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

Nội dung text: Hệ thống truyền thông quang học dùng bộ ghép nhiều bước sóng WDM

1. D. Bayart Hệ thống truyền thông quang học dùng bộ ghép nhiều bước sóng WDM Dominique Bayart ALCATEL CIT Route de Nozay 91461 Marcoussis cedex Dominiaue.bayart@aalcatel.fr 267
2. D. Bayart Dominique Bayart tốt nghiệp từ năm 1990 Trường Đại Học Vật lý Grenoble (ENSPG) và tốt nghiệp DEA tại Trường Đại Học Grenoble 1. Ông về làm việc tại Phòng Nghiên cứu và Cách tân của công ty Alcatel ở Marcoussis (Pháp) năm 1991. Sau hai năm nghiên cứu trong đơn vị nghiên cứu về Linh kiện Quang điện tử, ông sang làm việc tại đơn vị nghiên cứu về Các hệ thống truyền tín hiệu photonic, nơi mà ông đã thiết kế các thế hệ khác nhau của bộ khuếch đại dùng cho việc ghép nhiều bước sóng (WDM). Các thiết bị này được sử dụng cho đến nay trong các hệ thống truyền thông tin trên mặt đất và dưới biển. Từ năm 1998, ông lãnh đạo nhóm nghiên cứu Khuếch đại Quang học và từ năm 2001 ông đồng thời là Phó phòng của Đơn vị Truyền tín hiệu phôtônic. Nhiệm vụ này đã tạo cơ hội cho ông đóng góp vào nhiều kỷ lục thế giới về dung lượng truyền cho hệ thống trên mặt đất và hệ thống dưới biển. Ông đã được mời tham gia nhiều hội nghị khoa học quan trọng trong lĩnh vực nghiên cứu này, như là OFC, ECOC, OAA hay LEOS. Ngoài các bài báo khoa học, ông đả đóng góp vào hơn 25 bằng phát minh và hai cuốn sách chuyên đề [1,2]. Từ năm 1998 đến năm 2001, ông đã tham gia vào Ban kỹ thuật của hội nghị khoa học về các bộ khuếch đại và ứng dụng (OAA). Hiện nay ông là thành viên của các Ban kỹ thuật của các hội nghị khoa học OFC (Optical Fiber Communication Conference, USA) và CLEO Châu Âu (Conference on Lasers and Electro-Optics). Từ năm 2001 ông là thành viên đặc biệt của Viện Hàn Lâm Kỹ thuật Alcatel (Académie Technique d’Alcatel). [1] D. Bayart et E. Desurvire, “Erbium-Doped Fiber Amplifiers, Device and System Developments” (Wiley) [2] “Undersea Fiber Communication Systems”, édité par J. Chesnoy (Academic Press) 268
3. D. Bayart 1 Bài giảng này nhằm mục đích đưa ra các Optical WDM transmissions khái niệm chính được vận dụng trong lĩnh vực truyền số bằng sợi quang học. Tất nhiên đây chủ yếu là phần giới thiệu và để có một ý tưởng đầy đủ hơn ta nên xem các công trình được tổng kết ở cuối bài giảng này. Số lượng lớn các công trình báo cáo ở đây được thực hiện ở trung tâm Nghiên cứu Corporate, Dominique Bayart Alcatel Research & Innovation Viện nghiên cứu và đổi mới của Alcatel 91460 Marcoussis - France (Alcatel R&I) Contact : Dominique.Bayart@alcatel.fr WDM Transmissions, D. Bayart 1 All rights reserved © 2004, Alcatel, Paris. 2 Sau khi đề cập đến các nhu cầu của thị Plan trường, chúng tôi sẽ nói đến các đặc tính của ‰ Market system needs hệ thống EDFAs (erbium-doped fiber ‰ System characteristics of EDFAs for WDM systems o Time , Gain and Noise performance amplifier : khuếch đại dùng sợi pha tạp Erbi) o Impact of gain on Signal to Noise ratio for multi-span chains ‰ System characteristics of Raman amplifications for WDM systems được sử dụng trong các ứng dụng WDM o Gain and noise performance o Issue of Double-Rayleigh Scattering (ghép kênh phân chia theo bước sóng) o System benefit (wavelength division multiplexing). Sau đó, ‰ Propagation effects in WDM transmission o Effect of Chromatic Dispersion o Non-linear effects các khía cạnh tương đối về khuếch đại o Effect of Polarisation Mode Dispersion Raman sẽ được trình bày. Các hiệu ứng vật ‰ Mitigation techniques o Dispersion management lý hình thành trong quá trình truyền của các o Forward error correction codes o High capacity experiments kênh trong một sợi quang truyền qua WDM WDM Transmissions, D. Bayart 2 sẽ được mô tả và các phương tiện để bù trừ chúng sẽ được phân tích. Song song đó là các ví dụ về truyền số dung lượng cao cũng sẽ được trình bày. Mạng truyền các dữ liệu số được cung cấp từ 3 Data Transport Optical Network các dữ liệu đến từ các nguồn ứng dụng và Services dịch vụ khác nhau. Được tập hợp lại trong Voice DSL các vòng (boucles) của mạng truy nhập, các 2/3G Mobile Services Services Digital Video Metro Metro dữ liệu này sau đó sẽ được vận chuyển đến Broadcast Access Access /VoD TDM cấp vùng (tới khoảng cách vài trăm kilomét) HS Internet Ethernet Metro Access ATM Metro Core Optical Transparent Core O-VPN FC/ESCON Core nằm trong các vòng của mạng cấp vùng L1 VPNs/LL Metro Metro (réseau métro cœur). Các dữ liệu cần phải L2 VPNs Access Access Metro Ethernet được truyền trên các khoảng cách dài thông Data Storage SAN qua mạng đường trục (dorsal cœur) « backbone core » WDM Transmissions, D. Bayart 3 269
4. D. Bayart Mạng cấp vùng vận chuyển với dung lượng 4 Data Transport Optical Network rất lớn đến từ tập hợp các dữ liệu, chúng đến hoặc từ mạng đường trục hoặc từ mạng truy 8 km 2 km 4 dB 10 km Metro Access 3 dB 5 dB cập. Giá thành của mạng cấp vùng và do đó, 7 km (amplifier-less) 6 km 4 dB 4 dB 4 2 km CP 2 8 km METRO CORE 3 dB của mạng đường trục được chia sẻ bởi một Metro Access: 4 dB > Efficient TransportMetroof Core: Aggregated 5 km (amplifier-less) Traffic over SDH/WDM towards the 3 dB 5 km Amplified ring CP 3 CP 1 Optical Core 2 4 dB số lượng lớn người sử dụng cuối cùng có 12 km 6 dB 22 km 12 dB 9 km Amplified ring liên quan. Điều này tạo ra một giá thành 1 5 dB 8 km CP 4 15 km 15 km 4 dB METRO ACCESS 7 dB 7 dB 2 5 km 1 km > Differentiation of Access Interfaces 3 dB 3 dB tương đối cao hơn, và vì vậy các công nghệ CP 6 and Class of Services 5 km CP 5 > Circuit & Packet Traffic Aggregation Available Line Amplifier Location 3 dB CP Metro Access: > Per-flow QoS Customer Premises (amplifier-less CPE ring) phải được phát triển hiện đại hơn so với Î Cost shared by high count of end-users trong mạng truy nhập. Trong trường hợp các Î Redundancy owing to a dual-link ring architecture mạng cấp vùng, một cấu trúc vòng kép WDM Transmissions, D. Bayart 4 (double anneau) với việc truyền theo hai chiều ngược nhau sẽ bảo đảm việc bảo vệ các dữ liệu của mạng trong trường hợp cáp bị hỏng (suy yếu) (bao gồm cả trường hợp nếu hai sợi đều bị đứt). Thực vậy, tập hợp thông tin của một sợi có thể được chuyên mạch lật theo hướng ngược lại trên sợi bảo vệ. Mạng đường trục (hay còn gọi la mạng vận 5 Why do we need high bit-rate optical transmissions ? tải) là một trục tập trung thông tin phải được Switching chuyển đi từ phần này của mạng đến phần systems Transmission line (optical backbone) khác. Vậy các khả năng truyền tin của nó phải là cao nhất trong toàn bộ mạng. Access Multiplexer Demultiplexer systems Traffic concentration in the backbone (multi-gigabit/s) Î Need for high bit-rate optical transmissions WDM Transmissions, D. Bayart 5 Thông tin được truyền tải bởi mạng đường Traffic evolution 6 trục được tăng dần theo cấp số mũ. Thực vậy, các công nghệ mới được triển khai ‰ Speed-up of traffic increase  New access network deployments (ADSL, trong lòng mạng truy nhập gắn với sự bùng Mobile Infra, FTTx, ) nổ thông tin dữ liệu và gắn với các nhu cầu  New Data Services mới về các dịch vụ dữ liệu. Điều này làm ‰ Need for bandwidth twice larger than traffic to ensure : tăng nhu cầu về băng truyền với một sự gia  Quality of Service tăng rất mạnh được trông đợi trong những  Protection  Availability năm tới.  Peak Traffic Î Need for increase Mạng đường trục, hiện nay rõ ràng là bị quá ‰ Cost per bit transmitted is paramount in network capacity tải, cần phải đối mặt với nhu cầu trên bằng WDM Transmissions, D. Bayart 6 việc tăng toàn bộ công suất truyền tải. Vả lại, để vừa đảm bảo được chất lượng dịch vụ, bảo vệ dữ liệu, tình trạng sử dụng được của 270
5. D. Bayart mạng (nhất là trong giờ cao điểm về thông tin), cần phải tạo ra khả năng cung ứng gấp đôi nhu cầu về thông tin. Song song với đó là giá thành của mỗi bit truyền tải phải ưu tiên hàng đầu và nó xác định công nghệ nào sẽ được sử dụng. WDM là một kỹ thuật hữu ích bao gồm việc 7 What is Wavelength Division Multiplexing (WDM) ghép nối các kênh ở trong lòng cùng một sợi STM-646 STM-64 16 x STM-4 3R 3R 3R 16 x STM-4 terminalSTM-64 terminalSTM-646 16 x STM-4 3R 3R 3R 16 x STM-4 quang học thay cho việc xử lý chúng riêng rẽ terminalSTM-64 terminalSTM-64 16 x STM-4 STM-64 3R 3R 3R STM-64 16 x STM-4 terminal 3R 3R 3R terminal 16 x STM-4 terminalSTM-64 terminalSTM-64 16 x STM-4 16 x STM-4 STM-64 3R 3R 3R STM-64 16 x STM-4 terminal 3R 3R 3R terminal 16 x STM-4 terminalSTM-64 terminalSTM-64 16 x STM-4 bằng tín hiệu điện. 16 x STM-4 STM-64 3R 3R 3R STM-64 16 x STM-4 terminal 3R 3R 3R terminal 16 x STM-4 terminalSTM-64 terminalSTM-64 16 x STM-4 16 x STM-4 3R 3R 3R 16 x STM-4 terminalSTM-64 terminalSTM-64 16 x STM-4 3R 3R 3R 16 x STM-4 terminalSTM-64 terminalSTM-64 16 x STM-4 STM-64 3R 3R 3R STM-64 16 x STM-4 terminal 3R 3R 3R terminal 16 x STM-4 terminalSTM-64 terminalSTM-64 16 x STM-4 16 x STM-4 3R 3R 3R 16 x STM-4 terminalSTM-64 terminalSTM-64 3R 3R 3R 16 x STM-4 terminalSTM-64 terminalSTM-64 16 x STM-4 3R 3R 3R N 16 x STM-4 terminalSTM-64 terminalSTM-64 16 x STM-4 16 x STM-4 3R 3R 3R 16 x STM-4 transmitters terminal terminal STM : Synchronous Transfer Mode WDM Transmissions, D. Bayart 7 Vậy lợi ích của nó là điều hết sức hiển nhiên, 8 What is Wavelength Division Multiplexing (WDM) vì chỉ cần một bộ khuếch đại quang học duy WDM channels nhất cho phép kéo dài việc truyền trên đoạn tiếp theo của sợi quang thay vì phải trang bị Total Capacity = N x channel bit-rate cho mỗi kênh quang học một hệ thống điện Wavelength Division Multiplexing tử để tái tạo lại tín hiệu trên kênh đó. Vậy một mối liên kết sẽ bao gồm các đoạn (section) của nhiều thanh nối phân tách nhau STM-64 STM-64 16 x STM-4 16 x STM-4 terminal D terminal M E N channels U M 16 channels bởi các khuếch đại quang học. Ở cuối mỗi X U STM-64 X STM-64 16 x STM-4 16 x STM-4 terminal terminal STM : Synchronous Transfer Mode Mux : Multiplexer mối liên kết (khoảng vài trăm cây số chiều Demux : Demultiplexer > WDM = economical solution to reach multiterabit/s capacity dài), các kênh phải được phục hồi điện tử để WDM Transmissions, D. Bayart 8 có thể được dẫn tới một mối liên kết mới. Giá thành của giai đoạn này rất cao, tỉ lệ thuận với số lượng kênh và phụ thuộc vào lưu lượng được truyền tải bởi kênh. Vậy cần phải cố gắng truyền bằng quang học các kênh trên các khoảng cách càng dài càng tốt để giảm thiểu các công đoạn phục hồi điện tử. 271
6. D. Bayart Theo thời gian, các kỹ thuật truyền khác 9 WDM lab experiments nhau trên các phương tiện truyền tin khác nhau đã được đề xuất, tạo ra một sự tăng 108 x 2 every 16 months 6 DWDM 107 OFC’04 trưởng theo cấp số mũ các tích số giữa dung 106 lượng và khoảng cách cho bởi các hệ thống, Coherent 105 detection cứ sau khoảng 16 tháng thì được tăng lên 4 ars 10 ye Single-mode 4 3 ry 10 fiber ve gấp đôi, điều này còn nhanh hơn cả qui luật Multi-mode 0 e Erbium-doped 97 99 01 03 (Gbit/s.km) 1 102 fiber x fiberFrom amplifiers E. Desurvire, «EDFA, Principle and Applications», 1991 Moore cho các transitor điện tử. 1 CapacityDistance x 10 E. Desurvire et al., «EDFA, Device and System developments Vol.2» 100 Wiley, New York, 2002 Sự xuất hiện của các khuếch đại dùng sợi 1974 1978 1982 1986 1990 1994 1998 2002 pha tạp Erbi (EDFA) đã cho phép phát triển EDFA and WDM has enabled to keep with the growth rate of lightwave systems các quá trình truyền WDM, điều này đã làm WDM Transmissions, D. Bayart 9 kéo dài thêm xu hướng nói trên. History of WDM versus single-channel terrestrial Tiến trình phát triển của dung lượng truyền 1 transmission khẳng định rằng WDM, kể từ khi nó xuất 0 100000 2.5 Gbit/s hiện, đã mang lại hiệu suất cao hơn so với Single 10 Gbit/s Best 20 Gbit/s WDM WDM channel các kỹ thuật truyền đơn kênh. WDM đã được 10000 40 Gbit/s >40 Gbit/s cải tiến sau hai sự kiện chính: thứ nhất là do 1000 Best sự xuất hiện của công nghệ EDFA, thứ hai là single channel nhu cầu sử dụng trọn vẹn dải băng tần đó sau 100 khi kiểm soát được các hiệu ứng xuyên kênh Total capacityTotal (Gbit/s) (intercanaux) trong trường hợp lưu lượng 10 Time 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 của mỗi kênh rất lớn. Î Irregular evolution (« psychological » steps ?) Î WDM capacities larger than single-ch. capacities by more than a decade. WDM Transmissions, D. Bayart 10 Capacity x distance of WDM lab experiments Nếu ta xem xét sự phát triển của lưu lượng 1 versus channel rate (dung lượng x khoảng cách), là tích hay 1 10 được nói đến nhất vì nó không chỉ cho ta biết 10 Gbit/s khả năng phát lưu lượng lớn, mà còn cho ta 20 Gbit/s 1 40 Gbit/s biết khả năng truyền quang học trên một >40Gbit/s khoảng cách dài, thì tính ưu việt của mỗi lưu lượng trên một kênh so với kênh khác không 0.1 rõ ràng lắm. Nhu cầu hệ thống tăng trưởng Capacity x distance (Pbit/s.km) lưu lượng của kênh đúng hơn là được xác 0.01 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 định bởi việc xem xét quản lý mạng trên Date Î Superiority of larger channel rates not so clear in terms of phương diện giao diện điện tử và số lượng capacity x distance. WDM Transmissions, D. Bayart 11 các kênh cần phải xử lý. Trong trường hợp này, lưu lượng nào cao nhất sẽ quyết định (hiện nay là 10Gbit/s và sắp tới sẽ là 40Gbit/s). 272
