thay đổi tuần hoàn. Nó suy giảm tới giá trị cực tiểu ở nửa chu kỳ RF và sau đó tăng dần đến giá trị cực đại ở cuối chu kỳ. Sự chênh lệch về công suất là không đáng kể và có thể bỏ qua, song nó vẫn cho thấy ảnh hưởng của CD đối với công suất RF. Kết quả mô phỏng sự phụ thuộc công suất RF vào DGD ở tần số 10 GHz với các giá trị CD là 1,8 ps/nm, 480, 640 và 800 ps/nm được thể hiện trên hình 3.17. Rõ ràng rằng không có công suất RF ở tần số 10 GHz, vì thế, DGD không thể giám sát ở tần số này.

3.3.4. Xác định độ phân cực DOP Phần này sẽ tiến hành đo độ phân cực DOP. Chúng tôi thiết lập sơ đồ giám sát DOP như mô tả như trong hình 3.20 với các thành phần thiết bị cần thiết. Dữ liệu đầu ra (I/O), và thiết bị phát tín hiệu chuẩn 10Gbit/s

15

hoặc 40 Gbit/s. Phương pháp này được đánh giá là có nhiều lợi thế hơn so với những phương pháp giám sát điện, đó là: (1) không cần có các thiết bị tốc độ cao, (2) không phụ thuộc vào tốc độ bít và khá đơn giản. Các kết quả mà chúng tôi mô phỏng thu được cho thấy rằng sự suy giảm DOP do ảnh hưởng của PMD không bị ảnh hưởng bởi tán sắc CD tích lũy, di tần điều chế hay tốc độ bit. Nó chỉ phụ thuộc vào dạng điều chế.

DOP

I/O

Modul tách ma trận

Modul phát tín hiệu

Đ ế L 3

Bộ ng

Hiện sóng

mô phỏPMD

iều chiNbO

LD

Hình 3.20. Sơ đồ thiết lập mô phỏng xác định DOP.

Hai tốc độ bit là 10 Gbit/s và 40 Gbit/s với dạng sóng NRZ cũng được thiết lập để khảo sát sự phụ thuộc của DOP vào tốc độ bít, và thấy rằng tuy có sự khác biệt về giá trị bão hòa ở chu kỳ bit tiếp theo, nhưng trong chu kỳ bit cần giám sát thì DOP không phụ thuộc vào tốc độ bít.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 50 100 150 200

DGD (ps)Độ

phân

cự

c, D

OP

10GNRZ P-ext13dgd

10GRZ P-ext13dgd

10GNRZ P-ext30dgd

10GRZ P-ext30dgd

Hình 3.26. sự phụ thuộc của DOP vào dạng tín hiệu.

16

Luận án cũng tiến hành nghiên cứu và mô phỏng sự phụ thuộc của DOP vào dạng sóng tín hiệu NRZ và RZ. Kết quả được hiển thị trên hình 3.26. Với tín hiệu NRZ, DOP giảm dần và bắt đầu bão hòa khi DGD trong khoảng từ 100 ps đến 200 ps. Tuy nhiên đối với trường hợp dạng sóng RZ thì DOP giảm nhanh chóng trong thời gian ở mức 1 và sau đó tăng dần tới giá trị bão hòa ở cuối chu kỳ bit. Chu kỳ bit sau lại được lặp lại như vậy nhưng giá trị ban đầu là giá trị bão hòa. Do sự thay đổi có tính chu kỳ như vậy nên thực ra phương pháp này không thật thích hợp đối với dạng tín hiệu RZ. Tuy nhiên, đối với tín hiệu NRZ, phương pháp này lại tỏ ra hữu hiệu cho việc giám sát DGD trong dải thời gian 1 bit. Đồng thời, đối với cả hai dạng tín hiệu NRZ và RZ, tỷ số phân biệt càng lớn thì DOP càng nhạy với những ảnh hưởng của PMD.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 50 100 150 200

DGD (ps)

DO

P

OSNR=5dBOSNR=15dBOSNR=20dB

Hình 3.28. Ảnh hưởng của nhiễu ASE tới DOP.

