cong nghe wdm va ung dung_dodinhngoc_45

ĐẠI HỌC VINH Đồ án tốt nghiệp

LỜI NÓI ĐẦUPHẦN I - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG SỢI1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG SỢI1.2. PHÂN LOẠI HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

1.2.1. Phân loai theo dang tin hiệu1.2.2. Phân loai theo phương pháp điều biên va giai điều biên tin hiệu

quang1.2.3. Phân loai theo tốc độ va cư ly truyền dân

1.3. CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG1.3.1. Sợi quang1.3.2. Thiêt bi phát quang1.3.3. Thiêt bi thu quang1.3.4 Các tram lặp1.3.5 Các tram xen/re kênh

1.4 CÁC THAM SỐ CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANGa. Các tham số điện quangb. Các tham số quangc. Độ tổn hao của tuyênd. Độ rộng băng tần của tuyên

1.5. GIỚI THIỆU MỘT SỐ LOẠI SỢI QUANG MỚIa. Nguyên tắc tao sợi quang mớib. Các loai sợi quang mới

PHẦN 2 - CÔNG NGHỆ GHÉP KÊNH QUANG THEO BƯỚC SÓNG WDMCHƯƠNG I: CƠ SỞ KỸ THUẬT WDMI.1. Giới thiệuI.2. Các công nghệ dùng trong mang thông tin quang

.2.1. TDM (Time Division Multiplexing)I.2.2. SONET/SDHI.2.3. Gigabit Ethernet

I.3. Hệ thống thông tin quang nhiều kênhI.4. Nguyên lý cơ ban của hệ thống WDM

I.4.1. Đinh nghĩaI.4.2. Giới thiệu nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng

a. Truyền dân hai chiều trên hai sợib. Truyền dân hai chiều trên một sợi

I.4.3 Mục đichI.5 Ưu điểm va nhược điểm của công nghệ WDMCHƯƠNG II: CÁC THIẾT BỊ QUANG THỤ ĐỘNG TRONG WDMI. CÁC THIẾT BỊ WDM VI QUANG

I.1. Các bộ lọc trong thiêt bi WDMa. Bộ tách hai bước sóngb. Bộ tách lớn hơn hai bước sóngc. Thiêt bi kêt hợp ghép va tách bước sóng (MUX-DMUX)

I.2.Thiêt bi WDM lam việc theo nguyên lý tán sắc gócI.2.1. Dùng lăng kinh lam phần tử tán sắc gócI.2.2. Dùng cách tử lam phần tử tán sắc góc

II. CÁC THIẾT BỊ WDM GHÉP SỢI

KHOA CÔNG NGHỆ SV: Đỗ Đình Ngọc 1


III. MỘT SỐ KỸ THUẬT KHÁC ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG GHÉP WDMIII.1. Bộ ghép bước sóng dùng công nghệ phân phối chức năng quang

học SOFTIII.1.1. Nguyên lý chungIII.1.2. Bộ ghép nhân kênh dùng cách tửIII.1.3. Ứng dụng thiêt kê bộ ghép n bước sóng

III.2. AWG va những nét mới về công nghệ trong thiêt bi WDM

CHƯƠNG 3:NHỮNG VẤN ĐỀ KỸ THUẬT CẦN QUAN TÂM ĐỐI VỚI HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM

I. SỐ KÊNH ĐƯỢC SỬ DỤNG VÀ KHOẢNG CÁCH GIỮA CÁC KÊNH.

a. kha năng công nghệ hiện có đối với các thanh phần quang của hệ thống, cụ thể la

b. khoang cách giữa các kênh, một số yêu tố anh hưởng đên khoang cách nay la

II. VẤN ĐỀ ỔN ĐINH BƯỚC SÓNG CỦA NGUỒN QUANG VÀ YÊU CẦU ĐỘ RỘNG PHỔ CỦA NGUỒN PHÁT

a) Ổn định bước sóng của nguồn quang

b) Yêu cầu độ rộng phổ của nguồn phát

III. XUYÊN NHIỄU GIỮA CÁC KÊNH TÍN HIỆU QUANG

IV. SUY HAO - QUỸ CÔNG SUẤT CỦA HỆ THỐNG WDM

V. TÁN SẮC - BÙ TÁN SẮC

VI. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC HIỆU ỨNG PHI TUYẾN

VI.1. Hiệu ứng SRS (Stimulated Raman Scattering)

VI.2. Hiệu ứng SBS (Stilmulated Brillouin Scattering)

VI.3. Hiệu ứng SPM (Self Phase Modulation)

VI.4. Hiệu ứng XPM (Cross Phase Modulation)

VI.5. Hiệu ứng FWM (Four Wave Mixing)

VI.6. Phương hướng giai quyêt anh hưởng của các hiệu ứng phi tuyên

VII. BỘ KHUẾCH ĐẠI EDFA VÀ MỘT SỐ VẤN ĐỀ KHI SỬ DỤNG EDFA TRONG MẠNG WDM

VII.1. Tăng ich động có thể điều chỉnh của EDFA

VII.2. Tăng ich bằng phẳng của EDFA

VII.3. Tich luỹ tap âm khi sử dụng bộ khuêch đai EDFA

PHẦN 3 - TRIỂN KHAI TRUYỀN DẪN WDM TRÊN TUYẾN CÁP QUANG TRỤC BẮC NAM

3.1. DỰ BÁO NHU CẦU VỀ DUNG LƯỢNG TUYẾN THÔNG TIN QUANG

3.1.1 Kêt qua dư báo nhu cầu thoai giai đoan 2006 – 2010



3.1.2 Kêt qua dư báo nhu cầu phi thoai giai đoan 2006 – 2010

3.1.3. Kêt luận

3.2. KHẢO SÁT CẤU HÌNH CĂP QUANG TRỤC BẮC NAM

3.2.1. Cấu hình tuyên

3.2.2 Kêt nối giữa các Ring – Cấu hình dư phòng

3.3. THAM KHẢO MẠNG ĐƯỜNG TRỤC (BACK BONE NETWORK)

3.4. ĐỀ XUẤT LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TĂNG DUNG LƯỢNG

3.4.1. Phương án 1: Tăng dung lượng bằng ghép kênh TDM

3.4.2. Phương án 2: Tăng dung lượng bằng ghép kênh TDM kêt hợp với ghép 2 bước sóng WDM

3.4.3. Phương án 3: Tăng dung lượng bằng ghép kênh WDM 8 bước sóng STM – 16

3.4.4. Đánh giá va lưa chọn phương án

3.5. XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN TĂNG DUNG LƯỢNG THEO PHƯƠNG ÁN LỰA CHỌN

3.5.1. Khoang cách kênh bước sóng được ghép

3.5.2. Giai pháp đói với tram lặp khi nâng cấp tuyên

3.5.3. Mô hình tham chiêu hệ thống WDM va tinh toán các thông số kỹ thuật cho thiêt bi

3.5.4. Đặc điểm lưu lượng va phương án phân bổ bước sóng

3.5.5. Xây dưng cấu hình cụ thể tuyên truyền dân Bắc Nam

a. Đề xuất

b. RING 1

c. RING 2

d. RING 3

e. RING 4

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO



LỜI NÓI ĐẦU

Dưới sư lãnh đao của Đang, toan Đang, toan dân ta đang phấn đấu thi đua thưc hiện công nghiệp hoá - hiện đai hoá đất nước. Bằng việc đi tắt đón đầu những công nghệ mới, tiên tiên trên thê giới, công nghệ thông tin, điện tử viễn thông la những hướng phát triển tiên phong góp phần đưa đất nước ta hướng tới một xã hội thông tin. Nghĩa vụ va trách nhiệm của một sinh viên sắp ra trường thật không nhỏ, vì đối với họ vận hội, va thách thức đang mở ra ở phia trước.

Với nhận thức ấy, quyển đồ án tốt nghiệp nay la báo cáo tổng kêt một phần kiên thức Khoa học Công nghệ về chuyên nganh Điện tử Viễn thông ma em được đao tao sau gần 5 năm học tập tai trường Đai học. Đồ án trình bay về công nghệ mới: công nghệ ghép kênh theo bước sóng quang WDM (Wavelength Division Multiplexing) va các ứng dụng của nó trong việc phát triển mang thông tin quang nhằm tăng dung lượng truyền dân của mang, đáp ứng được nhu cầu phát triển của các dich vụ trong tương lai.

Chuẩn bi trở thanh một kỹ sư, với những kiên thức bổ ich, sâu rộng về chuyên nganh điện tử - viễn thông như ngay hôm nay, đó la do em đã được sư dìu dắt, giúp đỡ của các thầy cô giáo trong khoa công nghệ, các thầy cô giáo tai Đai Học Bách Khoa Ha Nội, nhất la công lao hướng dân của thầy giáo TS. Phạm Văn Bình

Em xin chân thanh cam ơn các thầy cô va ban bè đã giúp đỡ em rất nhiều trong qúa trình hoan thanh quyển đồ án nay. Em mong rằng se nhận được nhiều đóng góp của các thầy cô va ban bè cho quyển đồ án, để các nghiên cứu sâu hơn sau nay đat kêt qua tốt hơn nữa.Va em cũng rất mong rằng vân tiêp tục nhận được sư dìu dắt va giúp đỡ quý báu đó trong quá trình công tác va học tập sau khi tốt nghiệp.

Sinh viên: Đỗ Đình ngọc



PHẦN I - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG SỢI

1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG SỢI. * Các hệ thống thông tin thưc hiện chức năng truyền tin tức tư nơi nay

đên nơi khác. Thông tin thường được truyền đi nhờ các sóng mang có tần số có thể tư vai MHz đên hang trăm THz. Với thông tin quang tư các tần số có mang tai thông tin cao cỡ 100THz, trong dai ánh sáng nhìn thấy hoặc dai hồng ngoai.

* Về cơ ban tổ chức hệ thống thông tin quang cũng tương tư như hệ thống thông tin khác như vô tuyên, viba, cáp kim loai va vệ tinh chỉ khác ở các hệ thống con về phia phần quang va môi trường truyền dân. Một hệ thống thông tin quang bao gồm: phần phát quang, phần truyền dân quang, phần thu quang.

Cấu hình hệ thống thông tin quang được mô ta như Hình 1.1

Phần phát quang bao gồm nguồn phát quang va các mach điều khiển

phát quang. Phần thu quang bao gồm bộ tách sóng quang, mach khuêch đai điện va

mach khôi phục tin hiệu.Phần truyền dân quang bao gồm sợi quang, các bộ nối, bộ chia, các tram

lặp, các tram tách va gộp quang.Các nguồn quang cơ ban sử dụng trong hệ thống thông tin cáp sợi quang

có thể la Diode Laser (LD) hoặc Diode phát quang (LED). Tin hiệu quang phát ra tư LD hoặc LED có các tham số biên đổi tương ứng với biên đổi của tin hiệu điện vao. Tin hiệu điện vao có thể phát ở dang số hoặc tương tư. Thiêt bi phát quang se thưc hiện biên đổi tin hiệu điện vao thanh tin hiệu quang tương ứng bằng cách biên đổi dòng vao qua các nguồn phát quang. Bước sóng ánh sáng của nguồn phát quang phụ thuộc chủ yêu vao vật liệu chê tao phần tử phát. Vi dụ GaalAs phát ra bức xa vùng bước sóng 800 nm đên 900 nm, InGaAsP phát ra bức xa ơ vùng 1100 nm đên 1600 nm.

Tin hiệu quang sau khi đã được điều chê ở khối nguồn phát se lan truyền dọc theo sợi dân quang. Trong quá trình lan truyền, tin hiệu quang có thể bi suy hao va méo dang qua các bộ ghép nối, mối han sợi va trên sợi do các yêu tố hấp thụ, tán xa, tán sắc. Độ dai của tuyên truyền dân tuy thuộc vao mức suy hao sợi quang theo bước sóng.



Sợi quang được lam tư SiO2 va có ba cửa sổ truyền dân ứng với các bước sóng 850 nm, 1300 nm va 1550 nm. Suy hao tai 3 vùng cửa sổ bước sóng trên la thấp nhất. Vì vậy truyền dân qua sợi quang chủ yêu la sử dụng các bước sóng ở cửa sổ nay.

Khi khoang cách truyền dân dai, tin hiệu quang bi suy giam nhiều thì cần phai đặt thêm các tram lặp quang để khuêch đai tin hiệu. tram lặp gồm các thiêt bi thu, biên đổi quang - điện, khuêch đai điện va biên đổi điện - quang va tiêp tục truyền vao sợi quang. Các tram lặp nay có thể thay thê bằng các bộ khuêch đai quang.

Phần thu quang gồm các bộ tách sóng quang, kênh tuyên tinh va kênh phục hồi. Nó tiêp nhận tin hiệu quang, tách lấy tin hiệu thu được tư phia phát, biên đổi thanh tin hiệu điện theo yêu cầu cụ thể. Trong phần nay thường sử dụng các photodiode PIN hoặc APD. Yêu cầu quan trọng nhất đối với bộ thu quang la công suất quang phai nhỏ nhất (độ nhay quang) có thể thu được ở một tốc độ truyền dân số nao đó ứng với ty lệ lỗi bit (BER) cho phép.

1.2. PHÂN LOẠI HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG.1.2.1. Phân loại theo dạng tin hiệu.

Tuy theo dang tin hiệu điện đưa vao điều biên nguồn quang la tin hiệu tương tư hay tin hiệu số ma ta có:

+ Hệ thống thông tin quang tương tư+ Hệ thống thông tin quang sốTuy nhiên mang thông tin hầu như đã được số hóa nên chủ yêu hiện nay

sử dụng hệ thống thông tin quang số chỉ còn một số mang đặc thù la vân còn dùng hệ thống thông tin quang tương tư. Vi dụ như hệ thống truyền hình cáp.

1.2.2. Phân loại theo phương pháp điều biên va giai điều biên tin hiệu quang.

Theo nguyên lý điều chê quang ở đầu phát va tách tin hiệu quang ở đầu thu có thể phân chia lam 2 loai hệ thống truyền dân quang:

+ Hệ thống thông tin quang kêt hợp (Coherent): hệ thống nay sử dụng phương pháp điều chê gián tiêp nguồn quang, ở đầu phát luồng tin hiệu điện đưa đên điều chê nguồn bức xa quang đơn sắc trong bộ điều chê ngoai, ở đầu thu thưc hiện kỹ thuật thu đổi tần. Tin hiệu quang thu được đưa vao bộ trộn quang trộn với tin hiệu dao động nội rồi đưa đên bộ tách sóng quang để lấy ra tin hiệu IF, sau đó thưc hiện giai điều chê khôi phục lai tin hiệu cần phát đi.

+ Hệ thống điều chê cường độ - tách sóng trưc tiêp (IM/DD): ở đầu phát các tin hiệu điện thưc hiện điều chê trưc tiêp cường độ bức xa quang của nguồn quang. Phia đầu thu photodiode thưc hiện tách sóng trưc tiêp tin hiệu quang nhận được thanh tin hiệu băng gốc đã truyền đi.

1.2.3. Phân loại theo tốc độ va cư ly truyền dân.+ Hệ thống có dung lượng truyền dân nhỏ tốc độ 8Mb/s hoặc hệ thống

có dung lượng truyền dân trung bình tốc độ 34Mb/s, sử dụng trên mang trung kê giữa các tổng đai, trên mang thuê bao ISDN va mang LAN.



+ Hệ thống có dung lượng truyền dân lớn với tốc độ truyền dân đên 140Mb/s.

+ Hệ thống có dung lượng truyền dân rất lớn, tốc độ truyền dân lớn hơn 140Mb/s sử dụng cho các hệ thống thông tin đường dai, trong mang loi.

1.3. CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG.1.3.1. Sợi quang.a. Câu tạo, phân loại sợi quang.

Sợi quang la những sợi nhỏ trong suốt được chê tao tư sợi thuy tinh hoặc sợi tổng hợp để truyền ánh sáng. Cấu trúc của các loai sợi quang cho trong Hình 1.2. Tuy theo cấu trúc, đặc tinh truyền dân của sợi quang có thể phân loai sợi quang theo nhiều cách khác nhau.

m

mm

m

mm

m

mm

m

1n

2n

2n

2n

1n

1n

Sợi quang MMSIĐường kính lõi: 50 – 400

Đường kính vỏ: 125 – 500Đường kính lớp vỏ ngoài: 250 - 1000

Sợi quang MMGIĐường kính lõi: 30 – 100

Đường kính vỏ: 100 – 150Đường kính lớp vỏ ngoài: 250 – 1000

Sợi quang SMSIĐường kính lõi: 5 – 10Đường kính vỏ: 125

Đường kính lớp vỏ ngoài: 250 - 1000

Hình 1.2 Cấu trúc sợi quang

Phân loai theo vật liệu chê tao sợi quang: sợi quang lam bằng thuy tinh thach anh, sợi quang lam thuy tinh hỗn hợp, sợi quang lam bằng chất deo.

Phân loai theo phân bố chiêt suất: chiêt suất nhẩy bậc, chiêt suất biên đổi.

Phân loai theo mode truyền lan: sợi đơn mode, sợi đa mode [6]. Trong hệ thống thông tin đường trục sợi quang thường được sử dụng la

loai sợi đơn mode chiêt suất bậc (SMSI). Để có được sợi đơn mode phai thoa mãn điều kiện sau: V < 2.045

Trong đó V= . , d la đường kinh loi sợi quang, la bước

sóng truyền trong sợi quang.

b. Nguyên ly truyền dân ánh sáng.



1

1'

2

3

2'

3'

MÆt ph©n c ch

i

k

i0

t1n

2n

Hình 1.3 Hiện tượng phan xa toan phần trong sợi quang

Nguyên lý truyền dân ánh sáng trong sợi quang dưa trên hiện tượng phan xa toan phần của tia sáng tai mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt có chiêt suất khác nhau. Khi cho một tia sáng đi tư môi trường có chiêt suất n1 vao môi trường chiêt suất n2 (n1>n2) thì tai mặt phân cách giữa hai môi trường xay ra hiện tượng phan xa va khúc xa như Hình 1.3. Dưa vao hiện tượng phan xa toan phần ma ta có thể truyền ánh sáng đi trong loi sợi quang với suy hao thấp, ở đây n1 la chiêt suất của loi sợi quang n2 la chiêt suất của phần vỏ sợi quang.

Quan hệ giữa góc tới , góc khúc xa với các chiêt suất n1 va n2 tuân theo đinh luật khúc xa (tia số 1) :

n1.sin =n2.sin (1.1)

Khi tăng góc tới đên một giá tri nao đó thì tia khúc xa không đi vao môi trường có chiêt suất n2 ma đi song song với mặt phân cách hai môi trường (tia số 2), góc được xác đinh tương ứng với =90 , do vậy:

n1.sin = n2.sin =n2.sin900= n2 sin =n2/n1 (1.2) =arcsin(n2/n1)

(1.3)Nêu tiêp tục tăng góc > thì chỉ còn tồn tai tia phan xa va hiện tượng

phan xa toan phần xay ra (tia số 3), góc gọi la góc tới han. Người ta ứng dụng hiện tượng phan xa toan phần để truyền ánh sáng trong sợi quang khi đó ánh sáng truyền trong sợi quang phai phan xa toan phần liên tiêp trên mặt phân cách giữa loi va vỏ của sợi quang. Để biểu diễn va phân tich sư truyền dân ánh sáng trong sợi quang người ta có thể sử dụng phương pháp quang hình mặc dù nó chỉ mô ta một cách gần đúng hiện tượng. Chinh xác nhất la sử dụng phương pháp quang sóng song rất phức tap.

Sư truyền dân ánh sáng trong sợi chiêt suất nhay bậc cho trong Hình 1.4



a

ir 1n

2n

0n

Hình 1.4 truyền sóng ánh sáng trong sợi SI

Theo đinh luật khúc xa ta có: n 0.sin = n1.sin

(1.4)Trong đó n0 la chiêt suất của không khi, la góc tới, la góc khúc xa, a

la bán kinh loi sợi quang. Gia sử la góc tới han, nêu > thì tia sáng đi vao loi sợi quang se phan xa toan phần va chỉ truyền trong loi sợi quang ma không đi ra ngoai. Theo công thức 1.3 ta có = arcsin(n2/n1) khi đó góc khúc xa tương ứng với góc tới han la = 900 - . Do vậy góc tiêp nhận tới han se thoa mãn điều kiện:

n0.sin = n1.sin = n1.sin(900 - ) = n1.cos => n0.sin = n1.cos(arcsin(n2/n1)) = = NA

(1.5) Vì chiêt suất của không khi n0 = 1, nên: NA= sin =

(1.6)NA được gọi la mặt mở số của sợi quang, góc tiêp nhận cưc đai của sợi

quang se tao thanh một hình nón trong đó các tia sáng đi vao tiêt diện của sợi quang với góc > nằm ngoai hình nón se không truyền trong loi ma đi ra ngoai vỏ sợi quang. Như vậy chỉ các tia sáng nao nằm trong hình nón khi truyền vao sợi quang mới phan xa toan phần liên tiêp giữa loi va vỏ va truyền dọc theo sợi quang theo đường dich rắc .Gọi la độ lệch chiêt suất tương đối ta có:

=

(1.7)

Thưc tê n1 n2 va khi đó:

=>NA=n1. (1.8)

c. Đặc tinh truyền dân cua sợi quang.* Các mode trong sợi quang.

Việc giai phương trình Maxwell cho ta xác đinh được các thanh phần sóng ánh sáng truyền trong sợi quang. Nghiệm riêng của phương trình sóng gần đúng với các sóng ánh sáng truyền trong sợi quang va được gọi la các mode truyền trong sợi quang. Người ta chỉ quan tâm đên các mode truyền dân va



mong muốn trong sợi quang chỉ tồn tai mode truyền dân. Trong một sợi quang có rất nhiều mode sóng có thể truyền lan. Số mode phụ thuộc vao đường kinh loi sợi quang, vao độ dai bước sóng va mặt mở số NA. Ta có thể xác đinh số cưc đai mode trong sợi quang MMSI theo công thức sau [2]

N = .V (1.9)

* Tán sắc sợi quang.Khi truyền dân tin hiệu số qua sợi quang xuất hiện hiện tượng dãn rộng

các xung ánh sáng ở đầu thu. Hiện tượng nay gọi la tán sắc trong sợi quang.

Độ tán sắc trên một đơn vi dai = (1.10)

Trong đó L la chiều dai sợi quang, t1 la độ rộng xung vao ở mức công

suất, t2 la độ rộng xung ra ở mức công suất.

Các nguyên nhân gây nên hiện tượng tán sắc trong sợi quang có thể liệt kê như sau:

- Tán sắc vật liệu.Trong thưc tê chê tao sợi quang chiêt suất vật liệu không phai la hằng số

ma la ham số theo bước sóng ma n = n( ). Nêu nguồn quang bức xa phát ra ánh sáng đơn sắc với duy nhất bước sóng thì không có sư lệch thời gian truyền dân giữa các phần của xung ánh sáng, chúng lan truyền cùng vận tốc =

=const. Tuy nhiên LED va Laser diode thường bức xa ra nhiều bước sóng

khác nhau gây nên hiện tượng tán sắc vật liệu. Hình 1.5 mô ta ánh sáng bức xa của LED va Laser diode.