7. D. Bayart Các hệ thống truyền yêu cầu ở đầu thu một tỉ 1 Signal power optimisation : a compromise số tín hiệu/tạp âm càng lớn khi lưu lượng 2 được hỗ trợ bởi kênh càng lớn (các mã sửa Amplified Noise Limitation Propagation Effects Limitation - Low noise amplification - Optimised in-line fibre lỗi làm việc ít đi một chút). Vậy ta tìm cách - (optical) Regeneration - Dispersion management - - Modulation format làm tăng công suất của tín hiệu ở đầu ra của - các EDFA mà vẫn giảm thiểu hệ số tạp âm BER của chúng. Tuy nhiên các hiệu ứng phi tuyến được tạo thành ở trên đường truyền dọc theo Acceptable BER floor chiều dài của sợi quang học có thể làm hỏng - Forward Error Correction chất lượng tín hiệu. Vậy tồn tại một giải Input power pháp dung hòa để tìm ra trên công suất đó WDM Transmissions, D. Bayart 12 một tỉ lệ tín hiệu/tạp âm tương ứng nhận được ở cuối mối liên kết. Để tăng lưu lượng tổng cộng được truyền tải, 1 WDM systems : Increase of system capacity có nhiều chiến lược về ghép kênh theo bước 3 Initial configuration Limitations sóng có thể thực hiện được. Từ việc tăng lưu bandwidth Btot Channel * Technology lượng trên từng kênh (với các vấn đề tương rate R * Physical effects in fiber Upgraded configurations đối liên quan đến sự tán sắc của các mode Btot Higher speed electronics required (a) R’>R Polarisation mode disp. (PMD) phân cực (PMD) và dung sai (tolérence) của Group-velocity dispersion (GVD) Btot việc bù trừ tán sắc). Cũng có thể thông qua Channel selection (b) R Multiplexing / demultiplexing một sự nén các kênh trong dải băng tần được B’tot>Btot WDM nonlinearities (FWM, XPM) sử dụng nhưng điều này lại làm tăng các vấn (c) Broadband amplifiers Raman effect đề về lọc và các hiệu ứng phi tuyến đan Mitigation owing to Dispersion map, Modulation formats , Forward error correcting codes, all-optical regeneration, chéo. Cuối cùng, ta cũng có thể tăng băng WDM Transmissions, D. Bayart 13 phổ được sử dụng trong giới hạn của các hiệu ứng Raman xuyên kênh (inter-canaux) và của băng khuếch đại của các bộ khuếch đại hiện có. Lịch sử của các tiến bộ khoa học liên quan 1 An history of Amplification of Light đến EDFA được tiếp nối một giai đoạn 4 Main research breakthroughs tương ứng với việc tiến hành hiệu chỉnh các 1917 : Principle of Stimulated Emission (A. Einstein) laser đầu tiên, tiếp theo đó là quá trình chế 1954 : First MASER* experiments by Townes & Gordon, Colombia Univ., USA ngự chất lượng của sợi quang học, và cuối 1958 : Principle of optical pumping (Koester) 1958 : Principle of LASER* (Townes & Gordon) cùng là chế ngự các linh kiện quang học và 1960 : First LASER experiment (T. Maiman) các laser điôt, tất cả đều dẫn đến sự ra đời 1964 : First Rare-Earth Fiber LASER (Neodymium, 1-m long) by C. Koester and E. Snitzer của công nghệ truyền tin WDM đầu tiên. 1987 : First experiments with Erbium-Doped Fiber Amplifiers (EDFAs) 1989 : First transmission experiments using EDFAs MASER/LASER : Microwave/Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation WDM Transmissions, D. Bayart 14 273
8. D. Bayart Tiến trình phát triển của các thí nghiệm tại 1 Evolution of terrestrial systems phòng thí nghiệm chỉ ra rằng nếu như chỉ 5 LAB COMMERCIAL OFFER cần một vài năm để có thể tăng được lưu 1989 : First transmission experiments using 1993 : First EDFA deployed on the field lượng trên từng kênh trong qui mô phòng thí optical amplifiers 1996 : 16x2.5-Gbit/s WDM systems released 1993 : First WDM experiments Nx2.5 Gbit/s nghiệm, thì điều đó chậm hơn rất nhiều khi 1998 : First Nx10 Gbit/s systems 1998 : 40x2.5-Gbit/s WDM systems released. chuyển sang đấu thầu thương mại, mà việc exceding 1Tbit/s (EDFAs C+L) 1999 : 80x2.5-Gbit/s and 40x10 Gbit/s 2000 : Nx40 Gbit/s systems with more than đấu thầu thương mại này còn đi trước nhiều 5 Tbit/s (EDFAs C+L + Raman) 2000 : 80x10-Gbit/s WDM systems released quá trình mua bán một hệ thực sự như vậy, 2001 : Nx40-Gbit/s, 10-Tbit/s systems 2001 : Announcement of C+L+Raman (EDFAs C+L+Raman+Thulium) 2002-04 : New generation 160x10-Gbit/s WDM và việc lắp đặt vận hành trên thực tế. Như 2002 : Nx40 Gbit/s systems, 10 to 3 Tbit/s over system with cost reduction 300 to 5200 km. First experiments of vậy, cho tới hiện nay, người ta chưa lắp đặt Nx160-Gbit/s transmission 2007-08 ? : Nx40 Gbit/s WDM systems một hệ thống nào sử dụng 40Gbit/s hay là sử WDM Transmissions, D. Bayart 15 dụng khuếch đại Raman trên một mối liên kết nhiều thanh nối (multi-lien), tương tự như thế cho tới nay, số lượng kênh được sử dụng trên thực tế không hề vượt quá 40 kênh. Nếu các hệ thống trên mặt đất được lắp đặt History of EDFA-based submarine networks 1 sao cho tương thích với các mối liên kết đã 6 tồn tại và với các điểm khuếch đại đã có trên mặt đất, thì các hệ thống ngầm dưới đại • 1996: First 5-Gbit/s amplified link deployed over trans-atlantic and trans-pacific distances dương cũng được lắp đặt cùng thời điểm với • 1998: 160 Gbit/s (16x10 Gbit/s) submarine link. • 1999: First submarine experiments > 1 Tbit/s (320 Gbit/s commercial) các sợi truyền (fibre de ligne) và bản thân • 2001 : 3.2 Tbit/s submarine (lab), 640 Gbit/s commercial khoảng cách giữa các bộ khuếch đại được tối • 2002 : First Nx40 Gbit/s transmission experiments over transoceanic distance ưu hóa. Như vậy, những việc này luôn luôn • 2004 : 6 Tbit/s (150x43 Gbit/s) transmission experiment over 6300 km sử dụng các công nghệ hiện đại nhất, cũng là bởi vì chúng cho phép vượt qua các khoảng cách dài nhất. Chúng cũng là các hệ thống WDM Transmissions, D. Bayart 16 vượt khoảng cách dài (longue distance) đầu tiên sử dụng khuếch đại quang học và hiện nay chúng còn cho ta các tích số giữa dung lượng.khoảng cách cao nhất trong số các hệ thống thương mại hiện nay. Các hệ thống hiện nay được thương mại hóa sử dụng lưu lượng trên mỗi kênh là 10Gbit/s. 274
9. D. Bayart Nếu như số lượng lớn các mối liên kết xuyên 1 Wet & dry WDM: Sea-Me-We 4 2 Đại Tây Dương và xuyên Thái Bình Dương 7 Marseille ƒ $500m project đã được triển khai lắp đặt từ cuối thể kỷ XX ƒ 20,000km – 14 countries ƒ 16 landing points Palermo ƒ 32 times the initial thì kể từ đó, chủ yếu là ta can thiệp vào việc capacity of SMW3 Annaba ƒ NG terrestrial and Bizerte Alexandria Segment 3 (dry) submarine systems tăng dần dần sự lưu thông thông tin bằng Suez Karachi Cox Bazar việc lắp đặt các kênh mới. Gần đây, người ta Jeddah Mumbai Fujairah Chennai đã quyết định làm mới mối liên kết sea-me- Satun Colombo we 3 (mạng cáp ngầm đi từ châu Âu đến INDIAN Melaka OCEAN châu Á) (sử dụng các kênh 2,5 Gbit/s) bởi Singapore một liên kết 10 Gbit/s đề xuất nhiều kênh Segment 4 (wet) Segment 2 (wet) Segment 1 (wet) hơn. WDM Transmissions, D. Bayart 17 Bây giờ cần phải hiểu làm cách nào mà các 1 Linear and Decibel (dB) optical power units hệ thống như vậy hoạt động và cho phép các 8 lưu lượng cao trên một khoảng cách dài như - Optical power P expressed in W, mW, dBm - P[dBm] = 10 log10 (P[mW]) vậy ! Đầu tiên, để thuận tiện ta sử dụng một thang log cho các công suất sao cho các mất Linear dBm mát biến đổi theo hàm e mũ với khoảng 1 W +30 dBm 100 mW +20 dBm Typical EDFA output power cách. 10 mW +10 dBm Typical output power of a 1 mW 0 dBm semiconductor DFB laser 100 µW -10 dBm 10 µW -20 dBm 1 µW -30 dBm Typical sensitivity of a 10-Gbit/s receiver WDM Transmissions, D. Bayart 18 Đối với các mất mát và các giá trị của độ 1 Typical loss value of optical components khuếch đại được sử dụng trên thực tế cũng 9 vậy. Linear Decibel 1000 +30 dB Gain in the small signal regime of EDFAs Gain with saturating input signal Gain 10 +10 dB 0.977 -0.1 dB Splice loss between two identical fibres Cable fiber loss per km Loss 0.955 -0.2 dB Loss of a 10% tap coupler 0.9 -0.5 dB { Isolator, 1480/1550 nm multiplexer 0.5 -3.0 dB Bulk optical filter WDM Transmissions, D. Bayart 19 275
10. D. Bayart Các bộ khuếch đại là cần thiết để cho phép 2 Need for amplifiers ? tăng đều đặn công suất của các kênh truyền, 0  Gain needed for : điều này là để đảm bảo một công suất quang † compensation of link fiber loss học đủ lớn tại điểm thu nhận. † Increasing distance between electrical regenerators † Increasing signal power before receiver Tx Rx Tx G G Rx Receiver Signal Power sensitivity Fiber length WDM Transmissions, D. Bayart 20 Các bộ khuếch đại (EDFA) như vậy sẽ ảnh 2 ASE power density hưởng thế nào đến hệ thống ? Giống như tất 1 cả các khuếch đại khác, các EDFA phát ra -10 tạp âm khuếch đại được gọi là ASE, và được -20 phát ra trên cả hai phân cực. Ở đầu thu nhận sau photodiode, phần tạp âm ở cùng một -30 phân cực với tín hiệu sẽ tạo ra trong miền -40 điện một tạp âm « phách » (beat noise), là ASE power (dBm/0.25 nm) -50 nguồn tạp âm chính trong các hệ khuếch đại 1520 1540 1560 1580 Wavelength (nm) (tạp âm battement ASE-ASE được giảm broadband, uncoherent, unpolarized mạnh bởi việc sử dụng các bộ lọc hẹp ở điểm WDM Transmissions, D. Bayart 21 thu). EDFA được thực hiện trong chế độ khuếch 2 Gain saturation đại bão hòa. Chúng ta gọi công suất bão hòa 2 High signal input power : decrease in population inversion là công suất cho ta sự giảm khuếch đại là decrease of the gain 3dB. Công suất đầu ra khi bão hòa là công 40 20 P suất cực đại mà ta có thể đạt được khi công Linear Saturated out 3-dB of Output power 30 Regime gain suất đầu vào mạnh. compression 10 Gain (dB) Pout (dBm) Pout 20 Saturating input power 0 10 0 -10 -40 -30 -20 -10 0 10 -40 -30 -20 -10 0 10 Signal input power (dBm) Signal input power (dBm) WDM Transmissions, D. Bayart 22 276
