Bài Tập Lớn Tìm Hiểu Và Thiết Kế Hệ Thống Thông Tin Quang Wdm.pdf

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG

***

***

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MƠN HỌC:
Thơng tin quang
Đề tài: “Tìm hiểu và thiết kế hệ thống thơng tin quang WDM”
Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Hồng Hải
Nhóm Sinh Viên Thực Hiện:
1 Nguyễn Xuân Phúc
2 Nguyễn Việt Nam
3 Lưu Huy Hồn
4 Phạm Phương Long
5 Nguyễn Thành Đơ

20093567
20091845
20091128
20091663
20090748

Hà Nội: 27/04/ 2013

ĐT 02 – K54
ĐT 03 – K54
ĐT 07 – K54
ĐT 03 – K54
ĐT 04 – K54

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
MỤC LỤC

2


VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
Phần 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG WDM
1.1. Lịch sử phát triển
• Năm 1977: Bắt đầu nghiên cứu về các hệ thống thông tin ghép bước sóng sợi
quang.
• Đầu thập kỷ 80: Bắt đầu thương mại hóa các hệ thống ghép bước sóng sợi
quang, ghép bước sóng ở hai vùng cửa số khác nhau. Đây là dạng đơn giản
nhất của cơng nghệ ghép bước sóng quang, với việc truyền đi 2 kênh ở 2 vùng
cửa sổ khác nhau cùng một lúc.
• Những năm 1990: Hệ thống ghép bước sóng quang đa kênh ra đời, với khoảng
cách kênh nhỏ hơn 1nm. Kỹ thuật ghép kênh WDM đã ghép được nhiều bước
sóng trong cùng 1 vùng cửa sổ, tiêu biểu là ở 1550nm.
• Năm 1996: các hệ thống WDM hoạt động với tổng dung lượng 40 Gb/s được
thương mại hóa
• Năm 2001: triển khai nhiều hệ thống vượt biển tốc độ cao, tốc độ lên tới 100
Gb/s
• Hiện này, với những phát triển vượt bậc về công nghệ hệ thống WDM ngày
càng được nâng cao về tốc độ, dung lượng và khoảng cách truyền dẫn…
1.2. Giới thiệu chung
a) Khái niệm
Ghép kênh theo bước sóng WDM (Wavelength Devision Multiplexing) là công
nghệ trong một sợi quang đồng thời truyền dẫn nhiều bước sóng tín hiệu quang. Ở

đầu phát, nhiều tín hiệu quang có bước sóng khác nhau được tổ hợp lại (ghép kênh)
để truyền đi trên một sợi quang. Ở đầu thu, tín hiệu tổhợp đó được phân giải ra
(tách kênh), khơi phục lại tín hiệu gốc rồi đưa vào các đầu cuối khác nhau.
b) Đặc điểm
Truyền dẫn ghép phân bước sóng WDM (Wavelength Devision Multiplexing):
ghép thêm nhiều bước sóng để có thể truyền trên một sợi quang, khơng cần tăng
tốc độ truyền dẫn trên một bước sóng. Cơng nghệ WDM có thể mang đến giải pháp
hồn thiện nhất trong điều kiện cơng nghệ hiện tại. Thứ nhất nó vẫn giữ tốc độ xử
lý của các linh kiện điện tử ở mức 10 Gbps, bảo đảm thích hợp với sợi quang hiện
tại. Thay vào đó, cơng nghệ WDM tăng băng thông bằng cách tận dụng cửa sổ làm
việc của sợi quang trong khoảng bước sóng 1260nm đến 1675nm. Khoảng bước
sóng này được chia làm nhiều băng sóng hoạt động. Đầu tiên, hệ thống WDM hoạt
động ở băng C (do EDFA hoạt động trong khoảng băng sóng này). Về sau, EDFA
3


VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG
có khả năng hoạt động ở cả băng C và băng L nên hệ thống WDM hiện tại dùng
EDFA có thể hoạt động ở cả băng C và băng L. Nếu theo chuẩn ITU-T, xét khoảng
cách giữa các kênh bước sóng là 100 Ghz (đảm bảo khả năng chống xuyên nhiễu
kênh trong điều kiện công nghệ hiện tại), sẽ có 32 kênh bước sóng hoạt động trên
mỗi băng. Như vậy, nếu vẫn giữ nguyên tốc độ bit trên mỗi kênh truyền, dùng công
nghệ WDM cũng đủ làm tăng băng thông truyền trên một sợi quang lên 64 lần.
Ưu điểm của cơng nghệ WDM:
• Tăng băng thông truyền trên sợi quang số lần tương ứng số bước sóng được
ghép vào để truyền trên một sợi quang.
• Tính trong suốt: Do cơng nghệ WDM thuộc kiến trúc lớp mạng vật lý nên
nó có thể hỗ trợ các định dạng số liệu và thoại như: ATM, Gigabit Ethernet,
ESCON, chuyển mạch kênh, IP ...
• Khả năng mở rộng: Những tiến bộ trong công nghệ WDM hứa hẹn tăng

băng thông truyền trên sợi quang lên đến hàng Tbps, đáp ứng nhu cầu mở
rộng mạng ởnhiều cấp độ khác nhau.
• Hiện tại, chỉcó duy nhất cơng nghệ WDM là cho phép xây dựng mơ hình
mạng truyền tải quang OTN (Optical Transport Network) giúp truyền tải
trong suốt nhiều loại hình dịch vụ, quản lý mạng hiệu quả, định tuyến linh
động ...
Nhược điểm của cơng nghệ WDM:
• Vẫn chưa khai thác hết băng tần hoạt động có thể của sợi quang (chỉ mới tận
dụng được băng C và băng L).
• Q trình khai thác, bảo dưỡng phức tạp hơn gấp nhiều lần so với các hệ
thống khác.
• Nếu hệ thống sợi quang đang sửdụng là sợi DSF theo chuẩn G.653 thì rất
khó triển khai WDM vì xuất hiện hiện tượng trộn bốn bước sóng khá gay
gắt.

c) Sơ đồ khối hệ thống

4


VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG

Hình 1: Sơ đồ khối hệ thống WDM
Chức năng các khối:
• Phát tín hiệu: Trong hệ thống WDM, nguồn phát quang được dùng là laser.
Hiện tại đã có một số loại nguồn phát như: Laser điều chỉnh được bước sóng
(Tunable Laser), Laser đa bước sóng (Multiwavelength Laser)... Yêu cầu
đối với nguồn phát laser là phải có độ rộng phổ hẹp, bước sóng phát ra ổn
định, mức cơng suất phát đỉnh, bước sóng trung tâm, độ rộng phổ phải nằm
trong giới hạn cho phép.

• Ghép/tách tín hiệu: Ghép tín hiệu WDM là sự kết hợp một số nguồn sáng
khác nhau thành một luồng tín hiệu ánh sáng tổng hợp đểtruyền dẫn qua sợi
quang. Tách tín hiệu WDM là sự phân chia luồng ánh sáng tổng hợp đó
thành các tín hiệu ánh sáng riêng rẽ tại mỗi cổng đầu ra bộ tách. Hiện tại đã
có các bộ tách/ghép tín hiệu WDM như: bộ lọc màng mỏng điện môi, cách
tử Bragg sợi, cách tử nhiễu xạ, linh kiện quang tổ hợp AWG, bộlọc FabryPerot... Khi xét đến các bộ tách/ghép WDM, ta phải xét các tham số như:
khoảng cách giữa các kênh, độ rộng băng tần của các kênh bước sóng, bước
sóng trung tâm của kênh, mức xuyên âm giữa các kênh, tính đồng đều của
kênh, suy hao xen, suy hao phản xạ Bragg, xuyên âm đầu gần đầu xa...
• Truyền dẫn tín hiệu: Q trình truyền dẫn tín hiệu trong sợi quang chịu sự
ảnh hưởng của nhiều yếu tố: suy hao sợi quang, tán sắc, các hiệu ứng phi
tuyến, vấn đề liên quan đến khuếch đại tín hiệu ... Mỗi vấn đề kể trên đều
phụ thuộc rất nhiều vào yếu tốsợi quang (loại sợi quang, chất lượng sợi...)
mà ta sẽ xem xét ở phần sau.
• Khuếch đại tín hiệu: Hệ thống WDM hiện tại chủ yếu sử dụng bộ khuếch
đại quang sợi EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier). Tuy nhiên bộ khuếch
đại Raman hiện nay cũng đã được sử dụng trên thực tế. Có ba chế độ
khuếch đại: khuếch đại công suất, khuếch đại đường và tiền khuếch đại. Khi
dùng bộ khuếch đại EDFA cho hệ thống WDM phải đảm bảo các yêu cầu
5


VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
sau: Ðộ lợi khuếch đại đồng đều đối với tất cảcác kênh bước sóng (mức
chênh lệch không quá 1 dB). Sự thay đổi số lượng kênh bước sóng làm việc
khơng được gây ảnh hưởng đến mức cơng suất đầu ra của các kênh. Có khả
năng phát hiện sự chênh lệch mức công suất đầu vào để điều chỉnh lại các
hệ số khuếch đại nhằm đảm bảo đặc tuyến khuếch đại là bằng phẳng đối với
tất cả các kênh.
• Thu tín hiệu: Thu tín hiệu trong các hệ thống WDM cũng sử dụng các bộ

tách sóng quang như trong hệ thống thông tin quang thông thường: PIN,
APD.
d) Phân loại hệ thống WDM
Phân loại theo hướng truyền dẫn:
Theo cách phân loại này hệ thống WDM được chia làm hai loại: hệ thống đơn
hướng và song hướng được minh họa trên hình 2 và hình 3. Hệ thống WDM đơn
hướng chỉ truyền theo một chiều trên sợi quang. Do vậy, để truyền thống tin giữa
hai điểm cần hai sợi quang. Hệ thống WDM song hướng truyền hai chiều trên
cùng một sợi quang nên chỉ cần một sợi quang để trao đổi thơng tin giữa hai điểm.

Hình 2: Hệ thống WDM ghép đơn hướng.

Hình 3: Hệ thống WDM ghép kênh song hướng
6


VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
Cả hai hệ thống đơn hướng và song hướng đều có những ưu nhược điểm riêng.
Giả sử rằng công nghệ hiện tại chỉ cho phép truyền N bước sóng trên một sợi
quang, so sánh hai hệ thống ta thấy:
• Xét về dung lượng, hệ thống đơn hướng có khả năng cung cấp dung lượng
cao gấp đôi so với hệ thống song hướng. Ngược lại, số sợi quang cần dùng
gấp đôi so với hệ thống song hướng.
• Khi sự cố đứt cáp xảy ra, hệ thống song hướng không cần đến cơ chế
chuyển mạch bảo vệ tự động APS (Automatic Protection-Switching) vì cả
hai đầu của liên kết đều có khả năng nhận biết sự cố một cách tức thời.
• Đứng về khía cạnh thiết kế mạng, hệ thống đơn hướng khó thiết kế hơn vì
cịn phải xét thêm các yếu tố như: vấn đề xuyên nhiễu do có nhiều bước
sóng hơn trên một sợi quang, đảm bảo định tuyến và phân bố bước sóng sao
cho hai chiều trên sợi quang khơng dùng chung một bước sóng.

Các bộ khuếch đại trong hệ thống song hướng thường có cấu trúc phức tạp hơn
trong hệ thống đơn hướng. Tuy nhiên, do số bước sóng khuếch đại trong hệ thống
song hướng giảm ½ theo mỗi chiều nên ở hệ thống song hướng, các bộ khuếch đại
sẽ cho công suất quang ngõ ra lớn hơn so với ở hệ thống đơn hướng.
Phân loại theo phương pháp ghép kênh:
Theo cách phân chia này ta chia hệ thống WDM thành hai loại: hệ thống
DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) và hệ thống CWDM (Coarse
Wavelength Division Multiplexing).
• Hệ thống DWDM: Là hệ thống ghép kênh theo bước sóng với mật độ dày
đặc. Khoảng cách giữa 2 bước sóng kề nhau trong một hệ thống DWDM
điển hình là 0,8 nm hay tương đương với 100 GHz (ngồi ra cũng có các hệ
thống DWDM khác với khoảng cách giữa 2 bước sóng kề nhau là 12,5 GHz,
25 Ghz và 50 GHz). Dải bước sóng hoạt động của hệ thống DWDM là băng
C (1530 nm – 1565 nm) và băng L (1565 nm – 1625 nm). Với khoảng cách
kênh là 0,8 nm thì số kênh tối đa có thể được ghép theo lý thuyết là 119
kênh. Tốc độ điển hành của 1 kênh trong hệ thống DWDM là 2,5 – 10 Gbps.
Như vậy dung lượng của 1 hệ thống WDM là rất lớn, có thể lên đến cỡ
7


VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG
Tbps. Cơng nghệ WDM hiện nay đó đạt được dung lượng 5,12 Tbps với 32
kênh bước sóng, mỗi kênh có tốc độ 160 Gbps. Tuy nhiên đó chỉ là hệ thống
được tạo ra trong phịng thí nghiệm. Trên thực tế hệ thống DWDM được sử
dụng rộng rãi hiện nay thường là mạng đường trục quốc gia và các tuyến
cáp quang biển xuyên quốc gia có thể đạt dung lượng cỡ hàng trăm Gbps.
Hiện tại ở nước ta công ty Truyền dẫn Viettel đang sử dụng hệ thống
DWDM cho mạng mạng đường trục Bắc - Nam với dung lượng 40 Gbps (4
kênh bước sóng, tốc độ mỗi kênh 10 Gbps) và có thể nâng cấp lên 400 Gbps
(ghép 40 bước sóng).

• Hệ thống CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing): Là hệ thống
ghép kênh theo bước sóng với mật độ thưa. Khoảng cách giữa 2 bước sóng
kề nhau trong một hệ thống CWDM điển hỡnh là 20 nm. Dải bước sóng
hoạt động của hệ thống CWDM là băng O (1260 nm – 1360 nm), băng E
(1360nm – 1460 nm), băng S (1460 nm – 1530 nm), băng C (1530 nm –
1565 nm) và băng L (1565 nm – 1625 nm). Như vậy một hệ thống CWDM
điển hỡnh chỉ cú thể ghộp tối đa 18 kênh bước sóng, ít hơn rất nhiều so với
hệ thống DWDM. Mặt khác tốc độ của 1 kênh đơn được sử dụng cũng khá
thấp (chỉ từ 50 Mbps – 2,5 Gbps) do vậy dung lượng của hệ thống CWDM
là rất nhỏ so với hệ thống DWDM. Tuy nhiên hệ thống CWDM lại có ưu
điểm hơn hệ thống DWDM ở chỗ sử dụng các thiết bị đơn giản hơn, công
suất tiêu thụ thấp hơn, chi phí triển khai, vận hành và mở rộng ít hơn. Do
vậy hệ thống CWDM mang lại hiệu quả kinh tế cao đối với những yêu cầu
về dung lượng không quá lớn.

8


VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG

1.3.

Ngun lí hoạt động

Hình 4: Nguyên lý ghép kênh theo bước sóng
Nguyên lý cơ bản của ghép kênh theo bước sóng là ghép tất cả các bước sóng
khác nhau của một nguồn phát quang vào cùng một sợi dẫn quang nhờ bộ ghép
kênh MUX và truyền dẫn các bước sóng này trên cùng sợi quang. Khi đến đầu thu,
bộ tách kênh quang sẽ phân tách để nhận lại các bước sóng đó.
1.4. Các thiết bị trong hệ thống WDM

