DUY TRÌ TRONG MẠNG QUANG WDM CHƯƠNG 1 doc

Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN THÔNG TIN QUANG

ĐỀ TÀI:
DUY TRÌ TRONG MẠNG QUANG WDM

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG

Mục đích ban đầu của các mạng viễn thông và Internet là cung cấp truy nhập thông tin tới
bất cứ nơi đâu vào bất cứ thời điểm nào và dưới bất cứ hình thức nào chúng ta cần. Để đạt
được mục tiêu này các công nghệ quang và không dây đóng một vai trò quyết định trong
mạng viễn thông tương lai. Các mạng quang và không dây có tính bổ sung cho nhau. Mạng
quang cho phép cung cấp một băng thông rất lớn mặc dù nó không thể xuất hiện ở mọi chỗ.
Ngược lại, các mạng không dây có khả năng xuất hiện ở mọi chỗ nhưng lại chỉ có khả năng
cung cấp các kênh truyền dẫn có băng thông giới hạn tuỳ thuộc vào việc triển khai khác
nhau. Khác với các kênh không dây, sợi quang có một số ưu điểm về đặc tính truyền dẫn như
là suy hao nhỏ, băng thông rộng và không chịu ảnh hưởng của nhiễu điện từ.
Các mạng quang là môi trường trung gian để cung cấp đủ băng thông khi số người sử dụng
đang tăng nhanh. Có hai thế hệ mạng quang, ở hình 1.1a, mạng quang thế hệ thứ nhất thay
thế các dây đồng bằng các sợi quang trong khi các node vẫn là điện. Trong mạng này cách
chuyển đổi tín hiệu quang - điện - quang (OEO) xảy ra ở mỗi node. Ban đầu, mỗi sợi quang
chỉ mang một bước sóng như trong các chuẩn FDDI và IEEE 802.6. Để giải quyết khả năng
tăng nhanh các lưu lượng dữ liệu và để tận dụng tối đa băng thông của các sợi quang EDFA
ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) đã ra đời đầu những năm 90. Nhờ WDM, mỗi
kết nối sẽ mang nhiều bước sóng, mỗi bước sóng hoạt động ở một tốc độ khác nhau.


Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung

Hình 1.1 Các mạng quang: a. Thế hệ thứ nhất
b. Thế hệ thứ hai
Trong thế hệ thứ hai của mạng quang (hình 1.1b), các chuyển đổi OEO chỉ
xảy ra tại các node nguồn và node đích, trong khi tất cả các node trung gian
hoàn toàn là quang. Bằng cách sử dụng các node trung gian quang, các thắt cổ
chai quang điện được loại bỏ và số lượng các card cổng giảm đi. Kết quả là chi
phí mạng giảm đáng kể. Điều này là một trong các yếu tố quan trọng nhất đối
với mạng quang. Hơn thế, các đường dẫn toàn quang từ đầu cuối đến đầu cuối
có thể cung cấp các kênh trong suốt cho người sử dụng. Người sử dụng có thể tự
chọn tốc độ bít, định dạng khối và giao thức. Sự trong suốt này cho phép dễ
dàng hỗ trợ các bảo mật khác nhau cũng như các dịch vụ trong tương lai.







IP
ATM
SONET/SDH

Network

Data link

Network

Data link

Network

Data link

Phy
sical
IP & MPLS

WDM &
Protection/Res
t
or
ation

SONET

ATM

IP

a)

b)

c)

Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung

Hình 1.2: Các chồng giao thức:
a) IP/ATM/SONET(SDH)/WDM
b) Chi tiết cấu trúc lớp của IP/ATM/SONET/WDM
c) Chồng giao thức đơn giản IP/WDM
Trong tương lai lưu lượng trong các mạng quang sẽ chủ yếu là IP. Thường
thì, các truyền dẫn gói IP trong các mạng quang WDM được thực hiện theo kiểu
trộn lẫn và kiểu ghép. Hình 1.2 mô tả trồng giao thức IP/ATM/SONET
(SDH)/WDM mà hiện nay các mạng đang triển khai để truyền dẫn các gói IP.
Các gói tin IP có kích cỡ khác nhau được phân mảnh thành các tế bào ATM với
kích thước cố định rồi được truyền trên các khung SONET/SDH thông qua các
kết nối WDM quang. Trồng giao thức này đòi hỏi một số thao tác sắp xếp giữa
các giao thức. Điều này không chỉ làm tăng chi phí và độ phức tạp của mạng mà
còn có xu hướng tạo ra các nghẽn cổ chai tính toán trong các mạng tốc độ cao.
Hơn thế, như hình 1.2 chỉ ra trồng giao thức này là không hiệu quả vì cùng một
khía cạnh quan tâm của mạng và tầng kết nối dữ liệu được đánh địa chỉ ở mỗi
giao thức. Điều này dẫn đến các chức năng thừa và các sơ đồ kết nối tầng phức
tạp. Để tránh những sự không hiệu quả này và để đơn giản sự hoạt động của
mạng, cấu trúc tầng giao thức phức tạp trên có thể được thay thế bằng chồng
giao thức IP/WDM ít phức tạp hơn nhiều. Chức năng ATM của kĩ thuật lưu
lượng (QoS) sẽ được hấp thụ vào trong tầng IP nhờ sử dụng chuyển mạch nhãn
đa giao thức (MPLS). Và các khả năng truyền dẫn của SONET/SDH (bảo vệ và
tái cấu hình) sẽ được hấp thụ bởi tầng WDM quang. Nhờ đó các mạng WDM
tương lai sẽ có trồng giao thức rất đơn giản là IP/WDM như được mô tả trong
hình 1.2c.
Mạng IP WDM quang lắm các hứa hẹn rất lớn cho việc cung cấp hiệu quả
một băng thông lớn với độ phức tạp của mạng nhỏ mặc dầu các công nghệ
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung
quang hiện nay vẫn còn một số giới hạn về tính ổn định và tính hiệu quả về mặt
chi phí. Tuy nhiên, đáng chú ý là, trong tương lai sự phức tạp và chi phí trong
các mạng WDM quang có thể được giải quyết.