11. D. Bayart Khuếch đại bão hòa của các EDFA có thể 2 Gain Dynamic tạo ra một sự biến điệu của khuếch đại này 3 theo biến thiên công suất của tín hiệu vào. Saturating input signal Gain modulation (dB) 40 2 Rất may là lớn hơn vài trăm kHz, sự biến 20 f = 100 Hz 0 20 f = 500 Hz điệu này không còn được truyền trong Puissance 0 0 20 0 20 40 60Time 80 100 3/f 120 f = 1 kHz khuếch đại. Không có một sự biến dạng nào 0 20 về thời gian được truyền bởi các EDFA tới tín hiệu trong truyền thông. Điều này có 10 Typical corner frequency of 100 Hz - 10 kHz nghĩa là các EDFA là trong suốt đối với các Gain modulation Gain (dB) 0 1 10 100 1000 10000 100000 tín hiệu quang, không ảnh hưởng tới lưu Modulation frequency (Hz) lượng, dạng biến điệu, và cả phương thức mã WDM Transmissions, D. Bayart 23 hóa thông tin số (protocole de codage) đối với các các chuỗi (trames), trái hẳn với các máy phát tái sinh điện. Nếu ta quan sát đường biểu diễn khuếch đại 2 Gain and population inversion của các EDFA theo hàm của trung bình 4 nghịch đảo mật độ, ta thấy rằng không có G(λ) = exp[]Γ(λ).(σ e (λ).n2 − σ a (λ).n1 ).L một nghịch đảo nào đem lại chế độ khuếch ni : average populations of erbium ions for excited and fundamental energy level Γ(λ) : overlap of the mode field with the erbium-doped core đại bằng phẳng. Ta cũng thấy rằng các 4 đường cong này không cắt nhau, tức là mặc N = 0 Gain 1 There is no inversion N = 1 2 that gives a flat gain ! dù chúng bị biến dạng với sự thay đổi của độ Normalized Gain spectra of đảo mật độ, khuếch đại cũng tăng (hay giảm) 00 Gain in(a. dB u.) different average inversions never cross cùng một lúc với tất cả các bước sóng. N1 = 1 N = 0 Loss 2 -4 Wavelength (nm) 1450 1500 1550 1600 WDM Transmissions, D. Bayart 24 Hiệu năng của các tạp âm của EDFA được 2 Fundamental noise limits đặc trưng bởi thông số tạp âm mà giá trị của 5 EDF nó phải càng nhỏ càng tốt (bằng 1 tức là 0 NnhGASE =−21spν() EDF : NASE increases with the gain nsp characterizes the impact of the amplifier noise dB khi tất cả các ions bị nghịch đảo). Với N 2 ()λλsp, các giá trị của khuếch đại cao hơn khoảng n sp()λλ s, p = σλas() NN21()λλsp,,−×()λλsp một chục dB, hệ số tạp âm bằng với thông số σ e ()λ s tạp âm này, trong đó ta thêm vào 3 dB đến từ min 1 nsp minimum nsp()λλ s, p = σλep()× σλ as() tạp âm phách của tín hiệu-tự phát. Thông số at full inversion : 1 − σλap()× σλ es() này là hàm của mức nghịch đảo trong phần min gần với đầu vào của bộ khuếch đại, trong khi n sp()λλ s, p = 1 for σe = 0 (may happen only using 0.98-µm pumping) độ khuếch đại thì được xác định duy nhất bởi WDM Transmissions, D. Bayart 25 độ nghịch đảo trung bình lấy trên toàn bộ sợi. 277
12. D. Bayart Trong trường hợp khuếch đại hai tầng, hệ số 2 Noise figure for a two-stage amplifier tạp âm tổng cộng được tính bởi hàm của 6 DCF or OADM công suất của tạp âm ở đầu ra và của độ F(λ) khuếch đại tổng cộng. Các mất mát ở giữa G1 G2 Loss(λ) Gain hai tầng làm suy giảm hệ số tạp âm nếu như Equalizing Filter độ khuếch đại của tầng thứ nhất không đủ For the whole amplifier : tot stage1 G 2 (λ) stage 2 Pase = NF.hν.G.Bf = Pase (λ) = Pase (λ). .F (λ) + Pase (λ) lớn. Loss (λ) 1 G(λ) = G1(λ) x F(λ) x xG 2 (λ) Loss (λ ) Leading to NF (λ) NF(λ) = NF (λ) + 2 1 G (λ) 1 xF (λ) Loss (λ) WDM Transmissions, D. Bayart 26 Trước tiên thông số tạp âm của các EDFA 2 Effect of signal input power on noise parameter được cải thiện theo công suất của tín hiệu 7 vào dựa trên việc loại trừ quá trình tự bão Lower Pin : Higher Pin : Saturation Saturation hòa bởi ASE được hình thành ở độ khuếch caused caused by the A constant population by ASE signal power đại mạnh. Thực vậy, công suất ASE ngược inversion gives : 8 chiều này là rất mạnh đến mức có thể sinh ra (dB) 1 1 n = 6 sp /C bão hòa ở đầu vào bộ khuếch đại. Bằng việc σ a ()λs × N1 sp 1− n σ e ()λs × N 2 4 đặt một bộ phân ly quang (isolateur) trong Self-saturation Noise parameterNoise caused by ASE Saturation caused By the signal lòng sợi, công suất ASE ngược chiều này 2 -40 -30 -20 -10 0 10 Input power (dBm) giảm mạnh và sự bão hòa sinh ra cũng được loại trừ. Khi công suất tín hiệu tăng thêm WDM Transmissions, D. Bayart 27 nữa, độ khuếch đại giảm đi, và độ nghịch đảo mật độ giảm mạnh trên tất cả mọi điểm của khuếch đại. Vậy nên hệ số tạp âm có thể giảm mạnh. Hệ số tạp âm là mạnh nhất đối với các bước 2 Dependence with signal wavelength sóng ngắn. Tuy nhiên độ nghịch đảo lại độc 8 8 lập với bước sóng. Thực vậy, điều đầu tiên P = -40 dBm phải hiểu trong việc xác định hệ số tạp âm 6 in của các EDFA là ta cần tính đến bậc của hấp 4 (dB) 1 Pin = -10 dBm Pin = 0 dBm /C thụ ion chứ không phải là tính đến lượng 2 sp Noise parameter n ASE phát xạ. Thực vậy, một bộ khuếch đại 0 1520 1540 1560 1580 Signal wavelength (nm) trong đó tất cả các ion được nghịch đảo sẽ 1 tạo ra hệ số tạp âm nhỏ nhất có thể (giới hạn σλas() n = higher sp σ ()λ × N increases σλes() 1− a s 1 lượng tử). Một cách nghịch lý là nó cũng sẽ σ ()λ × N e s 2 tạo ra cực đại của ASE bởi vì tất cả các ion WDM Transmissions, D. Bayart 28 có thể phát huỳnh quang, và độ khuếch đại sẽ là cực đại. Hệ số tạp âm bị suy giảm khi các ion không còn ở trên trạng thái kích thích nữa. Trong trường hợp này, một phần tín hiệu sẽ có thể bị hấp thụ bởi các ion bị mất này. Trái lại, nếu chính ASE bị hấp thụ, thì năng lượng này sẽ có thể được lấy lại khi các ion này sau đó quay trở lại trạng thái cơ bản. Vậy sẽ có một hiệu ứng lựa chọn xảy ra trên 278
13. D. Bayart tín hiệu so với tạp âm. Về mặt logic, hệ số tạp âm sẽ bị suy thoái mạnh hơn đối với các bước sóng có tiết diện hấp thụ hiệu dụng lớn nhất, bởi vì hấp thụ photon sẽ mạnh hơn. Cũng như vậy, với các bước sóng lớn, tiết diện hiệu dụng này rất nhỏ, một độ nghịch đảo yếu hơn ít có ảnh hưởng. Cuối cùng, các mất mát cơ bản có ít tác dụng lên hệ số tạp âm bởi vì tín hiệu cũng như ASE đều bị hấp thụ cùng một cách và năng lượng mất mát cũng cùng một kiểu đối với cả hai. Để đặc trưng đáp ứng phổ của độ khuếch đại 2 Characterization of the EDFA gain flatness của các EDFA, điều quan trọng là phải sử 9 dụng một số lượng đủ lớn kênh để tạo ra một độ bão hòa đồng nhất và thực hiện phép đo EDFA Channel #1 under test của đường cong khuếch đại với sự trợ giúp Multiplexer Channel #2 Isolator Optical Spectrum của một đầu dò (sonde) có công suất yếu, mà Analyser Channel #N đầu dò này quét cả dải phổ. GEQ Unpolarized flattenned ASE source ¾ Need to use a WDM saturating comb WDM Transmissions, D. Bayart 29 Độ nghịch đảo mật độ trung bình xác định 3 Influence of saturating conditions on gain excursion độ khuếch đại của các EDFA và đáp ứng phổ 0 tương ứng. Độ bão hòa của khuếch đại ưu đãi các bước sóng lớn. Điều này xảy ra khi công suất đầu vào của sợi pha tạp tăng, hoặc For a given amplifier, the average trong một chuỗi EDFA, khi khoảng cách population inversion determines giữa các bộ khuếch đại nhỏ hơn, với công the gain spectral shape suất đầu ra được cho bởi khuếch đại trước, điều này sẽ tương ứng với một sự tăng công suất đầu vào của bộ khuếch đại tiếp theo. WDM Transmissions, D. Bayart 30 279
14. D. Bayart Tỉ lệ tín hiệu trên tạp âm (SNR) của một 3 Optical Signal-to-Noise Ratio (1) chuỗi EDFA phụ thuộc trực tiếp vào hệ số 1 OSNR from a chain composed of identical EDFAs tạp âm và công suất đầu vào của các bộ Loss Signal: Pin Loss Loss Loss Pout #N khuếch đại. Thực vậy, ngay ở đầu vào của bộ Noise : Bo #1 OSNR G(λ) G(λ)G(λ) G(λ) khuếch đại, SNR trực tiếp chịu tác động bởi L 1 1 n ∆Pase 1 1 dPase (z) = + ∑ i from = + ∫ giới hạn lượng tử của tạp âm. Tín hiệu càng SNR SNR i=1 Pout SNR SNR Psignal (z) n 0 i − n 0 z =0 Each channel sees a gain expressed as k .G where k<1 for less favored channels mạnh ở chỗ đó thì tỉ lệ đó càng ít giảm (tỉ lệ − and G (=1/Loss ) is the amplifier average gain over the signal bandwidth. này sau đó sẽ còn giảm ít nhiều tùy theo mức Ps Ps This gives : SNR = = N P 1 1 1 Bo + ase .[1+ + + ] 1− nghịch đảo định xứ của khuếch đại trên − N −1 Pase N k.G k k Bo + .[ k ] − 1 chiều dài của sợi quang học pha tạp). Trên k.G 1− k một chuỗi các khuếch đại, tăng công suất ra WDM Transmissions, D. Bayart 31 và độ khuếch đại của tất cả các EDFA 3 dB sẽ cho phép tăng cũng một lượng mất mát như vậy giữa các khuếch đại mà vẫn giữ được cùng một tỉ lệ SNR trên mối liên kết. Thực vậy, công suất vào của các EDFA trong trường hợp này không đổi, cũng như vậy với hệ số tạp âm theo giả thuyết. Vậy không phải là ta dùng độ khuếch đại của EDFA để tính SNR bởi vì tín hiệu ra cũng như ASE tăng theo cùng một kiểu giống nhau, nên nó sẽ không có tác động gì lên SNR. Trái lại tăng khoảng cách giữa các khuếch đại (tức là tăng độ khuếch đại) mà không tăng công suất đầu ra có nghĩa là ta làm giảm công suất vào của các EDFA và vậy ta làm hỏng tỉ lệ tín hiệu trên tạp âm. Nếu ta xét các bộ khuếch đại có độ khuếch 3 Optical Signal-to-Noise Ratio (2) đại chính bằng mất mát (đây thường là 2 9 For ideally flat amplifiers : Gain = Loss (for any channel) trường hợp ta gặp đối với các hệ đơn kênh đa liên kết do khuếch đại bão hòa của các P in P in SNR k = signal = signal EDFA), các phương trình sẽ được đơn giản out P + N.P P + N.NF .hν ∆ν o ase o k k hóa và biểu thị trực tiếp theo hàm của công When expressed in dB, K=55 for OSNR calculated suất vào của chúng, hàm của hệ số tạp âm và SNR = Pin - NF - 10.log N + K in a 0.1-nm bandwidth N and Pin expressed in dBm số lượng khuếch đại. Giảm mất mát giữa các Weight of noise ex : An increase by 3 dB of the span loss photons at the EDFA Impact of the khuếch đại đi 3 dB (và vậy là tăng 3 dB công input compared to count between EDFA half reduces the maximal input signal photons in EDFAs distance allowed by the OSNR suất đầu vào của chúng), cũng sẽ cho phép tăng gấp đôi khoảng cách truyền mà vẫn giữ WDM Transmissions, D. Bayart 32 nguyên tỉ số tín hiệu trên tạp âm. 280
15. D. Bayart Trong trường hợp truyền WDM, một vài 3 Optical Signal-to-Noise Ratio (3) kênh không ưu đãi có một độ khuếch đại yếu 3 9 For unflat amplifiers : hơn mất mát. Điều này tương đương với việc #1 #N công suất của chúng ở đầu vào của các Signal: Pin Loss Loss Loss Loss Pout Noise : Bo OSNR G(λ) G(λ)G(λ) G(λ) EDFA kế tiếp nhau sẽ giảm đi dần dần trong − ∆G G khi các mức tạp âm phát ra bởi mỗi khuếch since = 10.log . = −10.log k min Ps − SNRN = 2 k.G ∆G.N 10 20 −1 đại thì lại không đổi. Vậy tỉ lệ tín hiệu trên − Bo + NF.hν.B f . ∆G and P ≅ NF.hν.k.G.B ase f 10 20 −1 tạp âm của chúng sẽ chịu tác động mạnh. min Ps e.g. ∆G = 1 dB and N=5 gives SNR 5 = with a = 6.4 Bo + NF .hν .B f .a WDM Transmissions, D. Bayart 33 Các phép tính này mô tả rõ phổ ở đầu ra của 3 Impact of gain excursion on the OSNR một mối liên kết được khuếch đại. Các kênh 4 trong phần lõm xuống của đường cong khuếch đại có tỉ lệ tín hiệu trên tạp âm suy giảm. Cũng thế, điều trước tiên là phải sử dụng các khuếch đại có đáp ứng của độ khuếch đại càng bằng phẳng càng tốt để đem lai một hiệu suất tốt của tạp âm trên tất cả các kênh. WDM Transmissions, D. Bayart 34 Các hệ thống truyền trên mặt đất cần phải có 3 System Requirements for Two-stage amplifiers (1) các khuếch đại nhiều tầng để có thể gài vào 5 EDF EDF giữa các tầng sợi bù trừ tán sắc hoặc là các DCF GEQ 5/95 5/95 5/95 5/95 mô-đun ghép/tách (đưa vào/tách ra) của các WDM WDM VOA kênh quang học. Các tầng này cũng cần phải 0.98-µm 0.98-µm cách ly bởi các bộ cách ly quang (isolateur) • Input and output isolators for each amplification stage và các bộ ghép cặp để theo dõi tại các đầu • Gain equalization for both amplification stage vào ra của chúng. (less stringent after first stage) • 5/95 tap couplers at input/output of each amplification stage • Operating bandwidth : 1529 nm to 1561 nm (at least) GEQ : Gain Equalizer VOA : Variable Optical Attenuator WDM Transmissions, D. Bayart 35 281
16. D. Bayart Các EDFA cũng cần phải được bổ sung các 3 System Requirements for Two-stage amplifiers (2) mạch điện tử để có thể đối mặt với các biến 6 Other Important Features Example of Equalized Gain Spectrum động nhanh của số lượng kênh, với các biến Noise Figure = 1 dB ! xét các biến thiên có thể xảy ra về mặt dung 9 Tuning of the mid-stage VOA enables to improve the gain flatness when total insertion loss varies but it is not allowed to impact the noise figure nor the available range of loss values sai của quá trình sản xuất các sợi pha tạp, các 9 Features available for the system should account for temperature and bộ lọc trung hòa (filtres égaliseurs) và các manufacturing tolerances leading to worst values than in the lab ! thành phần thụ động được sử dụng. Nếu WDM Transmissions, D. Bayart 37 chúng ta thêm các biến động nhiệt, thì không thể bảo đảm một thăng giáng của độ khuếch đại tốt hơn 1 dB trên một số lượng lớn các khuếch đại được sử dụng trong điều kiện trên mặt đất. Các EDFA cũng có thể được sử dụng cho 3 System needs (1) các ứng dụng băng dài (băng L). Các ứng 8 dụng hiện nay liên quan trước tiên đến các L-band (ITU recommendation) : 1565 nm to 1625 nm hệ thống vận hành với sợi đường truyền ít System Applications : thích hợp với các dải băng tần của EDFA qui 9 To operate the system in a spectral band different than the ước. C-band to increase chromatic dispersion value of the line fiber • Operation in L-band alone over G.653 fiber • Operation in L-band alone over first generation G.655 fiber ¾ Now the sole application of use of L-band for long-haul systems WDM Transmissions, D. Bayart 38 282
