kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng mật độ cao dwdm và khả năng áp dụng trên mạng đường trục viễn thông việt nam

Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu
LỜI NÓI ĐẦU
Ngay nay, xu hướng hội tụ của viễn thông và công nghệ thông tin có nhiều
ảnh hưởng đến mạng viễn thông, đòi hỏi mạng viễn thông phải có cấu trúc mở, linh
hoạt, cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau cho người sử dụng, … Chính vì vậy,
việc xây dựng mạng thế hệ sau NGN (Next Generation Network) dựa trên nền tảng
chuyển mạch gói tốc độ cao, dung lượng lớn và hội tụ được các loại hình dịch vụ
khác nhau là một điều tất yếu.
Trong cấu trúc NGN, lớp truyền tải là khâu quan trọng nhất có nhiệm vụ
truyền dẫn thông suốt lưu lượng trao đổi thông tin của người dùng với tất cả các loại
hình dịch vụ trên mạng, trong đó mạng truyền dẫn được xem là huyết mạch chính.
Để thoả mãn việc thông suốt lưu lượng với băng tần lớn, các hệ thống truyền dẫn
thông tin quang được sử dụng nhờ các ưu điểm nổi bật của nó. Trong các hệ thống
truyền dẫn thông tin quang, công nghệ ghép kênh theo bước sóng mật độ cao
DWDM được xem là công nghệ quan trọng và hiệu quả nhất cho đường truyền dẫn.
Chính vì vậy đó em đã chọn đề tài: “Kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng mật độ
cao DWDM và khả năng áp dụng trên mạng đường trục viễn thông Việt nam”
nhằm nghiên cứu sâu hơn về công nghệ này, cũng như những ứng dụng thực tế của
công nghệ tại Việt nam. Nội dung đồ án gồm 2 phần:
PHẦN I. KỸ THUẬT GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG MẬT ĐỘ CAO DWDM.
PHẦN II. KHẢ NĂNG ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ DWDM TRÊN MẠNG ĐƯỜNG
TRỤC VIỄN THÔNG VIỆT NAM.
Để hoàn thành Đồ án này em đã có sự hướng dẫn tận tình từ thầy Nguyễn Văn
Thắng và các anh ở Đài viễn thông Hà Nội, trung tâm viễn thông khu vực I (VTN
I). Em xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, tháng 6 năm 2011
Sinh viên
Phạm Thị Lan Hương
Phạm Thị Lan Hương_ Lớp: Điện tử - viễn thông_ Khóa 4.
Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu
MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU I
MỤC LỤC II
HÌNH MINH HỌA II
BẢNG BIỂU III
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT IV
PHẦN I. KỸ THUẬT GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG MẬT ĐỘ CAO DWDMV
1 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG V
2 CHƯƠNG II. CÔNG NGHỆ GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG MẬT ĐỘ CAO
DWDM X
PHẦN II. KHẢ NĂNG ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ DWDM TRÊN MẠNG ĐƯỜNG
TRỤC VIỄN THÔNG VIỆT NAM XLI
3 CHƯƠNG III. TỔNG QUAN VỀ MẠNG ĐƯỜNG TRỤC CỦA VNPT XLII
4 CHƯƠNG IV. CÁC HỆ THỐNG ĐƯỜNG TRỤC CỦA VNPT XLII
KẾT LUẬN XLIV
TÀI LIỆU THAM KHẢO XLIV
HÌNH MINH HỌA
Phạm Thị Lan Hương_ Lớp: Điện tử - viễn thông_ Khóa 4.
Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu
Hình 1-1. Hệ thống thông tin quang VIII
Hình 1-2. Suy hao sợi quang theo bước sóng IX
Hình 2-3. Sơ đồ chức năng của hệ thống WDM XII
Hình 2-4. Hệ thống WDM đơn hướng XIII
Hình 2-5 Hệ thống WDM song hướng XIII
Hình 2-6 Thiết bị ghép/ tách kênh bước sóng XVII
Hình 2-7. Quang phổ và dạng đơn giản của Laser DFB XIX
Hình 2-8. Mô hình bộ suy hao XX
Hình 2-9. Đặc tuyến độ nhạy máy thu XXI
Hình 2-10. Sự giãn xung và bù tán sắc XXI
Hình 2-11 Bộ khuếch đại quang EDFA XXII
Hình 2-12 Các vị trí của bộ khuếch đại trên tuyến thông tin quang XXII

Hình 2-13 Sơ đồ mạch của bộ OXC XXV
Hình 2-14 Bộ xen/ rẽ quang OADM XXVI
Hình 2-15. Tán sắc mode phân cực PMD XXXII
Hình 2-16. Hệ thống DWDM tích hợp XLII
Phạm Thị Lan Hương_ Lớp: Điện tử - viễn thông_ Khóa 4.
Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu
BẢNG BIỂU
Bảng 2-1. Sự phân chia các băng sóng XVI
Bảng 2-2. Giá trị PMD đối với các tốc độ truyền dẫn khác nhau XXXIII
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
ADM Add/Drop Multiplexer Bộ xe/rẽ kênh quang
APS Automatic Protection Switch Chuyển mạch bảo vệ tự động
DWDM Dense WDM Ghép kênh bước sóng mật độ cao
DXC Digital Cross-Connect Kết nối chéo số
ITU International Telecommunication
Union
Liên hiệp viễn thông quốc tế
LAN Local Area Network Mạng địa phương
NGN Next-Generation Network Mạng thế hệ sau
OADM Optical ADM ADM quang
OTN Optical Transport Network Mạng truyền tải quang
OXC Optical Cross-connect Kết nối chéo quang
P&R Protection & Restoration Bảo vệ & Phục hồi
PDH Plesiochronous Digital Hierarche Phân cấp số cận đồng bộ
POH Path OverHead Mào đầu đường truyền
PPP Point to Point Protocol Giao thức điểm nối điểm
QoS Quality of Service Chất lượng của dịch vụ
SDH Synchronous Digital Hierarche Phân cấp số đồng bộ
WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng
Phạm Thị Lan Hương_ Lớp: Điện tử - viễn thông_ Khóa 4.

Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu
PHẦN I. KỸ THUẬT GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG MẬT ĐỘ CAO
DWDM
1 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG
1.1 Giới thiệu chung.
• Thông tin quang là gì?
Ngành kỹ thuật thông tin sử dụng sóng ánh sáng để truyền thông tin (tương tự
như sóng vô tuyến nhưng ở tần số cao hơn).
• Vai trò.
Mạng xương sống (back bone) cho hệ thống viễn thông (điện thoại, internet).
1.2 Các đặc điểm của hệ thống thông tin quang.
1.2.1 Ưu điểm.
Khả năng tải tin là rất lớn. (băng thông ~ 100 THz), truyền tin với tốc độ cao ~
Tb/s.
Suy hao rất thấp so với cáp kim loại ( 0,2 ÷ 0,3 dB/ Km). Chính vì vậy truyền
thông tin đi được rất xa (hàng trăm Km).
Sợi quang không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ.
Ít bị ăn mòn trong môi trường axit, kiềm.
Khả năng nâng cấp tốc độ rất dễ dàng vì chỉ cần thay đổi thiết bị đầu cuối. (Ví
dụ: Đường trục Bắc- Nam: Lúc đầu là 34 Mb/s, sau đó nâng lên 2,5 Gb/s, rồi đến 10
Gb/s mà không cần thay đổi cáp sợi quang).
1.2.2 Hạn chế.
Giá thành các thiết bị đầu cuối rất đắt so với thiết bị đầu cuối ở cáp kim loại.
Chỉ truyền được công suất nhỏ cỡ mW.
Phạm Thị Lan Hương_ Lớp: Điện tử - viễn thông_ Khóa 4.
Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu
Tín hiệu ánh sáng truyền trong sợi quang cũng bị suy hao và biến dạng, dẫn
đến có hạn chế về tốc độ và cự ly tối đa.
1.3 Các thành phần chính của tuyến truyền dẫn cáp quang.
Hệ thống thông tin quang gồm có những phần chính là:

Phần phát quang: bao gồm nguồn phát quang và các mạch điều khiển phát
quang.
Phần truyền dẫn (sợi quang): bao gồm sợi quang, các bộ nối, bộ chia, bộ tách
hay ghép và bộ lặp, trong đó sợi quang được bọc cáp bảo vệ là thành phần quan
trọng nhất. Ngoài việc bảo vệ cho các sợi quang trong quá trình lắp đặt và khai thác,
trong ống cáp còn có thể có dây dẫn đồng để cấp nguồn cho các bộ lặp. Các bộ lặp
làm nhiệm vụ khôi phục và khuyếch đại tín hiệu truyền dẫn trên tuyến cáp quang có
khoảng cách dài.
Phần thu quang: bao gồm bộ tách sóng quang, mạch khuyếch đại điện và mạch
khôi phục tín hiệu
Để phát tín hiệu vào sợi quang, nguồn ánh sáng được sử dụng thường phải
tương thích với lõi sợi quang về kích thước. Nguồn quang có hai loại là điốt laze LD
và điốt phát quang LED. LED sử dụng phát xạ tự nhiên bằng cách phun năng lượng
bên ngoài dưới dạng dòng điện, còn LD sử dụng phát xạ cưỡng bức. Công suất phát
xạ của LED nhỏ hơn so với LD nhưng dễ sản xuất với giá thành thấp. Tín hiệu
quang phát ra từ LD và LED có tham số biến đổi tương ứng với biến đổi của tín hiệu
điện đầu vào. Tín hiệu điện đầu vào có thể ở dạng tương tự hoặc số. Thiết bị phát
quang sẽ thực hiện việc biến đổi tín hiệu điện đầu vào thành tín hiệu quang tương
ứng bằng cách biến đổi dòng vào qua các nguồn phát quang. Công suất quang ra phụ
thuộc vào sự biến đổi của cường độ tín hiệu quang. Bước sóng ánh sáng của nguồn
phát quang phụ thuộc chủ yếu vào vật liệu chế tạo phần tử phát. Trong vùng 800
đến 900 nm, các nguồn quang thường chế tạo từ hợp kim GaAlAs. Tại các vùng
bước sóng 1100 đến 1600 nm, các nguồn quang chế tạo từ hợp kim InGaAsP.
Phạm Thị Lan Hương_ Lớp: Điện tử - viễn thông_ Khóa 4.
Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu
Hình 1-1. Hệ thống thông tin quang.
Tín hiệu quang sau khi được điều chế ở phần phát quang sẽ lan truyền dọc
theo sợi quang. Trong quá trình truyền dẫn, tín hiệu quang có thể sẽ bị suy hao và
méo dạng khi qua các bộ ghép nối, mối hàn sợi và trên sợi do các hiệu ứng tán xạ,
hấp thụ và tán sắc. Độ dài tuyến truyền dẫn phụ thuộc mức suy hao sợi quang theo