1.1 Mục tiêu và phương pháp tiếp cận
1.1.1 Mục tiêu















Trong hình 1.3, mô hình của mạng truyền thông sẽ gồm các mạng đường
trục, mạng nội thị, mạng truy nhập trong đó các mạng sau sẽ thu thập/phân phối
dữ liệu từ/đến các trạm trung gian khác ví dụ như các trạm không dây và các
LAN.
M
ạ
ng

đư
ờ
ng

tr

ụ
c

W
DM
quang

Truy nh
ậ
p

kh
ô
ng d
â
y


(eg UMTS,WWLAN)

xDSL,
cable modem

ATM, FR, SDH,
IP, GbE


ESCON,
K
ê

nh s
ợ
i

M
ạ
ng

đô

th
ị

M
ạ
ng

truy nh
ậ
p

(HFC, FTTx)


K
ế
t

n
ố

i

n
ộ
i

thị

K
ế
t n
ố
i

n
ộ
i

thị
K
ế
t

n
ố
i

li
ê
n

mạng
Hình 1.3. Mạng phân cấp (được định nghĩa ở phụ lục B)
Kết nối đường trục
Kết nối đường trục
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung
Các LAN gigabit Ethernet cùng với chuẩn 10 GbE IEEE 802.3ae được
hoàn thiện năm 2002 được hi vọng sẽ cung cấp đủ băng thông cho ít nhất 5 năm
tới. Các công ti điện thoại đã triển khai một số dạng của đường dây thuê bao số
(DSL) và các công ti cáp triển khai các modem cáp. Nghẽn cổ chai ở bước truy
nhập đầu tiên sẽ được loại bỏ nhờ ứng dụng chuẩn IEE802.3ab Ethernet mà
được đề cập vào tháng 9 năm 2003. Các công nghệ truy nhập băng rộng này cùng
với các dịch vụ không dây thế hệ tiếp theo ví dụ như UMTS và các LAN không
dây (WLAN) và các giao thức tốc độ cao như ATM, FRAME RELAY (FR) IP,
ESCON và kênh sợi quang sẽ đòi hỏi băng thông rất lớn và chất lượng dịch vụ
QoS hỗ trợ từ các mạng cao hơn.
Nằm giữa các thuê bao tốc độ cao và các đường dẫn cực lớn của mạng
đường trục là mạng truy nhập và mạng nội thị. Ban đầu các mạng truy nhập là
các hệ thống HFC trong đó chỉ có phần nguồn nuôi ở giữa tổng đài trung tâm và
node ở xa của mạng là quang còn mạng phân tán giữa node ở xa và các thuê bao
vẫn là điện. Kết quả là, các mạng truy nhập FTTx đang nhận được sự chú ý rất
lớn. Các mạng FTTx, nghĩa là mạng sợi quang tới đầu cáp FTTC hay sợi quang
tới nhà FTTH, là mạng hoàn toàn quang nghĩa là tín hiệu được truyền dẫn thông
qua sợi quang từ tổng đài trung tâm hoặc tất cả các con đường tới khách hàng.
Về lí do chi phí nên các mạng truy nhập toàn quang đều không được cấp nguồn
hay còn được gọi tương ứng là các mạng quang thu động (PON). Các PON đã
được xem xét cho mạng truy nhập kể từ giữa những năm 90 trước cả khi nhu cầu
băng thông cho Internet bùng nổ. Gần đây, các PON Ethernet cải tiến đang trở
thành ứng viên đầy hứa hẹn để cung cấp đầy đủ băng thông cho truyền dẫn hiệu
quả lưu lượng dữ liệu.
Các mạng nội thị hiện nay chủ yếu là các mạng vòng SONET/SDH. Các

mạng này có một số nhược điểm:
- Việc giám sát kênh cho các mạng SONET/SDH mất quá nhiều thời gian
thường là từ 6 tuần đến 6 tháng. Do đó giám sát dịch vụ nhanh là điều không thể
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung
- Thiết bị SONET/SDH rất đắt và làm giảm đáng kể vùng phủ trong thị
trường nội thị rất nhạy cảm với chi phí trong đó chi phí chỉ được chia sẻ bởi một
lượng ít khách hàng hơn nhiều so với mạng đường trục. Chính chi phí cao đã
ngăn cản các công ti mới tham gia vào thị trường nội thị.
- Việc nâng cấp một mạng vòng SONET/SDH ảnh hưởng tới tất cả các
node chứ không chỉ các node nguồn và node đích mong muốn truyền thông ở
tốc độ dữ liệu cao hơn.
- Cơ chế chuyển mạch bảo vệ tự động (APS) của SONET/SDH (bảo vệ
1+1) là không hiệu quả về mặt băng thông bởi vì các đường bảo vệ và làm việc
đều mang cùng loại lưu lượng.
- SONET/SDH được thiết kế cho lưu lượng đối xứng. Do đó, lưu lượng IP
không đối xứng truyền dẫn không hiệu quả.
- Hoạt động TDM tập trung thoại không có khả năng hỗ trợ hiệu quả lưu
lượng dữ liệu có tính bùng nổ dẫn đến việc lãng phí băng thông.
Những nhược điểm được đề cập ở trên của các mạng vòng SONET/SDH
tạo ra một nghẽn cổ chai băng thông nghiêm trọng tại mức nội thị. Hiện tượng
này được gọi là Metrogap, ngăn cản các khách hàng tốc độ cao (và cũng ngăn
cản các nhà cung cấp dịch vụ) trong việc sử dụng băng thông còn rất lớn trong
mạng đường trục. Nghẽn cổ chai này có thể trở nên nghiêm trọng hơn vì thực tế
lưu lượng IP tăng lên sẽ mang tính cục bộ bằng cách đặt thêm nhiều máy chủ
Proxy trong các mạng nội thị để giảm trễ mạng, cân bằng tải máy chủ và có độ
sẵn sàng cao hơn. Sự tăng cường sử dụng điện thoại tổ ong và các thiết bị cầm
tay đối với các dịch vụ Internet sẽ làm tăng lượng thông tin truy cập nội hạt và
cần được cập nhật thường xuyên đặc biệt là các ứng dụng trong nhà, trên xe hơi,
và các thiết bị điện tử khác đang bắt đầu tận dụng mạng nội thị [KWSR]. Hơn
thế, Napster đang báo trước sự xung đột về chia sẻ thông tin, các ứng dụng đồng

