http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
267
H th ng truy n thông quang h cdùng b ghép nhi u b c sóng WDM
Dominique Bayart
ALCATEL CIT
Route de Nozay 91461 Marcoussis cedex
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
268
Dominique Bayart t t nghi p t n m 1990 Tr ng i H c V t lý Grenoble (ENSPG) và t tnghi p DEA t i Tr ng i H c Grenoble 1.
Ông v làm vi c t i Phòng Nghiên c u và Cách tân c a công ty Alcatel Marcoussis (Pháp) n m 1991. Sau hai n m nghiên c u trong n v nghiên c u v Linh ki n Quang i n t , ông sang làm vi c t i n v nghiên c u v Các h th ng truy n tín hi u photonic, n i mà ông ãthi t k các th h khác nhau c a b khu ch i dùng cho vi c ghép nhi u b c sóng (WDM). Các thi t b này c s d ng cho n nay trong các h th ng truy n thông tin trên m t t và d i bi n.
T n m 1998, ông lãnh o nhóm nghiên c u Khu ch i Quang h c và t n m 2001 ông ngth i là Phó phòng c a n v Truy n tín hi u phôtônic. Nhi m v này ã t o c h i cho ông
óng góp vào nhi u k l c th gi i v dung l ng truy n cho h th ng trên m t t và h th ngd i bi n. Ông ã c m i tham gia nhi u h i ngh khoa h c quan tr ng trong l nh v cnghiên c u này, nh là OFC, ECOC, OAA hay LEOS. Ngoài các bài báo khoa h c, ông óng góp vào h n 25 b ng phát minh và hai cu n sách chuyên [1,2]. T n m 1998 n n m
2001, ông ã tham gia vào Ban k thu t c a h i ngh khoa h c v các b khu ch i và ng d ng (OAA). Hi n nay ông là thành viên c a các Ban k thu t c a các h i ngh khoa h c OFC (Optical Fiber Communication Conference, USA) và CLEO Châu Âu (Conference on Lasers and Electro-Optics). T n m 2001 ông là thành viên c bi t c a Vi n Hàn Lâm K thu tAlcatel (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)
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
269
1
WDM Transmissions, D. Bayart 1
Optical WDM transmissions
All rights reserved © 2004, Alcatel, Paris.
Dominique BayartAlcatel Research & Innovation
91460 Marcoussis - France
Contact : [email protected]
Bài gi ng này nh m m c ích a ra các khái ni m chính c v n d ng trong l nhv c truy n s b ng s i quang h c. T t nhiên
ây ch y u là ph n gi i thi u và có m tý t ng y h n ta nên xem các công trình c t ng k t cu i bài gi ng này. Sl ng l n các công trình báo cáo ây cth c hi n trung tâm Nghiên c u Corporate, Vi n nghiên c u và i m i c a Alcatel (Alcatel R&I)
2
WDM Transmissions, D. Bayart 2
Plan
Market system needs
System characteristics of EDFAs for WDM systemso Time , Gain and Noise performanceo Impact of gain on Signal to Noise ratio for multi-span chains
System characteristics of Raman amplifications for WDM systemso Gain and noise performanceo Issue of Double-Rayleigh Scatteringo System benefit
Propagation effects in WDM transmissiono Effect of Chromatic Dispersiono Non-linear effectso Effect of Polarisation Mode Dispersion
Mitigation techniques o Dispersion managemento Forward error correction codeso High capacity experiments
Sau khi c p n các nhu c u c a thtr ng, chúng tôi s nói n các c tính c ah th ng EDFAs (erbium-doped fiber amplifier : khu ch i dùng s i pha t p Erbi)
c s d ng trong các ng d ng WDM (ghép kênh phân chia theo b c sóng) (wavelength division multiplexing). Sau ó,các khía c nh t ng i v khu ch iRaman s c trình bày. Các hi u ng v tlý hình thành trong quá trình truy n c a các kênh trong m t s i quang truy n qua WDM s c mô t và các ph ng ti n bù trchúng s c phân tích. Song song ó là các ví d v truy n s dung l ng cao c ng s c trình bày.
3
WDM Transmissions, D. Bayart 3
MetroCore
Services
OpticalCore
MetroCore
MetroAccess
MetroAccess
MetroAccess
MetroAccess
Services
Data Transport Optical NetworkServices
Voice
DSL
2/3G Mobile
Digital Video Broadcast
/VoD
HS Internet Access
O-VPN
L1 VPNs/LL
L2 VPNs
Metro Ethernet
Data Storage
SAN
TDMEthernet
ATMTransparentFC/ESCON
M ng truy n các d li u s c cung c p tcác d li u n t các ngu n ng d ng và d ch v khác nhau. c t p h p l i trong các vòng (boucles) c a m ng truy nh p, các d li u này sau ó s c v n chuy n nc p vùng (t i kho ng cách vài tr m kilomét) n m trong các vòng c a m ng c p vùng (réseau métro cœur). Các d li u c n ph i
c truy n trên các kho ng cách dài thông qua m ng ng tr c (dorsal cœur) « backbone core »
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
270
4
WDM Transmissions, D. Bayart 4
Data Transport Optical Network
Cost shared by high count of end-usersRedundancy owing to a dual-link ring architecture
Metro Access:(amplifier-less)
Metro Access (amplifier-less)
Metro Access:(amplifier-less CPE ring)
12 km
7 km
8 km
6 km
9 km
15 km 15 km
2 km10 km
22 km
8 km
CP 6CP 5
CP 4
CP 1 CP 3
CP 2
5 km
5 km
5 km
1 km4 dB
5 km
2 km
2
1
4 dB
4 dB
3 dB
3 dB
8 km
3 dB
3 dB
3 dB
12 dB
4 dB
3 dB4 dB
5 dB
4 dB
7 dB7 dB
5 dB
6 dB
Available Line Amplifier LocationCP Customer Premises
4
2
Metro Core:Amplified ring
METRO CORE> Efficient Transport of Aggregated Traffic over SDH/WDM towards the Optical Core
Amplified ring
METRO ACCESS> Differentiation of Access Interfaces
and Class of Services> Circuit & Packet Traffic Aggregation> Per-flow QoS
M ng c p vùng v n chuy n v i dung l ng r t l n n t t p h p các d li u, chúng nho c t m ng ng tr c ho c t m ng truy c p. Giá thành c a m ng c p vùng và do ó,c a m ng ng tr c c chia s b i m ts l ng l n ng i s d ng cu i cùng có liên quan. i u này t o ra m t giá thành t ng i cao h n, và vì v y các công nghph i c phát tri n hi n i h n so v itrong m ng truy nh p. Trong tr ng h p các m ng c p vùng, m t c u trúc vòng kép (double anneau) v i vi c truy n theo hai chi u ng c nhau s b o m vi c b o vcác d li u c a m ng trong tr ng h p cáp b h ng (suy y u) (bao g m c tr ng h pn u hai s i u b t). Th c v y, t p h pthông tin c a m t s i có th c chuyên m ch l t theo h ng ng c l i trên s i b ov .
5
WDM Transmissions, D. Bayart 5
Why do we need high bit-rate optical transmissions ?
Transmission line(optical backbone)
Multiplexer Demultiplexer
Switching
systems
Access
systems
Traffic concentration in the backbone (multi-gigabit/s)Need for high bit-rate optical transmissions
M ng ng tr c (hay còn g i la m ng v nt i) là m t tr c t p trung thông tin ph i cchuy n i t ph n này c a m ng n ph nkhác. V y các kh n ng truy n tin c a nó ph i là cao nh t trong toàn b m ng.
6
WDM Transmissions, D. Bayart 6
Traffic evolution
Speed-up of traffic increase
New access network deployments (ADSL, Mobile Infra, FTTx, …)
New Data Services
Need for bandwidth twice larger than
traffic to ensure :
Quality of ServiceProtectionAvailabilityPeak Traffic
Cost per bit transmitted is paramount
Need for increase in network capacity
Thông tin c truy n t i b i m ng ng tr c c t ng d n theo c p s m . Th cv y, các công ngh m i c tri n khai trong lòng m ng truy nh p g n v i s bùng n thông tin d li u và g n v i các nhu c um i v các d ch v d li u. i u này làm t ng nhu c u v b ng truy n v i m t s gia t ng r t m nh c trông i trong nh ngn m t i.
M ng ng tr c, hi n nay rõ ràng là b quá t i, c n ph i i m t v i nhu c u trên b ng vi c t ng toàn b công su t truy n t i. V l i,
v a m b o c ch t l ng d ch v ,b o v d li u, tình tr ng s d ng c c a
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
271
m ng (nh t là trong gi cao i m v thông tin), c n ph i t o ra kh n ng cung ng g pôi nhu c u v thông tin. Song song v i ó là
giá thành c a m i bit truy n t i ph i u tiên hàng u và nó xác nh công ngh nào s
c s d ng.
7
WDM Transmissions, D. Bayart 7
What is Wavelength Division Multiplexing (WDM)
STM-64
terminal16 x STM-4 16 x STM-43R
STM-646
terminal3R 3R STM-646
terminal16 x STM-4 16 x STM-43R
STM-64
terminal3R 3R STM-64
terminal16 x STM-4 16 x STM-43R
STM-64
terminal3R 3R STM-64
terminal16 x STM-4 16 x STM-43R
STM-64
terminal3R 3R STM-64
terminal16 x STM-4 16 x STM-43R
STM-64
terminal3R 3R STM-64
terminal16 x STM-4 16 x STM-43R
STM-64
terminal3R 3R STM-64
terminal16 x STM-4 16 x STM-43R
STM-64
terminal3R 3R STM-64
terminal16 x STM-4 16 x STM-43R
STM-64
terminal3R 3R STM-64
terminal16 x STM-4 16 x STM-43R
STM-64
terminal3R 3R STM-64
terminal16 x STM-4 16 x STM-43R
STM-64
terminal3R 3R STM-64
terminal16 x STM-4 16 x STM-43R
STM-64
terminal3R 3R STM-64
terminal16 x STM-4 16 x STM-43R
STM-64
terminal3R 3R STM-64
terminal16 x STM-4 16 x STM-43R
STM-64
terminal3R 3R STM-64
terminal16 x STM-4 16 x STM-43R
STM-64
terminal3R 3R STM-64
terminal16 x STM-4 16 x STM-43R
STM-64
terminal3R 3R
STM-64
terminal16 x STM-4 16 x STM-43R
STM-64
terminal3R 3R
N
transmitters
STM : Synchronous Transfer Mode
WDM là m t k thu t h u ích bao g m vi cghép n i các kênh trong lòng cùng m t s iquang h c thay cho vi c x lý chúng riêng rb ng tín hi u i n.
8
WDM Transmissions, D. Bayart 8
What is Wavelength Division Multiplexing (WDM)
STM-64
terminal16 x STM-4
STM-64
terminal16 x STM-4
16 channels
D
E
M
U
X
16 x STM-4STM-64
terminal
16 x STM-4STM-64
terminal
M
U
X
> WDM = economical solution to reach multiterabit/s capacity
N channels
Total Capacity =
N x channel bit-rate
WDM channels
STM : Synchronous Transfer ModeMux : MultiplexerDemux : Demultiplexer
Wavelength Division Multiplexing
V y l i ích c a nó là i u h t s c hi n nhiên, vì ch c n m t b khu ch i quang h c duy nh t cho phép kéo dài vi c truy n trên o nti p theo c a s i quang thay vì ph i trang bcho m i kênh quang h c m t h th ng i nt tái t o l i tín hi u trên kênh ó. V ym t m i liên k t s bao g m các o n(section) c a nhi u thanh n i phân tách nhau b i các khu ch i quang h c. cu i m im i liên k t (kho ng vài tr m cây s chi udài), các kênh ph i c ph c h i i n tcó th c d n t i m t m i liên k t m i. Giá thành c a giai o n này r t cao, t lthu n v i s l ng kênh và ph thu c vào l u l ng c truy n t i b i kênh. V y c nph i c g ng truy n b ng quang h c các kênh trên các kho ng cách càng dài càng t t
gi m thi u các công o n ph c h i i nt .
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
272
9
WDM Transmissions, D. Bayart 9
WDM lab experiments
100
101
102
103
104
105
106
107
108
Cap
acity
x D
ista
nce
(Gbi
t/s.k
m)
199419901986198219781974 1998
Multi-modefiber
Single-modefiber
Coherent detection
x10 every4 years
Erbium-doped fiber amplifiers
2002
6 DWDM
97 99 01 03
OFC’04
EDFA and WDM has enabled to keep with the growth rate of lightwave systems
From E. Desurvire, «EDFA, Principle and Applications», 1991E. Desurvire et al., «EDFA, Device and System developments Vol.2»Wiley, New York, 2002
x 2 every 16 months
Theo th i gian, các k thu t truy n khác nhau trên các ph ng ti n truy n tin khác nhau ã c xu t, t o ra m t s t ng tr ng theo c p s m các tích s gi a dung l ng và kho ng cách cho b i các h th ng, c sau kho ng 16 tháng thì c t ng lên g p ôi, i u này còn nhanh h n c qui lu tMoore cho các transitor i n t .
S xu t hi n c a các khu ch i dùng s ipha t p Erbi (EDFA) ã cho phép phát tri ncác quá trình truy n WDM, i u này ã làm kéo dài thêm xu h ng nói trên.
10
WDM Transmissions, D. Bayart 10
Irregular evolution (« psychological » steps ?)WDM capacities larger than single-ch. capacities by more than a decade.
10
100
1000
10000
100000
Time
To
tal c
ap
ac
ity
(Gb
it/s
)
1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000
2.5 Gbit/s10 Gbit/s20 Gbit/s40 Gbit/s>40 Gbit/s
Single
channelWDM
Best WDM
Bestsingle
channel
History of WDM versus single-channel terrestrial transmission
Ti n trình phát tri n c a dung l ng truy nkh ng nh r ng WDM, k t khi nó xu thi n, ã mang l i hi u su t cao h n so v icác k thu t truy n n kênh. WDM ã cc i ti n sau hai s ki n chính: th nh t là do s xu t hi n c a công ngh EDFA, th hai là nhu c u s d ng tr n v n d i b ng t n ó sau khi ki m soát c các hi u ng xuyên kênh (intercanaux) trong tr ng h p l u l ng c a m i kênh r t l n.
11
WDM Transmissions, D. Bayart 11
Capacity x distance of WDM lab experiments versus channel rate
Superiority of larger channel rates not so clear in terms ofcapacity x distance.
0.01
0.1
1
10
Date
Ca
pa
cit
yx
dis
tan
ce
(P
bit
/s.k
m)
1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001
10 Gbit/s20 Gbit/s40 Gbit/s>40Gbit/s
N u ta xem xét s phát tri n c a l u l ng(dung l ng x kho ng cách), là tích hay
c nói n nh t vì nó không ch cho ta bi tkh n ng phát l u l ng l n, mà còn cho ta bi t kh n ng truy n quang h c trên m tkho ng cách dài, thì tính u vi t c a m i l ul ng trên m t kênh so v i kênh khác không rõ ràng l m. Nhu c u h th ng t ng tr ngl u l ng c a kênh úng h n là c xác
nh b i vi c xem xét qu n lý m ng trên ph ng di n giao di n i n t và s l ngcác kênh c n ph i x lý. Trong tr ng h pnày, l u l ng nào cao nh t s quy t nh (hi n nay là 10Gbit/s và s p t i s là 40Gbit/s).
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
273
12
WDM Transmissions, D. Bayart 12
BER
Input power
Amplified Noise Limitation- Low noise amplification- (optical) Regeneration- ...
Propagation Effects Limitation- Optimised in-line fibre- Dispersion management- Modulation format- ...
Signal power optimisation : a compromise
Acceptable BER floor- Forward Error Correction
Các h th ng truy n yêu c u u thu m t ts tín hi u/t p âm càng l n khi l u l ng
c h tr b i kênh càng l n (các mã s al i làm vi c ít i m t chút). V y ta tìm cách làm t ng công su t c a tín hi u u ra c acác EDFA mà v n gi m thi u h s t p âm c a chúng. Tuy nhiên các hi u ng phi tuy n
c t o thành trên ng truy n d c theo chi u dài c a s i quang h c có th làm h ngch t l ng tín hi u. V y t n t i m t gi ipháp dung hòa tìm ra trên công su t óm t t l tín hi u/t p âm t ng ng nh n
c cu i m i liên k t.