a) Bộ ghép/tách tín hiệu (Coupler)
Bộ ghép/tách tín hiệu (Coupler) là thiết bị quang dùng để kết hợp các tín hiệu
truyền đến từ các sợi quang khác nhau. Nếu Coupler chỉ cho phép ánh sáng truyền
qua nó theo một chiều, ta gọi là Coupler có hướng (directional coupler). Nếu nó
cho phép ánh sáng đi theo 2 chiều, ta gọi là coupler song hướng (bidirectional
coupler).
Coupler là linh kiện quang linh hoạt và có thể cho nhiều ứng dụng khác nhau:
Bộ Coupler với tỉ số ghép α ≈ 1 được dùng để trích một phần nhỏ tín hiệu quang,
phục vụ cho mục đích giám sát.
Coupler cịn là bộ phận cơ bản để tạo nên các thành phần quang khác, chẳng
hạn như: Các bộ chuyển mạch tĩnh, các bộ điều chế, bộ giao thoa Mach-Zehnder
MZI… MZI có thể được chế tạo hoạt động như bộ lọc, MUX/DEMUX, chuyển
mạch và bộ chuyển đổi bước sóng.
Thực hiện ghép/tách bước sóng trên sợi quang. Nhờ điều chỉnh chiều dài ghép
thích hợp khi chế tạo, coupler 2 x 2 ghép 50:50 phân bố công suất ánh sáng từ một
đầu vào ra làm hai phần bằng nhau ở hai ngõ ra. Coupler này còn được gọi là

9


VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
coupler 3dB, ứng dụng phổ biến nhất. Từ coupler 3dB, có thể tạo nên bộ coupler n
x n tín hiệu khác nhau vào một sợi quang.
b) Bộ lọc quang
Bộ lọc là thiết bị chỉ cho phép một kênh bước sóng đi qua, khóa đối với tất cả
các kênh bước sóng khác. Nguyên lý cơ bản nhất của bộ lọc là sự giao thoa giữa
các tín hiệu, bước sóng hoạt động của bộ lọc sẽ được cộng pha nhiều lần khi đi qua
nó, các kênh bước sóng khác, ngược lại sẽ bị triệt tiêu về pha. Tùy thuộc vào khả
năng điều chỉnh kênh bước sóng hoạt động, người ta chia bộ lọc làm hai loại: bộ
lọc cố định và bộ lọc điều chỉnh được.

c) Bộ định tuyến bước sóng
Thiết bị này kết hợp chức năng của bộ ghép kênh hình sao với các quá trình
ghép kênh và tách kênh. Tín hiệu WDM vào từ mỗi cổng đầu vào được chia ra
thành N phần hướng về phía cổng đẩu ra bộ định tuyến. Định tuyến thụ động vì cần
phải có năng lượng điện.
Bộ ghép kênh NxN có thể được sử dụng như một bộ định tuyến bước sóng.
Dùng 2 bộ ghép hình sao NxM sao cho M cổng đầu ra của bộ ghép hình sao này
được nối với M cổng đầu vào của bộ ghép hình sao khác thơng qua mảng M ống
dẫn sóng như một cách tử dẫn sóng. Thiết bị này gọi là bộ định tuyến cách tử dẫn
sóng WGR. Bộ ghép hình sao NxM sẽ phân chia đều công suất N kênh vào cho M
cổng ra. Cách tử tạo từ M ống dẫn sóng sẽ tách kênh khác nhau theo bước sóng. Bộ
ghép hình sao NxM thứ hai sẽ phân phối các tín hiệu được tách cho các cổng đầu
ra. Kết quả các tín hiệu WDM đầu đến từ N nút mạng khác nhau sẽ được định
tuyến tới một tập hợp khác của N nút mạng khác.
Cách tử dẫn sóng là bộ phận quang trong nhât của WGR vì nó thực hiện tách
kênh. WGR. WGR có thể coi là N bộ giải ghép kênh làm việc song song với đặc
tính sau đây. Nếu tín hiệu WDM từ cổng đầu vào đầu tiên được phân phối cho N
cổng đầu ra theo thứ tự 1,2,3..,N thì tín hiệu từ cổng thứ ha i được phân phối cho N
cổng đầu ra theo thứ tự N,1,2,3..,N-1.
WGR được chế tạo bằng hai công nghệ silica-silicon và InGaAsP/InP, tạo được
các thiết bị tích hợp
Thực tế, các mạng thơng tin quang sử dụng tín hiệu quang cho việc truyền tải
thơng tin giữa các nút mạng, định tuyến bằng điện, chuyển mạch bằng điện. Tốn
thời gian, chi phí cho các biến đổi điện quang. Trong tương lai, thì đinh tuyến
10


VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
quang là điều cần thiết. Các thành phần cơ bản của mạng toàn quang là các khối
xen/rẽ các bộ đấu chéo quang dùng cho chuyển mạch quang nhằm thống nhất về

giao thức và tốc độ bit
Chuyển mạch và định tuyến hiện tại bị hạn chế bởi tốc độ xử lý của các phần tử
điện tử. Đang phát triển một thế hệ thiết bị định tuyến sử dụng các kỹ thuật xử lý
song song nhằm mở rộng dung lượng xử lý các bộ định tuyến điện tử.
d) Bộ ghép hình sao quảng bá
Vai trị là kết hợp các tín hiệu quang vào từ các cổng đầu vào và chia đều nó
giữa các cổng đầu ra. Khơng có khả năng tách kênh riêng rẽ vì khơng chứa các
phần tử chọn bước sóng. Số lượng đầu ra và đầu vào khơng cần giống nhau. Bộ
ghép hình sao thụ động như vậy là bộ ghép hình sao quảng bá Nx N, N là số cổng
vào và cổng ra. Tiết kiệm sợi quang khi quảng bá ở vùng địa lý rộng lớn.
Loại đầu tiên là sử dụng bộ ghép sợi 3dB. Ghép hai tín hiệu đầu vào và chia đều
trên hai cổng đầu ra, tương tự bộ ghép hình sao 2x2. Các hình sao bậc cao hơn
NxN có thể tạo ra bằng một số bộ ghép 2x2 với nhau.
Loại thứ hai là sử dụng bộ ghép biconical-taper nóng chảy tạo bộ ghép hình
sao. Gồm hình sao truyền dẫn và hình sao phản xạ (hình 7.29). Làm nóng chảy số
lượng lớn các sợi vào với nhau và kéo dài phần nóng chảy thành cấu trúc thắt làm
2 phần.
Phương thức thường dùng tạo bộ ghép hình sao là kỹ thuật silica-on-silicon
trong đó hai mảng ơng dẫn sóng SiO2 planar, tách ra từ vùng trung tâm, được tạo
trên nền silicon.
e) Bộ ghép và lọc xen rẽ
Các bộ ghép xen/rẽ rất cần thiết cho mạng WDM trong đó, một hay nhiều kênh
cần được tách ra hoặc xen vào trong khi vẫn phải bảo toàn tính ngun vẹn của
kênh khác. Có thể coi là một bộ ghép kênh, tách kênh hỗn hợp.
Nếu như một kênh nào đó có nhu cầu tách ra và khơng địi hỏi sự điều khiển
riêng rẽ, người ta có thể dùng thiết bị nhiều cổng để gửi kênh này tới một cộng
trong khi toàn bộ các kênh được chuyển tới cổng khác, thiết bị này gọi là bộ lọc
xen rẽ.
Các cách tử Bragg cũng có thể làm bộ lọc xen rẽ. Thiết bị được coi là một bộ
ghép hướng hỗ trợ cách tử (gratting-assisted) hay cách tử gấp khúc (gratting

