LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH ĐIỆN ĐIỆN TỬ MẠNG THÔNG TIN QUANG

LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 1: Giới Thiệu Mạng Thông Tin Quang
HVTH: LƯU NGỌC ĐIỆP
1
C
C
H
H
Ư
Ư
Ơ
Ơ
N
N
G
G


1
1




G
G
I
I
Ơ
Ơ
Ù
Ù

I
I


T
T
H
H
I
I
E
E
Ä
Ä
U
U


M
M
A
A
Ï
Ï
N
N
G
G

T
T
H
H
O
O
Â
Â
N
N
G
G


T
T
I
I
N
N


Q
Q
U
U
A
A
N
N

G
G


Lượng thông tin trao đổi trong các hệ thống thông tin ngày nay tăng lên rất
nhanh. Bên cạnh gia tăng về số lượng, dạng lưu lượng truyền thông trên mạng cũng
thay đổi. Dạng dữ liệu chủ yếu là lưu lượng Internet. Phần lớn những nhu cầu hiện
nay liên quan đến việc truyền dữ liệu hơn là tiếng nói. Số người sử dụng Internet
ngày càng đông và thời gian mỗi lần truy cập thường kéo dài hơn nhiều lần một
cuộc gọi điện thoại. Bên cạnh đó, các doanh nghiệp cũng thường dựa vào các
mạng tốc độ cao để điều hành công việc. Những điều này đã tạo ra một nhu cầu sử
dụng băng thông lớn, những đường truyền tốc độ cao, tin cậy và chi phí thấp.
Mạng thông tin quang ra đời đã đáp ứng được những yêu cầu trên. Thông tin
quang cung cấp băng thông lớn với tỉ lệ lỗi rất thấp (10
-11
). Bên cạnh dung lượng
cao, môi trường quang còn cung cấp khả năng trong suốt. Tính trong suốt cho phép
các dạng dữ liệu khác nhau chia sẻ cùng một môi trường truyền và điều này rất phù
hợp cho việc mang các tín hiệu có những đặc điểm khác nhau. Vì vậy, truyền thông
quang được xem như là một kỹ thuật cho hệ thống thông tin băng rộng trong tương
lai. Tuy nhiên, băng thông quang rất lớn đối với một ứng dụng đơn lẻ. Vì vậy, nó
nên được chia sẻ giữa những người sử dụng với nhau bằng cách ghép nhiều kênh
trên một đường truyền. Kỹ thuật ghép kênh được quan tâm nhất hiện nay là ghép
kênh phân chia theo bước sóng (WDM) và ghép kênh phân chia thời gian (TDM).
Trong tương lai, ghép kênh theo bước sóng sẽ được ưa chuộng hơn vì chi phí kỹ
thuật và thiết bò để lắp đặt các hệ thống TDM tương đối cao. Theo báo cáo, hệ
thống TDM với dung lượng 10 Gbps được lắp đặt ở Nhật vào năm 1996. Các hệ
thống WDM 40 Gbps đã được lắp đặt ở Bắc Mỹ. Trong WDM, nhiều kênh được
ghép trên một sợi quang sử dụng các bước sóng khác nhau.
Một phương pháp ghép kênh khác là ghép kênh phân chia mã (CDM). Kỹ thuật

này thực hiện mã hóa mỗi luồng thông tin bởi một mã trực giao với mã của các
luồng thông tin khác cùng chia sẻ môi trường truyền (sợi quang). Kỹ thuật này
không còn phổ biến từ sau những năm 80 vì những hạn chế về kỹ thuật như tốc độ
điều chế và suy hao trong mã hoá cũng như giải mã cao. Hơn nữa, ứng dụng của
phương pháp này làm cho vấn đề tán sắc và đồng bộ trở nên xấu hơn vì thế dường
như không còn thích hợp cho thông tin quang ngày nay.
1. Các mạng quang

Ngoài việc cung cấp dung lượng khổng lồ, mạng quang còn mang lại một cơ sở
hạ tầng chung mà qua đó các dòch vụ khác nhau được thực hiện. Các mạng này
cũng có khả năng phân phát băng thông một cách mềm dẻo khi cần thiết.
Sợi quang cung cấp băng thông lớn hơn rất nhiều so với cáp đồng và ít nhạy đối
với các loại nhiễu điện từ khác nhau và các hiệu ứng không mong muốn khác. Do
đó, nó trở thành một môi trường truyền dữ liệu với tốc độ hơn vài chục megabit
trên giây qua những khoảng cách dài hơn một kilômet. Sợi quang cũng là phương
LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 1: Giới Thiệu Mạng Thông Tin Quang
HVTH: LƯU NGỌC ĐIỆP
2
tiện hay được dùng để thực hiện những kết nối tốc độ cao (gigabit trên giây hoặc
cao hơn) khoảng cách ngắn bên trong những hệ thống lớn.
Thống kê gần đây nhất từ Ủy ban truyền thông Liên Bang Mỹ cho biết sự triển
khai của sợi quang ở khắp nơi. Sợi quang ngày nay được triển khai rộng rãi trong
tất cả các loại mạng viễn thông, có lẽ ngoại trừ khu dân cư. Mặc dù được cung cấp
đến nhiều doanh nghiệp, đặc biệt trong những thành phố lớn, sợi quang chưa được
đưa đến nhà riêng, vì chi phí lắp đặt đường dây rất lớn.
Kỹ thuật truyền dẫn sợi quang tiến hoá qua vài chục thập niên cung cấp tốc độ
bit ngày càng cao và qua những khoảng cách ngày càng dài hơn. Hình 1.1 cho thấy
sự gia tăng băng thông qua nhiều thời gian của các loại mạng khác nhau. Sự phát
triển mạnh mẽ này chủ yếu là do sự triển khai các hệ thống thông tin quang.

Khi nói đến các mạng quang, chúng ta đang thực sự nói về hai thế hệ của
chúng. Ở thế hệ thứ nhất, sợi quang chủ yếu dùng cho truyền dẫn và cung cấp dung
lượng. Sợi quang cung cấp tỉ lệ lỗi bit thấp hơn và dung lượng cao hơn so với cáp
đồng. Tất cả chức năng chuyển mạch và mạng thông minh được điều khiển bằng
điện tử. Thí dụ cho các mạng quang thế hệ thứ nhất này là SONET (mạng quang
đồng bộ), tương tự với mạng SDH (hệ phân cấp số đồng bộ), hình thành nên phần
lõi của cơ sở hạ tầng viễn thông tương ứng ở Bắc Mỹ và Châu u, Châu Á, cũng
như các mạng doanh nghiệp khác như ESCON.
Ngày nay chúng ta đang thấy sự triển khai của những mạng quang thế hệ thứ
hai, nơi mà các chức năng chuyển mạch, đònh tuyến và sự thông minh được chuyển
vào lớp quang học.
2. Mạng quang thế hệ thứ hai

Sợi quang hiển nhiên trở thành một phương tiện truyền dẫn được ưa thích và

ngày nay truyền dẫn ghép kênh theo bước sóng WDM được dùng rộng rãi trong
Hình 1.1: Sự
g
ia tăn
g
băn
g
thôn
g
theo thời
g
ian tron
g
các loại mạn
g
khác nhau
0.0001
0.01
1
100
10,000
1000,000
Residential access
Local-area networks
Leased lines
Long haul
Year
2000
1995
1990

1985 1980
Bit rate (Mb/s)
LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 1: Giới Thiệu Mạng Thông Tin Quang
HVTH: LƯU NGỌC ĐIỆP
3
mạng. Những năm gần đây, người ta nhận ra rằng các mạng quang có khả năng
cung cấp nhiều chức năng hơn là chỉ truyền dẫn điểm nối điểm. Những thuận lợi
chủ yếu đạt được bằng cách hợp nhất một vài chức năng chuyển mạch và đònh
tuyến đã được thực hiện điện tử vào phần quang của mạng. Ví dụ như, khi tốc độ
dữ liệu ngày càng cao, việc xử lý dữ liệu bằng điện tử trở nên khó khăn hơn. Giả
sử các thiết bò điện tử phải xử lý dữ liệu mỗi khối 53 bytes (chiều dài mỗi tế bào
trong phương thức truyền bất đồng bộ ATM). Trong một luồng dữ liệu 100Mb/s, ta
có 4,24 µs để xử lý một khối, trong khi với luồng 10Gb/s, khối này phải được xử lý
trong vòng 42,4 ns. Trong các mạng thế hệ thứ nhất, thiết bò điện tử ở một nút phải
điều khiển không chỉ tất cả các dữ liệu dành cho nút đó mà còn tất cả các dữ liệu
đi xuyên qua nó đến các nút khác trong mạng. Nếu dữ liệu có thể được đònh tuyến
trong miền quang, tải trọng các thiết bò điện ở các nút sẽ giảm đi đáng kể. Đây là
một trong những nguyên nhân chính cho sự ra đời của các mạng quang thế hệ thứ
hai.
Các mạng quang dựa vào mô hình này đang được triển khai. Kiến trúc của
mạng được chỉ ra trong hình 1.2, ta gọi mạng này là một mạng đònh tuyến bước
sóng. Mạng cung cấp những lightpath cho người sử dụng, như các thiết bò cuối
SONET hoặc các bộ đònh tuyến IP. Lightpaths là các kết nối quang được mang từ
đầu cuối đến đầu cuối bằng một bước sóng trên mỗi tuyến trung gian. Ở các nút
trung gian trong mạng, các lightpath được đònh tuyến và chuyển mạch từ tuyến này
sang tuyến khác. Trong một số trường hợp, các lightpath cũng có thể được chuyển
từ một bước sóng này thành bước sóng khác dọc theo đường đi.