Laser 1-2 nm

LED 30-40 nm

P( )/Pmax1

0.5

Hình 1.5 Quan hệ P( )/Pmax phụ thuộc vao

Độ dãn xung bởi nguồn sáng có độ rộng phổ xác đinh với bước sóng trung tâm la:

= (1.11)



Trong đó C la vận tốc ánh sáng trong chân không.- Tán sắc mode.Chỉ đáng kể ở sợi đa mode, tán sắc mode la do các thanh phần sóng

truyền theo các mode khác nhau qua sợi với khoang thời gian khác nhau dân đên dãn rộng xung.

Độ dãn xung đối với sợi MM-SI la:

= (1.12)

Độ dãn xung đối với sợi MM-GI la:

= (1.13)

- Tán sắc đường truyền.Sư truyền dân các mode trong sợi phụ thuộc vao tỉ lệ d/ . Các mode

truyền dân với khác nhau gây tán sắc. Khi d lớn dân đên tán sắc nhỏ. Khi d nhỏ một phần ánh sáng còn được dân trên vỏ sợi quang gây tán sắc lớn. Loai tán sắc nay có anh hưởng lớn đên sợi SM-SI.

- Tán sắc mặt cắt.Trong thưc tê không chỉ chiêt suất thay đổi theo ma độ chênh chiêt

suất vỏ - loi cũng biên đổi theo gây tán sắc gọi la tán sắc mặt cắt. Độ dãn xung ra do tán sắc mặt cắt phụ thuộc vao loai chất phụ gia trong quá trình chê tao sợi va phụ thuộc vao nguồn quang.

* Suy hao sợi quangSuy hao sợi quang la một yêu tố lam anh hưởng tới chất lượng thu.

Trong quá trình thiêt kê va triển khai hệ thống người ta quan tâm tới suy hao trong sợi quang va suy hao do uốn cong sợi quang.

- Suy hao trong sợi quang. La suy hao do ban chất của sợi quang. La tham số đóng vai trò quan

trọng trong việc thiêt kê hệ thống, xác đinh khoang cách giữa phia phát va phia thu. Cơ chê suy hao trong sợi quang la suy hao do hấp thụ, suy hao do tán xa va suy hao do bức xa. Suy hao sợi thường được đặc trưng bằng hệ số suy hao va được tinh theo công thức sau:

= (1.27)

Trong đó L la chiều dai sợi dân quang, Pin la công suất quang đầu vao, Pout la công suất quang đầu ra, được tinh theo dB/km. Suy hao trong sợi quang chủ yêu phụ thuộc vao hấp thụ vật liệu va tán xa Rayleigh.

- Suy hao do hâp thụ vật liệu.Hấp thụ trong sợi quang la yêu tố quan trọng trong việc tao nên ban chất

suy hao của sợi quang. Hấp thụ chủ yêu do ba cơ chê gây như sau:+ Hấp thụ do tap chất+ Hấp thụ do vật liệu chê tao sợi+ Hấp thụ cưc tim hay còn gọi la hấp thụ điện tử- Suy hao do tán xạ.Do tinh không đồng nhất trong loi sợi gây ra mặc dù rất nhỏ. Đó la do

có những thay đổi rất nhỏ của vật liệu, tinh không đồng nhất về cấu trúc hoặc



các khiêm khuyêt trong quá trình chê tao sợi quang. Ánh sáng truyền trong sợi quang bi tán xa ra các hướng va gây ra tán xa Rayleigh. Tán xa Rayleigh chỉ có ý nghĩa khi bước sóng ánh sáng cùng cấp với kich thước của cơ cấu tán xa. Suy hao Rayleigh tỉ lệ nghich với mũ 4 của bước sóng (4).

Hình 1.6 miêu ta các dang suy hao trong sợi quang theo bước sóng đối với sợi quang lam bằng thuy tinh thach anh pha GeO2. Tư đó ta xác đinh được ba vùng bước sóng có suy hao nhỏ gọi la ba vùng truyền dân.

Vùng 1: Suy hao chủ yêu do tán xa, một phần do hấp thụ, có bước sóng trong dai =0,8 0,9m, =2 3 dB/km. Được sử dụng trong các mang LAN, các đường thuê bao số dich vụ băng rộng. Bước sóng trung tâm la = 0,85m.

Vùng 2: Suy hao chủ yêu do hấp thụ, có bước sóng trong dai =1,21,35m, =0,30,5 dB/km. Được sử dụng trong các đường trung kê. Bước sóng trung tâm la =1,3m.

Vùng 3: Đây la vùng có suy hao thấp nhất với dai bước sóng =1,51,7m, =0,150,25dB/km. Được sử dụng trong các mang loi có tốc độ truyền dân lớn. Bước sóng trung tâm la =1,55m. Đây la vùng bước sóng được sử dụng chủ yêu trong các hệ thống thông tin quang.

Suy ha

o (dB/K

m)

B í c sãng ( )m

ThùcnghiÖm

HÊp thô hångngo¹i

T¸n x¹ Rayleigh

HÊp thô cùc tÝm

Sù kh«ng hoµn h¶ocña sî i quang

Hình 1.6 Đặc tinh suy hao theo bước sóng đối với các dang suy hao

- Suy hao do uốn cong sợi. La suy hao ngoai ban chất của sợi. Khi bất kì một sợi quang nao bi uốn

cong theo một bán kinh xác đinh thì se phát xa ánh sáng ra ngoai vỏ sợi gây nên suy hao tin hiệu. Có hai loai suy hao uốn cong la uốn cong vĩ mô va uốn cong vi mô. Hiện tượng suy hao do uốn cong có thể thấy ro nhất khi góc tới lớn hơn góc tới han tai các vi tri sợi bi uốn cong.

+ Uốn cong vĩ mô: La uốn cong có bán kinh uốn cong tương đương hoặc lớn hơn đường

kinh sợi. Bán kinh uốn cong cang nhỏ thì suy hao cang lớn.+ Uốn cong vi mô:



La hiện tượng sợi quang bi uốn cong một cách ngâu nhiên, trường hợp nay hay xay ra trong lúc sợi quang được bọc thanh cáp.

1.3.2. Thiêt bi phát quang.Thiêt bi phát quang la một bộ phận không thể thiêu của một hệ thống

thông tin quang. Nhiệm vụ chinh của nó la nhận tin hiệu đầu vao va biên đổi thanh tin hiệu quang ở bước sóng công tác phù hợp. Sơ đồ khối máy phát quang được mô ta qua Hình 1.7.

Bé ®iÒu khiÓn

§ iÒu chÕNguån quang

Bé nèi quang

T×n hiÖu ®Çu vµo

TÝn hiÖu quang ®Çu ra

Hình 1.7 Các thanh phần của một máy phát quang

a. Bộ điều khiên. Thưc chất la một mach điện có chức năng cung cấp một năng lượng

điện cho nguồn quang va chê độ công tác của nó. các mach nay thường khá đơn gian đối với các thiêt bi phát quang sử dụng diode phát quang (LED) nhưng lai khá phức tap đối với các máy phát quang tốc độ cao có sử dụng nguồn quang la bán dân laser, bởi vì nguồn phát quang sử dụng bán dân laser thì mach điện điều khiển cần cung cấp một thiên áp cố đinh va mach ổn đinh điểm lam việc va ổn đinh nhiệt cho laser.

b. Nguồn quang. La thanh phần chủ yêu nhất của máy phát quang. Các nguồn quang được

sử dụng phổ biên la diode phát quang LED va diode laser bán dân (LD). Đây la nguồn phát quang có nhiều ưu điểm như kich thước nhỏ gọn, độ tin cậy cao, dai bước sóng phù hợp, vùng phát xa hẹp tương ứng với kich thước loi sợi va kha năng điều chê trưc tiêp tai các tần số tương đối cao.

Diode phát quang LED la một nguồn phát quang sử dụng rất phù hợp với các hệ thống thông tin quang có tốc độ bit không quá 200 Mb/s sử dụng sợi quang đa mode. Có hai kiểu cấu trúc LED được sử dụng rộng rãi nhất la các cấu trúc tiêp giáp thuần nhất va cấu trúc tiêp giáp di thể kép. Căn cứ vao nhiều yêu tố như năng lượng vùng cấm va bước sóng trong vùng cấm của vật liệu chê tao LED ma người ta sử dụng các loai vật liệu khác nhau cho các vùng bước sóng khác nhau.

Diode laser bán dân LD thường được sử dụng trong hệ thống thông tin quang có tốc độ cao như các mang thông tin đường trục. Thưc tê sử dụng trong hệ thống hiện nay la các loai LD có cấu trúc di thể. Do nhu cầu phai phát tia laser nên cấu trúc của LD phức tap hơn so với LED.



c. Bộ điều chê.Thưc hiện điều chê tin hiệu điện nguồn phát quang va tuy theo tưng hệ

thống ma sử dụng điều chê IM/DD hoặc sử dụng hệ thống điều chê ngoai.

d. Bộ nối vao kênh quang.Thông thường bộ nối vao kênh quang la một hệ thống thấu kinh hội tụ

có tiêu điểm hướng tin hiệu quang vao trong sợi cáp quang với hiệu qua lớn nhất có thể.

1.3.3. Thiêt bi thu quang.Thiêt bi thu quang cũng la một thanh phần không thể thiêu được trong

hệ thống thông tin quang. Nhiệm vụ chinh của thiêt bi thu quang la thu tin hiệu trên sợi quang va biên đổi tin hiệu quang đó thanh tin hiệu điện ở dang ban đầu. Do thiêt bi thu quang ở vi tri sau cùng của mộ tổ chức truyền dân nên nó se thu nhận mọi tác động của toan tuyên đưa tới, vì vậy ma hoat động của thiêt bi thu quang anh hưởng tới chinh chất lượng của toan bộ hệ thống truyền dân. Cho nên yêu cầu đối với các thiêt bi thu quang la khá cao, như đòi hỏi độ nhay cao, đáp ứng nhanh, nhiễu thấp, giá thanh ha, độ tin cậy cao. Cấu hình của một thiêt bi thu quang được mô ta qua Hình 1.8

Nèi vµo kªnh

T¸ch sãng kªnh

Gi¶i ®iÒu chÕ

C¸c m¹ch ®iÖn tö

TÝn hiÖu quang

TÝn hiÖu ®iÖn

Hình 1.8 Sơ đồ khối thiêt bi thu quang

a. Bộ nối vao kênh.Giống như trong bộ phát quang, nhưng ở đây la bộ ghép nối của thiêt bi

thu quang thưc hiện chức năng ngược lai.

b. Bộ tách song quang.Có nhiệm vụ biên đổi tin hiệu quang thu nhận được tư bộ nối vao kênh

thanh tin hiệu điện cùng dang như tin hiệu đưa vao đầu của thiêt bi phát quang. Các thiêt bi sử dụng để lam nhiệm vụ trên thông thường la các photodiode. Hiện nay được dùng phổ biên la photodiode-PIN va photodiode-thác APD hoat động theo nguyên lý biên đổi quang điện.

c. Khối giai điều chê.Thường sử dụng hai phương pháp giai điều chê la IM/DD va tách sóng

Coherent. Đối với phương pháp IM/DD thì khối giai điều chê suy biên vao trong bộ tách sóng, khi đó không cần sử dụng các mach điện tử phụ bên ngoai. Đối với phương pháp Coherent thì khối giai điều chê la một khối riêng biệt kêt



hợp sử dụng các mach điện tử nhằm duy trì điều chê kêt hợp giữa thu va phát, duy trì việc đồng bộ sóng mang quang.

d. Độ nhạy cua thiêt bi thu quang.La mức công suất quang trung bình thu được nhỏ nhất có thể chấp nhận

được tai điểm tham chiêu trên sợi quang ở ngay trước bộ nối quang phia thu ma vân duy trì được một ty lệ lỗi bit (BER) xác đinh trước. Đây la yêu tố quan trọng nhất đánh giá kha năng va chất lượng của hệ thống thông tin quang.

1.3.4. Các trạm lặp.Các tram lặp được thiêt kê va sử dụng khi cư ly truyền dân dai, số tram

lặp tuy theo khoang cách cư ly truyền dân, loai điện quang. Ta có sơ đồ khối của tram lặp như sau:

BiÕn ®æi O/EKhuÕch ®¹i vµ

s÷a mÐoBiÕn ®æi E/O

Sî i quang Sî i quang

Hình 1.9 Sơ đồ khối tổng quát tram lặp điện quang

Tin hiệu quang được đưa vao bộ biên đổi quang điện (O/E) để biên đổi thanh tin hiệu điện, tin hiệu điện được đưa vao bộ khuêch đai va sửa méo để khôi phục lai cường độ tin hiệu, sau đó tin hiệu điện được đưa qua bộ biên đổi điện quang (E/O) để tao lai tin hiệu quang va đưa ra sợi quang. Hình 1.10 thể hiện sơ đồ khối chức năng của một tram lặp điện quang.

T i sinhbiªn ®é

T i sinh®é réng

KÝchthÝch

§ iÒu khiÓnLaser

Kh«i phôcClock

Khèi nghiÖpvô

K§ K§ ,San B»ng

SQ SQ

Hình 1.10 Sơ đồ khối chức năng của tram lặp loai điện quang.

Trên thưc tê hiện nay các tuyên thông tin tốc độ cao người ta sử dụng bộ khuêch đai quang lam các tram lặp, chủ yêu la các bộ khuêch đai đường dây pha tap Eribum (EDFA). Các bộ khuêch đai nay có ưu điểm la không cần quá trình chuyển đổi O/E va E/O ma thưc hiện khuêch đai trưc tiêp tin hiệu quang.

1.3.5 Các trạm xen/re kênh.



Do nhu cầu của người sử dụng nên trên đường truyền tai một số nơi cần lấy thông tin hoặc cần truyền thông tin đi, nên các tram xen – re được sử dụng để lấy thông tin trên luồng hoặc ghép thêm kênh thông tin cần truyền vao đường truyền chung. Tai các tram xen/re luồng thông tin có thể được ha xuống tốc độ phù hợp. Việc xen/re kênh được thưc hiện thông qua các thiêt bi ghép kênh điện (ADM Add/Adaptation layer – Bộ ghép kênh xen re). Tuy nhiên gần đây người ta sử dụng các thiêt bi xen/ re kênh quang (OADM Optical Add/Drop Multiplexer – bộ ghép kênh xen/re quang), thiêt bi nay cho phép tách ghép trưc tiêp các luồng tin hiệu quang ma không cần thông qua quá trình biên đổi O/E va E/O như trong thiêt bi ADM.

1.4 CÁC THAM SỐ CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG.Hệ thống thông tin quang cũng có một số các tham số nhất đinh để cho

quá trình thu cũng như phát tin hiệu quang được đam bao. Thông thường người ta quan tâm tới các tham số chinh sau:

a. Các tham số điện quang.+ (S/N)e va (C/N)e la tỉ số tin hiệu trên nhiễu va tỉ số sóng mang trên

nhiễu được đo va xác đinh về phia điện của hệ thống điện quang, đó chinh la tỉ số của điện áp, dòng điện hoặc công suất điện. Tham số ty lệ lỗi bit BER của hệ thống truyền dân số luôn được đo sau bộ tách sóng quang tương ứng với tỉ số tin hiệu trên nhiễu S/N.

+ Độ rộng băng tần điện (BW)e la khoang tần số trong đó đáp ứng của tin hiệu như hệ số khuyêch đai, tỉ số dòng điện hay điện áp nằm trong giới han xác đinh.

+ (S/N)O va (C/N)O la tỉ số tin hiệu va sóng mang trên nhiễu được đo va xác đinh tai cổng quang của hệ thống tương ứng.

+ Độ rộng băng tần quang (BW)O la khoang tần số ma tai đó mức công suất quang nằm trong giới han xác đinh.

b. Các tham số quang.+ Công suất yêu cầu tối thiểu của nguồn quang: Mỗi thiêt bi trên đường

truyền luôn có tổn hao nhất đinh va có thể biểu diễn bằng một ham truyền:

L(dB)=10lg (1.28)

Trong đó Pra va Pvao la công suất ra va công suất vao của tưng thiêt bi, độ tổn hao của toan tuyên bằng tổng tổn hao của các thanh phần trong hệ thống.

Để nhận biêt được mối quan hệ của công suất phát Ps va độ nhay máy thu PD thì thông thường các giá tri nay được biểu diễn bằng w có thể đưa về biểu diễn qua đai lượng dB trong thang đo logarit theo các biểu thức sau:

Ps(dBm)=10lg (1.29)

PD(dBm)=10lg (1.30)

Vì vậy phương trình cơ ban của toan tuyên : PSPD=L+Pdư trữ



Muốn tuyên truyền dân hoat động tốt thì hiệu công suất lối ra của máy phát va độ nhay máy thu phai lớn hơn tổng suy giam trên toan tuyên, ngoai ra cũng cần phai có một lượng đư trữ công suất cho toan tuyên.

c. Độ tổn hao cua tuyên.Độ tổn hao của tuyên có thể chia ra lam hai thanh phần như đã được

trình bay ở phần trước ma trong đó ta chủ yêu quan tâm tới suy hao do ban thân sợi quang. Độ suy hao được xác đinh qua hệ số (dB/km).

d. Độ rộng băng tần cua tuyên.Trong đó người ta quan tâm đên độ rộng băng tần của sợi quang; độ

rộng băng tần của nguồn quang va các bộ kich thich; độ rộng băng tần của các bộ thu quang va các bộ tách quang.

1.5. Giới thiệu một số loại sợi quang mới.a. Nguyên tắc tạo sợi quang mới.

Qua khao sát người ta nhận thấy suy hao của các sợi quang nhỏ nhất la ở vùng bước sóng 1550nm va lớn ở vùng bước sóng 1300nm, tuy nhiên tai vùng bước sóng 1550nm thì tán sắc lai la lớn va ở vùng bước sóng 1300nm thì tán sắc lai la nhỏ nhất. Một câu hỏi đặt ra la tai sao không kêt hợp các yêu tố trên để tao ra một loai sợi quang có giá tri suy hao va tán sắc la tối ưu nhất Biện pháp được lưa chọn la điều chỉnh các tham số cơ ban của sợi nhằm dich chuyển tán sắc tối thiểu tới bước sóng có suy hao nhỏ. Do chủ yêu sợi triển khai trên đường trục la sợi đơn mode nên người ta chỉ hướng tới nghiên cứu về sợi đơn mode.

Đối với sợi quang đơn mode thì chỉ có tác động của tán sắc vật liệu va tán sắc dân sóng. Tán sắc vật liệu phụ thuộc vao vật liệu chê tao va khó có thể thay đổi được nhiều, chỉ có tán sắc dân sóng phụ thuộc vao tỉ lệ giữa đường kinh với bước sóng công tác va độ chênh chiêt suất. Căn cứ vao đặc điểm đó cùng với ý tưởng ở trên người ta nghiên cứu va đề xuất ra hai cấu tao sợi la sợi có tán sắc dich chuyển va sợi có tán sắc phẳng. Hình 1.11 mô ta biên thiên chỉ số chiêt suất của ba loai sợi đơn mode: sợi tiêu chuẩn (sợi đơn mode thông thường G.652) có tán sắc tối ưu tai bước sóng 1300nm, sợi có tán sắc dich chuyển va sợi có tán sắc phẳng.



Hình 1.11 Các mặt cắt chỉ số chiêt suất của ba loai sợi đơn mode chinh

b. Các loại sợi quang mới.Trên cơ sở những phân tich ở trên thì người ta đã thiêt kê va chê tao

được hai loai sợi quang mới dùng khá hiệu qua trên các hệ thống thông tin quang, đó la sợi quang đơn mode có tán sắc dich chuyển (DSF) va sợi quang đơn mode tán sắc dich chuyển không bằng không hay tán sắc dich chuyển khác không (NZ-DSF).

+ Sợi DSF có bước sóng trung tâm gần bước sóng 1550nm ma tai đó tán sắc bằng không. Sợi nay có suy hao va tán sắc rất nhỏ.

+ Sợi NZ-DSF la sợi quang đơn mode có giá tri tán sắc nhỏ nhưng không bằng không trong vùng bước sóng 1550nm. Sợi nay có giá tri suy hao tương tư như sợi đơn mode thông thường nhưng tán sắc rất nhỏ. Ưu điểm nổi trội của NZ -DSF la giam anh hưởng của các hiệu ứng phi tuyên va giam tán sắc phân cưc mode. Có hai loai sợi +NZ-DSF va –NZ-DSF.



PHẦN 2 - CÔNG NGHỆ GHÉP KÊNH QUANG THEO BƯỚC SÓNG WDM

CHƯƠNG I: CƠ SỞ KỸ THUẬT WDM.I.1. Giới thiệu:

Đặc điểm nổi bật của hệ thống ghép kênh quang theo bước sóng quang (WDM: Wavelength Division Multiplexer) la tận dụng hữu hiệu nguồn tai nguyên băng rộng trong khu vưc tổn hao thấp của sợi quang đơn mode, lam tăng dung lượng truyền dân của hệ thống đồng thời lam giam giá thanh của kênh dich vụ xuống mức thấp nhất. Ở đây việc thưc hiện ghép kênh se không có quá trình biên đổi điện nao. Mục tiêu của ghép kênh quang la nhằm để tăng dung lượng truyền dân. Ngoai ý đó việc ghép kênh quang còn tao ra kha năng xây dưng các tuyên thông tin quang có tốc độ rất cao. Khi tốc độ đường truyền đat tới một mức nao đó người ta đã thấy được những han chê của các mach điện trong việc nâng cao tốc độ truyền dân. Khi tốc độ đat tới hang trăm Gbit/s, ban thân các mach điện tử se không thể đam bao đáp ứng được xung tin hiệu cưc ky hẹp; thêm vao đó, chi phi cho các giai pháp trở nên tốn kém va cơ cấu hoat động quá phức tap đòi hỏi công nghệ rất cao. Kỹ thuật ghép kênh quang theo bươc sóng ra đời đã khắc phục được những han chê trên.

Hệ thống WDM dưa trên cơ sở tiềm năng băng tần của sợi quang để mang đi nhiều bước sóng ánh sáng khác nhau, điều thiêt yêu la việc truyền đồng thời nhiều bước sóng cùng một lúc nay không gây nhiễu lân nhau. Mỗi bước sóng đai diện cho một kênh quang trong sợi quang. Công nghệ WDM phát triển theo xu hướng ma sư riêng re bước sóng của kênh có thể la một phần rất nhỏ của 1 nm hay 10-9 m, điều nay dân đên các hệ thống ghép kênh thep bước sóng mật độ cao (DWDM). Các thanh phần thiêt bi trước kia chỉ có kha năng xử lý tư 4 đên 16 kênh, mỗi kênh hỗ trợ luồng dữ liệu đồng bộ tốc độ 2,5Gbit/s cho tin hiệu mang quang phân cấp số đồng bộ (SDH/SONET: Sychronouns Digital Hierarchy/ Sychronouns Optical Network - cấp số đồng bộ/ mang quang đồng bộ). Các nha cung cấp DWDM (Density Wavelength Division Multiplexer) đã sớm phát triển các thiêt bi nhằm hỗ trợ cho việc truyền nhiều hơn các kênh quang. Các hệ thống với hang trăm kênh giờ đây đã sẵn sang được đưa vao sử dụng, cung cấp một tốc độ dữ liệu kêt hợp hang trăm Gbit/s va tiên tới đat tốc độ Tbit/s truyền trên một sợi đơn. Có hai hình thức cấu thanh hệ thống WDM đó la:

Truyền dân hai chiều trên một sợi va truyền dân hai chiều trên hai sợi.