17. D. Bayart Một ứng dụng trong tương lai có thể liên 3 System needs (2) quan đến khả năng vận hành một số lượng 9 lớn các kênh bằng việc sử dụng hai băng System Applications : 9 Enables future system up-grade by adding new channel cùng một lúc. Cho tới hiện nay, các hệ thống (C+L band systems) đã được lắp đặt với ít kênh, việc lắp đặt thêm • Need to implement a WDM coupler in the line được dự tính thích hợp. Việc thêm tạm thời before the beginning of life of the system ! trong tương lai một băng mới, mà băng này 9 Enables bidirectional transmission with high channel count cho phép thêm nhiều kênh nữa, cần phải in each direction được dự tính ngay sau khi bắt đầu xây dựng • Useful in case of only one fiber available hệ thống nếu như ta không mong muốn phải can thiệp vào việc truyền tin trong tương lai WDM Transmissions, D. Bayart 39 nhằm mục đích đưa vào các EDFA vận hành theo băng L. Tầm vóc tiên quyết của hệ thống này đòi hỏi một quỹ quang học (budget optique) giữa các khuếch đại ngay khi các kênh đầu tiên được lắp đặt, người sử dụng hiện nay không sẵn sàng trả một giá như vậy. Tuy nhiên, EDFA cho ta các hệ thống có 4 Principle of 1.58-µm L-band EDFAs hiệu suất cao, mặc dù hệ số tạp âm vẫn còn 0 Principle : low average population inversion (40 %) hơi cao, do bão hòa bởi ASE phát xạ trong allowing a flat-gain spectrum in the L-band region băng qui ước (băng C, bande G(λ) = exp[]Γ(λ).(σ e (λ).n2 − σ a (λ).n1 ).L 4 • Absorption cross-section is very low in conventionnelle). N = 0 the L-band (low influence) G > 1 1 N2 = 1 • Gain coefficients are 10 dB lower ¾ Need x10 in erbium ! Gain (a. u.) (a. Gain but not 10 times longer doped fibers 0 1 (background loss, FWM, PMD issues ) ¾ Doping the fiber 3 or 4 times more is a good compromise between quenching N1 = 1 N = 0 and background loss G < 1 2 -4 PMD : Polarization mode dispersion 1450 1500 1550 1600 FWM : Four-wave-mixing WDM Transmissions, D. Bayart 40 Các EDFA này không tận dụng tốt việc bơm 4 Example of architecture for two-stage L-band EDFAs ở 980 nm, vì nó tạo ra rất nhiều ASE trong 1 băng C. Vậy nó thường thích hợp hơn với EDF EDF EDF Power WDM WDM GEQ budget WDM GEQ WDM WDM việc bơm ở 1,48 µm trong khi các EDFA Extra-pump băng C từ nay trở đi đều được bơm ở 0,98 access 0.98 µm 1.48 µm 1.48 µm 1.48 µm Noise figure for a two-stage EDFA µm ở cả hai tầng. with1.48-µm 9-dB pumped mid-stage single-stage power EDFbudgetA 10 8 6 4 2 0 1570 1580 1590 1600 Channel wavelength wavelength (nm )(nm) WDM Transmissions, D. Bayart 41 283
18. D. Bayart Lịch sử của các quá trình truyền đã được 4 Flat-gain amplifiers and High capacity transmissions thực hiện chỉ ra rằng việc làm chủ sự phẳng 2 10 phổ của khuếch đại của các EDFA trên các 1 Tbit/s 0.1 dải tần càng ngày càng rộng đã vượt khỏi sự 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 B. Clesca et al., K. Oda et al., S. Aisawa et al./ A. Srivastava OFC’94 OFC’95 et al. (OFC’98) tăng trưởng của dung lượng truyền tổng Fluoride based EDFAs Silica-based EDFAs Dual-band C+L amplifiers cộng. 4dB +gain equalizing filter (silica-based+filter) C band L band 5dB/div Silica-based EDFAs w/o GEQ After >20dB 10x60km After 4x110km 5dB/div From S. Aisawa et al. 1540nm 1600nm After 4x110km Wavelength (nm) WDM Transmissions, D. Bayart 42 Thêm với việc cải thiện hiệu suất phổ, việc 4 Raman amplification : Principle giảm thiểu ảnh hưởng của tạp âm lên độ Measured gain-curve : 1 pump @ 1487 nm 3 20 Vibrational excitation khuếch đại cũng cho phép ta đạt được các Pump 15 Si O Signal giới hạn phụ của hệ thống. Signal 10 ( = f pump -13 THz ) O 5 On/off Gain (dB) On/off Khuếch đại Raman cho phép điều này với DSF fiber 0 −α ⋅L p 1500 1530 1560 1590 1620 nm một chế độ vận hành rất khác với chế độ vận dB 10 g r 1− e GON / OFF = ⋅ ⋅ ⋅ Pp Aeff is the Raman effective area of the fiber 1 ln10 Aeff α p L = Leff : Effective length of the fiber expressed as : eff hành của EDFA. Hiệu ứng Raman là một tán α ρ 9 Effect happens for any pump frequency, polarization dependent 9 Instantaneous effect (not the travel time of the pump along the fiber !) xạ không đàn hồi giữa các phôton tới và thủy 9 Peak Raman shift = - 13 THz (glass phonon energy) 9 Top width = 2.5 THz, can be broadened with multi-λ pumping tinh. Một phần năng lượng phôton tới của Long interaction fibers Confinement quá trình bơm có thể được hấp thụ bởi thủy Attenuation at the pump wavelength is paramount tinh dưới dạng năng lượng dao động WDM Transmissions, D. Bayart 43 (phonon quang) sẽ tạo ra một photon tán xạ có năng lượng thấp hơn (énergie réduite) (tức là bước sóng cao hơn) tương ứng với tín hiệu được khuếch đại. Hiệu ứng này có hiệu suất thấp, nó cần có các độ dài tương tác lớn (km) và công suất bơm phải thật lớn hơn so với tín hiệu. Vậy độ bão hòa bởi tín hiệu yếu, và độ khuếch đại tỉ lệ thuận với công suất bơm. 284
19. D. Bayart Cũng như vậy, nếu chúng ta kết hợp một ánh 4 Distributed Raman Preamplification sáng bơm trực tiếp vào trong sợi sao cho nó 4 0 đi ngược chiều với tín hiệu, khuếch đại -5 with Raman Raman sẽ được tạo thành trước điểm tới của -10 WDM Si g n a l ( d B) Line fiber -15 tín hiệu trên bộ khuếch đại erbium. Quá trình On/off Pump -20 gain tiền khuếch đại này sẽ cho phép tăng công -25 Distance (km) 0 25 50 75 100 suất của tín hiệu ở điểm mà nó sẽ gặp without Raman khuếch đại Raman một cách đáng kể, và tạp ÎPreamplification (backward pumping : weak gain saturation) ÎIncrease of the signal powers at the EDFA input âm khuếch đại tương ứng của nó cũng gần (improved signal to noise ratio) với giới hạn lượng tử. Điều này sẽ dẫn đến một sự cải thiện rõ rệt của tỉ số tín hiệu trên WDM Transmissions, D. Bayart 44 tạp âm một cách tự nhiên. Đáp ứng của khuếch đại Raman của thủy 4 Pump wavelength combination tinh Silic không rộng và vậy cần phải có rất 5 25 Calculated gain curve : 20 pumps nhiều quá trình bơm cách nhau khoảng vài 12,05 20 12,00 chục nanomet để có thể có một độ khuếch 15 On /off Gain (dB) /off GainOn 11,95 10 đại kết hợp bao trùm ít nhất là cả băng 11,90 5 On / off Gain (dB) /On off Equalization over 60 nm 11,85 khuếch đại của EDFA. Hơn thế nữa, khuếch 0 1538 1558 1578 1598 1500 1550 1600 nm nm đại Raman phụ thuộc vào sự phân cực và vậy 9 2 or 3 wavelengths enough for a 1-dB equalization over the C-band cần phải có một ánh sáng bơm không phân 3 to 4 over the C+L band cực. ¾ Semiconductor pumps need polarization multiplexing or depolarization using PANDA fiber at 45 deg. WDM Transmissions, D. Bayart 45 Sự cải tiến tỉ lệ tín hiệu trên tạp âm này cho 4 System margins provided by Raman preamplification ta các giới hạn của hệ thống, và có thể được 6 sử dụng theo nhiều cách thức khác nhau. Ví G.652 ELEAF 0,5 Teralight dụ như điều này có thể cho phép giảm công Truewav e 300 mW 0,0 Signal powers required for an suất của các tín hiệu trên đường để hạn chế -0,5 OSNR of 26 dB/0.1 nm 400 mW các hiệu ứng phi tuyến mà chúng phải chịu. -1,0 Signal (dBm/ch.) Signal 500 mW -1,5 Effective area (µm²) Chúng ta thấy rằng cần có vài trăm mW, 50 60 70 80 25 biến thiên tùy theo loại sợi, để thực hiện Fibres supposed to differ 20 only in Aeff 15 được một độ khuếch đại lớn hơn 10 dB. 10 α pump = 0.3 dB/km G on/ Raman(dB) off 5 Effective area (µm²) 50 60 70 80 WDM Transmissions, D. Bayart 46 285
20. D. Bayart Nếu ta quan sát các đường cong khuếch đại 4 Fiber efficiency per unit length and per W of pump Raman được xây dựng theo hàm của bước 7 1486-nm pumping sóng tín hiệu với các loại sợi khác nhau, ta ) -1 0,8 CR Max thấy có cùng một đỉnh ở 13,3 THz, điều này .km CR = 0.23 Gon/off / (Pp.Leff_p) -1 0,6 NZDSF+ 0.75 tương ứng với việc bơm ở khoảng 1440 nm (W R NZDSF- 0.68 để khuếch đại một tín hiệu nằm ở khoảng 0,4 TeraLight 0.51 1550 nm. SMF 0.40 0,2 PSCF 0.38 13.3-THz peak (W-1.km-1) 0 Raman efficiency C efficiency Raman 0369121518 Frequency Shift (THz) PSCF : Pure Silica Core Fiber WDM Transmissions, D. Bayart 47 Nếu chuẩn hóa các đường khác nhau này, ta 4 Normalized Gain Spectra thấy rằng các đường này gần như là giống 8 CURVES NORMALISED RELATIVE TO 13.3-THz PEAK nhau. Thực vậy, thành phần của các sợi này 1486-nm pump PSCF 1400-nm pump 1 1 ít biến đổi theo dạng của chúng, bởi vì các 0,8 0,8 chất phụ gia đều có cùng bản chất. Đỉnh rộng 0,6 0,6 do chính Ge gây ra thì ít nhiều lớn hơn đỉnh PSCF 0,4 0,4 bé nằm ở các tần số cao hơn, và đỉnh này 0,2 0,2 PSCF không đổi và tương ứng với dấu hiệu của Si. 0 0 0 3 6 9 12 15 18 12 15 18 21 24 27 30 Frequency Shift (THz) Frequency Shift (THz) Đồ thị này có nghĩa là tất cả các sợi đã tồn • Boson-peak relative-intensity higher with SiO2 than with GeO2 • 13.3-THz peak : Ge-dependent, extends up to > 20 THz tại trên mặt đất đều cho gần như cùng một • Sharp 14.5-THz and 18-THz peaks specific to SiO 2 kiểu dạng đường cong khuếch đại mặc dù WDM Transmissions, D. Bayart 48 công suất bơm đòi hỏi sẽ là tương đối khác nhau tùy theo tiết diện hiệu dụng của sợi. Điều này rất quan trọng đối với đồ án thiết kế của các hệ thống sử dụng khuếch đại Raman bởi vì chúng cần phải được thích nghi với mọi điều kiện trên mặt đất mà điều đó thì đã không được tính tới cho ứng dụng này. Bước sóng bơm cần phải được lựa chọn theo 4 Fiber efficiency is pump wavelength dependent hàm của bước sóng mà ta muốn tạo ra 9 khuếch đại. Theo đó thì hiệu suất Raman - 1486-nm PUMP 1400-nm PUMP 1 1 (W NZDSF- + 37 % biến đổi theo sự mở rộng của mode về các R 0,8 0,8 NZDSF+ + 21 % TeraLight + 46 % bước sóng lớn hơn. Hơn nữa, các mất mát cơ 0,6) 0,6 -1 PSCF + 26 % SMF + 20 % bản tăng theo bước sóng ngắn. Các sợi dạng 0,4.km 0,4 1 0,2 0,2 DZDSF- (Sợi đơn mốt có tán sắc dịch 0 0 chuyển khác 0) có một kích thước lõi bé hơn Raman efficiency C 036912151812 15 18 21 24 27 30 Frequency Shift (THz) cho ta hiệu suất lớn hơn là các sợi chuẩn ) Pump/signal/core overlap (SMF) và vậy nó đòi hỏi công suất bơm nhỏ hơn. WDM Transmissions, D. Bayart 49 286
21. D. Bayart Cũng chính là độ khuếch đại Raman này Impact of interchannel Raman depletion 5 chịu trách nhiệm về tán xạ cưỡng bức Raman 0 -10 dBm /channel Input fiber (SRS) giữa các kênh, và nó xảy ra cả trong (linear regime) 0.7 dB các hệ không có khuếch đại Raman. Các kênh tần số yếu dùng để bơm cho các kênh tần số cao, điều này tạo ra một độ dốc mà độ #1 100 km dốc này càng mạnh khi công suất càng tăng. 5.6 dBm /ch. Tx Rx 2.3 dB #32 WDM Transmissions, D. Bayart 50 Thực vậy, khi chúng ta quan sát ở chân của 5 Small-frequency-shift energy transfers đường cong khuếch đại Raman, ta thấy có ) 1 -1 0,4 NZDSF+ một độ dốc ở những THz đầu tiên, có thể .km 1486-nm PUMP NZDSF- -1 liên quan đến toàn bộ băng C. Băng phổ 0,3 TeraLight SMF càng rộng thì càng phải tính đến sự trao đổi 0,2 PSCF năng lượng giữa các kênh này. Ví dụ như 0,1 tăng tín hiệu của các bước sóng ngắn khi 0 0369Frequency shift phát cho phép bù trừ hiệu ứng này. Raman efficiency (W (THz) -17 C-band L-band -22 -27 Wavelength 1529 1561 1569 1602 (nm) WDM Transmissions, D. Bayart 51 Sự đưa kỹ thuật khuếch đại Raman vào thực Raman amplification : Implementation 5 tế bao gồm việc kết hợp nhiều quá trình bơm 2 100 km Q khoảng 200 mW mỗi cái, và ghép kênh theo #1 1x NZDSF 32 M-Z DCF 40Gb/s #63 bước sóng và độ phân cực. Các EDFA được 15 DCF 2 -1 #2 1x M-Z PBS Q #64 32 C C C lắp đặt sau qui trình tiền khuếch đại cho DCF Rx L L L Q #65 1x phép ta nhận được công suất tín hiệu cần 32 M-Z DCF 40Gb/s #127 PBS 23 2 -1 #66 thiết ở đầu của mối liên kết trong khi các sợi 1x M-Z Q #128 32 4 pumps (distributed Raman ampli.) bù trừ tán sắc (DCF) thì được đặt ở giữa các tầng. x 3 • Use of wavelength multiplexed Raman pumps • Efficiency depends on fiber type and characteristics WDM Transmissions, D. Bayart 52 287