Ảnh hưởng của nhiễu ASE tới DOP được tính toán mô phỏng như chỉ ra trong hình 3.28. Khi giảm tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu quang OSNR tới 5 dB đã làm giảm 20% giá trị cực đại của DOP. Tuy vậy, giá trị bão hòa thì ít bị ảnh hưởng hơn. Khi OSNR đạt tới giá trị 20 dB thì DOP giảm không đáng kể so với giá trị cực đại. Điều đó có nghĩa là khi OSNR đủ lớn thì ASE có thể coi như không ảnh hưởng tới việc giám sát DOP.

17

Ngoài ra, chúng tôi cũng nghiên cứu, mô phỏng DOP phụ thuộc vào DGD với tỷ số phân biệt, độ dài chuỗi bit, di tần.

3.4. KẾT QUẢ ĐO THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN Luận án cũng khảo sát thực nghiệm ảnh hưởng của PMD đối với hệ thống 10 Gbit/s dạng sóng NRZ. Hình 3.31 là kết quả đo tín hiệu hình mắt thu được tốc độ 10 Gbit/s. Ta thấy rằng, tín hiệu ngay tại đầu ra máy phát là chuối tín hiệu xung vuông chuẩn giả ngẫu nhiên PRBS mẫu 223-1. Sau khi được truyền qua sợi quang dài 20 km, tín hiệu bị méo và hình mắt bị khép lại đáng kể. Tương tự tại hình 3.32 là kết quả đo mẫu tín hiệu hình mắt cho tín hiệu 10 Gbit/s NRZ được so sánh giữa hai trường hợp chúng tôi nối trực tiếp thiết bị phát quang với thu quang (0 km) và trường hợp truyền qua sợi quang 20 km giữa phát và thu quang.

a) Ngay sau máy phát PRBS

b) Sau bộ điều chế ngoài

Hình 3.31. Tín hiệu của chuỗi 223-1, tốc độ 10Gbit/s: .

b) Sau khi truyền qua 20km sợi quang a) Đấu trực tiếp phát-thu

Hình 3.32. Tín hiệu 10Gbit/s NRZ sau bộ thu.

18

Để khảo sát thực nghiệm ảnh hưởng của PMD tới chất lượng của hệ thống, khi đo thực nghiệm, chúng tôi đã tiến hành thay đổi các giá trị của bộ phỏng tạo PMD trong dải từ 0 ps tới 80 ps. Hình 3.34 là kết quả đo thực nghiệm đặc tính BER thu được, và chúng tôi thấy rằng tỷ lệ DGD/Tb lớn 30% thì chất lượng truyền dẫn của hệ thống suy giảm nghiêm trọng. Ở đây, độ dự phòng 1dB theo khuyến nghị của ITU-T cho PMD đã không đủ để duy trì giá trị BER cần thiết .

Công suất thu đo được (dBm).

60ps 50ps

40ps DGD 30 ps

Hình 3.34. Kết quả đo thực nghiệm công suất thu và BER hệ thống do ảnh

hưởng từ PMD.

CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG TÍNH TOÁN CẤU HÌNH TUYẾN THÔNG TIN QUANG CÓ ẢNH HƯỞNG

CỦA TÁN SẮC MODE PHÂN CỰC 4.1. ĐẶT VẤN ĐỀ 4.2. BÀI TOÁN VÀ TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN 4.2.1. Đặt bài toán

Bài toán được giả thiết đặt ra cho đề tài là tính toán thiết kế một tuyến truyền dẫn quang tốc độ cao (từ 10 Gbit/s trở lên) hoạt động tại vùng

19

bước sóng 1550 nm trên cáp sợi quang G.652, có sử dụng khuếch đại quang sợi EDFA và sợi bù tán sắc DCF. Như vậy, cấu hình tiêu biểu của tuyến truyền dẫn cự ly xa tổng quát trong trường hợp này như thể hiện ở hình vẽ 4.1. Cấu trúc của tuyến truyền dẫn quang được giả định là tuyến truyền dẫn thông thường được lắp đặt khai thác trên thực tế.