I.2. Các công nghệ dùng trong mạng thông tin quang.Kỹ thuật truyền dân sợi quang đã tiên hóa qua vai thập niên qua, tư hệ

thống WDM điểm nối điểm tới các hệ thống WDM điểm nối đa điểm va tiên tới mang WDM toan quang với các thiêt bi chuyển mach va đinh tuyên bước sóng. Qua đó ngay cang cung cấp tốc độ bit cao, số lượng kênh cũng lớn hơn va khoang cách truyền dân dai hơn.

I.2.1. TDM (Time Division Multiplexing).



TDM la phương pháp ghép kênh phân chia theo thời gian. Đây la phương pháp giúp tăng số lượng tin hiệu được gửi trên đường truyền vật lý. TDM lam tăng dung lượng đường truyền dân bằng cách chia thời gian thanh những khe nhỏ hơn, do đó các bit tư nhiều nguồn khác nhau có thể được mang đi trên một tuyên, lam tăng hiệu qua số các bit được truyền trên giây.

Trong WDM, dữ liệu vao được phục vụ theo kiểu xoay vòng. Mỗi khe thời gian được dư trữ ngay ca khi không có dữ liệu để gửi, do vậy hiệu qua kém. Vấn đề nay được giam bớt bằng cách ghép kênh thống kê sử dụng trong mode truyền dân không đồng bộ (ATM). Mặc dù ATM tận dụng băng thông tốt hơn, nhưng lai có những han chê thưc tê đối với tốc độ có thể đat được vì những xử lý điện tử yêu cầu cho việc phân tách va tập hợp lai các tê bao ATM mang dữ liệu.

I.2.2. SONET/SDH.SONET (Sychronous Optical Network: Mang không đồng bộ) la một

chuẩn của American National Standards Institute để truyền dữ liệu đồng bộ trên môi trường truyền la cáp sợi quang. Tương đương với SONET về mặt quốc tê la SDH. Cùng nhau, chúng đam bao các chuẩn sao cho các mang số có thể nối với nhau trên bình diện quốc tê va các hệ thống truyền quy ước đang tồn tai có thể nắm được lợi thê của môi trường cáp sợi quang.

SONET/SDH lấy các luồng n bit, ghép chúng lai, điều chê quang tin hiệu va sử dụng thiêt bi phát quang để gửi nó ra ngoai với một tốc độ bit tương đương với: (tốc độ bit vào) * n. Vì vậy lưu lượng đi đên bộ ghép kênh SONET tư bốn đầu vao với tốc độ 2,5Gbps se đi ra như một luồng đơn ở tốc độ 4*2,5 Gbps = 10 Gbps. Nguyên tắc nay được minh họa trong hình 1.2



SONET cung cấp các chuẩn cho một số lượng lớn các tốc độ truyền (tốc độ truyền thưc tê vao khoang 20 Gbps). SONET đinh nghĩa một tốc độ cơ sở la 51,84 Mbps va một tập tốc độ cơ sở được biêt dưới tên Ocx (Optical Carrier levels). Trong đó OC-192 la một tốc độ của SONET nối liền với một tốc độ tai (payload rate) bằng 9,584640 Gbps, chủ yêu được sử dụng trong môi trường WAN.

SONET có một số han chê giống như với hệ thống TDM. Thứ nhất, khái niệm về độ ưu tiên va tắc nghen không tồn tai trong SONET. Thứ hai, việc ghép kênh phân cấp khá cứng nhắc ở SONET. Vi dụ như nấc tiêp theo của STS-192 (10 Gbps) la STS 768 (40 Gbps). Vì hệ phân cấp số được tối ưu cho lưu lượng tiêng nói, nên se không hiệu qua khi mang dữ liệu trong các khung SONET.

I.2.3. Gigabit Ethernet.Khởi nguồn tư hơn 25 năm qua, Ethernet đã đáp ứng được nhu cầu ngay

cang tăng cho các mang chuyển mach gói. Do chi phi thấp, độ tin cậy đã được thử thách trong nhiều năm, việc cai đặt va bao trì tương đối đơn gian, nên hiện nay Ethernet la nghi thức được dùng cho mang nội bộ phổ biên nhất trên thê giới hiện nay. Ethernet có tốc độ lên đên 100 Mbps, mang lai hiệu qua về mặt kinh tê cho các kêt nối máy chủ va xương sống.

Công nghệ Ethernet 10 Gigabit được xây dưng trên nghi thức Ethernet, nhưng có tốc độ nhanh gấp 10 lần Ethernet (1000 Mbps). Ethernet Gigabit được triển khai như một công nghệ xương sống cho các mang đô thi. Đối với mang diện rộng WAN, Ethernet 10 Gigabit cho phép các ISP (Internet Service Provider) va NSP (Network Service Provider) tao ra các liên kêt tốc độ rất cao với giá thanh thấp tư các bộ chuyển mach va các bộ đinh tuyên trong pham vi công ty cho đên thiêt bi quang gán trưc tiêp vao SONET/SDH. Công nghệ Ethernet Gigabit hỗ trợ ca cáp sợi quang đơn mode va đa mode. Tuy vậy, Các khoang cách được hỗ trợ tùy vao các kiểu cáp sợi quang va bước sóng được thưc thi trong ứng dụng.

Tuy vậy, Ethernet Gigabit không mang lai sư đam bao về chất lượng dich vụ hay kha năng chiu lỗi.



I.3. Hệ thống thông tin quang nhiều kênh.Để đáp ứng được các đòi hỏi của dich vụ mang, trong vai năm trở lai

đây, công nghệ thông tin đã đat được những tiên bộ đáng chú ý, trong đó nổi bật la sư xuất hiện của các hệ thống sử dụng kỹ thuật ghép kênh quang. Trong các hệ thống nay, tin hiệu có thể truyền đồng thời nhiều luồng trong một sợi quang nhằm tăng dung lượng của tuyên truyền dân. Các hệ thống nay được gọi la hệ thống thông tin quang nhiều kênh.

Trên thưc tê, sư ra đời của các hệ thống đa kênh đã giai quyêt được những han chê của hệ thống đơn kênh, đồng thời cũng tận dụng được những công nghệ hiện có để phát triển manh me. Cụ thể la:

Thứ nhất, đối với hệ thống đơn kênh, thì tốc độ đat tới mức khoang vai trục Gbit/s thì khoang cách tuyên truyền dân se bi rút ngắn lai, các thiêt bi điện tử se đat đên giới han của nó va không đáp ứng được các xung tin hiệu cưc ky hẹp; thêm vao đó chi phi danh cho các giai pháp trên tuyên truyền dân trở nên tốn kém vì cấu trúc, thuật toán phức tap va đòi hỏi các thiêt bi có công nghệ cao. Do đó, các hệ thống quang đa kênh có thể khắc phục được những nhược điểm đó. Các phần tử quang se thay thê hoat động của các thiêt bi điện tử, do đó se xử lý tin hiệu nhanh hơn.

Thứ hai, kỹ thuật ghép kênh quang được sử dụng se tận dụng được phổ của laser, tận dụng được băng tần rất lớn của sợi quang. Để tận dụng được băng tần rất lớn của sợi quang hiện tai hệ thống quang đa kênh chủ yêu sử dụng hai công nghệ:

- Hệ thống ghép kênh quang phân chia theo thời gian (OTDM).- Hệ thống ghép kênh quang phân chia theo bước sóng (WDM).Các hệ thống thông tin quang WDM đã được thương mai hóa va hoat

động có hiệu qua tư năm 1996. Trong tương lai, ghép kênh theo bước sóng se được ưa chuộng hơn vì chi phi kỹ thuật va các thiêt bi để lắp đặt hệ thống TDM tương đối cao.

I.4. Nguyên ly cơ ban cua hệ thống WDM.I.4.1. Đinh nghĩa.

WDM (Wavelength Division Multiplexing – Ghép kênh theo bước sóng) la công nghệ “ trong một sợi quang truyền dân nhiều tin hiệu quang với nhiều bước sóng khác nhau”. Ở đầu phát, nhiều tin hiệu quang có bước sóng khác nhau được tổ hợp lai (ghép kênh) để truyền đi trên một sợi quang. Ở đầu thu, tin hiệu tổ hợp đó được phân giai ra (tách kênh), khôi phục lai tin hiệu gốc rồi đưa vao các đầu cuối khác nhau.

I.4.2. Giới thiệu nguyên ly ghép kênh quang theo bước song.Đặc điểm nổi bật của hệ thống ghép kênh theo bước sóng quang (WDM)

la tận dụng hữu hiệu nguồn tai nguyên băng rộng trong khu vưc tổn hao thấp của sợi quang đơn mode, nâng cao ro rệt dung lượng truyền dân của hệ thống đồng thời ha giá thanh của kênh dich vụ xuống mức thấp nhất. Ở đây việc thưc hiện ghép kênh se không có quá trình biên đổi điện nao. Mục tiêu của ghép kênh quang la nhằm để tăng dung lượng truyền dân. Ngoai ý nghĩa đó việc ghép kênh quang còn tao ra kha năng xây dưng các tuyên thông tin quang có



tốc độ rất cao. Khi tốc độ đường truyền đat tới một mức độ nao đó người ta đã thấy được những han chê của các mach điện trong việc nâng cao tốc độ truyền dân. Khi tốc độ đat tới hang trăm Gbit/s, ban thân các mach điện tử se không thể đam bao đáp ứng được xung tin hiệu cưc ky hẹp; thêm vao đó, chi phi cho các giai pháp trở nên tốn kém va cơ cấu hoat động quá phức tap đòi hỏi công nghệ rất cao. Kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng ra đời đã khắc phục được những han chê trên.

Hệ thống WDM dưa trên cơ sở tiềm năng băng tần của sợi quang để mang đi nhiều bước sóng ánh sáng khác nhau, điều thiêt yêu la việc truyền đồng thời nhiều bước sóng cùng một lúc nay không gây nhiễu lân nhau. Mỗi bước sóng đai diện cho một kênh quang trong sợi quang. Công nghệ WDM phát triển theo xu hướng ma sư riêng re bước sóng của kênh có thể la một phần rất nhỏ của 1 nm hay 10-9 m, điều nay dân đên các hệ thống ghép kênh theo bước sóng mật độ cao (DWDM). Các thanh phần thiêt bi trước kia chỉ có kha năng xử lý tư 4 đên 16 kênh, mỗi kênh hỗ trợ luồng dữ liệu đồng bộ tốc độ 2,5 Gbit/s cho tin hiệu mang quang phân cấp số đồng bộ (SDH/SONET). Các nha cung cấp DWDM đã sớm phát triển các thiêt bi nhằm hỗ trợ cho việc truyền nhiều hơn các kênh quang. Các hệ thống với hang trăm kênh giờ đây đã sẵn sang được đưa vao sử dụng, cung cấp một tốc độ dữ liệu kêt hợp hang trăm Gbit/s va tiên tới đat tốc độ Tbit/s truyền trên một sợi đơn. Có hai hình thức cấu thanh hệ thống WDM đó la:

a. Truyền dân hai chiều trên hai sợi:Hệ thống WDM truyền dân hai chiều trên hai sợi la: tất ca kênh quang

cùng trên một sợi quang truyền dân theo cùng một chiều (như hình 1.3), ở đầu phát các tin hiệu có bước sóng quang khác nhau va đã được điều chê , ,....,

thông qua bộ ghép kênh tổ hợp lai với nhau, va truyền dân một chiều trên một sợi quang. Vì các tin hiệu được mang thông qua các bước sóng khác nhau, do đó se không lân lộn. Ở đầu thu, bộ tách kênh quang tách các tin hiệu có bước sóng khác nhau, hoan thanh truyền dân tin hiệu quang nhiều kênh. Ở chiều ngược lai truyền dân qua một sợi quang khác, nguyên lý giống như trên.



b. Truyền dân hai chiều trên một sợi:

Hệ thống WDM truyền dân hai chiều trên một sợi la: ở hướng đi, các kênh quang tương ứng với các bước sóng 1, 2, ..., n qua bộ ghép/tách kênh được tổ hợp lai với nhau truyền dân trên một sợi. Cũng sợi quang đó, ở hướng về các bước sóng n+1, n+2,..., 2n được truyền dân theo chiều ngược lai (xem hình 1.4). Nói cách khác ta dùng các bước sóng tách rời để thông tin hai chiều (song công).

Hệ thống WDM hai chiều trên hai sợi được ứng dụng va phát triển tương đối rộng rãi. Hệ thống WDM hai chiều trên một sợi thì yêu cầu phát triển va ứng dụng cao hơn, đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật cưc ky nghiêm ngặt. Ở phia phát, các thiêt bi ghép kênh phai có suy hao nhỏ tư mỗi nguồn quang tới đầu ra của bộ ghép kênh. Ở phia thu, các bộ tách sóng quang phai nhay với dai rộng của các bước sóng quang. Khi thưc hiện tách kênh cần phai cách ly kênh quang thật tốt với các bước sóng khác bằng cách thiêt kê các bộ tách kênh thật chinh xác, các bộ lọc quang nêu được sử dụng phai có bước sóng cắt chinh xác, dai lam việc ổn đinh.

Hệ thống WDM được thiêt kê phai giam tối đa các hiệu ứng có thể gây ra suy hao truyền dân. Ngoai việc đam bao suy hao xen của các thiêt bi thấp, cần phai tối thiểu hoá thanh phần công suất có thể gây ra phan xa tai các phần tử ghép, hoặc tai các điểm ghép nối các module, các mối han...., bởi chúng có thể lam gia tăng vấn đề xuyên kênh giữa các bước sóng, dân đên lam suy giam nghiêm trọng tỉ số S/N của hệ thống. Các hiệu ứng trên đặc biệt nghiêm trọng đối với hệ thống WDM truyền dân hai chiều trên một sợi, do đó hệ thống nay có kha năng it được lưa chọn khi thiêt kê tuyên.

Ở một mức độ nao đó, để đơn gian ta có thể xem xét bộ tách bước sóng như bộ ghép bước sóng chỉ bằng cách đổi chiều tin hiệu ánh sáng. Như vậy hiểu đơn gian, tư “bộ ghép - multiplexer” trong trường hợp nay thường được sử dụng ở dang chung để xét cho ca bộ ghép va bộ tách; loai trư trường hợp cần thiêt phai phân biệt hai thiêt bi hoặc hai chức năng. Người ta chia loai thiêt bi OWDM lam ba loai: Các bộ ghép (MUX), các bộ tách (DEMUX) va các bộ ghép/tách hỗn hợp (MUX-DEMUX). Các bộ MUX va DEMUX được sử dụng trong các phương án truyền dân theo một hướng, còn loai thứ ba MUX-



DEMUX được sử dụng cho các phương án truyền dân theo hai hướng. Hình 1.5 mô ta thiêt bi ghép/tách hỗn hợp.

I.4.3 Mục đich.Do băng thông quang rất lớn (khoang 100Ghz-km) nên nêu chỉ sử dụng

cho mục đich đơn le se rất hao phi. Vì vậy sử dụng công nghệ WDM nhằm mục đich tận dụng băng tần truyền dân của sợi quang bằng cách truyền đồng thời nhiều kênh bước sóng trên cùng một sợi quang. Qua nghiên cứu ITU-T đã đưa ra cụ thể các kênh bước sóng va khoang cách giữa các kênh nay có thể chọn ở các cấp độ 200Ghz, 100Ghz, 50Ghz.

I.5. Ưu va nhược điêm cua công nghệ WDM.Trãi qua quá trình nghiên cứu va triển khai, mang thông tin quang cũng

như mang quang sử dụng công nghệ WDM đã cho thấy những ưu điểm nổi trội:

* Dung lượng truyền dân lớn:Sử dụng công nghệ WDM có nghĩa la trong một sợi quang có thể ghép

rất nhiều kênh quang (có bước sóng khác nhau) để truyền đi , mỗi kênh quang lai ứng với một tốc độ bit nao đó (TDM). Hiện nay đã thử nghiệm thanh công hệ thống WDM 80 bước sóng với mỗi bước sóng mang tin hiệu TDM tốc độ 2,5Gbit/s, tổng dung lượng hệ thống se la 200Gbit/s. Trong khi đó với hệ thống TDM, tốc độ bit mới chỉ đat tới STM -256 (dung lượng 40 Gbit/s).

* Tinh trong suốt của mang WDMDo công nghệ WDM thuộc kiên trúc lớp mang vật lý nên có thể hỗ trợ

các đinh dang số liệu va thư thoai chuyển mach kênh, ATM, Gigabit Ethernet, ESCON, IP…

Mạng trong suốt: Trong một dải băng thông xác định, mạng có thể truyền các dịch vụ với bất kì tốc độ nào và với bất kỳ giao thức nào. Như vậy nhà cung cấp dịch vụ có thể đáp ứng nhiều dịch vụ khác nhau bằng cách sử dụng một cơ sở hạ tầng duy nhất. Như vậy sẽ rất có lợi về mặt kinh tế và vẫn có thể triển khai các dich vụ mới một cách hiệu quả, nhanh chóng mà không làm ảnh hưởng gì đến các dịch vụ trước đó.

* Việc nâng cấp dung lượng hệ thống thưc hiện dễ dang, linh hoat.Kỹ thuật WDM cho phép tăng dung lượng mang hiện có lên đên hang

Tbps, có thể đáp ứng nhu cầu mở rộng ở nhiều cấp độ khác nhau. Bên canh đó nó cũng mở ra một thi trường mới, đó la thuê kênh quang (hay bước sóng



quang) ngoai việc sợi hay cáp quang. việc nân cấp hệ thống đơn gian chỉ la cắm thêm các card mới trong khi hệ thống vân hoat động (Plug and Play).

* Quan lý băng tần hiệu qua va cấu hình hệ thống mềm deoBằng cách thay đổi phương thức đinh tuyên va phân bổ bước sóng trong

mang WDM, ta có thể dễ dang quan lý va cấu hình lai hệ thống một cách linh hoat tuy theo yêu cầu thưc tê. Hiện nay WDM la công nghệ duy nhất cho phép xây dưng mô hình mang truyền tai quang OTN (Optical Transport Network) cho phép xây dưng mang quang trong suốt.

* Sử dụng công nghệ WDM có thể tận dụng cơ sở ha tầng của các mang quang trước đó, giam được chi phi đầu tư mới. Do vậy tiêt kiệm va kinh tê hơn.

CHƯƠNG II: CÁC THIẾT BỊ QUANG THỤ ĐỘNG TRONG WDM

Trong chương trước, chúng ta đã có tầm nhìn bao quát về một tuyên truyền dân quang va công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng WDM. Các thiêt bi OWDM rất đa dang, có thể thưc hiện qua các phần tử tich cưc hay thu động, nguồn quang phổ hẹp, các thiêt bi vi quang, các thiêt bi phân cưc quang, quay pha, cách tử quang, ghép sợi .... Nhưng tưu trung lai, chúng lam việc chủ yêu theo hai nguyên tắc chinh: nguyên tắc tán sắc góc va nguyên tắc lọc quang. Ngay nay, cùng với những tiên bộ không ngưng trong nhiều lĩnh vưc khác của nganh công nghiệp truyền thông, đặc biệt la với công nghệ mới đầy hấp dân nay, các thiêt bi WDM không ngưng được đổi mới va cai tiên cho phù hợp nhằm vươn tới những ngưỡng dung lượng truyền dân khổng lồ với chi phi đầu tư thấp. Chương nay nhằm đề cập đên các vấn đề kỹ thuật tư cơ ban đên phức tap đã va đang được sử dụng trong các thiêt bi WDM.

Các phần tử sử dụng trong hệ thống OWDM rất đa dang, nhưng có thể phân loai ra như hình 2.1:

Để đơn gian khi xem xét các thiêt bi WDM, chúng ta chủ yêu lấy bộ tách kênh theo bước sóng để phân tich, bởi vì nêu xét ở một mức độ nao đó thì nguyên lý các thiêt bi WDM có tinh thuận nghich về cấu trúc, do đó hoat động



của các bộ ghép kênh cũng được giai thich tương tư bằng cách đơn gian la thay đổi hướng tin hiệu đầu vao va đầu ra.

Các bộ tách (hay các bộ ghép) được chia ra lam hai loai chinh theo công nghệ chê tao la:

1 Thiêt bi WDM vi quang

1 Thiêt bi WDM ghép sợi.Ở loai thứ nhất, việc tách/ghép kênh dưa trên cơ sở các thanh phần vi

quang. Các thiêt bi nay được thiêt kê chủ yêu sử dụng cho các tuyên thông tin quang dùng sợi đa mode, chúng có những han chê đối với sợi dân quang đơn mode. Loai thứ hai dưa vao việc ghép giữa các trường lan truyền trong các loi sợi kề nhau. Kỹ thuật nay phù hợp với các tuyên sử dụng sợi đơn mode.

I. CÁC THIẾT BỊ WDM VI QUANG:

Các thiêt bi WDM vi quang được chê tao dưa trên hai phương pháp công nghệ khác nhau la: các thiêt bi có bộ lọc va các thiêt bi phân tán góc. Thiêt bi lọc chỉ hoat động mở cho một bước sóng (hoặc một nhóm các bước sóng) tai một thời điểm, nhằm để tách ra một bước sóng trong nhiều bước sóng. Để thưc hiện thiêt bi hoan chỉnh, người ta phai tao ra cấu trúc lọc theo tầng. Còn thiêt bi phân tán góc lai đồng thời đưa ra tất ca các bước sóng.

I.1. Các bộ lọc trong thiêt bi WDM.

Trong thiêt bi ghép-tách bước sóng vi quang thường sử dụng bộ lọc bước sóng bằng mang mỏng. Thi dụ bộ tách bước sóng dùng bộ lọc mang mỏng thể hiện như hình 2.2.

Bộ lọc có cấu trúc đa lớp gồm các lớp điện môi rất mỏng, có chiêt suất cao va thấp đặt xen ke nhau. Bộ lọc lam việc dưa trên nguyên lý buồng cộng hưởng Fabry-Perot, gồm hai gương phan xa một phần đặt song song cách nhau chỉ bởi một lớp điện môi trong suốt.



Bề day các lớp bằng 1/4 bước sóng truyền đối với bộ lọc bậc 0 va bằng 3/40 đối với bộ lọc bậc 1 va được chê tao tư vật liệu có hệ số chiêt suất thấp như MgF2 có n = 1,35 hoặc SiO2 có n = 1,46 va vật liệu có chỉ số chiêt suất cao như TiO2 có n = 2,2.

Khi chùm tia sáng đi vao thiêt bi, thì hiện tượng giao thoa ánh sáng xay ra do phan xa nhiều lần trong khoang cộng hưởng. Nêu bề day của lớp đệm la số nguyên lần của nửa bước sóng ánh sáng tới thì giao thoa xêp chồng xay ra va công suất quang của bước sóng đat giá tri cưc đai va bước sóng đó se được truyền dân thông suốt nhất. Các chùm ánh sáng ở những bước sóng khác trong buồng cộng hưởng hầu như bi phan xa hoan toan. Đường cong phân bố công suất ở đầu ra của bộ lọc có dang như hình 2.4:

Bộ lọc thông thấp hoặc thông cao có bước sóng cắt c (hình 2.5a la thông cao va hình 2.5b la thông thấp). Bộ lọc thông giai có bước sóng trung tâm 0 va độ rộng giai (hình 2.5c). T la ham truyền đat của bộ lọc.