folder). cách tử Bragg được đặt ở giữa bộ ghép hướng.
11


VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG
Một kênh có bước sóng lamđa rơi trong khoảng giới hạn của cách tử Gragg,
được phản xạ toàn phần và xuất hiện ở cổng 2. Các phần tử còn lại xuất hiện ở
cổng thứ 4. Có thể bơm một kênh bước sóng lamđa g tại cổng 3. Nếu vừa xen, vừa
rẽ thì cách tử phải có độ phản xạ cao (gần 100%) để giảm xuyên kênh.
Bộ ghép hướng cách tử gấp khúc cho phép tích hợp bộ lọc xen/rẽ với bộ tách
sóng quang hoặc nguồn laser. Các bộ lọc xen/rẽ hoàn toàn sợi quang giúp giảm suy
hao ghép so với các bộ lọc xen/rẽ bán dẫn.
Ngồi ra cịn dùng các cách tử làm bộ lọc xen/rẽ. Thứ nhất dùng một ống dẫn
sóng có cách tử dịch pha để xen hoặc tách một kênh từ tín hiệu WDM đang truyền
trong ống dẫn sóng bên cạnh. Thứ 2: phối hợp hai cách tử dẫn sóng giống nhau vói
các bộ khuyếch đại thực hiện bộ lọc tách kênh
Do các nút xen/rẽ thường chỉ có nhu cầu xen/rẽ lưu lượng nhỏ hơn nhiều so với
luồng lưu lượng tổng nên ra đời thiết bị WADM, cho phép tách ra/xen vào kênh
bước sóng mong muốn mà khơng phải giải ghép tất cả các kênh bước sóng. Có hai
loại là WADM cố định cho phép tách/xen các bước sóng được định trước và
WADM có thể thay đổi cấu hình có thể xen/rẽ bất kỳ bước sóng nào bằng phần
mềm.
f) Bộ chuyển đổi bước sóng
Bộ chuyển đổi bước sóng là thiết bị chuyển đổi tín hiệu có bước sóng này ở đầu
vào ra thành tín hiệu có bước sóng khác ở đầu ra mà khơng làm thay đổi nội dung
tín hiệu. Bộ chuyển đổi bước sóng rất có ích trong việc giảm xác suất tác nghẽn
mạng. Nếu bộ chuyển đổi bước sóng được tích hợp vào bộ đấu nối chéo OXC thì
các kết nối có thể được thiết lập giữa nguồn và đích ngay cả khi trên tất cả tuyến
truyền dẫn khơng có sẵn cùng một bước sóng. Các bộ chuyển đổi bước sóng giúp
loại trừ sự bắt buộc về tính liên tục của bước sóng.

Trong hệ thống WDM, bộ chuyển đổi bước sóng có ứng dụng sau:
• Tín hiệu đi vào mạng với bước sóng khơng thích hợp khi truyền dẫn trong
mạng WDM. Các thiết bị WDM trên thế giới hiện nay hoạt động ở băng C
và băng L, trong khi đó tín hiệu SDH lại hoạt động ở bước sóng 1310nm,
nếu khơng có bộ chuyển đổi thì sẽ khơng thể truyền vào mạng WDM, khi

12


VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG
đó bộ chuyển đổi bước sóng sẽ đặt ở biên giới mạng WDM và SDH để bước
sóng 1310 sang chuẩn của ITU_T ở vùng 1550nm.
• Khi bộ chuyển đổi bước sóng được đặt ở các nút mạng nó sẽ giúp hệ thống
sử dụng tài nguyên bước sóng hiệu quả hơn và linh động hơn.
Có bốn phương pháp chế tạo bộ chuyển đổi bước sóng: phương pháp quangđiện, phương pháp cửa quang, phương pháp giao thoa và phương pháp trộn bước
sóng.
g) Bộ khuếch đại quang
Trong các tuyến truyền dẫn khi cự li xa tới một mức nào đó suy hao tín hiệu sẽ
là rất lớn, do đó phải sử dụng các bộ khuếch đại. Trước khi các bộ khuếch đại
quang ra đời thì sự lựa chọn duy nhất cho các tuyến truyền dẫn quang là sử dụng
các bộ lặp tái sinh để tái tạo tín hiệu, tuy nhiên tính trong suốt bị hạn chế và tăng
chi phí bảo trì hệ thống.
Kỹ thuật khuếch đại quang chiếm ưu thế hơn nhiều việc sử dụng bộ lặp.Bộ
khuếch đại quang không phụ thuộc vào tốc độ bit và các định dạng tín hiệu, có
băng thơng lớn nên có thể khuếch đại đồng thời nhiều tín hiệu, chi phí bảo trì và
Tải bản FULL (28 trang): />
nâng cấp thấp.
Dự phịng: fb.com/TaiHo123doc.net
Có nhiều loại khuếch đại quang như: bộ khuếch đại SLA, Raman, Brillouin,
EDFA… Tuy nhiên bộ khuếch đại được sử dụng phổ biến nhất là bộ khuếch đại sợi