hàng trong tương lai trong đó mỗi đầu cuối người sử dụng sẽ hoạt động như là
một máy chủ và sẽ làm tăng đáng kể lưu lượng bên trong mạng MAN. Để vượt
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung
qua độ rộng giữa các khách hàng tốc độ cao và tương lai của mạng đường trục
thì các kiến trúc và giao thức mạng nội thị cần phải được triển khai.
Gần đây, các nghiên cứu đã bắt đầu tập trung vào để hạn chế độ rộng nội
thị. Sự quan trọng của độ rộng nội thị cũng được phản ánh qua một số lượng lớn
các hoạt động chuẩn hoá đang được triển khai gần đây, và các diễn đàn công
nghiệp như là IETF WG IPoRPR, IEEE 802.17 RPRWG, diễn đàn Ethernet nội
thị (MEF) và liên minh mạng vòng gói mềm dẻo (RPR) bao gồm hơn 70 công
ty.
Bản đồ án này sẽ tập trung vào các mạng WDM chuyển mạng gói trong đó
các gói tin được lưu trữ trong các RAM điện tử thay vì là các đường dây trễ sợi
quang. Với các kiến trúc và giao thức được giới thiệu và kiểm tra ở đây có thể
cho phép các khách hàng tốc độ cao và các nhà cung cấp dịch vụ để vượt qua độ
rộng nội thị và tận dụng tối đa băng thông rất lớn trong mạng đường trục theo
một cách hiệu quả, chi phí thấp và có tương lai.
1.1.2 Phương pháp tiếp cận
Vấn đề sẽ được tiếp cận để có thể tận dụng các lợi thế tương ứng của miền
điện và miền quang trong khi tránh các nhược điểm tương ứng của chúng:
truyền dẫn sẽ được thực hiện trong miền quang trong khi việc đệm và các phép
logic sẽ được thực hiện trong miền điện. Do sự thiếu hụt các bộ đệm quang
(RAM) các mạng quang không dùng bộ đệm sẽ được xem xét. Kiến trúc mạng
không chuyển mạch hoàn toàn thụ động sẽ được xem xét. Các mạng thụ động
không chỉ khá tin cậy mà còn có thể nâng cấp tới mạng thông minh rìa cho phép
việc giảm chi phí mạng và đơn giản hoá trong duy trì, bảo dưỡng, hoạt động của
mạng. Mạng đang được xem xét là lựa chọn bước sóng. Trong một mạng lựa
chọn bước sóng tĩnh, mỗi node nguồn có khả năng tiếp cận nhiều node đích khác
nhau bằng cách thay đổi bước sóng truyền dẫn. Để làm được như vậy, mô hình
chuyển mạch gói lưu trữ và chuyển tiếp truyền thống phải được thay thế bằng

mô hình chuyển đổi bước sóng theo mỗi gói tin tại biên giới mạng. Trong mạng
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung
lựa chọn bước sóng mỗi bước sóng được định tuyến chỉ trong một phần nhỏ của
mạng, các phần còn lại của mạng có thể dùng cùng các bước sóng này. Kết quả
là việc tái sử dụng bước sóng theo không gian không chỉ giảm sự trùng lặp mà
còn giữ cho số lượng các bước sóng cần dùng là hữu hạn. Một số lượng nhỏ các
bước sóng sẽ đòi hỏi các bộ thu rất nhạy bước sóng để có thể cho truyền qua
một dải sóng rất hẹp. Điều này lại cho phép ứng dụng các bộ thu chuyển đổi
được mà có thời gian chuyển đổi nhỏ hơn so với các bộ thu với các giải chuyển
đổi tương đối lớn. Mạng được xem xét sẽ là mạng hình sao. Các mạng hình sao
cho thấy lợi thế về mặt công suất hơn các mạng bus. Cả mạng hình sao và mạng
bus đều chịu ảnh hưởng của suy hao do rẽ nhánh. Trong khi suy hao rẽ nhánh
tổng (tính bằng dB) ở mạng hình bus tăng tuyến tính theo số lượng node trong
mạng thì suy hao rẽ nhánh tổng (tính bằng dB) ở mạng hình sao lại chỉ tăng theo
hàm logarit. Hơn thế, cấu hình mạng sao vật lí thì dễ dàng thiết lập, cấu hình,
điều khiển, và gỡ rối hơn. Ở phía trên tầng vật lí của mạng hình sao mạng đơn
chặng sẽ được xem xét. Trong các mạng đơn chặng bất cứ một cặp node nguồn
và đích nào cũng giao tiếp trực tiếp với nhau mà không thông qua một node
trung gian nào. Khác với mạng đa chặng, các mạng đơn chặng có một số lợi thế:
Khoảng cách chặng trung bình được tối thiểu hoá (tính đồng nhất), không lãng
phí băng thông vì việc chuyển tiếp tại mỗi node xảy ra ngay khi tiếp cận được
đích, mỗi node chỉ phải xử lý các gói tin được định tuyến tới chính nó do đó
giảm nhu cầu xử lý tại các node, độ trong suốt được cung cấp, và việc nâng cấp
một cặp nguồn-đích nhất định chỉ liên quan tới hai node đó khác với mạng đa
chặng vì không có node trung gian nào cần phải nâng cấp. Các mạng đơn chặng
cũng giảm đáng kể độ phức tạp của chồng giao thức bởi vì việc định tuyến và
chuyển tiếp trong truyền thông đơn chặng không xảy ra. Kết quả là, tầng mạng
sẽ hoàn toàn loại bỏ được. Thêm vào đó, các gói tin truyền thông qua đơn chặng
quang thụ động duy nhất giữa chặng nguồn và chặng đích, dẫn đến xác xuất lỗi
là rất nhỏ. Do đó, phát hiện và sửa lỗi ở tầng liên kết dữ liệu có thể loại bỏ và

các lỗi truyền dẫn còn lại có thể được loại bỏ ở tầng truyền dẫn.
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung
1.2 Các phần tử cơ bản của mạng MAN đơn chặng lựa chọn bước
sóng dựa trên AWG
Các linh kiện sau đây là các khối cơ bản để thiết kế mạng WDM. Trong
phần mô tả dưới đây sẽ tập trung vào các linh kiện quan trọng trong phần còn lại
của đồ án này.
1.2.1 Bộ kết hợp và bộ chia quang
Coupler là thuật ngữ chung chỉ tất cả các thiết bị thực hiện kết hợp ánh
sáng vào và/hoặc chia ánh sáng trong một sợi quang. Các bộ kết hợp là các thiết
bị mà thực hiện kết hợp ánh sáng từ các sợi quang khác nhau. Các bộ chia quang
chia ánh sáng vào nhiều sợi quang. Cả bộ kết hợp và chia quang đều là các thiết
bị thụ động.
Bộ chia quang phổ biến nhất là bộ chia 1x2 như được vẽ trên hình 2.1 a). Tỉ
số công suất đầu ra được gọi là tỉ số chia quang α và có thể điều khiển được.
Phần α trong công suất đầu vào được đưa ra đầu ra, còn phần (1-α) còn lại đưa
ra đầu ra còn lại. Biểu thị tỉ số chia quang dưới dạng dB sẽ cho chúng ta suy hao
do chia quang. Đối với bộ chia quang hai cổng với tỉ lệ chia quang 50:50 là rất
phổ biến, kết quả là suy hao do chia quang sẽ là 3 dB cho mỗi cổng ra. Các bộ
coupler cũng được dùng để tách một phần công suất từ luồng ánh sáng để dùng
cho các mục đích giám sát hoặc các nguyên nhân khác. Các bộ coupler như vậy
được gọi là bộ rẽ và được thiết kế với các giá trị α rất gần với 1, thường là từ
0.90 tới 0.95.