13
WDM Transmissions, D. Bayart 13
WDM systems : Increase of system capacity
Btot
R’>R
Btot
R
B’tot>Btot
(a)
(c)
(b)
Initial configuration
Upgraded configurations
bandwidth Btot
Channel
rate R
Higher speed electronics required
Polarisation mode disp. (PMD)
Group-velocity dispersion (GVD)
Channel selection
Multiplexing / demultiplexing
WDM nonlinearities (FWM, XPM)
Broadband amplifiers
Raman effect
Limitations
* Technology
* Physical effects in fiber
Mitigation owing to Dispersion map, Modulation formats , Forward error correcting codes, all-optical regeneration, ...
t ng l u l ng t ng c ng c truy n t i, có nhi u chi n l c v ghép kênh theo b csóng có th th c hi n c. T vi c t ng l ul ng trên t ng kênh (v i các v n t ng
i liên quan n s tán s c c a các mode phân c c (PMD) và dung sai (tolérence) c avi c bù tr tán s c). C ng có th thông qua m t s nén các kênh trong d i b ng t n cs d ng nh ng i u này l i làm t ng các v n
v l c và các hi u ng phi tuy n anchéo. Cu i cùng, ta c ng có th t ng b ng ph c s d ng trong gi i h n c a các hi u ng Raman xuyên kênh (inter-canaux) và c a b ng khu ch i c a các b khu ch
i hi n có.
14
WDM Transmissions, D. Bayart 14
An history of Amplification of Light
Main research breakthroughs
1917 : Principle of Stimulated Emission (A. Einstein)
1954 : First MASER* experiments by Townes & Gordon, Colombia Univ., USA
1958 : Principle of optical pumping (Koester)
1958 : Principle of LASER* (Townes & Gordon)
1960 : First LASER experiment (T. Maiman)
1964 : First Rare-Earth Fiber LASER (Neodymium, 1-m long)
by C. Koester and E. Snitzer
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
L ch s c a các ti n b khoa h c liên quan n EDFA c ti p n i m t giai o n
t ng ng v i vi c ti n hành hi u ch nh các laser u tiên, ti p theo ó là quá trình chng ch t l ng c a s i quang h c, và cu icùng là ch ng các linh ki n quang h c và các laser iôt, t t c u d n n s ra ic a công ngh truy n tin WDM u tiên.
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
274
15
WDM Transmissions, D. Bayart 15
Evolution of terrestrial systems
LAB
1989 : First transmission experiments using optical amplifiers
1993 : First WDM experiments Nx2.5 Gbit/s1998 : First Nx10 Gbit/s systems
exceding 1Tbit/s (EDFAs C+L)
2000 : Nx40 Gbit/s systems with more than 5 Tbit/s (EDFAs C+L + Raman)
2001 : Nx40-Gbit/s, 10-Tbit/s systems(EDFAs C+L+Raman+Thulium)
2002 : Nx40 Gbit/s systems, 10 to 3 Tbit/s over 300 to 5200 km. First experiments of Nx160-Gbit/s transmission
COMMERCIAL OFFER
1993 : First EDFA deployed on the field
1996 : 16x2.5-Gbit/s WDM systems released
1998 : 40x2.5-Gbit/s WDM systems released.
1999 : 80x2.5-Gbit/s and 40x10 Gbit/s
2000 : 80x10-Gbit/s WDM systems released
2001 : Announcement of C+L+Raman
2002-04 : New generation 160x10-Gbit/s WDM system with cost reduction
2007-08 ? : Nx40 Gbit/s WDM systems
Ti n trình phát tri n c a các thí nghi m t iphòng thí nghi m ch ra r ng n u nh chc n m t vài n m có th t ng c l ul ng trên t ng kênh trong qui mô phòng thí nghi m, thì i u ó ch m h n r t nhi u khi chuy n sang u th u th ng m i, mà vi c
u th u th ng m i này còn i tr c nhi uquá trình mua bán m t h th c s nh v y, và vi c l p t v n hành trên th c t . Nhv y, cho t i hi n nay, ng i ta ch a l p tm t h th ng nào s d ng 40Gbit/s hay là sd ng khu ch i Raman trên m t m i liên k t nhi u thanh n i (multi-lien), t ng tnh th cho t i nay, s l ng kênh c sd ng trên th c t không h v t quá 40 kênh.
16
WDM Transmissions, D. Bayart 16
History of EDFA-based submarine networks
• 1996: First 5-Gbit/s amplified link deployed over trans-atlantic and trans-pacific distances
• 1998: 160 Gbit/s (16x10 Gbit/s) submarine link.
• 1999: First submarine experiments > 1 Tbit/s (320 Gbit/s commercial)
• 2001 : 3.2 Tbit/s submarine (lab), 640 Gbit/s commercial
• 2002 : First Nx40 Gbit/s transmission experiments over transoceanic distance
• 2004 : 6 Tbit/s (150x43 Gbit/s) transmission experiment over 6300 km
N u các h th ng trên m t t c l p tsao cho t ng thích v i các m i liên k t ãt n t i và v i các i m khu ch i ã có trên m t t, thì các h th ng ng m d i id ng c ng c l p t cùng th i i m v icác s i truy n (fibre de ligne) và b n thân kho ng cách gi a các b khu ch i c t i
u hóa. Nh v y, nh ng vi c này luôn luôn s d ng các công ngh hi n i nh t, c ng là b i vì chúng cho phép v t qua các kho ng cách dài nh t. Chúng c ng là các h th ng v t kho ng cách dài (longue distance) utiên s d ng khu ch i quang h c và hi nnay chúng còn cho ta các tích s gi a dung l ng.kho ng cách cao nh t trong s các hth ng th ng m i hi n nay. Các h th ng hi n nay c th ng m i hóa s d ng l ul ng trên m i kênh là 10Gbit/s.
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
275
17
WDM Transmissions, D. Bayart 17
Wet & dry WDM: Sea-Me-We 4
Marseille
INDIAN
OCEAN
Palermo
Alexandria
Suez
Karachi
Chennai
Cox Bazar
Colombo
MumbaiJeddah
Fujairah
Singapore
Segment 1 (wet)Segment 2 (wet)Segment 4 (wet)
Segment 3 (dry)
AnnabaBizerte
Satun
Melaka
$500m project20,000km – 14 countries16 landing points32 times the initial capacity of SMW3NG terrestrial and submarine systems
2
N u nh s l ng l n các m i liên k t xuyên i Tây D ng và xuyên Thái Bình D ng
ã c tri n khai l p t t cu i th k XX thì k t ó, ch y u là ta can thi p vào vi ct ng d n d n s l u thông thông tin b ng vi c l p t các kênh m i. G n ây, ng i ta ã quy t nh làm m i m i liên k t sea-me-
we 3 (m ng cáp ng m i t châu Âu nchâu Á) (s d ng các kênh 2,5 Gbit/s) b im t liên k t 10 Gbit/s xu t nhi u kênh h n.
18
WDM Transmissions, D. Bayart 18
Linear and Decibel (dB) optical power units
- Optical power P expressed in W, mW, dBm
- P[dBm] = 10 log10 (P[mW])
Typical sensitivity of a 10-Gbit/s receiver
Typical EDFA output power
Linear
1 W
100 mW
10 mW
1 mW
100 W
10 W
1 W
dBm
+30 dBm
+20 dBm
+10 dBm
0 dBm
-10 dBm
-20 dBm
-30 dBm
Typical output power of a semiconductor DFB laser
Bây gi c n ph i hi u làm cách nào mà các h th ng nh v y ho t ng và cho phép các l u l ng cao trên m t kho ng cách dài nhv y ! u tiên, thu n ti n ta s d ng m tthang log cho các công su t sao cho các m tmát bi n i theo hàm e m v i kho ng cách.
19
WDM Transmissions, D. Bayart 19
Typical loss value of optical components
Gain in the small signal regime of EDFAs
Linear
1000
10
0.977
0.955
0.9
0.5
Decibel
+30 dB
+10 dB
-0.1 dB
-0.2 dB
-0.5 dB
-3.0 dB
Ga
inL
os
s
Gain with saturating input signal
Splice loss between two identical fibres
Cable fiber loss per km
Loss of a 10% tap coupler
Isolator, 1480/1550 nm multiplexer
Bulk optical filter
{
i v i các m t mát và các giá tr c akhu ch i c s d ng trên th c t c ng v y.
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
276
20
WDM Transmissions, D. Bayart 20
Need for amplifiers ?
Gain needed for :
compensation of link fiber loss
Increasing distance between electrical regenerators
Increasing signal power before receiver
Tx Rx Tx RxG G
Fiber lengthSig
nal P
ower
Receiver
sensitivity
Các b khu ch i là c n thi t cho phép t ng u n công su t c a các kênh truy n, i u này là m b o m t công su t quang
h c l n t i i m thu nh n.
21
WDM Transmissions, D. Bayart 21
ASE power density
broadband, uncoherent, unpolarized
Wavelength (nm)
AS
E p
ow
er
(dB
m/0
.25 n
m)
-50
-40
-30
-20
-10
1520 1540 1560 1580
Các b khu ch i (EDFA) nh v y s nh h ng th nào n h th ng ? Gi ng nh t tc các khu ch i khác, các EDFA phát ra t p âm khu ch i c g i là ASE, và cphát ra trên c hai phân c c. u thu nh nsau photodiode, ph n t p âm cùng m tphân c c v i tín hi u s t o ra trong mi ni n m t t p âm « phách » (beat noise), là
ngu n t p âm chính trong các h khu ch i(t p âm battement ASE-ASE c gi mm nh b i vi c s d ng các b l c h p i mthu).
22
WDM Transmissions, D. Bayart 22
Gain saturation
High signal input power : decrease in population inversion
decrease of the gain
-10
0
10
20
-40 -30 -20 -10 0 10
Signal input power (dBm)
Po
ut
(dB
m)
0
10
20
30
40
-40 -30 -20 -10 0 10
Signal input power (dBm)
Ga
in (
dB
)
3-dB of
gain
compression
Saturated
Output power
Pout
Saturating
input power
Linear
Regime
EDFA c th c hi n trong ch khu ch i bão hòa. Chúng ta g i công su t bão hòa
là công su t cho ta s gi m khu ch i là 3dB. Công su t u ra khi bão hòa là công su t c c i mà ta có th t c khi công su t u vào m nh.
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
277
23
WDM Transmissions, D. Bayart 23
0
2
0 20 40 60 80 100 120
Typical corner frequency
of 100 Hz - 10 kHz
Time 3/f
Pu
iss
an
ce
f = 100 Hz
f = 500 Hz
f = 1 kHz
0
20
0
20
40
0
20
Gain modulation (dB)
Modulation frequency (Hz)
Ga
in m
od
ula
tio
n
(dB
)
0
10
20
1 10 100 1000 10000 100000
Saturating input signal
Gain DynamicKhu ch i bão hòa c a các EDFA có tht o ra m t s bi n i u c a khu ch i này theo bi n thiên công su t c a tín hi u vào. R t may là l n h n vài tr m kHz, s bi ni u này không còn c truy n trong
khu ch i. Không có m t s bi n d ng nào v th i gian c truy n b i các EDFA t itín hi u trong truy n thông. i u này có ngh a là các EDFA là trong su t i v i các tín hi u quang, không nh h ng t i l ul ng, d ng bi n i u, và c ph ng th c mã hóa thông tin s (protocole de codage) iv i các các chu i (trames), trái h n v i các máy phát tái sinh i n.
24
WDM Transmissions, D. Bayart 24
Gain and population inversion
There is no inversion
that gives a flat gain !
LnnG ae ).).().().((exp)( 12
-4
0
4
1450 1500 1550 1600Wavelength (nm)
No
rma
lize
d
Ga
in i
n d
B (
a.
u.)
N1 = 1
N2 = 0
N1 = 0
N2 = 1Gain
Loss
0
: average populations of erbium ions for excited and fundamental energy level in( ) : overlap of the mode field with the erbium-doped core
Gain spectra of
different average
inversions never cross
N u ta quan sát ng bi u di n khu ch ic a các EDFA theo hàm c a trung bình ngh ch o m t , ta th y r ng không có m t ngh ch o nào em l i ch khu ch
i b ng ph ng. Ta c ng th y r ng các ng cong này không c t nhau, t c là m c
dù chúng b bi n d ng v i s thay i c ao m t , khu ch i c ng t ng (hay gi m)
cùng m t lúc v i t t c các b c sóng.
25
WDM Transmissions, D. Bayart 25
: NASE increases with the gain
nsp characterizes the impact of the amplifier noise
Fundamental noise limits
nsp minimum at full inversion :
nsp s pmin , 1 for e = 0 (may happen only
using 0.98- m pumping)
N n h GASEEDF
sp EDF2 1
nN
N Nsp s p
s p
s pa s
es p
s
,,
, ,
2
2 1
nsp s pe p a s
a p e s
min , 1
1
Hi u n ng c a các t p âm c a EDFA cc tr ng b i thông s t p âm mà giá tr c a
nó ph i càng nh càng t t (b ng 1 t c là 0 dB khi t t c các ions b ngh ch o). V icác giá tr c a khu ch i cao h n kho ng m t ch c dB, h s t p âm b ng v i thông st p âm này, trong ó ta thêm vào 3 dB n tt p âm phách c a tín hi u-t phát. Thông snày là hàm c a m c ngh ch o trong ph ng n v i u vào c a b khu ch i, trong khi
khu ch i thì c xác nh duy nh t b i ngh ch o trung bình l y trên toàn b
s i.
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
278
26
WDM Transmissions, D. Bayart 26
Noise figure for a two-stage amplifier
G( ) = G1( ) x F( ) x )()(
12xG
Loss
G2G1
DCF or OADM
GainEqualizing
Filter
F( )
Loss( )
NF( ) = NF1( ) +)(
)(
)()(
1
2
xFLGNF
oss
)()(.)(
)().()( 221 stage
aseoss
stagease
totase PF
LGPPPase = NF.h .G.Bf =
For the whole amplifier :
Leading to
Trong tr ng h p khu ch i hai t ng, h st p âm t ng c ng c tính b i hàm c acông su t c a t p âm u ra và c akhu ch i t ng c ng. Các m t mát gi ahai t ng làm suy gi m h s t p âm n u nh
khu ch i c a t ng th nh t không l n.
27
WDM Transmissions, D. Bayart 27
2
4
6
8
-40 -30 -20 -10 0 10
Effect of signal input power on noise parameter
Input power (dBm)
No
ise
pa
ram
ete
r
nsp/C
1(d
B)
2
11
1
NN
n
se
sasp
Higher Pin :
Saturation caused by the signal power
Lower Pin :
Saturation caused by ASE
Self-saturation
caused by ASE Saturation caused
By the signal
A constant population
inversion gives :
Tr c tiên thông s t p âm c a các EDFA c c i thi n theo công su t c a tín hi u
vào d a trên vi c lo i tr quá trình t bão hòa b i ASE c hình thành khu ch
i m nh. Th c v y, công su t ASE ng cchi u này là r t m nh n m c có th sinh ra bão hòa u vào b khu ch i. B ng vi c
t m t b phân ly quang (isolateur) trong lòng s i, công su t ASE ng c chi u này gi m m nh và s bão hòa sinh ra c ng clo i tr . Khi công su t tín hi u t ng thêm n a, khu ch i gi m i, và ngh ch
o m t gi m m nh trên t t c m i i mc a khu ch i. V y nên h s t p âm có thgi m m nh.
28
WDM Transmissions, D. Bayart 28
Dependence with signal wavelength
0
2
4
6
8
1520 1540 1560 1580
Signal wavelength (nm)
No
ise
pa
ram
ete
r
nsp/C
1(d
B)
Pin = -40 dBm
Pin = -10 dBmPin = 0 dBm
2
11
1
NN
n
se
sasp
a s
e shigher increases
H s t p âm là m nh nh t i v i các b csóng ng n. Tuy nhiên ngh ch o l i cl p v i b c sóng. Th c v y, i u u tiên ph i hi u trong vi c xác nh h s t p âm c a các EDFA là ta c n tính n b c c a h pth ion ch không ph i là tính n l ng ASE phát x . Th c v y, m t b khu ch itrong ó t t c các ion c ngh ch o st o ra h s t p âm nh nh t có th (gi i h nl ng t ). M t cách ngh ch lý là nó c ng st o ra c c i c a ASE b i vì t t c các ion có th phát hu nh quang, và khu ch is là c c i. H s t p âm b suy gi m khi các ion không còn trên tr ng thái kích thích n a. Trong tr ng h p này, m t ph n tín hi u s có th b h p th b i các ion b m tnày. Trái l i, n u chính ASE b h p th , thì n ng l ng này s có th c l y l i khi các ion này sau ó quay tr l i tr ng thái c b n. V y s có m t hi u ng l a ch n x y ra trên
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
279
tín hi u so v i t p âm. V m t logic, h st p âm s b suy thoái m nh h n i v i các b c sóng có ti t di n h p th hi u d ng l nnh t, b i vì h p th photon s m nh h n.C ng nh v y, v i các b c sóng l n, ti tdi n hi u d ng này r t nh , m t ngh ch
o y u h n ít có nh h ng. Cu i cùng, các m t mát c b n có ít tác d ng lên h s t pâm b i vì tín hi u c ng nh ASE u b h pth cùng m t cách và n ng l ng m t mát c ng cùng m t ki u i v i c hai.