Các bộ lọc thông thấp hoặc thông cao thường được sử dụng để tách 2 bước sóng có khoang cách xa nhau, chẳng han 850 nm va 1300 nm hoặc 1300 nm va 1550 nm. Loai bộ lọc như vậy, thich hợp cho hệ thống WDM sử dụng nguồn quang có dai phổ rộng (LED). Bộ lọc thông giai được sử dụng trong WDM khi nguồn quang có phổ hẹp (LASER). Đối với bộ lọc thông giai có một vai yêu cầu: đó la độ dốc sườn đường cong ham truyền đat phai đủ lớn để tránh xuyên âm giữa các kênh kề nhau, mặt khác độ rộng giai có dung sai cho phép để đề phòng dich bước sóng trung tâm của nguồn quang khi nhiệt độ thay đổi.

Dưới đây ta xem xét một số thiêt bi tách bước sóng dùng bộ lọc mang mỏng:

a. Bộ tách hai bước song.

Cấu trúc cơ ban của bộ tách hai kênh như ở hình 2.6a, trong khi đó việc thưc hiện thưc tê cấu trúc nay chỉ đơn gian như ở hình 2.6b. Các phần tử chuẩn trưc va hội tụ la các lăng kinh GRIN 1/4 chu ky P. Bộ lọc được thiêt kê để phát đi 1 va phan xa 2 se được đặt giữa hai lăng kinh.



Các thiêt bi tách bước sóng nay có sẵn trên thi trường thương mai va được sử dụng rộng rãi ở các hệ thống thông tin quang sử dụng các nguồn phát LED ở bước sóng 850 nm va 1300 nm, hoặc sử dụng các nguồn phát phổ hẹp của các tổ hợp bước sóng như: 800 nm va 830 nm; 800 nm va 890 nm; 1200 nm va 1300 nm; hoặc 1300nm va 1550 nm vv..., với suy hao xen nhỏ hơn 3dB (cho mỗi cặp) va suy hao xuyên kênh cao hơn 25dB.

b. Bộ tách lớn hơn hai bước song.

Thiêt bi nay sử dụng các bộ lọc nối tiêp nhau, va mỗi bộ lọc cho đi qua một bước sóng va phan xa các bước sóng còn lai (xem hình 2.7):



Trong thưc tê, thiêt bi tách nhiều bước sóng ngoai các bộ lọc còn có thấu kinh, các sợi quang vv...

Hình 2.8 la bộ tách 5 bước sóng dùng thấu kinh GRIN va khối thuy tinh trong suốt.

Đôi khi có thể thưc hiện tao ra bộ tách kênh ma không cần sử dụng đên các phần tử chuẩn trưc. Vi dụ như ở hình 2.9, thiêt bi không có lăng kinh, ma các bộ lọc giao thoa ở đây được đặt trên tưng đoan một cách thich hợp va đầu sợi được mai nhẵn.



c. Thiêt bi kêt hợp ghép va tách bước song (MUX - DMUX)

Hình 2.10 thể hiện thiêt bi MUX-DEMUX 4 bước sóng. Các bước sóng 0,81 m va 0,89 m tư hai nguồn quang khác nhau được ghép thanh một tia chung để truyền qua sợi quang. Các bước sóng 1,2 m va 1,3 m tư sợi quang đên được tách thanh hai tia ứng với mỗi bước sóng để đưa đên diode tách quang. Thấu kinh GRIN tai cổng vao dùng loai 1/4P phân kì, tai cổng ra dùng loai 1/4P hội tụ.

Trong đó:

BPF - Bộ lọc thông giai

LWPF - Bộ lọc thông thấp

SWPF - Bộ lọc thông cao.



Độ rộng của kênh la 25 nm va 32 nm trong cửa sổ thứ nhất; 47 nm va 50 nm trong cửa sổ thứ hai của sợi quang. Suy hao xen la 1,4 dB cho bước sóng 0,89 m; 2,6 dB cho bước sóng 1,2 m; 2,2 dB cho bước sóng 1,3 m khi dùng Laser diode va 5,2 dB cho bước sóng 0,81 m khi dùng LED. Suy hao xuyên âm bằng -18 dB cho bước sóng ngắn dùng LED, còn nêu dùng Laser diode thì suy hao xuyên âm bằng -3,9 dB.

Một thi dụ khác của bộ MUX-DEMUX dùng gương cầu lom như hình 2.11.

Các đầu sợi quang đặt trên mặt phẳng tiêu D. Gương cầu lom A phan xa bước sóng 0,825 m tới đầu ra. Gương cầu lom B phan xa bước sóng 0,870 m tư sợi chung vao va tới sợi ra. Gương cầu lom C phan xa bước sóng 1,3 m tư sợi chung vao va tới sợi ra khác. Suy hao xen va suy hao xuyên âm như bang dưới đây:

0,825 m 0,870 m 1,3 mSuy hao xen (dB) 0,4 0,75 1,3Suy hao xuyên âm

đầu gần (dB)- 0,6 - 40

Suy hao xuyên âm đầu xa (dB)

- 78 - 120

I.2.Thiêt bi WDM lam việc theo nguyên ly tán sắc goc.

Thiêt bi WDM sử dụng bộ lọc mang mỏng không thich hợp cho hệ thống có quá nhiều bước sóng hoặc khi bước sóng nay quá gần nhau. Trong trường hợp nay phai sử dụng phần tử tán sắc góc. Ưu điểm của phần tử tán sắc góc la tán xa đồng thời tất ca các bước sóng.

I.2.1. Dùng lăng kinh lam phần tử tán sắc goc.

Trong giai đoan đầu của kỹ thuật WDM người ta thường dùng lăng kinh lam phần tử tán sắc góc (hình 2.12). Do hiện tượng chiêt suất phụ thuộc vao bước sóng ánh sáng tức la n = n() nên chùm tia sáng có các bước sóng khác



nhau ở đầu vao se bi lăng kinh phân thanh các tia sáng đơn sắc khác nhau theo các hướng khác nhau ở đầu ra theo đinh luật Sneel (sư phụ thuộc của chiêt suất vật liệu lam lăng kinh theo bước sóng).

(2.1)

Với:

i la góc tới

i’ la góc ló

A la góc đỉnh của lăng kinh

n la chiêt suất vật liệu lam lăng kinh.

Nhược điểm: tán sắc dùng lăng kinh có mức độ tán sắc thấp, nên khó tách được các bước sóng gần nhau. Vì vậy người ta chỉ có thể dùng lăng kinh trong trường hợp tách các bước sóng ở hai cửa sổ truyền dân khác nhau (vi dụ bước sóng 1 ở cửa sổ 1300 nm; bước sóng 2 ở cửa sổ 1550 nm). Do nhược điểm không tách được các tia sáng có bước sóng gần nhau nên lăng kinh ngay nay không được sử dụng trong công nghệ WDM nữa, thay vao đó người ta sử dụng cách tử nhiễu xa lam phần tử tán sắc góc.

I.2.2. Dùng cách tử lam phần tử tán sắc goc.a. Mở đầu.

Cách tử được cấu tao gồm nhiều rãnh (như răng cưa), được khắc bằng dụng cụ kim cương, trên bề mặt của các rãnh nay được phủ một lớp phan xa, số lượng rãnh trên cách tử có thể lên tới vai nghìn rãnh trên 1 mm. Cách tử có kha năng truyền hoặc tán xa ánh sáng theo những hướng nhất đinh tuy thuộc vao bước sóng của ánh sáng đó. Góc tán xa phụ thuộc vao khoang cách rãnh (gọi la bước cách tử) va góc tới.



Cũng giống như lăng kinh, ánh sáng không đơn sắc ở đầu vao, sau khi qua cách tử se được tách thanh các tia sáng đơn sắc ở đầu ra theo các góc khác nhau. Khác với lăng kinh, cách tử nhiễu xa cho các góc tán xa lớn hơn.

Khi tách kênh (tách bước sóng) bằng cách tử, nguồn sáng tới gồm nhiều bước sóng tư sợi quang se được tách ra thanh các tia đơn sắc tương ứng với các bước sóng được truyền trên sợi theo các góc khác nhau. Ngược lai khi ghép kênh, một số kênh bước sóng 1, 2,....., n đên tư các hướng khác nhau có thể được kêt hợp thanh một hướng va được đưa tới truyền dân trên cùng một sợi quang.

b. Cách tử nhiễu xạ phẳng.

Xét hoat động của một cách tử phẳng có rãnh răng cưa như hình 1.15:

Trong đó:N - đường vuông góc với mặt đáy của cách tửM - đường vuông góc với canh của rãnh - góc tới của tia sáng với N’ - góc nhiễu xa với Ni - góc tới của tia sáng với M



i’ - góc nhiễu xa với Md - chu kì cách tử - góc nghiêng của rãnh.

Tư hình 1.15 va theo kêt qua chứng minh thì khi chiêu hai tia sáng vao rãnh cách tử se tao ra các tia nhiễu xa cùng pha nêu hiệu số đường đi hai tia sáng thoa mãn điều kiện sau:

0 = d(sin + sin’) = k (2.2)

Với: k - số nguyên - bước sóngd - chu kì cách tử

k = 0 ứng với truyền trưc tiêpk = 1 ứng với bậc 1 nhiễu xa.

Nêu hệ số khúc xa của môi trường bên ngoai cách tử la n thì (2.1) có dang:

nd(sin + sin’) = k (2.3)

Cũng tư hình 1.15 ta có:i = - i’ = ’ -

Theo quy tắc phan xa thì góc tới bằng góc phan xa, nghĩa la i = i’, rút ra:

= ( + ’)/2 (2.4)

Công thức (2.1) có thể viêt dưới dang:

(2.5)

Hay (2.5’)

Đối với cách tử phan xa thì được tinh theo điều kiện của Littrow (khi =’). Theo điều kiện nay tìm được ứng với tán xa bậc 1 la:

1 = 2dsin (2.6)

Khi ’

1 = 2dsincos (2.7)

Theo điều kiện Littrow va ứng với bậc 2 của tán xa có:

2 = 2dsin (2.8)

n = sin (2.9)

Biên độ trường nhiễu xa mặt bên của rãnh cách tử được xác đinh theo biểu thức:



A = (2.10)

Khi = n thì cường độ nhiễu xa cưc đai va bằng:

(2.11)

Phân bố phổ của nhiễu xa được xác đinh theo biểu thức:

(2.12)

Tư biểu thức trên, xây dưng đường cong phân bố phổ của năng lượng nhiễu xa bậc một như hình 1.16 a). Trong trường hợp d nhỏ hơn bước sóng thì phân bố phổ của năng lượng nhiễu xa phụ thuộc vao va có dang như hình 1.16 b).

c. Ứng dụng cua cách tử nhiễu xạ phẳng.

Nói chung, các bộ ghép kênh hoặc tách kênh sử dụng cách tử bao gồm 3 phần chinh: các phần tử vao va ra (la mang sợi hoặc một sợi truyền dân với các thanh phần thu - phát); phần tử hội tụ quang; phần tử tán sắc góc grating.

Hình 2.17 la cấu hình đơn gian của một bộ ghép kênh của Finke. Trong đó, mang đầu sợi quang được đặt tai tiêu cư của một thấu kinh tròn, phần tử tán sắc góc grating được đặt tai tiêu cư bên kia của thấu kinh đó. Bộ tách kênh thưc tê loai nay đã thưc hiện tách tư 4 đên 6 kênh với suy hao khoang 1,2 đên 1,7 dB (triển vọng có thể tách được 10 kênh).



Trên hình 2.18 a) va 2.18 b) la bộ tách Littrow với a) la cấu trúc cơ ban còn b) la cấu trúc thưc tê sử dụng lăng kinh GRIN-rod của bộ tách 2 kênh.

Trên hình 2.19, đầu mang các sợi quang được đặt trước một khe đã được quang khắc trên mặt cách tử phan xa phẳng đặt vuông góc với các rãnh cách tử. Gương cầu lom có tác dụng lam thay đổi hướng của bất kì một tia đa bước sóng phân ky nao thanh một tia song song quay trở lai cách tử, tia nay khi đên cách tử, se bi tán sắc va phan xa trở lai gương, phan xa một lần nữa, tao anh trên vùng mang sợi quang tuy thuộc vao giá tri tưng bước sóng. Cấu trúc nay có hệ số hội tụ va truyền đat bằng 1; vì vậy, hiệu suất ghép khá cao, đặc biệt nêu sử dụng gương parabol thì quang sai rất nhỏ, gần bằng 0.

Số lượng các kênh có thể ghép trong thiêt bi phụ thuộc nhiều vao phổ của nguồn quang: tư năm 1993, đã có thể ghép được 6 kênh (đối với nguồn LED), 22 kênh (đối với nguồn Laser); nêu sử dụng kỹ thuật cắt phổ của nguồn phát LED để nâng cao số kênh ghép thì có thể ghép tới 49 kênh. Đối với nguồn đơn sắc, suy hao xen của thiêt bi ghép rất nhỏ (< 2 dB), va có thể đat đên 0,5 dB cho thiêt bi đơn mode vùng bước sóng 1540 nm đên 1560 nm.



d. Cách tử hình lòng chao.

Cách tử hình lòng chao được sử dụng để phan xa ánh sáng, vì vậy góc nghiêng của rãnh cách tử được tinh toán giống như cách tử phan xa phẳng. Theo thuyêt vô hướng thì góc nghiêng của rãnh phai thay đổi liên tục để duy trì đường phân giác của góc hợp bởi tia tới va tia phan xa ABC luôn vuông góc với bề mặt của răng cưa.

Một ứng dụng của cách tử hình lòng chao như chỉ ra trên hình 2.21, thiêt bi loai nay có ve như đơn gian hơn vì không sử dụng phần tử hội tụ quang (thấu kinh hoặc lăng kinh). Thiêt bi loai nay đã thưc hiện ghép 4 kênh, suy hao 2,6 dB; nó có nhược diểm la quang sai không ổn đinh trong giai phổ rộng.



Tóm lai thiêt bi WDM dùng cách tử như phần tử tán sắc góc để tách/ghép bước sóng thường sử dụng theo cách như chỉ ra trên các hình 2.17 đên 2.21; trong hình 2.19 nêu thay gương lòng chao bằng gương parabol thì có thể hiệu chỉnh quang sai.

e. Cách tử Bragg.

Cách tử Bragg la cách tử được chê tao ngay bên trong sợi quang. Cách tử sợi Bragg thông thường trước đây khó san xuất được với độ dai sợi quá 15 cm do han chê về chiều dai sợi cách tử đối với bán kinh chùm tia laser hoặc do chiều dai của mặt na phase. Hiện nay công nghệ chê tao hiện đai đã cho phép thay đổi các thông số như độ dai cách tử, chiêt suất có thể được điều biên theo yêu cầu, tao nên cách tử sợi dang nhiều bậc như bước ren; nhờ đó một số lớn các bộ lọc được tao ra với các thông số khá hoan thiện.

Ứng dụng của cách tử sợi Bragg trong module xen/re bước sóng như sau: điều chỉnh bước sóng xen/re dùng cách tử sợi Bragg mang lai nhiều ưu điểm cho thiêt bi OADM. Trong đó, đặc biệt la suy hao xen của thiêt bi thấp, đặc tinh phổ của bộ lọc có dang bộ lọc băng thông BPF với kha năng đat được khoang cách kênh bước sóng la 50 GHz, đó la một tinh năng hoan toan thuyêt phục. Có hai phương pháp điều khiển bước sóng xen/re đối với thiêt bi sử dụng sợi cách tử Bragg, đó la: điều khiển nhiệt hoặc thay đổi độ nén dãn của sợi bằng tai cơ, song cách thứ hai đat được tốc độ điều chỉnh cao hơn.

Ứng dụng cách tử sợi Bragg trong bù tán sắc: phổ của xung quang chứa nhiều thanh phần bước sóng khác nhau, khi truyền xung dọc sợi quang, thanh phần bước sóng ngắn se đi nhanh hơn thanh phần bước sóng dai, đây chinh la hiệu ứng tán sắc, lam dãn phổ xung quang đó va có thể gây xuyên nhiễu lên các xung quang lân cận. Trước đây đã có nhiều giai pháp bù tán sắc, như sử dụng sợi bù tán sắc DCF, nhưng cách nay thưc ra còn nhiều nhược điểm như: gây suy hao lớn, gây ra các hiệu ứng phi tuyên khác... Gần đây, cách tử bù tán sắc đã được xem la giai pháp có nhiều hứa hẹn. Bước cách tử trong cách tử bù tán sắc được dich đi để phan xa các bước sóng chậm (bước sóng dai) trước khi các thanh phần bước sóng nhanh (bước sóng ngắn) đi đên cuối cách tử va bi phan xa trở lai (xem hình 2.22), module bù tán sắc kiểu nay cũng se lam co xung đã bi dãn rộng ra trước khi được truyền đi tiêp hoặc được xử lý. Nêu sợi cách tử cang dai, mức bù tán sắc cang lớn va phổ thiêt bi có thể lam việc cang được mở rộng. Nêu quá trình chê tao sợi không tốt, se gây hiện tượng nhấp nhô (ripple) đối với trễ nhóm tin hiệu quang, do đó có thể lam sai khác đi việc bù tán sắc của thiêt bi.



Suy hao của module bù tán sắc kiểu nay gây ra bởi: suy hao cố đinh của circulator va các chỗ ghép nối (tổng suy hao nay nhỏ hơn 2 dB), suy hao của cách tử sợi Bragg phụ thuộc vao độ dai sợi, khoang 0,3 dB/m (theo công nghệ chê tao cam ứng tia cưc tim). Ngoai ra, suy hao nay cũng phụ thuộc dai bước sóng lam việc khoang 0,3 dB/nm. Thưc nghiệm cho thấy ưu thê của module bù tán sắc dùng cáh tử sợi Bragg so với bù tán sắc dùng sợi DCF được chỉ ra như trong bang dưới đây:

Bảng 2.1. So sánh độ suy hao giữa các thiết bị bù tán sắc.

cách bù tán sắcsuy hao cưc tiểu

suy hao thông thường

suy hao cưc đai

Sợi DCF 40 km 4,4 dB 4,8 dB 6,2 dBSợi DCF 40 km 6,0 dB 6,5 dB 6,7 dBSợi DCF 40 km 7,7 dB 8,3 dB 8,9 dB

Sợi cách tử Bragg bù tán sắc

2,0 dB 2,5 dB 3,0 dB

Với những ưu thê như vậy, thiêt bi bù tán sắc bằng cách tử sợi Bragg đã được chê tao hang loat nhờ quá trình chê tao cách tử điều khiển bằng phần mềm máy tinh, chúng se trở thanh các module không thể thiêu trong các thiêt bi WDM thê hệ thứ hai như OADM, khuêch đai EDFA hai tầng có bù tán sắc.

II. CÁC THIẾT BỊ WDM GHÉP SỢI.

Các thiêt bi WDM ghép sợi phù hợp hơn đối với các sợi đơn mode vì có thể tránh được quang sai, giam trễ, giam suy hao do các quá trình xử lý chùm sáng qua các đoan phan xa, chuẩn trưc, hội tụ vv... gây ra. Thiêt bi WDM ghép sợi hoat động dưa trên nguyên lý: khi loi các sợi quang đặt gần nhau thì công suất quang tư một sợi se chuyển vao các sợi khác.

Xét trường hợp hai loi sợi quang đơn mode, có kich thước va đặc tinh quang như nhau nằm song song với nhau trong cùng một vỏ. Khi một loi có tin



hiệu quang thì hệ số ghép đối với loi thứ hai được xác đinh theo biểu thức (2.13).

A = (2.13)

Trong đó:A - bán kinh loid - khoang cách giữa 2 tần sốn1 - hệ số chiêt suất của loin2 - hệ số chiêt suất của vỏK1 - ham Bessel bậc nhất loai hai - thanh phần dọc của véc tơ truyền lan mode, gọi la hằng số

truyền lan. = 1 - n2/n1 - hệ số chiêt suất tương đối

V = (2a/)(n12 - n2

2)1/2 - tần số chuẩn hoáU = a[(2n1/)2 - 2]1/2 - hằng số truyền lan ngang trong loi

sợiW = a[2 - (2n2/)2]1/2 - độ suy biên tốc độ của trường trong

vỏ.

Tư biểu thức (2.13) nhận thấy: hệ số ghép phụ thuộc vao các đặc tinh hình học, các đặc tinh quang (chiêt suất), va bước sóng (thông qua V, U, W). Nêu bước sóng cố đinh, thì khi giam d se tăng hệ số ghép. Còn nêu d cố đinh, thì hệ số ghép tăng khi tần số chuẩn hoá giam ( giam), vì khi đó sư phân bố trường mode có xu hướng dãn rộng tới vùng vỏ.

Công suất ghép giữa hai sợi có dang sin2(A0L) va công suất lan truyền la cos2(A0L); trong đó L la độ dai đoan ghép; A0 la hệ số ghép. Trong thưc tê ghép theo độ dai z biên đổi, nên công suất ghép se la: sin2A(z)dz va công suất lan truyền la cos2A(z)dz.

Các thiêt bi WDM ghép sợi có thể có hai dang như hình 2.23, đó la: nung nóng chay các sợi kề nhau va đánh bóng chỗ tiêp xúc giữa hai sợi. Trong kỹ thuật đánh bóng, mỗi sợi được lắp vao một thấu kinh đã đục cong sẵn, có đường kinh cong thường bằng 25 cm, cho nên dang nay còn gọi la bộ ghép khối. Còn trong kỹ thuật xoắn nóng chay, hai loi sợi được xoắn vao nhau va được nung nóng chay thanh một loi chung.

Khi hai sợi ghép la như nhau thì hiệu suất ghép la tuần hoan của bước sóng, khoang cách kênh cưc tiểu giữa hai bước sóng được phân tich la:

= (2.14)

Trong đó: (A0L)/ la đao ham của hệ số ghép theo bước sóng va L la khoang cách hiệu dụng đoan ghép.

Khi hai sợi ghép khác nhau thì hiệu suất ghép không tuần hoan nên có :



= (2.15)

Trong đó: d1/d va d2/d la các đao ham của theo mode của mỗi sợi.

Các bước sóng tương ứng với sư đồng nhất các ham số lan truyền của hai đường dây nay la các bước sóng ma ở đó sư truyền năng lượng được đổi chỗ tư sợi nay sang sợi kia. Băng thông của bộ ghép sợi nóng chay có dang gần như hình sin lam han chê việc lưa chọn nguồn phát. Ro rang rằng các LED không thể được sử dụng vì phổ của nó rộng. Như vậy chỉ có các diode laser có độ rộng phổ hẹp được sử dụng nêu tránh được suy hao xen va xuyên kênh lớn.

Trong cấu trúc nóng chay, đoan ghép được kéo dai cho đên khi giá tri ghép theo yêu cầu đat được ở những bước sóng đã đinh. Vi dụ ghép nóng chay 1300/1550nm có độ dai ghép 20 nm, suy hao xen nhỏ khoang 0,04 dB. Đường cong truyền dân của thiêt bi nay như trên hình 2.25.

Khi cần ghép nhiều hơn hai bước sóng, phai ghép nối tiêp các bộ ghép (cấu hình re nhánh). Trên hình 2.26 la bộ ghép gồm 3 mối ghép nối tiêp các bước sóng: 1 = 1320nm, 2 = 1280nm, 3 = 1240nm va 4 = 1200nm.



Ưu điểm chinh của ghép đơn mode theo phương pháp mai bóng so với phương pháp ghép nóng chay la có thể điều hưởng được bằng cách dich chuyển vi tri tương đối của hai sợi với nhau. Ghép theo phương pháp nóng chay thì giá thanh ha. Có thể kêt hợp ca hai phương pháp để đat được hiệu qua tối ưu.