λ
2
OLT
oxc
λ
1
X
λ
2
λ
1
Li
g

ht Path
λ
2
λ
1
IP
router
IP
router
E
F
SONET
terminal
IP
router
DC
λ
1
IP
router
A
SONET
terminal
OADM
B
Hình 1.2: Mạn
g

q
uan

g
đònh tu
y
e
á
n bước són
g

LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 1: Giới Thiệu Mạng Thông Tin Quang
HVTH: LƯU NGỌC ĐIỆP
4
Các lightpath trong mạng đònh tuyến bước sóng có thể sử dụng cùng bước sóng khi
nó không dùng chung một tuyến truyền dẫn nào. Điều này cho phép cùng một bước
sóng được sử dụng lại ở các phần khác nhau của mạng. Ví dụ, ở hình 1.5 chỉ ra 6
lightpaths. Lightpath giữa B và C, lightpath giữa D và E, và một trong những
lightpaths giữa E và F không dùng chung tuyến liên kết nào trong mạng và vì thế
có thể được thiết lập sử dụng một bước sóng λ
1
.

Đồng

thời, lightpath giữa A và F
dùng chung một kết nối với lightpath giữa B và C nên phải sử dụng bước sóng khác
(λ
2
). Tương tự, hai lightpath giữa E và F phải được gán các bước sóng khác nhau.
Chú ý rằng tất cả các lightpath này sử dụng cùng bước sóng trên mọi kết nối trong
đường đi của nó. Đây là một sự ràng buộc mà ta phải giải quyết nếu ta không có đủ
khả năng chuyển đổi bước sóng trong mạng. Giả sử ta chỉ có hai bước sóng có sẵn

trong mạng và muốn thiết lập một lightpath mới giữa các nút E và F. Không có
chuyển đổi bước sóng, ta sẽ không thể thiết lập được lightpath này. Nói cách khác,
nếu nút trung gian X có thể thực hiện chuyển đổi bước sóng, thì ta có thể thiết lập
lightpath này sử dụng bước sóng λ
2
trên tuyến EX và bước sóng λ
1
trên tuyến XF.
Các phần tử mạng chính cho phép mạng quang hoạt động là các thiết bò cuối
quang (OLTs), các bộ ghép kênh xen/rớt quang (OADMs) và các bộ kết nối chéo
quang (OXCs) như chỉ ra trong hình 1.2. OLT ghép các bước sóng vào một sợi
quang và tách một tập những bước sóng trên một sợi đơn vào các sợi riêng rẽ.
OLTs được sử dụng ở các đầu cuối của một liên kết WDM điểm nối điểm. OADM
thu vào các tín hiệu ở nhiều bước sóng và “rớt” có chọn lọc một số các bước sóng
này trong khi cho những bước sóng khác đi qua. Nó cũng thêm các bước sóng vào
tín hiệu ghép đi ra một cách chọn lọc. Một OADM có các cổng hai dây nơi các tín
hiệu ghép WDM hiện diện và một số cổng nội bộ nơi mà các bước sóng được rớt
và xen. Một OXC về cơ bản thực hiện một chức năng tương tự như OADM nhưng
với quy mô lớn hơn nhiều. OXCs có số cổng lớn (từ vài chục đến vài nghìn) và có
thể chuyển mạch những bước sóng từ một cổng vào đến cổng khác. Cả OADMs và
OXCs đều có thể kết hợp các khả năng chuyển đổi bước sóng bên trong.
Các mạng quang dựa vào kiến trúc được mô tả ở trên đã được triển khai. OLTs
được triển khai rộng rãi cho các ứng dụng điểm nối điểm. OADMs hiện nay được
sử dụng trong các mạng đường dài và mạng tập trung. OXCs bắt đầu được triển
khai trước trong các mạng đường dài vì dung lượng yêu cầu cao hơn trong các
mạng này.

3. Tính trong suốt và các mạng toàn quang

Một đặc trưng chính của dòch vụ lightpath được cung cấp bởi các mạng thế hệ

thứ hai là dạng dòch vụ này có thể trong suốt đối với dữ liệu thật được gửi trên
lightpath một khi nó được thiết lập. Chẳng hạn như một tốc độ bit lớn nhất và nhỏ
nhất nào đó có thể được đònh rõ, dòch vụ có thể chấp nhận dữ liệu ở bất cứ tốc độ
bit nào và bất cứ dạng nghi thức nào trong vòng giới hạn này. Nó cũng có thể mang
dữ liệu tương tự.
LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 1: Giới Thiệu Mạng Thông Tin Quang
HVTH: LƯU NGỌC ĐIỆP
5
Tính trong suốt trong mạng cung cấp nhiều thuận lợi. Một điều hành viên có thể
cung cấp các loại dòch vụ khác nhau sử dụng một cơ sở hạ tầng riêng rẽ. Ta có thể
nghó điều này như là tính trong suốt của dòch vụ. Thứ hai, nếu các nghi thức hoặc
tốc độ bit thay đổi, thiết bò đã triển khai trong mạng vẫn có khả năng hỗ trợ các
nghi thức hoặc tốc độ bit mới mà không cần một sự đại tu toàn bộ mạng. Điều này
cho phép các dòch vụ mới được triển khai hiệu quả và nhanh chóng, trong khi các
dòch vụ cũ vẫn được thực hiện.
Một ví dụ về mạng trong suốt loại này là mạng điện thoại. Một khi cuộc gọi
được thiết lập trong mạng điện thoại, nó cung cấp 4 Khz băng thông qua đó một
người sử dụng có thể gửi nhiều dạng lưu lượng khác nhau như là tiếng nói, dữ liệu,
hoặc fax. Tính trong suốt cũng trở thành một nét đặc biệt trong các mạng quang thế
hệ thứ hai.
Một thuật ngữ khác liên quan đến các mạng trong suốt là khái niệm mạng toàn
quang. Trong mạng này, dữ liệu đïc mang từ nguồn đến nơi dưới dạng quang, mà
không phải trải qua bất cứ chuyển đổi quang-điện nào dọc theo đường đi. Một cách
lý tưởng, mạng này sẽ hoàn toàn trong suốt. Tuy nhiên, mạng toàn quang bò giới
hạn trong phạm vi của nó bởi nhiều thông số của lớp vật lý như là băng thông và
các tỉ số tín hiệu trên nhiễu. Ví dụ như các tín hiệu tương tự yêu cầu tỉ số tín hiệu
trên nhiễu cao hơn nhiều so với các tín hiệu số. Yêu cầu thật sự dựa vào đònh dạng
điều chế được sử dụng cũng như tốc độ bit.
Mặc dù chúng ta nói về các mạng quang, nhưng hầu như các mạng này luôn
chứa một số thiết bò điện tử. Trước hết, điện tử đóng một vai trò chủ yếu trong việc

thực hiện các chức năng điều khiển và quản lý thông minh trong mạng. Tuy nhiên,
ngay cả trên đường đi của dữ liệu, trong hầu hết trường hợp, thiết bò điện tử cần
thiết ở phần bên ngoài mạng để làm thích ứng tín hiệu đi vào mạng quang. Trong
nhiều trường hợp, tín hiệu không thể duy trì dưới dạng quang trên đường đi đến
đích vì những giới hạn bò áp đặt bởi thiết kế lớp vật lý và phải tái tạo lại ở giữa.
Trong các trường hợp khác, tín hiệu cần phải được chuyển từ một bước sóng này
sang bước sóng khác. Trong tất cả các tình huống này, tín hiệu thường được chuyển
từ dạng quang sang dạng điện và điện thành quang.
Các bộ lặp điện tử sẽ làm giảm tính trong suốt của đường đi tín hiệu. Có ba kỹ
thuật tái tạo điện tử cho dữ liệu số. Một tiêu chuẩn được gọi là tái tạo với đònh thời
gian và đònh dạng được gọi là 3R. Ở đây tốc độ bit được tách ra từ tín hiệu và tín
hiệu được đònh thời gian lại. Kỹ thuật này chủ yếu tạo ra một bản sao “mới” của tín
hiệu ở mỗi bước tái tạo, cho phép tín hiệu đi qua một số rất lớn các bộ lặp. Tuy
nhiên, nó loại trừ tính trong suốt đối với tốc độ bit và các đònh chuẩn khung.
Một phương pháp tái tạo các tín hiệu quang mà không cần đònh thời gian, được
gọi là 2R, cung cấp tính trong suốt đối với các tốc độ bit mà không hỗ trợ dữ liệu
tương tự hoặc các đònh dạng điều chế khác nhau. Tuy nhiên, phương pháp này giới
hạn số bước lặp cho phép, đặc biệt ở các tốc độ bit cao hơn, trên vài trăm Mbps.
Dạng tái tạo cuối cùng là 1R, trong đó tín hiệu đơn giản được nhận và phát lại
mà không cần đònh thời gian và hình dạng. Dạng tái tạo này cũng có thể xử lý dữ
LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 1: Giới Thiệu Mạng Thông Tin Quang
HVTH: LƯU NGỌC ĐIỆP
6
liệu tương tự, nhưng hiệu quả của nó kém hơn hai dạng trên. Vì lý do này, các
mạng đang triển khai ngày nay sử dụng kỹ thuật 2R và 3R. Tuy nhiên, các bộ
khuếch đại này được dùng rộng rãi để khuếch đại tín hiệu trong miền quang mà
không phải chuyển tín hiệu quang sang điện.
Một mạng hoàn toàn trong suốt sẽ hỗ trợ các tín hiệu tương tự với các tốc độ bit
và các nghi thức khung bất kỳ. Tuy nhiên, như đã nói ở trên, xây dựng được một
mạng loại này là điều không thực tế. Ngày nay, một lựa chọn thực tiễn hơn là xây

dựng mạng hỗ trợ các loại tín hiệu số khác nhau với tốc độ bit cực đại được đònh
trước và một tập các đònh chuẩn khung riêng biệt, như là SONET và Gigabit
Ethernet. Mạng hỗ trợ nhiều đònh chuẩn khung khác nhau được thực hiện bằng
cách sử dụng hoặc là kỹ thuật 2R trong mạng hoặc là cung cấp các thiết bò thích
nghi 3R riêng biệt cho mỗi đònh ước khung. Mạng này được vẽ trong hình 1.3.