22. D. Bayart Trong quá trình truyền này, các bước sóng 5 Stimulated Raman Scattering bơm được phân bố từ 1427 nm đến 1485 nm 3 5 In span 5 )  Pre-tilt ≈3dB tạo ra độ khuếch đại cả ở băng C và L. Các 0 0 P dBm -5 -5 (  Intraband-tilt kênh đã được tăng trước với một độ dốc để -17 Out span -17 compensated bù trừ SRS trên từng băng. Các bước sóng but C-to-L -22 -22 Pumps OFF energy-transfer -27 -27 bơm bảo đảm một độ khuếch đại phẳng đối  Raman gain với các tín hiệu cũng như bảo đảm một độ bù † 12dB C-band -8 Out span -8 † 10dB L-band trừ một phần SRS được tạo thành giữa các Pumps ON -13 -13 -18 -18 băng. Dĩ nhiên là như vậy thì một SRS lớn 1427 1439 1450 1485 1525 1565 1605 Wavelength (nm) cũng được tạo thành giữa các bước sóng - 23 THz bơm, vậy nó đòi hỏi các đối với các bơm yếu WDM Transmissions, D. Bayart 53 các công suất mạnh hơn rất nhiều so với các bơm mạnh. Ta có thể định nghĩa một hệ số tạp âm tương 5 Noise figure for Distributed Raman Preamplification đương cho hệ thống khuếch đại Raman + 4 EDFA. Hệ số này chính bằng hệ số tạp âm Line Fiber WDM B mà ta cần phải có đối với EDFA nếu như nó P được sử dụng một mình, để có thể nhận được u m p cùng một SNR. Các giá trị nhận được dĩ nhiên là nhỏ hơn giá trị của EDFA rất nhiều ÎIntrinsic noise parameter = 3dB (quantum limit) (nhiều dB), chúng cũng biểu diễn độ khuếch ÎEquivalent noise figure = the noise figure of an EDFA located in B point and providing with the Raman ON/OFF gain đại hiệu quả của tạp âm tạo bởi tiền khuếch đại Raman được phân bố. ÎEquivalent noise figures can be equal or lower than 0 dB WDM Transmissions, D. Bayart 54 Sự tán xạ đàn hồi (hiệu ứng Rayleigh) xảy ra 5 Double-Rayleigh Scattering trong lòng sợi tạo gây hạn chế cho các giá trị 5 Ps (z) nội tại lớn đối với khuếch đại Raman. Thực r.Ps(z) vậy, tín hiệu được khuếch tán ngược hai lần 0Lkhông còn có công suất có thể bỏ qua được P (L) DRS vì cùng một lúc nó gặp cả khuếch đại • Signal (neglecting the DRS term): PS (z) = PS (0).Gnet (0 → z) L Raman. Truyền trên một khoảng cách tương PRS ( y) = r.PS (z).Gnet ( y → z).dz • Simple Rayleigh-scattered signal: ∫y L tác dài, sự chênh lệch thời gian giữa các • Double Rayleigh-scattered signal: PDRS (L) = r.PRS ( y).Gnet ( y → L).dy ∫0 thành phần đóng góp khác nhau sẽ tạo các ⇒ DRS noise-to-signal ratio at the end of the fibre: các hiện tượng giao thoa không kết hợp tại R = P (L)/P (L) DRS DRS S điểm thu nhận, và của tạp âm phách WDM Transmissions, D. Bayart 55 « battement » xen giữa ký tự (intersymbole). 288
23. D. Bayart Tán xạ Rayleigh đúp(DRS) gây ra một tạp 5 Double-Rayleigh Scattering (DRS) âm dạng RIN tại điểm thu vì rằng nó được 6 • DRS is a delayed copy of the signal => beating noise at detection with the signal tạo thành từ đáp ứng của tín hiệu. Nó giới by quadratic detection: 2 ∆ν RIN( f ) ≈ R hạn lượng khuếch đại mà ta có thể tạo ra DRS π ( f 2 + (∆ν )2 ) được với cùng một nguồn bơm. • Exists in all transmissions but is more penalizing with distributed Raman amplification: DRS is amplified during its double-path • Crucial issue: DRS impairment is a limit to high amounts of Raman gain • ASE and DRS essentially differ by their spectral distribution: - ASE is constant with wavelength in the range of the signal bandwidth - DRS is a replica of the signal optical spectrum WDM Transmissions, D. Bayart 56 Ta cũng có thể quan sát thấy tại điểm thu 5 Electrical measurement of DRS nhận một sự suy giảm khoảng vài chục dB. 7 -95 24-dB gain Tạp âm này được tạo thành trước hết là với -100 -105 các tần số đến vài chục MHz tại độ nghịch -110 16-dB gain -115 đảo của tạp âm phách tín hiệu tự phát là một 10-dB gain -120 8-dB gain tạp âm trắng. -125 6-dB gain -130 4-dB gain RIN(dB/Hz) -135 2-dB gain -140 0-dB gain -145 -150 source -155 012345678910 Frequency (MHz) WDM Transmissions, D. Bayart 57 Để có thể dự đoán trước ảnh hưởng của DRS 5 Signal-ASE and signal-DRS beat noises lên RIN của hệ thống tại điểm thu nhận, điều 8 ƒ Reference case: ƒ General case: quan trọng là phải định nghĩa hệ số sẽ cho NRZ, broad optical filtering any format phép ta tính toán tạp âm phách theo hàm của 2 2 sg polar 2 σsg -ASE = 4η N ASE PSBelec σ sg -ASE = k ASE .PASE PS công suất tín hiệu và của DRS. 2 2 sg polar 2 σsg -DRS = 2η PDRS PS σ sg -DRS = k DRS .PDRS PS depend on: - modulation format (signal pattern) - optical and electrical filters at reception WDM Transmissions, D. Bayart 58 289
24. D. Bayart Theo dạng biến điệu mà đại lượng này có thể 5 Signal-ASE and signal-DRS beat noises đạt được giá trị từ 0,5 đến 1,3. Điều này có 9 Total electrical noise: 2 2 2 ƒ σ = σ sg -ASE + σ sg -DRS nghĩa là ví dụ như tạp âm dạng DRS sẽ ít 2 σ = k ASE PASE (0.1nm ) PS + k DRS PDRS PS hay nhiều gây bất lợi (pénalisant) đối với tạp 2 σ = k ASE PS .(PASE (0.1nm ) + k.PDRS ) âm dạng ASE tùy theo loại dạng biến điệu where k = k DRS / k ASE được sử dụng. k is the weighting coefficient that quantifies the impact of DRS relative to ASE on the effective electrical noise k varies between 0.5 (RZ format) and 1.3 according to the modulation format. ƒ OSNR penalty  OSNR   OSNR  Penalty = 10 log Penalty  = −10 log1− k.P . ref  dB  OSNR dB  DRS   ref   PS  WDM Transmissions, D. Bayart 59 Cũng vậy, độ khuếch đại cực đại mà ta có 6 Conclusion on Double-Raleigh Scattering thể tạo ra được khi bơm ngược chiều mà 0 không có nguy cơ gây bất lợi (pénalité) bởi 9 DRS is a major limitation of the maximum Raman gain that DRS sẽ bị giới hạn, và không cho phép bao can be obtained in the line fiber • Limits Raman advantage in backward pumping trùm toàn bộ mất mát của một đoạn sợi. Tuy • Max gain closed to 23 dB vậy độ bất lợi dạng DRS được xét đến so với 9 For all Raman pumping of the line fiber bất lợi gây ra bởi ASE. Với các hệ khoảng • Need for forward pumping cách rất dài và tỉ lệ tạp âm trên tín hiệu 9 See related issues (RIN, ) quang yếu, tạp âm ASE là rất quan trọng, mà • Or use of Raman pumping into the DCF 9 Increases non-linear effects in the DCF chính tạp âm này làm cho tác động của tạp âm dạng DRS trở nên yếu hơn, và vì vậy nó WDM Transmissions, D. Bayart 60 cho các khuếch đại cao hơn. Sử dụng quá trình bơm hai chiều trên đường truyền sẽ cho phép tăng thêm khuếch đại tổng cộng này, nhưng lại có nguy cơ tạo thành các bất lợi khác. Cuối cùng, việc bơm ngược chiều trong sợi quang dạng DCF cũng có thể cho ta một vài dB khuếch đại Raman thiếu hụt. Hai dạng cấu trúc chính của EDFA có thể 6 Noise figure for Raman-Assisted EDFAs (1) được sử dụng khi tổ hợp một tiền khuếch đại 1 Line Fiber (NZ-DSF) Raman. Nó bao gồm việc định vị sợi DCF ở 125 km – 25 dB DCF Er fiber Er fiber +21 dBm +21 dBm tầng giữa của EDFA (điều này làm suy giảm (A) WDM WDM WDM hệ số tạp âm) hoặc là định vị nó ở đầu vào. 1434nm 1451nm 0.98-µm 1.48-µm Line Fiber (NZ-DSF) 125 km – 25 dB Er fiber DCF Er fiber +21 dBm +21 dBm (B) WDM WDM WDM 1434nm 1451nm 0.98-µm 1.48-µm • Total Raman pump power : 500 mW • EDFA pump powers : 180 mW each / EDFA signal output power : 21 dBm total WDM Transmissions, D. Bayart 61 290
25. D. Bayart Tùy theo việc công suất được tập trung trên 6 Noise figure for Raman-Assisted EDFAs (2) cùng một bước sóng, hay là phân bố trên hai 2 G Raman gain spectrum raman bước sóng, mà khuếch đại tạo thành trên -2 1 pump 1446.5 nm (500mW) 2 pumps 1434 nm (270mW) 1451nm (230mW) đường truyền sẽ ít nhiều mạnh ở trung tâm, -4 18 dB -6 16 dB và độ rộng của nó thay đổi. -8 14 dB Pout (dBm) -10 14 dB -12 10 dB -14 1530 1535 1540 1545 1550 1555 1560 Per-channel powers : wavelength (nm) at line fiber input : 3 dBm per channel (21-dBm in 64 channels) at line output : 3 dBm – 25 dB + Graman WDM Transmissions, D. Bayart 62 Lợi ích trên hệ số tạp âm toàn phần (NF) cần 6 Noise figure for Raman-Assisted EDFAs (3) phải được xem xét trên toàn bộ băng phổ 3 3.0 3.0 nghiên cứu. Cũng thế, không phải là chúng (A) (B) 2.5 2.5 ta xét các giá trị nhỏ nhất, mà chủ yếu là xét 2 pumps 2.0 1 pump 2.0 NF các giá trị giới hạn ở hai đầu của băng phổ. eq Improvement by several dB (dB) 1.5 1.5 (dB) eq brought by Raman pumping while NF Sau khi tối ưu hóa các mức công suất và 1.0 1.0 making simpler amplifier 1 pump architecture 0.5 2 pumps 0.5 dạng của bộ lọc trung hòa (filtre égaliseur) 0.0 0.0 1530 1540 1550 1560 1530 1540 1550 1560 trong EDFA, ta thấy rằng việc sử dụng hai wavelength (nm) wavelength (nm) 9 Use of different pump wavelengths flattens the gain spectrum bơm không thật đem lại hiệu quả lên NF mà ¾ Minimize non linear effects / DRS on the most favored channels trái lại điều này lại cho phép tránh được đỉnh ¾ No significant noise benefit as far as total pump power is the same của độ khuếch đại ở trung tâm của băng, và WDM Transmissions, D. Bayart 63 vì vậy giảm thiểu DRS hay là các hiệu ứng phi tuyến mà tín hiệu của các kênh phải chịu. Road to 10 Tbit/s: optical amplifiers Đóng góp của khuếch đại trong các thí 6 Raman-assisted EDFAs nghiệm truyền dung lượng cao đã cho phép 4 10 1 tăng các hiệu suất vài dB của quỹ công suất Tbit/s 0.1 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 dự phòng bổ sung lên tỉ lệ tín hiệu trên tạp N. Takachio et al., P. B. Hansen et al., âm. Ngày nay, khuếch đại Raman được sử OFC’99 OFC’99 Length (km) 010020 40 60 80 dụng trong tất cả các thí nghiệm lưu lượng 0 cao được tiến hành trong phòng thí nghiệm. -5 EDFA Raman EDFA Raman+ pumps (here, 10dB gain) -10 Erbium · Cumulated noise reduced -15 by ~δP (e.g. 3-5dB) δP Erbium Relative powerRelative (dB) · Margins improved -20 by approx. the same amount. WDM Transmissions, D. Bayart 64 291
26. D. Bayart Các thí nghiệm đòi hỏi hiệu suất tạp âm cao 6 All Raman pumping schemes nhất sử dụng việc bơm hai chiều. Vậy 5 DRA in the link: khuếch đại tổng cộng phải đủ để sử dụng 31dB on-off Raman DCF EDFA. Tuy vậy cần phải dự trù một ngân gain in the link fiber MUX TAP MUX sách quang học cho DCF mà DCF này có thể Raman Raman pump pump được bơm (hoặc không), điều này thậm chí DRA in the link & DCF: 3dB net gain in có thể cho phép tiến hành bơm cùng chiều. the DCF (11dB 21.5dB on-off Raman DCFon-off gain) gain in the link fiber MUX TAP MUX TAP MUX Raman Raman Raman pump pump pump WDM Transmissions, D. Bayart 65 Điều quan trọng là cần phải thực hiện các Distributed Raman Amplification: 6 criteria for performance assessment cấu hình bơm khác nhau vừa theo hàm của 6 ƒ Example: hybrid amplification (DRA pre-amplification before EDFA) hiệu suất tạp âm, vừa theo hàm của các hiệu ứng phi tuyến mà các kênh phải chịu. Thực MUX EDFA Raman pump vậy, khuếch đại Raman trong sợi truyền có non-linear effects tác dụng tăng công suất đầu vào của sợi truyền và vì vậy cũng tăng các hiệu ứng phi bad OSNR tuyến. Vậy cần thiết phải giảm công suất tín Signal power (dBm) distance hiệu này ở đầu vào của sợi truyền để giữ cho ƒ System performance is all the better as the gain is distributed chúng không đổi đối với thiệt hại của SNR. uniformly in the span: improves OSNR and reduces NL effects. Vấn đề này còn gặp nhiều hơn khi bơm cùng WDM Transmissions, D. Bayart 66 chiều. Cũng như vậy, nếu ta sử dụng các EDFA cùng một lúc với tiền khuếch đại Raman, chúng sẽ gặp một công suất đầu vào rất mạnh, vào cỡ khuếch đại Raman, tức là khoảng từ 10 đến 20 dB. Điều này dẫn đến một công suất đầu vào có thể vượt quá 10dBm, và vậy là dẫn đến một hệ số tạp âm suy giảm rõ rệt do sự mất đi của khuếch đại trong tầng 1 đã hoàn toàn bị bão hòa và không cho phép át đi các mất mát của DCF nữa (NF nhiều khi cũng mạnh đến 15 dB !). 292