Các thiêt bi WDM ghép sợi phù hợp với các bộ ghép kênh đơn, suy hao phổ biên ở mức 4 đên 6 dB. Đối với bộ tách kênh, yêu cầu xuyên kênh phai nhỏ, thường thich hợp với các bộ grating vi quang.

III. MỘT SỐ KỸ THUẬT KHÁC ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG GHÉP WDM.III.1. Bộ ghép bước song dùng công nghệ phân phối chức năng quang học SOFT.III.1.1. Nguyên ly chung.

Chức năng ghép hoặc ghép bước sóng của một hệ thống quang hai hoặc ba chiều, thường tao nên quan hệ giữa sợi quang truyền dân va một tập sợi quang đầu vao hoặc đầu ra. Thi dụ trong coupler Y, sợi quang truyền dân được phan anh đên hai sợi quang khác thông qua thiêt bi chia quang va một hoặc nhiều thấu kinh hội tụ. Trong thiêt bi ghép bước sóng, sợi quang truyền dân được phan anh tới các vi tri khác nhau trên mặt phẳng tiêu (la mặt phẳng nằm trên tiêu điểm của thấu kinh va vuông góc với trục của thấu kinh), tuy thuộc vao bước sóng khi sử dụng cách tử va các thấu kinh hội tụ. Như vậy, những dụng cụ trên tao nên mối quan hệ giữa chủ thể va trường anh. Nêu vi tri của sợi quang trong các trường khác nhau được điều khiển thich hợp thì một số coupler hoặc một số bộ ghép được thưc hiện ngay trên một phần tử. Những thiêt bi nay được gọi la những phần tử công nghệ phân phối chức năng quang học SOFT.

Trong một phần tử SOFT, một bộ tách quang học được sử dụng gồm một dãy P sợi quang chia thanh tưng tập con có n+1 sợi quang. Chẳng han, một dãy p = 21 sợi quang, các dụng cụ quang như nhau tách tin hiệu quang tư một sợi quang đầu vao thanh n = 2 sợi quang đầu ra thì se có P/n+1 = 7 tập con (nghĩa la có 7 coupler quang giống nhau trên cùng một phần tử).



Nguyên lý nay đặc biệt thich hợp để tiêt kiệm chi phi cho các mang có một số coupler hoặc một số bộ tách/ghép bước sóng đặt ở cùng một đia điểm. Thi dụ trong một trung tâm, trong tram đầu cuối xa, hoặc điểm re nhánh của mang thông tin video.

Trên một thiêt bi, mỗi tập các sợi quang đầu vao va đầu ra khác nhau có thể thich ứng với một tập hợp các bước sóng khác nhau, nghĩa la các bộ ghép không nhất thiêt phai như nhau. Điều nay đặc biệt quan trọng khi thiêt kê máy đo quang phổ nhiều kênh hoặc bộ ghép bước sóng.

III.1.2. Bộ ghép nhân kênh dùng cách tử.

Hình 2.28 la bộ ghép dùng cách tử nhiễu xa phẳng (R), thấu kinh hội tụ (O) va dãy sợi đơn mode đặt trên mặt phẳng tiêu F.

Sợi quang được đánh số thứ tư tư 1 đên P, i la sợi quang đầu vao va j la sợi quang đầu ra, nêu i j la bước sóng truyền trong môi trường giữa mặt phẳng tiêu va cách tử thì viêt được:

d(sini + sinj) = i j (2.16)d - chu ky cách tử.



Nêu sợi quang trên mặt phẳng tiêu F sắp xêp sao cho sini+1 = sini + u, với u la hằng số, ta được:

Sinj = sini + (j - i)u (2.17)Va d[2sini + (j - i)u]] = i j (2.18)Có thể tìm được i j đối xứng qua đường chéo i = j va các bước sóng

tương ứng với đường chéo i + j = const la như nhau.

III.1.3. Thiêt kê bộ ghép n bước song.

Về mặt lý thuyêt, một bộ tách hoặc một bộ ghép có thể tách hoặc hép n bước sóng, va nêu một tập P sợi quang thì có thể tách được P/(n+1) lần bước sóng. Nhưng P/(n+1) nhất thiêt phai la số nguyên. Điều nay có thể thưc hiện được ma không gây suy hao phụ va các bộ tách/ghép la độc lập nhau. Có thể lưa chọn vi tri sợi đầu vao va sợi đầu ra tư ma trận theo các bước sau đây:

1. Đi vao sợi 1, đi ra tư các sợi P, P-1, P-2, P+1-n (P la số lượng cưc đai của sợi quang va n la số lượng bước sóng cần ghép hoặc tách).

1. Ve các đường chéo i+j = const, chẳng han như i+j = P+1, i+j = P, i+j = P-1,... , i+j = P+2-n.

1. Đi vao sợi P-n, giao điểm của đường nằm ngang P-n với đường chéo i+j = const nói trên cho ta các bước sóng tương ứng với mỗi sợi đầu ra.

1. Đi vao sợi P-2n-1 va lặp lai cách như trên.

1. Tiêp tục cho đên hêt.

a) Bộ tách kênh 2 bước sóng nhân 3.

Cho P = 9, n = 2. Tìm mối liên hệ giữa các sợi đầu vao va đầu ra.

Trước hêt ve ma trận 9x9 như hình ve sau:



Các bước tinh toán:

1. Vao sợi 1, ra tai các sợi 8 va 9.

1. Ve đường chéo i+j = 9 va i+j = 10

1. Vao sợi P-n = 7, giao điểm của đường nằm ngang nay với đường chéo la bước sóng trên mỗi sợi đầu ra 2 va 3.

1. Vao sợi P-2n-1 = 4 va tìm được bước sóng ra trên các sợi đầu ra 5 va 6.

Kêt qua tinh toán được thể hiện như hình 2.31:

b) Bộ tách 3 bước sóng nhân 2.

Cho P = 8, n = 3.

Ma trận để tinh toán như hình 2.32:



Các bước tinh toán:

1. Vao sợi 1, ra trên các sợi 6, 7 va 8.

1. Ve các đường chéo i+j = const = 7, 8, 9.

1. Vao sợi P-n = 5 va giao điểm đường nay với đường chéo cho ta bước sóng đầu ra các sợi 2, 3, 4.

Kêt qua tinh toán như hình 2.33.

III.2. AWG va những nét mới về công nghệ trong thiêt bi WDM.

Nhìn lai suốt quá trình phát triển của WDM, ta thấy những tiên bộ vượt bậc về mặt công nghệ trong việc nghiên cứu chê tao thiêt bi WDM. Mới đầu chỉ la các thiêt bi tách /ghép kênh sử dụng lăng kinh hoặc cách tử đơn gian với số kênh cho phép la bốn. Đên nay, các san phẩm thương mai của một số hãng chao mời với số kênh bước sóng la 80, trong phòng thi nghiệm người ta đã tiên hanh ghép 170 bước sóng cho một tuyên WDM dung lượng 1 Tbit/s qua một sợi đơn mode chuẩn (SSMF). Khoang cách kênh bước sóng, cũng vì thê đã giam đi tư con số lúc đầu la 400 GHz nay chỉ còn 50 GHz.



Một trong những ý tưởng để đat được chi phi thấp nhất cho một chức năng quang la công nghệ vi mach quang PLC (Planar Lighwave Circuit), giống như ý tưởng về IC, thưc hiện tich hợp hang loat chức năng quang trên một đê, tao ra một vi mach quang. Vi mach quang bao gồm nhiều mach quang (optical circuits) trên một đê Silic, được san xuất nhờ các công nghệ cưc ky tiên tiên trong lĩnh vưc công nghiệp quang bán dân. Nhờ vậy rất nhiều các thanh phần quang có thể được chê tao va tich hợp với nhau thanh một chip có những chức năng quang hoan chỉnh.

Hình 2.34 chỉ ra quá trình chê tao được sử dụng trong công nghiệp PLC. Đầu tiên một lớp phủ có chiêt suất ncl

(cladding) được lắng đọng trên đê (kỹ thuật được sử dụng trong công nghiệp bán dân); sau đó lắng đọng tiêp một lớp được gọi la lớp loi (core) có chiêt suất nco , thường nco nhở hơn 1% của ncl. Sau đó lớp loi nay được in mâu theo kỹ thuật in quang lito; mâu dân sóng (waveguide) được chê tao trên lớp loi đó bằng nhiều kỹ thuật khác nhau, vi dụ trên hình 2.35 “vệt” waveguide được tao ra bằng kỹ thuật quang khắc; có thể tao ra nhiều waveguide như vậy bằng việc phân bố hình học va tao lớp hoặc sử dụng các kỹ thuật khắc khác nhau. Sau cùng, một lớp cladding khác se được phủ lên lớp có khắc các mâu waveguide , lớp phủ trên cùng nay cũng có chiêt suất như lớp cladding dưới, có chiêt suất ncl. Để đánh giá san phẩm, người ta căn cứ vao chỉ số hiệu dụng (la hằng số truyền lan) của phần tử dân bước sóng waveguide. Waveguide còn tồn tai một số những nhược điểm như: bề mặt quang khắc không phẳng; do sư dao động của nhiều chỉ số như chiêt suất, độ sâu quang khắc....



Tư một cấu trúc dân sóng waveguide như đề cập ở trên, có thể chê tao được rất nhiều các vi mach quang phức tap với các chức năng khác nhau. Các chức năng đó có thể la: phần tử tách/ghép bước sóng; các coupler quang; phần tử chuyển mach; các bộ suy giam điều chỉnh được; các phần tử khuêch đai, hay bất cứ một phần tử cần thiêt nao của một module như OADM hoặc các bộ bù tán sắc động (Dynamic Dispersion Compensator).



Tin hiệu quang được dân bởi các phần tử dân sóng “waveguide” (1) tới vùng thấu kinh “lens region” (2), các thấu kinh trong vùng 2 nay thưc hiện chia công suất quang va đưa vao vùng ma trận cách tử “grating array” (3). Mỗi waveguide trong miền grating array có sai lệnh về độ dai một khoang chinh xác

L so với các waveguide lân cận. Do đó, tin hiệu quang trong mỗi waveguide se cưc đai tai mỗi thời điểm trễ pha khác nhau tai đầu ra (4). Gọi la độ trễ pha của tin hiệu, ta có:

(2.19)

miền thấu kinh thứ hai (5) tai đầu ra của grating array có nhiệm vụ tái hội tụ các tin hiệu quang tư đầu ra cua các waveguide. Cuối cùng, mỗi tin hiệu tai đầu ra của waveguide se được hội tụ tai các waveguide khác nhau của đầu ra (6). Để WDM hoat động ổn đinh va đat các yêu cầu như lý thuyêt đề ra thì tất ca các waveguide phai được chê tao chinh xác, điều nay phụ thuộc vao công nghệ in lito quang (photolithography) va công nghệ chê tao bán dân.

Các san phẩm AWG thương mai có thể xử lý tới 40 bước sóng với khoang cách giữa chúng la 100 GHz hoặc 50 GHz. Một ưu thê của AWG la suy hao xen của nó không tăng tuyên tinh theo số kênh bước sóng giống như hiện tượng đã xay ra đối với các bộ tách/ghép sử dụng bộ lọc mang mỏng hay dùng cách tử Bragg. Tai thời điểm hiện nay, AWG đang la giai pháp tốt nhất cho các san phẩm WDM mật độ kênh cao.



CHƯƠNG 3 - NHỮNG VẤN ĐỀ KỸ THUẬT CẦN QUAN TÂM ĐỐI VỚI HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM

Bất cứ một công nghệ nao cũng tồn tai những giới han va những vấn đề kỹ thuật. Khi triển khai công nghệ WDM vao mang thông tin quang, cần phai lưu ý một số vấn đề sau:

Số kênh được sử dụng va khoang cách giữa các kênh

Vấn đề ổn đinh bước sóng của nguồn quang

Vấn đề xuyên nhiễu giữa các kênh

Vấn đề tán sắc, bù tán sắc

Quỹ công suất của hệ thống

Ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyên

EDFA va một số vấn đề khi sử dụng EDFA trong mang WDM

Chương nay se lần lượt đề cập đên tưng vấn đề, đòng thời đưa ra các phương án giai quyêt cho tưng trường hợp.

I. SỐ KÊNH ĐƯỢC SỬ DỤNG VÀ KHOẢNG CÁCH GIỮA CÁC KÊNH.

Một trong các yêu tố quan trọng cần phai xem xét la hệ thống se sử dụng bao nhiêu kênh va số kênh cưc đai có thể sử dụng la bao nhiêu. Số kênh cưc đai của hệ thống phụ thuộc vao:



a) kha năng công nghệ hiện có đối với các thanh phần quang của hệ thống, cụ thể la:

Băng tần của sợi quang

Kha năng tách/ghép của các thiêt bi WDM

b) khoang cách giữa các kênh, một số yêu tố anh hưởng đên khoang cách nay la:

Tốc độ truyền dân của tưng kênh

Quỹ công suất quang

Ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyên

Độ rộng phổ của nguồn phát

Kha năng tách/ghép của các thiêt bi WDM

Mặc dù cửa sổ truyền dân tai vùng bước sóng 1550 nm có độ rộng khoang 100 nm nhưng do dai khuêch đai của các bộ khuêch đai quang chỉ có độ rộng khoang 35 nm (theo khuyên nghi của ITU-T thì dai khuêch đai nay la tư bước sóng 1530 nm đên 1565 nm đối với băng C; hoặc tư 1570 nm đên 1603 nm đối với băng L). Chinh điều nay lam các hệ thống WDM không thể tận dụng hêt băng tần của sợi quang, nói cách khác hệ thống WDM chỉ lam việc với dai bước sóng nhỏ hơn nhiều so với toan bộ dai tần bằng phẳng có tổn hao thấp của sợi quang.

Khoang cách kênh la độ rộng tần số tiêu chuẩn giữa các kênh gần nhau. Việc phân bổ kênh một cách hợp lý trong dai băng tần có han giúp cho việc nâng cao hiệu suất sử dụng tai nguyên dai tần va giam anh hưởng phi tuyên tinh giữa các kênh gần nhau. Sử dụng khoang cách kênh không đều nhau để han chê hiệu ứng trộn tần bốn sóng trong sợi quang. Dưới đây chỉ đề cập đên hệ thống có khoang cách kênh đều nhau.

Nêu gọi la khoang cách giữa các kênh, ta có:

= (3.1)

Như vậy, tai bước sóng = 1550 nm, với = 35 nm xét đối với riêng băng C thì ta se có = 4,37.1012 Hz = 4370 GHz. Gia sử tốc độ truyền dân của tưng kênh la 2,5 GHz, theo đinh lý Nyquist, phổ cơ sở của tin hiệu la 2.2,5 = 5 GHz. Khi đó số kênh bước sóng cưc đai có thể đat được la N = /5 = 874 kênh trong dai băng tần của bộ khuêch đai quang (OFA). Đây la số kênh cưc đai tinh theo lý thuyêt đối với băng C. Tuy nhiên với mật độ kênh cang lớn đòi



hỏi các thanh phần quang trên tuyên phai có chất lượng cang cao. Để tránh xuyên âm giữa các kênh nay cần phai có các nguồn phát quang rất ổn đinh va các bộ thu quang có độ chọn lọc bước sóng cao, bất ky sư dich tần nao của nguồn phát cũng có thể lam giãn phổ sang kênh lân cận.

Tần số trung tâm danh đinh la tần số tương ứng với mỗi kênh quang trong hệ thống ghép kênh quang. Để đam bao tinh tương thich giữa các hệ thóng thống WDM khác nhau, cần phai chuẩn hoá tần số trung tâm của các kênh, ITU-T đưa ra quy đinh về khoang cách tối thiểu giữa các kênh la 100 GHz (xấp xỉ bằng 0,8 nm) với tần số chuẩn la 193,1 THz (mặc dù đã đưa ra các san phẩm ma khoang cách giữa các kênh la 50 GHz, song các san phẩm thương mai vân chủ yêu theo quy đinh của ITU-T đã nêu). Dưới đây la bang liệt kê các tần số trung tâm danh đinh lấy 50 GHz va 100 GHz lam khoang cách giữa các kênh trong khoang bước sóng tư 1534 nm đên 1560 nm.

Bảng 3.1. Tần số trung tâm danh định

Số thứtư

Tần số trung tâm danh đinh với khoang cách la 50GHz (THz)

Tần số trung tâm danh đinh với khoang cách la 100 GHz (THz)

Bước sóng trung tâm danh đinh (nm)

1 195,40 195,40 1534,252 195,35 - 1534,643 195,30 195,30 1535,044 195,25 - 1535,435 195,20 195,20 1535,826 195,15 - 1536,227 195,10 195,10 1536,618 195,05 - 1537,009 195,00 195,00 1537,4010 194,95 - 1537,7911 194,90 194,90 1538,1912 194,85 - 1538,5813 194,80 194,80 1538,9814 194,75 - 1539,3715 194,70 194,70 1539,7716 194,65 - 1540,1617 194,60 194,60 1540,5618 194,55 - 1540,9519 194,50 194,50 1541,3520 194,45 - 1541,7521 194,40 194,40 1542,1422 194,35 - 1542,5423 194,30 194,30 1542,9424 194,25 - 1543,33



25 194,20 194,20 1543,7326 194,15 - 1543,9327 194,10 194,10 1544,5328 194,05 - 1544,9229 194,00 194,00 1545,3230 193,95 - 1545,7231 193,90 193,90 1546,1232 193,85 - 1546,5233 193,80 193,80 1546,9234 193,75 - 1547,3235 193,70 193,70 1547,7236 193,65 - 1548,1137 193,60 193,60 1548,5138 193,55 - 1548,9139 193,50 193,50 1549,3240 193,45 - 1549,7241 193,40 193,40 1550,1242 193,35 - 1550,5243 193,30 193,30 1550,9244 193,25 - 1551,3245 193,20 193,20 1551,7246 193,15 - 1552,1247 193,10 193,10 1552,5248 193,05 - 1552,9349 193,00 193,00 1553,3350 192,95 - 1553,7351 192,90 192,90 1554,1352 192,85 - 1554,5453 192,80 192,80 1554,9454 192,75 - 1555,3455 192,70 192,70 1555,7556 192,65 - 1556,1557 192,60 192,60 1556,5558 192,55 - 1556,9659 192,50 192,50 1557,3660 192,45 - 1557,7761 192,40 192,40 1558,1762 192,35 - 1558,5863 192,30 192,30 1558,9864 192,25 - 1559,3965 192,20 192,20 1559,79

Trong một hệ thống WDM số lượng bước sóng không thể quá nhiều, bởi vì điều khiển va giám sát đối với các bước sóng nay la một vấn đề phức tap, có thể quy đinh tri số lớn nhất đối với số lượng bước sóng của hệ thống tư góc độ



kinh tê va công nghệ. Tất ca các bước sóng đều phai nằm ở phần tương đối bằng phẳng trên đường cong tăng ich của bộ khuêch đai quang, để cho hệ số tăng ich của các kênh khi đi qua bộ khuêch đai quang la gần như nhau, điều nay tiện lợi cho thiêt kê hệ thống. Đối với bộ khuêch đai sợi quang pha trộn erbium, phần tương đối bằng phẳng của đường cong tăng ich la tư 1540 nm đên 1560 nm.

Một hệ thống WDM 16 kênh va 8 kênh trên thưc tê có bang phân phối kênh như dưới đây:

Bang 3.2. Tần số trung tâm của hệ thống WDM có 16 kênh va 8 kênh

Thứ tư Tần số trung tâm (THz) Bước song (nm)1 192 1560,61 *2 192 1559,793 192 1558,98 *4 192 1558,175 192 1557,36 *6 192 1556,557 192 1555,75 *8 192 1554,949 192 1554,13 *10 193 1553,3311 193 1552,52 *12 193 1551,7213 193 1550,92 *14 193 1550,1215 193 1549,32 *16 193 1548,51

(Bước sóng trung tâm của 8 kênh trong hệ thống 8 kênh chọn các giá tri bước sóng có dấu *)

II. VẤN ĐỀ ỔN ĐINH BƯỚC SÓNG CỦA NGUỒN QUANG VÀ YÊU CẦU ĐỘ RỘNG PHỔ CỦA NGUỒN PHÁT

a. Ổn định bước sóng của nguồn quang:

Trong hệ thống WDM, phai quy đinh va điều chỉnh chinh xác bước sóng của nguồn quang, nêu không, sư trôi bước sóng do các nguyên nhân se lam cho hệ thống không ổn đinh hay kém tin cậy. Hiện nay chủ yêu dùng hai phương pháp điều khiển nguồn quang: thứ nhất la phương pháp điều khiển phan hồi thông qua nhiệt độ chip của bộ kich quang để điều khiển giám sát mach điện điều nhiệt với mục đich điều khiển bước sóng va ổn đinh bước sóng; thứ hai la



phương pháp điều khiển phan hồi thông qua việc giám sát bước sóng tin hiệu quang ở đầu ra, dưa vao sư trênh lệnh tri số giữa điện áp đầu ra va điện áp tham khao tiêu chuẩn để điều khiển nhiệt độ của bộ kich quang, hình thanh kêt cấu khép kin chốt vao bước sóng trung tâm.

b. Yêu cầu độ rộng phổ của nguồn phát:

Việc chọn độ rộng phổ của nguồn phát nhằm đam bao cho các kênh hoat động một cách độc lập với nhau hay nó cách khác la tránh hiện tượng chồng phổ ở phia thu giữa các kênh lân cận. Băng thông của sợi quang rất rộng nên số lượng kênh ghép được rất lớn (ở ca hai cửa sổ truyền dân). Tuy nhiên, trong thưc tê các hệ thống WDM thường đi liền với các bộ khuêch đai quang sợi, lam việc chỉ ở vùng cửa sổ 1550 nm, nên băng tần của hệ thống WDM bi giới han bởi băng tần của bộ khuêch đai (tư 1530 nm đên 1565 nm cho băng C; tư 1570 đên 1603 nm cho băng L). Như vậy một vấn đề đặt ra khi ghép la khoang cách ghép giữa các bước sóng phai thoa mãn được yêu cầu tránh chồng phổ của các kênh lân cận ở phia thu, khoang cách nay phụ thuộc vao độ rộng phổ của nguồn phát, phụ thuộc vao các anh hưởng như: tán sắc sợi, các hiệu ứng phi tuyên...

Có thể xem hệ thống WDM như la sư xêp chồng của các hệ thống truyền dân đơn kênh khi khoang cách giữa các kênh đủ lớn va công suất phát hợp lý. Mối quan hệ giữa phổ của tin hiệu phia thu với phổ của tin hiệu phia phát được thể hiện bởi tham số đặc trưng cho sư giãn phổ, ký kiệu la ; độ rộng băng tần tin hiệu truyền dân ký hiệu la B; độ tán sắc tương ứng với khoang cách truyền ký hiệu la D. Gọi la hệ số đặc trưng cho sư tương tác giữa nguồn phát va sợi quang, ta có:

= B.D..

Tư công thức trên có thể tinh được độ giãn rộng phổ nguồn phát:

= /B.D.

Với độ giãn rộng phổ nay va khoang cách kênh bước sóng chọ theo bang tần số trung tâm (bang 3.1) ta tìm được độ rộng phổ yêu cầu của nguồn phát.

III. XUYÊN NHIỄU GIỮA CÁC KÊNH TÍN HIỆU QUANG:

Xuyên nhiễu giữa các kênh trong sợi quang anh hưởng tới độ nhay của máy thu, chinh vì vậy có anh hưởng lớn đên chất lượng của hệ thống WDM. Có thể chia ra lam hai loai xuyên nhiễu chinh sau đây:



- Xuyên nhiễu tuyên tinh: do đặc tinh không lý tưởng của các thiêt bi tách kênh, mức xuyên nhiễu nay chủ yêu phụ thuộc vao kiểu thiêt bi tách kênh được sử dụng cũng như khoang cách giữa các kênh.