4. Chuyển mạch gói quang

Đến đây ta đã nói về mạng quang cung cấp các lightpath. Các mạng này về
bản chất là các mạng chuyển mạch mạch. Những nhà nghiên cứu cũng đang làm
việc trên các mạng quang mà có thể thực hiện chuyển mạch gói trong miền quang.
Một mạng loại này có thể cung cấp các dòch vụ mạch ảo hoặc các dòch vụ
datagram, rất giống các dòch vụ trong các mạng ATM và IP. Với một kết nối mạch
ảo, mạng cung cấp một kết nối chuyển mạch mạch giữa hai nút. Tuy nhiên, băng
thông được cấp trên kết nối có thể nhỏ hơn toàn bộ băng thông có sẵn trên một
tuyến liên kết. Ví dụ như, những kết nối riêng rẽ trong một mạng tốc độ cao tương

lai có thể hoạt động ở 10Gbps, trong khi tốc độ bit truyền dẫn trên một bước sóng
có thể là 100Gbps. Vì vậy mạng phải hợp nhất một số dạng ghép kênh phân chia
thời gian để kết hợp nhiều kết nối thành một tốc độ bit. Ở những tốc độ này, có thể
thực hiện ghép kênh trong miền quang dễ hơn trong miền điện.
Một nút chuyển mạch gói quang được mô tả như trong hình 1.4. Mục đích là
nhằm tạo ra các nút chuyển mạch gói với dung lượng cao hơn nhiều so với chuyển
OEO
Wavelength
conversion
OEO
OEO
Re
g
eneration
OEO
Ada
p
tation
OEO
OEO
All-o
p
tical subnet
All-o
p
tical subnet
All-o
p
tical subne
t

Lightpath
λ
2
λ
1
λ
2
λ
1
Hình 1.3
LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 1: Giới Thiệu Mạng Thông Tin Quang
HVTH: LƯU NGỌC ĐIỆP
7
mạch gói điện tử. Một nút này lấy một gói đi vào, đọc header của nó và chuyển nó
đến một ngõ ra thích hợp. Nút cũng có thể áp đặt một header mới trên gói. Nó
cũng phải xử lý tranh chấp cho các cổng ra. Nếu hai gói đi vào trên các cổng khác
nhau muốn đi ra trên cùng một cổng, một trong hai phải được đệm, hoặc gửi ra trên
một cổng khác.

Một cách lý tưởng, tất cả các chức năng bên trong nút đều được thực hiện trong
miền quang, nhưng thực tế, một số chức năng nào đó như là xử lý header và điều
khiển chuyển mạch phải thực hiện bằng điện tử. Điều này là do khả năng xử lý bò
giới hạn trong miền quang. Bản thân phần header có thể được gửi ở một tốc độ bit
thấp hơn so với dữ liệu cho nên nó có thể được xử lý điện tử.
Nhiệm vụ của chuyển mạch gói quang là cho phép các khả năng chuyển mạch
gói ở các tốc độ mà không thể đạt được với chuyển mạch gói điện tử. Tuy nhiên,
các nhà thiết kế bò cản trởû bởi nhiều hạn chế về mặt xử lý tín hiệu trong miền
quang. Một yếu tố quan trọng là thiếu các bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên quang để
đệm. Các bộ đệm quang được thực hiện bằng cách sử dụng một chiều dài sợi quang
và những đường dây trễ đơn giản mà không phải là các bộ nhớ chức năng đầy đủ.
Chuyển mạch gói bao gồm một số lớn các phần mềm thời gian thực thông minh và
phần cứng dành để điều khiển mạng và cung cấp các đảm bảo về chất lượng dòch
vụ, các chức năng này khó thực hiện trong miền quang. Một yếu tố khác là trạng
thái tương đối mới của kỹ thuật chuyển mạch quang nhanh so với chuyển mạch
điện tử. Vì những lý do này, ngày nay chuyển mạch gói quang vẫn còn trong giai
đoạn thử nghiệm.

5. Các vấn đề cơ bản về truyền dẫn

Phần này giới thiệu và đònh nghóa các thông số phổ biến liên quan đến hệ thống
thông tin quang.

5.1. Bước sóng, tần số, và khoảng cách kênh

Control
Input
Switch

Header
recognition
Header
recognition




Output
buffers
Input
buffers
Packets
Hình 1.4: Một nút chu
y
ển mạch
g
ói
q
uan
g
LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 1: Giới Thiệu Mạng Thông Tin Quang
HVTH: LƯU NGỌC ĐIỆP
8
Khi nói đến các tín hiệu WDM là chúng ta đang nói về bước sóng hoặc tần số
của các tín hiệu này. Bước sóng
λ
và tần số f liên hệ với nhau qua công thức: c =
f
λ

.
Trong đó c là tốc độ của ánh sáng trong không gian tự do và bằng 3 x 10
8
m/s. Tốc
độ ánh sáng trong sợi quang thật sự thấp hơn một chút (gần 2 x 10
8
m/s), do đó các
bước sóng cũng khác nhau.
Để mô tả một tín hiệu WDM, ta có thể sử dụng hoặc tần số hoặc bước sóng của
nó. Bước sóng được đo bằng đơn vò là nanomet (nm) hoặc micromet (µm hoặc
microns). (1 nm = 10
-9
m, 1 µm = 10
-6
m). Các bước sóng ưa được dùng trong thông
tin quang tập trung xung quanh 0.8, 1.3, và 1.55 µm. Các bước sóng này nằm trong
dải hồng ngoại, không thể nhìn thấy đối với mắt người. Tần số được đo bằng đơn vò
Hertz (hoặc số chu kỳ trên giây), tiêu biểu hơn là megahertz (1 MHz = 10
6
Hz),
gigahertz (1 GHz = 10
9
Hz), hoặc Terahertz (1 THz = 10
12
Hz). Sử dụng c = 3 x 10
8

m/s, một bước sóng 1.55 µm sẽ tương ứng với một tần số xấp xỉ 193 THz hay 193 x
10
12

Hz.
Một thông số được quan tâm khác là khoảng cách kênh, là khoảng cách giữa
hai bước sóng hoặc tần số trong một hệ thống WDM. Khoảng cách kênh có thể
được đo bằng đơn vò của bước sóng hoặc tần số. Mối liên hệ giữa hai đại lượng có
thể đạt được bắt đầu từ phương trình f = c /
λ
.
Lấy vi phân phương trình này quanh một giá trò trung tâm λ
0
, ta được mối liên
hệ giữa khoảng cách tần số ∆f và khoảng cách bước sóng ∆
λ
là:
∆f = - c. ∆
λ
/ λ
2
0

.
Ở bước sóng λ
0
= 1550 nm, khoảng cách bước sóng 0.8 nm tương ứng một
khoảng cách tần số 100Ghz, một khoảng cách tiêu biểu trong các hệ thống WDM.
Các tín hiệu thông tin số trong miền thời gian có thể được xem như chuỗi các
xung đònh kỳ, mở hoặc tắt, phụ thuộc vào dữ liệu là 1 hay 0. Tốc độ bit đơn giản là
nghòch đảo của chu kỳ. Các tín hiệu này có một sự biễu diễn tương tự trong miền
tần số, nơi mà năng lượng của tín hiệu trải dài qua một tập tần số. Sự biễu diễn này
được gọi là phổ công suất, hoặc đơn giản là phổ. Băng thông tín hiệu là độ rộâng
phổ của tín hiệu. Băng thông cũng có thể được đo trong miền tần số hoặc trong

miền bước sóng, nhưng hầu hết được đo trong miền tần số. Lưu ý rằng chúng ta
đang sử dụng thuật ngữ băng thông khá lỏng lẻo. Băng thông và tốc độ bit của một
tín hiệu số liên quan nhau nhưng không giống nhau một cách chính xác. Băng
thông thường được đo bằng kilohertz, megahertz hoặc gigahertz, trong khi đó tốc
độ bit được tính bằng kilobit/giây (kb/s), megabit/giây(Mb/s), hoặc gigabit/giây
(Gb/s). Mối liên quan giữa hai đại lượng phụ thuộc vào dạng điều chế được sử
dụng. Ví dụ như, một đường dây điện thoại cung cấp băng thông 4 kHz, nhưng kỹ
thuật điều chế phức tạp cho phép chúng ta thực hiện một tốc độ bit 56kb/s qua
đường dây điện thoại này. Tỉ số của tốc độ bit với băng thông có sẵn được gọi là
hiệu suất phổ. Các hệ thống thông tin quang sử dụng các kỹ thuật điều chế khá đơn
giản mà đạt được hiệu suất phổ khoảng 0.4 bits/s/Hz. Vì thế hợp lý khi cho rằng
một tín hiệu ở tốc độ 10Gb/s sử dụng băng thông xấp xỉ 25 Ghz. Lưu ý rằng băng
LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 1: Giới Thiệu Mạng Thông Tin Quang
HVTH: LƯU NGỌC ĐIỆP
9
thông tín hiệu cần đủ nhỏ hơn khoảng cách kênh; nếu không ta sẽ gặp các nhiễu
không mong muốn giữa các kênh kế nhau và méo của chính tín hiệu.

5.2. Các tiêu chuẩn bước sóng

Các hệ thống WDM ngày nay chủ yếu sử dụng vùng bước sóng 1.55 µm vì hai
lý do: mất mát vốn có trong sợi quang thấp nhất ở vùng này, và các bộ khuếch đại
xuất sắc sẵn có trong vùng đó. Các bước sóng và tần số được sử dụng trong các hệ
thống WDM được tiêu chuẩn hoá trên một lưới tần số bởi Hiệp Hội Viễn Thông
Quốc Tế (ITU). Nó là một lưới vô tận tập trung ở 193.1 THz, một phần của nó
được chỉ ra trong hình 1.5. ITU quyết đònh tiêu chuẩn hoá mạng lưới trong miền tần
số dựa vào các khoảng cách kênh tương đương 50 GHz hoặc 100 GHz. Quan sát
thấy rằng nếu nhiều kênh được cách đều nhau theo bước sóng, thì sẽ không cách
đều một cách chính xác trong miền tần số và ngược lại.
Ngày nay, ta đang bắt đầu nhìn thấy những hệ thống sử dụng các khoảng cách

kênh 25 GHz. Chúng ta cũng đang thấy nhiều băng truyền dẫn được sử dụng. Các
hệ thống WDM trước đây sử dụng băng C, hoặc băng quy ước (xấp xỉ 1530-1565
nm). Sử dụng băng L, hoặc băng có bước sóng dài (xấp xỉ 1565-1625 nm), đã trở
nên khả thi gần đây với sự phát triển của các bộ khuếch đại quang trong dải này.













