tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật TỔNG QUAN hệ THỐNG THÔNG TIN cáp quang

1

MỤC LỤC
CÁC TỪ VIẾT TẮT
LỜI NÓI ĐẦU..............................................................................................................9
Ứng dụng lý thuyết của ba chương trước vào bài toán cụ thể để giải quyết vấn đề
cho tuyến đường trục Bắc – Nam. Đưa ra các vòng Ring trong mạng Back- Bone
Việt Nam, cách liên kết và bảo vệ các vòng ring. Xây dựng cấu hình tuyến và tính
tốn hiệu quả kinh tế và phương án tăng dung lượng mạng......................................10
Cấu trúc tổng quát của hệ thống thông tin quang.....................................................11
1.1 Những tồn tại và xu hướng phát triển của hệ thống thông tin quang..................13

1.1.1 Những tồn tại của hệ thống quang......................................................13
1.1.2 Xu hướng phát triển của hệ thống quang...........................................14
Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng WDM.................................................16
1.2 Các phương pháp truyền dẫn sử dụng ghép kênh quang theo bước sóng...........19

1.2.1 Phương pháp truyền dẫn WDM đơn hướng.......................................20
1.2.2 Phương pháp truyền dẫn WDM song hướng......................................20
1.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống WDM...........................................................22
1.4 Một số tham số kỹ thuật trong hệ thống WDM...................................................23

1.4.1 Suy hao xen........................................................................................24
1.4.2 Suy hao xuyên kênh...........................................................................24
1.4.3 Độ rộng kênh và khoảng cách kênh...................................................26
1.4.4 Số lượng kênh.....................................................................................26
1.4.5 Ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến....................................................28
1.4.6 Tán sắc – bù tán sắc............................................................................28
1.4.7 Đặc điểm của hệ thống WDM............................................................30
CHƯƠNG 2: CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG WDM...................................31
1.5 Các loại cáp quang được khuyến nghị sử dụng trong hệ thống WDM...............32

1.5.1 Sợi SSMF (single-mode optical fibre cable) hay sợi G.652...............32
1.5.2 Sợi DSF hay sợi G.653.......................................................................33


2

1.5.3 Sợi CSF (cut-off shifted single-mode optical fibre cable) hay sợi
G.654...........................................................................................................34
1.5.4 Sợi NZ-DSF (non-zero dispersion shifted single-mode optical fibre
cable) hay sợi G.655....................................................................................34
1.6 Nguồn quang WDM.............................................................................................36
1.7 Thiết bị xen /rẽ quang OADM (Optical Add/Drop Multiplexer)........................37
Bộ ghép tín hiệu (Coupler)........................................................................................38

1.7.1 Nguyên lý hoạt động..........................................................................39
1.7.2 Ứng dụng............................................................................................40
1.8 Bộ định tuyến bước sóng......................................................................................40
1.9 Thiết bị đấu nối chéo quang OXC (Optical Cross Connect)...............................41

1.9.1 Chức năng của bộ đấu nối chéo OXC................................................41
1.9.2 Cấu trúc của bộ đấu nối chéo OXC....................................................42
1.10 Bộ biến đổi bước sóng........................................................................................43
1.11 Bộ khuếch đại quang sợi EDFA.........................................................................44

1.11.1 Cấu trúc của EDFA..........................................................................45
1.11.2 Nhiệm vụ của EDFA........................................................................46
1.12 Bộ lọc..................................................................................................................47

1.12.1 Bộ lọc chọn bước sóng.....................................................................47

1.12.2 Bộ lọc điều chỉnh được.....................................................................48
1.13 Thiết bị đầu cuối OLT........................................................................................49
1.14 Chuyển mạch quang...........................................................................................51
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HỆ THỐNG WDM..........................53
1.15 Tơpơ dạng hình vịng..........................................................................................53
1.16 Mạng WDM hình vịng......................................................................................54

1.16.1 Kết cấu vòng hai sợi một chiều........................................................55
1.16.2 Kết cấu vòng hai chiều hai sợi.........................................................56
1.16.3 Vòng nhiều sợi.................................................................................57


3

1.16.4 Bảo vệ mạng hình vịng....................................................................58
1.17 Thiết kế hệ thống WDM cơ bản.........................................................................58

1.17.1 Thiết kế vòng Ring...........................................................................59
1.17.2 Thiết kế OSNR.................................................................................60
1.17.3 Bù tán sắc và hiện tượng dịch tần....................................................60
1.17.4 Cân bằng tăng ích và tỉ lệ lỗi bit ( BER)..........................................61
1.17.5 Thực hiện hệ thống...........................................................................61
1.18 Sơ đồ liên kết nút................................................................................................62
1.19 Hệ thống điểm-điểm dung lượng lớn.................................................................63
1.20 Mạng phân bố và quảng bá................................................................................65
1.21 Mạng WDM đa truy nhập..................................................................................66
CHƯƠNG 4:HỆ THỐNG WDM TRONG TUYẾN CÁP QUANG TRỤC BẮC
NAM...........................................................................................................................68
1.22 Các giai đoạn phát triển......................................................................................68
1.23 Khảo sát cấu hình cáp quang trục Bắc Nam......................................................70

1.23.1 Cấu hình tuyến..................................................................................70
1.23.2 Đặc điểm kỹ thuật của hệ thống WDM............................................73
1.24 Xây dựng cấu hình cụ thể tuyến truyền dẫn Bắc Nam......................................73
Đề xuất lựa chọn phương án tăng dung lượng..........................................................78
1.25 Xây dựng cấu hình tuyến và tính tốn hiệu quả kinh tế....................................81
4.6 Hướng phát triển của WDM................................................................................87
4.7 Hệ thống cáp quang Bắc - Nam DWDM 40Gbps Nortel...................................88

CÁC TỪ VIẾT TẮT
ADM
AN
AM
APD
ASE

Add/Drop Multiplexer
Access Network
Amplitude Modulation
Avalanche Photodiode
Amplifier
Spontaneous

Bộ ghép kênh xen/rẽ
Mạng truy nhập
Điều chế biên độ
Diode quang thác
Bức xạ tự phát được khuếch đại