LD PD EDFA

F

Các chặng khác

F

G.652

DCF

Chặng thứ n

Thu photodiode

Phát LD 1550nm

Hình 4.1: Cấu hình tổng quát của tuyến thông tin quang 1550 nm 4.2.2. Xác định giới hạn tán sắc tuyến để thiết kế:

Trong hệ thống gồm có sợi quang và các phần tử quang được xác định và thay đổi ngẫu nhiên thì có thể được tính bằng:

∑∑ +⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+=

jDj

iciQtuyentot PMDPMDPMDLPMD

2/122

Ở đây: PMDtot là giá trị PMD cực đại của hệ thống (ps); PMDQ là hệ số PMD của sợi quang (ps/km1/2), Ltuyến là độ dài tuyến (km); PMDci là giá trị PMD thay đổi ngẫu nhiên của phần tử quang thứ i (ps); PMDDj là giá trị PMD cố định của phần tử quang thứ j (ps);

Đối với các hệ thống thông tin quang tốc độ cao, hầu hết các phần tử quang đều chịu tác động của phân cực, do đó để đơn giản hoá việc tính toán tổng PMDtot của hệ thống, người ta có thể lấy gần đúng PMDtot bằng hai lần tán sắc PMD của sợi quang:

tuyenQtot LPMDPMD 2≈

Đây cũng chính là giá trị DGD trung bình của tuyến truyền dẫn.

20

4.2.3. Áp dụng tính toán thiết kế tuyến truyền dẫn 4.2.3.1 Xác suất gián đoạn của hệ thống thông tin quang phụ thuộc

vào tán sắc mode phân cực

Hình 4.2 là kết quả thu được khi chúng tôi tính toán sự phụ thuộc xác suất gián đoạn của hệ thống đối với tán sắc mode phân cực PMD cho hệ thống 10 Gbit/s và 40Gbit/s với các tỷ số phân chia công suất là γ bằng 0,3 và 0,5 giữa hai mode phân cực. Đối với trường hợp xấu nhất là phân chia công suất đều nhau thì ở tốc độ 40Gbit/s, với yêu cầu xác suất gián đoạn hệ thống là 10-5 , giá trị DGD thoả mãn chỉ đạt được khoảng 3,5 ps, còn ở tốc độ 10Gbit/s giá trị DGD khoảng 13 ps.

-20

-15

-10

-5

0

0 5 10 15 20 25

Log

(P(O

))

DGD (ps)

10Gbit/s

40Gbit/s

γ= 0,3

γ = 0,5

Hình 4.2. Xác suất gián đoạn hệ thống bị hạn chế do PMD.

4.2.3.2 Dạng mã đường truyền và tham số của bộ thu Từ kết quả tính toán sự phụ thuộc của đền bù công suất cho lượng công suất tín hiệu bị mất mát do ảnh hưởng của PMD. Luận án thấy rằng với cùng một giá trị đền bù công suất thì bộ thu nào có tham số A cao hơn sẽ cho lợi thế khắc phục hạn chế của PMD tốt hơn.Với tốc độ 40 Gbit/s cho phép đền bù công suất 1dB với A = 25 thì DGD trung bình thoả mãn yêu cầu sẽ có giá trị 10 ps.

21

4.2.3.3 Cự ly truyền dẫn bị hạn chế do tán sắc mode phân cực

0

100

200

300

400

500

600

700

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

L tại 10Gbit/s

L tại 40Gbit/s

<DGD>/Tb

Cự

ly tr

uyền

dẫn

Hình 4.4. Cự ly truyền dẫn bị hạn chế do PMD.