bước sóng.
Suy hao sợi quang là một hàm của bước sóng. Công nghệ đầu tiên mới chỉ sử
dụng băng tần có bước sóng 800 đến 900 nm, vì tại thời điểm đó, trong vùng bước
sóng này, sợi quang có suy hao nhỏ nhất và các nguồn ánh sáng và photodetector có
thể hoạt động tại các bước sóng này. Vùng bước sóng này được gọi là vùng cửa sổ
thứ nhất có hệ số tán sắc lớn.
Phạm Thị Lan Hương_ Lớp: Điện tử - viễn thông_ Khóa 4.
Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu
Hình 1-2. Suy hao sợi quang theo bước sóng.
Từ những năm 1980, bằng cách làm giảm sự tập trung của các ion hydroxyl và
độ không tinh khiết của các ion kim loại trong nguyên liệu sợi quang, các nhà sản
xuất đã có khả năng chế tạo sợi quang có mức suy hao rất thấp trong vùng bước
sóng 1100 đến 1600 nm. Vùng bước sóng này chia làm hai vùng cửa sổ: vùng cửa
sổ thứ hai có bước sóng trung tâm là 1300 nm và vùng cửa sổ thứ ba có bước sóng
trung tâm là 1550 nm
Vùng cửa sổ thứ hai có bước sóng từ 1280 đến 1340 nm, là vùng cửa sổ quang
rộng nhất, có hệ số suy hao α=0,5 dB/km, hệ số tán sắc nhỏ α
TS
=3,5÷5 ps/km.nm.
Vùng cửa sổ thứ ba có hệ số suy hao nhỏ nhất, tại bước sóng 1550 nm α≈0,25
dB/km. Cùng với sự phát triển của công nghệ chế tạo, sợi đơn mode truyền ở bước
sóng 1550 nm có suy hao 0,14 dB/km.
Nguyên liệu chính để chế tạo sợi quang là SiO
2
. Nguyên liệu này rất sẵn và rẻ
vì có trong cát thường. Chi phí sản xuất sợi quang phát sinh tập trung chủ yếu ở
khâu tạo thuỷ tinh tinh khiết từ nguyên liệu thô. Việc lắp đặt sợi quang rất đa dạng,
có thể là treo, đi trong ống dẫn, thả dưới nước hay chôn trực tiếp dưới đất. Độ dài
mỗi cuộn cáp có thể lên đến một vài kilômét đối với những ứng dụng có khoảng
cách truyền dẫn lớn. Kích cỡ của cuộn cáp và trọng lượng cáp sẽ quyết định độ dài

thực tế của một đoạn cáp quang đơn. Một tuyến truyền dẫn đường dài hoàn chỉnh
thường được hình thành bằng cách ghép nhiều đoạn cáp đơn với nhau.
Phạm Thị Lan Hương_ Lớp: Điện tử - viễn thông_ Khóa 4.
Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu
Khi khoảng cách truyền dẫn dài (trên 100 Km), tín hiệu quang bị suy giảm
nhiều thì cần phải đặt thêm các trạm lặp quang (Repeater) để khuyếch đại tín hiệu và
bù lại phần tín hiệu đã bị suy hao. Trạm lặp thu tín hiệu quang, biến đổi tín hiệu
quang (O) -> điện (E), khuếch đại và tái tạo xung tín hiệu điện, sau đó biến đổi tín
hiệu điện (E) -> quang (O) và phát lại quang vào đường truyền tiếp theo. Các trạm
lặp có thể được thay thế bằng các bộ khuyếch đại quang (OA) để khuếch đại tín hiệu
quang trực tiếp. Rõ ràng trạm lặp cho ra tín hiệu tốt hơn. Nhưng giá thành của trạm
lặp cao hơn vì vậy chỉ sử dụng cho những tuyến có cự ly rất xa.
Các bộ tách sóng quang tiếp nhận tín hiệu quang, tách lấy tín hiệu thu được từ
phía phát, biến đổi thành tín hiệu điện. Bộ tách sóng quang phải đáp ứng được
những yêu cầu về đặc tính rất cao do tín hiệu quang thường bị suy giảm và méo
dạng khi tới đầu cuối của sợi cáp quang. Một trong những yêu cầu hàng đầu là độ
nhạy quang. Độ nhạy quang là công suất quang nhỏ nhất có thể thu được ở một tốc
độ truyền dẫn nào đó ứng với tỷ lệ lỗi BER cho phép. Ngoài ra, bộ thu quang phải
có tạp âm tối thiểu đối với hệ thống và có độ rộng băng tần đủ để xử lý tốc độ dữ
liệu mong muốn.
Bộ tách sóng quang phải không nhạy cảm với sự thay đổi của nhiệt độ. Hai loại
tách sóng quang được sử dụng chủ yếu trong các tuyến cáp quang là tách sóng
quang bán dẫn loại PIN hoặc APD. Cả hai loại này đều có hiệu suất làm việc cao và
tốc độ chuyển đổi nhanh. Khi khoảng cách truyền dẫn ngắn, tốc độ thấp (mạng thuê
bao, mạng nội hạt) thì đầu phát sử dụng LED còn đầu thu sử dụng PIN. Khi khoảng
cách truyền dẫn lớn, tốc độ đòi hỏi cao (mạng đường trục) thì phía phát sử dụng LD,
phía thu sử dụng APD. Bộ tách sóng quang phải đáp ứng được những yêu cầu về
đặc tính rất cao do tín hiệu quang thường bị suy giảm và méo dạng khi tới đầu cuối
của sợi cáp quang. Một trong những yêu cầu hàng đầu là có đáp ứng cao hay độ
nhạy của khoảng bước sóng phát của nguồn quang được sử dụng, có tạp âm tối thiểu