Nó được chứng minh rằng khó đạt được sự thoả thuận từ những nhà sản xuất và
các nhà cung cấp dòch vụ WDM khác nhau trên những tiêu chuẩn bước sóng cụ thể
hơn. Các nhà sản xuất WDM khác nhau dùng các phương pháp khác nhau để tối ưu
những thiết kế hệ thống của họ, vì thế kế hoạch hội tụ tại một bước sóng là điều
khó khăn. Tuy nhiên, tiêu chuẩn của ITU đã giúp tăng cường sự triển khai các hệ
thống này.

5.3. Công suất quang và mất mát

Trong thông tin quang, việc sử dụng đơn vò decibel (dB) để đo công suất và các
mức tín hiệu gần như là phổ biến, trái với các đơn vò quy ước. Lý do để làm điều
. . .
. . .

100 GHz
100 GHz
Signal bandwidth
Frequency (THz) 192.9 193.0 193.1 193.2 193.3
Wavelength(nm) 1554.1341553.3291552.524 11551.7211550.918
Hình 1.5: Lưới tần số sử dụn
g
tron
g
hệ thốn
g
WDM được
q
u
y
đònh bởi ITU
LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 1: Giới Thiệu Mạng Thông Tin Quang
HVTH: LƯU NGỌC ĐIỆP
10
này là công suất thay đổi qua nhiều mức trong một hệ thống. Điều này dễ giải
quyết với một tỷ lệ logarit hơn là một thang đo tuyến tính. Vả lại, sử dụng tỷ lệ
này, các tính toán liên quan đến phép nhân trong miền quy ước trở thành các thao
tác cộng trong miền decibel. Các đơn vò Decibel được dùng để thể hiện các giá trò
tương đối cũng như tuyệt đối.
Để hiểu hệ thống này, ta xét một tuyến truyền dẫn sợi quang. Giả sử ta phát
một tín hiệu ánh sáng với công suất P
t
watts (W). Dưới dạng đơn vò dB, ta có
(P
t

)
dBW
= 10log(P
t
)
W
.
Trong nhiều trường hợp, đo công suất quang bằng miliwatts (mW) thuận tiện
hơn và ta có một giá trò dBm là
(P
t
)
dBm
= 10log(P
t
)
mW
.
Ví dụ như, một công suất 1 mW tương ứng 0 dBm hoặc –30dBW. Một công suất
10 mW tương ứng với 10 dBm hoặc –20 dBW.
Khi truyền qua sợi quang, tín hiệu ánh sáng sẽ suy hao; nghóa là công suất nó bò
giảm. Ở đầu cuối của đường truyền, ta giả sử công suất nhận được là P
r
. Thì mất
mát γ của đường truyền được đònh nghóa là γ = P
r
/ P
t
.
Trong đơn vò dB, ta sẽ có

(γ)
dB
= 10logγ = (P
r
)
dBm
– (P
t
)
dBm.
Lưu ý rằng dB được dùng để chỉ các giá trò tương đối, trong khi đó dBm và dBW
được dùng để chỉ các giá trò công suất tuyệt đối. Ví dụ như, nếu P
t
= 1 mW và P
r
=
1 µW, tức là γ = 0.001. Ta có:
(P
t
)
dBm
= 0 dBm hoặc –30 dBW,
(P
r
)
dBm
= -30 dBm hoặc –60 dBW,
và
(γ)
dB

= -30 dB.
Có nghóa là, một tín hiệu bò suy hao 1000 lần chòu mất mát là 30dB. Một tín
hiệu được khuếch đại 1000 lần tương đương với độ lợi là 30 dB.
Ta thường đo mất mát trong sợi quang bằng đơn vò dB/km. Ví dụ một tín hiệu
được truyền qua 120 km sợi quang với mất mát 0.25 dB/km thì sẽ bò suy hao 30 dB.







LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 2: Giới Thiệu Mạng Ghép Kênh Đa Bước Sóng (DWDM)
HVTH: LƯU NGỌC ĐIỆP

11
CHƯƠNG 2
GIỚI THIỆU MẠNG GHÉP KÊNH ĐA BƯỚC
SÓNG (DWDM)
Những mạng quang dùng kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng (WDM) được tin
là các mạng thế hệ tiếp theo có thể làm thoả mãn nhu cầu gia tăng băng thông liên
tục cho người sử dụng. Để hỗ trợ các ứng dụng có yêu cầu băng thông cao, trễ và tỉ
lệ lỗi thấp; ta phải sử dụng các mạng có thể đáp ứng những nhu cầu này. Trong khi
sợi quang cung cấp cho chúng ta các đường truyền đạt được những đặc tính mong
muốn, thì băng thông mạng lại bò giới hạn bởi tốc độ xử lý ở các nút. Nguyên do là
tốc độ xử lý ở các nút phải được thực hiện bằng điện tử. Điều này có nghóa là tín
hiệu quang trên sợi phải được chuyển thành tín hiệu điện, xử lý ở tốc độ điện tử
thấp và sau đó được chuyển lại thành tín hiệu quang để truyền đi trên sợi quang.
Điều này không những làm cho mạng bò chậm xuống, mà còn làm gia tăng chi phí
trên mạng. Giải pháp cho vấn đề này hiển nhiên là xây dựng các mạng mà trong

đó tín hiệu hoàn toàn được xử lý trong miền quang. Các mạng này được gọi là các
mạng toàn quang.
Nhu cầu băng thông cao hơn: Ngày nay, các mạng xương sống Internet
đang được xây dựng với một nhòp độ rất nhanh. Tốc độ tăng trưởng của lưu
lượng dữ liệu gấp 10 lần so với lưu lượng tiếng nói mỗi năm. Người ta cho
rằng lưu lượng tiếng nói tăng với tốc độ 13% mỗi năm trong khi lưu lượng dữ
liệu tăng từ 7% đến 20% hàng tháng. Hình 2.1 so sánh tốc độ tăng của dữ
liệu và tiếng nói qua nhiều năm.












Những nhà cung cấp dòch vụ hàng đầu dự báo rằng băng thông tăng gấp đôi
trên các mạng xương sống khoảng 6 đến 9 tháng. Không chỉ lưu lượng dữ
liệu tăng ở tốc độ cao mà tính chất của lưu lượng cũng phức tạp. Lưu lượng
mang trên một mạng xương sống có thể bắt nguồn từ dữ liệu chuyển mạch
mạch (tiếng nói TDM và fax), chuyển mạch gói (IP), hoặc các cell (ATM và
Hình 2.1: Tốc độ tăn
g
dun
g
lượn

g
dữ liệu và tiến
g
nói theo thời
g
ian
LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 2: Giới Thiệu Mạng Ghép Kênh Đa Bước Sóng (DWDM)
HVTH: LƯU NGỌC ĐIỆP

12
Frame Relay). Hơn nữa, có một phần dữ liệu nhạy với trễ như là VOIP và
Video tăng dần.

Những lựa chọn trong việc tăng băng thông: Đương đầu với những thách
thức về dung lượng gia tăng mạnh mẽ trong khi chi phí bò ràng buộc, các nhà
cung cấp có hai sự chọn lựa: lắp đặt sợi quang mới hoặc làm tăng hiệu quả
băng thông của những sợi có sẵn.
Lắp đặt sợi mới là phương pháp truyền thống mà các được các nhà
cung cấp sử dụng để mở rộng các mạng. Tuy nhiên, triển khai sợi mới là
một việc là tốn kém. Người ta ước tính khoảng 70.000 đô trên một dặm,
phần lớn là chi phí cho những giấy phép và xây dựng hơn là bản thân sợi
quang.
Làm tăng hiệu quả dung lượng của sợi đang sử dụng có thể được thực
hiện bằng hai cách:
• Tăng tốc độ bit của những hệ thống đang tồn tại.
• Tăng số bước sóng trên một sợi.

Tăng tốc độ Bit:
Sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia thời gian TDM, dữ
liệu hiện nay thường được truyền dẫn ở 2,5 Gbps (OC-48) và tăng lên ở 10

Gbps (OC-192); những tiến bộ gần đây đã đưa đến các tốc độ cao hơn
40Gbps (OC-768). Tuy nhiên các mạch điện tử thực hiện được điều này sẽ
phức tạp và tốn kém, cả trong việc mua sắm và bảo trì. Thêm vào đó, có
những phát sinh quan trọng về kỹ thuật có thể làm hạn chế tính ứng dụng
của kỹ thuật này. Ví dụ như, truyền dẫn ở tốc độ OC-192 qua một sợi quang
đơn mode (SM), bò ảnh hưởng bởi tán sắc sắc thể gấp 16 lần so với tốc độ
OC-48. Công suất truyền dẫn lớn hơn yêu cầu bởi tốc độ bit cao hơn cũng
gây ra ảnh hưởng phi tuyến mà có thể làm ảnh hưởng chất lượng dạng sóng.
Cuối cùng là tán xạ mode phân cực, một ảnh hưởng khác làm hạn chế chiều
dài xung ánh sáng có thể đi qua.

Tăng số bước sóng:
Trong phương pháp này, nhiều bước sóng được kết hợp
vào một sợi riêng rẽ. Sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia bước sóng
(WDM), nhiều bước sóng (còn gọi là các sắc ánh sáng) có thể ghép đồng
thời các tín hiệu từ 2,5 đến 40 Gbps trên một sợi quang. Không phải lắp đặt
thêm sợi mới, hiệu quả dung lượng của sợi đang có thường có thể tăng từ 16
đến 32. Các hệ thống với 128 và 160 bước sóng được đưa vào hoạt động
ngày nay.