27. D. Bayart Người ta đã chỉ ra cách thêm vào các đóng 6 Criteria for performance assessment (ULH) góp của tạp âm ASE và DRS. Sự lệch pha 7 phi tuyến mà các kênh gặp phải tỉ lệ thuận Final impairment of the amplifier on the system: với tích phân công suất tín hiệu trên chiều 1 5 dài sợi. Ta cần phải giảm thiểu tích của hai Generation of noise C = N B + * .R P noise ASE elec 2 9 DRS in đóng góp này, tăng một trong hai đều gây ra L Non-linear phase C = γ G (z)dz phase ∫0 Net sự mất đi cái còn lại. −1/ 2 Các tạp âm chỉ do bơm cùng chiều được Achievable distance is proportional to (Cnoise C phase ) → Parameter C = Cnoise.Cphase (the smaller the better) thêm vào riêng. Co-pumping issues to be accounted aside WDM Transmissions, D. Bayart 67 Trong nghiên cứu này, công suất của tín hiệu 6 Performance for nominal span of 22dB mỗi lần đều đã được chỉnh lại để giảm thiểu 8 EDFA, DRA+EDFA, DRA in the link, DRA in the link&DCF hệ số C trong khi sự phụ thuộc của hệ số tạp -40 -40 -40 DRA: 31.3/ 32.3dB DRA: 21.5/ 22.5dB A SE noise contribution on/off ga in in DCF: 0dB on/off ga in in DCF: 11.3dB D RS noise contribution ED FA âm của các EDFA theo hàm của công suất Total (linear sum) -45 -45 -45 -50 -50 -50 đầu vào đều đã được tính đến. Nếu ta xét C (dB) C (dB) C (dB) DRA: 17/18dB -55 ED FA: 14.3dB -55 -55 một mất mát giữa các khuếch đại là 22 dB, ta -60 -60 -60 thấy rằng bơm cùng chiều sẽ cho phép giữ -65 -65 -65 cho tạp âm DRS ở mức rất thấp. 0 102030405060708090 0 102030405060708090 0 102030405060708090 DRA co-pumping ratio (% ) DRA co-pumping ratio (% ) DRA co-pumping ratio (%) The greatest enhancement step is from all-EDFA to hybrid amplification: 5dB All-Raman amplification potentially provides 2.5dB further improvement • co-pumping is mandatory to perform all the gain in the link • pumping the DCF enables to use backward pumping only WDM Transmissions, D. Bayart 68 Performance for nominal span of 22dB: Hiệu suất cao nhất đạt được đối với trường 6 hợp « toàn Raman » (All Raman) với hệ số EDFA, DRA+EDFA, DRA in the link, DRA in the link&DCF 9 -40 -40 -40 DRA: 21.5/ 22.5dB A SE noise contrib ution DRA: 31.3/ 32.3dB khuếch đại đồng hướng mạnh (nhưng cũng on/off ga in in DCF: 0dB on/off ga in in DCF: 11.3dB DRS noise contribution ED FA Total (linear sum) -45 -45 -45 phải tính đến các tạp âm khác). Bơm DCF có -50 -50 -50 thể chỉ cho phép một quá trình bơm ngược C (dB) DRA: 17/18dB C (dB) C (dB) -55 ED FA: 14.3dB -55 -55 chiều không có EDFA mà vẫn có cùng hiệu -60 -60 -60 suất như vậy so với khi nó được sử dụng -65 -65 -65 0 102030405060708090 0 102030405060708090 0 102030405060708090 DRA co-pumping ratio (% ) DRA co-pumping ratio (%) thay cho bơm DCF. DRA co-pumping ratio (% ) 4 4 2 EDFA 2 0 0 -2 -2 -4 -4 -6 -6 -8 -8 -10 -10 -12 -12 -14 -14 -16 DRA+EDFA -16 -18 -18 -20 -20 Power per channel per Power (dBm) Power per channel (dBm) -22 -22 020406080100 0 20406080100 020406080100 z (km) z (km) z (km) WDM Transmissions, D. Bayart 69 293
28. D. Bayart Trong thí nghiệm truyền dưới biển này 7 All-Raman transmission of 6 Tbit/s over 6120 km (không có DCF bởi vì sự tán xạ được bù trừ 0 Tx 149x43Gbit/s Rx bởi việc sử dụng nhiều loại sợi truyền), một Lumped Lumped cấu hình « All Raman » đã được sử dụng, Dyn. Gain +D +D Raman amp. Raman amp. C Equalizer C GFF quá trình bơm bậc hai cho phép thực hiện Polarization scrambler L Dyn. Gain L bơm cùng chiều. Hiệu suất tạp âm do hiệu -D Equalizer 12 = 6120km Link fiber x3 ứng phi tuyến nhận được đã cho ta một kỷ GFF GFF GFF lục mới về tích số dung lượng.khoảng cách. All Raman amplification (First+Second order) WDM Transmissions, D. Bayart 70 Experimental results with all-Raman amplification Trong thí nghiệm này, các kênh được lắp đặt 7 Spectrum after 6,120km with 149 DPSK channels trên hai băng C và L với một độ khuếch đại 1 C-band L-band tương đối bằng phẳng để cho các SNR vừa đủ đối với tất cả các kênh nhận. Power 10dB/div. 1530 15501570 1590 1610 Wavelength (nm) • In C-band: more odd than even channels • Gain excursion close to 10 dB after 6120km • OSNR_0.1nm > 16.9dB in L band • OSNR_0.1nm > 14.6 dB in C band WDM Transmissions, D. Bayart 71 Quá trình bơm bậc hai bao gồm việc tiêm 7 Amplification scheme using second-order pumping song song vào trong trường hợp bơm ngược Dispersion Compensating 2 Line fiber  Second order Fiber (DCF) chiều một bước sóng bơm phụ với bước sóng Raman pumping DCF using additional pump được sử dụng trong bơm Raman của các at 1346nm C C kênh tín hiệu. Việc bơm phụ này nhằm mục  Estimated 100 km DCF L L improvement of OSNR đích tạo ra một khuếch đại Raman với các ~ 1dB 1346nm 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 λ (nm) phải được khuếch đại trước khi đưa vào 1346 1427 1450 1485 C band L band 1439 khuếch đại Raman của tín hiệu (chủ yếu là ở WDM Transmissions, D. Bayart 72 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. 294
29. D. Bayart Vấn đề đầu tiên trong các vấn đề này liên 7 Pump-to-signal RIN transfer quan đến việc truyền tải các tạp âm thăng 3 giáng cường độ (RIN) của bơm lên tín hiệu. Raman effect is very fast (femtosecond) Các thăng giáng này càng truyền nhiều trong sợi với vận tốc kề nhau, thì sự truyền tải của Locally, the intensity fluctuations of the pump are totally biến điệu càng hiệu quả. transferred to the signal by gain (dB) Effect averaged - by counter propagation (backward pumping) - only by chromatic dispersion for forward pumping WDM Transmissions, D. Bayart 73 Hàm đặc trưng cho sự truyền tải RIN có thể 7 Transfer functions được biểu diễn theo hàm của sự tán sắc và 4 Assumptions: của độ khuếch đại được tiến hành. Độ truyền Distributed Raman amplification: long fiber (50 -100km) Moderate Raman gain, moderate pump RIN tải này tăng mạnh theo độ khuếch đại và No pump depletion chứa một tần số cắt (fréquence de coupure)  2   GON / OFF   f  RIN (f) = RIN + 20 log  −10log1+    thấp. S P 10 / ln(10)   f       c   α V with f = P S for backward pumping c 4π αP and fc = for forward pumping  1 1  2π  −   VS VP  Reference: C. R. S. Fludger and al., Electron. Lett., 2001, 37, (1), pp. 15-17 WDM Transmissions, D. Bayart 74 Cũng như thế, việc bơm ngược chiều trung 7 Transfer functions bình toàn bộ truyền tải RIN trong khi điều Signal RIN with forward pumping Signal RIN with 5 -SMF (f=6 MHz) backward pumping c này lại hay gặp hơn trong bơm cùng chiều - Teralight (f =18 MHz) (f =900 Hz) c c - may happen with TW and LEAF thậm chí toàn phần trong trường hợp các tán With: -110 RINP=-120dB/Hz sắc của tín hiệu và bơm là tương đương Gonoff =10dB -115 + 20log(Gonoff/ 4.34) αP=0.25 dB nhau. λ =1450nm P -120 λ =1550nm S Pum p RIN -125 RIN (dB/Hz) RIN -130 -135 50 kHz 7 GHz 1E+0 1E+ 3 1E+6 1E+9 1E+ 12 Fr e q u e ncy ( H z ) WDM Transmissions, D. Bayart 75 295
30. D. Bayart Tích phân của tạp âm tổng cộng của RIN 7 Noise impact được truyền tải bao gồm một số hạng tạp âm 6 Backward pumping: induced signal RIN is negligible phụ cần thêm vào các số hạng tạp âm khác, và phải tính đến nó trong khi tính toán hiệu Forward pumping (with VS ≠ VP):  G  suất của hệ. ON / OFF π.fc  ∫ RINS(f) = RINP + 20log  +10 log   10 / ln(10)   2  to use in: σ 2 2 P  B / B P  1 =  elec opt + 1 RIN ( f )df  2  ∫ S  µ1 P1  OSNRASE 2 P  WDM Transmissions, D. Bayart 76 Cũng như thế, tạp âm này đến từ sự truyền 7 Noise impact for co-pumping tải của RIN thậm chí có thể nổi trội hơn 7 Example:10-dB forward gain, NRZ, 10 Gbit/s, RINP=-120dB/Hz trong một vài cấu hình. σ 2 2 P  B / B P  1 =  elec opt + 1 RIN ( f )df  2  ∫ S  µ1 P1  OSNRASE 2 P  = 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 WDM Transmissions, D. Bayart 77 Để giảm thiểu tạp âm này, việc đầu tiên là 7 Pumps for co-pumping phải sử dụng các quá trình bơm có một RIN -95 8 -100 -105 rất thấp. Các bơm bán dẫn được sử dụng một -110 -115 cách cổ điển với các ứng dụng Raman hay là Semi-conductor laser diodes with FBG: -120 RIN (dB/Hz) -125 RIN =-130 to -110 dB/Hz -130 bơm EDFA mang lại bất lợi (pénalité) với -135 -140 -145 các khuếch đại vượt khỏi vài dB. Mới đây, 100 1 000 10 000 100 000 1 000 000 10 000 000 100 000 000 Fréquence (kHz) Raman lasers: RIN of about -110 to -100 dB/Hz các dạng bơm mới có ít mode đã xuất hiện, New-type laser diodes: RIN<-160 dB/Hz nhưng rất tiếc là lại sinh ra các vấn đề khác. - 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.) WDM Transmissions, D. Bayart 78 296
31. D. Bayart Có hai công nghệ chính tồn tại cho các 7 Implementation of the Raman pump unit nguồn bơm Raman. Công nghệ thứ nhất dựa 9 Connector trên các laser sợi mà mục đích là có thể phát Multimode diodes DC Yb Raman fiber Isolator fiber Adjustable R=X% output FBG Mux ra nhiều bước sóng bơm cùng một lúc, hay là Input Output Input FBG Output FBG FBG FBG Mux phát ra một bước sóng phụ cho bơm bậc hai R = 99% R = 99% Monitor Photodiodes Multimode coupler PBC PBC PBC Multi-λ Raman Laser cavity splice l1 l1 l2 l2 l3 l3 nếu cần thiết. Tuy nhiên RIN của các dạng Pump Yb Laser cavity module Monitor photodiodes bơm này quá cao để có thể cho phép bơm Raman fiber laser Multi-pump module cùng chiều. Giải pháp khác là sử dụng các • Up to 16 multimode pigtailed diodes 1.8W • 14xx nm, 400mW single mode diodes bơm bán dẫn cùng với ghép kênh • Yb cavity: 70% slope, 270mW threshold • Possibility to depolarize one diode to • All-fiber Raman cavity reduce the number of diodes (multiplexage). WDM Transmissions, D. Bayart 79 Quá trình bơm cùng chiều có thể sinh ra hai 8 Other second-order effects in co-pumping loại tạp âm khác. Loại thứ nhất là tạp âm 0 dạng tham số được trợ giúp bởi Raman, và 9 FWM occurring between pump modes may be an issue được hình thành bởi các mode bơm và các • Creation of noise components at signal wavelengths • Function of the pump type (relationship between pump modes) thành phần tạp âm của nó sẽ chồng chập lên • Function of the zero chromatic dispersion wavelength of the line fiber tín hiệu. Theo hàm định xứ số không (localisation du zéro de dispersion) của độ 9 Signal-Pump-Signal crosstalk may be also an issue • Caused by depletion regime (pump saturation) tán sắc trong sợi truyền, tạp âm này có thể • Impact function of the chromatic dispersion of signal wrt pump wavelength rất bất lợi. Một loại tạp âm thế khác có thể đến từ sự bão hòa của độ khuếch đại bởi tín hiệu trong WDM Transmissions, D. Bayart 80 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). Một khi ta đã xác định được một giải pháp 8 WDM transmissions : Propagation limitation thỏa hiệp tốt nhất giữa tạp âm khuếch đại và 1 High SNR not enough for error-free transmission các hiệu ứng phi tuyến, ta cần phải tối ưu also needs low deformation of the optical pulses to transmit hóa các tham số khác của mối liên kết để giảm thiểu ảnh hưởng của các hiệu ứng này Impairments possibly due to non-linear effects, polarization or chromatic group velocity, polarization dependent loss, và bù trừ chúng. Thực vậy, độ khuếch đại có thể quan trọng để giảm giá thành khi nó cho ÎReview of solutions addressing these issues : dispersion management and compensation, PMD mitigation, phép xảy ra các phục hồi điện trong một mối liên kết đã cho. ÎPossibility to increase the capacity and the transmission distance (save cost of electrical regenerators) WDM Transmissions, D. Bayart 81 297