29
WDM Transmissions, D. Bayart 29
Mu
ltiplex
er
Optical
Spectrum
Analyser
Channel #2
Channel #1
Channel #N
Unpolarized
flattenned
ASE source
GEQ
Isolator
EDFA
under test
Characterization of the EDFA gain flatness
Need to use a WDM saturating comb
c tr ng áp ng ph c a khu ch ic a các EDFA, i u quan tr ng là ph i sd ng m t s l ng l n kênh t o ra m t
bão hòa ng nh t và th c hi n phép oc a ng cong khu ch i v i s tr giúp c a m t u dò (sonde) có công su t y u, mà
u dò này quét c d i ph .
30
WDM Transmissions, D. Bayart 30
Influence of saturating conditions on gain excursion
For a given amplifier, the average
population inversion determines
the gain spectral shape
ngh ch o m t trung bình xác nh khu ch i c a các EDFA và áp ng ph
t ng ng. bão hòa c a khu ch i uãi các b c sóng l n. i u này x y ra khi
công su t u vào c a s i pha t p t ng, ho ctrong m t chu i EDFA, khi kho ng cách gi a các b khu ch i nh h n, v i công su t u ra c cho b i khu ch i tr c,i u này s t ng ng v i m t s t ng công
su t u vào c a b khu ch i ti p theo.
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
280
31
WDM Transmissions, D. Bayart 31
Optical Signal-to-Noise Ratio (1)
OSNR from a chain composed of identical EDFAs
n
i i
i
n PoutPase
SNRSNR 10
11L
zn zPsignalzdPase
SNRSNR 00 )(
)(11from
This gives :
]1
1
11
.[.
]1
...1
1.[.
1
k
k
Gk
PaseBo
P
kkGk
PBo
PSNRN
s
Nase
sN
Loss Loss Loss LossSignal: PinNoise : Bo
Pout
OSNR
G( ) G( ) G( ) G( )
Each channel sees a gain expressed as k . where k<1 for less favored channels and (=1/Loss ) is the amplifier average gain over the signal bandwidth.
GG
#1 #N
T l tín hi u trên t p âm (SNR) c a m tchu i EDFA ph thu c tr c ti p vào h st p âm và công su t u vào c a các bkhu ch i. Th c v y, ngay u vào c a bkhu ch i, SNR tr c ti p ch u tác ng b igi i h n l ng t c a t p âm. Tín hi u càng m nh ch ó thì t l ó càng ít gi m (t lnày sau ó s còn gi m ít nhi u tùy theo m cngh ch o nh x c a khu ch i trên chi u dài c a s i quang h c pha t p). Trên m t chu i các khu ch i, t ng công su t ra và khu ch i c a t t c các EDFA 3 dB s cho phép t ng c ng m t l ng m t mát nh v y gi a các khu ch i mà v n gi
c cùng m t t l SNR trên m i liên k t. Th c v y, công su t vào c a các EDFA trong tr ng h p này không i, c ng nhv y v i h s t p âm theo gi thuy t. V ykhông ph i là ta dùng khu ch i c aEDFA tính SNR b i vì tín hi u ra c ng nh ASE t ng theo cùng m t ki u gi ng nhau, nên nó s không có tác ng gì lên SNR. Trái l i t ng kho ng cách gi a các khu ch i (t c là t ng khu ch i) mà không t ng công su t u ra có ngh a là ta làm gi m công su t vào c a các EDFA và v y ta làm h ng t l tín hi u trên t p âm.
32
WDM Transmissions, D. Bayart 32
kko
insignal
aseo
insignalk
out hNFNPP
PNPP
SNR...
SNRN = Pin - NF - 10.log N + K
Weight of noise photons at the EDFA
input compared to input signal photons
Impact of the count
in EDFAs
ex : An increase by 3 dB of the span loss between EDFA half reduces the maximal distance allowed by the OSNR
For ideally flat amplifiers : Gain = Loss (for any channel)
When expressed in dB,
Optical Signal-to-Noise Ratio (2)
K=55 for OSNR calculated in a 0.1-nm bandwidth
and Pin expressed in dBm
N u ta xét các b khu ch i có khu chi chính b ng m t mát ( ây th ng là
tr ng h p ta g p i v i các h n kênh aliên k t do khu ch i bão hòa c a các EDFA), các ph ng trình s c n gi nhóa và bi u th tr c ti p theo hàm c a công su t vào c a chúng, hàm c a h s t p âm và s l ng khu ch i. Gi m m t mát gi a các khu ch i i 3 dB (và v y là t ng 3 dB công su t u vào c a chúng), c ng s cho phép t ng g p ôi kho ng cách truy n mà v n ginguyên t s tín hi u trên t p âm.
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
281
33
WDM Transmissions, D. Bayart 33
Optical Signal-to-Noise Ratio (3)
#1 #N
G( ) G( ) G( ) G( )
Loss Loss Loss Loss PoutOSNR
Signal: PinNoise : Bo
For unflat amplifiers :
kGk
GGlog.10
..log.10
2
fase BGkhNFP ....110
110...
20
20
.min
G
NG
f
sN
BhNFBo
PSNRsince
and
4.6...
min5 awith
aBhNFBoPSNR
f
se.g. G = 1 dB and N=5 gives
Trong tr ng h p truy n WDM, m t vài kênh không u ãi có m t khu ch i y uh n m t mát. i u này t ng ng v i vi ccông su t c a chúng u vào c a các EDFA k ti p nhau s gi m i d n d n trong khi các m c t p âm phát ra b i m i khu ch
i thì l i không i. V y t l tín hi u trên t p âm c a chúng s ch u tác ng m nh.
34
WDM Transmissions, D. Bayart 34
Impact of gain excursion on the OSNRCác phép tính này mô t rõ ph u ra c am t m i liên k t c khu ch i. Các kênh trong ph n lõm xu ng c a ng cong khu ch i có t l tín hi u trên t p âm suy gi m. C ng th , i u tr c tiên là ph i sd ng các khu ch i có áp ng c akhu ch i càng b ng ph ng càng t t em lai m t hi u su t t t c a t p âm trên t t ccác kênh.
35
WDM Transmissions, D. Bayart 35
System Requirements for Two-stage amplifiers (1)
• Input and output isolators for each amplification stage
• Gain equalization for both amplification stage (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)
EDF
WDM
0.98-μm 0.98-μm
WDM
EDFDCF
5/95 5/95VOA
5/955/95GEQ
GEQ : Gain EqualizerVOA : Variable Optical Attenuator
Các h th ng truy n trên m t t c n ph i có các khu ch i nhi u t ng có th gài vào gi a các t ng s i bù tr tán s c ho c là các mô- un ghép/tách ( a vào/tách ra) c a các kênh quang h c. Các t ng này c ng c n ph icách ly b i các b cách ly quang (isolateur) và các b ghép c p theo dõi t i các uvào ra c a chúng.
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
282
36
WDM Transmissions, D. Bayart 36
Gain mod dB5
10
15
20
25
30
1520 1525 1530 1535 1540 1545 1550 1555 1560 1565 1570 1575
Example of Equalized Gain Spectrum
Gain excursion : 0.3 dB over [1529 nm;1561 nm]
Other Important Features
Noise Figure < 6 dBBudget at mid-stage for insertion of DCM or OADM : 6 dB to 12 dB including VOASize : 12x70x90 mm3 for each stageTemperature operating range : -5 C / +65 CElectrical board controlling powers and transients
System Requirements for Two-stage amplifiers (2)
Input powers : -15 to 0 dBm depending on channel count and span loss (up to 10dBm if Raman pre-amplification is used)Output powers from +17 dBm (40 channels) to 23 dBm (160 channels) in long-haul
Các EDFA c ng c n ph i c b sung các m ch i n t có th i m t v i các bi n
ng nhanh c a s l ng kênh, v i các bi nng m nh c a nhi t , cho chúng có
m t th i gian t n t i lâu dài (15 n m v i các h th ng trên m t t và 25 n m i v i các h th ng d i bi n).
37
WDM Transmissions, D. Bayart 37
System Requirements for two-stage amplifiers (2)
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
Features available for the system should account for temperature and
manufacturing tolerances leading to worst values than in the lab !
- Value at 25 C -Impact of temperature range on the EDF
-Tolerances on loss of passive components
0.25 dB
+ 0.50 dB
+ 0.25 dB
Total >= 1 dB !
Feasible gain excursion in manufacturing
Các yêu c u này làm khó cho vi c s n xu tcác b khu ch i b ng t n ph ng (amplificateur égalisés) m t cách hoàn h ovà có h s t p âm nh . Th c v y, th ng giáng c a khu ch i òi h i kéo l i trên
nh t ng c ng trong các s i pha t p là vào kho ng c %, i u này có th h y i n u ta xét các bi n thiên có th x y ra v m t dung sai c a quá trình s n xu t các s i pha t p, các b l c trung hòa (filtres égaliseurs) và các thành ph n th ng c s d ng. N uchúng ta thêm các bi n ng nhi t, thì không th b o m m t th ng giáng c a khu ch
i t t h n 1 dB trên m t s l ng l n các khu ch i c s d ng trong i u ki n trên m t t.
38
WDM Transmissions, D. Bayart 38
System needs (1)
System Applications :
To operate the system in a spectral band different than the 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
Now the sole application of use of L-band for long-haul systems
L-band (ITU recommendation) : 1565 nm to 1625 nm
Các EDFA c ng có th c s d ng cho các ng d ng b ng dài (b ng L). Các ng d ng hi n nay liên quan tr c tiên n các h th ng v n hành v i s i ng truy n ít thích h p v i các d i b ng t n c a EDFA qui
c.
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
283
39
WDM Transmissions, D. Bayart 39
System needs (2)
System Applications :
Enables future system up-grade by adding new channel
(C+L band systems)• Need to implement a WDM coupler in the line
before the beginning of life of the system !
Enables bidirectional transmission with high channel count
in each direction• Useful in case of only one fiber available …
M t ng d ng trong t ng lai có th liên quan n kh n ng v n hành m t s l ng l n các kênh b ng vi c s d ng hai b ng cùng m t lúc. Cho t i hi n nay, các h th ng ã c l p t v i ít kênh, vi c l p t thêm
c d tính thích h p. Vi c thêm t m th itrong t ng lai m t b ng m i, mà b ng này cho phép thêm nhi u kênh n a, c n ph i
c d tính ngay sau khi b t u xây d ng h th ng n u nh ta không mong mu n ph ican thi p vào vi c truy n tin trong t ng lai nh m m c ích a vào các EDFA v n hành theo b ng L. T m vóc tiên quy t c a hth ng này òi h i m t qu quang h c(budget optique) gi a các khu ch i ngay khi các kênh u tiên c l p t, ng i sd ng hi n nay không s n sàng tr m t giá nh v y.
40
WDM Transmissions, D. Bayart 40
Principle of 1.58-μm L-band EDFAs
Principle : low average population inversion (40 %) allowing a flat-gain spectrum in the L-band region
-4
0
4
1450 1500 1550 1600
Gain
(a. u
.)
N1 = 1
N2 = 0
N1 = 0
N2 = 1G > 1
G < 1
1
• Absorption cross-section is very low in the L-band (low influence)• Gain coefficients are 10 dB lower
Need x10 in erbium !
… but not 10 times longer doped fibers(background loss, FWM, PMD issues …)
Doping the fiber 3 or 4 times more is a good compromise between quenching and background loss
LnnG ae ).).().().((exp)( 12
PMD : Polarization mode dispersion FWM : Four-wave-mixing
Tuy nhiên, EDFA cho ta các h th ng có hi u su t cao, m c dù h s t p âm v n còn h i cao, do bão hòa b i ASE phát x trong b ng qui c (b ng C, bande conventionnelle).
41
WDM Transmissions, D. Bayart 41
1.48 μm
Power
budget WDM
1.48 μm
WDM
EDF
WDM
EDF
WDM
EDF
0.98 μm
Extra-pumpaccess
1.48 μm
WDM GEQ GEQ
Example of architecture for two-stage L-band EDFAs
1.48-μm pumped single-stage EDFA
0
2
4
6
8
10
1570 1580 1590 1600Channel wavelength (nm)
Noise figure for a two-stage EDFA with 9-dB mid-stage power budget
Channel wavelength (nm)
Các EDFA này không t n d ng t t vi c b m 980 nm, vì nó t o ra r t nhi u ASE trong
b ng C. V y nó th ng thích h p h n v ivi c b m 1,48 μm trong khi các EDFA b ng C t nay tr i u c b m 0,98 μm c hai t ng.
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
284
42
WDM Transmissions, D. Bayart 42
S. Aisawa et al./ A. Srivastava
et al. (OFC’98)
0.1
1
10
1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000
Tb
it/s
B. Clesca et al.,
OFC’94
K. Oda et al.,
OFC’95
Silica-based EDFAs
+gain equalizing filter
Dual-band C+L amplifiers
(silica-based+filter)
After 4x110km
Wavelength (nm)
From S. Aisawa et al.
1540nm 1600nm
C band L band
After10x60km
Fluoride based EDFAs
4dB
5dB
/div
Silica-based EDFAs
w/o GEQ
>20dB
5dB
/div
After 4x110km
Flat-gain amplifiers and High capacity transmissionsL ch s c a các quá trình truy n ã cth c hi n ch ra r ng vi c làm ch s ph ng ph c a khu ch i c a các EDFA trên các d i t n càng ngày càng r ng ã v t kh i st ng tr ng c a dung l ng truy n t ngc ng.
43
WDM Transmissions, D. Bayart 43
Effect happens for any pump frequency, polarization dependent
Instantaneous effect (not the travel time of the pump along the fiber !)
Peak Raman shift = - 13 THz (glass phonon energy)
Top width = 2.5 THz, can be broadened with multi- pumping
Raman amplification : Principle
Long interaction fibersConfinementAttenuation at the pump wavelength is paramount
O
O
SiPump
Signal
( = f pump - 13 THz )
Vibrational excitation
Signal
Measured gain-curve : 1 pump @ 1487 nm
0
5
10
15
20
1500 1530 1560 1590 1620 nm
On
/off
Ga
in (
dB
)
DSF fiber
pp
L
eff
rdBOFFON Pe
AgG
p1
10ln
10/ 1
effLAeff is the Raman effective area of the fiber
Leff : Effective length of the fiber expressed as :
Thêm v i vi c c i thi n hi u su t ph , vi cgi m thi u nh h ng c a t p âm lên khu ch i c ng cho phép ta t c các gi i h n ph c a h th ng.
Khu ch i Raman cho phép i u này v im t ch v n hành r t khác v i ch v nhành c a EDFA. Hi u ng Raman là m t tán x không àn h i gi a các phôton t i và th ytinh. M t ph n n ng l ng phôton t i c aquá trình b m có th c h p th b i th ytinh d i d ng n ng l ng dao ng (phonon quang) s t o ra m t photon tán xcó n ng l ng th p h n (énergie réduite) (t c là b c sóng cao h n) t ng ng v i tín hi u c khu ch i. Hi u ng này có hi usu t th p, nó c n có các dài t ng tác l n(km) và công su t b m ph i th t l n h n so v i tín hi u. V y bão hòa b i tín hi u y u, và khu ch i t l thu n v i công su tb m.
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
285
44
WDM Transmissions, D. Bayart 44
Distributed Raman Preamplification
Preamplification (backward pumping : weak gain saturation)Increase of the signal powers at the EDFA input (improved signal to noise ratio)
- 2 5
- 2 0
- 1 5
- 1 0
- 5
0
0 2 5 5 0 7 5 1 0 0
D ista nce (k m)
Sig
na
l (d
B)
On/off
gain
with Raman
without
Raman
Pump
WDMLine fiber
C ng nh v y, n u chúng ta k t h p m t ánh sáng b m tr c ti p vào trong s i sao cho nó i ng c chi u v i tín hi u, khu ch i
Raman s c t o thành tr c i m t i c atín hi u trên b khu ch i erbium. Quá trình ti n khu ch i này s cho phép t ng công su t c a tín hi u i m mà nó s g pkhu ch i Raman m t cách áng k , và t pâm khu ch i t ng ng c a nó c ng g nv i gi i h n l ng t . i u này s d n nm t s c i thi n rõ r t c a t s tín hi u trên t p âm m t cách t nhiên.