- Xuyên nhiễu phi tuyên: chủ yêu do các hiệu ứng phi tuyên của sợi quang gây nên (se đề cập cụ thể ở phần sau).

IV. SUY HAO - QUỸ CÔNG SUẤT CỦA HỆ THỐNG WDM:

Trong bất ky hệ thống số nao thì vấn đề quan trọng la phai đam bao được ty số tin hiệu trên tap âm (S/N) sao cho đầu thu có thể thu được tin hiệu với một mức BER cho phép. Gia sử máy phát phát tin hiệu đi tới phia thu với một mức công suất Pph nhất đinh, công suất của tin hiệu se bi suy giam dần trên đường truyền dân do rất nhiều nguyên nhân như: suy hao do ban thân sợi quang gây ra, suy hao do các thanh phần quang thụ động...cư ly truyền dân cang dai thì công suất tin hiệu bi suy hao cang nhiều, nêu suy hao quá lớn lam cho công suất tin hiệu đên được máy thu nhỏ hơn công suất ngưỡng thu nhỏ nhất (Pthu min) cho phép thì thông tin truyền đi se bi mất. Để máy thu thu được thông tin thì công suất tin hiệu đên máy thu phai nằm trong dai công suất của máy thu.

Pmáy phát = Pphát + Pdư trữ

Pthu min < P phát - Ptổng suy hao < Pthu max

Như vậy để đam bao được thông tin thì công suất phát phai cang lớn khi cư ly truyền dân cang lớn. Để khắc phục điều nay người ta sử dụng bộ lặp tin hiệu trên đường truyền. Trước đây khi chưa có bộ khuêch đai quang, suy hao tin hiệu trên đường truyền se được bù lai thông qua việc sử dụng các tram lặp điện 3R, quá trình nay được thưc hiện tương đối phức tap. Đầu tiên, phai tách tất ca các kênh (nhờ thiêt bi DEMUX), biên đổi các kênh tin hiệu quang nay thanh các kênh tin hiệu điện, thưc hiện khuêch đai tưng kênh, biên đổi tưng kênh trở lai tin hiệu quang, sau đó mới thưc hiện ghép các kênh tin hiệu quang nay lai với nhau (nhờ thiêt bi MUX), điều nay lam cho việc tinh toán, thiêt kê tuyên thông tin quang gặp nhiều khó khăn.

Việc sử dụng các tram lặp điện 3R không những lam cho số lượng thiêt bi trên tuyên tăng lên ma còn lam giam quỹ công suất của hệ thống (do suy hao xen của các thiêt bi tách/ ghép bước sóng la tương đối lớn). Tuy nhiên, khi bộ khuêch đai quang sợi EDFA ra đời, việc đam bao quỹ công suất quang cho hệ thống không còn khó khăn nữa, nó lam giam bớt số tram lặp trên tuyên rất nhiều, với kha năng khuêch đai đồng thời nhiều bước sóng, EDFA đặc biệt thich hợp với các hệ thống WDM (cấu tao va nguyên lý lam việc của EDFA se được đề cập đên ở chương sau).



V. TÁN SẮC - BÙ TÁN SẮC:

Sau khi sử dụng EDFA trên tuyên thì vấn đề suy hao đã được giai quyêt, cư ly truyền dân được nâng lên ro rệt, nhưng tổng tán sắc cũng tăng lên. Do đó, lai yêu cầu phai giai quyêt vấn đề tán sắc, nêu không, không thể thưc hiện được việc truyền thông tin tốc độ cao va truyền dân cư ly dai. Bây giờ anh hưởng của hiệu ứng tán sắc sợi quang lai la một yêu tố han chê chủ yêu, nhất la đối với hệ thống tốc độ cao lai lai cang thể hiện ro rệt. Vi dụ sợi quang G. 652 tán sắc ở tốc độ 2,5 Gbit/s cư ly bi han chê ở khoang 928 km, nêu tốc dộ tăng lên 10 Gbit/s thì cư ly truyền dân bi han chê chỉ còn 58 km.

Bang 3.3. Cư ly bi han chê bởi tán sắc khi không có tram lặp (tri số lý thuyêt)

Tốc độ1550 nm(G.652)

1550 nm(G.655)

1310 nm(G.652)

2,5 Gbit/s 928 km 4528 km 6400 km10 Gbit/s 58 km 283 km 400 km20 Gbit/s 14,5 km 70 km 100 km40 Gbit/s 3,6 km 18 km 25 km

Ban chất của tán sắc la sư giãn rộng xung tin hiệu khi truyền dân trên sợi quang. Tán sắc tổng cộng bao gồm: tán sắc mode, tán sắc vật liệu, va tán sắc dân sóng:

- Tán sắc mode chỉ phụ thuộc vao kich thước sợi, đặc biệt la đường kinh loi của sợi, tán sắc mode tồn tai ở các sợi đa mode vì các mode trong sợi nay lan truyền theo các đường đi khác nhau, có cư ly đường truyền khác nhau va do đó thời gian lan truyền giữa các mode khác nhau.

- Tán sắc vật liệu: chỉ số chiêt suất trong sợi quang thay đổi theo bước sóng đã gây ra tán sắc vật liệu, vận tốc nhóm Vnhóm của mode la một ham số của chỉ số chiêt suất, cho nên các thanh phần phổ khác nhau của mode đã cho se lan truyền đi ở các tốc độ khác nhau, phụ thuộc vao bước sóng, vì thê tán sắc vật liêu la một hiệu ứng tán sắc bên trong mode, va la yêu tố quan trọng đối với các sợi đơn mode va các hệ thống sử dụng nguồn phát quang la diode phát quang LED.

- Tán sắc dân sóng: do sợi đơn mode chỉ giữ được khoang 80% năng lượng ở trong loi, còn 20% năng lượng ánh sáng truyền trong vở sợi nhanh hơn năng lượng truyền trong loi. Tán sắc dân sóng phụ thuộc vao hằng số lan truyền ( la ham của a/, với a la bán kĩnh loi sợi). Tán sẵc dân sóng thường được bỏ qua trong sợi đa mode nhưng lai cần được quan tâm ở sợi đơn mode.



Các phương pháp chinh có thể sử dụng để giam bớt anh hưởng của tán sắc la lam hẹp độ rộng phổ nguồn phát hoặc sử dụng một số phương pháp bù tán sắc như:

Sử dụng sợi G.653 ( sợi có mức tán sắc nhỏ tai cửa sổ truyền dân 1550nm)

Bù tán sắc bằng phương pháp điều chê tư dich pha SPM

Sử dụng các phần tử bù tán sắc thụ động.

Bù tán sắc bằng sợi DCF (Dispersion Compensated Fiber)

Việc sử dụng kỹ thuật WDM la một phương pháp không lam tăng mức độ tán sắc của hệ thống vì kỹ thuật WDM cho phép tăng dung lượng của hệ thống ma không phai tăng tốc độ truyền dân của kênh tin hiệu.

Có một loai tán sắc ma thường được bỏ qua đối với các hệ thống tốc độ thấp, nhưng đối với các hệ thống tốc độ cao thì cần phai quan tâm đên anh hưởng của nó, đó la tán sắc mode phân cưc. Khái niệm tán sắc mode phân cưc như sau:

Tán sắc mode phân cưc PMD (Polarization Mode Dispersion) la một thuộc tinh cơ ban của sợi quang đơn mode va các thanh phần hợp thanh, trong đó năng lượng tin hiệu của bất ky bước sóng nao cũng được phân tich thanh hai mode phân cưc trưc giao có vận tốc truyền khác nhau. Do vận tốc của hai mode chênh lệch nhau nên thời gian truyền qua cùng một khoang cách la khác nhau va được gọi la sư trễ nhóm DGD (Differential Group Delay). Tán sắc mode phân cư se lam dãn rộng xung tin hiệu, gây nên suy giam dung lượng truyền dân. Về phương diện nay anh hưởng của tán sắc mode phân cưc cũng giống như anh hưởng của các tán sắc khác. Tuy nhiên, có một điểm khác biệt lớn đó la: các tán sắc khác la một hiện tượng tương đối ổn đinh trong khi đó, tán sắc mode phân cưc trong sợi đơn mode ở bất cứ bước sóng nao cũng la không ổn đinh. Nguyên nhân la do cấu trúc không hoan hao của sợi quang cũng như các thanh phần quang hợp thanh, nên có sư khác biệt về chiêt suất đối với cặp trang thái phân cưc trưc giao, sư khác biệt nay được gọi la sư lưỡng chiêt. Sư khác biệt chiêt suất se sinh ra lệch thời gian truyền sóng giữa hai mode phân cưc. Trong sợi đơn mode, hiện tượng nay bắt nguồn tư sư không tròn của loi sợi quang. Sư lưỡng chiêt còn sinh ra do sư uốn cong của sợi, sư uốn cong lam thay đổi mật độ phân tử cau cấu trúc sợi, lam cho hệ số khúc xa mất đối xứng. Tuy nhiên lưỡng chiêt uốn cong không phai la nguyên nhân chủ yêu sinh ra tán sắc mode phân cưc.

VI. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC HIỆU ỨNG PHI TUYẾN:



Đối với hệ thống thông tin sợi quang, công suất quang không lớn, sợi quang có tinh năng truyền dân tuyên tinh, sau khi dùng EDFA, công suất quang tăng lên, trong điều kiện nhất đinh sợi quang se thể hiện đặc tinh truyền dân phi tuyên tinh, han chê rất lớn tinh năng của bộ khuêch đai EDFA va han chê cư ly truyền dân dai không có tram lặp.

Hiệu ứng phi tuyên của sợi quang chủ yêu do anh hưởng của hiệu ứng tán xa bao gồm:

Tán xa bi kich Brillouin (SBS)

Tán xa bi kich Raman (SRS)

Do anh hưởng của hiệu suất khúc xa bao gồm:

Tư điều chê pha (SPM)

Điều chê pha chéo (XPM)

Trộn tần bốn sóng (FWM)

Những hiệu ứng nay phần lớn đều liên quan đên công suất đưa vao sợi quang.

VI.1. Hiệu ứng SRS (Stimulated Raman Scattering):

Hiệu ứng Raman la do quá trình tán xa ma trong đó photon của ánh sáng tới chuyển một phần năng lượng của mình cho dao động cơ học của các phần tử cấu thanh môi trường truyền dân va phần năng lượng còn lai ddược phát xa thanh ánh sáng có bước sóng lớn hơn bước sóng của ánh sáng tin hiệu tới (ánh sáng với bước sóng mới nay được gọi la ánh sáng Stocke). Khi ánh sáng tin hiệu truyền trong sợi quang (ánh sáng nay có cường độ lớn), quá trình nay trở thanh quá trình kich thich ma trong đó ánh sáng tin hiệu đóng vai trò sóng bơm (gọi la bơm Raman) lam cho một phần năng lượng của tin hiệu được chuyển tới bước sóng Stocke.

Nêu gọi Ps(L) la công suất của bước sóng Stocke trong sợi quang thì:

Ps(L) = P0exp(grP0L/(K.Seff)) (3.2)

Trong đó:

P0 la công suất của ánh sáng tin hiệu đưa vao

gr la hệ số tán xa Raman

Seff la diện tich hiệu dụng vùng loi

K đặc trưng cho mối quan hệ về phân cưc giữa tin hiệu, bước sóng Stocke va phân cưc của sợi, thông thường K 2.



L la chiều dai tuyên.

Công thức trên dùng để tinh toán mức công suất P0 ma tai đó hiệu ứng SRS anh hưởng lớn tới hệ thống, được gọi la ngưỡng Raman P0

th (P0th la

công suất tin hiệu đầu vao ma ứng với nó công suất của bước sóng Stocke va công suất của bước sóng tin hiệu tai đầu ra la bằng nhau).

P0th (3.3)

Qua tinh toán cho thấy, đối với hệ thống đơn kênh để hiệu ứng SRS có thể anh hưởng đên chất lượng hệ thống thì mức công suất phai lớn hơn 1W (nêu như hệ thống không sử dụng khuêch đai quang trên đường truyền). Tuy nhiên trong hệ thống WDM thì mức công suất nay se thấp hơn nhiều vì có hiện tượng khuêch đai đối với các bước sóng lớn, trong khi đó công suất của các kênh có bước sóng ngắn hơn lai bi giam đi (do đã chuyển một phần năng lượng cho các bước sóng lớn) lam suy giam hệ số SNR, anh hưởng đên chất lượng hệ thống. Để đam bao suy giam không nhỏ hơn 0,5 dB thì mức công suất của tưng kênh phai thoa mãn:

(3.4)

Với:

N la tổng số kênh quang

la khoang cách giữa các kênh.

Như vậy trong hệ thống WDM hiệu ứng nay lam han chê số kênh, khoang cách giữa các kênh, công suất của tưng kênh va tổng chiều dai của hệ thống. Hơn nữa, nêu như bước sóng mới tao ra trùng với kênh tin hiệu thì hiệu ứng nay còn gây xuyên nhiễu giữa các kênh.

VI.2. Hiệu ứng SBS (Stilmulated Brillouin Scattering):

Hiệu ứng SBS tương tư như hiệu ứng SRS, tức la có một phần ánh sáng bi tán xa va bi dich tới bước sóng dai hơn bước sóng tới, ánh sáng có bước sóng dai hơn nay gọi la ánh sáng Stocke. Điểm khác nhau của hai hiệu ứng nay la độ dich tần xay ra trong hiệu ứng SBS nhỏ hơn độ dich tần xay ra trong hiệu ứng SRS (độ dich tần trong hiệu ứng SBS la khoang 11 GHz tai bước sóng 1550 nm). Trong hiệu ứng SBS chỉ có phần ánh sáng bi tán xa theo chiều ngược lai (tức la ngược chiều với chiều tin hiệu) mới có thể truyền đi ở trong sợi quang. Vì vậy trong hệ thống WDM khi tất ca các kênh cùng truyền theo một hướng thì hiệu ứng SBS không gây xuyên nhiễu giữa các kênh.



Trong tất ca các hiệu ứng phi tuyên thì ngưỡng công suất để xay ra hiệu ứng SBS la thấp nhất, chỉ khoang vai mW. Tuy nhiên do hiệu ứng SBS giam ty lệ với fB/fLaser (fB la băng tần khuêch đai Brillouin, fLaser la độ rộng phổ của laser) va băng tần khuêch đai Brillouin la rất hẹp (chỉ khoang 10 - 100 MHz) nên hiệu ứng nay cũng khó xay ra. Chỉ các nguồn phát có độ rộng phổ rất hẹp thì mới bi anh hưởng của hiệu ứng SBS. Người ta tinh toán được mức công suất ngưỡng đối với hiệu ứng SBS như sau:

Pth = 21 (3.5)

Trong đó:

g la hệ số khuêch đai Brillouin

Aeff la vùng loi hiệu dụng

fP la độ rộng phổ của tin hiệu

K đặc trưng cho mối quan hệ về phân cưc (thông thường thì K =2).

Như vậy hiệu ứng SBS se anh hưởng đên mức công suất của tưng kênh va khoang cách giữa các kênh trong hệ thống WDM. Hiệu ứng nay không phụ thuộc vao số kênh của hệ thống.

VI.3. Hiệu ứng SPM (Self Phase Modulation):

SPM la hiệu ứng xay ra khi cường độ quang đưa vao thay đổi, hiệu suất khúc xa của sợi quang cũng biên đổi theo (nói cách khác la chiêt suất của môi trường truyền dân thay đổi theo cường độ ánh sáng truyền trong đó), ta có:

n = n0 + nNL = n0 + n2 (3.6)

Trong đó:

n0 la chiêt suát tuyên tinh

n2 la hệ số chiêt suất phi tuyên tinh (n2 = 1,22.10-22 đối với sợi SI)

E la cường độ trường quang.

Hiệu ứng nay gây ra sư dich pha phi tuyên NL của trường quang khi lan truyền trong sợi quang (đao ham của pha tức la tần số). Gia sử bỏ qua suy hao thì sau khoang cách L, pha của trường quang se la:

(3.7)

Đối với trường quang có cường độ không đổi, hiệu ứng SPS chỉ lam quay pha của trường quang, do đó it anh hưởng đên chất lượng của hệ thống.



Tuy nhiên đối với trường quang có cường độ thay đổi thì dich pha phi tuyên NL se thay đổi theo thời gian. Sư thay đổi theo thời gian nay cũng có nghĩa la trung xung tin hiệu se tồn tai nhiều tần số quang khác với tần số trung tâm v0

một giá tri la vNL, với:

vNL = (-1/2)(vNL/t) (3.8)

Hiện tượng nay còn gọi la hiện tượng dich tần phi tuyên lam cho sườn sau của xung dich đên tần số f<f0 va sườn trước của xung dich đên tần số f>f0. Điều nay cũng có nghĩa la phổ của tin hiệu đã bi dãn trong quá trình truyền, đặc biệt khi khoang cách giữa các kênh gần nhau, hiện tượng dãn phổ do SPM có thể dân đên giao thoa gây xuyên nhiễu giữa các kênh.

Nêu xét đên anh hưởng của tán sắc thì se thấy dang xung bi biên đổi dọc theo sợi (tán sắc tich luỹ theo sư tăng lên của chiều dai tuyên). Nêu goi D la hệ số tán sắc của sợi, thì:

Với D<0: thanh phần tần số cao (f>f0) se lan truyền nhanh hơn thanh phần tần số thấp (f<f0), do đó xung bi dãn ra.

Với D>0: thanh phần tần số cao (f>f0) se lan truyền chậm hơn thanh phần tần số thấp (f<f0) lam cho xung bi co lai.

Sư biên đổi công suất quang cang nhanh thì sư biên đổi tần số quang cũng cang lớn, lam anh hưởng lớn đối với xung hẹp, khó khăn trong việc nâng cao tốc độ trong hệ thống.

VI.4. Hiệu ứng XPM (Cross Phase Modulation):

Do trong hệ thống WDM có nhiều bước sóng cùng lan truyền trên một sợi quang, nên hệ số chiêt suất tai một bước sóng nao đó không chỉ phụ thuộc vao cường độ sáng của ban thân sóng ấy ma còn phụ thuộc vao cường độ của các bước sóng khác lan truyền trong sợi. Trong hệ thống nay chiêt suất phi tuyên ứng với bước sóng thứ i se la:

(3.9)

Trong đó:

n2 la hệ số chiêt suất phi tuyên

Ei, Ej la cường độ trường quang của bước sóng thứ i, thứ j.

Điều nay dân tới pha của tin hiệu bi điều chê bởi cường độ ánh sáng của các kênh khác va gây ra xuyên nhiễu giữa các kênh.



VI.5. Hiệu ứng FWM (Four Wave Mixing):

Hiện tượng chiêt suất phi tuyên còn gây ra một hiệu ứng khác trong sợi đơn mode, đó la hiệu ứng FWM. Trong hiệu ứng nay, nhiều tin hiệu quang có cường độ tương đối manh se tương tác với nhau tao ra các thanh phần tần số mới. Sư tương tác nay có thể xay ra giữa các bước sóng của tin hiệu trong hệ thống WDM, hoặc giữa bước sóng tin hiệu với bức xa tư phát được khuêch đai ASE (Amplifier Spontaneous Emission) của các bộ khuêch đai quang, cũng như giữa mode chinh va mode bên của một kênh tin hiệu. Gia sử có 3 bước sóng với tần số i, j, k tương tác với nhau thì tần số mới tao ra có bước sóng la ijk.

Theo quan điểm cơ lượng tử thì FWM la hiệu ứng ma trong đó có sư phá huy photon ở một số bước sóng va tao ra một số photon ỏ các bước sóng mới sao cho vân bao toan về động lượng. Nêu gọi Pijk(L) la công suất của bước sóng ijk trong sợi quang, thì:

(3.10)

Trong đó:

la hiệu suất của quá trình FWM

c la tốc độ ánh sáng

Seff la diện tich hiệu dụng vùng loi

Pi, Pj, Pk la công suất tương ứng với các bước sóng i, j, k

(3) la độ cam phi tuyên bậc 3.

Hiệu suất của quá trình FWM phụ thuộc vao điều kiện phù hợp về pha. Hiệu ứng FWM xay ra manh chỉ khi điều kiện nay được thoa mãn (tức la động lượng của photon được bao toan). Vì trong sợi quang tồn tai tán sắc, nên điều kiện phù hợp về pha rất khó xay ra. Tuy nhiên với môi truờng la loai sợi có tán sắc rất nhỏ va các kênh có khoang cách gần nhau thì điều kiện nay có thể coi la xấp xỉ đat được

Do việc tao ra các tần số mới la do sư tương tác của các tần số tin hiệu, nên hiệu ứng FWM se lam giam công suất của các kênh tin hiệu trong hệ thống WDM. Nêu khoang cách giữa các kênh la bằng nhau thì những tần số mới được tao ra có thể rơi vao các kênh tin hiệu, gây xuyên nhiễu cho kênh, lam suy giam chất lượng của hệ thống.



Sư suy giam công suất lam giam tỉ số S/N dân đên lam tăng BER của hệ thống. Các hệ thống WDM chủ yêu lam việc ở vùng cửa sổ bước sóng 1550 nm, tán sắc của sợi quang đơn mode thông thường (sợi G.652) tai cửa sổ nay la khoang 18 ps/nm.km, còn tán sắc của sợi tán sắc dich chuyển (sợi G.653) la nhỏ hơn 3 ps/nm.km. Tư đó ta thấy, hệ thống WDM lam việc với sợi đơn mode chuẩn thông thường (SSMF) se it bi anh hưởng bởi hiệu ứng FWM hơn hệ thống WDM sử dụng sợi dich tán sắc DSF (Dispersion Shifted Fiber).

Ảnh hưởng của hiệu ứng FWM cang lớn nêu như khoang cách giữa các kênh trong hệ thống WDM cang nhỏ, va mức công suất của mỗi kênh cang lớn. Như vậy hiệu ứng FWM se lam han chê dung lượng truyền dân của hệ thống WDM.

VI.6. Phương hướng giai quyêt anh hưởng cua các hiệu ứng phi tuyên:

Với xu thê phát triển công nghệ va linh kiện quang học, hệ thống WDM hiện nay đã tìm được một số phương pháp giai quyêt hữu hiệu để khắc phục anh hưởng của những hiệu ứng trên đối với truyền dân, nhất la hệ thống WDM có số lượng kênh quang tương đối it (nhỏ hơn 16 kênh), tổng công suất truy nhập sợi quang thường không lớn hơn +17 dBm, nhỏ hơn nhiều so với tri số ngưỡng gây ra hiệu ứng SRS, do đó se không có anh hưởng của SRS; sử dụng công nghệ điều chê ngoai của bộ kich quang va công nghệ dao động tần số thấp có thể khắc phục anh hưởng của hiệu ứng băng hẹp SBS; Hiệu suất trộn tần bốn sóng (FWM) có quan hệ rất lớn đối với tán sắc của sợi quang, sử dụng sợi quang G.655 có thể khắc phục được hiệu ứng FWM, hơn nữa giam tán sắc của sợi quang, la lưa chọn tốt trong hệ thống WDM tốc độ cao; điều chê pha chéo (XPM) thường phát sinh trong hệ thống WDM có nhiều hơn 32 kênh tin hiệu, có thể khắc phục bằng phương pháp tăng tiêt diện hữu dụng vùng loi của sợi quang G.652; tư điều chê pha (SPM) se lam hẹp độ rộng xung quang truyền dân, ngược lai với hiệu ứng dãn xung của tán sắc, ở mức độ nhất đinh, có thể lợi dụng SPM để bù sư dãn xung do tán sắc.