đối với hệ thống và có độ rộng băng tần đủ để xử lý tốc độ dữ liệu mong muốn. Bộ
tách sóng quang phải không nhạy cảm với sự thay đổi của nhiệt độ.
Phạm Thị Lan Hương_ Lớp: Điện tử - viễn thông_ Khóa 4.
Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu
1.4 Xu hướng phát triển của hệ thống thông tin quang.
1.4.1 Trong viễn thông.
Thông tin quang phát triển theo hai xu hướng chính:
• Tăng tốc độ truyền dẫn: từ 2,5 Gb/s đến 10 Gb/s rồi đến 40 Gb/s. Sử
dụng WDM tốc độ truyền dẫn lên tới hàng trăm Gb/s.
• Tăng cự ly truyền dẫn: Trước đây, với cự ly khoảng 100 Km là phải sử
dụng trạm lặp. Nhưng hiện nay, với cáp quang biển, chiều dài cỡ mấy
trăm Km vẫn không cần sử dụng trạm lặp.Để đạt được điều này, chúng
ta cần sử dụng sợi quang có suy hao tán sắc thấp.
Chính vì vậy cần nghiên cứu sợi quang có hệ số suy hao thấp hơn và hoạt động
ở bước sóng cao hơn.
Đồng thời cần nghiên cứu linh kiện quang điện (Laser Diode, photodiode)
thích hợp.
Tăng cường sử dụng hệ thống WDM và nghiên cứu các kỹ thuât truyền dẫn
mới.
1.4.2 Xu hướng ứng dụng.
Không chỉ sử dụng trong mạng viễn thông mà còn sử dụng ở cự ly ngắn hơn
như trong mạng LAN, máy bay, nhà máy, ô tô, máy chủ (server) lớn (nối các bo
mạch )
2 CHƯƠNG II. CÔNG NGHỆ GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG MẬT ĐỘ
CAO DWDM
Phạm Thị Lan Hương_ Lớp: Điện tử - viễn thông_ Khóa 4.
Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu
Ngày nay, với sự xuất hiện của các hệ thống truyền dẫn thông tin quang ghép
kênh theo bước sóng (WDM) thì dung lượng, tốc độ, băng thông…của hệ thống
ngày càng nâng cao. DWDM (ghép kênh theo bước sóng mật độ cao) là bước phát

triển tiếp theo của WDM. Nguyên lý của nó tương tự như WDM chỉ khác là khoảng
cách giữa các kênh bước sóng gần hơn, tức là số kênh ghép được nhiều hơn. Thông
thường khoảng cách kênh ghép là 0.4 nm (50GHz). Hiện nay người ta dùng WDM
với nghĩa rộng bao hàm cả DWDM.
Trong chương này em sẽ trình bày về công nghệ WDM.
2.1 Sơ đồ khối tổng quát.
2.1.1 Định nghĩa:
Ghép kênh theo bước sóng WDM (Wavelength Division 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 tổ hợp đó được phân giải ra (tách
kênh), khôi phục lại các tín hiệu gốc rồi đưa vào các đầu cuối khác nhau.
2.1.2 Sơ đồ chức năng.
Hình 2-3. Sơ đồ chức năng của hệ thống WDM.
Như minh họa trên hình 2.1 để truyền nhận nhiều bước sóng trên một sợi
quang, hệ thống WDM phải thực hiện các chức năng sau:
Phạm Thị Lan Hương_ Lớp: Điện tử - viễn thông_ Khóa 4.
Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu
• Phát tín hiệu.
• Ghép/ tách tín hiệu.
• Truyền dẫn tín hiệu.
• Khuếch đại tín hiệu.
• Thu tín hiệu.
2.1.3 Phân loại hệ thống WDM
Hệ thống WDM về cơ bản chia làm hai loại: Hệ thống đơn hướng và song
hướng như minh họa hình 2.2 và 2.3.
Hình 2-4. Hệ thống WDM đơn hướng.
Hình 2-5 Hệ thống WDM song hướng.
Hệ thống đơn hướng chỉ truyền theo một chiều trên sợi quang. Như vậy để
truyền thông tin giữa hai điểm cần hai sợi quang. Ngược lại, hệ thống song hướng

