Tại sao phải đo kiểm tán sắc CD/PMD?

1. CD (Chromatic Dispersion)

            Hiện tượng tán sắc màu (CD) đã được biết đến gần một thập kỷ nay, tuy nhiên việc kiểm tra nó trên OC-192/STM-64 không phải lúc nào cũng được thực hiện trên thực tế. Điều này có thể dẫn đến các vấn đề lớn, đặc biệt là ngày nay do khoảng cách tuyến quang trên mạng lõi đạt đến độ dài chưa từng có và cả trong môi trường mạng metro với sự ra đời của cấu trúc liên kết mạng lưới. Nhưng giờ đây, với sự thâm nhập hiện tại của 40 Gbit/s, hay OC-768/STM-256, CD đang trở thành một vấn đề ngày càng lớn hơn.

            Hầu hết các nhà cung cấp hệ thống đều tìm ra những cách ban đầu để giúp xử lý CD ở một mức độ nào đó, nhưng họ không thể giảm thiểu hoàn toàn thách thức này. Ví dụ: định dạng truyền OC-192/STM-64 gốc là truyền dẫn NRZ (non-return-to-zero). Nếu điều này được sử dụng ở OC-768/STM-256, thì dung sai CD sẽ ở mức sao cho cần phải bù sau 6 đến 7 km sợi quang đơn mode G.652 – đây không phải là một giải pháp khả thi. Trong khi đó, không có tiêu chuẩn nào tồn tại để xác định cách triển khai 40 Gbit/s; do đó, mỗi nhà cung cấp hệ thống có công thức riêng, với chi phí rất biến động nhưng cũng có các mức dung sai CD khác nhau. Bảng sau đây cho thấy một số khác biệt này:

             Vì vậy, ngay cả OC-768/STM-256 (40 Gbit/s) có khả năng chống chịu cao nhất cũng chỉ có thể chịu được một phần nhỏ so với tốc độ mà OC-192/STM-64 (10 Gbit/s) có thể chấp nhận, tức là xấp xỉ 1100 ps/nm.

            Trước đó, tán sắc được bù thông qua các mô-đun bù tán sắc đơn giản (DCM), được các nhà cung cấp hệ thống triển khai và cài đặt tự động. Ngoài ra, thường không yêu cầu thêm kiểm tra trước hoặc sau, và rất hiếm khi được thực hiện. Về nguyên tắc, trong khi các DCM bao gồm việc loại bỏ tán sắc của các sợi quang, có một số lý do khiến điều này không chính xác và tại sao phải tính đến tán sắc dư:

- Sự thay đổi tán sắc theo bước sóng thường hơi khác đối với sợi quang truyền dẫn so với đối với bộ bù. Điều này có nghĩa là nếu độ tán sắc của sợi quang khớp chính xác với một kênh ở giữa DWDM, thì sẽ có sự không khớp với các kênh ở biên, điều này sẽ dẫn đến tán sắc dư dương ở một đầu và tán sắc dư âm ở bên kia.

- Mặc dù độ tán sắc của sợi quang bị hạn chế khá chặt chẽ, nhưng có một sự thay đổi về độ tán sắc thực tế trên một đơn vị chiều dài ở một bước sóng duy nhất do tính biến thiên của sợi quang. Ví dụ, đối với sợi quang G.652, hệ số tán sắc có thể thay đổi từ 16,9 đến 18,2 ps/nm/km ở 1550 nm. Tương tự như vậy, có một biến thể từ mô-đun này sang mô-đun khác được liên kết với DCM.

- DCM thường chỉ có sẵn trong một tập hợp các giá trị với các bước riêng biệt giữa chúng. Ngược lại, các ràng buộc cài đặt có nghĩa là độ dài nhịp trong một hệ thống thực tế thường khá khác so với giá trị danh nghĩa, dẫn đến phân tán dư ở tất cả các bước sóng kênh.