Sự tiến hoá của kỹ thuật ghép kênh đa bước sóng (DWDM): DWDM
chính là kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng với số bước sóng được ghép rất
lớn (dày đặc). Cho đến cuối những năm 80, thông tin sợi quang chủ yếu còn
hạn chế để truyền một kênh quang riêng lẻ. Vì có liên quan đến suy hao sợi,
LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 2: Giới Thiệu Mạng Ghép Kênh Đa Bước Sóng (DWDM)
HVTH: LƯU NGỌC ĐIỆP

13
kênh này yêu cầu được tái tạo đònh kỳ, trong đó bao gồm tách sóng, xử lý
điện tử, và phát lại tín hiệu quang. Sự tái tạo này có thể sử dụng chỉ cho một

bước sóng đơn lẻ. Vào đầu những năm 90, các bộ khuếch đại quang được
phát triển, cho phép thực hiện truyền dẫn tốc độ cao với ít bộ lặp hơn. Nhiều
bước sóng độc lập khác nhau có thể được truyền đồng thời qua một sợi để
tận dụng hoàn toàn băng thông của sợi. WDM là kỹ thuật tiến bộ cho phép
truyền nhiều bước sóng trên một sợi đơn. Trong truyền dẫn WDM, các kênh
dữ liệu khác nhau được điều chế vào một sợi quang với những bước sóng
tương ứng. Toàn bộ băng thông được cung cấp trên sợi quang là tổng tất cả
các băng thông được cung cấp bởi các kênh riêng rẽ.













Kỹ thuật WDM đang được triển khai rộng rãi trên những liên kết điểm nối
điểm trong các mạng ở Mỹ. Tuy nhiên, WDM hứa hẹn những thuận lợi cho
chuyển mạch và đònh tuyến cũng như truyền dẫn. Các bộ kết nối chéo quang
hiện đang được phát triển có thể chuyển một số lớn bước sóng từ một sợi
ngõ vào đến một sợi quang ngõ ra. Các kết nối từ đầu cuối đến đầu cuối với
băng thông cố đònh, tốc độ cao được gọi là những lightpath có thể được thiết
lập giữa các nút khác nhau. Mạng quang đònh tuyến bước sóng hi vọng được
tiến hoá từ các hệ thống WDM truyền dẫn riêng rẽ đang tồn tại hình thành
nên các lớp quang học trong những mạng tương lai. Các lớp quang này sẽ

cung cấp chuyển mạch, đònh tuyến, khôi phục trên cơ sở một bước sóng.

1. Các kỹ thuật được dùng trong mạng MAN

Có một số kỹ thuật được dùng để truyền tải và đóng gói dữ liệu trong mạng thủ
phủ. Mục đích chính của những mạng này là cung cấp các dạng lưu lượng và tốc độ
mới khác nhau. Dưới đây là một số kỹ thuật được dùng trong mạng thủ phủ.
a. TDM:
TDM là một phương pháp ghép kênh phân chia thời gian nhằm tối ưu lưu
lượng tiếng nói có thể mang qua một môi trường. Trong mạng điện thoại
trước khi TDM được phát minh, mỗi cuộc gọi yêu cầu một đường dây vật lý
WDM
Hình 2.2: Ghé
p
kênh theo bước són
g

LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 2: Giới Thiệu Mạng Ghép Kênh Đa Bước Sóng (DWDM)
HVTH: LƯU NGỌC ĐIỆP

14
cho riêng nó. Đây là một giải pháp đắt tiền. Dùng kỹ thuật ghép kênh, nhiều
hơn một cuộc gọi có thể được gửi trên một đường truyền vật lý.
TDM làm tăng dung lượng đường dây truyền dẫn bằng cách chia thời
gian thành những khoảng nhỏ hơn do đó các bit từ nhiều nguồn khác nhau có
thể được mang đi trên một tuyến, làm tăng hiệu quả số các bit được truyền
trên giây.

Trong TDM, dữ liệu vào được phục vụ theo kiểu xoay vòng. Mỗi khe
thời gian được dự trữ ngay cả khi không có dữ liệu để gửi, do vậy hiệu quả
kém. Vấn đề này được giảm bớt bằng cách ghép kênh thống kê sử dụng
trong mode truyền dẫn bất đồng bộ (ATM). Mặc dù ATM tận dụng băng
thông tốt hơn, nhưng lại có những hạn chế thực tế đối với tốc độ có thể đạt
được vì những xử lý điện tử yêu cầu cho việc phân tách và tập hợp lại các tế
bào ATM mang dữ liệu.
b. SONET:
Công nghệ Viễn thông đã thông qua mạng quang đồng bộ (SONET) hoặc
tiêu chuẩn phân cấp số đồng bộ (SDH) cho truyền tải quang hay dữ liệu
TDM. SONET được sử dụng ở Bắc Mỹ, còn SDH được sử dụng ở nơi khác,
là hai chuẩn liên quan chặt chẽ với nhau đònh rõ các thông số giao tiếp, tốc
độ, đònh dạng khung, phương pháp ghép kênh và quản lý cho TDM đồng bộ.
SONET/SDH lấy các luồng n bit, ghép chúng lại, điều chế quang tín hiệu
và sử dụng một thiết bò phát ra ánh sáng để gửi nó ra ngoài trên sợi quang
với một tốc độ bit tương đương với (tốc độ bit đi vào) x n. Vì vậy lưu lượng đi
đến bộ ghép kênh SONET từ bốn nơi với tốc độ 2,5 Gbps sẽ đi ra như một
luồng đơn ở tốc độ 4 x 2,5 Gbps = 10 Gbps. Nguyên tắc này được minh hoạ
trong hình 2.4.

. . .
N
2
1
NB b/s
TDM or OTDM mux
Hình 2.3: Ghé
p
kênh theo thời
g
ian
Incoming stream
2.5 Gbps
10 Gbps
Hình 2.4: N
g
u
y
ên tắc
g
hé
p
kênh tron
g
mạn
g
SONET

LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 2: Giới Thiệu Mạng Ghép Kênh Đa Bước Sóng (DWDM)
HVTH: LƯU NGỌC ĐIỆP

15
Đơn vò đầu tiên được dùng trong ghép kênh các cuộc gọi điện thoại là 64
kbps, biểu thò cho một khe thời gian (time slot). Ghép hai mươi bốn (ở Bắc
Mỹ) hoặc ba mươi hai (ở Châu Âu) khe thời gian này sử dụng kỹ thuật ghép
kênh TDM tạo thành một luồng tín hiệu tốc độ bit cao hơn (1,544 Mbps hoặc
2,048 Mbps) để truyền qua các đường T1 và E1 tương ứng.
SONET cung cấp băng thông khổng lồ dựa trên nhiều tốc độ từ STS-1 ở
51,84 Mbps đến STS-192/STM-64 ở 10Gbps. OC-768 (40Gbps) chưa được
phổ biến. SONET/SDH là nền tảng của các mạng MAN qua nhiều thập niên
như là một lớp chuyển vận cơ bản cho cả chuyển mạch mạch TDM và một
phần các mạng dữ liệu.
SONET/SDH có một số các trở ngại. Như với TDM, khái niệm về độ ưu
tiên và tắc nghẽn không tồn tại trong SONET hoặc SDH. Ghép kênh phân
cấp số cũng cứng nhắc như vậy. Chẳng hạn như, nấc tiếp theo của TDM
10Gbps (STS-192) là 40Gbps (STS-768). Vì hệ phân cấp số được tối ưu cho
lưu lượng tiếng nói, nên sẽ không hiệu quả khi mang lưu lượng dữ liệu với
các khung SONET. Ngược lại, DWDM, có thể chuyển tải bất cứ nghi thức
nào, kể cả SONET, mà không cần sự đóng gói đặc biệt nào. Hơn nữa việc
lắp đặt SONET/SDH khá là đắt tiền.

c. ATM:
Mode chuyển tải bất đồng bộ ATM là một kỹ thuật chuyển mạch sử dụng
các tế bào (cell) kích thước nhỏ, cố đònh. ATM là một kỹ thuật kết nối đònh
hướng. Khái niệm bất đồng bộ muốn nói rằng các cells được truyền dẫn
xuyên qua mạng theo nhu cầu. Các cells ATM nhỏ (53 bytes) so với các gói
mạng nội bộ có chiều dài thay đổi. Thông tin trong phần đầu (header) và
phần tải (payload) luôn ở cùng một nơi làm cho việc điều khiển cells rất đơn

giản. Vả lại, các cells ATM không cần phải đệm vì chiều dài của chúng cố
đònh. ATM có thể gói gọn các giao thức và các dạng dữ liệu khác nhau
thành một đònh dạng chung mà có thể truyền qua một hạ tầng SONET.

d. Gigabit Ethernet:
Ethernet là nghi thức dùng cho mạng nội bộ phổ biến nhất trên thế giới.
Ethernet nhanh, có tốc độ lên đến 100 Mbps, mang lại một lựa chọn hiệu
qủa về kinh tế cho các kết nối máy chủ và xương sống. Vì là kết quả cải tiến
từ chuẩn Ethernet, nó cho phép các mạng Ethernet hiện có dễ dàng nâng
cấp.
Gigabit Ethernet (GE) xây dựng trên nghi thức Ethernet, nhưng tăng tốc
độ gấp mười lần Ethernet nhanh đến 1000 Mbps, hoặc 1 Gbps. Nghi thức
này được tiêu chuẩn hoá vào tháng sáu năm 1998, chiếm ưu thế trong các
mạng nội bộ tốc độ cao và kết nối máy chủ. Gigabit Ethernet tương đối
không đắt tiền so với các kỹ thuật khác mà cũng cung cấp cùng tốc độ tốc độ
LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 2: Giới Thiệu Mạng Ghép Kênh Đa Bước Sóng (DWDM)
HVTH: LƯU NGỌC ĐIỆP

16
truyền dẫn, nhưng nó không mang lại sự đảm bảo về chất lượng dòch vụ
hoặc chòu đựng được lỗi.

e. FDDI:
FDDI là công nghệ mạng cao tốc do ANSI phát triển. Ban đầu FDDI
được thiết kế cho cáp quang nhưng ngày nay nó cũng hỗ trợ cáp đồng trục
với khoảng cách ngắn hơn. Chuẩn này được dùng phổ biến trên mạng LAN.
FDDI có tốc độ 10 Mbps, dùng đồ hình vòng kép dự phòng, hỗ trợ 500 nút
với khoảng cách cực đại 100 km. Với khoảng cách này, FDDI cũng được
dùng cho mạng MAN.

f. WDM:
WDM làm tăng khả năng truyền tải của môi trường vật lý (sợi quang)
bằng cách dùng một phương pháp hoàn toàn khác với TDM. WDM gán cho
các tín hiệu quang đi vào các tần số ánh sáng (bước sóng) riêng biệt trong
vòng một dải tần nào đó, và ghép các bước sóng trên một sợi quang. Các tín
hiệu được phân kênh ở phía thu. Giống như TDM, dung lượng là tập hợp của
các tín hiệu ngõ vào, nhưng WDM mang mỗi tín hiệu vào độc lập với những
tín hiệu khác. Do vậy, mỗi kênh sẽ có băng thông được dành riêng; tất cả
các tín hiệu đến nơi cùng lúc, không cần phải chia ra và mang đi trong từng
khe thời gian.