4

BER
CATV
CWDM

Emission
Bit Error Ratio
Cable Television
Coarse Wavelength

CPM
DBF
DCF
DEMUX
DST
DST

Multiplexing
Cross Phase Modulation
Distributed Feedback laser
Dispersion Compensating Fiber
Demultiplexing
Dispersion Shifted Fiber
Dispersion
Supported

Điều chế chéo pha
Laser hồi tiếp phân bố
Sợi bù tán sắc

Phân kênh
Sợi tán sắc dịch chuyển
Truyền dẫn hỗ trợ tán sắc

DWDM

Transsmision
Dense Wavelength

Division

Ghép kênh theo bước sóng mật độ

EDFA
E/O
EMI
ESI
FBG
FEC
FR
FM
FSR
FTTX

Multiplexing
Erbium Doped Fiber Amplifier
Electric-Optical Converter
Electromagnetic Interference
External Synchronous Interface
Fiber Bragg Grating

Forward Error Correction
Frame Relay
Frequency Modulation
Spectrum
Fiber
To
The

cao
Khuếch đại quang sợi pha tạp
Bộ chuyển đổi điện/quang
Nhiễu điện từ
Giao tiếp đồng bộ ngoài
Cách tử sợi Bragg
Khối sửa lỗi trước
Chuyển tiếp khung
Điều tần
Phạm vi phổ tự do
Cáp quang tới tận nhà/tồ nha

Home/Building/Premises/Office

̀/phịng/văn phịng/nút mạng

/Curb/Node
Full Width at Half Maximum

Một nửa giá trị cực đại của hàm

FWM

FXC
GVD
IDTV
IM-DD

Four-Wave Mixing
Fiber XC
Group Velocity Dispersion
Integrated Digital Television
Intensity Modulation- Direct

truyền đạt
Hiệu ứng trộn bốn bước sóng
OXC chuyển mạch sợi
Tán sắc vận tốc nhóm
Truyền hình số tích hợp
Điều chế cường độ và tách sóng

ITU_T

Detection
International

trực tiếp
Liên minh viễn thơng quốc tế

FWHM

Telecommunication
Telecommunication

Standardization Sector

Division

Union

-

Tỷ lệ lỗi bit
Truyền hình cáp
Ghép kênh theo bước sóng lỏng


5

LAN
LA
LASER

Local Area Network
Line Amplifier
Light Amplication by Stimulate

LD
LED
LTE
MAN
MUX
OADM
OLT

OMUX
OC
OPC

Emission of Radiation
Laser Diode
Light Emitting Diode
Line Terminal Equipment
Metropolitan Area Network
Multiplexing
Optical Add/DropMultiplexer
Optical Line Terminator
Optical Multiplexing
Optical Channel
Optical Phase Combiner

Diode laser
Diode phát quang
Thiết bị đầu cuối đường dây
Mạng khu vực đô thị
Ghép kênh
Bộ xen/tách quang
Thiết bị đầu cuối đường quang
Ghép kênh quang
Kênh quang
Bộ kết hợp pha quang

OTDM

Optical

Ghép kênh quang phân chia theo

O/E
OPM
OSC

Multiplexing
Optical - Electric Converter
Optical Performance Monitor
Optical
Supervisor/Service

thời gian
Bộ biến đổi quang/điện
Thiết bị giám sát mạng quang
Kênh giám sát quang

OTN
OTPM
OUT
OXC
PCH
PDC
PIN
PON
SBS
SC-

Channel

Optical Transport Network
Optical Translator Port Module
Optical Translator Unit
Optical Cross Connect
Pre-chirp
Passive Dispersion Compensator
Positive Intrinsic Negative
Passive Optical Networks
Stimulated Brillouin Scattering
Single Channel OADM

Mạng truyền tải quang
Module cổng chuyển đổi quang
Đơn vị chuyển đổi quang
Bộ nối chéo quang
Dịch tần trước
Bù tán sắc thụ động
Cấu trúc PIN
Mạng quang thụ động
Tán xạ Brillouin kích thích
OADM đơn kênh

OADM
SDH
SLA
SOA
SONET
SPM
SRS
S/N

TDM

Synchronous Digital Hierachy
Semiconductor Laser Amplifier
Signal Optical Amplifier
Synchronous Optical Network
Self-Phase Modulation
Stimulated Raman Scattering
Signal to Noise ratio
Time Division Multiplexing

Phân cấp số đồng bộ
Bộ khuếch đại Laser bán dẫn
Bộ khuếch đại tín hiệu quang
Mạng quang đồng bộ
Hiệu ứng tự điều chế pha
Hiệu ứng Raman kích thích
Tỷ số tín hiệu trên nhiễu
Ghép kênh phân chia theo thời

Time

Division

Mạng cục bộ
Bộ khuếch đại đường truyền


6

VNPT

Vietnam

and

gian
Tập đồn bưu chính viễn thơng

WAN
WDM

Telecommunication Group
Wide Area Network
Wavelength
Division

Việt Nam
Mạng diện rộng
Ghép kênh phân chia theo bước

WDMA

Multiplexing
Wavelength

sóng
Đa truy nhập phân chia theo bước

WIXC

WSXC

Multiplexing Access
Wavelength Interchange XC
Wavelength Selected XC

Posts

Division

sóng
OXC trao đổi bước sóng
OXC lựa chọn bước sóng

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Cấu trúc của hệ thống thông tin quang......................................................11


7

Tín hiệu cần truyền đi sẽ được phát vào mơi trường truyền dẫn tương ứng và ở đầu
thu sẽ thu lại tín hiệu cần truyền. Như vậy, tín hiệu đã được thơng tin từ nơi gửi tín
hiệu đi tới nơi nhận tín hiệu đến. Mơi trường truyền dẫn ở đây chính là sợi dẫn
quang, nó thực hiện truyền ánh sáng mang tín hiệu thơng tin từ phía phát tới phía
thu................................................................................................................................11
Hình 1.2: Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng WDM................................16
Công nghệ WDM cho phép khai thác được tiềm năng băng thông to lớn của sợi
quang. Chỉ riêng cửa sổ quang 1550 nm thì dải bước sóng có thể sử dụng là 1500
nm – 1600 nm tương ứng với dải tần rộng cỡ 12,5 THz. Hệ thống gồm các phần
sau:..............................................................................................................................16

