PHẦN MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài Trong xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu của con người về trao đổi thông tin ngày càng lớn, từ đó dẫn đến những đòi hỏi về mạng lưới viễn thông phải có tốc độ cao, dung lượng lớn. Trong khi các hệ thống truyền dẫn điện đã bắt đầu đạt giới hạn về tốc độ (hàng chục Gb/s) thì nhu cầu của các mạng lưới viễn thông có thể đã lên đến hàng Tb/s và thậm chí hơn nữa. Để đáp ứng được nhu cầu về băng thông ngày càng tăng, các hệ thống truyền tải quang đường trục hiện nay đều hướng tới hoạt động ở khoảng cách lớn và tốc độ ngày càng cao hơn. Do đó tín hiệu quang trên các hệ thống này đều gặp phải các yếu tố ảnh hưởng của đường truyền dẫn sợi quang bao gồm nhiễu, tán sắc và các hiệu ứng phi tuyến.
Để khắc phục các suy giảm hiệu năng trên đường truyền dẫn sợi quang đã có nhiều biện pháp được thực hiện. Các bộ bù tán sắc đặt dọc trên đường truyền dẫn quang hiện nay có thể bù méo do tán sắc gây ra nhưng lại không bù được các hiệu ứng phi tuyến gặp phải. Thêm nữa biện pháp này thường chỉ chỉ sử dụng để hoạt động tại một tốc độ xác định, khi hệ thống được nâng cấp ở tốc độ cao hơn sẽ đòi hỏi phải thiết kế lại đường truyền làm tăng chi phí. Bởi vậy cùng với các định dạng điều chế mới, các kỹ thuật xứ lý số trong miền quang đã được quan tâm nghiên cứu trong những năm gần đây để bù méo cho tín hiệu quang.
Trong các kỹ thuật xử lý tín hiệu số, kỹ thuật truyền ngược là một phương pháp xứ lý mới nhưng cho thấy khả năng bù đồng thời cả hai ảnh hưởng tán sắc và hiệu ứng phi tuyến, tuy nhiên việc áp dụng thường được thực hiện offline do gặp phải giới hạn về tốc độ chip xử lý. Hơn nữa kỹ thuật này cũng bị hạn chế trong xử lý tín hiệu ghép kênh nhiều bước sóng WDM trên hệ thống. Vài năm trở lại đây do sự phát triển nhanh các bộ xử lý tốc độ cao nên kỹ thuật truyền ngược đã có nhiều sự quan tâm trong việc tìm kiếm các giải thuật xử lý hiệu quả. Xét từ nhu cầu bù méo gây ra trên đường truyền dẫn quang phù hợp cho các tín hiệu đa kênh bước sóng, học viên đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu kỹ thuật 2 truyền ngƣợc trong miền quang” để thực hiện luận văn tốt nghiệp nhằm mục đích cải thiện hệ thống truyền tải quang tốc độ cao.
Tổng quan về vấn đề nghiên cứu Khi tốc độ và dung lượng của mạng truyền tải quang càng ngày càng tăng để đáp ứng được nhu cầu băng thông của khách hàng thì các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng đường truyền như tán sắc và hiệu ứng phi tuyến càng trở nên nghiêm trọng. Do vậy việc tìm kiếm các giải pháp kỹ thuật để bù méo cải thiện chất lượng truyền dẫn đã được quan tâm từ lâu. Một trong các kỹ thuật được quan tâm nghiên cứu gần đây là kỹ thuật truyền ngược trong đó tín hiệu được mô hình hóa và thực hiện truyền ngược để đảo ngược lại các yếu tố ảnh hưởng trước khi giải điều chế tín hiệu. Kỹ thuật truyền ngược này có thể thực hiện trong miền số bằng các bộ DSP tốc độ cao hoặc có thể thực hiện hoàn toàn trong miền quang [1-6].