- Trong mạng metro dạng lưới có nhiều hơn một tuyến có thể có giữa hai điểm cuối cụ thể, kênh quang có thể được chuyển sang một tuyến thay thế. Trong trường hợp này, mặc dù độ tán sắc còn lại của đường dẫn chính qua mạng có thể được chấp nhận, nhưng độ tán sắc còn lại của bất kỳ đường dẫn thay thế nào có thể được yêu cầu cũng phải được kiểm tra vì nó có thể hoàn toàn khác.

            Hầu hết các cáp quang được lắp đặt, cả trong mạng long-haul và metro, là cáp quang đơn mode tiêu chuẩn theo định nghĩa của ITU-T G.652. CD của sợi quang như vậy có thể khác nhau như:

Ngoài ra, DCM đã nói ở trên cũng có tính không chắc chắn và khả biến nội tại. Đây là một ví dụ với DCM 80 km:

Như đã đề cập trước đây, DCM thường chỉ có sẵn trong một tập hợp các giá trị với các bước riêng biệt giữa chúng – không phải trên mỗi km. Người ta chọn đơn vị gần nhất với tổng khoảng cách để bù.

            Vì vậy, đối với tuyến cáp quang dài 495 km, DCM sẽ được áp dụng cho 500 km. Để đạt được điều này, người ta cần bổ sung độ tán sắc của tất cả các thành phần mạng, bộ khuếch đại EDFA, bộ ghép kênh ROADM, v.v. CD trên mỗi kênh điển hình cho các thành phần như vậy nằm trong phạm vi ±30 ps/nm.

            Thực hiện tính toán cho 495 km sợi quang, cộng với sáu DCM 80 km và một DCM 20 km, cộng với bốn thành phần mạng (EDFA):

• ·Độ tán sắc dư tối thiểu 1531,12 nm = 15,69 * 495 + 6,25 × –1278 + 4 × –30 = –341 ps/nm

• Độ tán sắc dư tối đa 1531,12 nm = 17,10 * 495 + 6,25 × –1215 + 4 × 30 = 990,75 ps/nm

Những kết quả này và những kết quả cho các bước sóng khác được tóm tắt trong bảng dưới đây:

Các giá trị này rất gần với giới hạn chấp nhận được đối với tốc độ 10 Gbit/s. Có thể dễ dàng thực hiện lại phép tính với các tham số hơi khác (một vài ROADM bổ sung trong mạng lưới, liên kết dài hơn trong mạng đường dài, v.v.) và vượt quá giới hạn chấp nhận được là 10 Gbit/s.

            Nhưng đối với 40 Gbit/s, tùy thuộc vào việc triển khai, CD thông thường có thể chấp nhận được thường thấp hơn 125 ps/nm, khiến lượng CD còn lại này quá cao để truyền 40 Gbit/s, mặc dù mỗi đoạn 80 km riêng lẻ có thể nằm trong phạm vi sức chịu đựng.

            Sự ra đời của các liên kết quang học dài hơn và sự ra đời của các mạng lưới đã đặt đĩa CD dư được bù kém ở rất gần vùng nguy hiểm đối với đường truyền 10 Gbit/s và vượt quá giới hạn chấp nhận được đối với đường truyền 40 Gbit/s. Mặt khác, việc kiểm tra chính xác tham số này cho phép một người tinh chỉnh từng giai đoạn bù, cũng như thực hiện (nếu cần) các điều chỉnh bù từ đầu đến cuối để loại bỏ sự phân tán dư thừa.

2. PMD (Polarization Mode Dispersion)

            Tán sắc mode phân cực (PMD) là hệ quả của một số tính chất vật lý của sợi quang dẫn đến sự biến dạng của các xung quang. Những biến dạng này dẫn đến sự phân tán xung quang theo thời gian, cũng như giảm công suất cực đại. Mặc dù kết quả của biến dạng do PMD gây ra tương tự như CD, nhưng nó không được tích lũy một cách tuyến tính mà là ngẫu nhiên. Điều này có nghĩa là giá trị của nó không thể được dự đoán từ thời điểm này sang thời điểm tiếp theo, nhưng sự phân phối của nó (sự xuất hiện trong phạm vi có thể dự đoán) thì có thể.