quang pha tạp EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier).
Bộ khuếch đại quang EDFA sử dụng sợi quang có pha tạp có khả năng khuếch
đại được tín hiệu ánh sáng, có thể thay đổi được đặc tính vật lí của sợi theo nhiệt
độ và áp suất và có tính chất bức xạ ánh sáng. Đặc điểm của sợi này là có khả năng
tự khuếch đại và tạo tín hiệu khi có kích thích phù hợp.
Bộ khuếch đại EDFA cho hệ số khuếch đại lớn; công suất nguồn ni nhỏ,
khơng có các mạch tái tạo thời gian, mạch phục hồi nên cấu trúc linh hoạt, gọn nhẹ
rất thích hợp cho các tuyến cáp quang vượt biển; công suất ra lớn và nhiễu nhỏ; giá
thành thấp do câu trúc đơn giản, gọn nhẹ; khoảng lặp và dung lượng truyền dẫn
được nâng cao. Để EDFA có thể hoạt động thì cần nguồn bơm, các nguồn bơm
thực tế là các diode bán dẫn công suất cao dùng để cung cấp nguồn ánh sáng cho
EDFA.

h) Bộ chuyển mạch quang
13


VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG
Các bộ này có chức năng tựa như của các chuyển mạch số điện tử trong mạng
điện thoại. Gồm N cổng vào, mỗi cổng thu tín hiệu WDM gồm M bước sóng. Các
bộ giải ghép kênh sẽ tách tín hiệu thành các bước sóng riêng rẽ và phân phối bước
sóng cho M chuyển mạch, mỗi chuyển mạch thu N tín hiệu đầu vào tại cùng một
bước sóng. Các chuyển mạch đưa đầu ra của chúng tới N bộ ghép kênh, các bộ này
sẽ phối hợp M đầu vào của chúng để tạo thành tín hiệu WDM. Cổng đầu vào và
đầu ra phụ được thêm vào chuyển mạch cho phép tách ra hoặc xen vào một kênh
xác định. Các chuyển mạch này là chuyển mạch không gian vì chúng hoạt động
trên cơ sở nội bộ vùng không gian của đầu vào của chúng.
1.5. Các yếu tố ảnh hưởng tới hệ thống WDM
Có 3 yếu tố bản của sợi quang ảnh hưởng đế n khả năng của các hệ thống thơng
tin quang, bao gồm:

• Suy hao
• Tán sắc
• Hiệu ứng phi tuyến
Tuy nhiên đối với mỗi hệ thống khác nhau thì mức độ ảnh hưởng của các yếu tố
này cũng khác nhau:
• Đối với các hệ thống cự li ngắn, dung lượng thấp thì yếu tố cần quan tâm
nhất là suy hao.
• Đối với các hệ thống tốc độ tương đối cao, cự li truyền dẫn tương đối xa thì
yếu tố cần quan tâm nhất là suy hao và tán sắc.
• Đối với các hệ thống dung lượng rất lớn, cự li truyền dẫn rất xa thì ngoài hai
yếu tố kể trên ta phải quan tâm tới sự ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến tới
hệ thống.
a) Suy hao trong sợi quang
Trong bất kì hệ thống thơng tin quang nào thì vấn đề quan trọng là phải đảm bảo
tỉ số tín hiệu trên tạp âm S/N (Signal to Noise ratio) sao cho đầu thu có thể thu được
tín hiệu với một mức BER cho phép. Giả sử, máy phát phát tín hiệu đi tới phía thu
với một mức cơng suất Pphát nhất định, cơng suất của tín hiệu sẽ bị suy giảm dần
trên đường truyền do rất nhiều nguyên nhân như: suy hao do bản thân sợi quang
gây ra và suy hao do các thành phần quang thụ động. Cự ly truyền dẫn càng dài thì
cơng suất tín hiệu bị suy hao càng nhiều, nếu suy hao q lớn làm cho cơng suất tín
hiệu đến được máy thu nhỏ hơn công suất ngưỡng thu nhỏ nhất (Pthu min) thì thơng
tin truyền đi sẽ bị mất. Để máy thu thu được thơng tin, cơng suất tín hiệu đến máy
thu phải nằm trong giải công suất của máy thu.
14
3558376