truyền theo cả hai hướng trên cùng một sợi quang, vì vậy chỉ cần một sợi quang để
trao đổi thông tin giữa hai điểm.
Phạm Thị Lan Hương_ Lớp: Điện tử - viễn thông_ Khóa 4.
Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu
Cả hai hệ thống đều có những ưu nhược điểm riêng. Giả sử công nghệ hiện tải
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 lượng sợi
quang cần dùng là 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 tự động bảo vệ APS (Automatic Protection Switching) vì
cả hai đầu của liên kết đều có khả năng nhận biết một cách tức thời.
• Đứng về khía cạnh thiết kế mạng, hệ thống song hướng khó thiết kế hơn
vì còn phải xét thêm các yếu tố như: vấn đề xuyên nhiễu, đảm bảo định
tuyến và phân bố bước sóng sao cho hai chiều trên sợi quang không
dùng chung một bước sóng.
• Các bộ khuếch đại trong hệ thống song hướng thường phức tạp hơn
trong hệ thống đơn hướng. Tuy nhiên, trong hệ thống song hướng, số
bước sóng khuếch đại giảm ½ theo mỗi chiều nên ở hệ thống song
hướng, các bộ khuếch đại sẽ cho công suất ngõ ra lớn hơn ở hệ thống
đơn hướng.
2.2 Các đặc điểm của công nghệ WDM.
Thực tế nghiên cứu và triển khai WDM đã rút ra được những ưu và nhược
điểm của công nghệ WDM như sau:
2.2.1 Ưu điểm.
Hệ thống DWDM có các ưu điểm sau:
• Dung lượng cực lớn.
Phạm Thị Lan Hương_ Lớp: Điện tử - viễn thông_ Khóa 4.
Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu
Băng thông truyền dẫn của sợi quang thông thường được sử dụng rất lớn.

Nhưng, tỷlệ sử dụng của các hệ thống đơn bước sóng vẫn rất thấp. Bằng cách sử
dụng công nghệ DWDM, dung lượng truyền dẫn trên mỗi sợi quang được tăng lên
rất nhiều lần mà không cần tăng tốc độ bit.
• Trong suốt đối với tốc độ bit và khuôn dạng dữ liệu
Các hệ thống DWDM được xây dựng trên cơ sở ghép và tách các tín hiệu
quangtheo bước sóng và việc ghép tách này độc lập với tốc độ truyền dẫn và phương
thức điều chế. Vì thế, các hệ thống này trong suốt đối với tốc độ dữ liệu và khuôn
dạng dữ liệu. Vì thế, có thể truyền các tín hiệu với các đặc điểm truyền dẫn khác hẳn
nhau, có thể tổng hợp và tách các tín hiệu điện khác nhau bao gồm các tín hiệu số và
các tínhiệu tương tự, các tín hiệu PDH và các tín hiệu SDH,…
• Bảo vệ đầu tư tối đa trong quá trình nâng cấp hệ thống
Trong quá trình mở rộng và phát triển mạng, có thể mở rộng dung lượng mà
không cần xây dựng lại hệ thống cáp quang mà chỉ cần thay thế các bộ thu phát
quang. Hơn nữa, việc tăng thêm dịch vụ mới và dung lượng mới được thực hiện đơn
giản bằngcách tăng thêm bước sóng.
• Khả năng linh hoạt, tiết kiệm và độ tin cậy cao
Phạm Thị Lan Hương_ Lớp: Điện tử - viễn thông_ Khóa 4.
Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu
So với các mạng truyền thống sử dụng phương thức TDM điện, mạng DWDM
cócấu trúc cực kỳ đơn giản và các lớp mạng được phân tách rõ ràng. Lớp thấp nhất
củamạng là lớp toàn quang tính từ đầu vào bộ ghép tới đầu ra bộ tách kênh bước
sóngbao gồm các bộ khuyếch đại, bù tán sắc và các thành phần ở trên đoạn đường
truyền. Lớp này là được xây dựng cố định với từng mạng và có chi phí rất thấp. Lớp
dịch vụmức cao hơn bao gồm các bộ phát đáp quang. Các bộ phát đáp quang làm
nhiệm vụ gom các dữ liệu cần truyền và phát đáp tại các bước sóng chuẩn hóa của
hệ thống.Việc thay đổi dung lượng, thêm bớt dịch vụ được thực hiện bằng cách thay
đổi hoặcthêm bớt các bộ phát đáp. Do đó, mạng DWDM đáp ứng tốt về khả năng
linh hoạt và tiết kiệm chi phí. Do đặc điểm trong suốt với tín hiệu truyền nên độ tin
cậy của mạng cao hơn hẳn so với các mạng TDM.
• Tương thích hoàn toàn với chuyển mạch quang hoàn toàn.

Theo dự đoán, có thể thực hiện được mạng chuyển mạch hoàn toàn quang
trongtương lai, việc xử lý như xen/rẽ và kết nối của tất cả các dịch vụ viễn thông có
thểđược thực hiện bằng cách thay đổi và điều chỉnh các bước sóng tín hiệu quang.
Vìvậy, DWDM là công nghệ cơ sở để thực hiện mạng hoàn toàn quang. Hơn nữa,
các hệ thống DWDM có thể tương thích với các mạng hoàn toàn quang trong tương
lai.Hoàn toàn có thể thực hiện mạng hoàn toàn quang trong suốt và có độ tin cậy
caotrên cơ sở hệ thống DWDM hiện tại.
2.2.2 Nhược điểm
Vẫn chưa khai thác hết băng tần hoạt động có thể của sợi quang (chỉ mới tận
dụng băng C và băng L) (Xem thêm bảng 2.1)
Quá trình khai thác bảo dưỡng phức tạp hơn gấp nhiều lần.
Nếu hệ thống sợi quang đang sử dụng 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.
Phạm Thị Lan Hương_ Lớp: Điện tử - viễn thông_ Khóa 4.
Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu
Bảng 2-1. Sự phân chia các băng sóng.
2.3 Các thành phần của hệ thống quang WDM.
2.3.1 Thiết bị ghép/ tách kênh bước sóng (Mux/ Demux)
Chức năng: Thiết bị ghép/ tách kênh bước sóng là thiết bị dùng để ghép/ tách
tín hiệu ở các bước sóng khác nhau.
Hình 2-6 Thiết bị ghép/ tách kênh bước sóng
Hiện nay, nhiều bộ ghép/tách kênh có thể xử lý được các kênh mà khoảng
cách giữa chúng là 100 GHz (0,78 nm) và sắp tới là các khoảng cách 50 Ghz, thậm
chí là với mật độ ghép dày đặc hơn.
Các thiết bị ghép/tách kênh làm việc chủ yếu dựa trên một trong hai nguyên
tắc sau: nguyên tắc tán sắc góc và nguyên tắc lọc quang.
Phạm Thị Lan Hương_ Lớp: Điện tử - viễn thông_ Khóa 4.
Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu
Bộ ghép/ tách kênh bước sóng cùng với bộ kết nối chéo quang là thiết bị quan
trọng nhất cấu thành nên hệ thống WDM. Khi dùng kết hợp với bộ nối chéo quang