Hình 1.3: Các cửa sổ có suy hao thấp sử dụng trong WDM.....................................19
Hình 1.4: Phương pháp truyền dẫn WDM đơn hướng..............................................20
Hình 1.5: Phương pháp truyền dẫn WDM song hướng.............................................21
Hai phương pháp truyền dẫn đều có ưu nhược điểm riêng. Giả sử công nghệ hiện tại
cho phép truyền N bước sóng trên một sợi quang, thì có thể so sánh hai phương
pháp như sau:..............................................................................................................21
Hình 1.6. Sơ đồ hệ thống WDM................................................................................23
Hình 1.7. Xuyên âm trong hệ thống...........................................................................25
Hình 2.1. Phân loại sợi quang theo tán sắc................................................................35
Hình 2.2. Vai trị của bộ OADM................................................................................37
Hình 2.3: Bộ ghép hình sao........................................................................................39
Hình 2.4. Sơ đồ bộ định tuyến bước sóng..................................................................41
Hình 2.5: Cấu trúc OXC sử dụng chuyển mạch phân chia theo khơng gian............43
Hình 2.6. Bộ OXC 4×4 sử dụng bộ SLA...................................................................43
Hình 2.11: Bộ lọc màng mỏng điện mơi....................................................................48
Thiết bị này có khả năng hình thành đỉnh trong băng thơng và sườn dốc, có hàm
truyền đạt ổn định khi nhiệt độ thay đổi, có suy hao thấp và không nhạy cảm phân
cực với tín hiệu...........................................................................................................48
Hình 2.12. Ngun lý hoạt động của bộ lọc Fabry-Perot..........................................48
Hình 2.13: Hàm truyền đạt của bộ lọc Fabry-Parot...................................................49
Hình 2.14. Thiết bị OLT.............................................................................................50
Hình 3.1: Tơpơ dạng hình vịng.................................................................................54
Hình 3.2. Kết cấu chức năng của OADM..................................................................55
Hình 3.3. Cấu hình vịng một chiều hai sợi................................................................56
Hình 3.4. Cấu hình vịng hai chiều hai sợi.................................................................57


8

Hình 3.5 Cấu hình tuyến cáp quang AA- BB-CC......................................................59

Hình 3.6 Cấu hình liên kết giữa các Ring với backbone...........................................62
Hình 3.7 Cấu hình liên kết giữa AA-BB với BB-CC ( 32 bước sóng)......................62
Hình 3.8 Cấu hình liên kết giữa Ring của AA với Backbone ( 32 bước sóng).........63
Hình 3.9 Cấu hình liên kết giữa Ring của CC với backbone ( 32 bước sóng)..........63
Hình 3.10: Tuyến thơng tin quang WDM điểm-điểm...............................................64
Hình 3.11. Mạng WDM hình sao quảng bá...............................................................66
Hình 3.12. Sơ đồ khối mạng WDMA........................................................................67
Hình 4.1. Mạng cáp quang đường trục Bắc Nam......................................................70
Hình 4.2. Bốn vòng ring mạng cáp quang đường trục Bắc Nam..............................71
Hình 4.3. Sơ đồ tuyến cáp quang trục Bắc - Nam.....................................................75
Hình 4.8. Phân bố cự ly và suy hao đoạn HNI- VIN.................................................84
Hình 4.9. Sơ đồ nguyên lý đấu nối tại nút VIN.........................................................85
Hình 4.10. Cấu hình Ring 2.......................................................................................85
Hình 4.11. Phân bố cự ly và suy hao trên đường dây 500KV...................................86
Hình 4.12. Sơ đồ mạng lưới hệ thống Long Haul......................................................89
Ring 2, ring 3, ring 4 sự sắp xếp giống như ring 1. Sơ đồ mạng lưới hệ thống Long
Haul có thêm vòng ring 4 từ thành phố HCM đến Cần Thơ.....................................90

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Bảng so sánh giữa CWDM và DWDM.....................................................18
Bảng 1.2: Sự phân chia các băng sóng trong WDM..................................................19
Bảng 1.3. Cự ly bị hạn chế bởi tán sắc khi không có trạm lặp..................................29
Bảng 4.1 : Mã các tỉnh thành của Việt Nam..............................................................72


9

LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, sự phát triển của các dịch vụ thoại và phi thoại
tạo ra một sự bùng nổ về dung lượng. Hệ thống thông tin quang đơn mode đã là

một mạng thông tin tiên tiến, nhưng nó chưa tận dụng được băng thông lớn của sợi
quang một cách hữu hiệu, do mỗi sợi quang chỉ truyền được 1 kênh. Vì vậy cần
phải cải thiện các hệ thống thông tin quang có sẵn bằng các kỹ thuật tiến tiến với
chi phí thấp bằng cách ghép nhiều bước sóng cùng truyền trên một sợi quang. Kỹ
thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM (Wavelengh Division Multiplexer)
ra đời, cho phép nâng cao dung lượng truyền dẫn của hệ thống lên rất lớn mà
không cần phải tăng thêm sợi quang và tận dụng được băng tần lớn của sợi quang
do có thể ghép nhiều kênh bước sóng trên cùng một sợi quang. Kỹ thuật ghép
kênh quang theo bước sóng đang được ứng dụng rộng rãi trong các mạng viễn
thông. Sự phát triển của công nghệ WDM cùng với công nghệ khuếch đại quang
và chuyển mạch quang sẽ tạo nên một mạng thơng tin thế hệ mới: mạng thơng tin
tồn quang.
Công nghệ WDM là công nghệ ghép kênh theo bước sóng đã tận dụng hữu
hiệu nguồn tài nguyên băng rộng trong khu vực tổn hao thấp của sợi quang đơn
mode. Công nghệ ghép kênh WDM nâng cao dung lượng truyền dẫn của hệ thống
mà không cần phải tăng tốc độ của từng kênh trên mỗi bước sóng.
Cơng nghệ WDM chính là giải pháp tiên tiến trong kỹ thuật thông tin quang,
đáp ứng được nhu cầu truyền dẫn của hệ thống.
Vì vậy “ Nghiên cứu hệ thống thông tin cáp sợi quang WDM và ứng dụng
trong đường trục viễn thông Bắc Nam”là một yêu cầu quan trọng nhằm tăng dung
lượng truyền dẫn của mạng, đáp ứng được nhu cầu phát triển của các dịch vụ trong
tương lai.
Xuất phát từ mong muốn tìm hiểu hệ thống thơng tin quang sử dụng kỹ thuật
WDM và được sự đồng ý của Thầy hướng dẫn, em đã thực hiện luận văn tốt