Hình 4.4 là kết quả tính toán cự ly truyền dẫn đối với hệ thống 10 Gbit/s và 40Gbit/s bị hạn chế do tán sắc mode phân cực PMD với tiêu chí rằng độ dãn xung do tán sắc mode phân cực gây ra không vượt quá 10% độ rộng bit như biểu thức tính. Kết quả chỉ ra rằng, khi tuyến truyền dẫn sử dụng sợi đơn mode G.652, thì cự ly lớn nhất của tuyến là khoảng 550 km đối với hệ thống 10 Gbit/s. Song đối với hệ thống 40 Gbit/s thì cự ly này chỉ còn là 40 km. Điều này là trở ngại lớn với các tuyến cự ly xa, vì vậy bắt buộc phải có giải pháp bù tán sắc mode phân cực PMD cho các hệ thống tốc độ cao.

4.2.3.4 Tỷ lệ lỗi bit của hệ thống phụ thuộc vào PMD

Luận án đã tiến hành nghiên cứu tính toán thiết kế cho hệ thống thông tin quang tốc độ 10 Gbit/s và 40 Gbit/s có sử dụng tiền khuếch đại quang EDFA như đã được mô tả trong hình 4.1. Độ nhạy bộ thu được tính cho trường hợp bộ thu trong tuyến có khuếch đại quang. Hình 4.5 là kết quả tính toán tỷ lệ lỗi bít cho hệ thống. Dễ dàng nhận thấy rằng, để thiết kế thoả mãn yêu cầu BER =10-12 cho hệ thống 40 Gbit/s thì DGD nằm trong giới hạn 4ps. Còn đối với hệ thống 10Gbit/s, khi công suất phát đủ lớn

22

và độ dự phòng hệ thống tối đa thì hoàn toàn có thể giảm ảnh hưởng của PMD tới BER.

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

0 5 10 15 20 25 30

Log(

BER

)

DGD (ps)

10Gbit/s

40Gbit/s

Hình 4.5. Tỷ lệ lỗi bit phụ thuộc vào độ trễ nhóm vi phân DGD.

III. KẾT LUẬN

Luận án nghiên cứu một cách có hệ thống về ảnh hưởng của tán sắc mode phân cực (PMD) và một số nguồn nhiễu có liên quan trong hệ thống thông tin quang tốc độ 10Gbit/s và 40Gbit/s, và đạt được các kết quả chính sau đây:

1) Tán sắc mode phân cực (PMD) kết hợp suy hao phụ thuộc phân cực (PDL) làm giảm mạnh tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR, tăng nhiễu phát xạ tự phát ASE tích lũy. Do đó, Luận án đề xuất hệ thống cần có dự phòng công suất 3 ÷ 4 dB thay vì 1 ÷ 2 dB như nhiều tác giả khác đề xuất.

2) Kết quả mô phỏng về phổ của một phân cực phụ thuộc bước sóng chứng minh rằng: a) trên cùng 1 dải bước sóng, tổng số các cực trị của phổ ở các giá trị khác nhau của bộ phân cực là không thay đổi, sai số giữa kết quả mô phỏng và thực tế là 0,4%.

b) Khi PMD gây ra trễ và tán xạ, xung bị dao động mạnh sẽ phát sinh nhiễu liên quan, nó chệch khỏi giá trị của nó có thể lên tới 10 ps, và gây

23

méo tín hiệu. Đây là một dạng nhiễu làm xuống cấp BER do tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR giảm mạnh. c) Bằng mô phỏng trạng thái phân cực trên mặt cầu Poincaré, luận án đã chứng minh rằng khi phân cực hoàn toàn và không có lưỡng chiết, quỹ đạo điểm cuối của vectơ PMD là đường tròn trên mặt cầu khi pha biến đổi trong chu kỳ từ 0 đến 360 độ. Khi có thành phần lưỡng chiết thì quỹ đạo điểm cuối vector PMD trên mặt cầu Poincaré thay đổi và không còn là đường tròn nữa.

3) Luận án đã đề xuất mang tính mới về giải pháp giám sát mode phân cực, cho phép xác định các tham số quan trọng của hệ thống: suy giảm hình mắt, tỷ lệ lỗi bit BER, công suất đồng hồ RF và độ phân cực tín hiệu tại các tốc độ 10Gbit/s và 40Gbit/s trên cơ sở mô phỏng và phương pháp quy về sự mất mát công suất trung bình.