OXC (Optical Cross-connect) sẽ hình thành nên mạng truyền tải quang, có khả năng
truyền tải đồng thời và trong suốt mọi loại hình dịch vụ, mà công nghệ hiện nay
đang hướng tới.
2.3.2 Bộ phát
Các thiết bị biến đổi điện quang E/O và các phần tử điện rời rạc của các bộ
phát quang thuộc thế hệ trước đây đang dần dần được thay thế bởi các mạch tích
hợp. Việc thực hiện các mạch tích hợp cỡ lớn nhằm đáp ứng yêu cầu về tốc độ điều
chế và độ tin cậy ngày càng cao.
Một bộ phát của một kênh (một bước sóng) thường gồm bộ laser hồi tiếp
phân tán DFB, sau đó là một bộ điều chế, thường ở bên ngoài máy phát laser đặc
biệt là khi tốc độ điều chế cao. Sự phát triển các mạch quang tích hợp gần đây đã
làm giảm rất nhiều giá thành của các máy phát, trong đó chip laser, bộ khuyếch đại
quang được tích hợp vào trong một gói. Hiện nay, một gói phát gồm nhiều bộ phát
laser, nhiều bộ ghép kênh, một bộ khuyếch đại công suất (thường dùng khuyếch đại
quang bán dẫn)
Trong bộ laser hồi tiếp phân tán (DFB), hốc cộng hưởng Fabry - Perot hai
gương thông thường được làm nhỏ lại và được điều khiển. Việc lựa chọn bước sóng
chính xác qua hồi tiếp quang được thực hiện bằng một cách tử dọc được chế tạo như
một bộ phận của chip laser. Cách tử này dùng để buộc việc phát xạ đơn mode, sóng
truyền dọc nằm trong một khoảng rất hẹp, thông thường nhỏ hơn 100 MHz. Cùng
với máy phát laser Fabry - Perot, hình dạng của ống dẫn sóng đảm bảo cho đầu ra có
hướng ổn định. Cấu trúc hồi tiếp phân tán có thể được coi như là một kết hợp của
nhiều buồng cộng hưởng ánh sáng phân tán, cho phép lựa chọn bước sóng đỉnh của
ánh sáng laser tuỳ thuộc khoảng chu kỳ của cách tử nhiễu xạ. Nhờ đó, có thể thực
hiện được việc phát xạ bước sóng đơn.
Phạm Thị Lan Hương_ Lớp: Điện tử - viễn thông_ Khóa 4.
Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu

Hình 2-7. Quang phổ và dạng đơn giản của Laser DFB.
Ngoài các kết nối điện tốc độ cao, một gói DFB còn có thể có một bộ làm

mát nhiệt điện, cảm biến nhiệt độ, bộ cách ly quang và điốt quang điều khiển. Các
gói DFB hiện nay có thể cho một công suất đầu ra là 40 dBm cho dòng kích thích
khoảng 40 mA.
Ánh sáng từ nguồn quang phải được điều chế với dòng bit mang thông tin cần
truyền dẫn bằng phương pháp biến điệu cường độ. Quá trình điều chế phải có độ
tuyến tính cao để tránh sự phát sinh các hài không cần thiết và sự méo dạng tín hiệu
do điều biến qua lại, gây nhiễu cho quá trình giải điều chế ở phía thu.
Các gói DFB kết hợp với các bộ điều chế trên một chip, làm cho cả khối có
độ di tần thấp, tốc độ điều chế cao. Tuy nhiên, chúng cũng có một số hạn chế ví dụ
như bề rộng phổ hẹp làm cho chúng dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu do sự phản hồi từ các
liên kết.
2.3.3 Bộ suy hao
Bộ suy hao thường được dùng sau bộ phát laser để biến đổi công suất đầu ra
của chúng phù hợp với khả năng của bộ ghép kênh và bộ khuyếch đại EDFA
Phạm Thị Lan Hương_ Lớp: Điện tử - viễn thông_ Khóa 4.
XVIII
Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu
Hình 2-8. Mô hình bộ suy hao.
Các bộ phát laser công suất cao có thể được dùng trong mạng để làm giảm
việc cần phải có khuyếch đại nối tiếp. Suy hao là cần thiết trong các phần cụ thể của
mạng để giữ cho các thiết bị quang khỏi bị ảnh hưởng bởi sự bức xạ có thể đủ lớn
làm cho các phần tử này không tuyến tính.
2.3.4 Bộ thu
Bộ thu chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện bằng việc tách tất cả các
tín hiệu quang được điều chế và giải điều chế chúng. Bộ thu phải hoàn toàn tương
thích với bộ phát (về cả bước sóng cơ bản và các đặc tính điều chế) và phải được
thiết kế để giải quyết tất cả sự suy hao tín hiệu bởi các phần tử trên mạng. Chỉ tiêu
máy thu được đánh giá thông qua tỷ lệ lỗi bit BER. Kết quả thu phụ thuộc vào độ
nhạy máy thu, băng thông của máy thu và tạp âm tín hiệu trước khi giải điều chế.
Chỉ tiêu đầy đủ của một máy thu được mô tả bởi đặc tuyến độ nhạy của nó, trong đó