VII. BỘ KHUẾCH ĐẠI EDFA VÀ MỘT SỐ VẤN ĐỀ KHI SỬ DỤNG EDFA TRONG MẠNG WDM.

EDFA (Ebrium Doped Fiber Amplifier) la bộ khuêch đai quang sử dụng sợi quang có pha trộn nguyên tố đất hiêm Ebrium với nồng độ it hơn 0,1%; nguồn bơm laser để kich thich các ion Er3+; ngoai ra còn có các bộ phối ghép, bộ cách ly... EDFA thường được gọi la bộ khuêch đai quang sợi (nguyên lý hoat động va cấu tao cụ thể se được đề cập ở chương 4). Việc nghiên cứu chê tao thanh công bộ khuêch đai EDFA va ứng dụng chúng vao trong mang WDM đã lam cho công nghệ WDM phát triển nhanh tróng. Cho đên nay, hầu như tất



ca các hệ thống WDM dù la hệ thống thử nghiệm hay hệ thống thương mai đều sử dụng bộ khuêch đai quang sợi EDFA. EDFA được sử dụng tai đầu phát (gọi la bộ khuêch đai công suất) để bù vao tổn hao của bộ ghép kênh bước sóng, nâng cao công suất đưa vao sợi quang (vì bộ ghép kênh bước sóng có tổn hao cố hữu không thể khắc phục được, ma tổn hao nay se tăng nhanh tróng theo số kênh tin hiệu được ghép). Ở đầu thu, để bù vao tổn hao, nâng cao độ nhay máy thu cũng cần bố tri bộ khuêch đai quang sợi (gọi la bộ tiền khuêch đai). Khi dùng bộ khuêch đai sợi quang lam bộ khuêch đai đường dây, cư ly truyền dân được nâng lên.

Tuy nhiên khi sử dụng EDFA trong mang WDM cần lưu ý một số vấn đề sau:

VII.1. Tăng ich động co thê điều chỉnh cua EDFA:

Hiện nay băng tần khuêch đai của EDFA đat 35 ~ 40 nm, độ bằng phẳng của tăng ich trong băng tần không hoan toan lý tưởng, do công suất truyền dân của các kênh tin hiệu có thể biên đổi lên xuống, lam cho các kênh tin hiệu ứng với mỗi bước sóng khác nhau được khuêch đai với các mức độ khác nhau. Để đat được độ đồng nhất về phổ khuêch đai đối với mọi bước sóng cần được khuêch đai, các bộ khuêch đai sử dụng bộ lọc để lam suy giam nhiều hơn đối với các kênh bước sóng có mức sông suất vao lớn hơn, nhằm đat được độ cân bằng về khuêch đai giữa các kênh. Thê nhưng công suất ra yêu cầu vân phai lớn cho toan bộ băng được khuêch đai, do vậy phai yêu cầu có một công suất bơm đủ lớn để đat được sư hai hoa về độ phẳng khuêch đai giữa các kênh va mức khuêch đai yêu cầu. Vấn đề la đặt bộ lam phẳng ở đâu trong module khuêch đai. Nêu đặt ở đầu ra của bộ khuêch đai thì se có sư lãng phi về công suất bơm, nêu đặt ở đầu vao bộ khuêch đai thì lai lam tăng hệ số tap âm của thiêt bi.

Nêu một số kênh bước sóng nao đó đã đi qua các bộ đinh tuyên, OADM... thì công suất của kênh đó se khác với công suất của các kênh khác tai đầu vao bộ khuêch đai. Nhưng yêu cầu tai đầu ra của bộ khuêch đai la công suất của các kênh được khuêch đai phai xấp xỉ nhau va không được phụ thuộc vao mức công suất vao của tưng kênh hay số kênh được khuêch đai, để đam bao tỉ số S/N của hệ thống. Do đó các bộ khuêch đai sử dụng trong hệ thống WDM cần phai có độ khuêch đai điều chỉnh được ma không gây anh hưởng chéo lên các kênh khác.

Nêu công suất của kênh đưa vao biên đổi, thậm chi mất hẳn công suất trên một hoặc vai kênh thì công suất bơm (pump) của EDFA se được phân phối lai cho các kênh còn lai, dân đên tăng ich của các kênh đó ở đầu ra se biên đổi



nhay vọt, nêu công suất của các kênh còn lai nay có giá tri lớn hơn công suất ngưỡng thu lớn nhất (Pthu max) thì thông tin se bi mất. Cho nên EDFA trong hệ thống WDM phai có chức năng điều chỉnh tăng ich. Điều nay đòi hỏi các bộ khuêch đai quang phai có tinh năng mới đó la hệ số khuêch đai G se la một ham đa biên với các biên số la bước sóng va công suất vao của các bước sóng đó. Ham nay se được thiêt kê, điều khiển bằng phần mềm , có đáp ứng thời gian thưc đối với các thông số của bộ khuêch đai... Khi tất ca các kênh đầu vao có mức tin hiệu như nhau, phần mềm “nhúng” trong bộ khuêch đai se tư đông nhận biêt va phát ra những tin hiệu điều khiển để đat được mức khuêch đai không đổi. Khi có đột biên mức tin hiệu đầu vao, phần mềm se phai có đáp ứng điều khiển một vai các thông số của thiêt bi để đat được sư hiệu chỉnh mức khuêch đai phù hợp, lam sao để đầu ra bộ khuêch đai vân có được độ phẳng va đồng nhất mức công suất ra.

Với sư gia tăng số bước sóng được chuyển qua va được khuêch đai (đã lên tới 160 kênh) thì số bơm laser cần thiêt để đam bao yêu cầu về công suất cho một lượng lớn các kênh se cang nhiều, mỗi bơm laser đó đều cần được giám sát về dòng bơm, nhiệt độ lam việc..., va luôn cần được giám sát, hiệu chỉnh để đat được độ bằng phẳng của phổ khuêch đai .

VII.2. Tăng ich bằng phẳng cua EDFA:

EDFA được sử dụng vao trong hệ thống WDM có bước sóng của các kênh tin hiệu khác nhau nên, thay vì chỉ khuêch đai một tin hiệu như các hệ thống khuêch đai quang sợi SONET/SDH trước đây; thì nay, vân một sợi khuêch đai quang erbium đó phai được chia se cho toan bộ các kênh bước sóng của hệ thống truyền dân WDM. Những kênh bước sóng nay la độc lập với nhau, thê nhưng sư độc lập đó đã bi “tổn thương” bởi sư “canh tranh” giữa các kênh bước sóng đối với số lượng giới han các photon được bơm vao bộ khuêch đai. Kênh bước sóng nao kich thich được nhiều photon tư mưc siêu bền xuống mức cơ ban của chúng thì se đat được độ khuêch đai lớn nhất. Thê nhưng, kênh bước sóng nay cũng gặp nhiều phức tap như: xác suất kich thich photon của các kênh bước sóng khác, mức độ đao ngược mật độ, cường độ của tin hiệu, độ dai của sợi erbium. Bình thường để tối ưu hoá các tham số nay đã la khó, nhưng đối với hệ thống truyền dân WDM, mọi thứ thưc sư trở nên rất khó khăn.

Ro rang la đối với các ứng dụng WDM, cần phai đat được độ khuêch đai va mức tập âm đều nhau cho mọi kênh bước sóng qua module khuêch đai. Các module nay phai được thiêt kê sao cho đáp ứng phổ khuêch đai của nó đối với tưng kênh bước sóng không bi anh hưởng bởi đầu vao (công suất hay bước sóng) của các kênh bước sóng cùng được truyền dân trên sợi. Nêu không, chỉ



cần một sư thay đổi của một kênh bước sóng cũng se dân đên những anh hưởng ngoai mong muốn về độ khuêch đai va mức tap âm NF của các kênh bước sóng còn lai, va do đó, hoat động của hệ thống se có vấn đề.

Nói cách khác tất ca các kênh bước sóng phai được khuêch đai độc lập va đồng nhất. Với những yêu cầu kỹ thuật nay, module khuêch đai sợi quang trong hệ thống WDM se phai thich ứng với các chỉ tiêu kỹ thuật nghiêm ngặt về độ bằng phẳng của phổ khuêch đai đa kênh, độ dốc đường đặc tuyên khuêch đai.

Do đặc tinh khuêch đai không đều, thê hệ đầu tiên của các hệ thống truyền dân WDM đã phai lưa chọn hoat động tai vùng đỏ của băng C, xung quanh bước sóng tư 1540 nm đên 1565 nm. Sư ra tăng nhu cầu về số lượng bước sóng đã thúc đẩy các nha san xuất “đặt” các kênh bước sóng mới vao vùng “khó khăn” xung quanh bước sóng 1532 nm, ma tai đó không chỉ có mức tap âm cao (tai vùng nay có tỉ số bức xa, hấp thụ thấp), ma hơn nữa độ nhấp nhô của phổ khuêch đai cũng lớn hơn nhiều so với các vùng bước sóng còn lai của băng.

VII.3. Tich luỹ tạp âm khi sử dụng bộ khuêch đại EDFA:

Hệ số tap âm được đinh nghĩa la ty số tin hiệu trên tap âm của tin hiệu quang đầu vao/ty số tin hiệu trên tap âm của tin hiệu quang đầu ra, theo lý thuyêt thì hệ số tap âm của EDFA la khoang 3 dB, hệ số tap âm tăng ty lệ theo số lượng bộ khuêch đai được sử dụng trên tuyên va sư chênh lệch khoang cách đoan sợi quang giữa các bộ khuêch đai, thường khống chê độ dai đoan sợi quang giữa hai bộ khuêch đai liên tiêp la 80 ~ 120 km, để đam bao ty lệ tin hiệu trên tap âm.

Nhiễu tư phát được khuêch đai ASE (Amplifier Spontaneous Emission) gây nên tap âm lớn trong các bộ khuêch đai quang, đặc biệt la trong trường hợp sử dụng nhiều EDFA liên tiêp trên đường truyền. Tap âm ASE trong bộ khuêch đai quang phia trước se được khuêch đai bởi bộ khuêch đai quang thứ hai. Sư khuêch đai va tich lũy tap âm nay se lam cho ty số S/N bi giam nghiêm trọng. Nêu mức công suất tin hiệu vao la quá thấp, tap âm ASE có thể lam cho ty số S/N bi giam xuống dưới mức cho phép. Tuy nhiên, nêu mức công suất tin hiệu vao quá cao thì tin hiệu nay kêt hợp với ASE có thể gây nên hiện tượng bão hoa ở bộ khuêch đai.



PHẦN 3 - TRIỂN KHAI TRUYỀN DẪN WDM TRÊN TUYẾN CÁP QUANG TRỤC BẮC NAM

3.1. DỰ BÁO NHU CẦU VỀ DUNG LƯỢNG TUYẾN THÔNG TIN QUANG.

Với điều kiện về đia lý rất đặc biệt, trãi tư Bắc tới Nam hơn 2500 km, nên tuyên truyền dân đường trục Bắc – Nam hêt sức quan trọng. Trong 10 năm gần đây, nhu cầu về dich vụ viễn thông đã không ngưng tăng lên với nhiều dich vụ mới ra đời, đã góp phần tăng lên dung lượng trên tuyên truyền dân đường trục Bắc – Nam. Hơn nữa, ngoai sư tăng lên không ngưng về dung lượng truyền dân nội bộ giữa các tỉnh, tai trọng truyền dân đường trục còn tăng lên do các kêt nối cáp quang quốc tê như: Tuyên T-V-H (đã khai thác); tuyên SEA-MEA-WE 3 (đã cập bờ tai Gateway Đa Nẵng); tuyên cáp quang xuyên 6 quốc gia Trung Quốc – Việt Nam – Campuchia – Thái Lan – Malaixia – singapo, với kêt nối phia Việt Nam se la:

Hướng lưu lượng đi Trung Quốc: theo tuyên cáp quang Ha Nội – Lang Sơn.

Hướng lưu lượng đi Campuchia: theo tuyên cáp quang TP Hồ Chi Minh – Tây Ninh.



Toan bộ lưu lượng của tuyên cáp quang quốc tê nay se đặt tai lên tuyên cáp quang đường trục Bắc Nam.

Dư báo về lưu lượng dưới đây được trich dân tư các kêt qua phân tich dư báo trên cơ sở mối tương quan giữa tốc độ tăng trưởng tổng san phẩm trong nước GDP va tốc độ tăng trưởng nhu cầu dich vụ viễn thông, theo mô hình kinh tê lượng.

3.1.1 Kêt qua dư báo nhu cầu thoại giai đoạn 2006 – 2010.

Quá trình dư báo nhu cầu thuê bao điện thoai phụ thuộc vao rất nhiều yêu tố (tốc độ phát triển dân số, dân số Việt Nam tai thời điểm dư báo, tôc độ tăng trưởng GDP, bình quân GDP trên đầu người), tổng hợp các yêu tố nay se được kêt qua dư báo tương đối chinh xác về nhu cầu dich vụ điện thoai trong tương lai. Trên đây la đồ thi thể hiện kha năng lắp đặt dich vụ điện thoai trong giai đoan 2006 – 2010. Nêu tình hình kinh tê phát triển tốt thì tổng số thuê bao điện thoai dư tinh đat 18,5 triệu vao năm 2010.

3.1.2 Kêt qua dư báo nhu cầu phi thoại giai đoạn 2006 – 2010.

Nhu cầu phi thoai bao gồm: Các dich vụ mới như: Truyền số liệu, dich vụ Internet, ISDN băng hẹp, băng rộng…se tăng rất nhanh trong thời gian tới, góp phần tăng lưu lượng trên tuyên truyền dân trục Bắc Nam.

Internet la một trong những dich vụ viễn thông se phát triển rất nhanh trong thời gian tới, theo xu hướng phát triển va dư báo của tổng cục bưu điện thì số thuê bao Internet đat 185000 vao năm 2010.

Các dich vụ ISDN gồm: Truyền hình hội nghi, Video phone, Fax nhóm IV, thuê kênh riêng, truyền số liệu tốc độ thấp…, se tập trung vao các khu công nghiệp, thanh phố lớn vf nhu cầu se còn tăng rất nhanh trong những năm tới.

Dich vụ truyền số liệu phục vụ chủ yêu các nghanh lớn; cho các công ty khai thác dich vụ viễn thông thuê…, bao gồm dich vụ Leased line; Frame Relay; X.25.



3.1.3. Kêt luận.

Ước tinh về lưu lượng trên tuyên truyền dân trục Bắc Nam (chưa tinh đên lưu lượng cộng thêm khi hoan thanh dư án kêt nối cáp quang 6 nước CHN – VIE – CPC – THL – MAL – SIG ):



Như vậy la, đên năm 2010. lưu lượng đat đên 90 luồn STM-1, xấp xỉ 15Gbps, cần có phương án nâng cấp tuyên truyền dân trục Bắc Nam đang lf 2.5Gbps lên 20Gbps.

(Nguồn: Quy hoạch tổng thể phát triển mạng viễn thông giai đoạn 2006 – 2010 VNPT).

3.2. Khao sát câu hình cáp quang trục Bắc Nam.

3.2.1. Câu hình tuyên.

Cáp quang đường trục Bắc Nam bao gồm hai tuyên cáp: Tuyên cáp quang dọc quốc lộ 1A va tuyên cáp quang trên đường dây 500KV; kêt nối tao thanh mang Ring vu hồi, được giám sát, quan lý va điều khiển theo 4 vòng Ring con:

HNI – HTH (Ha Nội – Ha Tĩnh) -> Ring 1

HTH – DNG (Ha Tĩnh – Đa Nẵng) -> Ring 2

DNG – QNN (Đa Nẵng – Quy Nhơn) -> Ring 3

QNN – HCM (Quy Nhơn – TP HCM) -> Ring 4



Thiêt bi dung lượng STM – 16 do Nortel cung cấp, kêt nối giữa các Ring chủ yêu la kêt nối 1 nút ngoai trư kêt nối giữa Ring 3 va Ring 4 có thêm một nút la Playku. Tin hiệu truyền dân la NRZ.

Cáp quang sử dụng la cáp G.652 (suy hao tai bước sóng 1550nm la 0.28dB/km, tán sắc tai bước sóng nay la 18ps/nm.km), tuyên dọc quốc lộ gồm 8 sợi, trên đường dây 500KV tổng công ty bưu chinh viễn thông sử dụng 4 sợi. chi tiêt về các loai cáp được sử dụng được khao sát kỹ trước khi nâng cấp dung lượng tuyên

3.2.2 Kêt nối giữa các Ring – Câu hình dư phòng.

Mỗi Ring được bao vệ theo kiểu kêt nối MS – SPRing (MS-BSHR), xem hình ve sau:



Nêu kêt nối như trên (không có N2 va N4) thì chỉ có thể bao vệ sư cố của tưng Ring, nhưng không thể bao vệ kêt nối giữa các Ring luôn đam bao (Gia sử sư cố tai N1 hoặc N3); đây la trường hợp kêt nối giữa Ring 1 va Ring 2, giữa Ring 2 va Ring 3.

Kêt nối giữa Ring 3 va Ring 4 la kiểu matched – node, có tồn tai kêt nối giữa N3 va N4, do đó có thể bao vệ mang ngay ca khi có sư cố tai Node.

Tuyên đường trục la tuyên có lưu lượng cao, rất quan trọng, vì vậy cấu hình bao vệ kiểu Ring la hợp lý, tuy nhiên, nêu xay ra sư cố node kêt nối tai HTH hoặc DNG thì se gây gián đoan thông tin, phương án nâng cấp tuyên cần xem xét ca vấn đề nay. Nên thay đổi cấu hình mới sang kiểu matched – node có sử dụng DXC/OXC; Nhưng đòi hỏi phai mua thêm thiêt bi N2 va N4, mua thêm DXC/OXC.

3.3. Tham khao mạng đường trục (BACK BONE NETWORK).



Mô hình lớp mang của mang viễn thông trong trương lai – xu hướng phát triển của các quốc gia có nền tang viễn thông phát triển – đồng thời la hướng nghiên cứu phát triển các công nghệ va san phẩm nhằm hướng tới một mô hình mang như vậy.

Doanh thu tư việc bán thiêt bi công nghệ WDM lên tới hang trăm triệu $. Các nha cung cấp thiêt bi WDM hang đầu la 35% thi trường, Nortel 23%, Lucent 17%, Ancatel 13%. Pirelli, Ericson, Siemens va Marconi chia se 11% thi trường còn lai. Dư báo cho biêt thi trường công nghệ WDM còn tăng manh trong các năm tới.

Một dư án 100 triệu $ về việc triển khai WDM của GTS (Global Telesystem) với nha đầu Ciena cho mang Trans European Network của GTS.

Mang nay đi qua 50 thanh phố của 20 nước Châu Âu, cung cấp các dich vụ mang va dich vụ băng rộng… Mang truyền dân nay se bước đầu khai thác ở tốc độ 10 Gbps (OC 192) va có thể đat tới 96 kênh bước sóng quang trên một đôi sợi trong tương lai, se cho phép GTS tiêp tục la nha cung cấp dich vụ truyền dân băng rộng dung lượng cao nhất va lớn nhất xuyên Châu Âu.

3.4. Đề xuât lưa chọn phương án tăng dung lượng.

Các phương án đề xuất dưới đây đều nhằm tăng dung lượng tuyên truyền dân trục Bắc Nam ma không phai lắp đặt thêm hoặc thay sợi quang, phai đam bao các yêu cầu:

Quá trình nâng cấp không được phép gây gián đoan thông tin



Tận dụng tồi đa va đam bao tương thich hệ thống đang khai thác.

Đam bao chất lượng của tuyên thông tin sau khi nâng cấp, linh hoat trong việc đinh tuyên, đam bao an toan khi xay ra sư cố cáp hoặc sư cố thiêt bi. Quan lý mang mềm deo, có kha năng quan lý thiêt bi của nhiều hãng khác nhau, có kha năng mở rộng, ghép nối với cá tuyên cáp quang quốc tê, tuyên cáp quang ven biển nội đia…

Có tinh kha thi về kinh tê - tinh bao mật – độ an toan.

Các phương án có thể:

+ Phương án 1: Nâng cấp theo công nghệ TDM tư 2,5Gbps lên 10 Gbps.

+ Phương án 2: Kêt hợp công nghệ TDM va WDM: Nâng cấp TDM tốc độ tư 2,5Gbps lên 10Gbps (STM - 64), sau đó thưc hiện ghép 2 bước sóng tin hiệu 10Gbps thanh dung lượng 20Gbps.

+ Phương án 3: Dùng hoan toan công nghệ WDM, sử dụng 8 bước sóng, mỗi bước sóng mang tin hiệu 2,5Gbps (STM - 16), thanh dung lượng 20Gbps.

3.4.1. Phương án 1: Tăng dung lượng bằng ghép kênh TDM.

Đối với truyền dân quang TDM, vấn đề cần quan tâm nhất khi tăng dung lượng lên tới 20Gbps đối với sợi G.652 la suy hao va tán sắc. Vì vậy phương án nay đưa ra các đề xuất về bù suy hao va tán sắc.

Bù suy hao: Bằng cách đo kiểm, tinh toán va lắp đặt thêm các bộ khuêch đai quang OA (gồm 3 cấu hình BA, LA, PA), tuy nhiên có giới han cho số OA được mắc thêm, bởi nêu công suất quang quá lớn se gây ra hiệu ứng phi tuyên, các bộ OA đều sinh ra nhiễu ASE cộng thêm vao tin hiệu dọc tuyên, gây ra suy giam SNR của hệ thống.

Xử ly tán sắc

Sử dụng sợi G.653.

Bù tán sắc bằng phương pháp điều chê tư dich pha SPM.

Bù tán sắc bằng các thanh phần bù tán sắc thụ động (bộ kêt hợp quay pha bước sóng va sợi tán sắc âm).

Bù tán sắc các thiêt bi dich tần trước (Pre – Chirp).

Bù tán sắc bằng kỹ thuật DST (Dispersion Supported Transmission).

Kêt luận: Phương án nay chỉ đưa ra mang tinh tham khao, không kha thi bởi hiện tai xu thê các mang backbone network trên thê giới đang triển khai phương án truyền dân WDM, va lai thiêt bi TDM tốc độ cao 20Gbps đắt chi



phi cho tuyên TDM tôc độ 20Gbps rất lớn bởi phai xử lý bù suy hao va bù tán sắc rất nghiêm ngặt.

3.4.2. Phương án 2: Tăng dung lượng bằng ghép kênh TDM kêt hợp với ghép 2 bước song WDM.

Phương án nay thưc hiện theo 2 giai đoan:

+ Nâng cao thiêt bi lên chủng loai STM – 64, thưc hiện truyền dân 10Gbps.

+ Triển khai module WDM thưc hiện ghép 2 luồng tin hiệu STM – 64 thanh tổng dung lượng 20Gbps.

Ưu điểm:

- Do chỉ có 2 kênh bước sóng, mỗi kênh tốc đốTM – 64 nên thiêt bi phai quan lý it.

- Lưu lượng trên một RING rất lớn, nên nêu có sư thay đổi về nhu cầu lưu lượng thì it có kha năng phai phân bố lai lưi lượng giữa các RING.

Nêu trong phần đánh giá lưa chọn phương án.