45
WDM Transmissions, D. Bayart 45
Calculated gain curve : 20 pumps
11,85
11,90
11,95
12,00
12,05
1538 1558 1578 1598nm
On
/off
Ga
in (
dB
)
2 or 3 wavelengths enough for a 1-dB equalization over the C-band
3 to 4 over the C+L band
Semiconductor pumps need polarization multiplexing or depolarization using PANDA fiber at 45 deg.
0
5
1 0
1 5
2 0
2 5
150 0 1 55 0 160 0 nm
On
/off
Ga
in (
dB
)
Equalization over 60 nm
Pump wavelength combinationáp ng c a khu ch i Raman c a th y
tinh Silic không r ng và v y c n ph i có r tnhi u quá trình b m cách nhau kho ng vài ch c nanomet có th có m t khu ch
i k t h p bao trùm ít nh t là c b ng khu ch i c a EDFA. H n th n a, khu ch
i Raman ph thu c vào s phân c c và v yc n ph i có m t ánh sáng b m không phân c c.
46
WDM Transmissions, D. Bayart 46
Signal powers required for anOSNR of 26 dB/0.1 nm
Fibres supposed to differonly in Aeff
pump = 0.3 dB/km
- 1,5
- 1,0
- 0,5
0,0
0,5
50 60 70 80
Effective area (μm²)
Sig
na
l (d
Bm
/ch
.)
5
10
15
20
25
50 60 70 80
Effective area (μm²)
G o
n/o
ff R
am
an
(d
B)
True
wav
e
ELE
AF
Tera
light
G.6
52
500 mW
300 mW
400 mW
System margins provided by Raman preamplificationS c i ti n t l tín hi u trên t p âm này cho ta các gi i h n c a h th ng, và có th cs d ng theo nhi u cách th c khác nhau. Ví d nh i u này có th cho phép gi m công su t c a các tín hi u trên ng h n chcác hi u ng phi tuy n mà chúng ph i ch u. Chúng ta th y r ng c n có vài tr m mW, bi n thiên tùy theo lo i s i, th c hi n
c m t khu ch i l n h n 10 dB.
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
286
47
WDM Transmissions, D. Bayart 47
Fiber efficiency per unit length and per W of pump
0
0,2
0,4
0,6
0,8
0 3 6 9 12 15 18Ram
an e
ffici
ency
CR
(W-1
.km
-1)
Frequency Shift (THz)
NZDSF-NZDSF+
SMFTeraLight
PSCF
0.680.75
0.400.51
0.3813.3-THz peak
(W-1.km-1)
1486-nm pumping
CR = 0.23 Gon/off / (Pp.Leff_p)CR Max
PSCF : Pure Silica Core Fiber
N u ta quan sát các ng cong khu ch iRaman c xây d ng theo hàm c a b csóng tín hi u v i các lo i s i khác nhau, ta th y có cùng m t nh 13,3 THz, i u này t ng ng v i vi c b m kho ng 1440 nm
khu ch i m t tín hi u n m kho ng 1550 nm.
48
WDM Transmissions, D. Bayart 48
Normalized Gain Spectra
12 15 18 21 24 27 30Frequency Shift (THz)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0 3 6 9 12 15 18Frequency Shift (THz)
1486-nm pump 1400-nm pump
PSCF
PSCF
PSCF
• Boson-peak relative-intensity higher with SiO2 than with GeO2• 13.3-THz peak : Ge-dependent, extends up to > 20 THz• Sharp 14.5-THz and 18-THz peaks specific to SiO2
CURVES NORMALISED RELATIVE TO 13.3-THz PEAK
N u chu n hóa các ng khác nhau này, ta th y r ng các ng này g n nh là gi ng nhau. Th c v y, thành ph n c a các s i này ít bi n i theo d ng c a chúng, b i vì các ch t ph gia u có cùng b n ch t. nh r ngdo chính Ge gây ra thì ít nhi u l n h n nh bé n m các t n s cao h n, và nh này không i và t ng ng v i d u hi u c a Si.
th này có ngh a là t t c các s i ã t nt i trên m t t u cho g n nh cùng m tki u d ng ng cong khu ch i m c dù công su t b m òi h i s là t ng i khác nhau tùy theo ti t di n hi u d ng c a s i.
i u này r t quan tr ng i v i án thi tk c a các h th ng s d ng khu ch iRaman b i vì chúng c n ph i c thích nghi v i m i i u ki n trên m t t mà i uó thì ã không c tính t i cho ng d ng
này.
49
WDM Transmissions, D. Bayart 49
Fiber efficiency is pump wavelength dependent
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
12 15 18 21 24 27 300
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0 3 6 9 12 15 18Ram
an e
ffici
ency
CR
(W-
1 .km
-1)
Frequency Shift (THz)
1486-nm PUMP 1400-nm PUMPNZDSF-NZDSF+
SMF
TeraLightPSCF
+ 37 %+ 21 %
+ 20 %
+ 46 %+ 26 %
Pump/signal/core overlap
B c sóng b m c n ph i c l a ch n theo hàm c a b c sóng mà ta mu n t o ra khu ch i. Theo ó thì hi u su t Raman bi n i theo s m r ng c a mode v các b c sóng l n h n. H n n a, các m t mát cb n t ng theo b c sóng ng n. Các s i d ng DZDSF- (S i n m t có tán s c d ch chuy n khác 0) có m t kích th c lõi bé h ncho ta hi u su t l n h n là các s i chu n(SMF) và v y nó òi h i công su t b m nhh n.
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
287
50
WDM Transmissions, D. Bayart 50
Impact of interchannel Raman depletion
Input fiber-10 dBm /channel
(linear regime)
5.6 dBm /ch.
100 km#1
#32
Tx Rx
0.7 dB
2.3 dB
C ng chính là khu ch i Raman này ch u trách nhi m v tán x c ng b c Raman (SRS) gi a các kênh, và nó x y ra c trong các h không có khu ch i Raman. Các kênh t n s y u dùng b m cho các kênh t n s cao, i u này t o ra m t d c mà d c này càng m nh khi công su t càng t ng.
51
WDM Transmissions, D. Bayart 51
Small-frequency-shift energy transfers
1529 1561 1602
Frequency shift (THz)
Wavelength (nm)
-27
-22
-17 C-band L-band
NZDSF-NZDSF+
SMFTeraLight
PSCF
0
0 ,1
0 ,2
0 ,3
0 ,4
0 3 6 9
Ram
an e
ffici
ency
(W-1
.km
-1)
1569
1486-nm PUMP
Th c v y, khi chúng ta quan sát chân c ang cong khu ch i Raman, ta th y có
m t d c nh ng THz u tiên, có thliên quan n toàn b b ng C. B ng phcàng r ng thì càng ph i tính n s trao in ng l ng gi a các kênh này. Ví d nht ng tín hi u c a các b c sóng ng n khi phát cho phép bù tr hi u ng này.
52
WDM Transmissions, D. Bayart 52
Raman amplification : Implementation
• Use of wavelength multiplexed Raman pumps
• Efficiency depends on fiber type and characteristics
4 pumps(distributed Raman ampli.)
#1#63
M-ZQ
Q
DCF
C
L
DCF
C
L
C
LDCF
x 3
Rx
100 km
NZDSF1x32
#2#64
M-Z1x32
40Gb/s215-1
#65#127
M-ZQ
Q
DCF1x32
#66#128
M-Z1x32
40Gb/s223-1
PBS
PBS
S a k thu t khu ch i Raman vào th ct bao g m vi c k t h p nhi u quá trình b mkho ng 200 mW m i cái, và ghép kênh theo b c sóng và phân c c. Các EDFA cl p t sau qui trình ti n khu ch i cho phép ta nh n c công su t tín hi u c nthi t u c a m i liên k t trong khi các s ibù tr tán s c (DCF) thì c t gi a các t ng.
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
288
53
WDM Transmissions, D. Bayart 53
Stimulated Raman Scattering
-17
-22
-27
-5
0
5 In span 5
0-5
-27
-22
-17 Out span
-18
-13
-8
Wavelength (nm)1525 16051427 156514851439 1450
-8
-13
-18
- 23 THz
Pre-tilt 3dB
Intraband-tilt
compensated
but C-to-L energy-transfer
Raman gain12dB C-band
10dB L-bandOut span
Pumps OFF
Pumps ON
P( d
Bm
)
Trong quá trình truy n này, các b c sóng b m c phân b t 1427 nm n 1485 nm t o ra khu ch i c b ng C và L. Các kênh ã c t ng tr c v i m t d cbù tr SRS trên t ng b ng. Các b c sóng b m b o m m t khu ch i ph ng iv i các tín hi u c ng nh b o m m t bù tr m t ph n SRS c t o thành gi a các b ng. D nhiên là nh v y thì m t SRS l nc ng c t o thành gi a các b c sóng b m, v y nó òi h i các i v i các b m y ucác công su t m nh h n r t nhi u so v i các b m m nh.
54
WDM Transmissions, D. Bayart 54
P
u
m
p
WDM
Line Fiber
Intrinsic noise parameter = 3dB (quantum limit)
Equivalent noise figure = the noise figure of an EDFA located in B point and providing with the Raman ON/OFF gain
Equivalent noise figures can be equal or lower than 0 dB
B
Noise figure for Distributed Raman PreamplificationTa có th nh ngh a m t h s t p âm t ng
ng cho h th ng khu ch i Raman + EDFA. H s này chính b ng h s t p âm mà ta c n ph i có i v i EDFA n u nh nó
c s d ng m t mình, có th nh n ccùng m t SNR. Các giá tr nh n c dnhiên là nh h n giá tr c a EDFA r t nhi u(nhi u dB), chúng c ng bi u di n khu ch
i hi u qu c a t p âm t o b i ti n khu ch i Raman c phân b .
55
WDM Transmissions, D. Bayart 55
Double-Rayleigh Scattering
• Signal (neglecting the DRS term):
• Simple Rayleigh-scattered signal:
• Double Rayleigh-scattered signal: dyLyGyPrLP
dzzyGzPryP
zGPzP
net
L
RSDRS
L
y netSRS
netSS
).().(.)(
).().(.)(
)0().0()(
0
DRS noise-to-signal ratio at the end of the fibre: RDRS = PDRS(L)/PS(L)
0 L
Ps (z)
r.Ps(z)
PDRS (L)
S tán x àn h i (hi u ng Rayleigh) x y ra trong lòng s i t o gây h n ch cho các giá trn i t i l n i v i khu ch i Raman. Th cv y, tín hi u c khu ch tán ng c hai l nkhông còn có công su t có th b qua cvì cùng m t lúc nó g p c khu ch iRaman. Truy n trên m t kho ng cách t ng tác dài, s chênh l ch th i gian gi a các thành ph n óng góp khác nhau s t o các các hi n t ng giao thoa không k t h p t i
i m thu nh n, và c a t p âm phách « battement » xen gi a ký t (intersymbole).
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
289
56
WDM Transmissions, D. Bayart 56
Double-Rayleigh Scattering (DRS)
• DRS is a delayed copy of the signal => beating noise at detection with the signal by quadratic detection:
• 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
))((
2)(
22fRfRIN DRS
Tán x Rayleigh úp(DRS) gây ra m t t pâm d ng RIN t i i m thu vì r ng nó ct o thành t áp ng c a tín hi u. Nó gi ih n l ng khu ch i mà ta có th t o ra
c v i cùng m t ngu n b m.
57
WDM Transmissions, D. Bayart 57
Electrical measurement of DRS
-155-150-145-140-135-130-125-120-115-110-105-100-95
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Frequency (MHz)
RIN
(d
B/H
z)
24-dB gain
16-dB gain
10-dB gain8-dB gain6-dB gain4-dB gain2-dB gain
source
0-dB gain
Ta c ng có th quan sát th y t i i m thu nh n m t s suy gi m kho ng vài ch c dB. T p âm này c t o thành tr c h t là v icác t n s n vài ch c MHz t i ngh ch
o c a t p âm phách tín hi u t phát là m tt p âm tr ng.
58
WDM Transmissions, D. Bayart 58
Signal-ASE and signal-DRS beat noises
Reference case:NRZ, broad optical filtering
General case:any format
elecSrpolasg
ASE22
ASE-sg BPN4=
Spolarsg
DRS22
DRS-sg PP2=
SASEASE2
ASE-sg PP.k=
SDRSDRS2
DRS-sg PP.k=
depend on:
- modulation format (signal pattern)
- optical and electrical filters at reception
có th d oán tr c nh h ng c a DRS lên RIN c a h th ng t i i m thu nh n, i uquan tr ng là ph i nh ngh a h s s cho phép ta tính toán t p âm phách theo hàm c acông su t tín hi u và c a DRS.
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
290
59
WDM Transmissions, D. Bayart 59
Signal-ASE and signal-DRS beat noises
ASEDRS
DRSnmASESASE
SDRSDRSSnmASEASE
kkkPkPPk
PPkPPk
/where
)..( )1.0(2
)1.0(2
2DRS-sg
2ASE-sg
2Total electrical noise:
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.
OSNR penalty
S
refDRSdB P
OSNRPkPenalty ..1log10
refdB OSNR
OSNRPenalty log10
Theo d ng bi n i u mà i l ng này có tht c giá tr t 0,5 n 1,3. i u này có
ngh a là ví d nh t p âm d ng DRS s ít hay nhi u gây b t l i (pénalisant) i v i t pâm d ng ASE tùy theo lo i d ng bi n i u
c s d ng.
60
WDM Transmissions, D. Bayart 60
Conclusion on Double-Raleigh Scattering
DRS is a major limitation of the maximum Raman gain that can be obtained in the line fiber• Limits Raman advantage in backward pumping
• Max gain closed to 23 dB
For all Raman pumping of the line fiber
• Need for forward pumpingSee related issues (RIN, …)
• Or use of Raman pumping into the DCFIncreases non-linear effects in the DCF
C ng v y, khu ch i c c i mà ta có th t o ra c khi b m ng c chi u mà không có nguy c gây b t l i (pénalité) b iDRS s b gi i h n, và không cho phép bao trùm toàn b m t mát c a m t o n s i. Tuy v y b t l i d ng DRS c xét n so v ib t l i gây ra b i ASE. V i các h kho ngcách r t dài và t l t p âm trên tín hi uquang y u, t p âm ASE là r t quan tr ng, mà chính t p âm này làm cho tác ng c a t pâm d ng DRS tr nên y u h n, và vì v y nó cho các khu ch i cao h n.
S d ng quá trình b m hai chi u trên ng truy n s cho phép t ng thêm khu ch it ng c ng này, nh ng l i có nguy c t othành các b t l i khác. Cu i cùng, vi c b mng c chi u trong s i quang d ng DCF c ng có th cho ta m t vài dB khu ch i Raman thi u h t.
61
WDM Transmissions, D. Bayart 61
Noise figure for Raman-Assisted EDFAs (1)
• Total Raman pump power : 500 mW• EDFA pump powers : 180 mW each / EDFA signal output power : 21 dBm total
Er fiber
WDM
0.98-μm1434nm
WDM
1451nm 1.48-μm
WDM
DCF Er fiberLine Fiber (NZ-DSF)
125 km – 25 dB
+21 dBm +21 dBm
Er fiber
WDM
0.98-μm
Line Fiber (NZ-DSF)
125 km – 25 dB
1434nm
WDM
1451nm 1.48-μm
WDM
Er fiberDCF
+21 dBm +21 dBm
(A)
(B)
Hai d ng c u trúc chính c a EDFA có thc s d ng khi t h p m t ti n khu ch i
Raman. Nó bao g m vi c nh v s i DCF t ng gi a c a EDFA ( i u này làm suy gi mh s t p âm) ho c là nh v nó u vào.
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
291
62
WDM Transmissions, D. Bayart 62
1530 1535 1540 1545 1550 1555 1560-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
1 pump 1446.5 nm (500mW)
2 pumps 1434 nm (270mW) 1451nm (230mW)
Po
ut
(dB
m)
wavelength (nm)
Noise figure for Raman-Assisted EDFAs (2)
Raman gain spectrum
Per-channel powers :
at line fiber input : 3 dBm per channel (21-dBm in 64 channels)
at line output : 3 dBm – 25 dB + Graman
10 dB
14 dB
16 dB
18 dB
14 dB
Graman
Tùy theo vi c công su t c t p trung trên cùng m t b c sóng, hay là phân b trên hai b c sóng, mà khu ch i t o thành trên
ng truy n s ít nhi u m nh trung tâm, và r ng c a nó thay i.