2. Những nhu cầu trong mạng vùng rộng và DWDM

Các yêu cầu chính đối với hệ thống DWDM trong một mạng MAN gồm có:
• Hỗ trợ đa giao thức
• Tính tin cậy
• Tính mở (các giao diện, quản lý mạng, các dạng sợi chuẩn, khả năng tương
thích điện từ)
• Lắp đặt và quản lý dễ dàng
• Mang lại lợi nhuận

Ngoài băng thông, các thuận lợi về kỹ thuật hấp dẫn nhất của DWDM có thể
được tóm tắt như sau:
• Tính trong suốt – vì DWDM là một kiến trúc lớp vật lý, nó có thể hỗ trợ cả
TDM và các đònh dạng dữ liệu như ATM, Gigabit Ethernet, ESCON với các
giao diện mở qua một lớp vật lý chung.
• Cung cấp linh động – cung cấp các kết nối nhanh, đơn giản, linh động trong
mạng làm cho những nhà cung cấp dòch vụ có khả năng cung cấp các dòch vụ
băng thông lớn hằng ngày.

LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 3: Truyền Tín Hiệu Trong Sợi Quang
HVTH: LƯU NGOC ĐIỆP

17
CHƯƠNG 3
TRUYỀN TÍN HIỆU TRONG SI QUANG
Sợi quang là một môi trường truyền thông đặc biệt so với các môi trường khác
như cáp đồng hay không gian tự do. Một sợi quang cho suy hao thấp trên một phạm
vi tần số rất lớn tối thiểu là 25 THz, thậm chí cao hơn với các sợi đặc biệt. Băng
thông này đủ để mang hàng trăm triệu cuộc gọi đồng thời, hoặc hàng chục triệu
trang Web trên giây. Đặc tính này cho phép tín hiệu được truyền qua những khoảng
cách xa ở tốc độ cao trước khi cần khuếch đại hay tái lặp lại. Vì thế, các hệ thống
thông tin sợi quang được sử dụng rộng rãi ngày nay.
Vì các hệ thống truyền dẫn mở rộng ra cho những khoảng cách xa và các tốc độ
bit cao hơn, tán sắc trở thành một yếu tố hạn chế quan trọng. Tán sắc là hiện tượng
các thành phần khác nhau của tín hiệu lan truyền với những tốc độ khác nhau trong
sợi quang. Đặc biệt, tán sắc sắc thể chỉ hiện tượng các thành phần tần số (hay bước
sóng) khác nhau của tín hiệu lan truyền trong sợi với những vận tốc khác nhau.
Trong hầu hết trường hợp, tán sắc dẫn đến sự mở rộng xung và vì thế các xung
tương ứng với các bit gần kề sẽ xen nhiễu nhau. Hiện tượng này được gọi là ISI.
Mặt khác, các hệ thống cũng tiến hoá với số bước sóng lớn hơn, ảnh hưởng phi
tuyến trong sợi quang bắt đầu đưa ra những hạn chế nghiêm trọng.
1. Sự truyền ánh sáng trong sợi quang

Một sợi quang gồm có một lõi hình trụï được bao quanh bởi một lớp vỏ. Cả phần
lõi và phần vỏ được làm chủ yếu từ silica (SiO
2
), có chỉ số khúc xạ xấp xỉ 1.45. Chỉ
số khúc xạ của vật liệu là tỉ số tốc độ ánh sáng trong chân không so với tốc độ ánh
sáng trong vật liệu đó. Trong quá trình sản xuất sợi, một số tạp chất nào đó được

đưa vào trong lõi hoặc vỏ để cho chỉ số khúc xạ trong lõi hơi cao hơn của vỏ. Các
nguyên liệu như germani hoặc photpho làm tăng chỉ số khúc xạ của silica và được
dùng làm chất thêm vào cho phần lõi, trong khi chất Bo hoặc Flo làm giảm chỉ số
khúc xạ của silica nên được dùng làm tạp chất cho lớp vỏ.
Ánh sáng có thể được xem như một chùm tia truyền theo những đường thẳng
trong một môi trường và bò phản xạ hoặc khúc xạ ở bề mặt giữa hai vật liệu khác
nhau. Hình 2.1 chỉ ra giao diện giữa hai môi trường có chỉ số khúc xạ là n
1
và n
2
.
Một tia sáng từ môi trường 1 tới mặt phân cách của môi trường 1 với môi trường 2.
Góc tới là góc giữa tia tới và pháp tuyến với bề mặt chung giữa hai môi trường
được biểu thò là θ
1
. Phần năng lượng bò phản xạ vào môi trường 1 là một tia phản
xạ, phần còn lại đi xuyên qua môi trường 2 là một tia khúc xạ. Góc phản xạ θ
1r
là
góc giữa tia phản xạ và pháp tuyến của giao diện; tương tự, góc khúc xạ θ
2
là góc
giữa tia khúc xạ và pháp tuyến. θ
1r
= θ
1
Theo đònh luật Snell : n
1
sinθ
1

= n
2
sinθ
2
Khi góc tới θ
1
tăng lên, góc khúc xạ θ
2
cũng tăng. Nếu θ
2
= 90
0
, thì sinθ
1
= n
2
/n
1.
Lúc đó θ
1
được

gọi là góc tới hạn có giá trò θ
c
= sin
-1
(n
2
/n
1

) ; với n
1
> n
2
.
LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 3: Truyền Tín Hiệu Trong Sợi Quang
HVTH: LƯU NGOC ĐIỆP

18
Với những giá trò θ
1
> θ
c
, sẽ không có tia khúc xạ, và tất cả năng lượng từ tia tới
được phản xạ hết. Hiện tượng này được gọi là phản xạ toàn phần.














Như vậy, điều kiện để xảy ra phản xạ toàn phần là:

• Các tia sáng phải đi từ môi trường có chiết quang lớn sang môi trường có
chiết quang kém hơn
• Góc tới của tia sáng phải lớn hơn góc tới hạn.
Ánh sáng truyền trong sợi quang do hiện tượng phản xạ toàn phần xảy ra ở bề
mặt giữa phần lõi và vỏ. Hình 2.2 mô tả ánh sáng được ghép từ môi trường bên
ngoài (không khí với chiết suất n
0
) vào sợi.






2. Cấu trúc một số sợi quang cơ bản

Sợi quang thực chất là một sợi thủy tinh nhỏ hoạt động như một ống dẫn sóng
cho phép truyền các sóng điện từ như ánh sáng. Cấu trúc hai lớp của sợi quang
nhằm đảm bảo được sự lan truyền ánh sáng trong sợi.
Một trong những khó khăn chính của truyền thông quang là sự suy giảm tín hiệu
truyền trong sợi. Suy giảm tăng lên khi chiều dài sợi quang tăng, tuy nhiên lượng
suy giảm phụ thuộc vào bước sóng của tín hiệu. Có ba cửa sổ suy hao thấp nằm
trong dải bước sóng hồng ngoại là 0.8, 1.3 và 1.55 µm. Suy hao ít nhất khoảng 0.25
dB/km trong dải 1.5 µm nên được dùng trong các ứng dụng khoảng cách xa, và
khoảng 0.5 dB/km trong dải 1.3 µm được dùng chủ yếu ở các ứng dụng nội bộ, tốc
độ cao. Những sợi này cho phép truyền những tín hiệu ánh sáng qua những khoảng
cách dài hàng chục km trước khi cần phải tái tạo lại. Một mode trong sợi quang
tương ứng với một trong nhiều đường đi mà sóng mà sóng có thể truyền xuyên qua
Hình 2.1: Sự
p

hản xạ và khúc xạ các tia sán
g
tại mặt
p
hân cách hai môi trườn
g

θ
2
θ
1r
θ
1
n
1
n
2
Hình 2.2: Ghé
p
ánh sán
g
từ bên n
g
oài vào sợi
q
uan
g

n
2

Cladding
n
1
core

θ
1
θ
0
Air
n
0
LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 3: Truyền Tín Hiệu Trong Sợi Quang
HVTH: LƯU NGOC ĐIỆP

19
sợi. Nói chung, khi đường kính của lõi lớn sẽ cho nhiều mode truyền sóng hơn. Sợi
quang đa mode có đường kính lõi khoảng 50 µm đến 85 µm. Loại sợi này thuận lợi
trong việc tiếp nhận ánh sáng từ nguồn. Do đó có thể sử dụng các nguồn ánh sáng
không đắt như diot phát quang (LED). Tuy nhiên, sợi đa mode có bất lợi là tạo ra
hiện tượng tán xạ mode. Do mỗi mode truyền với một tốc độ khác nhau sẽ đến đầu
cuối với những tốc độ khác nhau, kết quả là xung bò trải ra trong miền thời gian. Do
vậy, sợi đa mode được dùng ở những ứng dụng khoảng cách ngắn. Một cách để
làm hạn chế hiện tượng tán xạ này là làm giảm số mode bằng cách giảm đường
kính lõi. Với đường kính lõi khoảng 8 –10 µm, ta có sợi đơn mode. Sợi đơn mode
loại trừ hiện tượng tán xạ, vì thế cho phép truyền qua những khoảng cách rất xa.
Tuy nhiên, để ghép ánh sáng vào sợi, cần phải sử dụng những thiết bò đắt tiền như
laser.
3. Phân tích ảnh hưởng của sợi quang

3.1. Suy hao của sợi quang và băng thông

a. Công thức:

Công suất ngõ ra P
out
ở đầu cuối của một sợi quang có chiều dài L liên quan với
công suất ngõ vào P
in
qua công thức: P
out
= P
in
.e
-αL
.
Trong đó, α là suy hao sợi quang. Suy hao thường được tính bằng đơn vò dB/km;
suy hao α
dB
dB/km nghóa là tỉ số P
out
/ P
in
cho chiều dài L = 1km thoả mãn:
10log10(P
out
/ P
in
) = -α
dB

Hay α
dB
= (10log
10
e)α

≈ 4.343α
b. Đặc tuyến suy hao:

Đặc tuyến suy hao của sợi quang khác nhau tùy thuộc vào loại sợi. Hình 2.3 cho
thấy suy hao trong silica như là một hàm theo bước sóng. Ta thấy rằng suy hao nhỏ
nhất ở ba dải bước sóng dùng cho truyền thông quang: 0.8 µm, 1.3 µm, và 1.55 µm.
Dựa vào đặc tính của những bộ khuếch đại, dải 1.55 µm được chia thành ba
vùng, được vẽ trong hình 2.4.