a) b) c)
Hình 2.1: a) Bộ chia b) Bộ ghép và c) coupler
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung

Khi đổi chiều thì một bộ chia quang sẽ có thể được sử dụng như là bộ kết
hợp quang, như được thể hiện như hình 2.1 b). Một tín hiệu đầu vào tới bộ kết
hợp 2x1 sẽ chịu suy hao công suất là 3dB, mà đôi khi còn gọi là suy hao do ghép
quang. Bằng cách dùng bộ kết hợp cùng với bộ chia quang, các coupler có thể
được tạo ra. Hình 2.1 c) mô tả một bộ coupler 2x2 bao gồm một bộ kết hợp
quang 2x1 được theo sau bởi một bộ chia quang 1x2, có vai trò là phân bố các
tín hiệu từ hai sợi quang đầu vào tới hai sợi quang đầu ra. Để có tỉ lệ chia quang
là 50:50 cần có bộ coupler 3dB trong đó tín hiệu đầu vào được chia đều cho cả
hai đầu ra. Ngoài tỉ lệ chia công suất 50:50 xảy ra trong coupler, tín hiệu cũng
chịu các suy hao chèn, suy hao thừa và suy hao phản hồi. Suy hao chèn là một
phần của công suất (thường được biểu thị dưới dạng dB) bị mất giữa các cổng
vào và cổng ra của linh kiện (coupler). Nếu như tín hiệu đi vào một coupler, một
phần nhỏ công suất sẽ bị phản hồi theo hướng ngược lại và được dẫn trở lại tới
các đầu vào của bộ coupler (suy hao phản hồi). Suy hao thừa gây ra bởi các
khiếm khuyết sản xuất trong các vùng rất nhỏ. Một bộ coupler có thể được sản
xuất không phụ thuộc bước sóng hoặc lựa chọn bước sóng, có nghĩa là tính chất
của coupler phụ thuộc vào bước sóng.
Ưu điểm của coupler là không cần cung cấp nguồn, hoạt động tin cậy,
không đắt, mức suy hao thấp.
1.2.2 Coupler hình sao thụ động (PSC)
PSC là một thiết bị thực hiện kết hợp các tín hiệu quang từ các cổng đầu
vào và chia đều ra các cổng đầu ra. Không giống như các bộ tách ghép kênh, các
PSC không chứa các phần tử lựa chọn bước sóng. Vì vậy chúng không có khả
năng tách các kênh riêng rẽ. Trong trường hợp tổng quát, PSC có số cổng vào
(N) và số cổng ra (M) không nhất thiết bằng nhau và ký hiệu là PSC NxM.
Một PSC NxN được tạo ra từ các coupler 2x2 3dB như được vẽ trong hình
2.2.

N x N PSC
1

2

1

2
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung







PSC NxN là một linh kiện N đầu vào và N đầu ra với đặc tính là công suất
của mỗi cổng đầu vào P
in
sẽ được chia đều tới tất cả các cổng đầu ra. Do đó,
công suất quang tại mỗi đầu ra P
out
sẽ bằng:
P
out
=

P
in

N
Và tỉ lệ chia quang sẽ là α = 1/N hay tương ứng với suy hao do chia quang

là 10 log
10
N dB. Một phương pháp để tạo ra PSC là kết nối một số các coupler
3dB. Cách này cần (N/2. log
2
N) coupler 3 dB để tạo ra một PSC NxN.
2.1.3 Cách tử ống dẫn sóng (AWG)
Bộ AWG còn được biết đến là dãy pha (PHASAR) hay định tuyến lưới dẫn
sóng. Một AWG NxN được vẽ sơ đồ khối như trong hình 2.3, trong đó N≥2, bao
gồm các bộ dẫn sóng đầu vào đầu ra N, hai bộ dẫn sóng tấm tập trung (các vùng
truyền dẫn tự do) và một lưới dẫn sóng hàng, trong đó chiều dài của các ống dẫn
sóng liền kề sai khác nhau một hằng số. Tấm dẫn sóng tại các đường đối xứng
trong linh kiện sẽ loại bỏ sự phụ thuộc phân cực. Do vậy, có thể tạo ra các AWG
không phụ thuộc phân cực, suy hao thừa ở mức 0,4 dB. Cả hai dẫn sóng tấm đều
làm việc giống như các coupler sao NxM, M>>N, sao cho tất cả công suất ánh
sáng bị khuyếch tán trong tấm đều được thu lại. Nếu M>>N xuyên âm tại trung
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung
tâm của băng thông sẽ nhỏ hơn so với M=N. Tín hiệu đến từ bất kì cổng nào
trong N cổng vào cũng sẽ được chia ra M đầu ra của bộ dẫn sóng tấm tới các đầu
ra hàng. Mỗi luồng sáng đến được khuyếch tán trong tấm đầu vào, đi qua các
dẫn sóng xếp hàng, tập trung lại tại tấm đầu ra, và được ghép vào các dẫn sóng
đầu ra.

Hình 2.3 Biểu đồ sắp xếp của một AWG N x N
T
ấ
m d
ẫ
n

s
óng


Ố
ng

d
ẫ
n

s
óng

v
ào
/ra

N c
ổ
ng

ra

N c
ổ
ng

v
ào

t
ấ
m

d
ẫ
n

s
óng

t
ạ

i

tr
ụ
c

đ
ố
i

x
ứ
ng

Ma tr
ậ
n M
ống dẫn sóng
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung
Các dẫn sóng xếp hàng sẽ trễ pha không phụ thuộc vào bước sóng vì chỉ
các tần số với sự khác pha số nguyên lần 2π mới gây cộng hưởng trong dẫn sóng
tấm đầu ra. Do vậy, mỗi cổng đầu ra mang các tần số vượt qua có tính tuần
hoàn. Độ rộng của các tần số vượt qua có tính tuần hoàn này được gọi là dải phổ
tự do (FSR) và xấp xỉ bằng:
FSR =