Trong vài năm gần đây, kỹ thuật truyền ngược trong miền quang được các nhà nghiên cứu trên thế giới quan tâm vì cho phép bù méo đồng thời các tín hiệu WDM [4-6]. Các nghiên cứu tập trung vào kỹ thuật thực hiện và cấu hình truyền ngược trong miền quang nhằm cải thiện hiệu năng trên đường truyền dẫn sợi quang. Một số công trình cũng nghiên cứu xác định tối ưu các tham số cho cấu hình truyền ngược [4]. Tại Việt Nam nghiên cứu về kỹ thuật truyền ngược trong miền quang còn mới mẻ chưa có những nghiên cứu cụ thể về vấn đề này.
Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu kỹ thuật truyền ngược trong miền quang từ đó đánh giá khả năng bù méo để cải thiển hiệu năng của hệ thống truyền dẫn quang. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Kỹ thuật xử lý tín hiệu trong miền quang để bù méo. Phạm vi nghiên cứu: Luận văn tập trung vào hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao đường dài. 3 Phƣơng pháp nghiên cứu Để thực hiện được mục đích đặt ra luận văn sẽ được nghiên cứu thông qua nghiên cứu tài liệu về lý thuyết về hệ thống truyền dẫn quang cũng như kỹ thuật truyền ngược trong miền quang.
Sau đó xây dựng mô hình khảo sát đánh giá khả năng áp dụng của kỹ thuật qua tính toán và mô phỏng bằng phần mềm. Bố cục luận văn Luận văn gồm các nội dung được tổ chức như sau: Chƣơng 1:Tổng quan hệ thống truyền dẫn quang Chƣơng 2: Các kỹ thuật truyền ngƣợc trong miền quang Chƣơng 3: Khảo sát kỹ thuật truyền ngƣợc trong miền quang 4 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỀNDẪN QUANG 1.1 Giới thiệu chung Hệ thống thông tin được hiểu một cách đơn giản là một hệ thống để truyền thông tin từ nơi này đến nơi khác. Khoảng cách giữa các nơi này có thể từ vài trăm mét đến vài trăm kilômét thậm chí hàng trăm ngàn kilômét vượt qua đại dương. Thông tin có thể truyền thông qua các sóng điện với các dải tần số khác nhau.
Hệ thống thông tin quang là một hệ thống thông tin bằng ánh sáng và sử dụng các sợi quang để truyền thông tin. Thông tin truyền đi trong hệ thống thông tin quang được thực hiện ở tần số sóng mang cao trong vùng nhìn thấy hoặc vùng hồng ngoại gần của phổ sóng điện từ. Hệ thống truyền dẫn quang cơ bản gồm một lõi hình trụ làm bằng vật liệu thủy tinh có chỉ số chiết suất n1 lớn và bao quanh lõi là một vỏ phản xạ hình ống đồng tâm với lõi và có chiết suất n2 > n1. Trong phần này, chủ yếu khái quát về các kỹ thuật và công nghệ chính của hệ thống thông tin quang bao gồm hệ thống ghép kênh quang phân chia theo bước sóng, các định dạng điều chế quang và một số yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu quang cơ bản.2 Hệ thống ghép kênh phân chia theo bƣớc sóng 1.1 Nguyên lý Hệ thống ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) nhằm tăng dung lượng truyền dẫn.
Hệ thống WDM dựa trên cơ sở tiềm năng băng tần của sợi quang để mangđi nhiều bước sóng ánh sáng khác nhau, điều thiết yếu là việc truyền đồng thờinhiềubước sóng cùng một lúc này không gây nhiễu lẫn nhau. Mỗi bước sóng đại diện cho một kênh quang trong sợi quang. Công nghệ WDM phát triển theo xu hướng mà sự riêng rẽ bước sóng của kênh có thể là một phần rất nhỏ của 1 nm hay 10-9m, điều này dẫn đến các hệ thống ghép kênh theo bước sóng mật độ cao (DWDM). Các thành phần thiết bị trước kia chỉ có khả năng xử lý từ 4 đến 16 kênh, mỗi kênh hỗ trợ luồng dữ liệu đồng bộ tốc độ 2,5 Gbit/s cho tín hiệu mạng quang 5 phân cấp số đồng bộ (SDH/SONET).