10

nghiệp: “Nghiên cứu hệ thống thông tin cáp sợi quang WDM và ứng dụng trong
đường trục viễn thông Bắc Nam”. Luận văn gồm 4 chương được khái quát như sau:

Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin cáp sợi quang WDM
Chương này trình bày khái quát về quá trình phát triển của hệ thống thông
tin quang, đặc điểm, những vấn đề còn tồn tại và xu thế phát triển của hệ thống
quang. Từ đó nêu bật những ưu điểm khi hệ thống WDM ra đời.
Trình bày nguyên lý cơ bản, phân loại, đặc điểm và các kỹ thuật cần quan
tâm của hệ thống WDM
Chương 2: Các phần tử trong hệ thống WDM
Nghiên cứu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM, các phần tử
trong hệ thống ghép kênh quang theo bước sóng.
Chương 3: Phân tích hệ thống WDM
Đưa ra phương pháp phân tích và những yêu cầu trong hệ thống WDM. Hệ
thống WDM được ứng dụng trong các hệ thống điểm-điểm dung lượng lớn, mạng
phân bố và quảng bá, mạng WDM đa truy nhập đơn chặng và đa chặng
Chương 4: Hệ thống WDM trong mạng đường trục Bắc - Nam.
Ứng dụng lý thuyết của ba chương trước vào bài toán cụ thể để giải quyết
vấn đề cho tuyến đường trục Bắc – Nam. Đưa ra các vòng Ring trong mạng BackBone Việt Nam, cách liên kết và bảo vệ các vịng ring. Xây dựng cấu hình tuyến và
tính tốn hiệu quả kinh tế và phương án tăng dung lượng mạng


11

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN
CÁP SỢI QUANG WDM
Trong kỹ thuật thông tin quang mỗi sợi quang chỉ có thể truyền tín hiệu quang
từ một nguồn phát tới một nguồn phát tới một bộ tách quang ở đầu thu, Các tín hiệu
từ các nguồn quang khác nhau địi hỏi các sợi xác định và riêng biệt. Trong thực tế
thì nguồn quang có độ rộng phổ tương đối hẹp, do vậy phương pháp này chỉ sử
dụng một phần băng tần vốn rất lớn của sợi quang. Về mặt lý thuyết có thể làm
tăng đáng kể dung lượng tuyến truyền dẫn của hệ thống bằng cách truyền đồng thời
nhiều tín hiệu quang trên cùng một sợi nếu các nguồn phát có phổ cách nhau một

cách hợp lý và ở đầu thu có thể thu được các tín hiệu quang riêng biệt nếu phần thu
có các bộ tách bước sóng. Đây chính là cơ sở của kỹ thuật ghép kênh theo bước
sóng WDM.
Cấu trúc tổng quát của hệ thống thông tin quang
Tuyến thông tin quang bao gồm: Bộ phát quang, sợi quang, khuếch đại
quang và bộ thu quang. Mơ hình chung của tuyến thơng tin quang như sau:
Thiết
Mã
Phát

bị

hố

phát
quang

Bộ
Sợi

lặp

Thiết
Sợi

quang

Giải

bị thu

mã

quang

Thu

quang

Hình 1.1. Cấu trúc của hệ thống thơng tin quang
Tín hiệu cần truyền đi sẽ được phát vào môi trường truyền dẫn tương ứng
và ở đầu thu sẽ thu lại tín hiệu cần truyền. Như vậy, tín hiệu đã được thơng tin từ
nơi gửi tín hiệu đi tới nơi nhận tín hiệu đến. Mơi trường truyền dẫn ở đây chính là


12

sợi dẫn quang, nó thực hiện truyền ánh sáng mang tín hiệu thơng tin từ phía phát
tới phía thu.
Đặc tuyến suy hao của sợi quang theo bước sóng tồn tại ba vùng mà tại đó
có suy hao thấp là các vùng xung quanh bước sóng 850 nm, 1310 nm và 1550 nm.
Ba vùng bước sóng này được sử dụng cho các hệ thống thông tin quang và gọi là
các vùng cửa sổ thứ nhất, thứ hai và thứ ba tương ứng. Thời kỳ đầu của kỹ thuật
thông tin quang, cửa sổ thứ nhất được sử dụng. Nhưng sau này do công nghệ chế
tạo sợi phát triển mạnh, suy hao sợi ở hai cửa sổ sau rất nhỏ cho nên các hệ thống
thông tin quang ngày nay chủ yếu hoạt động ở vùng cửa sổ thứ hai và thứ ba.
Nguồn phát quang ở thiết bị phát có thể sử dụng diode phát quang (LED)
hoặc Laser bán dẫn (LD). Cả hai loại nguồn phát này đều phù hợp cho các hệ thống
thông tin quang, với tín hiệu quang đầu ra có tham số biến đổi tương ứng với sự
thay đổi của dòng điều biến. Tín hiệu điện ở đầu vào thiết bị phát ở dạng số hoặc