tỷ lệ lỗi bit BER được xem như là một hàm của công suất quang thu được với một
tốc độ dữ liệu cho trước.
Phạm Thị Lan Hương_ Lớp: Điện tử - viễn thông_ Khóa 4.
Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu
Hình 2-9. Đặc tuyến độ nhạy máy thu.
2.3.5 Các thiết bị bù tán sắc
Sự tán sắc ảnh hưởng đến nhiều thành phần của mạng quang, đặc biệt là sợi
quang. Chiết suất của chúng thay đổi theo bước sóng, làm thay đổi tốc độ truyền
dẫn, gây ra hiện tượng giãn xung ánh sáng, làm cho việc khôi phục các xung trở nên
khó khăn hơn do hiện tượng các bit lân cận chồng lên nhau.
Thiết bị bù tán sắc (DCD) để đưa ra một mức tán sắc bằng và ngược lại để điều
chỉnh sự giãn xung ánh sáng. Hai loại thiết bị DCD thường được sử dụng nhất là sợi
bù tán sắc và cách tử bù tán sắc
Hình 2-10. Sự giãn xung và bù tán sắc
2.3.6 Bộ khuếch đại quang sợi EDFA ( Erbium Doped Fiber
Amplifier).
Phạm Thị Lan Hương_ Lớp: Điện tử - viễn thông_ Khóa 4.
Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu
Chức năng: Bộ khuếch đại quang là thiết bị dùng để khuếch đại tín hiệu quang
đã bị suy giảm (trực tiếp trong miền quang).
Bộ khuếch đại quang thường được dùng trong các mạng có khoảng cách dài
khi suy hao tích lũy lớn. Hiện tại các hệ thống WDM thường sử dụng bộ khuếch đại
quang sợi có pha tạp Erbium (EDFA). Tuy nhiên trên thực tế, các bộ khuếch đại
Raman cũng đã được sử dụng.
Hình 2-11 Bộ khuếch đại quang EDFA.
Có ba chế độ khuếch đại: khuếch đại công suất BA, khuếch đại đường LA và
tiền khuếch đại PA.
Hình 2-12 Các vị trí của bộ khuếch đại trên tuyến thông tin quang.
Khi dùng bộ khuếch EDFA cho hệ thống WDM phải đảm bảo các yêu cầu sau:
Phạm Thị Lan Hương_ Lớp: Điện tử - viễn thông_ Khóa 4.

Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu
• Độ lợi khuếch đại đồng đều đối với tất cả các kênh bước sóng (mức
chênh lệch không quá 1 dB).
• Sự thay đổi số lượng kênh bước sóng không gây ảnh hưởng đến mức
công suất đầu ra của các kênh.
• Có khả năng phát hiện mức sự chênh lệch mức công suất đầu vào để
điều chỉnh lại các hệ số khuếch đại nhằm đảm bảo đặc tuyến khuếch là
bằng phẳng đối với tất cả các kênh.
2.3.7 Bộ chuyển đổi bước sóng.
Chức năng: Bộ chuyển đổi bước sóng là thiết bị chuyển đổi tín hiệu có bước
sóng này ở đầu vào thành bước sóng khác ở đầu ra trong phạm vi băng tần hoạt
động của hệ thống. Đối với hệ thống WDM, bộ chuyển đối bước sóng cho nhiều hữu
ích khác nhau:
• Tín hiệu có thể đi vào mạng với bước sóng không thích hợp khi truyền
trong mạng WDM.
• Bộ chuyển đổi khi được trang bị trong cầu hình nút mạng WDM giúp sử
dụng tài nguyên bước sóng linh động hơn, hiệu quả hơn.
Bộ chuyển đổi bước sóng được sử dụng trong các thiết bị định tuyến khi bước
sóng bị thay đổi. Nó cho phép tái sử dụng bước sóng trong hệ thống. Chuyển đổi
bước sóng có thể là quang/điện hay toàn quang. Tuy nhiên xu hướng là dùng chuyển
đổi toàn quang.
2.3.8 Bộ đấu nối chéo quang OXC.
Chức năng của OXC
Chức năng của OXC (Optical Cross-connect) tương tự như chức năng của
DXC trong mạng SDH, chỉ khác là thực hiện trên miền quang, không cần chuyển
đổi O/E/O và xử lý tín hiệu điện. OXC phải hoàn thành hai chức năng chính sau:
Phạm Thị Lan Hương_ Lớp: Điện tử - viễn thông_ Khóa 4.
Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu
• Chức năng nối chéo các kênh quang: Thực hiện chức năng kết nối giữa
N cổng đầu vào tới N cổng đầu ra.