C [Hz] (2.2)
n
g
(L + dsin

I

+dsin
0
)
FSR =


2
[m] (2.3)
n
g
L
Trong mỗi FSR, một AWG NxN chấp nhận một số lượng tổng của N bước
sóng từ mỗi cổng vào và nó truyền dẫn mỗi bước sóng tới một đầu ra nhất định.
Mỗi đầu ra nhận các bước sóng N, mỗi bước sóng từ một cổng vào riêng. Ở đây
tồn tại hoán vị bước sóng vòng lặp tại các dẫn sóng đầu ra nếu các dẫn sóng đầu
vào khác nhau được sử dụng. Trong hình 2.4 kết nối định tuyến của một AWG
8x8 được mô tả. Mỗi tần số quang (tương ứng, chúng ta cũng có thể nói mỗi
bước sóng) cho ta một chỉ dẫn định tuyến độc lập với cổng vào. Do vậy, thông
tin định tuyến của f
k
ra cổng ra, mà các cổng (k-1) nằm dưới cổng vào tương
ứng ví dụ như f
1
vào từ cổng vào 1 được ra ở cổng 1 và từ cổng vào 5 sẽ ra ở
cổng 5. Tương tự như vậy, f
3
vào ở cổng 1 sẽ đi ra ở cổng 3, trong khi nếu f
3

vào
ở cổng 5 nó sẽ đi ra ở cổng 7. Nhờ vào đặc tính tuần hoàn của AWG, tần số
quang f
9
(ví dụ như một dải phổ tự do lớn hơn f
1
) vảo ở cổng 1 và ra ở cổng 1
giống như f
17
và các tần số khác được phân tách nhờ một số lượng nguyên FSR.
Nhưng cũng có các AWG với các phương pháp định tuyến kênh khác, ví dụ như
kênh f
i
vào ở cổng j và ra ở cổng k trong đó k = (8-i+j)
mod 8
+ 1 với i  N và j,k
 {1,2,…8}.
ho
ặ
c

đơ
n gi
ả
n

h
ơ
n
[

Zir98
]

Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung
Kiểu định tuyến bước sóng của một AWG có thể được mô tả chính thức
hơn dựa vào ma trận chuyển đổi bước sóng. Nhờ vào hoán vị bước sóng tại các
cổng ra AWG nằm trong họ các bộ định tuyến bước sóng hoán vị. Một AWG
NxN cung cấp kết nối bên trong NxN đầy đủ. Sử dụng một FSR có thể cho phép
có đồng thời N
2
kết nối. Chú ý rằng một PSC NxN chỉ có thể cho phép mang
đồng thời tối đa N kênh.
Các đặc tính truyền dẫn sau của một AWG NxN đóng một vai trò quan
trọng trong các mạng WDM. Các AWG có suy hao chèn thấp vào khoảng từ 3-5
dB. Cũng như vậy, các AWG với suy hao không thay đổi hình thức đối với tất
cả các kênh cũng được xác định. Độ rộng kênh tần số của bộ kết hợp kênh được
cho bởi công thức:






















c
g
sff
n
n
dcn
m
L
x
df
d
L
x
f
2
1

[Hz] (2.4)

Hình 2.4 Bộ kết hợp nối của một AWG 8 x 8
Độ rộng kênh thông thường là 100 hoặc 200 GHz. Một độ rộng kênh 100
GHz tại vùng suy hao thấp ở 1,55m tương ứng với một độ rộng kênh là 0,8m,
dẫn đến ghép kênh phân chia theo bước sóng chặt (DWDM). Một AWG 64x64

f1 f8


f4


f8 f4

N=1

(f
1
… f
4
…f
8
)

2

3

4

5

6

7

8

INPUT

1

2

3

4

5

6

7

8

OUTPUT


f1

Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung
với độ rộng kênh là 0,4nm (50 GHz) đã được báo cáo trong [OMS95]. Gần đây,
AWG độ rộng 25 GHz với 400 kênh đã được báo cáo trong [JJK
+
01].
Tần số đáp ứng của AWG là rất quan trọng cho các ứng dụng. Nó cũng
giống như tần số đáp ứng của các bộ lọc thông dải Gauss. Độ rộng tối đa tại nửa
đỉnh (FWHM) được cho bởi công thức:
x
f
FWHM



0
2ln2

[Hz] (2.5)
Nói chung, FHWM bằng khoảng 30% độ rộng kênh. Hình dáng của bộ lọc
thông dải Gauss đặt ra các giới hạn chặt chẽ cho dung sai bước sóng của các
laser diode và đòi hỏi điều khiển nhiệt độ chính xác cho cả các AWG và các
laser diode. Sự dao động tần số trong nguồn quang sẽ dẫn tới phải giảm công
suất để đạt được cùng giá trị BER tại đầu thu. Hơn nữa, độ rộng dải thông của
các AWG thác trở nên nhỏ hơn nhiều so với của bộ lọc AWG đơn chặng. Gần
đây, các bộ kết hợp kênh AWG với đáp ứng phổ phẳng đã được công bố [OS96]

[TBB
+
97] [KS01]. Băng thông 3 dB có thể nâng lên tới 124 GHz cho độ rộng
kênh 200 GHz và xuyên âm liên kênh từ kênh bước sóng cho trước đối với các
kênh lân cận là nhỏ hơn -27 dB. Xuyên âm xuất hiện là do ảnh hưởng của các tín
hiệu khác lên một tín hiệu mong muốn. Hệ thống WDM có hai dạng xuyên âm:
xuyên âm liên kênh và xuyên âm đồng kênh. Xuyên âm liên kênh xảy ra khi tín
hiệu xuyên âm là tại bước sóng khác so với bước sóng tín hiệu mong muốn.
Xuyên âm đồng kênh xảy ra khi tín hiệu xuyên âm có cùng bước sóng với tín
hiệu mong muốn. Nhưng nó phải trả giá bởi suy hao chèn cao hơn khoảng 3 dB.
Các AWG với đáp ứng tần số phẳng và rộng sẽ giải quyết các hạn chế đã được
đề cập ở trên. Nói chung, xuyên âm ở vào khoảng -30dB. Do đó, giải ghép
kênh là hoàn toàn có thể đối với mất công suất không đáng kể, nghĩa là xuyên âm
là đủ nhỏ để không làm tăng đáng kể BER.
Các thông số truyền dẫn quan trọng của một AWG và các giá trị thông số
điển hình được tổng kết trong bảng 2.1.
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung
Suy hao xen ~ 3 – 5 dB
Suy hao vượt quá ~ 0.4 dB
Xuyên nhiễu khác tần
số
~ -30dB
Khoảng cách kênh (25, 50, 100, 200) GHz
FWHM ~ 30% của khoảng cách
kênh
Số lượng cổng 2 … 400
Bảng 2.1 Đặc tính của một AWG
Bảng 2.2 tổng kết các đặc tính của một AWG và so sánh chúng với PSC.
Chú ý rằng các AWG hỗ trợ đa truyền thông băng rộng nếu một nguồn quang
băng rộng được sử dụng ví dụ như một diode phát quang (LED). Tín hiệu đầu