đôi khi có dạng tương tự. Thiết bị phát sẽ thực hiện biến đổi tín hiệu này thành tín
hiệu quang tương ứng và cơng suất quang đầu ra sẽ phụ thuộc vào sự thay đổi của
cường độ dòng điều biến. Bước sóng làm việc của nguồn phát quang cơ bản phụ
thuộc vào vật liệu cấu tạo. Đoạn sợi quang ra của nguồn phát quang phải phù hợp
với sợi dẫn quang được khai thác trên tuyến.
Tín hiệu ánh sáng đã được điều chế tại nguồn phát quang sẽ lan truyền
dọc theo sợi dẫn quang để tới phần thu quang. Khi truyền trên sợi dẫn quang, tín
hiệu ánh sáng thường bị suy hao và méo do các yếu tố hấp thụ, tán xạ, tán sắc gây
nên. Bộ tách sóng quang ở đầu thu thực hiện tiếp nhận ánh sáng và tách lấy tín hiệu
từ hướng phát đưa tới. Tín hiệu quang được biến đổi trở lại thành tín hiệu điện. Các
photodiode PIN và photodiode thác APD đều có thể sử dụng để làm các bộ tách
sóng quang trong các hệ thống thông tin quang, cả hai loại này đều có hiệu suất làm
việc cao và có tốc độ chuyển đổi nhanh. Các vật liệu bán dẫn chế tạo các bộ tách
sóng quang sẽ quyết định bước sóng làm việc của chúng và đoạn sợi quang đầu vào
các bộ tách sóng quang cũng phải phù hợp với sợi dẫn quang được sử dụng trên
tuyến lắp đặt. Đặc tính quan trọng nhất của thiết bị thu quang là độ nhạy thu quang,


13

nó mô tả công suất quang nhỏ nhất có thể thu được ở một tốc độ truyền dẫn số nào
đó ứng với tỷ lệ lỗi bít cho phép của hệ thống.
Khi khoảng cách truyền dẫn khá dài, tới một cự ly nào đó, tín hiệu quang
trong sợi bị suy hao khá nhiều thì cần thiết phải có trạm lặp quang đặt trên tuyến.
Cấu trúc của thiết bị trạm lặp quang gồm có thiết bị phát và thiết bị thu ghép. Thiết
bị thu ở trạm lặp sẽ thu tín hiệu quang yếu rồi tiến hành biến đổi thành tín hiệu
điện, khuếch đại tín hiệu này, sửa dạng và đưa vào thiết bị phát quang. Thiết bị phát
quang thực hiện biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang rồi lại phát tiếp vào
đường truyền. Những năm gần đây, các bộ khuếch đại quang đã được sử dụng để
thay thế một phần các thiết bị trạm lặp quang.

Trong các tuyến thông tin quang điểm nối điểm thông thường, mỗi một
sợi quang sẽ có một nguồn phát quang ở phía phát và một bộ tách sóng quang ở
phía thu. Các nguồn phát quang khác nhau sẽ cho ra các luồng ánh sáng mang tín
hiệu khác nhau và phát vào sợi dẫn quang khác nhau, bộ tách sóng quang tương
ứng sẽ nhận tín hiệu từ sợi này. Như vậy muốn tăng dung lượng của hệ thống thì
phải sử dụng thêm sợi quang. Với hệ thống quang như vậy, dải phổ của tín hiệu
quang truyền qua sợi thực tế rất hẹp so với dải thông mà các sợi truyền dẫn quang
có thể truyền dẫn với suy hao nhỏ.
Vì vậy, đã dẫn đến một ý tưởng hợp lý khi cho rằng có thể truyền dẫn
đồng thời nhiều tín hiệu quang từ các nguồn quang có bước sóng phát khác nhau
trên cùng một sợi quang. Kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM sẽ thực
hiện ý tưởng này.
1.1 Những tồn tại và xu hướng phát triển của hệ thống thông tin quang
1.1.1 Những tồn tại của hệ thống quang
Ngoài những nhược điểm của hệ thống quang được nêu ở trên thì trong hệ
thống thơng tin quang hiện nay mà chủ yếu là hệ thống quang đơn kênh còn có
những tồn tại sau: Các hệ thống quang thường có dung lượng thấp (<10 Gb/s) do
ảnh hưởng của tán sắc, hiệu ứng phi tuyến sợi, trong khi đó băng tần của sợi quang
là rất lớn (> 1 Thz). Mạch điện trong hệ thống làm hạn chế tốc độ và cự ly truyền


14

dẫn. Khi tốc độ hệ thống đạt đến mấy chục Gb/s thì làm cho cự ly truyền dẫn ngắn
lại, bản thân các mạch điện tử không đáp ứng được xung tín hiệu cực hẹp.
Việc khắc phục những nhược điểm trên địi hỏi phải có cơng nghệ cao và rất
tốn kém vì cấu trúc của hệ thống rất phức tạp. Hệ thống thông tin quang nhiều kênh
sẽ giải quyết các tồn tại trên như sau:
Thứ nhất: Các phần tử quang thay thế các phần tử điện ở những vị trí quan trọng
đòi hỏi tốc độ đáp ứng nhanh, tốc độ xử lý tín hiệu cao đã khắc phục được nhược

điểm về tốc độ đáp ứng xung của các mạch điện tử đã nêu ở trên.
Thứ hai: Các phần tử quang tận dụng được phổ hẹp của Laser làm tăng khả năng sử
dụng băng tần lớn của sợi đơn mode nên tạo ra khả năng truyền tải cho các ứng
dụng tốc độ cao hiện tại và tương lai.
Vì vậy, khi sử dụng hệ thống quang nhiều kênh sẽ làm tăng được dung
lượng của hệ thống mà không cần tăng thêm sợi quang, tận dụng được băng tần
không hạn chế của sợi.
1.1.2