63
WDM Transmissions, D. Bayart 63
1530 1540 1550 15600.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
2 pumps
1 pump
NF e
q(d
B)
wavelength (nm)
1530 1540 1550 15600.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
NF
eq(d
B)
2 pumps
1 pump
wavelength (nm)
Noise figure for Raman-Assisted EDFAs (3)
Use of different pump wavelengths flattens the gain spectrumMinimize non linear effects / DRS on the most favored channels
No significant noise benefit as far as total pump power is the same
Improvement by several dB
brought by Raman pumping while making simpler amplifier
architecture
(A) (B)
L i ích trên h s t p âm toàn ph n (NF) c nph i c xem xét trên toàn b b ng phnghiên c u. C ng th , không ph i là chúng ta xét các giá tr nh nh t, mà ch y u là xét các giá tr gi i h n hai u c a b ng ph .Sau khi t i u hóa các m c công su t và d ng c a b l c trung hòa (filtre égaliseur) trong EDFA, ta th y r ng vi c s d ng hai b m không th t em l i hi u qu lên NF mà trái l i i u này l i cho phép tránh c nhc a khu ch i trung tâm c a b ng, và vì v y gi m thi u DRS hay là các hi u ng phi tuy n mà tín hi u c a các kênh ph i ch u.
64
WDM Transmissions, D. Bayart 64
0.1
1
10
1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000
Tb
it/s
Length (km)
EDFARamanpumps
(here, 10dB gain)
EDFA
Cumulated noise reducedby ~ P (e.g. 3-5dB)
Margins improved by approx. the same amount.
N. Takachio et al., OFC’99
P. B. Hansen et al., OFC’99
P
0 10020 40 60 800
-5
-10
-15
-20
Raman+Erbium
Rela
tive p
ow
er
(dB
)
Erbium
Road to 10 Tbit/s: optical amplifiersRaman-assisted EDFAs
óng góp c a khu ch i trong các thí nghi m truy n dung l ng cao ã cho phép t ng các hi u su t vài dB c a qu công su td phòng b sung lên t l tín hi u trên t pâm. Ngày nay, khu ch i Raman c sd ng trong t t c các thí nghi m l u l ngcao c ti n hành trong phòng thí nghi m.
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
292
65
WDM Transmissions, D. Bayart 65
All Raman pumping schemes
Raman pump
MUX TAP
DCF
DRA in the link:
DRA in the link & DCF:
MUX TAP
Raman pump
MUX TAP
DCF
Raman pump
31dB on-off Raman gain in the link fiber
21.5dB on-off Raman gain in the link fiber
3dB net gain in the DCF (11dB on-off gain)
MUX
Raman pump
MUX
Raman pump
Các thí nghi m òi h i hi u su t t p âm cao nh t s d ng vi c b m hai chi u. V ykhu ch i t ng c ng ph i s d ng EDFA. Tuy v y c n ph i d trù m t ngân sách quang h c cho DCF mà DCF này có th
c b m (ho c không), i u này th m chí có th cho phép ti n hành b m cùng chi u.
66
WDM Transmissions, D. Bayart 66
Distributed Raman Amplification:criteria for performance assessment
Example: hybrid amplification (DRA pre-amplification before EDFA)
System performance is all the better as the gain is distributed
uniformly in the span: improves OSNR and reduces NL effects.
bad OSNR
distance
Sign
al p
ower
(dB
m)
non-linear effects
Raman pump
MUX EDFA
i u quan tr ng là c n ph i th c hi n các c u hình b m khác nhau v a theo hàm c ahi u su t t p âm, v a theo hàm c a các hi u
ng phi tuy n mà các kênh ph i ch u. Th cv y, khu ch i Raman trong s i truy n có tác d ng t ng công su t u vào c a s itruy n và vì v y c ng t ng các hi u ng phi tuy n. V y c n thi t ph i gi m công su t tín hi u này u vào c a s i truy n gi cho chúng không i i v i thi t h i c a SNR. V n này còn g p nhi u h n khi b m cùng chi u. C ng nh v y, n u ta s d ng các EDFA cùng m t lúc v i ti n khu ch iRaman, chúng s g p m t công su t u vào r t m nh, vào c khu ch i Raman, t c là kho ng t 10 n 20 dB. i u này d n nm t công su t u vào có th v t quá 10dBm, và v y là d n n m t h s t p âm suy gi m rõ r t do s m t i c a khu ch itrong t ng 1 ã hoàn toàn b bão hòa và không cho phép át i các m t mát c a DCF n a (NF nhi u khi c ng m nh n 15 dB !).
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
293
67
WDM Transmissions, D. Bayart 67
Final impairment of the amplifier on the system:
Achievable distance is proportional to Parameter C = Cnoise.Cphase (the smaller the better)
Co-pumping issues to be accounted aside
Criteria for performance assessment (ULH)
inDRSelecASEnoise PRBNC .9
5*
2
1
L
Netphase dzzGC0
)(
Generation of noise
Non-linear phase
2/1)( phasenoiseCC
Ng i ta ã ch ra cách thêm vào các ónggóp c a t p âm ASE và DRS. S l ch pha phi tuy n mà các kênh g p ph i t l thu nv i tích phân công su t tín hi u trên chi udài s i. Ta c n ph i gi m thi u tích c a hai
óng góp này, t ng m t trong hai u gây ra s m t i cái còn l i.
Các t p âm ch do b m cùng chi u cthêm vào riêng.
68
WDM Transmissions, D. Bayart 68
Performance for nominal span of 22dB
-65
-60
-55
-50
-45
-40
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90DRA co-pumping ratio (% )
C (d
B)
DRA: 21.5/ 22.5dB on/ off ga in in DCF: 11.3dB
A SE noise contributionDRS noise contributionTotal (linear sum)
-65
-60
-55
-50
-45
-40
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90DRA co-pumping ratio (% )
C (d
B)
DRA: 31.3 / 32.3dB on/ of f ga in in DCF: 0dB
-65
-60
-55
-50
-45
-40
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90DRA co-pumping ratio (% )
C (d
B)
EDFA
DRA: 17/ 18dB EDFA: 14.3dB
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 linkpumping the DCF enables to use backward pumping only
EDFA, DRA+EDFA, DRA in the link, DRA in the link&DCF
Trong nghiên c u này, công su t c a tín hi um i l n u ã c ch nh l i gi m thi uh s C trong khi s ph thu c c a h s t pâm c a các EDFA theo hàm c a công su t
u vào u ã c tính n. N u ta xét m t m t mát gi a các khu ch i là 22 dB, ta th y r ng b m cùng chi u s cho phép gicho t p âm DRS m c r t th p.
69
WDM Transmissions, D. Bayart 69
Performance for nominal span of 22dB:EDFA, DRA+EDFA, DRA in the link, DRA in the link&DCF
-65
-60
-55
-50
-45
-40
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90DRA co-pumping ratio (% )
C (d
B)
DRA: 21.5/ 22.5dB on/ off ga in in DCF: 11.3dB
ASE noise contributionDRS noise contributionTotal (linear sum)
-65
-60
-55
-50
-45
-40
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90DRA co-pumping ratio (% )
C (d
B)
DRA: 31.3 / 32.3dB on/ of f ga in in DCF: 0dB
-65
-60
-55
-50
-45
-40
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90DRA co-pumping ratio (% )
C (d
B)
EDFA
DRA: 17/ 18dB EDFA: 14.3dB
-22-20-18-16-14-12-10-8-6-4-2024
0 20 40 60 80 100
z (km)
Po
wer
per
ch
an
ne
l (d
Bm
) EDFA
DRA+EDFA
-22-20-18-16-14-12-10-8-6-4-2024
0 20 40 60 80 100
z (km)
Po
wer
pe
r ch
an
ne
l (d
Bm
)
0 20 40 60 80 100
z (km)
Hi u su t cao nh t t c i v i tr ng h p « toàn Raman » (All Raman) v i h skhu ch i ng h ng m nh (nh ng c ngph i tính n các t p âm khác). B m DCF có th ch cho phép m t quá trình b m ng cchi u không có EDFA mà v n có cùng hi usu t nh v y so v i khi nó c s d ngthay cho b m DCF.
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
294
70
WDM Transmissions, D. Bayart 70
All-Raman transmission of 6 Tbit/s over 6120 km
All Raman amplification (First+Second order)
x3
GFF GFF
+D +D
-D
GFF
GFF
Dyn. Gain Equalizer
Link fiber
Tx 149x43Gbit/s Rx
C
L L
C
12 = 6120km
Dyn. Gain Equalizer
Polarizationscrambler
LumpedRaman amp.
LumpedRaman amp.
Trong thí nghi m truy n d i bi n này (không có DCF b i vì s tán x c bù trb i vi c s d ng nhi u lo i s i truy n), m tc u hình « All Raman » ã c s d ng, quá trình b m b c hai cho phép th c hi nb m cùng chi u. Hi u su t t p âm do hi u
ng phi tuy n nh n c ã cho ta m t kl c m i v tích s dung l ng.kho ng cách.
71
WDM Transmissions, D. Bayart 71
Experimental results with all-Raman amplificationSpectrum after 6,120km with 149 DPSK channels
• 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
Po
wer
10
dB
/div
.
Wavelength (nm)
1530 1550 1590 16101570
C-band L-band
Trong thí nghi m này, các kênh c l p ttrên hai b ng C và L v i m t khu ch it ng i b ng ph ng cho các SNR v a
i v i t t c các kênh nh n.
72
WDM Transmissions, D. Bayart 72
Dispersion Compensating
Fiber (DCF)
C band
(nm)
C band
(nm)
Amplification scheme using second-order pumping
100 km
Line fiber
L
DCF
C
L DCF
C
C band L band
(nm)
14271439
1450 14851346
1346nm
Second order
Raman pumping
using additional pump at 1346nm
Estimated improvement of OSNR ~ 1dB
Quá trình b m b c hai bao g m vi c tiêm song song vào trong tr ng h p b m ng cchi u m t b c sóng b m ph v i b c sóng
c s d ng trong b m Raman c a các kênh tín hi u. Vi c b m ph này nh m m cích t o ra m t khu ch i Raman v i các
b c sóng b m này, mà các b c sóng này c k t h p v i nhau trong s i quang v i
m t hi u su t y u. V y các b m này u tiên ph i c khu ch i tr c khi a vào khu ch i Raman c a tín hi u (ch y u là trong s i quang), c ng cho ta m t t l tín hi u trên t p âm t t h n. Lo i b m này là m t lo i b m xen k r t t t v i b m cùng chi u là lo i b m có th s n sinh ra r t nhi uv n .
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
295
73
WDM Transmissions, D. Bayart 73
Pump-to-signal RIN transfer
Raman effect is very fast (femtosecond)
Locally, the intensity fluctuations of the pump are totally
transferred to the signal by gain (dB)
Effect averaged
- by counter propagation (backward pumping)
- only by chromatic dispersion for forward pumping
V n u tiên trong các v n này liên quan n vi c truy n t i các t p âm th ng giáng c ng (RIN) c a b m lên tín hi u.Các th ng giáng này càng truy n nhi u trong s i v i v n t c k nhau, thì s truy n t i c abi n i u càng hi u qu .
74
WDM Transmissions, D. Bayart 74
Transfer functions
pumpingrd for forwa112
and
pumpingbackward for 4
with
1log10)10ln(/10
log20)(2
/
PS
Pc
SPc
c
OFFONPS
VV
f
Vf
ffG
RINfRIN
Assumptions:Distributed Raman amplification: long fiber (50 -100km) Moderate Raman gain, moderate pump RINNo pump depletion
Reference: C. R. S. Fludger and al., Electron. Lett., 2001, 37, (1), pp. 15-17
Hàm c tr ng cho s truy n t i RIN có thc bi u di n theo hàm c a s tán s c và
c a khu ch i c ti n hành. truy nt i này t ng m nh theo khu ch i và ch a m t t n s c t (fréquence de coupure) th p.
75
WDM Transmissions, D. Bayart 75
-135
-130
-125
-120
-115
-110
1E+ 0 1E+ 3 1 E+ 6 1E+ 9 1E+ 12
Freq uency (Hz)
RIN
(d
B/H
z)
Pump RIN
50 kH z 7 GH z
+ 20log(Gonoff/ 4.34)
Transfer functions
With:RINP=-120dB/HzGonoff =10dB
P=0.25 dBP=1450nmS=1550nm
Signal RIN with backward pumping (fc=900 Hz)
Signal RIN with forward pumping- SMF (fc=6 MHz)- Teralight (fc=18 MHz)- may happen with TW and LEAF
C ng nh th , vi c b m ng c chi u trung bình toàn b truy n t i RIN trong khi i unày l i hay g p h n trong b m cùng chi uth m chí toàn ph n trong tr ng h p các tán s c c a tín hi u và b m là t ng ng nhau.
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
296
76
WDM Transmissions, D. Bayart 76
Noise impact
2.log10
)10ln(/10log20)( / cOFFON
PSfG
RINfRIN
Backward pumping: induced signal RIN is negligible
Forward pumping (with VS VP):
to use in:dffRIN
PP
OSNRBB
PP
μ SASE
optelec )(2
/21
121
21
Tích phân c a t p âm t ng c ng c a RIN c truy n t i bao g m m t s h ng t p âm
ph c n thêm vào các s h ng t p âm khác, và ph i tính n nó trong khi tính toán hi usu t c a h .
77
WDM Transmissions, D. Bayart 77
Noise impact for co-pumping
= about -40dB= -43dB with SMF= -38dB with TeraLight= -14dB when channel and pump
have same group velocityConclusion:- with pump RIN of about -140dB/Hz the RIN transferred to the signal has negligible effect on the BER - avoid co-pumping with 0 near1500nm
dffRINPP
OSNRBB
PP
μ SASE
optelec )(2
/21
121
21
Example:10-dB forward gain, NRZ, 10 Gbit/s, RINP=-120dB/Hz
C ng nh th , t p âm này n t s truy nt i c a RIN th m chí có th n i tr i h ntrong m t vài c u hình.
78
WDM Transmissions, D. Bayart 78
Semi-conductor laser diodes with FBG:RIN =-130 to -110 dB/Hz
Raman lasers: RIN of about -110 to -100 dB/HzNew-type laser diodes: RIN<-160 dB/Hz
- few-mode DFB: S. Kado et al., ECOC ’01, PD.F.1.8 (Furukawa)R. P. Espindola et al., ECOC ’01, PD.F.1.7 (Agere)
- no FBG: A. Miki et al., OAA’02, OMB3-1 (Sumitomo)
SOA-based solution: RIN<-140 dB/HzD. Vakhshoori et al., OFC’03, PD47-1 (Ahura Corp.)
Pumps for co-pumping
- 145
- 140
- 135
- 130
- 125
- 120
- 115
- 110
- 105
- 100
- 95
100 1 000 10 000 100 000 1 000 000 10 000 000 100 000 000
Fréquence (k Hz)
RIN
(d
B/H
z)
gi m thi u t p âm này, vi c u tiên là ph i s d ng các quá trình b m có m t RIN r t th p. Các b m bán d n c s d ng m tcách c i n v i các ng d ng Raman hay là b m EDFA mang l i b t l i (pénalité) v icác khu ch i v t kh i vài dB. M i ây, các d ng b m m i có ít mode ã xu t hi n, nh ng r t ti c là l i sinh ra các v n khác.
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
297
79
WDM Transmissions, D. Bayart 79
Implementation of the Raman pump unit
Monitor photodiodes
l1 l1PBC
l2 l2PBC
l3 l3PBC
Mux
Mux
Isolator
Connector
Multimode diodes
Yb Laser
cavity
Multi- Raman Laser cavity splice
Pump
module
Multimode
coupler
Input
FBG
Output
FBG
DC Yb
fiber
Raman
fiber
Input FBG Output FBG
Adjustable R=X%
output FBG
Monitor PhotodiodesR = 99% R = 99%
Raman fiber laser Multi-pump module
• Up to 16 multimode pigtailed diodes 1.8W• Yb cavity: 70% slope, 270mW threshold• All-fiber Raman cavity
• 14xx nm, 400mW single mode diodes• Possibility to depolarize one diode to
reduce the number of diodes
Có hai công ngh chính t n t i cho các ngu n b m Raman. Công ngh th nh t d atrên các laser s i mà m c ích là có th phát ra nhi u b c sóng b m cùng m t lúc, hay là phát ra m t b c sóng ph cho b m b c hai n u c n thi t. Tuy nhiên RIN c a các d ngb m này quá cao có th cho phép b mcùng chi u. Gi i pháp khác là s d ng các b m bán d n cùng v i ghép kênh (multiplexage).