Hình 2.3: Su
y
hao tron

g
silica
1.6
1.41.2
1.0
0.8
20
10
5
2
1
0.5
0.2
Wavelength, λ (µm)
Loss (dB/km)
LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 3: Truyền Tín Hiệu Trong Sợi Quang
HVTH: LƯU NGOC ĐIỆP

20

3.2. Tán sắc trong sợi quang

Tán sắc là sự mở rộng thời gian của một xung khi nó lan truyền qua sợi quang.
Tán sắc làm giới hạïn khoảng cách bit và tốc độ truyền cực đại trên một kênh thông
tin quang.
Như đã đề cập ở trên, tán sắc xảy ra khi nhiều mode của cùng một tín hiệu
truyền ở những vận tốc khác nhau dọc theo sợi quang, tán sắc loại này được gọi là
tán sắc mode. Tán sắc mode không xảy ra trong sợi đơn mode.
Một dạng tán sắc khác là tán sắc vật liệu hay tán sắc màu. Trong một môi
trường phân tán, chỉ số khúc xạ là một hàm của bước sóng. Vì vậy, nếu tín hiệu
truyền dẫn bao gồm nhiều bước sóng, một số bước sóng nào đó sẽ truyền nhanh
hơn các bước sóng khác. Vì không có laser nào có thể tạo ra một tín hiệu bao gồm
chính xác một bước sóng, hay nói khác đi, vì bất cứ thông tin nào mang tín hiệu
cũng có độ rộng phổ khác không, tán sắc vật liệu sẽ luôn xảy ra trong hầu hết các
hệ thống.
Một dạng tán sắc thứ ba là tán sắc ống dẫn sóng. Tán sắc ống dẫn sóng bò gây
ra là vì sự truyền sóng các bước sóng khác nhau phụ thuộc các đặc điểm của ống
dẫn sóng như là các chỉ số và hình dạng của lõi và vỏ sợi.
Ở 1300 nm, tán sắc vật liệu trong một sợi quang đơn mode quy ước gần bằng
không. Mặt khác, hầu hết các hệ thống thông tin quang hoạt động ở dải tần số 1550
nm (vì suy hao thấp hơn ở vùng này). Nhờ những kỹ thuật tiên tiến như là dòch tán
sắc, các sợi với tán sắc gần bằng không ở bước sóng giữa 1550 nm có thể được chế
tạo. Trong một sợi dòch tán sắc, phần lõi và vỏ được thiết kế sao cho tán sắc ống
dẫn sóng phủ đònh với tán sắc vật liệu, vì thế tán sắc tổng cộng gần như bò triệt tiêu
(bằng không).

3.3. Các ảnh hưởng phi tuyến

0.30
0.28
0.26
0.24
0.22
0.20
1650
1600 15501500
1450
L-band
S-band
C-band
Wavelength (nm)
Loss (dB/km)
Hình 2.4: Ba vùn
g
bước són
g
tron
g
dải 1.55
µ
m
LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 3: Truyền Tín Hiệu Trong Sợi Quang
HVTH: LƯU NGOC ĐIỆP

21
Các ảnh hưởng phi tuyến trong sợi quang có khả năng gây ra ảnh hưởng nghiêm
trọng trong việc thực hiện các hệ thống thông tin quang WDM. nh hưởng phi

tuyến có thể dẫn đến suy hao, méo dạng và nhiễu xuyên kênh. Trong một hệ thống
WDM, hiệu ứng này đặt ra những ràng buộc về khoảng cách giữa các kênh bước
sóng liên tiếp nhau, hạn chế công suất cực đại trên bất cứ kênh nào, và vì thế cũng
hạn chế tốc độ bit cực đại.
Có hai dạng ảnh hưởng phi tuyến. Dạng thứ nhất xuất hiện do sự tương tác giữa
các sóng ánh sáng với sự rung động phân tử trong môi trường silica – một trong
nhiều dạng của hiệu ứng khuếch tán. Có hai dạng khuếch tán chính là khuếch tán
tích lũy Brillouin (SBS) và khuếch tán tích lũy Raman (SRS).
Loại ảnh hưởng phi tuyến thứ hai xuất hiện do sự phụ thuộc của chỉ số khúc xạ
vào cường độ quang của các tín hiệu quang truyền xuyên qua sợi. Vì vậy, pha của
ánh sáng ở bộ thu sẽ phụ thuộc vào pha ánh sáng được gửi từ bên phát, chiều dài
sợi, và cường độ quang. Các hiệu ứng phi tuyến quan trọng nhất loại này gồm có:
tự điều chế pha (SPM), và trộn bốn bước sóng (FWM).

a. Tự điều chế pha (SPM):

Tự điều chế pha gây ra bởi sự biến đổi công suất của một tín hiệu quang và kết
quả là làm biến đổi pha của tín hiệu. Lượng dòch pha gây ra bởi SPM là:
φ
NL
= n
2
k
0
L|E|
2
Trong đó n
2
là hệ số phi tuyến cho chỉ số khúc xạï, k
0

= 2π/λ, L là chiều dài sợi,
và |E|
2
là cường độ quang. Trong các hệ thống khoá dòch pha (PSK), SPM có thể
làm hạ phẩm chất hệ thống, vì đầu thu phụï thuộc vào thông tin pha. SPM cũng dẫn
đến giãn độ rộng phổ các xung. Những thay đổi tức thì trong một pha của tín hiệu
gây ra bởi sự thay đổi cường độ tín hiệu sẽ dẫn đến những thay đổi tức thời về tần
số xung quanh tần số trung tâm của tín hiệu. Đối với những xung rất ngắn, các
thành phần tần số thêm vào tạo ra bởi SPM kết hợp với các hiệu ứng tán sắc vật
liệu cũng làm cho xung bò trải ra hoặc nén lại trong miền thời gian, ảnh hưởng tốc
độ bit cực đại và tỉ lệ lỗi bit.

b. Điều chế xuyên pha (XPM):

XPM là sự dòch pha của tín hiệu gây ra bởi sự thay đổi cường độ của một tín
hiệu truyền ở một bước sóng khác. XPM có thể làm phổ mở rộng bất đối xứng, và
kết hợp với SPM và tán sắc, cũng có thể ảnh hưởng đến hình dạng xung trong miền
thời gian.
Mặc dù XPM có thể làm hạn chế việc thực hiện các hệ thống sợi quang, nó
cũng có một số ứng dụng quan trọng. XPM có thể dùng để điều chế một tín hiệu
“bơm” ở một bước sóng từ một tín hiệu được điều chế trên một bước sóng khác.
Các kỹ thuật này có thể được dùng trong các thiết bò chuyển đổi bước sóng.

c. Khuếch tán tích lũy Raman (SRS):

LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 3: Truyền Tín Hiệu Trong Sợi Quang
HVTH: LƯU NGOC ĐIỆP

22
Khuếch tán tích lũy Raman gây ra do sự tương tác ánh sáng với những phân tử.

Ánh sáng đi vào gặp những phân tử tạo ra ánh sáng khuếch tán ở một bước sóng
dài hơn bước sóng ban đầu. Một phần ánh sáng di chuyển trong sợi tích cực Raman
bò dòch xuống vùng tần số thấp hơn. Ánh sáng được tạo ra ở tần số thấp hơn được
gọi là Stokes wave. Phạm vi tần số chiếm bởi Stokes wave được xác đònh bởi phổ
độ lợi Raman thấp hơn tần số ánh sáng đi vào khoảng 40 THz. Trong sợi silica,
Stokes wave có một độ lợi cực đại ở tần số thấp hơn tần số tín hiệu ngõ vào khoảng
13.2 THz.
Phần công suất truyền cho sóng Stokes tăng nhanh khi công suất tín hiệu ngõ
vào tăng. Khi công suất ngõ vào rất cao, SRS sẽ làm cho hầu hết tất cả các công
suất tín hiệu ngõ vào chuyển sang sóng Stokes.
Trong các hệ thống đa bước sóng, các kênh bước sóng ngắn hơn sẽ mất một số
công suất cho mỗi kênh bước sóng cao hơn trong phổ độ lợi Raman. Để giảm lượng
mất mát, công suất trên mỗi kênh cần phải thấp hơn một mức nào đó. Người ta
chứng minh rằng, trong một hệ thống 10 kênh với khoảng cách kênh 10 nm, công
suất trên mỗi kênh nên được giữ thấp hơn 3 mW để tối thiểu
hoá các ảnh hưởng của SRS.

d. Khuếch tán tích luỹ Brillouin (SBS):