Xu hướng phát triển của hệ thống quang

Với sự phát triển không ngừng của thơng tin viễn thơng hiện nay thì hệ
thống thông tin quang đã và đang phát triển mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế giới.
Do có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với các hình thức thơng tin khác về băng thơng,
suy hao và an tồn tín hiệu mà hệ thống thơng tin quang hiện nay giữ vai trị chính
trong việc truyền tín hiệu ở các tuyến đường trục và các tuyến xuyên lục địa, xuyên
đại dương, mạng nội hạt, mạng trung kế. Công nghệ quang phát triển như ngày nay
đã là tiền đề cho hệ thống thông tin quang phát triển theo xu hướng hiện đại và kinh
tế nhất.
Hệ thống thông tin quang sử dụng sợi quang đơn mode có ưu điểm là không
có trễ, không có can nhiễu, suy hao trên đường truyền nhỏ, quãng đường truyền là
ngắn nhất so với sợi đa mode đã làm tăng được khoảng cách của tuyến truyền dẫn
quang và tạm thời đáp ứng được nhu cầu sử dụng của con người.
Tuy nhiên, do nhu cầu trao đổi thông tin của con người và các loại hình dịch
vụ băng rộng như internet tốc độ cao, FTTX (Fiber To The Home /Building


15

/Premises /Office /Curb/Node), IDTV (Integrated Digital Television) thì dung

lượng và tốc độ của các hệ thống quang đơn mode không thể đáp ứng được, mặt
khác, sợi quang đơn mode chỉ truyền được một mode tín hiệu nên khơng tận dụng
được băng thông lớn của sợi quang, mà muốn nâng cao dung lượng của hệ thống
thì lại phải sử dụng thêm sợi quang nên người ta lại nghĩ đến phương thức cải thiện
nhược điểm của hệ thống quang đơn mode. Kết quả là hệ thống quang nhiều kênh
ra đời, tiêu biểu là hệ thống quang ghép kênh theo bước sóng WDM (Wavelength
Division Multiplexing).
Hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng ra đời đã làm tăng đáng
kể dung lượng và cự ly truyền dẫn của hệ thống, đặc biệt là khi sử dụng các công
nghệ làm giảm các yếu tố chính ảnh hưởng đến hệ thống truyền dẫn quang như suy
hao, tán sắc, các hiệu ứng phi tuyến; các công nghệ khuếch đại quang EDFA,
chuyển mạch gói quang.
Các công nghệ khác như ghép kênh quang phân chia theo thời gian OTDM
(Optical Time Division Multiplexing), truyền dẫn Soliton thì dung lượng được đáp
ứng rất tốt nhưng lại quá phức tạp nên giá thành của hệ thống lại trở thành vấn đề
đáng quan tâm, vì vậy, hệ thống WDM đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi
trong các hệ thống thông tin quang hiện nay. Ngồi ra, người ta cịn cải tiến công
nghệ WDM bằng các công nghệ ghép kênh theo bước sóng mật độ cao DWDM
(Dense Wavelength Division Multiplexing) và ghép kênh theo bước sóng lỏng
CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing).
Như vậy, hệ thống thông tin quang đã phát triển không ngừng từ việc tách
ghép cố định tuyến quang đến chuyển mạch tuyến quang và đang tiến tới các hệ
thống thông tin quang sử dụng kỹ thuật chuyển mạch gói quang. Ở nước ta, thông
tin cáp sợi quang đang ngày càng chiếm vị trí quan trọng. Các tuyến cáp quang
được hình thành đặc biệt là hệ thống cáp quang Hà Nội-Thành Phố Hồ Chí Minh
chiếm một vị trí quan trọng trong hệ thống thơng tin tồn quốc.


16

Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng WDM
Trong hệ thống WDM, tín hiệu điện của từng kênh quang được điều chế với
các sóng mang quang khác nhau. Sau đó, chúng được ghép lại và truyền trên cùng
một sợi quang đến đầu thu. Phía thu thực hiện q trình tách tín hiệu quang thành
các kênh quang riêng biệt có bước sóng khác nhau. Mỗi kênh này được đưa đến
một máy thu riêng. Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóngđược thể hiện như
sau:

Tx1

Rx1

Sợi quang

Tx2

MUX

TxN

DEMUX

Rx2

RxN

Khuếch đại tín hiệu

Phát tín

Ghép tín

Tách tín

Thu tín

hiệu

hiệu

hiệu

hiệu

Hình 1.2: Ngun lý ghép kênh quang theo bước sóng WDM.
Công nghệ WDM cho phép khai thác được tiềm năng băng thông to lớn của
sợi quang. Chỉ riêng cửa sổ quang 1550 nm thì dải bước sóng có thể sử dụng là
1500 nm – 1600 nm tương ứng với dải tần rộng cỡ 12,5 THz. Hệ thống gồm các
phần sau:
Phần phát tín hiệu: Hệ thống WDM sử dụng các nguồn phát quang là các
Laser có độ rộng phổ hẹp, phát ra các bước sóng ổn định, mức công suất đỉnh, bước
sóng trung tâm, độ rộng phổ, độ rộng dịch tần phải nằm trong giới hạn cho phép.
Ghép/tách tín hiệu: Bộ ghép các bước sóng quang MUX có nhiệm vụ ghép các
bước sóng khác nhau λ1, λ2, λ3,…, λN từ các nguồn quang khác nhau thành một
luồng ánh sáng chung để truyền qua sợi quang. Bộ ghép kênh quang này phải có
suy hao nhỏ để đảm bảo tín hiệu ở đầu ra của bộ ghép kênh ít bị suy hao, giữa các
kênh phải có khoảng bảo vệ nhất định để tránh nhiễu sang nhau. Bộ tách tín hiệu