80
WDM Transmissions, D. Bayart 80
Other second-order effects in co-pumping
FWM occurring between pump modes may be an issue
• Creation of noise components at signal wavelengths• Function of the pump type (relationship between pump modes)• Function of the zero chromatic dispersion wavelength of the line fiber
Signal-Pump-Signal crosstalk may be also an issue
• Caused by depletion regime (pump saturation)• Impact function of the chromatic dispersion of signal wrt pump wavelength
Quá trình b m cùng chi u có th sinh ra hai lo i t p âm khác. Lo i th nh t là t p âm d ng tham s c tr giúp b i Raman, và
c hình thành b i các mode b m và các thành ph n t p âm c a nó s ch ng ch p lên tín hi u. Theo hàm nh x s không (localisation du zéro de dispersion) c atán s c trong s i truy n, t p âm này có thr t b t l i.
M t lo i t p âm th khác có th n t sbão hòa c a khu ch i b i tín hi u trong quá trình b m d ng cùng chi u. Trong tr ng h p này, các bi n i u c a tín hi u
c truy n vào khi b m, sau ó l i truy ni theo các tín hi u nh ng l ch v th i gian,
d n n các giao thoa xuyên ký t (inter-symboles).
81
WDM Transmissions, D. Bayart 81
WDM transmissions : Propagation limitation
High SNR not enough for error-free transmission ...
… also needs low deformation of the optical pulses to transmit
Impairments possibly due to non-linear effects, polarization or chromatic group velocity, polarization dependent loss, ...
Review of solutions addressing these issues : dispersion management and compensation, PMD mitigation, ...
Possibility to increase the capacity and the transmission
distance (save cost of electrical regenerators)
M t khi ta ã xác nh c m t gi i pháp th a hi p t t nh t gi a t p âm khu ch i và các hi u ng phi tuy n, ta c n ph i t i uhóa các tham s khác c a m i liên k tgi m thi u nh h ng c a các hi u ng này và bù tr chúng. Th c v y, khu ch i có th quan tr ng gi m giá thành khi nó cho phép x y ra các ph c h i i n trong m t m iliên k t ã cho.
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
298
82
WDM Transmissions, D. Bayart 82
Transmission fiber types : What are the key differentiators ?
Loss (bare fiber)
~0.19 dB/km for SMF (G.652, exists with
or without OH peak)
~0.20 dB/km for all the other
transmission fibers
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
1200 1300 1400 1500 1600L
os
s (
dB
/km
)(nm)
C LS1.3 XL
OH peak suppressed
minloss
Chromatic dispersion D (in
ps/nm.km)Chromatic dispersion slope
D’=dD/d (in ps/(nm2.km))
Effective area (in μm2)05
101520
dis
pers
ion
(p
s/n
m.k
m)
1400 1450 1500 1550 1600 1650Wavelength (nm)
C
SMF(standard
fiber G.652)
Effect of dispersion
slope
Chromatic dispersion D (in
ps/nm.km)
D( ) = D( 1)+ D’ ( 1) + ( 1)2+... D’’2
Các s i quang trên ng truy n có m ttán s c t ng ng v i s khác nhau c a t c
nhóm theo hàm c a b c sóng. i u này t ng m t cách tuy n tính v i b c sóng. V y
tán s c không gi ng nhau i v i t t ccác kênh trong b ng khu ch i.
83
WDM Transmissions, D. Bayart 83
tt
Effect of chromatic dispersion
Dispersive fiber
Different spectral
components travel at
different speeds
nh h ng c a s khác nhau c a v n t cnhóm gi a các thành ph n ph s d n nm t s m r ng v th i gian c a các xung tín hi u theo t n s c a chúng. V y t i i m thu nh n, ta không th gi i mã c tín hi u.
84
WDM Transmissions, D. Bayart 84
Slow PSP
Fast PSP
Maximum PMD : +/- 15% of bit duration
@ 40Gbit/s: 3-4ps
Optical & electronic means for mitigation
Over recently installed fiber, manageable even at 40Gbit/s over terrestrial links.
PMD
DGD (ps)
Pro
ba
bil
ity
t
DGD
t
Linear effects in fiber Polarization mode dispersion
M t hi u ng khác là s tán s c c a các mode phân c c (PMD). V y v n t c nhóm skhác nhau tùy theo các tr c riêng c a s i,nh ng tr c này bi n i nh x trong lòng s i. V y các tín hi u có phân c c thay itheo th i gian s có s chênh l ch th i gian khi các thành ph n phân c c c a chúng lan truy n. PMD là m t trung bình th ng kê c acác chênh l ch này, các chênh l ch này ph ir t y u so v i th i gian c a xung tín hi u(chính xung tín hi u thì ph thu c vào dung l ng). PMD là m t gi i h n ch y u c am t s s i khi s d ng chúng v i các dung l ng là 10Gbit/s, th m chí 40Gbit/s. M cdù có r t nhi u cách, quang h c hay i n t ,
có th gi m nh h ng c a PMD, nh ng các cách này th ng ch c s d ng riêng r cho t ng kênh và i u này làm cho giá thành c a nó tr nên r t cao so v i l i ích dtính tr c.
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
299
85
WDM Transmissions, D. Bayart 85
Limitations : short list of fibre nonlinearities
Single-channel Multi-channel
Self-phase modulation (SPM)
signal optical phase modulated proportionally to signal power;conversion to intensity «noise» by GVD.
Cross-phase modulation (XPM)
Signal optical phase modulated proportionally to power of neighboring channels;conversion to intensity «noise» by GVD.
Modulation instability (MI)
(anomalous dispersion regime only)selective amplification of noise.
Stimulated Brillouin scattering (SBS)
Retrodiffusion of energy;increases fibre loss.
Four-wave mixing (FWM)
Generation of new spectral components;crosstalk when overlap with other channels.
Kerr effect
Other interactions with medium
Stimulated Raman scattering (SRS)
Energy transfer from lower-wavelength channelsto higher-wavelength ones.
n = n( ) + n2P(t)
Aeff
ây ta nh c l i m t cách ng n g n các hi ung phi tuy n b t l i nh t và các c tr ng
c a chúng. u tiên là các hi u ng phi tuy n d ng Kerr, c sinh ra t s phthu c c a ch s chi t su t c a s i quang vào công su t c a các kênh. C ng nh v y, các công su t quang h c m nh c a các kênh
c bi n i u s làm bi n i u chi t su t và gây ra các s méo. Chi t su t có th b bi ni u ho c b i công su t quang h c riêng c a
kênh c xét t i ( ây là s t bi n i u pha hay là SPM), ho c là b i công su t c a các kênh k nhau ( ây là hi u ng bi n i u pha
an chéo nhau hay là XPM). C ng có th t nt i ó, vì do môi tr ng phi tuy n, t ngtác gi a các kênh k nhau và s hình thành các thành ph n i u ch gi a các kênh c m
ng ch ng ch p trong các kênh và suy gi mch t l ng truy n: ây là s tr n 4 sóng. Các hi u ng phi tuy n khác nh là hi u ng tán x Raman và hi u ng tán x Brillouin,
c hình thành t các t ng tác gi a các phôton hay phônon trong môi tr ng, c nglàm suy gi m hi u su t.
Các thi t h i c a các hi u ng này trong tr ng h p c th là truy n 10Gbit/giây
c ch rõ trong các slides k ti p.
86
WDM Transmissions, D. Bayart 86
Effect of SPM : Example of waveforms distorted by SPM
2 dBm
17 dBm
18 dBm
20 dBm
9 kmDCF
80 kmSMF
80 kmSMF
9 kmDCF
Tx Rx
SPM primarily affects leading/trailing edges of pulses
Pin Pin
Pin:
u tiên chúng ta ã c tr ng méo sinh ra do quá trình t bi n i u pha hay còn g ilà SPM (Self Phase Modulation). S thí nghi m nh sau: hai o n s i chu n dài 80km có tán s c c bù tán s c b i s ibù tr . Ta truy n m t b c sóng duy nh ttrên ng (v y không có hi u ng phi tuy nan chéo) và ta t ng d n d n công su t c a
kênh làm n i b t các hi n t ng méo sinh ra. Trên các ng cong ti p theo, ta bi udi n các xung theo hàm c a th i gian v im i kênh khác nhau. V i 2dBm trên m tkênh, ta nh n th y r ng méo c a các xung là t i thi u và r t d dàng phân bi t giá tr ‘1’ và giá tr ‘0’. Trái l i, khi công su t t ng, hi u ng c a SPM càng ngày càng rõ nét và ta nh n ra r ng u tiên các xung b nh h ng lên m t lên và m t xu ng, tr c khi bméo hoàn toàn các công su t cao h n n a.
i u ó s làm cho vi c xác nh các 0 và 1 tr nên khó kh n.
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
300
87
WDM Transmissions, D. Bayart 87
Effect of XPMExample of waveforms distorted by XPM
Transmission over 2x100 km NZDSF
(GVD = 3ps/nm.km)
2 channels at 10 Gbit/s :signal : Pins = 2 dBmpump : Pinp = 13 dBm
Pump-signal delay varies by 20 ps
steps
Recorded through 15 GHz photodiode
Distortions depend on the modulation of adjacent channels
Trái l i, méo gây b i XPM u nh vnhi u nh t trên m t lên và xu ng c a các xung và i u này r t khó ch u. Th c v y, méo c t o thành b i s bi n i u c a các kênh k bên kênh ang xét và làm cho các thông tin b suy gi m. Ta ã làm rõ hi u ng này khi truy n hai kênh trên 200km s i có tán s c kém ( i u này làm t ng hi u su tXPM). Hai kênh c bi n i u10Gbit/giây. Kênh tín hi u có công su t2dBm (là công su t th p h n ch hi u ng SPM t p trung vào hi u ng an chéo) và m t kênh b m có công su t 13dBm a vào t XPM c a ph n c ng bi n i u c a nó. Ta ã xem xét s tr i n gi a các bi n i u
c mang b i hai kênh, và ta nh n th yr ng các méo d ch chuy n trong các xung c a kênh c dò. Ta c ng nh n th y s xu thi n các nh hay các h . i u này r t phi nvì trong th c nghi m ta không ki m soát
c các thông tin c truy n b i các kênh, i u này làm cho các hi n t ng méo này
xu t hi n m t cách r t ng u nhiên trên các tín hi u xác nh c, làm cho vi c t i uhóa s l a ch n pha và ng ng chính xác phân bi t 0 v i 1 tr nên r t khó kh n.
88
WDM Transmissions, D. Bayart 88
Effect of XPMImpact of spectral spacing and GVD
XPM penalty increases significantly when • spectral channel spacing is reduced• the local dispersion of the fibre is reduced
Note : at 50 GHz spacing (dotted), filter cross-talk causes 1dB penalty
Pins = 2 dBm
Pinp = 8 dBm
NZDSF(GVD=3ps/nm.km)
SMF(GVD=17ps/nm.km)
XP
M P
en
alt
y (
dB
)
Channel spacing (GHz)
0123456
0 200 4000123456
0 200 400
Hi u ng XPM này càng có hi u l c khi tán s c c a s i y u và khi các kênh ctruy n có b c sóng g n nhau, b i vì b csóng t ng tác gi a các xung c ng l n h nvà các hi u ng c ng c khu ch i. Ngay khi ó, khi ta xét các quá trình truy n c n
n s góp m t c a các b ghép kênh r tch t trên các s i có tán s c y u, s bi n
i u pha an chéo s là m t hi u ng r t h nch . Trái l i, ta nh n th y r ng v i các tán s c y u, hi u ng này c gi m i r tnhi u.
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
301
89
WDM Transmissions, D. Bayart 89
Effect of FWMImpact of the fibre GVD
50 GHz spacing
Worst case configuration only
NZDSF(GVD=3ps/nm.km)
SMF(GVD=17ps/nm.km)
Pins = 2 dBm
Pinp = 8 dBm
f1 + f2 = f3 + f4
With only two channels :
f4 = 2f2 - f1
or f4 = 2f1 - f2
2f1-f2 2f2-f1
f1 f2
High intensity of FWM intermodulation products over low local dispersion fibre
Trên slide này, các b n có th th y nh h ng c a s tán s c lên hi u su t c a vi ctr n b n sóng. Th c v y, tán s c càng kém thì l ch pha gi a các kênh càng kém và hi u su t tr n b n sóng càng cao. Ta có th th y rõ ây r ng: v i các tán s c
nh x y u, các thành ph n sinh ra t phách gi a các kênh càng rõ nét, và vì v y ta không th phân bi t c chúng kh i t p âm trong tr ng h p tán s c m nh. Ta th y r t rõ ây r ng trong tr ng h p s l ng kênh l n
và cách u nhau v m t b c sóng, các thành ph n intermodulation s xu t hi nch ng ch p lên các tín hi u và làm suy gi mchúng.
90
WDM Transmissions, D. Bayart 90
Road to 10 Tbit/s: fiber typesChromatic dispersion
In terrestrial systems, re-use installedfibers whenever possible!
-10
-5
0
5
10
15
20
Ch
rom
ati
cd
isp
ers
ion
(p
s/n
m.k
m)
1400 1450 1500 1550 1600 1650Wavelength (nm)
DSF(dispersion-
shiftedfiber)
Cband
At the beginning of the WDM era:
SMF(standard
fiber)
dispersive fiber(here +D)
time time• Near zero-dispersion region ideally
suited for single-ch. (cf. soliton)• but, because of cross-nonlinearities (most limiting effect at Nx10Gb/s), forbidden for
WDM operation.
#2 #1
#2
#1
DL
#2 #1
N u nh ta mu n có tán s c nh xm nh có th gi m thi u các hi u ng phi tuy n an chéo trong tr ng h p truy ndùng k thu t WDM, thì s t n t i c a chnh ng h th ng n kênh và vi c không có DFC có m t mát kém trong nh ng n mc a th p niên 80 ã d n n vi c hi u ch nh các s i G653 (DSF) mà i m không c atán s c (zéro de dispersion) n m trong vùng m t mát y u c a các s i. Trái l i, các s i theo qui c có i m không c a tán s c vào kho ng 1,3 m. có th s d ngcác s i này các n c có liên quan (Italy, Mêhicô, Nh t B n), các h th ng v n hành v i b ng L ã c ngh , c ng cho phép tìm th y các giá tr khác không c a tán s c.
91
WDM Transmissions, D. Bayart 91
0.1
1
10
1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000
Tb
it/s
A. Chraplyvy et al., OFC’94 (NZDSF+/-)
-10
-5
0
5
10
15
20
Ch
rom
ati
cd
isp
ers
ion
(ps/n
m.k
m)
1400 1450 1500 1550 1600 1650
(nm)
DSF
SMF Cband
H. Taga et al., ECOC’94 (NZDSF+/-)
NZDSF-
NZDSF+
Nx10Gbit.sf<200GHz
To avoid zero-dispersion region:
Non-zero dispersion-
shifted fibers
NZDSF+ or NZDSF-
but ch. spacing started narrowing...
D. Garthe et al., ECOC’96 (NZDSF-)
Road to 10 Tbit/s: fiber typesFirst-generation NZDSF fibers
Sau ó, các s i NZDSF ã c a ra gi m ch t l ng c a DCF so v i các s iSMF (ta bi t r ng DCF c l p t t ng gi a c a các EDFA làm suy gi m rõ r t hs t p âm c a chúng và mang theo m t ph nquan tr ng các hi u ng phi tuy n mà các tín hi u g p ph i). Trong tr ng h p này, i mkhông c a tán s c ã c t ngay c nhb ng c a các EDFA. Tuy nhiên, m c c atán s c là quá y u có th cho phép truy n10 Gbit v i các kho ng cách gi a các kênh nh . V y các th h u tiên c a các s iNZDSF bán c t ng i ít.
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
302
92
WDM Transmissions, D. Bayart 92
Transmission fiber
Compensating fiber
disp
ersi
ohC
umul
ated
di
sper
sion
distance
Average GVD
ReceiverTransmitter
Residual GVD
+D
-D -D -D -D
+D +D
Location of DCMs critical
to assess performance!
= dispersion map(use simulation tools)
Effect of uncompensated dispersion slope
Over long distances, or at high rate
(40Gbit/s), DCMs withdispersion slope
compensation
capability needed
Road to 10 Tbit/s: fiber typesDispersion compensation
i v i các s i DCF c ng ã r t c n ph i tc nhi u ti n b . Th c v y, vì tán s c
c a các s i bi n i theo b c sóng, tán s c c a DCF c ng ph i bi n i cùng m t tl nh v y. Vi c không c bù tr c ad c (slope) này mang n u thu m ttán s c g p l i khác không và bi n thiên theo các kênh òi h i ph i có m t s bù tr t ng kênh m t.