4) Luận án minh chứng rằng: a) tín hiệu dạng NRZ chịu ảnh hưởng của tán sắc CD ít hơn so với dạng tín hiệu RZ. Với tốc độ 10 Gbit/s, mất mát công suất tín hiệu 1dB cho dạng tín hiệu NRZ có thể chịu được tán sắc CD tích lũy tới 900 ps/nm, trong khi đó dạng tín hiệu RZ chỉ chịu được tán sắc CD tích lũy là 500 ps/nm. Tích lũy CD mà hệ thống có thể chịu được sẽ giảm đi 16 lần khi tốc độ bít tăng từ 10G bit/s lên 40 Gbit/s. Với giá trị DGD càng lớn thì đường cong BER của tín hiệu dạng RZ có độ dốc lớn hơn đường cong BER của tín hiệu dạng NRZ.

b) Luận án cũng chỉ ra kết quả mới trong trường hợp có sự kết hợp ảnh hưởng của PMD và tán sắc CD rằng hệ thống bị xuống cấp nhanh khi giá trị DGD đạt trên 40 ps. Giá trị CD và DGD càng lớn thì công suất tín hiệu bị mất mát càng lớn. Với mất mát công suất 1dB thì DGD chỉ còn chịu đựng được 26 ps thay vì 45 ps.

c) Hình mắt của tín hiệu bị suy giảm mạnh khi có ảnh hưởng của tán sắc CD và PMD. Hình mắt tín hiệu bị biến dạng và khép hoàn toàn khi giá trị CD tăng đến 1120 ps/nm, và bị méo nghiêm trọng khi giá trị DGD đạt tới 60 ps.

24

5) Kết quả đo thực nghiệm của luận án cho thấy rằng: tán sắc PMD làm suy giảm chất lượng BER nhanh chóng là do làm khép hình mắt tín hiệu và gây ra nhiễu ISI. Khi độ trễ nhóm vi phân DGD có giá trị vượt quá 50ps thì không thể bảo đảm giá trị BER = 10-9 cho hệ thống 10 Gbit/s.

6) Luận án đề xuất mang tính mới việc áp dụng tính toán thiết kế cấu hình tuyến thông tin quang tốc độ 10 Gbit/s và 40 Gbit/s bị ảnh hưởng PMD và chỉ ra như sau:

a) Cần phải thực hiện tính toán theo yêu cầu xác suất gián đoạn của hệ thống để tìm giới hạn của giá trị tán sắc tuyến.

b) Do tỷ lệ lỗi bít BER tăng lên nhanh chóng khi tán sắc PMD vượt quá 10% độ rộng bít, cần tăng đền bù công suất hoặc sử dụng các biện pháp bù tán sắc PMD để duy trì giá trị nó trong ngưỡng cho phép.

c) Đối với các hệ thống tốc độ cao từ 40 Gbit/s trở lên, ngoài tán sắc PMD, hệ thống sẽ còn chịu ảnh hưởng của tán sắc bậc cao. Vì vậy, tính toán tuyến trên thực tiễn sẽ có những sai số nhất định.

Các kết quả nghiên cứu trên có thể được áp dụng cho việc đánh giá, xác định và tính toán thiết kế cấu hình các hệ thống thông tin quang nhiều Gbit/s thực tiễn.

HƯỚNG PHÁT TRIỂN TIẾP THEO CỦA LUẬN ÁN

Để tiếp tục phát triển những kết quả nghiên cứu đã thu được, chúng tôi đề xuất hướng nghiên cứu mở rộng sau luận án này như sau:

• Nghiên cứu ảnh hưởng của tán sắc mode phân cực PMD kết hợp với tán sắc bậc cao.

• Nghiên cứu PMD kết hợp với các hiệu ứng phi tuyến đối với hệ thống trên 10 Gbit/s và cự ly xa và siêu xa./.