SBS tương tự như SRS, ngoại trừ dòch tần số bò gây ra bởi các sóng âm thanh
chứ không phải là sự dao động phân tử. Các đặc điểm khác của SBS là các sóng
Stokes truyền theo hướng ngược lại với ánh sáng đi vào, và SBS xảy ra ở công suất
ngõ vào tương đối thấp cho các xung rộng (lớn hơn 1 µs), nhưng lại ảnh hưởng
không đáng kể đối với các xung ngắn (ngắn hơn 10 ns). Cường độ ánh sáng khuếch
tán trong SBS lớn hơn nhiều trong SRS, nhưng phạm vi tần số của SBS trong tầm
10 GHz thấp hơn nhiều so với SRS. Độ lợi băng thông của SBS cũng chỉ trên 100
MHz.
Để ngăn các ảnh hưởng của SBS, công suất ngõ vào phải dưới một mức ngưỡng
nào đó. Trong các hệ thống đa bước sóng, khuếch tán tích lũy Brillouin cũng gây ra
xuyên kênh giữa các tín hiệu.

e. Trộn bốn bước sóng (FWM):

Trộn bốn bước sóng xảy ra khi hai bước sóng, hoạt động ở các tần số f
1
và f
2
,
trộn với nhau để tạo ra các tín hiệu 2f
1
– f
2
và 2f
2
– f
1
. Các tín hiệu thêm vào, cũng
có thể gây nhiễu nếu chúng trùng với các tần số dùng để truyền dữ liệu. Tương tự,
trộn cũng có thể xảy ra giữa sự kết hợp của ba bước sóng hoặc nhiều hơn. nh
hưởng của FWM trong các hệ thống WDM có thể giảm xuống bằng cách sử dụng
các kênh được cách nhau không đồng đều.
FWM có thể được dùng để cung cấp chuyển đổi bước sóng.
LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 4: Các Thành Phần Trong Hệ Thống Thông Tin Quang
HVTH: LƯU NGỌC ĐIỆP

22
CHƯƠNG 4
CÁC THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG
THÔNG TIN QUANG

Trong thông tin quang, tín hiệu quang (ánh sáng) được phát đi ở nguồn truyền
qua môi trường truyền thông là sợi quang để đến nơi thu. Kỹ thuật điều chế được
sử dụng phổ biến nhất là điều chế OOK (on-off keying). Tín hiệu vào được phát
hiện trực tiếp ở bộ thu và việc quyết đònh được dựa vào năng lượng tích luỹ trong
một thời khoảng bit.
Một hệ thống thông tin quang cơ bản gồm có những thành phần như: các bộ nối,
bộ phát quang, bộ thu quang, các bộ khuếch đại quang. các chuyển mạch, các bộ
lọc, các bộ ghép và tách kênh quang. Hình 4.1 cho thấy những thành phần của một
hệ thống thông tin quang với một bộ khuếch đại.













1. Các bộ ghép (Couplers)

Một bộ ghép đònh hướng được dùng để kết hợp và chia các tín hiệu trong một
mạng quang. Một bộ ghép 2 x 2 bao gồm hai cổng vào và hai cổng ra, như chỉ ra
trong hình 4.2. Các bộ ghép được sử dụng rộng rãi nhất được làm bằng cách nối hai
sợi với nhau ở giữa. Chúng cũng có thể được chế tạo bằng cách dùng ống dẫn sóng.
Bộ ghép lấy một phần nhỏ công suất (α) từ ngõ vào 1 để đưa ra ngõ ra 1 và phần

còn lại (1-α) đưa ra ngõ 2. Tương tự, phần công suất (1-α) từ ngõ vào 2 được phân
phối đến ngõ ra 1, phần còn lại (α) đến ngõ ra 2. Ta gọi α là tỉ số ghép.





Hình 4.1: Hệ thốn
g
thôn
g
tin
q
uan
g
Hình 4.2: Bộ
g
hé
p
đònh hướn
g
LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 4: Các Thành Phần Trong Hệ Thống Thông Tin Quang
HVTH: LƯU NGỌC ĐIỆP

23

Nguyên lý hoạt động: khi hai ống dẫn sóng được đặt gần nhau, ánh sáng sẽ
“ghép” từ ống dẫn sóng này sang ống dẫn sóng kia. Đây là do các mode truyền
sóng của ống dẫn sóng kết hợp khá khác với mode truyền sóng của một ống dẫn
sóng đơn lẻ. Khi hai ống dẫn sóng giống hệt nhau, ánh sáng được phóng vào một

ống sẽ ghép sang ống khác hoàn toàn và sau đó quay về ống ban đầu một cách
đònh kỳ.
Bộ ghép là một thiết bò đa năng và có nhiều ứng dụng trong một mạng quang.
Ứng dụng đơn giản nhất là kết hợp hoặc phân chia các tín hiệu trong mạng. Ví dụ
như một bộ ghép có thể dùng để phân phối một tín hiệu ngõ vào tương đương cho
hai cổng ra nếu chiều dài ghép, l, được hiệu chỉnh sao cho nửa công suất từ mỗi
ngõ vào xuất hiện ở mỗi ngõ ra. Bộ ghép này được gọi là bộ ghép 3 dB. Một bộ
ghép hình sao n x n là một thiết bò n ngõ vào, n ngõ ra với đặc điểm là công suất từ
mỗi ngõ vào được chia đều giữa tất cả các ngõ ra. Bộ ghép n x n có thể được thiết
kế bằng cách kết nối thích hợp một số các bộ ghép 3 dB. Bộ ghép hình sao có ích
khi nhiều thông tin cần được kết hợp và truyền thông.
Bộ ghép có thể được thiết kế phụ thuộc vào bước sóng, nghóa là hệ số ghép của
nó sẽ phụ thuộc vào bước sóng của tín hiệu. Các bộ ghép loại này được sử dụng
rộng rãi để ghép các tín hiệu ở bước sóng 1310 nm và 1550 nm vào một sợi quang
mà không bò suy hao. Trong trường hợp này, tín hiệu 1310 nm trên ngõ vào 1 đi
xuyên qua ngõ ra 1, trong khi tín hiệu 1550 nm trên ngõ vào 2 cũng đi xuyên qua
ngõ ra 1.

2. Bộ cách ly (isolators) và bộ truyền (circulators)

Bộ ghép và các thiết bò quang thụ động khác là những thiết bò thuận nghòch,
chúng sẽ hoạt động giống nhau một cách chính xác nếu ngõ vào và ngõ ra được
đảo lại. Tuy nhiên, trong nhiều hệ thống có một nhu cầu đối với các thiết bò thụ
động không thuận nghòch. Bộ cách ly là một ví dụ cho loại thiết bò này. Chức năng
chính của nó là cho phép truyền dẫn một hướng xuyên qua nó nhưng chặn hướng
ngược lại. Bộ cách ly được sử dụng trong hệ thống ở ngõ ra của các bộ khuếch đại
quang và lasers chủ yếu để ngăn sự phản xạ từ những nguồn đi vào thiết bò làm
giảm chất lượng hệ thống. Hai thông số chính của một bộ cách ly là hệ số suy hao
(insertion loss), là mất mát theo hướng gửi tới, nên càng nhỏ càng tốt; và hệ số
cách ly (isolations), là suy hao theo hướng ngược lại, càng lớn càng tốt. Hệ số suy

hao tiêu biểu gần 1 dB, còn hệ số cách ly gần 40-50 dB.
Một bộ truyền (circulator) tương tự như một bộ cách ly, ngoại trừ nó có nhiều
cổng, điển hình là ba hoặc bốn cổng, như được vẽ trong hình 4.3. Trong bộ truyền 3
cổng, một tín hiệu ngõ vào trên cổng 1 được gửi ra trên cổng 2, một tín hiệu vào
trên cổng 2 được gửi ra trên cổng 3, và một tín hiệu vào cổng 3 sẽ được gửi ra cổng
1. Các bộ circulator được dùng để xây dựng các phần tử xen/rớt quang.


LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 4: Các Thành Phần Trong Hệ Thống Thông Tin Quang
HVTH: LƯU NGỌC ĐIỆP

24











3. Nguồn phát quang

Bộ phát quang có nhiệm vụ chuyển tín hiệu điện thành tín hiệu quang. Ánh
sáng phát ra từ các nguồn này được ghép vào sợi quang để truyền đi. Có hai loại
linh kiện dùng làm nguồn phát quang hiện nay là
• Diode phát quang hay LED (Light Emitting Diode)
• LASER (Light Amplification by Stimulated Emission Radiation)

Để xây dựng thành công các hệ thống thông tin quang. Các nguồn phát quang
cần có các tính chất vật lý sau:
• Phù hợp với kích thước các sợi quang.
• Phóng đủ công suất quang vào sợi để khắc phục suy hao cho phép tín
hiệu có thể được phát hiện ở đầu thu.
• Phát ra ánh sáng ở các bước sóng làm tối thiểu hoá suy hao và tán xạ.
Các nguồn quang nên có một bề rộng phổ nhỏ để giảm thiểu tán xạ.
• Duy trì sự vận hành ổn đònh trong những điều kiện môi trường thay đổi
(như nhiệt độ).
• Cho phép điều chế trực tiếp công suất quang ngõ ra.
• Giá thành thấp và tin cậy hơn các thiết bò điện tử, cho phép các hệ thống
thông tin sợi quang có thể cạnh tranh với những hệ thống thông tin thông
thường.
Các hệ thống thông tin quang hoạt động ở các cửa sổ 850 nm, 1300 nm, và 1550
nm. Các nguồn bán dẫn được thiết kế để vận hành ở các bước sóng mà sự hấp thu
của sợi quang là nhỏ nhất và cực đại băng thông của hệ thống. Bằng việc thiết kế
các nguồn quang hoạt động ở các bước sóng riêng biệt nào đó, sự hấp thu từ những
tạp chất trong sợi quang, như là các ions hydroxyl (OH
-
), có thể được giảm nhỏ.
Cực đại băng thông liên quan đến việc thiết kế các sợi quang và các nguồn mà làm
giảm nhỏ tán sắc sắc thể và tán sắc mode ở bước sóng hoạt động.
Nguồn phát quang cho những hệ thống ghép kênh đa bước sóng là những laser
có độ phân giải cao, băng hẹp, chính xác. Những laser này cho phép khoảng cách
kênh nhỏ, tăng số bước sóng có thể sử dụng ở dải 1500nm và giảm các ảnh hưởng
3
2
1
4

3
2
1
Hình 4.3: Bộ tru
y
ền 3 cổn
g
và 4 cổn
g