vào này sẽ bị chia phổ bởi AWG sao cho một phần nhỏ của tín hiệu băng rộng
đầu vào được truyền dẫn tới mỗi cổng đầu ra tương ứng, như là được trình bày
trong phần 1.2.4. Tính bảo mật có nghĩa rằng các bước sóng chỉ được định tuyến
tới các cổng ra tương mà chúng cần. Điều này khác với PSC lựa chọn và quảng
bá trong đó tất cả các đầu ra đều có thể nhận tất cả các bước sóng cùng một lúc.
Do vậy, nếu như cùng một bước sóng được đưa vào hai hay nhiều các cổng đầu
vào của PSC đồng thời thì xung đột kênh sẽ xảy ra tại tất cả các cổng ra của
PSC. Nói cách khác, PSC không cho phép tái sử dụng phân tập các bước sóng
tại các cổng ghép kênh đầu vào. Ngược lại, AWG định tuyến theo bước sóng
cho phép tái sử dụng bước sóng theo không gian phân tập mà không gây ra xung
đột kênh tại các cổng ra của AWG. Do đó, một PSC NxN chỉ cỏ thể hỗ trợ tối đa
N truyền dẫn đồng thời, mỗi truyền dẫn sử dụng một bước sóng khác nhau.
Trong khi đó một AWG NxN không có một yêu cầu nào đối với các tín hiệu đến
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung
và hỗ trợ tới N
2
truyền dẫn đồng thời mà không gây nên xung đột kênh tại các
đầu ra của AWG.
PSC AWG
Quảng bá yes no
Phát theo nhóm yes no
Định tuyến bước sóng no yes
Tái sử dụng bước sóng theo không
gian
no yes
Tính chu kỳ no yes
Suy hoa chia yes no
Tính riêng tư no yes
Nghẽn kênh yes no
Số lượng truyền dẫn đồng thời N N

2
Bảng 2.2 So sánh các đặc tính của PSC và AWG
Như vậy AWG có các ưu điểm: khoảng cách giữa các bước sóng nhỏ, số
kênh lớn, băng thông bằng phẳng phù hợp cho các hệ thống WDM tốc độ cao
và dung lượng lớn.
1.2.4 Các máy phát và thu
Ngoài các linh kiện đã đề cập ở trên để xây dựng được một mạng truyền
thông WDM còn cần các bộ phát và các bộ thu. Một bộ phát bao gồm một
nguồn quang, một bộ điều chế, và các thiết bị điện hỗ trợ. Một bộ thu cần một
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung
bộ lọc quang, một photodetector, một bộ giải điều chế và các linh kiện điện hỗ
trợ.
Các nguồn quang băng thông rộng
Ánh sáng đầu ra của một nguồn quang băng thông rộng có dải phổ rộng
trong khoảng từ 10-100 nm. Các LED là phổ biến nhất và rất rẻ. Vì các sản
phẩm khác có băng thông tương đối nhỏ nên LED được ứng dụng chủ yếu ở
những nơi mà tốc độ dữ liệu thấp hay khoảng cách truyền dẫn ngắn. Công suất
đầu ra phổ biến của chúng là 10 dBm. Tuy nhiên, các diode siêu phát quang với
công suất ra của sợi đơn mode là 18,0 dBm và độ rộng băng thông 3 dB là 35
nm đã có trên thị trường.
Ở tốc độ thấp, các hệ thống nhạy cảm với bước sóng có độ dự trữ nhỏ, LED
cung cấp một giải pháp rẻ so với các laser rất đắt. Hình 2.5 biểu thị một phần dải
phổ của một tín hiệu LED băng rộng qua một AWG định tuyến theo bước sóng.
Tại mỗi cổng ra AWG một phần khác nhau của tín hiệu băng rộng gốc được tách
ra bởi các node, mỗi phần như thế mang cùng một thông tin. Do đó, một LED có
thể được chia sẻ bởi nhiều bộ thu khác nhau.

3 x 3
AWG

Công suất

T
ín

hi
ệ
u

b
ă
ng
r
ộ
ng

Các lát cắt
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung

Hình 2.5: Lát cắt phổ của tín hiệu băng rộng
Laser
Để nâng cao băng thông một cách đáng kể các laser thành phẩm khác nhau
đã được dùng. Thực ra, một laser là một bộ khuyếch đại quang bao gồm trong
một khung phản xạ mà tạo ra ánh sáng dao động thông qua phản hồi dương. Các
laser có khả năng tạo ra công suất đầu ra lớn, thường là từ 0 tới 10 dBm.
Các laser có thể là cố định với bước sóng danh nghĩa (mặc dù bước sóng
này có thể xê dịch do nhiệt độ hoặc thời gian) hoặc là có thể chuyển đổi được,
trong đó các laser chuyển đổi được có thể là chuyển đổi liên tục hoặc rời rạc.
Chỉ có các bước sóng phù hợp với chu kỳ và chiết suất của laser mới được
khuyếch đại, một laser có thể chuyển đổi bằng cách điều khiển chiều dài khoảng
cộng hưởng và/hoặc chiết suất của môi trường khuyếch đại. Các ví dụ phổ biến
là cơ học, quang âm, quang điện, và các laser chuyển đổi được tiêm dòng. Hầu
hết các laser chuyển đổi được cơ học sử dụng một buồng Fabry-Perot ngoài mà
chiều dài của nó có thể điều chỉnh được. Các laser chuyển đổi được cơ học cho
một dải chuyển đổi khá rộng lên tới 500nm nhưng thời gian chuyển đổi khá
chậm khoảng 1-10ms. Trong laser quang âm và laser quang điện chiết suất của
khoảng bên ngoài được thay đổi nhờ sử dụng một cách tương ứng sóng âm hoặc
dòng điện. Một laser quang âm có một dải chuyển đổi trung bình, vào khoảng
xấp xỉ 100nm với một thời gian chuyển đổi trung bình, vào khoảng 10s. Các
laser quang điện có thể chuyển đổi 10-15nm trong vài ns. Các laser dùng dòng
tiêm hình thành một họ các nguồn quang cho phép lựa chọn bước sóng thông
qua lưới phản xạ, ví dụ như các laser phản xạ phân bố (DFB) và các laser phản
xạ Bragg phân bố (DBR). Việc chuyển đổi được thực hiện bằng cách thay đổi
mật độ dòng tiêm và do đó thay đổi chiết suất. Kiểu laser này thường bao gồm
nhiều phần để có thể cho phép điều khiển độc lập công suất và bước sóng đầu ra
của laser. Gần đây, các bộ phát đa phần chuyển đổi nhanh có thể chuyển đổi
sang bước sóng liền kề chỉ trong 4ns và trong một khoảng rộng khoảng 30nm
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung
trong vòng 15ns đã được báo cáo. Đặc biệt, các laser SG-DBR hứa hẹn sử dụng

cho các bộ phát với dải chuyển đổi rộng và công suất đầu ra lớn.
Các dải chuyển đổi và thời gian chuyển đổi của các loại bộ phát khác nhau
được tổng kết ở trong bảng 2.3. Chú ý rằng thay vì các laser chuyển đổi được có
thể sử dụng một loạt các laser cố định hoạt động ở bước sóng khác nhau hoặc
các laser đa tần số.
Kiểu bộ phát Giải điều chỉnh