            Các yếu tố phức tạp góp phần vào tính không thể đoán trước này cũng đa dạng như sự thay đổi nhiệt độ trên sợi quang, tải trọng gió và nhiễu loạn trên sợi quang trên không và ứng suất thay đổi tải băng trên sợi quang trên không. Một hạn chế bổ sung và quan trọng liên quan đến đặc tính và đo lường PMD trên sợi quang là ngày sản xuất. Trên thực tế, sợi quang được sản xuất trước khoảng năm 1994 có thể không được thiết kế với mục đích giảm thiểu PMD.

            Vì PMD ngẫu nhiên và vì nhiều mạng kế thừa có cáp quang được sản xuất trước năm 1994 nên điều quan trọng là phải hiểu tác động của nó đối với sự suy giảm tín hiệu và giảm thiểu tác động của nó. Nói tóm lại, PMD không ổn định hoặc thường không thể dự đoán được dựa trên bất kỳ đặc tính vật lý nào đã biết của sợi quang tại thời điểm sản xuất. Nó phải được đo tại chỗ, tức là sau khi cài đặt.

            Nhiều nhà sản xuất thiết bị truyền dẫn đang nghiên cứu các phương pháp và kỹ thuật mới để giảm thiểu tác động của PMD đối với tín hiệu kỹ thuật số được truyền qua nhiều loại sợi quang khác nhau. Quá trình điều tra chủ yếu tập trung vào các phương pháp điều chế. Bằng cách lựa chọn cẩn thận các phương pháp điều chế và giải điều chế, các nhà cung cấp hy vọng sẽ giảm thiểu tác động của PMD đối với chất lượng truyền dẫn kỹ thuật số của họ.

            Trong khi công việc tiếp tục về các định dạng và phương pháp điều chế, các ngưỡng chung này phải được áp dụng cho quá trình ra quyết định liên quan đến tính phù hợp của các liên kết sợi quang đối với tốc độ điều chế cụ thể.

3. Decision-Making Matrix

            Việc quyết định xem có nên mô tả một liên kết hoặc tuyến cáp quang để tán sắc (cả CD và PMD) hay không sẽ nhanh chóng trở thành một bài tập đầy thách thức. Tình thế tiến thoái lưỡng nan phát sinh khi có áp lực đáng kể phải cắt giảm các góc để tiết kiệm thời gian hoặc tiền bạc. Tuy nhiên, người ta phải xem xét những điều sau: một tuyến hoặc vòng DWDM được phổ biến với tốc độ dữ liệu 10 Gbit/s sẽ có thể có một hoặc nhiều bước sóng 40 Gbit/s được thêm vào trong tương lai. Vào thời điểm đó, gần như không thể tạm thời loại bỏ hàng chục bước sóng hoạt động khỏi dịch vụ để mô tả đặc tính của sợi quang mang chúng. Chỉ riêng yếu tố này sẽ thúc đẩy tất cả các nhà cung cấp dịch vụ mô tả đầy đủ các liên kết sợi quang của họ trong khi họ có thể. Mặt khác, họ có thể thấy mình có khả năng hạn chế trong tương lai rất gần và không thể tăng băng thông trên các liên kết cáp quang của họ.

            Cho rằng một số yếu tố phải được xem xét trước khi chọn kiểm tra tắn sắc của liên kết quang, bảng sau sẽ giúp ích cho quá trình ra quyết định.

              Người ta đã nói rằng việc mô tả đặc tính của mạng cáp quang là tùy chọn đối với các liên kết ngắn. Trên thực tế, việc không biết các đặc điểm khác của liên kết, chẳng hạn như suy hao liên kết và suy hao phản xạ quang, có thể và thường sẽ dẫn đến việc không thể sử dụng hết lượng băng thông đáng kinh ngạc có sẵn trong sợi quang. Vì vậy, với các điều kiện yêu cầu kiểm tra độ tán sắc và thực tế là các thông số vật lý khác phải được đánh giá, các nhà cung cấp dịch vụ nên kiểm tra và mô tả đầy đủ tất cả các liên kết sợi càng sớm càng tốt trong vòng đời bình thường của chúng.