32. D. Bayart Các sợi quang trên đường truyền có một độ 8 Transmission fiber types : What are the key differentiators ? tán sắc tương ứng với sự khác nhau của tốc 0.6 2 1.3 S CLXL 0.5 độ nhóm theo hàm của bước sóng. Điều này Loss (bare fiber) 0.4 ~0.19 dB/km for SMF (G.652, exists with min tăng một cách tuyến tính với bước sóng. Vậy or without OH peak) 0.3 loss ~0.20 dB/km for all the other 0.2 độ tán sắc không giống nhau đối với tất cả transmission fibers OH peak Loss (dB/km) Loss 0.1 suppressed các kênh trong băng khuếch đại. 0 Chromatic Chromatic dispersion dispersion D (in D (in 1200 1300 1400 1500 1600 λ (nm) ps/nm.km) 20 Effect of SMF Chromatic dispersion slope 15 dispersion (standard 10 C slope D’=dD/dλ (in ps/(nm2.km)) fiber G.652) D’’ 5 D(λ) = D(λ )+ D’ (λ−λ ) + (λ−λ )2+ 1 1 2 1 0 2 1400 1450 1500 1550 1600 1650 Effective area (in µm ) (ps/nm.km) dispersion Wavelength (nm) WDM Transmissions, D. Bayart 82 Ảnh hưởng của sự khác nhau của vận tốc 8 Effect of chromatic dispersion nhóm giữa các thành phần phổ sẽ dẫn đến 3 một sự mở rộng về thời gian của các xung tín hiệu theo tần số của chúng. Vậy tại điểm thu δλ Dispersive δλ fiber nhận, ta không thể giải mã được tín hiệu. λ Different spectral λ components travel at different speeds t t WDM Transmissions, D. Bayart 83 Linear effects in fiber Một hiệu ứng khác là sự tán sắc của các 8 Polarization mode dispersion mode phân cực (PMD). Vậy vận tốc nhóm sẽ 4 Fast PSP khác nhau tùy theo các trục riêng của sợi, t những trục này biến đổi định xứ trong lòng t sợi. Vậy các tín hiệu có độ phân cực thay đổi DGD theo thời gian sẽ có sự chênh lệch thời gian Slow PSP Maximum PMD : PMD khi các thành phần phân cực của chúng lan +/- 15% of bit duration @ 40Gbit/s: 3-4ps truyền. PMD là một trung bình thống kê của Optical & electronic means for mitigation các chênh lệch này, các chênh lệch này phải Over recently installed fiber, manageable even at 40Gbit/s over Probability rất yếu so với thời gian của xung tín hiệu terrestrial links. DGD (ps) (chính xung tín hiệu thì phụ thuộc vào dung WDM Transmissions, D. Bayart 84 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. 298
33. D. Bayart Ở đây ta nhắc lại một cách ngắn gọn các hiệu 8 Limitations : short list of fibre nonlinearities ứng phi tuyến bất lợi nhất và các đặc trưng 5 Single-channel Multi-channel Kerr effect của chúng. Đầu tiên là các hiệu ứng phi P(t) n = n(ω) + n2 tuyến dạng Kerr, được sinh ra từ sự phụ Aeff Self-phase modulation (SPM) Cross-phase modulation (XPM) signal optical phase modulated Signal optical phase modulated thuộc của chỉ số chiết suất của sợi quang vào proportionally to signal power; proportionally to power of neighboring channels; conversion to intensity «noise» by GVD. conversion to intensity «noise» by GVD. công suất của các kênh. Cũng như vậy, các công suất quang học mạnh của các kênh Modulation instability (MI) Four-wave mixing (FWM) (anomalous dispersion regime only) Generation of new spectral components; được biến điệu sẽ làm biến điệu chiết suất và selective amplification of noise. crosstalk when overlap with other channels. Other interactions with medium gây ra các sự méo. Chiết suất có thể bị biến Stimulated Brillouin scattering (SBS) Stimulated Raman scattering (SRS) điệu hoặc bởi công suất quang học riêng của Retrodiffusion of energy; Energy transfer from lower-wavelength channels increases fibre loss. to higher-wavelength ones. kênh được xét tới (đây là sự tự biến điệu pha WDM Transmissions, D. Bayart 85 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. Đầu tiên chúng ta đã đặc trưng độ méo sinh 8 Effect of SPM : Example of waveforms distorted by SPM ra do quá trình tự biến điệu pha hay còn gọi 80 km 9 km 80 km 9 km 6 SMF DCF SMF DCF là SPM (Self Phase Modulation). Sơ đồ thí Tx Rx Pin: nghiệm như sau: hai đoạn sợi chuẩn dài Pin Pin 2dBm 80km có độ tán sắc được bù tán sắc bởi sợi bù trừ. Ta truyền một bước sóng duy nhất 17 dBm trên đường (vậy không có hiệu ứng phi tuyến 18 dBm đan chéo) và ta tăng dần dần công suất của kênh để làm nổi bật các hiện tượng méo sinh 20 dBm ra. Trên các đường cong tiếp theo, ta biểu Î SPM primarily affects leading/trailing edges of pulses diễn các xung theo hàm của thời gian với WDM Transmissions, D. Bayart 86 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. 299
34. D. Bayart Effect of XPM Trái lại, độ méo gây bởi XPM đều định vị 8 Example of waveforms distorted by XPM nhiều nhất ở trên mặt lên và xuống của các 7 xung và điều này rất khó chịu. Thực vậy, độ Transmission over 2x100 km NZDSF méo được tạo thành bởi sự biến điệu của các (GVD = 3ps/nm.km) kênh kề bên kênh đang xét và làm cho các 2 channels at 10 Gbit/s : thông tin bị suy giảm. Ta đã làm rõ hiệu ứng signal : Pins = 2 dBm pump : P p = 13 dBm in này khi truyền hai kênh trên 200km sợi có độ Pump-signal delay varies by 20 ps tán sắc kém (điều này làm tăng hiệu suất steps Recorded through 15 GHz photodiode XPM). Hai kênh được biến điệu ở 10Gbit/giây. Kênh tín hiệu có công suất Î Distortions depend on the modulation of adjacent channels 2dBm (là công suất thấp để hạn chế hiệu ứng WDM Transmissions, D. Bayart 87 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. Effect of XPM Hiệu ứng XPM này càng có hiệu lực khi độ 8 Impact of spectral spacing and GVD tán sắc của sợi yếu và khi các kênh được 8 truyền có bước sóng gần nhau, bởi vì bước 6 NZDSF 6 SMF (GVD=3ps/nm.km) (GVD=17ps/nm.km) 5 5 Pins = 2 dBm sóng tương tác giữa các xung cũng lớn hơn 4 4 P p= 8 dBm 3 3 in và các hiệu ứng cũng được khuếch đại. Ngay 2 2 khi đó, khi ta xét các quá trình truyền cần 1 1 XPM Penalty (dB)XPM Penalty 0 0 đến sự góp mặt của các bộ ghép kênh rất 0200400 0 200 400 Channel spacing (GHz) chặt trên các sợi có độ tán sắc yếu, sự biến Note : at 50 GHz spacing (dotted), filter cross-talk causes 1dB penalty điệu pha đan chéo sẽ là một hiệu ứng rất hạn Î XPM penalty increases significantly when chế. Trái lại, ta nhận thấy rằng với các tán • spectral channel spacing is reduced • the local dispersion of the fibre is reduced sắc yếu, hiệu ứng này được giảm đi rất WDM Transmissions, D. Bayart 88 nhiều. 300
35. D. Bayart Effect of FWM Trên slide này, các bạn có thể thấy ảnh 8 Impact of the fibre GVD hưởng của sự tán sắc lên hiệu suất của việc 9 f + f = f + f 50 GHz spacing 1 2 3 4 trộn bốn sóng. Thực vậy, độ tán sắc càng Worst case configuration only With only two channels : f = 2f -f 4 2 1 kém thì độ lệch pha giữa các kênh càng kém or f = 2f -f 4 1 2 và hiệu suất trộn bốn sóng càng cao. Ta có NZDSF SMF (GVD=3ps/nm.km) (GVD=17ps/nm.km) thể thấy rõ ở đây rằng: với các độ tán sắc Pins = 2 dBm f1 f2 định xứ yếu, các thành phần sinh ra từ phách Pinp= 8 dBm 2f1-f2 giữa các kênh càng rõ nét, và vì vậy ta không 2f2-f1 thể phân biệt được chúng khỏi tạp âm trong Î High intensity of FWM intermodulation products over trường hợp tán sắc mạnh. Ta thấy rất rõ ở low local dispersion fibre đây rằng trong trường hợp số lượng kênh lớn WDM Transmissions, D. Bayart 89 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. Road to 10 Tbit/s: fiber types Nếu như ta muốn có độ tán sắc định xứ 9 Chromatic dispersion mạnh để có thể giảm thiểu các hiệu ứng phi 0 In terrestrial systems, re-use installed #2 #1 #2 #1 fibers whenever possible! tuyến đan chéo trong trường hợp truyền At the beginning of the WDM era: λ λ dùng kỹ thuật WDM, thì sự tồn tại của chỉ 20 λ δλ δλ DSF SMF dispersive fiber những hệ thống đơn kênh và việc không có 15 (dispersion- DLδλ (standard C (here +D) band shifted #1 DFC có độ mất mát kém trong những năm 10 fiber) fiber) của thập niên 80 đã dẫn đến việc hiệu chỉnh 5 #2 0 các sợi G653 (DSF) mà điểm không của độ time time -5 • Near zero-dispersion region ideally tán sắc (zéro de dispersion) nằm ở trong suited for single-ch. (cf. soliton) -10 • but, because of cross-nonlinearities (most vùng mất mát yếu của các sợi. Trái lại, các Chromatic dispersion (ps/nm.km) 1400 1450 1500 1550 1600 1650 limiting effect at Nx10Gb/s), forbidden for Wavelength (nm) WDM operation. sợi theo qui ước có điểm không của độ tán WDM Transmissions, D. Bayart 90 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. Road to 10 Tbit/s: fiber types Sau đó, các sợi NZDSF đã được đưa ra để 9 First-generation NZDSF fibers giảm chất lượng của DCF so với các sợi 1 10 SMF (ta biết rằng DCF được lắp đặt ở tầng 1 Tbit/s 0.1 giữa của các EDFA làm suy giảm rõ rệt hệ 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 A. Chraplyvy et al., D. Garthe et al., ECOC’96 (NZDSF-) số tạp âm của chúng và mang theo một phần OFC’94 (NZDSF+/-) 20 H. Taga et al., quan trọng các hiệu ứng phi tuyến mà các tín 15 ECOC’94 (NZDSF+/-) SMF C band hiệu gặp phải). Trong trường hợp này, điểm 10 NZDSF+ To avoid zero- DSF không của độ tán sắc đã được đặt ngay cạnh dispersion region: 5 NZDSF- Non-zero dispersion- băng của các EDFA. Tuy nhiên, mức của độ (ps/nm.km) 0 Nx10Gbit.s shifted fibers ∆f<200GHz NZDSF+ or NZDSF- -5 tán sắc là quá yếu để có thể cho phép truyền but ch. spacing started Chromatic dispersion λ (nm) narrowing -10 10 Gbit với các khoảng cách giữa các kênh 1400 1450 1500 1550 1600 1650 WDM Transmissions, D. Bayart 91 nhỏ. Vậy các thế hệ đầu tiên của các sợi NZDSF bán được tương đối ít. 301
36. D. Bayart Road to 10 Tbit/s: fiber types Đối với các sợi DCF cũng đã rất cần phải đạt 9 Dispersion compensation được nhiều tiến bộ. Thực vậy, vì độ tán sắc Transmission fiber 2 +D +D +D của các sợi biến đổi theo bước sóng, độ tán Transmitter Receiver Location of DCMs critical sắc của DCF cũng phải biến đổi cùng một tỉ to assess performance! -D -D -D -D = dispersion map lệ như vậy. Việc không được bù trừ của độ Compensating (use simulation tools) Average GVD fiber dốc (slope) này mang đến ở đầu thu một độ Over long distances, or at high rate tán sắc gộp lại khác không và biến thiên theo (40Gbit/s), DCMs with dispersioh các kênh đòi hỏi phải có một sự bù trừ từng Residual dispersion slope GVD compensation capability needed kênh một. distance Effect of dispersion Cumulated Cumulated uncompensated dispersion slope WDM Transmissions, D. Bayart 92 Như chỉ ra ở đây, tuy thế nhưng sự bù trừ 9 Dispersion slope compensation issues từng kênh một tại điểm thu nhận đã xuất 3 hiện quá chậm để có thể bù trừ các hiệu ứng No/partial dispersion được sản sinh một cách hoàn hảo, và lại tốn slope compensation Penalty Channels distance dispersion Cumulated Cumulated Residual dispersion discrepancies kém. Vậy điều quan trọng là phải có một No/partial disp. slope DCF cũng có thể bù trừ được độ dốc của sợi. compensation but Channels channel by channel Penalty compensation at distance dispersion In-line compensation Cumulated Cumulated receiver end (cost!) discrepancies Full dispersion slope compensation Penalty Channels distance dispersion Cumulated Variations in local dispersion WDM Transmissions, D. Bayart 93 Dispersion and dispersion slope compensation Sự chênh lệch của hiệu suất theo các cấu 9 with WDM transmissions hình một lần nữa lại được thể hiện trên slide 4 dispersive fiber Compensating này. (here +D1) fiber (-D2) typ. 80-100km 100%50%0% dispersiondispersiondispersion slope slopeslope compensation Error rate Error Error rate Error Error rate Error Channels (ps/nm) dispersion Cumulated Distance (km) WDM Transmissions, D. Bayart 94 302
37. D. Bayart Matching the line fiber with the compensation (1) Vậy các DCF tương thích với sợi đã được 9 phát triển. 5 Line fiber Matched compensating fiber + 15 -80 Dispersion Dispersion 0 -100 1520 1580 1520 1580 Wavelength Wavelength WDM Transmissions, D. Bayart 95 Trong trường hợp này, tất cả các kênh có đều 9 Matching the line fiber with the compensation (2) có độ tán sắc hoàn toàn được bù trừ trên 6 đường truyền. Line fiber Matched compensating fiber + 20 OM ZO Dispersion -20 1520 1580 Wavelength WDM Transmissions, D. Bayart 96 Tuy nhiên, bù trừ các biến thiên bậc nhất của Slope of the slope also impacts ! 9 tán sắc với bước sóng là chưa đủ so với các 7 dung lượng rất cao (40 Gbit/s) và chỉ riêng For negative dispersion fibers, the dispersion is not linear 0.75 các chênh lệch do biến thiên bậc hai không được bù trừ là đã đủ để gây ra độ tán sắc quá Key parameter mạnh đối với một vài kênh ngang. 0 for broad-band slope Dispersion compensation -0.75 1520 1580 Wavelength Criteria : Residual Dispersion Slope (RDS) WDM Transmissions, D. Bayart 97 303