93
WDM Transmissions, D. Bayart 93
Cum
ulat
ed
disp
ersi
on
distance
Cum
ulat
ed
disp
ersi
on
distance
Cum
ulat
ed
disp
ersi
on
distance
No/partial dispersion
slope compensation
No/partial disp. slope
compensation but
channel by channel
compensation at
receiver end (cost!)
Full dispersion slope
compensation
ChannelsPena
lty
ChannelsPena
lty
ChannelsPena
lty
Residual dispersion
discrepancies
In-line compensation
discrepancies
Variations in local
dispersion
Dispersion slope compensation issuesNh ch ra ây, tuy th nh ng s bù trt ng kênh m t t i i m thu nh n ã xu thi n quá ch m có th bù tr các hi u ng
c s n sinh m t cách hoàn h o, và l i t nkém. V y i u quan tr ng là ph i có m tDCF c ng có th bù tr c d c c a s i.
94
WDM Transmissions, D. Bayart 94
0% dispersion slopecompensation
Channels
Erro
r rat
e 50% dispersion slopecompensation
Channels
Erro
r rat
e
dispersive fiber(here +D1)
Cu
mu
late
d
dis
pe
rsio
n
(ps
/nm
)
Distance (km)
typ. 80-100km
Dispersion and dispersion slope compensation with WDM transmissions
Compensating fiber (-D2)
100% dispersion slopecompensation
Channels
Erro
r rat
e
S chênh l ch c a hi u su t theo các c uhình m t l n n a l i c th hi n trên slide này.
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
303
95
WDM Transmissions, D. Bayart 95
+Line fiber
Dis
pers
ion
0
15
Wavelength1520 1580
Matched compensating fiber
Dis
pers
ion
-80
-100
Wavelength1520 1580
Matching the line fiber with the compensation (1) V y các DCF t ng thích v i s i ã cphát tri n.
96
WDM Transmissions, D. Bayart 96
ZOOM
+Line fiber Matched compensating fiber
Wavelength1520 1580-20
20
Dis
pers
ion
Matching the line fiber with the compensation (2)Trong tr ng h p này, t t c các kênh có ucó tán s c hoàn toàn c bù tr trên
ng truy n.
97
WDM Transmissions, D. Bayart 97
Wavelength1520 1580
-0.75
0.75
Dis
pers
ion
0Key parameter for broad-band
slope compensation
Slope of the slope also impacts !
For negative dispersion fibers, the dispersion is not linear ...
Criteria : Residual Dispersion Slope (RDS)
Tuy nhiên, bù tr các bi n thiên b c nh t c atán s c v i b c sóng là ch a so v i các dung l ng r t cao (40 Gbit/s) và ch riêng các chênh l ch do bi n thiên b c hai không
c bù tr là ã gây ra tán s c quá m nh i v i m t vài kênh ngang.
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
304
98
WDM Transmissions, D. Bayart 98
Dispersion and dispersion slope simultaneouscompensation
G.655 fibers
0.0065 0.0102 0.0202
TeraLight Truewave-RS LEAF
RDS (nm-1)
Transmission fiber
Lline, Dline, D’line
Compensating module
LDCF, DDCF, D’DCF
1 span :1 span :
Dispersion compensation: DlinexLline=-DDCFxLDCF
Slope compensation: D’linexLline =- D’DCFxLDCF
Parameter to consider: RDSRDS (D’fiber/Dfiber)
More and more difficultdifficult and expensiveexpensive to compensate
Các DCF t ng thích v i m i lo i s i cáp ã c phát tri n, v i s bù tr d c
t ng i t t có th theo t ng lo i s i.
99
WDM Transmissions, D. Bayart 99
-10
-5
0
5
10
15
Ch
rom
ati
cd
isp
ers
ion
(ps/n
m.k
m)
1400 1450 1500 1550 1600 1650
(nm)
DSF
SMF Cband NZDSF+
Nx10Gbit.sf=100GHz
TW RS
LEAF or Freelight
0.1
1
10
1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000
Tb
it/s
Lband
NZDSF fibers (only + D) with slightly larger dispersion, and
• larger effective area toreduce all non-linear effects• low dispersion slope to reduce ch. heterogeneity.Both beneficial, but not in the same fiber type!While L-band appears out ofzero-disp. region, ch. spacing narrowed again...
V. da Silva et al., ECOC’97 (LEAF) D. Peckham et al., ECOC’98 (RS)
Road to 10 Tbit/s: fiber types : 2nd generation NZDSF fibers (1)
M t th h th hai c a lo i s i NZDSF sd ng m t ti t di n hi u d ng r ng h n ã
c phát tri n v i m c ích gi m b t các hi u ng tán s c y u so v i các hi u ng phi tuy n. V l i, d c c a tán s c ã cgi m. Lo i s i này c ng cho phép truy nNx10Gbit/s v i kho ng cách gi a các kênh là 100GHz trong b ng C.
100
WDM Transmissions, D. Bayart 100
Effective area / dispersion slope trade-offs
Lo
wer
is b
ett
er
Higher Aeff reduces non-linearities
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
0.11
50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100Effective Area (μm²)
Dis
pe
rsio
n S
lop
e (
ps
/nm
².k
m)
LEAF
Truewave Truewave RSRS
TeraLightTeraLight
Simulation data
(simulation work based on conventional fiber profiles)
C n ph i tìm m t th a hi p i v i vi c cht o các s i NZDSF v a t ng t i a ti tdi n hi u d ng và gi m thi u d c tán s c,mà v n gi c m t mát nh . Vùng trong ó d c c a tán s c t ng ít so v iti t di n hi u d ng ã c xét n i v icác s i NZDSF th h m i.
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
305
101
WDM Transmissions, D. Bayart 101
Dispersion compensation:
Revitalized SMF-based networks, DCM loss being masked by dual-stage amplifiers
Dispersion Compensating
Module = module withdispersion of opposite sign to that of transmission fiber.
Technologies :• Dispersion Compensating Fiber (by far the most widely employed), • Higher-order mode fiber, • Virtual imaged phased array• Fibre Bragg Grating
DCM
EDFAEDFA-8 dBm +17 dBmDCM
• In linear systems, dispersion compensation located anywhere without performance variations.• But… do linear systems really exist ?
From dispersion compensation to dispersion managementV i các m t mát ít c a chúng và thiên h ngqu n lý t p h p các kênh trên cùng m t s i, DCF c s d ng v i các DCM-Các modun bù tán s c. Khi không có các hi u
ng phi tuy n ( i u này không bao gi x yra), s b trí các mo un DCF trên ngkhông nh h ng t i hi u qu c a h . Mà hoàn toàn trái l i ! … vì chính là sau mo unbù tr (n m t ng gi a các EDFA) mà các m c c a công su t là cao nh t trong m i liên k t. H n n a, vì công su t u vào c a các DCM c n ph i l n tránh nh h ng quá m nh c a t p âm c a t ng th hai c aEDFA, i u này l i sinh ra m t s l ng l ncác hi u ng phi tuy n trong DCF, h n n acác s i v b n ch t là có lõi nh nên các hi u
ng này l i càng t ng m nh.
102
WDM Transmissions, D. Bayart 102
A powerful technique for nonlinearity suppression : Dispersion Management
Dispersion management
High local dispersion: reduction of nonlinear impairmentsLow average dispersion: weak signal distortion
Dis
pe
rsio
n
Distance
Management period
D+D+ D-D-D+ D- D+ D- D+ D-
Study of the optimum dispersion mapDefinition of the next generation WDM fibre
M t trong các k thu t hi u qu nh t hi nnay ch ng l i s suy thoái do các hi u
ng phi tuy n d ng Kerr là trông c y vào vi c qu n lý tán s c. Th c v y, gián ti pdo tán s c mà méo sinh ra t các hi u
ng phi tuy n làm bi n d ng các xung tín hi u truy n. H n n a, ta ã th y r ng tán s c nh x cao h n ch các hi u ng XPM và FWM. Tuy nhiên, c ng ph i lo i b stích t c a tán s c b i vì nó làm suy gi mph m ch t c a các xung. Vi c qu n lý hi nt ng tán s c cho phép t c th a hi pnày b ng cách có m t s i tán s c m nh cbù tr m t cách tu n hoàn b i s i bù tr có
tán s c m nh theo chi u ng c l i. C ngnh th , s tán s c nh x là r t m nh nh ng tán s c trung bình l i r t nh . Sbù tr tán s c c a s i c ti n hành u ntrên ng truy n, v i m t l ng bù tr nh t
nh khi phát và khi thu nh n.
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
306
103
WDM Transmissions, D. Bayart 103
Dispersion Management : Residual dispersion is no more the criterion
Alternate NZDSF(+3.0 / -2.7 ps/nm.km)
Alternate NZDSF(+3.0 / -2.7 ps/nm.km)
-1
5
1 3 5 7
Length (km)
Cu
m.d
isp
. (p
s/n
m)
-1
5
1 3 5 7
Length (km)
-800
0
800
0 200 400 600-400
0
1200
0 200 400 600
Pen
alt
y (
dB
)
Ch. number Ch. number
Residual dispersion = 350 ps/nm at the centre of the multiplex
Due to nonlinearities, residual dispersion is no more the criterion !
NZDSF+(+3 ps/nm.km)
-1
5
1 3 5 7
Length (km)
0
1600
0 200 400
Ch. number
600
ch ra tính ph c t p c a vi c t i u hóa m t c u trúc bù tr nh v y, ta gi i thi uây 3 bi u bi u di n tán s c tích t
theo kho ng cách truy n, và các b t l i(pénalité) t ng ng nh n c t i i m thu trên 8 kênh truy n. b t l i càng nh thì truy n càng t t. L u ý r ng ba c u trúc bù tr này u mang l i m t giá tr c a tán s c tích l y, trong ch tuy n tính, i unày làm cho chúng có cùng m t hi u su t. Tuy nhiên, khi xu t hi n các hi u ng phi tuy n, các hi u su t truy n l i r t khác nhau. Bi u gi a (màu xanh da tr i) cho ta hi u su t r t t t trong khi hai bi u kia cho ta các b t l i r t m nh trên m t vài kênh (màu vàng) ho c t t c các kênh (màu xanh lá cây). S chênh l ch v hi u su t này là do s xu t hi n c a các hi u ng phi tuy n mà các hi u ng này t ng tác v i các tín hi utheo các cách khác nhau trên ng truy ntùy theo c u trúc bù tr mà ta l a ch n. i unày ch ra s c n thi t t i u hóa m t cách tinh t c u trúc c a các h th ng truy n có th gi m thi u các hi n t ng méo.
104
WDM Transmissions, D. Bayart 104
-4000
400800
12001600
0 200 400 600Length (km)
Cum
.disp
. (ps
/nm
)
-800
-400
0
400
800
0 200 400 600Length (km)
Cum
.disp
. (ps
/nm
)
05
10
1 8
Numerical
Experimental
05
10
1 8Pena
lty (d
B)@
10-
10BE
R
Channel number
Best maps
8x10 Gbit/s, 200 GHz spacing, 200 ps/nm - step optim.
Dispersion ManagementExp. & numerical optimisation
Terminals and in-line compensation compulsory
Terminals
comp. only
Terminals &
in-line comp.
Chúng ta có th t h i r ng v y b t l i slà bao nhiêu n u nh h th ng ho t ng khi ch a bù tr vào các u mút c a ng truy n ( ây là bên trái) khi so sánh v i bù tr trên ng truy n. Ta th y r ng n u chcó bù tr các u mút, m c dù tinh nh t có th , thì c ng là ch a khi các hi u ng phi tuy n r t m nh, và c n ph i tr thêm vào óh bù tr trên ng truy n có th mb o b t l i nh khi truy n trên các kênh (g n nh b ng không ây).
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
307
105
WDM Transmissions, D. Bayart 105
-800-400
0400800
1200
0 100 200 300 400
C-Band L-Band
Cum
ulat
ed d
ispe
rsio
n ( p
s/nm
)
Transmission length (km) Transmission length (km)-800-400
0400800
1200
0 100 200 300 400
#1
#80
#81
#150
Dispersion mapInvidual dispersion compensation for each band
Almost 100% in-line compensationCommon DCF length optimized in the booster and in the preamplifierResidual dispersion range:
470 ps/nm between ch. #1 and ch. #80 in C-band, 550 ps/nm between ch. #81 and ch. #150 in L-band.
Trong th c nghi m, ta tìm cách s d ng cùng m t chi u dài DCF trong m i m t bkhu ch i. gi m thi u nh h ng c acác hi u ng an chéo gi a các kênh, c nph i tránh vi c ng b l i thông qua DCF trong khi chúng truy n qua các EDFA. M ts siêu bù tr (surcompensation) c ng có th
c s d ng, i u này cho ta m t d cc a tán s c tích t theo kho ng cách. Mo unc a DCF c t u vào c a h cho phép ng b l i các kênh trong khi DCF t
u ra s t i u hóa giá tr tán s c tích tt ng c ng. M t h a v tán s c nh v yc ng cho phép h th ng ho t ng v i b tl i nh . V i m t ch c n ng s d ng ngth i b ng C và b ng L, các mô un DCF khác nhau c s d ng v i m i d i b ng t n.
106
WDM Transmissions, D. Bayart 106
TeraLightTM Fiber
-800
-400
0
400
800
1200
0 100 200 300
Dis
p. (p
s/n
m)
L-Band
#65#128
-800
-400
0
400
800
1200
0 100 200 300
C-Band
#1#64
Transmission length (km)
Very high spectral efficiency enhanced cross-nonlinearities
TeraLightTM dispersion-optimised NZDSF fibre (8ps/nm.km at 1.55 μm)
large effective area (65 μm2 at 1.55 μm)
low dispersion slope (0.057ps/nm2.km)
larger dispersion makes dispersion slope easier to compensate for
S i TeralightTM c ng ã c ch t o có th tính n toàn b các yêu c u trên. Giá trtán s c c a s i cao h n so v i các lo iNZDSF khác, i u này làm gi m nh h ng c a các hi u ng phi tuy n, h n n a nó có m t ti t di n hi u d ng l n mà v n gi c
d c c a tán s c nh . V l i i u này cbù tr d dàng v i m t DCF vì giá tr c a tán s c c a nó cao h n. Giá tr ó nh h n m tn a giá tr c a SMF, i u này c ng làm gi ms l ng c a DCF có m t trong các EDFA, gi m c các hi u ng phi tuy n trong ó và b o m m t h s t p âm c c i thi n.
107
WDM Transmissions, D. Bayart 107
From Nx10Gbit/s to Nx40Gbit/sEstimation of system margins
Op
era
tin
g p
ow
er
pe
r c
ha
nn
el
at
fib
er
inp
ut
Nx10Gbit/s0.2 bit/s/Hz
Erbium only
Nx40Gbit/s0.4 bit/s/Hz
Erbium onlyUpper power limit(non-linear effects)
Lower power limit(dictated by SNR)6dB
>5dB ?
Nx40Gbit/s0.4 bit/s/Hz
dual-stage Er
/Raman
0.5 dB
Estimations assuming 100km-long spans of fiber
3 dB
5 dB FECreduced by forward error correction (FEC)
5 dB FEC
5 dB FEC
ZONE OF OPERATION
M t câu h i quan tr ng có liên quan n sdi chuy n các h th ng t m t dung l ng
n v 10Gbit/s n 40Gbit/s. B ng l c c ab thu nh n s t ng lên 4 l n, i u này có ngh a là t p âm phách tín hi u/t phát sm nh h n 6 dB. V l i, v i 40Gbit/s, các hi u ng xuyên kênh (intercanaux) tr thành h n ch và c n ph i gi m công su t các kênh i nhi u dB. Dung sai (tolérence) trên công
su t c a các kênh nh n c c ng gi mm nh. Khu ch i Raman cho phép c i thi nhi u su t t p âm i vài dB trong khi công su t c a các kênh c n ph i gi m i m t chút
có th gi cho các hi u ng phi tuy nkhông i. Cu i cùng, các th h m i c a mã s a l i ã mang n m t gi i h n ph áng k b t k là v i lo i h th ng nào, ít nh t là
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
308
t c m c t p âm òi h i, xa nh t là s có th truy n kênh mà không còn b t l i(pénalité).