17

quang DEMUX có nhiệm vụ phân luồng tín hiệu thu được thành các kênh có bước
sóng khác nhau và đi đến đầu thu riêng.
Truyền dẫn tín hiệu: Q trình truyền tín hiệu trong sợi quang chịu ảnh
hưởng của nhiều yếu tố: suy hao, tán sắc hay các hiệu ứng phi tuyến mà mức độ
ảnh hưởng của mỗi yếu tố phụ thuộc vào loại sợi được sử dụng trong hệ thống.
Khuếch đại tín hiệu: Hệ thống WDM chủ yếu sử dụng các bộ khuếch đại
quang là các bộ khuếch đại quang sợi EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) hoặc
bộ khuếch đại Raman.
Thu tín hiệu: Các hệ thống WDM sử dụng các bộ tách sóng quang là các bộ PIN
(Positive Intrinsic Negative) hoặc Diode quang thác APD (Avalanche Photo-Diode)
để biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện, nó phải tương thích với bộ phát cả về
bước sóng và đặc tính điều chế.
Khi N kênh tại tốc độ bit B1, B2, …, BN được truyền đồng thời qua sợi có độ
dài L, thì B.L = (B1+ B2+…+ BN)L . Khi tốc độ bit đồng đều, tức B1=B2=…=BN thì
dung lượng của hệ thống sẽ tăng lên với hệ số N.
Dung lượng cực đại của các tuyến WDM phụ thuộc vào khoảng cách cho
phép giữa các kênh. Khoảng cách tối thiểu là khoảng cách mà đảm bảo được khả
năng chống nhiễu xuyên kênh giữa các kênh.
Các kênh tần số (hay bước sóng) của các hệ thống WDM đã được chuẩn hố bởi
ITU_T thì khoảng cách giữa các kênh bước sóng là 100 Ghz, hệ thống WDM hiện
tại hoạt động trong băng C và L thì sẽ có 32 kênh bước sóng hoạt động trên mỗi
băng. Như vậy, nếu giữ nguyên tốc độ bit trên mỗi kênh truyền mà sử dụng cơng
nghệ WDM thì cũng đủ làm tăng băng thông truyền trên một sợi quang lên 64 lần.
Hệ thống thông tin quang WDM có kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng lỏng
CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) và kỹ thuật ghép kênh theo
bước sóng mật độ cao DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing).
Kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng lỏng CWDM: là kỹ thuật ghép kênh
quang theo bước sóng mà trong đó khoảng cách giữa các kênh liên tiếp nhau lớn
hơn 20 nm và độ rộng phổ của một kênh là 2500 Ghz. Bước sóng của laser thay đổi

18

theo nhiệt độ nhưng đối với kỹ thuật này không cần bộ làm mát vì khoảng cách
giữa các kênh liền nhau lớn. Kỹ thuật CWDM mang lại hiệu quả kinh tế cao đối với
hệ thống cần ít bước sóng.
Bảng 1.1: Bảng so sánh giữa CWDM và DWDM.
Khoảng cách bước sóng
Độ rộng phổ
Điều khiển môi trường
Nguồn Laser
Tốc độ dữ liệu/ kênh
Tốc độ bít tập trung
Giá thành kênh

CWDM
≈20 nm
2500 Ghz
Khơng
DFB (khơng làm mát)
2,5 Gbit/s
40 Gbit/s
Thấp

DWDM
≈0,8nm
100 Ghz
Có
DFB (làm mát)

10 Gbit/s
320 Gbit/s
Cao

Khi dung lượng của hệ thống tăng lên thì số kênh ghép trong sợi quang tăng
lên. Điều này làm cho kỹ thuật CWDM khó có thể đáp ứng được nhu cầu. Kỹ thuật
ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao DWDM đã khắc phục điều đó.
DWDM là kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng mà khoảng cách giữa các kênh
quang liền nhau truyền trên sợi quang là 0,8 nm tại vùng tần số 1550 nm và độ rộng
phổ của một kênh tầm 100 Ghz. Hiện nay, người ta còn có thể ghép được các bước
sóng mà khoảng cách giữa các kênh là 0,4 và 0,2 nm và độ rộng phổ lần lượt là 50
và 20 Ghz. Khi độ rộng phổ của bước sóng giảm xuống thì có nhiều yêu cầu cần
phải giải quyết như: nhiệt độ của Laser phát phải ổn định, các thiết bị tách ghép
phải hoạt động chính xác hơn. Những yêu cầu này làm cho giá thành của các thiết
bị DWDM tăng lên rất nhiều so với các thiết bị của hệ thống CWDM. Việc so sánh
giữa CWDM và DWDM được minh họa như trong Bảng 1.1
Trong hệ thống thơng tin quang thì tồn tại 3 cửa sổ truyền sóng là 3 vùng
bước sóng có suy hao nhỏ nhất đó là:
 Vùng 1: có bước sóng λ = 0.8÷0.9 nm: có hệ số suy hao α min = 2 ÷ 3 dB/km,
là vùng dành cho sợi đa mode chiết suất nhảy bậc SI (Step Index) và chiết suất biến
đổi GI (Graded Index), được dùng cho các hệ thống có cự ly truyền dẫn ngắn với
tốc độ truyền khoảng vài chục Mb/s.
 Vùng 2: có bước sóng λ = 1÷1.3 nm: có αmin = 0,35 dB/km, lúc này tán xạ
vật liệu khơng cịn, được sử dụng cho các sợi đa mode GI, các sợi đơn mode và


19

dùng cho các hệ thống truyền dẫn cự ly xa khoảng mấy chục km với tốc độ hàng
Gb/s.

 Vùng 3: là vùng có bước sóng nằm trong khoảng λ = 1, 5 ÷1, 7nm ; có hệ số
suy hao αmin=0.16dB/km, được dùng chủ yếu cho sợi đơn mode, dùng cho các hệ
thống có cự ly truyền dẫn hàng trăm km với tốc độ lên đến hàng ngàn Gb/s.
Ghép kênh quang phân chia theo bước sóng WDM có thể ghép nhiều bước sóng
truyền trên một sợi quang mà không cần tăng tốc độ truyền dẫn trên một bước
sóng. Công nghệ WDM tăng băng thông bằng cách tận dụng cửa sổ làm việc của
sợi quang trong khoảng bước sóng 1260 nm đến 1675 nm. Khoảng bước sóng này
được chia ra làm các băng hoạt động như trong Bảng 1.2.
Bảng 1.2: Sự phân chia các băng sóng trong WDM.
Băng sóng
Băng O
Băng E
Băng S
Băng C
Băng L
Băng U

Mô tả:
Ban đầu: Original
Mở rộng: Extended
Ngắn: Short
Tiêu chuẩn: Conventional
Dài: Long
Cực dài: Untra-long

Phạm vi bước sóng(nm)
1260÷1360
1360÷1460
1460÷1530
1530÷1565

1565÷1625
1625÷1675

Trong hệ thống WDM thì thường sử dụng các bước sóng nằm trong các
vùng có suy hao thấp như trên được thể hiện rõ hơn trong Hình 1.3.