38. D. Bayart Các DCF tương thích với mỗi loại sợi cáp 9 Dispersion and dispersion slope simultaneous compensation đã được phát triển, với sự bù trừ độ dốc 8 Transmission fiber Compensating module tương đối tốt có thể theo từng loại sợi. 1 span : Lline, Dline, D’line LDCF, DDCF, D’DCF  Dispersion compensation: DlinexLline=-DDCFxLDCF  Slope compensation: D’linexLline =- D’DCFxLDCF  Parameter to consider: RDS (D’fiber/Dfiber) 0.0065 0.0102 0.0202 RDS (nm-1) TeraLight Truewave-RS LEAF G.655 fibers More and more difficult and expensive to compensate WDM Transmissions, D. Bayart 98 Road to 10 Tbit/s: fiber types : Một thế hệ thứ hai của loại sợi NZDSF sử 9 2nd generation NZDSF fibers (1) dụng một tiết diện hiệu dụng rộng hơn đã 9 10 1 được phát triển với mục đích giảm bớt các Tbit/s 0.1 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 hiệu ứng tán sắc yếu so với các hiệu ứng phi V. da Silva et al., D. Peckham et al., ECOC’98 (RS) NZDSF fibers (only + D) with ECOC’97 (LEAF) tuyến. Vả lại, độ dốc của độ tán sắc đã được slightly larger dispersion, and 15 giảm. Loại sợi này cũng cho phép truyền • larger effective area to SMF C L LEAF or Freelight band band NZDSF+ reduce all non-linear effects 10 Nx10Gbit/s với khoảng cách giữa các kênh • low dispersion slope to TW RS DSF reduce ch. heterogeneity. 5 là 100GHz trong băng C. Both beneficial, but not in 0 Nx10Gbit.s the same fiber type! (ps/nm.km) ∆f=100GHz While L-band appears out of -5 zero-disp. region, ch. spacing Chromatic dispersion λ (nm) narrowed again -10 1400 1450 1500 1550 1600 1650 WDM Transmissions, D. Bayart 99 Cần phải tìm một thỏa hiệp đối với việc chế 1 Effective area / dispersion slope trade-offs tạo các sợi NZDSF để vừa tăng tối đa tiết 0 (simulation work based on conventional fiber profiles) 0.11 diện hiệu dụng và giảm thiểu độ dốc tán sắc, Simulation 0 LEAF 0.1 data mà vẫn giữ được độ mất mát nhỏ. Vùng 0.09 trong đó độ dốc của độ tán sắc tăng ít so với 0.08 tiết diện hiệu dụng đã được xét đến đối với Truewave RS các sợi NZDSF thế hệ mới. Lower is better 0.07 0.06 TeraLight Dispersion Slope (ps/nm².km) Slope Dispersion 0.05 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 Effective Area (µm²) Higher Aeff reduces non-linearities WDM Transmissions, D. Bayart 100 304
39. D. Bayart Với các mất mát ít của chúng và thiên hướng 1 From dispersion compensation to dispersion management quản lý tập hợp các kênh trên cùng một sợi, 0 Dispersion compensation: Dispersion Compensating DCF được sử dụng với các DCM-Các 1 Module = module with dispersion of opposite modun bù tán sắc. Khi không có các hiệu DCM sign to that of transmission fiber. ứng phi tuyến (điều này không bao giờ xảy Î Revitalized SMF-based networks, Technologies : ra), sự bố trí các mođun DCF trên đường DCM loss being masked by dual- • Dispersion Compensating stage amplifiers Fiber (by far the most widely không ảnh hưởng tới hiệu quả của hệ. Mà employed), EDFA EDFA -8 dBm +17 dBm • Higher-order mode fiber, hoàn toàn trái lại ! vì chính là sau mođun • Virtual imaged phased array DCM • Fibre Bragg Grating bù trừ (nằm ở tầng giữa các EDFA) mà các •In linear systems, dispersion compensation located anywhere mức của công suất là cao nhất trong mối liên without performance variations. • But do linear systems really exist ? kết. Hơn nữa, vì công suất đầu vào của các WDM Transmissions, D. Bayart 101 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. A powerful technique for nonlinearity suppression : Một trong các kỹ thuật hiệu quả nhất hiện 1 Dispersion Management nay để chống lại sự suy thoái do các hiệu 0 Dispersion management ứng phi tuyến dạng Kerr là trông cậy vào 2 High local dispersion: reduction of nonlinear impairments việc quản lý độ tán sắc. Thực vậy, gián tiếp Low average dispersion: weak signal distortion do độ tán sắc mà độ méo sinh ra từ các hiệu D+ D- D+D+ D-D- D+ D- D+ D- ứng phi tuyến làm biến dạng các xung tín hiệu truyền. Hơn nữa, ta đã thấy rằng độ tán Management period sắc định xứ cao hạn chế các hiệu ứng XPM Distance Dispersion và FWM. Tuy nhiên, cũng phải loại bỏ sự Study of the optimum dispersion map tích tụ của độ tán sắc bởi vì nó làm suy giảm Definition of the next generation WDM fibre phẩm chất của các xung. Việc quản lý hiện WDM Transmissions, D. Bayart 102 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. 305
40. D. Bayart Dispersion Management : Để chỉ ra tính phức tạp của việc tối ưu hóa 1 Residual dispersion is no more the criterion một cấu trúc bù trừ như vậy, ta giới thiệu ở 0 Residual dispersion = 350 ps/nm at the centre of the multiplex NZDSF+ Alternate NZDSF Alternate NZDSF đây 3 biểu đồ biểu diễn độ tán sắc tích tụ 3 (+3 ps/nm.km) (+3.0 / -2.7 ps/nm.km) (+3.0 / -2.7 ps/nm.km) theo khoảng cách truyền, và các độ bất lợi 1600 800 1200 (pénalité) tương ứng nhận được tại điểm thu 0 0 trên 8 kênh truyền. Độ bất lợi càng nhỏ thì 0 -800 -400 Cum. (ps/nm) disp. truyền càng tốt. Lưu ý rằng ba cấu trúc bù 0 200 400 600 0 200 400 600 0 200 400 600 Length (km) Length (km) Length (km) trừ này đều mang lại một giá trị của độ tán 5 5 5 sắc tích lũy, trong chế độ tuyến tính, điều -1 -1 1357 -1 Penalty (dB) 1357 1357 này làm cho chúng có cùng một hiệu suất. Ch. number Ch. number Ch. number Î Due to nonlinearities, residual dispersion is no more the criterion ! Tuy nhiên, khi xuất hiện các hiệu ứng phi WDM Transmissions, D. Bayart 103 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. Dispersion Management Chúng ta có thể tự hỏi rằng vậy độ bất lợi sẽ 1 Exp. & numerical optimisation là bao nhiêu nếu như hệ thống hoạt động khi 0 8x10 Gbit/s, 200 GHz spacing, 200 ps/nm - step optim. chỉ đưa bù trừ vào các đầu mút của đường 4 1600 Terminals 800 Terminals & truyền (ở đây là bên trái) khi so sánh với bù 1200 comp. only 400 in-line comp. 800 0 trừ trên đường truyền. Ta thấy rằng nếu chỉ 400 0 -400 có bù trừ ở các đầu mút, mặc dù tinh nhất có -400 -800 Cum.disp. (p s/ nm) Cum.disp. (p s/ nm) 0200400600 0 200 400 600 Length (km) Length (km) thể, thì cũng là chưa đủ khi các hiệu ứng phi Best maps Experimental tuyến rất mạnh, và cần phải trợ thêm vào đó Numerical 10 10 hệ bù trừ trên đường truyền để có thể đảm BER 5 5 -10 0 0 bảo độ bất lợi nhỏ khi truyền trên các kênh 18 18 Penalty (dB) @ 10 Channel number Terminals and in-line compensation compulsory (gần như bằng không ở đây). WDM Transmissions, D. Bayart 104 306
41. D. Bayart Trong thực nghiệm, ta tìm cách sử dụng 1 Dispersion map cùng một chiều dài DCF trong mỗi một bộ 0 Invidual dispersion compensation for each band khuếch đại. Để giảm thiểu ảnh hưởng của nm) C-Band L-Band 5 ps/ 1200 1200 #150 các hiệu ứng đan chéo giữa các kênh, cần #80 800 800 phải tránh việc đồng bộ lại thông qua DCF 400 400 dispersion ( 0 #1 0 #81 trong khi chúng truyền qua các EDFA. Một -400 0 100 200 300 400 -400 0 100 200 300 400 sự siêu bù trừ (surcompensation) cũng có thể -800 -800 Cumulated Cumulated Transmission length (km) Transmission length (km) được sử dụng, điều này cho ta một độ dốc Almost 100% in-line compensation của tán sắc tích tụ theo khoảng cách. Mođun Common DCF length optimized in the booster and in the preamplifier Residual dispersion range: của DCF được đặt ở đầu vào của hệ cho 470 ps/nm between ch. #1 and ch. #80 in C-band, 550 ps/nm between ch. #81 and ch. #150 in L-band. phép đồng bộ lại các kênh trong khi DCF đặt WDM Transmissions, D. Bayart 105 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. Sợi TeralightTM cũng đã được chế tạo để có TeraLightTM Fiber 1 thể tính đến toàn bộ các yêu cầu trên. Giá trị 0 Very high spectral efficiency · enhanced cross-nonlinearities tán sắc của sợi cao hơn so với các loại 6 TeraLightTM dispersion-optimised NZDSF fibre (8ps/nm.km at 1.55 µm) NZDSF khác, điều này làm giảm ảnh hưởng large effective area (65 µm2 at 1.55 µm) low dispersion slope (0.057ps/nm2.km) của các hiệu ứng phi tuyến, hơn nữa nó có larger dispersion makes dispersion slope easier to compensate for một tiết diện hiệu dụng lớn mà vẫn giữ được C-Band L-Band 1200 1200 độ dốc của tán sắc nhỏ. Vả lại điều này được #128 800 800 #64 #65 400 #1 400 bù trừ dễ dàng với một DCF vì giá trị của tán 0 0 sắc của nó cao hơn. Giá trị đó nhỏ hơn một -400 0 100 200-400 300 0 100 200 300 Disp. (ps/nm) Disp. -800 -800 nửa giá trị của SMF, điều này cũng làm giảm Transmission length (km) số lượng của DCF có mặt trong các EDFA, WDM Transmissions, D. Bayart 106 giảm cả các hiệu ứng phi tuyến trong đó và bảo đảm một hệ số tạp âm được cải thiện. From Nx10Gbit/s to Nx40Gbit/s Một câu hỏi quan trọng có liên quan đến sự 1 Estimation of system margins di chuyển các hệ thống từ một dung lượng 0 Estimations assuming 100km-long spans of fiber đơn vị 10Gbit/s đến 40Gbit/s. Băng lọc của 7 Nx10Gbit/s Nx40Gbit/s Nx40Gbit/s bộ thu nhận sẽ tăng lên 4 lần, điều này có 0.2 bit/s/Hz 0.4 bit/s/Hz 0.4 bit/s/Hz Upper power limit Erbium only Erbium only dual-stage Er (non-linear effects) nghĩa là tạp âm phách tín hiệu/tự phát sẽ /Raman >5dB ? mạnh hơn 6 dB. Vả lại, với 40Gbit/s, các hiệu ứng xuyên kênh (intercanaux) trở thành 0.5 dB ZONE OF OPERATION hạn chế và cần phải giảm công suất các kênh at fiber input 3 dB Lower power limit đi nhiều dB. Dung sai (tolérence) trên công 6dB 5 dB FEC (dictated by SNR) reduced by forward Operating power per channel channel power per Operating 5 dB FEC suất của các kênh nhận được cũng giảm 5 dB FEC error correction (FEC) mạnh. Khuếch đại Raman cho phép cải thiện WDM Transmissions, D. Bayart 107 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 307
42. D. Bayart đạt được mức tạp âm đòi hỏi, xa nhất là sẽ có thể truyền kênh mà không còn độ bất lợi (pénalité). Vậy các hiệu suất tốt nhất nhận được khi tối 1 WDM transmissions : Record experiments ưu hóa toàn bộ các thông số. Đầu tiên, các 0 bộ khuếch đại quang băng rất rộng được sử 8 How getting highest capacity / spectral efficiency by an dụng để trích ra một phần trên tất cả dải băng appropriate channel power management giving : truyền có thể có trong sợi. Sau đó, trong việc - High output SNR quản lý một cách tốt nhất các hiệu ứng xấu - Compensation of non-linear effects khi truyền kênh trong một băng truyền rộng and owing to : như vậy, điều cần thiết là phải xác định các - Efficient modulation format / detection scheme đặc trưng tốt nhất có thể đối với sợi truyền - Overhead in data supported by the signal thích hợp nhất, nhưng vẫn phải tiếp tục nghiên cứu các hiệu ứng hạn chế khi mà WDM Transmissions, D. Bayart 108 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. Để chỉ ra các tối ưu này, một thí nghiệm 1 Principle of the 10-Tbit/s experiment nhằm mục đích truyền với dung lượng tổng 0 50GHz 75GHz cộng 10Tbit/s đã được thiết lập. Để tăng tối Alternative 75 GHz and 50GHz 9 channel spacings đa mật độ phổ của thông tin mà vẫn giữ được Vestigial side-band filtering at the receiver end tối thiểu các hiệu ứng giữa các kênh, một bộ 20dB/Div. Left-side ghép kênh phân cực đã được sử dụng, cũng Polarization division multiplexing filter như vậy, lần đầu tiên đối với các hệ quang x z Power Right-side học, một kỹ thuật nhận băng ngang cũng đã filter được sử dụng. Kỹ thuật này sử dụng thông y tin được mã hóa đối xứng trên các kênh, 1600 1601 1602 1603 Record spectral efficiency Wavelength (nm) 1.28bit/s/Hz cũng cho phép dò ngang (détection latérale). WDM Transmissions, D. Bayart 109 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). 308