Thời gian điều
chỉnh
Điều chỉnh cơ

500 nm 1-10 ms
Quang âm ~ 100 nm
~ 10 s
Quang điện 10-15 nm 1-10 ns
Dòng bơm ~ 30nm 15 ns
Bảng 2.3 Các bộ phát: Giải điều chỉnh và thời gian điều chỉnh
Các bộ lọc quang
Các bộ lọc quang được sử dụng để lựa chọn một tín hiệu băng rộng hoặc
một bước sóng nằm ngoài dải răng lược WDM. Bước sóng được lựa chọn được
chuyển đổi quang điện nhờ một photodetector. Các bộ lọc quang có thể là cố
định hoặc có thể chuyển đổi được, trong khi các bộ lọc chuyển đổi được có thể
là liên tục hoặc rời rạc. Các ví dụ về bộ lọc cố định là cách tử nhiễu xạ, các bộ
lọc phim mỏng điện, và các cách tử Bragg sợi (FBGs). Các bộ lọc quang điều
chỉnh được bao gồm các bộ lọc quang điện, quang âm, nhiệt, cơ và các bộ lọc
Fabry-Perot tinh thể lỏng.
Các bộ lọc điều chỉnh cơ bao gồm một hoặc nhiều hơn khoảng được hình
thành nhờ hai gương song song (các mặt). Bằng cách điều chỉnh cơ khoảng cách
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung
giữa các gương, các bước sóng khác nhau sẽ được lựa chọn. Loại bộ lọc này có

dải chuyển đổi khoảng 500nm và thời gian chuyển đổi trong khoảng 1-10ms.
Máy giao thoa Mach Zehnder (MZI) là một ví dụ cho một bộ lọc điều khiển
bằng nhiệt. Trong MZI, một bộ chia quang có nhiệm vụ chia luồng sáng đến
thành hai dẫn sóng và một bộ kết hợp thực hiện kết hợp các tín hiệu tại đầu ra
của dẫn sóng. Một thiết bị trễ điều chỉnh được bằng nhiệt điều khiển chiều dài
đường dẫn quang của một ống dẫn sóng. Nhờ vào sự sai khác pha một sóng
mong muốn duy nhất sẽ được lựa chọn nhờ cộng hưởng. Một MZI cớ thể
chuyển đổi lớn hơn 10 nm trong vòng vài ms.
Trong các bộ lọc điều chỉnh quang âm (AOTFs), một sóng âm thay đổi
tuần hoàn chiết suất của môi trường lọc từ đó cho phép môi trường hoạt động
như là một lưới lọc. Bằng cách thay đổi tần số của sóng âm, một bước sóng
quang duy nhất được chọn trong khi các sóng còn lại bị triệt tiêu. Nếu có nhiều
hơn một sóng âm được dùng thì cũng sẽ có nhiều sóng quang được lựa chọn.
Một nhược điểm của các AOTFs là chúng không thể loại bỏ được xuyên âm từ
các kênh lân cận nếu như các kênh này quá gần nhau, do đó giới hạn số lượng
kênh. Các AOTFs có thể chuyển đổi trong dải 100nm trong vòng 10s.
Các bộ lọc điều chỉnh quang điện (EOTFs) sử dụng các điện cực nằm ở
môi trường lọc. Các dòng điện được dùng để thay đổi chiết suất của môi trường
bộ lọc, cho phép một bước sóng mong muốn đi qua trong khi các bước sóng
khác bị triệt tiêu. Thời gian điều chỉnh chỉ bị giới hạn bởi tốc độ điện. Do đó,
các EOTFs có thể chuyển đổi trong 1-10ns. Tuy nhiên, các EOTFs cung cấp một
dải điều chỉnh tương đối nhỏ, khoảng 15 nm.
Các bộ lọc Fabry-Perot tinh thể lỏng (LC) là bộ lọc rẻ nhất với các yêu cầu
công suất thấp. Thiết kế của một bộ lọc LC là tương tự như thiết kế của một bộ
lọc Fabry-Perot, nhưng khoang là tinh thể lỏng. Chiết suất của LC có thể điều
khiển được bằng một dòng điện để lấy ra bước sóng tương ứng. Thời gian điều
chỉnh là 0,5-10µs và khoảng điều chỉnh là 30-40nm.
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung
Các dải điều chỉnh và thời gian điều chỉnh của các loại bộ thu khác nhau
được tổng kết trong bảng 2.4. Chú ý rằng tương ứng các bộ lọc quang chuyển

đổi được các dãy bộ thu cố định hay các bộ thu đa bước sóng có thể được dùng.
Kiểu bộ thu Dải điều chỉnh Thời gian điều
chỉnh
Điều chỉnh cơ 500 nm 1-10 ms
Điều chỉnh
nhiệt
> 10 nm 1-10 ms
Quang âm ~ 100 nm
~ 10 s
Quang điện 10-15 nm 1-10 ns
Tinh thể lỏng 30-40 nm
0.5-10 s
Bảng 2.5 Các bộ thu: Dải điều chỉnh và thời gian điều chỉnh
1.3 Các suy giảm truyền dẫn
Để xây dựng một hệ thống truyền thông các linh kiện được miêu tả ở trên
được kết nối bằng các bộ lọc. Trong các hệ thống như vậy, một tín hiệu quang
truyền từ bộ phát tới bộ thu phải gặp một số lỗi như: suy hao, tán sắc, phi tuyến,
xuyên âm, nhiễu.
1.3.1 Suy hao
Ngoài tổn thất công suất quang gây ra bởi các linh kiện, bộ lọc làm giảm
công suất tín hiệu. Hình 2.6 chỉ ra suy hao của một sợi quang theo bước sóng.
Đỉnh suy hao ở vùng 1400nm gây ra do sự không tinh khiết ion hydroxyl (OH
-
)
trong sợi quang. Tuy nhiên, trong sợi Lucent đỉnh này được giảm đáng kể.
Trong các hệ thống truyền thông quang ngày nay có ba dải được sử dụng là
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung
0,85s, 1,3s, 1,55s trong đó dải băng cuối cho suy hao thấp nhất vào khoảng
0,25 dB/km.