Các nhà cung cấp DWDM đã sớm phát triển các thiết bị nhằm hỗ trợ cho việc truyền nhiều hơn các kênh quang. Các hệ thống với hàng trăm kênh giờ đây đã sẵn sàng được đưa vào sử dụng, cung cấp một tốc độ dữ liệu kết hợp hàng trăm Gbit/s và tốc độ Tbit/s truyền trên một sợi đơn. Kỹ thuật này sử dụng sợi quang (linh kiện quang) để mang nhiều kênh quang độc lập riêng rẽ. Mỗi bước sóng biểu thị cho một kênh quang trong sợi, sử dụng các bước sóng ánh sáng để truyền dẫn số liệu song song theo bit hoặc nối tiếp theo ký tự.
Có nhiều cách tạo nên một hệ thống WDM, chẳng hạn sử dụng bước sóng 1310nm và bước sóng 1550nm hoặc sử dụng bước sóng 850nm và bước sóng 1310nm. Qua quá trình phát triển của công nghệ, khái niệm WDM được thay thế bằng khái niệm DWDM (Dense Wavelenght Division Multiplexing).Về nguyên lý không có sự khác biệt nào giữa hai khái niệm nói trên, DWDM là khoảng cách giữa các kênh và chỉ ra một cách định tính số lượng kênh riêng rẽ (mật độ kênh) trong hệ thống.Những kênh quang trong hệ thống DWDM thường nằm ở trong một cửa sổ bước sóng chủ yếu là 1550nm vì môi trường ứng dụng hệ thống này là mạng đường trục, cự ly truyền dẫn dài và dung lượng lớn. Công nghệ này cho phép chế tạo phần tử và hệ thống DWDM 80 kênh với khoảng cách rất nhỏ 0,5nm. Nguyên lý cơ bản của việc ghép kênh quang theo bước sóng được minh họa như hình 1.1: Mô tả tuyến thông tin quang có ghép bước sóng 6 WDM là một hệ thống ghép n bước sóng 1.n, phía phát sử dụng nguồn quang bằng LD hoặc LED.
Mỗi nguồn quang có bước sóng riêng. Ánh sáng đầu ra của bộ LD hoặc LED chiếu vào thiết bị ghép bước sóng (MUX: multiplex) có thể là cách tử G và P thành một luồng chung có n bước sóng truyền qua sợi quang. Tại đầu thu sử dụng bộ tách bước sóng (DEMUX: Demultiplex) để tách riêng rẽ từng bước sóng. Mỗi bước sóng được đưa vào một diode tách quang để tách luồng tín hiệu số.
Các thiết bị ghép bước sóng quang thành 3 loại: Các bộ ghép (MUX), các bộ giải ghép (DEMUX) và các bộ giải ghép hỗn hợp (MUX-DEMUX). Các bộ MUX, DEMUX được dùng cho phương án truyền dẫn theo một hướng, còn bộ MUX-DEMUX được dùng cho phương án truyền dẫn theo hai hướng được mô tả như hình 1.2: Mô tả thiết bị ghép, tách kênh hỗn hợp (MUX-DEMUX) 1.2 Phương pháp truyền dẫn 1.a Phương pháp ghép bước sóng theo một hướng Phương án truyền dẫn ghép bước sóng quang theo một hướng: là kết hợp các bước sóng khác nhau vào sợi tại một đầu và thực hiện tách chúng để chuyển tới các bộ tách sóng quang ở đầu kia.3: Hệ thống ghép bước sóng theo một hướng 1.b Phương pháp ghép bước sóng theo hai hướng Phương pháp truyền dẫn ghép bước sóng quang theo hai hướng là phát thông tin theo một hướng theo bước sóng 1 và đồng thời cũng phát thông tin theo hướng ngược lại tại bước sóng 2.4: Hệ thống ghép bước sóng theo hai hướng 1.3 Các định dạng điều chế quang tiên tiến 1.1 Điều chế PSK Dữ liệu được truyền bởi thay đổi khía cạnh của một vài tia gốc hưởng ứng tín hiệu dữ liệu. Bằng cách kiểm tra pha của nó với thông tin truyền đạt, trong trường hợp giảiđiều chế phải có một tín hiệu tham chiếu để so sánh với pha của tín hiệu nhận được.