108
WDM Transmissions, D. Bayart 108
WDM transmissions : Record experiments
How getting highest capacity / spectral efficiency by an
appropriate channel power management giving :
- High output SNR
- Compensation of non-linear effects
and owing to :
- Efficient modulation format / detection scheme
- Overhead in data supported by the signal
V y các hi u su t t t nh t nh n c khi t iu hóa toàn b các thông s . u tiên, các
b khu ch i quang b ng r t r ng c sd ng trích ra m t ph n trên t t c d i b ngtruy n có th có trong s i. Sau ó, trong vi cqu n lý m t cách t t nh t các hi u ng x ukhi truy n kênh trong m t b ng truy n r ng nh v y, i u c n thi t là ph i xác nh các
c tr ng t t nh t có th i v i s i truy nthích h p nh t, nh ng v n ph i ti p t cnghiên c u các hi u ng h n ch khi mà b ng truy n thì ngày càng t ng, có ththoát kh i i u ó m t cách t t nh t.
Sau ó, c ng c n thi t ph i s d ng các d ng bi n i u thích h p nh t cho vi c s d ng toàn b b ng truy n và xác nh s th a hi pt t nh t l u l ng c a t ng kênh/kho ngcách gi a các kênh, bi t r ng l u l ng c am t kênh càng t ng thì càng khó qu n lý các hi n t ng h n ch , và c ng nh v y khi ta cho các kênh ti n l i g n nhau.
109
WDM Transmissions, D. Bayart 109
Principle of the 10-Tbit/s experiment
Wavelength (nm)1600 1601 1602 1603
Left-side
filter
Right-side
filter
Pow
er
20dB
/Div
.
50GHz 75GHz
z
y
x
Alternative 75 GHz and 50GHz channel spacings
Vestigial side-band filtering at the receiver end
Polarization division multiplexing
Record spectral efficiency 1.28bit/s/Hz
ch ra các t i u này, m t thí nghi mnh m m c ích truy n v i dung l ng t ng c ng 10Tbit/s ã c thi t l p. t ng t i
a m t ph c a thông tin mà v n gi ct i thi u các hi u ng gi a các kênh, m t bghép kênh phân c c ã c s d ng, c ng nh v y, l n u tiên i v i các h quang h c, m t k thu t nh n b ng ngang c ng ã
c s d ng. K thu t này s d ng thông tin c mã hóa i x ng trên các kênh, c ng cho phép dò ngang (détection latérale).
i u này c ng cho phép m t s ch ng ch pc a các kênh lên ph , và vì v y ta có m tm t thông tin cao h n (1,28 bit/s/Hz).
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
309
110
WDM Transmissions, D. Bayart 110
C
LRx
100 kmTeraLightTM
PBS
1x32
42.6Gb/s223-1 FEC
Q
Q
M-Z
M-Z
#1
#128
3dB
DCF
C
L
Polar.demux.
C
L
DCF
L
DCF
C
42.6Gb/s215-1 FEC
Q
Q
M-Z
M-Z3dB
DCF
C
1x32L
3dB
C
L
1x32C
1x32L
3dB
C
L
Experimental set-up
Erbium amplifiers and Raman amplifiers,Full 40 Gbit/s ETDM equipment with FEC at Tx / Rx (Si-Ge technology).
M t l u l ng trên m t kênh là 40 Gbit/s ãc s d ng cho m t t p h p 128 kênh.
Các o n c a chu i các xung khác nhau ãc l a ch n v i hai b bi n i u sao cho
có th tránh c t t c các hi u ng k t h pkhông mong mu n. Khu ch i EDFA và Raman và s bù tr tán s c v i m i b ng b o
m cho s v n hành c a b ng C và b ng L. Cu i cùng, m t s v t tr i dung l ng ãcho phép s d ng mã s a l i m t cách có hi u qu và s i TeralightTM ã c s d ng.
111
WDM Transmissions, D. Bayart 111
Experimental spectra
C-band L-band
Wavelength (nm)
P(d
Bm
)
Booster
input
Pre-amplifierinput, Raman
pumps off
Pre-amplifierinput, Raman
pumps on (17dB gain).
-45-35-25-15
-5
-55-45-35-25-15
-35-25-15
-55
1520 1540 1560 1580 1600 1620
-35-25-15
-55
Booster
output
(a)
(b)
(c)
(d)
Các ph tín hi u ã c qu n lý sao cho giv ng c SNR cao trên t p h p các kênh. C ng nh th , các EDFA c ch t o sao cho có m t d c ph khi phát có th bù tr hi u ng Raman phát sinh trong s itruy n.
112
WDM Transmissions, D. Bayart 112
Experimental results
253035
253035
1525 1545 1565 1585 1605
10-3
10-4
10-5
10-6
Wavelength (nm)
un
co
rre
cte
dB
ER
SN
R (
in 0
.1n
m)
Left-side
filtering
Right-side
filtering
Left and
Right-side
filtering
Các giá tr c a t s l i Bit o c c bên này và bên kia các kênh u kh p v i các SNR ã c ghi l i.
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
310
113
WDM Transmissions, D. Bayart 113
Measured FEC performance at 40Gbit/s
1.0E-15
1.0E-14
1.0E-13
1.0E-12
1.0E-111.0E-10
1.0E-09
1.0E-08
1.0E-07
1.0E-06
1.0E-04 1.0E-03
BER without FEC
BE
R w
ith
FEC
All the channels exhibit uncorrected BERs larger than 10-4.
Error-free transmission afterForward error correction
BER < 5. 10-15 after correction
Sau khi s a b ng thu t toán t i i m thu nh n, s truy n h u nh không có l i cch ng minh, nó c ng ch ra hi u l c c a các mã s a l i i v i các h th ng truy n.
114
WDM Transmissions, D. Bayart 114
10 Tbit/s experiment : Features
10.2 Tbit/s capacity over 100km TeraLightTM fiber
Record spectral efficiency = 1.28 bit/s/HzVestigial side-band filtering in receiver Specific wavelength-allocation schemePolarization division multiplexing
Full 42.6Gbit/s ETDM equipment with FECC
Er/Raman amplifiers.
Thí nghi m này c ng ch ra dung l ng truy n cao h n 10 Tbit/s trong s i quang theo các t i u hóa liên ti p khác nhau. Kho ng cách truy n t ng c ng c th chi n là 300 km.
115
WDM Transmissions, D. Bayart 115
Record spectral efficiency: 1.28 bit/s/Hz
>1 Mio. ADSL internet-links or 200 Mio. ISDN lines over one fiber
TeraLight Fibers
RamanPumps
C/L-BandEDFAs
40 Gbit/s ETDM Tx/Rx(using SiGe electronics)
64 C-band laser diodes
64 L-bandlaser diodes
Multi-Terabit/s transmission capacity10.2Tbit/s (256 x 42.7Gbit/s)
Hình v này ch ra các thi t b khác nhau c s d ng trong thí nghi m v i các b
phát/thu ho t ng t t c b ng i n t i40Gbit/s.
Dung l ng 10Tbit/s này c ng cho phép cung c p 1 tri u ng truy n ADSL 1Mbit/s cho m i ng.
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
311
116
WDM Transmissions, D. Bayart 116
RxC
L
SMF*
L
C
SMF*
C
L
#1
#79M-Z
Q
Q
1x40
#2
#80M-Z1x
40
42.7Gb/s231-1
PBC
Bessel 12GHz
Bessel 12GHz
Q
QC-Band : ch. 1 - 80
L-Band : ch. 81 - 159 LOOP
Evaluating Transmission Systems over Ultra-long haul distance : lab experimental set-up
42.7Gb/s231-1
Recirculation loops : an economical tool for the assessment of novel 40 Gbit/s technologies
*SMF : Single Mode Fiber
c l ng dung l ng truy n c a nh ng dung l ng r t l n trên các kho ng cách dài, m t vòng l p tu n hoàn ã c s d ngcó th mô ph ng h th ng th c mà không c n ph i tri n khai t t c chi u dài s i mong mu n, t t các các thi t b c s d ng v nnh c .
117
WDM Transmissions, D. Bayart 117
Possibility to evaluate the transmission of the channels over any distance Enables system validation of the potential technologies for 40 Gbit/s
C
L
C
L
DCF*
x2
100 kmDGEC
DGEL
C
L
7x
C
L
100 km
Tx(159x42.7Gbit/s)
Rx
Evaluating Transmission Systems over Ultra-long haul distance : composition of the loop
*DCF (Dispersion Compensating Fiber
Trong vòng l p này, ba liên k t ã c bi udi n và hoàn toàn c trang b b ng các khu ch i và bù tr tán x . Các kênh c ng s c l p l i m t s l ng l n cho n khi
t c kho ng cách truy n mong mu n.
118
WDM Transmissions, D. Bayart 118
Time synchronization in order to select the targeted distance
C
L
C
L
DCF
x2
TeraLightTM Ultra100 km
DGEC
DGEL
C
L
7x
C
L
100 km
Tx(159x42.7Gbit/ s)
Rx
C
L
C
L
DCF
x2
TeraLightTM Ultra100 km
DGEC
DGEL
C
L
7x
C
L
100 km
Tx(159x42.7Gbit/ s)
Rx
C
L
C
L
DCF
x2
TeraLightTM Ultra100 km
DGEC
DGEL
C
L
7x
C
L
100 km
Tx(159x42.7Gbit/ s)
Rx
C
L
C
L
DCF
x2
TeraLightTM Ultra100 km
DGEC
DGEL
C
L
7x
C
L
100 km
Tx(159x42.7Gbit/ s)
Rx
Loop operating modei u khó kh n làm ch là vi c qu n lý
th i gian m và óng vòng l p. u tiên, các kênh n p vào vòng l p cho n khi nh n
c i m v n hành n nh, sau ó vòng sc óng l i. T i i m thu, ta ph i o tín
hi u t i th i i m t ng ng v i s l ng vòng mong mu n.
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
312
119
WDM Transmissions, D. Bayart 119
Channel spectrum after 2,100km transmission
Wavelength (nm)
Po
wer
(10d
B/d
iv)
1545 1585 160515651525
Resolution 0.05nm
C-Band L-Band
All 40-Gbit/s channels successfully transmitted with high Signal-to-Noise ratio
Ta c ng có th thi t l p ph c a các kênh truy n sau khi truy n trên vài nghìn km chi u dài.
120
WDM Transmissions, D. Bayart 120
High capacity transmission results at 40 Gbit/s
Ca
pac
ity x
dis
tan
ce
(Pbi
t/s.k
m)
0.01
0.1
1
10
100
04/97 09/98 01/00 06/01 10/02 02/04
6 Tbit/s
over 6120 km
OFC’04
Lucent & OFS NTTSiemensOthersAlcatel R&I
Tyco
ALCATEL TECHNOLOGY IS LEADING THE RACE !
M t thí nghi m theo vòng l p v i 150 kênh 40 Gbit/s (6Tbit/s) c ng ã c th c hi ng n ây trên 6120 km và c trình bày t ih i ngh qu c t v truy n thông b ng s icáp quang. K t qu này t c k l c hi nnay v tích s gi a dung l ng và kho ng cách, ã không ch ch ra kh n ng phát các dung l ng cao, mà còn ch ra kh n ng truy n trên các kho ng cách v t i d ng.
121
WDM Transmissions, D. Bayart 121
All-optical in-line regeneration:• Soliton propagation + Periodic ‘simple’ intensity modulation• ---> Noise and distortion suppression• ---> Unlimited transmission distance
Study of different configurations and modulator structures & technologies
Submarine transmission : Optical regeneration
Only narrow bandwidth modulation (at clock frequency)
Regenerator
modulator
filter
DM propagation(reduced channel spacing)
DM propagation(reduced channel spacing)
Conversion to NLS-Soliton(restoration of reg. efficiency)
Conversion Fiber
có th bao trùm c các kho ng cách dài nh mong mu n mà không ph i s d ng các thi t b ph c h i i n t n kém, kh n ng ph c h i v biên và t p âm c a các kênh,
ng b hóa l i, và a tr l i d ng ã cnghiên c u. Có r t nhi u nghiên c u ã cth c hi n, trong ó Alcatel thu c lo i hàng
u, nh ng ch a có nghiên c u nào t t ivi c s d ng m t thi t b duy nh t cho toàn b các kênh, và v y là ch ra chênh l ch áng k v giá thành i v i các thi t b
i n hi n có.
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
313
122
WDM Transmissions, D. Bayart 122
5
6
7
8
9
0 5000 10000 15000 20000
Distance (km)
Qa-f
ac
tor
BER=10-9
Q-f
ac
tor 10Mm
eyes at
40Gbit/s
and
10Gbit/s
single-electrodepush-pull
V1
V2in out
• Polarisation independent• Wavelength Insensitive (1545-1560nm)
• Independent control of IM/PM• Negligible WDM crosstalk
40 Gbit/s optical regeneration for submarine transmission: Semiconductor InP modulator
M t tín hi u c ng ã c truy n trên vài nghìn km v i b ph c h i quang tu n hoàn trên chi u dài ng truy n.
123
WDM Transmissions, D. Bayart 123
Usable spectrum of silica fibers
After ITU recommendation G.dsn
O : Original Band
E : Extended Band
S : Short Band
C : Conventional Band
L : Long Band
U : Ultra-long Band
WDM Channels
Wavelength (μm)
O S C L wavelength
0.0
0.15
0.3
UE
1260nm1360nm 1625nm
1460nm1530nm
1565nm 1675nm
Atte
nuat
ion
(dB/
km)
có th truy n thêm nhi u kênh n a, có th truy n trên các d i t n khác c a s iquang. I.T.U ã khuy n ngh c v nhngh a c ng nh v danh pháp các b ng c ah . Vi c truy n trên các kho ng cách dài ã
c th c hi n v i các c a s m i này thêm vào các c a s c a EDFA nh ng các t ngtác Raman l i r t m nh, trong khi c n ph itách m t cách tu n hoàn các b ng khác nhau
t o ra m t khu ch i và bù tr tán s cc ch ng, i u này làm t ng tính ph c t p.
Cùng lúc ó, m t s l ng l n cáp c l pt vào cu i th k XX (v i m t s l ng
l n các s i trong m i cáp) cho phép u tiên vi c ghép kênh không gian trong lòng các s i khác nhau c a nó h n là ghép ph trên nhi u c a s ph , trong ó vi c gi m b tchi u dài n v c a s i l i l n h n. Trái l i, trong các m ng truy nh p ( ng d ng Coarse-WDM) mà không có gi i h n v t lý liên quan n vi c truy n khi mà các kho ng cách u ng n (th m chí làm cho khu ch itrong ph n l n th i gian u là vô ngh a), có th có l i khi s d ng các b ng này làm gi m b t dung sai (tolérences) theo chi u dài trên các kênh truy n quang h c và c ng làm gi m giá thành.
http://www.ebook.edu.vn
D. Bayart
314
124
WDM Transmissions, D. Bayart 124
Conclusion
Wavelength Division Multiplexing for high bit-rate transmission
Optimisation of high bit-rate transmission systems:A combination of solutions and technologies
Dispersion management, modulation format, low-noise amplification schemes, regeneration, error correction, …
Adapted to the submarine or terrestrial configuration
Great importance of cross-related analytical, numerical & exp. tools
Still room for progress (capacity and/or margin)
K t lu n l i, ta có th xây d ng các h th ng truy n thông dung l ng cao trên các kho ng cách l n c a s i và v i giá thành ch p nh n
c cho các m ng ng tr c, các m ng này s cung c p cho t p h p các thuê bao cu i cùng thông qua các m ng ng m và m ng truy c p. T t c các i u này u khthi b i m t s i u hành thích h p các ph ng ti n khu ch i, bi u tán s c, và các d ng bi n i u.
125
WDM Transmissions, D. Bayart 125
Bibliography
« Erbium-doped fiber amplifier, Principles and Applications », Emmanuel Desurvire, Wiley (1994), New-York
« Erbium-doped fiber amplifier, Device and System Developments », Emmanuel Desurvire, Dominique Bayart, Bertrand Desthieux, Sébastien Bigo, Wiley (2002), New-York
« Undersea Fiber Communication Systems », José Chesnoy Ed., Elsevier, San Diego (2002)
tìm hi u sâu h n v các khái ni m này, có r t nhi u tài li u ã xu t b n, nh ng tôi không th không khuyên các b n xem hai tài li u sau ây, m i xu t b n và trong ó gi ithi u toàn b các k thu t c s d ng m tph n cho các h th ng trên m t t và ph nkhác cho các h th ng d i bi n:
« Erbium-doped fiber amplifier, Device
and System Developments », Emmanuel Desurvire, Dominique Bayart, Bertrand Desthieux, Sébastien Bigo, Wiley (2002), New-York
« Undersea Fiber Communication
Systems », José Chesnoy Ed., Elsevier, San Diego (2002)