3.4.3. Phương án 3: Tăng dung lượng bằng ghép kênh WDM 8 bước song STM – 16.

Phương án 3 sử dụng 8 bước sóng, mỗi bước sóng se mang tin hiệu luồng STM – 16 (2,5Gbps).



Ưu điêm:

- Do dung lượng mỗi bước sóng nhỏ (2,5Gbps), nên có thể thưc hiện tăng dung lượng của ca tuyên truyền dân một cách tư tư theo nhu cầu (phụ thuộc số kênh bước song được sử dụng).

- Với tốc độ mỗi kênh bước sóng la 2,5Gbps thì se it bi anh hưởng của tán sắc, các hiệu ứng phi tuyên. Nhờ vậy khoang cách giữa các tram lặp có thể tăng tới 150 km (khuyên nghi G.692). Với tốc độ mỗi kêng bước sóng như vậy thì việc tinh toán lai cư ly tram lặp va các vấn đề liên quan đên bù tán sắc se đơn gian, có thể giữ nguyên cấu hình phân bố các tram như hiện nay (bởi tốc độ 2,5Gbps la tốc độ hiện đang khai thác tốt trên tuyên trục Bắc Nam).

- Vân có thể sử dụng đường cáp G.652 sẵn, chỉ cần kiểm tra lai chất lượng các đoan cáp bi xuống cấp, va một số mối han có suy hao lớn.

- Tận dụng được phần lớn số thiêt bi STM – 16 đang khai thác.

- Phù hợp với xu thê công nghệ truyền dân hiện đai đang được triển khai rộng rãi trên thê giới.

Nhược điêm:

- Số lượng truyền dân SDH liên quan đên tuyên WDM khá nhiều, do đó se phức tap về việc quan lý mang.

- Việc quan lý lưu lượng cũng se phức tap, vì thưc chất, mỗi RING lớn gồm 8 bước sóng se tương đương vơi 8 RING con ( mỗi RING con la một bước sóng mang tin hiệu STM - 16); ma mỗi tram xen re lưu lượng nhỏ se chỉ tác dụng lên bước sóng (1 RING con), nêu gia thiêt cần bổ xung lưu lượng hoặc



thay thê phân bố lưu lượng tai các tram xen re bước sóng thì vấn đề se phức tap, se cần thêm các thiêt bi DXC, hoặc cao cấp hơn la OXC.

3.4.4. Đánh giá va lưa chọn phương án.

Không nên lưa chọn phương án 1 vì những luận điểm nêu trên.

Không nên chọn phương án 2 vì đối với phương án nay, so với phương án 3 tồn tai những nhược điểm sau:

- Tốc độ của tưng kênh bước sóng vân la 10Gbps, cho nên bi anh hưởng manh me của tán sắc, các hiện tượng phi tuyên, tán sắc PMD …

- Do lưu lượng thưc sư trên tuyên xuất phát chủ yêu tư 3 trung tâm lớn (Ha Nội – Đa Nẵng – TP HCM), nên chỉ đóng vai trò lưu lượng chuyển qua, nêu vậu thì lưu lượng thưc tê xen re giữa các node se không cần đên thiêt bi STM – 64 (gây lãng phi). Hơn nữa, không có sư tăng đột biên về lưu lượng tư 2,5Gbps lên 10Gbps, sau đó lên 20Gbps, nên phương án nay tỏ ra không hiệu qua.

- Thiêt bi truyền dân quang 10Gbps giá vân cao.

Nên chọn phương án 3 vì phương án nay khắc phục được các nhược điểm của phương án 2; những nhược điểm của phương án nay có thê khắc phục bởi:

- Đối với vấn đề quan lý mang, se áp dụng mô hình quan lý TMN theo khuyên nghi của ITUT.

- Đối với việc phức tap trong việc cấu hình la lưu lượng giữa cá RING, đã có những san phẩm thương mai DXC, va hiện đang cho ra đời các san phẩm OXC đam nhiệm. Hơn nữa, các thiêt bi kiểu OADM hiện rất linh hoat trong việc thiêt lập bước sóng xen re. Va lai, khi áp dụng phương án 3, việc đưa thên lưu lượng vao có thể thưc hiện tư tư theo nhu cầu (cần đên đâu dùng đên đó), do đó vấn đề cấu hình lai lưu lượng không đáng lo. (Xem hình dưới).



Vậy nên chọn phương án 3: Ghép 8 bước sóng mang tin hiệu STM – 16 (2,5Gbps).

3.5. Xây dưng phương án tăng dng lượng theo phương án lưa chọn.

3.5.1. Khoang cách kênh bước song được ghép.

Có 2 cách sắp xêp bước sóng cần ghép: Ghép cách đều (Coarser), hoặc ghép không đều (Uneven), khoang cách kêng bước sóng la số nguyên lần 100 Ghz (tham khao khuyên nghi G.692).

Sau khi xem xét, kêt luận nên chọn như sau:

- Tần số bước sóng trung tâm: 193,1Ghz, ( c= =1552,52nm).

- Khoang cách kênh bước sóng la 200 Ghz - ghép đều.

- Bước sóng 1510nm lam kênh OSC (Optical Supervisor Channel) cho các LA. (khuyên nghi G.692).

Chọn như vậy có những ưu điểm sau:

- Đam bao toan bộ các kênh bước sóng đều nằm trong vùng phẳng nhất

của phổ khuêch đai EDFA. Tư công thức liên hệ giữa va f ( f=-c* ; c=

299791,647 kmps; =1550nm); tinh được với bước sóng, f=8*200Ghz, tinh được =12,82nm. Do đó không cần mua thiêt bi EDFA chất lượng cao, nên giam được chi phi.



- Với khoang cách kênh 200Ghz, yêu cầu về độ rộn phổ va dung sai về phổ của laser phát se không cần cao, nên cũng giam được chi phi.

- Các thiêt bi ghép kênh WDM 8 hoặc 16 bước sóng với khoang cách kênh 200Ghz đang được nhiều hãng cung cấp.

3.5.2. Giai pháp đoi với trạm lặp khi nâng câp tuyên.

a. Các phương án:

- Cần tinh lai các thông số tán sắc cho những chặng hiện có khoang cách trên 100km.

- Sử dụng các bộ khuêch đai quang đường truyền LA thay thê các tram lặp đơn kênh, như thê se giam nhẹ được khối lượng thiêt bi cần có tai các tram lặp. Tuy nhiên cấu hình toan LA mắc kiểu Cascade có giới han đối với chất lượng của hệ thống WDM. Tuy nhiên nêu sử dụng tối đa số LA có thể se trở nên kinh tê hơn. LA chỉ xử lý vấn đề suy hao, còn để bù tán sắc, có thể dùng thêm các đoan cáp có hệ số tán sắc âm.

b. Mô hình thiêt kê tram lặp.

Khuyên nghi của ITU-T về mô hình thiêt kê tram lặp cho mang truyền dân quang hoan toan:

Xét đối với tuyên trục Bắc Nam, các tram nr_REP ở đây chinh la LA, các La thương mai của các hãng (Nortel, Alcatel, Lucent…) đều có cấu trúc Two-stage (2 tầng) nên công suất quang của LA có thể đat max +17 dBm đên +20dBm. (Thưc tê chúng ta chỉ dùng cỡ khoang +10dBm la đủ).



3.5.3. Mô hình tham chiêu hệ thống WDM va tinh toán các thông số kỹ thuật cho thiêt bi.

Tin hiệu truyền tư đầu phát Txi, tới đầu thu Rxi chiu anh hưởng của các yêu tố:

Suy hao = suy hao sợi + suy hao mối han + suy hao xen của

thiêt bi.

- Các anh hưởng truyền dân khác:

* Ảnh hưởng tán sắc.

* Ảnh hưởng phi tuyên.

+ Các hiệu ứng SRS, SBS, FWM, SPM, XPM.

+ Hiệu ứng Soliton.

+ Độ bất ổn đinh điều chê.

* Ảnh hưởng gây ra bởi các bộ khuêch đai quang.

+ Tich lũy nhiễu.

+ Công suất quang lớn.

* Ảnh hưởng do các hiện tượng phân cưc.

+ Tán sắc mode phân cưc PMD.

+ Suy hao phụ thuộc phân cưc

Với cấu hình sử dụng khuêch đai quang đường truyền:

Đây la cấu hình hay sử dụng khi nâng cấp tuyên, do vậy ta phai xem xét một số bai toán cụ thể:

- Tai điểm thu Rxi: độ nhay thu va mức quá tai của thiêt bi.



- Tai điểm tham chiêu R”:

Công suất toan phần cưc đai = Công suất trên một kênh + 10Log(N)

Với N la số kênh

Giá tri tai điểm R” nay liên hệ trưc tiêp đên giá tri tai điểm Rx sau khi trư đi suy hao của O-DEMUX.

- Điểm tham chiêu S”:

Gia sử hệ thống sử dụng n bộ khuêch đai quang đường truyền thì se có (n+1) chặng với suy hao tương ứng (không tinh theo dB) la 1 2 … n+1; như vậy suy hao toan tuyên se la:

= I (3.1)

G= Gi (3.2)

Tương tư ta có mức khuêch đai của n bộ khuêch đai la:

Công suất thu được phia thu la: Pin = Ptx G

Với:

+ Gi la bộ khuêch đai của bộ khuêch đai thứ i.

+ i la suy hao chặng thứ i

+ Pin la công suất thu (W)

+ Ptx la công suất phát (W).

Việc tinh toán trên nhằm đưa ra các thông số hệ thống, tất ca đều nhằm mục tiêu đam bao ty số tin hiệu trên tap âm SNR của hệ thống. SNR la một ham rất nhiều tham số của hệ thống: Công suất phát, hệ số khuêch đai, mức nhiễu ASE, băng tần tin hiệu, mức suy hao…

Để đánh giá chỉ tiêu lỗi bit, một biểu thức tinh gần đúng SNR được phòng thi nghiệm Bellcore của Mỹ đưa ra:

SNR = C – [Ptot – 10 log10(N) – Ls – NF – 10 log10(Ns) (3.3)

Trong đó:

+ Ptot la công suất phát toan phần (dBm).

+ N la số bước sóng hệ thống sử dụng.

+ Ls la suy hao của chặng (span) (dB).



+ NF la mức nhiễu (noise firgue) của bộ khuêch đai được sử dụng.

+ Ns la số chặng (span) trên tuyên.

Đây se la công thức chinh được sử dụng khi để tinh toán thiêt kê.

Tóm tắt các bước thiết kếtinhs toán khi nâng cấp:

Tư nhu cầu cũng như đặc điểm về lưu lượng của tuyên trục, phai phân bố bước sóng hợp lý, xây dưng cấu hình tuyên, tận dụng tối đa cơ sở vật chất sẵn có, nâng cao kha năng bao an, kha năng xử lý sư cố.

Dưa vao kha năng của cáp hiện có, tinh toán suy hao va các thông số cho tưng chặng, lưa chọn tối ưu cấu hình va thông số.

- Thưc tê, không nhất thiêt phai có bước sóng dư phòng cho mỗi tram xen re dọc tuyên (bởi vì các bước sóng đều truyền chung trên một đôi sợi quang, một sợi đi va một sợi về), ma chỉ cần tinh toán để đáp ứng phù hợp với nhu cầu về lưu lượng la đủ, để tránh tình trang back – hauling có thể nay sinh, lam tăng tai không cần thiêt. Ngoai ra, lưu lượng liên tỉnh có thể được truyền đi trên các tuyên cáp quang liên tỉnh se được xây dưng.

Với đề xuất về bước sóng ghép như trên, thiêt bi ADM se thỏa mãn nhu cầu về tán sắc như sau:

- Các thiêt bi ADM đang vận hanh có kha năng chấp nhận tán sắc đên 3000 ps/nm, đối với các khoang xen re ngắn, không cần xem xét lai yêu cầu về tán sắc nay (xét cho bước sóng xen re các kênh le 1).

- Đối với các bước sóng chuyển qua, thưc tê việc nap điện chỉ thưc hiện tai các nút kêt nối giữa các RING, lên mức yêu cầu về tán sắc đối với các thiêt bi tai các nút nay đòi hỏi nghiêm ngặt hơn, cụ thể phai chiu được mức tán sắc



cưc đai cỡ 12000 ps/nm (tương ứng với khoang cách giữa hai nút của RING lớn nhất la 600km).

Sử lai va bổ xung cấu hình tuyên sao cho sát với thưc tê nhất, đat đủ các chỉ tiêu va yêu cầu kỹ thuật nhất.

3.5.4. Đặc điêm lưu lượng va phương án phân bổ bước song.

- Theo phân luồng đối với dung lượng 2,5Gbps (tương đương với STM – 1 ) đang khai thác thì chỉ cần 2 STM – 1 để tai lưu lượng xen re dọc tuyên, trong đó số luồng xen re trung bình tai mỗi nút khoang 32 luồng E1 (tức la ẵ luồng STM – 1) (nguồn VTN).

- Theo dư báo, thì đối với dung lượng max được nâng cấp la 20Gbps, thì số luồng xen re trung bình đat được tai các tram ADM/OADM dọc tuyên se đat khoang 4 luồng STM – 1, so sánh với số luồng xen re khi dung lượng tuyên trục 2,5 Gbps la ẵ STM – 1, ta rút ra được kêt luận: nhu cầu xen re trung bình tai các nút xen re tăng 8 lần (tư ẵ STM – 1 lên 4 STM -1 ). Như vậy se cần 2*8 STM – 1 để tai lưu lượng xen re. Lưu lượng nay tương đương vơi một bước sóng mang tin hiệu 2,5Gbps (16 STM – 1).

- Tương tư như vậy, đánh giá được phần lớn dung lượng dọc tuyên la dung lượng chuyển qua, do vậy việc phân bố 8 bước sóng công tác cho tuyên trục Bắc – Nam nên như sau:

* HNI – HCM: 4 bước sóng.

* HNI – ĐNG – HCM: 2 bước sóng.

* Lưu lượng trong một RING: 1 bước sóng.

* Lưu lượng xen re dọc tuyên trên mỗi RING: 1 bước sóng

3.5.5. Xây dưng câu hình cụ thê tuyên truyền dân Bắc Nam.

a. Đề xuât:

- Với RING 1 có số tram xen re có lưu lượng thấp (Phủ Lý, Nam Đinh), để có hiệu qua kinh tê cao hơn (do tiêt kiệm được một loat các thiêt bi xen re bước sóng đầu tư cho các nút nay ), nên đưa các tram nay thanh các nút của các RING liên tỉnh Ha Nội – Phủ Lý – Nam Đinh – Thái Bình – Hưng Yên – Hai Dương – Ha Nội.

- Với RING 4: Lý do tương tư đối với một số nút có lưu lượng xen re thấp, nên tách chuyển chúng sang RING liên tỉnh Phan Rang – Phan Thiêt – Xuân Lộc – Bao Lộc – Đa Lat – Phan Rang.



Các thiêt bi đầu cuối WDM 8 hay 16 bước sóng thương mai hiện nay đều chỉ cho phép span lớn nhất khoang trên 600 km, ma khoang cách giữa hai nút cuối của RING 4 lai lên tới 695 km (Qui Nhơn – TP HCM), vượt quá mức tán sắc cho phép, vậy nên cần có một tram đầu cuối WDM nữa cần thêm vao tai RING 4. Nút có thể thay đổi tư ADM thanh thiêt bi T8 (Thiêt bi đầu cuối WDM 8 bước sóng) la Nha Trang hoặc Phan Rang, nêu chọn về Phan Rang thì có lợi về khoang cách lặp, Nhưng Nha Trang tương lai se la thanh phố lớn phát triển manh về lưu lượng, vậy nêu chọn Nha Trang thì có lợi cho việc cấu hình lai lưu lượng sau nay hơn.

+ Một giai pháp khác la sử dụng một bộ khuêch dai quang đường truyên LA 2 tầng, xen re giữa 2 tầng một đoan cáp DSF (sợi bù tán sắc) có đọ dai được tinh toán cho phù hợp. nhờ xen giữa hai tầng khuêch đai, nên vân đam bao suy hao sợi được bù hoan toan, tán sắc được xử lý.

b. RING 1:

Sử dụng khuêch đai LA trên tuyên dọc 500 KV ( tư Hòa Bình đên Ha Tĩnh): VNPT sử dụng các sợi số6,7,8,9; có hệ số suy hao trung bình la 0,28dB/km; các khoang cách giữa các tram Ri cộng lai la khoang 360 km, vậy quỹ công suất cần bù la khoang 0,28*360 km = 100 dB; Các LA thương mai có hệ số G đat khoang 14 dBm, vậy nên cần đặt tai tất ca các tram Ri trên tuyên các LA, sử dụng thêm thiêt bi BA hoặc PA tai các điểm thu phát Hòa Bình va Ha Tĩnh. Cấu hình cụ thể như sau:

Kêt nối giữa RING 1 va RING 2 nên sử dụng DXC/OXC theo cấu hình matched – node để như sau:



c. RING 2:

Không cần dùng tram lặp tai Nam Ròm (NMR) nữa, do yêu cầu về tán sắc va quỹ công suất vẩn đủ đam bao với các thiêt bi WDM ở khoang cách span nhỏ đối với tất ca các thiêt bi WDM thương mai hiện có.



d. RING 3:

Thay thê tram lặp đơn kênh tai Lai Khan (LKN) bằng bộ khuêch đai quang đường truyền LA.

Các nút kêt nối giữa RING 3 va RING 4 cần lưa chọn giữa hai loai thiêt bi T8 va T16 ; Tùy thuộc vao hiệu qua sử dụng va giá thanh.

Hiện kêt nối giữa Quy Nhơn va Playku (167km) sử dụng hai đôi cáp riêng biệt cho hai vòng RING độc lập 3 va 4. Nêu như vậy, se có hai phương án cho các nút nay:

Giữ nguyên hiện trang kêt nối, sử dụng 4 bộ thiêt bi kêt nối T8

Sử dụng thiets bi kêt nối T16 tai mỗi nút, chỉ cần sử dụng một đôi sợi cáp để truyền dân (16 bước sóng trên mỗi sợi một hướng).

Nêu phân tich về giá đầu tư, se thấy giá thanh 2 bộ T16 se tương đương với khoang giá thanh 3 bộ T8 . Hơn nữa, mật độ 16 bước sóng la mật đọ phổ biên hay dùng trong các mang truyền dân WDM hiện nay, nên các yêu cầu về độ hẹp phổ tưng kênh, khoang cách các kênh vân đam bao, có thể tinh toán lai va lưa chọn bước sóng phù hợp theo chuẩn ITU-T, theo các thương phẩm WDM hiện đang có.



e. RING 4:

Như trên đã phân tich, tai nút Nha Trang, se đặt một tram thiêt bi đầu cuối WDM.

Tai Xuân Lộc, trước đây la một tram lặp đơn kênh, nay thay thê bằng khuêch đai quang đường truyền LA để bù công suất.



KẾT LUẬN



Truyền dân dung lượng cao theo hướng sử dụng công nghệ WDM đang có một sức hút manh đối với các nha cung cấp dich vụ viễn thông hang đầu thê giới. Đã có hang loat tuyên truyền dân đang vận hanh va khai thác theo công nghệ nay, bởi vì chi phi đầu tư va tinh ổn đinh của nó có nhiều điểm hơn hẳn so với ghép kênh truyền thống TDM, nhất la khi ma nhu cầu về dung lượng ngay cang cao như hiện nay.

Khi nâng cấp một hệ thống thông tin quang theo công nghệ WDM, có rất nhiều vấn đề cần phai xem xét, như nhu cầu về dung lượng, cấu hình hợp lý va cấu hình tối ưu .... Mỗi một mục nhỏ trong ban đồ án nay đều la một bai toán kỹ thuật, đòi hỏi phai có một giai pháp tối ưu va toan diện. Vấn đề về mật độ ghép bước sóng, mặc dù ITU-T đã ban hanh chuẩn về tần số va khoang cách ghép giữa các kênh, nhưng nó đã trở nên lac hậu so với các công nghệ tách/ghép bước sóng hiện nay, khi ma khoang cách ghép giữa các bước sóng trong hệ thống WDM đã giam xuống chỉ còn 25 GHz.

Công nghệ khuêch đai quang sợi ra đời, đã mở ra một chặng mới cho thông tin quang nói chung va cho thông tin WDM nói riêng, giai quyêt được vấn đề về suy hao, quỹ công suất ma không cần các bộ lặp 3R cồng kềnh, chi phi lớn va chỉ đáp ứng được tốc độ thông tin thấp. Thêm vao đó, các module bù tán sắc DCM được “nhúng” vao các thiêt bi WDM, đã lam cho hệ thống WDM cang có thêm nhiều hứa hẹn. Khi đó mỗi kênh bước sóng có thể đat đên tốc độ 10 Gbit/s hoặc hơn nữa, nhờ vậy có thể đat được tốc độ Tbit/s trên một sợi đơn mode SSMF thông thường.

Với thời gian nghiên cứu va tìm hiểu thưc tê mang lưới, cũng như tìm hiểu công nghệ mới WDM còn han chê, những gì được đề cập trong ban luận văn nay thưc sư rất nhỏ bê, mới chỉ mang tinh chất tìm hiểu, tập dượt. Công nghệ truyền dân WDM thưc tê chưa được triển khai ở nước sta, lai la một công nghệ còn mới, đang ở thời ky ma có thể có nhiều đột biên về các giai pháp, công nghệ cho tưng thiêt bi.

Tuyên truyền dân quang Bắc-Nam ở nước ta giữ một vai trò quan trọng đối với nền an ninh của quốc gia va sư phát triển kinh tê, xã hội. Do vậy, việc thao luận, nghiên cứu - triển khai phương án tăng dung lượng tuyên cáp quang trục Bắc-Nam bằng công nghệ mới như WDM có một ý nghĩa thiêt thưc. Tư suy nghĩ đó em mong muốn được tìm hiểu về “công nghệ ghép kênh quang WDM” để sau nay đóng góp một phần công sức nhỏ bé xây dưng đất nước. Em mong rằng se có cơ hội để tiêp tục được nghiên cứu sâu hơn về các vấn đề nay.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. VŨ VĂN SANKỹ thuật thông tin quangNha xuất ban khoa học va kỹ thuật – 1997



2. DƯƠNG ĐỨC TUỆHệ thống ghép kênh theo bước sóng

Nha suất ban bưu điện – 2001

3. CAO PHÁNGhép kênh quang va khuêch đai quangHọc viện công nghệ bưu chinh viễn thông –1998

4. CAO PHÁNCơ sở kỹ thuật thông tin quang Học viện công nghệ bưu chinh viễn thông – 2000

5. TRẦN THUỶ BÌNH, PHẠM HỒNG NHUNGNghiên cứu các loai sợi dân quang mới va kha năng sử dụng vao các hệ thống truyền dân trên mang viễn thông Việt NamViện KHKT Bưu điện – 1999

6. NGUYỄN MINH DÂNMang cáp quang nội hat va thuê bao quang - Đề tai nghiên cứu khoa học cấp nganh – Ha Nội – 1995.

7. DENIS J. G. MESTDAGHFundamentals of Multiaccess Optical Fiber NetworkArtech House Boston – London

8. T. OKOSHI AND K. KIKUCHIOptical Fiber CommunicationUniversity of Tokyo, Tokyo

9. WWW. EXFO.COM2000 EXFO Electro-Optical Engineering Inc. All rights reserved.

10. JEAN-PIERRE LAUDEWavelength Division Multiplexing, Paris – 1993.


cong nghe wdm va ung dung_dodinhngoc_45

Documents