Hình 2.6 Suy hao trong sợi quang
1.3.2 Tán sắc
Tán sắc là bất cứ hiện tượng nào trong đó các thành phần khác nhau của tín
hiệu được truyền dẫn di chuyển với tốc độ khác nhau trong sợi quang, dẫn đến
thời điểm đến bộ thu khác nhau. Kết quả là độ rộng xung tăng lên và gây lên
nhiễu giữa các kí hiệu (ISI). Do vậy, tán sắc sẽ giới hạn khoảng cách bit tối thiểu
nghĩa là tốc độ bit tối đa. Tổng tán sắc phụ thuộc vào chiều dài tuyến nối. Các
loại tán sắc quan trọng là tán sắc mode, tán sắc màu (vật liệu), tán sắc ống dẫn
sóng và tán sắc mode phân cực (PMD).
Tán sắc mode
Tán sắc mode xuất hiện chỉ trong sợi đa mode trong đó các mode khác
nhau truyền ở tốc độ khác nhau. Rõ ràng là, trong các sợi đơn mode tán sắc
mode là không xảy ra.
1.2

0.8

0.4


0

1000

1200

1400

1600

B
ư
ớ
c

s
óng

(nm)

Suy hao (dB/km)

Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung
Tán sắc ống dẫn sóng
Tán sắc ống dẫn sóng gây ra bởi truyền các bước sóng khác nhau phụ thuộc
vào đặc tính của bước sóng như là các chỉ số và hình dạng của lõi sợi, vỏ. Sau
khi đi vào một sợi đơn mode, một thông tin mạng xung ánh sáng được phân bố
giữa lõi và vỏ. Phần lớn sẽ di chuyển bên trong lõi, phần còn lại sẽ nằm trong
vỏ. Cả hai phần này di chuyển với tốc độ khác nhau vì lõi và vỏ có chỉ số chiết
suất khác nhau.
Tán sắc màu
Tán sắc màu hay tán sắc vật liệu xuất hiện do các thành phần tần số khác
nhau trong một xung (và cũng là tín hiệu với bước sóng khác nhau) di chuyển

với vận tốc khác nhau do chỉ số chiết suất trong sợi quang là hàm của bước
sóng. Thông thường nó được đo bằng đơn vị ps/nm.km, trong đó ps biểu thị độ
rộng xung theo thời gian, nm là độ rộng phổ của xung, và km tương ứng với
chiều dài tuyến. Các sợi quang đơn mode tiêu chuẩn (SMF) có tán sắc màu có
giá trị 17ps/nm.km ở vùng 1550nm.
Gần đây, các sợi quang dịch tán sắc (NZ DSF) khác không được lắp đặt
nhiều hơn. Bằng cách điều khiển tán sắc ống dẫn sóng, sợi NZ DSF có tán sắc
màu nằm trong khoảng 1 đến 8 ps/nm.km hay -1 đến -8 ps/nm.km tại 1550nm.
Ví dụ như sợi quang Alcatel's TeraLight Metro hoạt động ở khoảng cách 80-200
km mà không đòi hỏi bù tán sắc. Một ví dụ khác là sợi Corning MetroCor. Tán
sắc âm của nó cho phép sử dụng các bộ laser DFB điều chế trực tiếp có chi phí
thấp. Cả hai loại sợi quang này đều lắp đặt cho các mạng WDM nội thị để giảm
chi phí và độ phức tạp của mạng.
Tán sắc mode phân cực
PMD xuất hiện khi lõi sợi không hoàn toàn tròn, đặc biệt trong khi lắp đặt.
Do vậy, sự phân cực khác nhau của tín hiệu di chuyển với tốc độ khác nhau.
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung
PMD được chứng minh là chướng ngại nghiêm trọng trong các hệ thống tốc độ
rất cao hoạt động ở tốc độ 10 Gb/s hoặc cao hơn.
1.3.3 Phi tuyến
Khi công suất quang trong sợi quang là nhỏ, sợi quang có thể được xem là
môi trường tuyến tính nghĩa là suy hao và chỉ số chiết suất của sợi là độc lập với
công suất tín hiệu. Tuy nhiên, khi mức công suất là cao trong hệ thống thì các
đặc tính phi tuyến sẽ tạo ra những giới hạn đáng kể trong các hệ thống tốc độ
cao cũng như các hệ thống WDM. Các đặc tính phi tuyến có thể phân làm hai
loại. Loại thứ nhất xảy ra do sự phụ thuộc của chỉ số chiết suất vào công suất.
Loại này bao gồm điều chế tự pha (SPM), điều chế chéo pha (CPM hay XPM)
và hiệu ứng trộn bốn sóng (FWM). Loại thứ hai do các hiệu ứng phân bố trong
môi trường sợi vì sự tương tác giữa các sóng ánh sáng vơi các phono (sự dao
động phân tử) trong môi trường silica. Hai hiệu ứng chính trong loại này là phân

bố Raman kích thích (SRS) và phân bố Brillouin kích thích.
Điều chế tự pha
SPM gây ra bởi sự dao động của công suất của tín hiệu quang và dẫn đến
sự biến đổi pha của tín hiệu. SPM dẫn đến việc mở rộng phổ của xung. Các biến
đổi tức thời trong pha của tín hiệu gây ra bởi sự thay đổi trong mật độ tín hiệu sẽ
dẫn tới các biến đổi tức thời của tần số quanh tần số trung tâm của tín hiệu. Đối
với các xung rất ngắn, thành phần tần số bổ sung do SPM kết hợp với các hiệu
ứng tán sắc vật liệu dẫn tới mở rộng hoặc nén xung trong miền thời gian từ đó
ảnh hưởng tới tốc độ bit tối đa và tỉ lệ lỗi bit (BER).
Điều chế chéo pha
XPM là sự dịch pha của tín hiệu gây ra bởi sự thay đổi trong mật độ của
một tín hiệu được truyền dẫn ở bước sóng khác nhau. XPM có thể dẫn tới mở
rộng phổ không đối xứng, kết hợp với SPM và tán sắc cũng có thể ảnh hưởng tới
dạng xung trong miền thời gian.