• Chức năng xen/rẽ đường tại chỗ: Chức năng này có thể làm cho kênh
quang nào đó tách ra để vào mạng địa phương hoặc sau đó trực tiếp đi
vào DXC của SDH thông qua biến đổi O/E.
Có thể phân biệt chức năng đấu nối chéo với chức năng chuyển mạch là: Đấu
nối chéo là các kết nối bán cố định dưới sự điều khiển của nhà khai thác và thường
thực hiện ở mức tín hiệu đã ghép kênh theo thời gian như các VC-n; chuyển mạch là
các kết nối tạm thời dưới sự điều khiển của người sử dụng.
Cấu tạo của OXC có 3 thành phần chính (Hình 2.8):
• Bộ tách kênh chia bước sóng quang ở đầu vào: Thực hiện tách các kênh
quang theo các bước sóng khác nhau từ các sợi quang vào khác nhau.
• Ma trận chuyển mạch: Thực hiện đấu nối chéo từ một kênh quang đầu
vào tới một kênh quang đầu ra. Trường chuyển mạch có thể là chuyển
mạch chia thời gian hoặc chuyển mạch chia bước sóng.
• Bộ ghép kênh chia bước sóng quang ở đầu ra: Thực hiện ghép các
kênh quang từ các đầu ra tương ứng của trường chuyển mạch để truyền
dẫn trên một sợi quang.
Phạm Thị Lan Hương_ Lớp: Điện tử - viễn thông_ Khóa 4.
XXIII
Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu
Hình 2-13 Sơ đồ mạch của bộ OXC.
Ngoài các thành phần chính trên thì trong OXC có thể còn trang bị các bộ lọc
bước sóng để loại bỏ các thành phần xuyên nhiễu xuất hiện trong quá trình truyền
tín hiệu. Biến đổi bước sóng là công nghệ then chốt trong cấu tạo của OXC. Nhờ
công nghệ này có thể thực hiện kết nối định tuyến ảo, do đó giảm nghẽn mạng, tận
dụng tối đa tài nguyên sợi quang cũng như bước sóng…
2.3.9 Bộ xen/ rẽ quang OADM ( Optical Add/ Drop
Multiplexer).
Hay còn gọi là bộ xen/rẽ bước sóng WADM là một phần hệ toàn quang đã thúc
đẩy sự phát triển các mạng quang điểm-điểm một bước sóng đến mạng quang ghép
kênh phân chia theo bước sóng. OADM thường được dùng trong các mạng quang đô

thị và mạng quang đường dài vì nó cho hiệu quả kinh tế cao, đặc biệt với cấu hình
mạng tuyến tính, mạng vòng (ring).
Chức năng: OADM rẽ tín hiệu quang từ thiết bị truyền dẫn về mạng tại chỗ,
đồng thời xen tín hiệu quang của thuê bao để phát đến một điểm nút khác mà không
ảnh hưởng đến việc truyền dẫn các tín hiệu kênh bước sóng khác. Chức năng này
tương tự như chức năng của bộ xen/rẽ kênh ADM trong mạng SDH, nhưng đối
tượng thao tác trực tiếp là tín hiệu quang.
Cấu tạo của OADM là các lõi OADM, lõi OADM hoạt động với các chức năng
kết hợp một bộ ghép/tách kênh theo bước sóng và chuyển mạch không gian xen/rẽ.
Bộ OADM chịu trách nhiệm quản lý lưu lượng trong sợi quang. Nhờ khả năng thao
tác trực tiếp với tín hiệu quang, OADM trở thành phần tử cơ bản nhất trong các
mạng ring dựa trên công nghệ WDM.
Phạm Thị Lan Hương_ Lớp: Điện tử - viễn thông_ Khóa 4.
XXIV
Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu
Hình 2-14 Bộ xen/ rẽ quang OADM
2.3.10 Sợi quang
Sợi quang là một trong những thành phần quan trọng nhất của mạng. Nó là
phương tiện truyền dẫn vật lý
Sợi quang được chế tạo từ SiO
2
, một nguyên liệu rất rẻ và phổ biến vì nó có
trong cát thường. Sợi quang có ba cửa sổ truyền dẫn ứng với các bước sóng 850 nm,
1300nm, 1550 nm. Suy hao tại ba vùng cửa sổ này là thấp nhất:
- Vùng cửa sổ I: Người ta dùng LED chế tạo ra cửa sổ quang có bước sóng 850
nm, mức suy hao α=1 dB/km, gần dải ánh sáng nhìn thấy. Hệ số tán sắc lớn
- Vùng cửa sổ II: ứng với bước sóng 1300 nm, có hệ số suy hao α=0,5 dB/km,
hệ số tán sắc nhỏ α
TS
= 3,5 – 5 ps/km.nm

- Vùng cửa sổ III: ứng với bước sóng 1550 nm, có hệ số suy hao nhỏ nhất
α=0,154 dB/km. Với kỹ thuật cao có thể chế tạo được sợi quang đơn mode có
α=0,14 dB/km
Ở Việt Nam thường dùng vùng cửa sổ thứ ba (λ=1550 nm)
Phạm Thị Lan Hương_ Lớp: Điện tử - viễn thông_ Khóa 4.
XXV