Hình 1.3: Các cửa sổ có suy hao thấp sử dụng trong WDM.
1.2 Các phương pháp truyền dẫn sử dụng ghép kênh quang theo bước sóng
Hệ thống truyền dẫn là những hệ thống tương tác, tại mỗi đầu sẽ thực hiện
chức năng phát tín hiệu đi và nhận tín hiệu về. Có hai phương pháp thiết lập hệ


20

thống truyền dẫn sử dụng ghép kênh quang theo bước sóng WDM, đó là truyền dẫn
WDM đơn hướng và truyền dẫn WDM song hướng.
1.2.1 Phương pháp truyền dẫn WDM đơn hướng
Phương pháp truyền dẫn WDM đơn hướng là: tất cả kênh quang trên cùng
một sợi quang được ghép lại thành một luồng tín hiệu và được truyền theo cùng
một hướng. Ở hướng đi, các kênh quang tương ứng với các bước sóng λ1 , λ 2 ,....,
λN qua bộ ghép kênh được ghép lại với nhau thành một luồng tín hiệu và truyền dẫn
theo một chiều trên một sợi quang đến đầu thu. Ở đầu thu, bộ giải ghép bước sóng
quang tách các tín hiệu có bước sóng khác nhau trong luồng tín hiệu thu được để
đến các đầu thu riêng rẽ. Ở hướng ngược lại, có nguyên lý truyền giống như
nguyên lý truyền ở hướng đi nhưng truyền trên một sợi quang riêng biệt khác.
Phương pháp truyền dẫn đơn hướng biểu diễn trong Hình 1.4
λ1

λ1

λ1, λ2,…, λN

λ2

MUX/

DEMUX/

Tx2

DEMUX

MUX
EDFA

λN

λ1, λ2,…, λN

Rx1
λ2
Rx2

EDFA

TxN

λN
RxN

Hình 1.4: Phương pháp truyền dẫn WDM đơn hướng.
1.2.2 Phương pháp truyền dẫn WDM song hướng
Phương pháp truyền dẫn WDM song hướng là: ở hướng đi, các kênh quang
tương ứng với các bước sóng λ1, λ2, ..., λi qua bộ ghép/tách kênh được ghép lại với
nhau thành một luồng tín hiệu truyền dẫn theo một chiều trên một sợi. Cũng sợi
quang đó, ở hướng về các bước sóng λi+1, λi+2,..., λN được truyền dẫn theo chiều
ngược lại. Phương pháp này chỉ cần sử dụng một sợi quang cũng có thể thiết lập
được một hệ thống truyền dẫn cho cả chiều đi và chiều về. Phương pháp này được
biểu diễn trong Hình 1.5


21

λ1

λ1
λ1, λ2,…, λi
λ2

MUX/

λ2

DEMUX/

DEMUX

MUX
λi+1, λi+2,…, λN

λi

λN

Hình 1.5: Phương pháp truyền dẫn WDM song hướng.

N

Hai phương pháp truyền dẫn đều có ưu nhược điểm riêng. Giả sử công
nghệ hiện tại cho phép truyền N bước sóng trên một sợi quang, thì có thể so sánh
hai phương pháp như sau:
Đầu tiên là về dung lượng: phương pháp truyền hai hướng trên hai sợi có
dung lượng cao gấp đôi so với phương pháp truyền hai hướng trên một sợi, nhưng
số sợi quang cần dùng lại nhiều gấp đôi.
Tiếp theo là khi có sự cố đứt cáp thì hệ thống truyền hai hướng trên hai sợi
không cần cơ chế chuyển mạch bảo vệ tự động vì cả hai đầu liên kết đều có khả
năng nhận biết tức thời sự cố.
Bên cạnh đó, khi thiết kế mạng: hệ thống song hướng khó thiết kế hơn do
phải xét đến các yếu tố xuyên nhiễu do có nhiều bước sóng truyền trên một sợi
quang hơn hệ thống đơn hướng, đảm bảo định tuyến và phân bố bước sóng sao cho
hai chiều trên sợi quang không sử dụng chung một bước sóng.
Cuối cùng là bộ khuếch đại trong hệ thống song hướng thường có cấu trúc
phức tạp hơn trong hệ thống đơn hướng. Nhưng do số bước sóng khuếch đại trong
hệ thống song hướng giảm một nửa theo mỗi chiều, nên các bộ khuếch đại của hệ
thống song hướng sẽ cho công suất quang ngõ ra lớn hơn so với hệ thống đơn
hướng.


22

1.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống WDM
Hệ thống WDM bao gồm một hoặc nhiều nguồn phát (laser), một bộ ghép
kênh, một hoặc nhiều bộ khuếch đại quang (ví dụ EDFA), khối xen/rẽ (OADM),
sợi quang, một bộ tách kênh và các bộ thu tương ứng với phía phát, kênh tín hiệu
điều khiển giám sát quang và hệ thống xử lý. Mỗi phần tử trên hệ thống đều thực
hiện những chức năng xác định một cách chính xác.
Sơ đồ nguyên lý của hệ thống được minh họa ở hình 1.6. Ở đầu phát, trước
tiên tín hiệu đến từ thiết bị đầu cuối được bộ chuyển đổi bước sóng quang (OWT –
Optical Wavelength Translators) chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu quang có
bước sóng theo chuẩn G.652, phù hợp với phổ bước sóng quang WDM. Sau đó các
bước sóng WDM theo chuẩn G.652 sẽ được tập hợp thành tín hiệu quang tổng nhờ
bộ ghép sóng quang, được khuếch đại qua các bộ khuếch đại công suất quang và
phát lên sợi quang. Khi khoảng cách truyền dẫn giữa hai nút mạng quá lớn (lớn hơn
130 km), tín hiệu quang cần được khuếch đại chuyển tiếp.
Ở đầu thu, bộ tiền khuếch đại sẽ khuếch đại tín hiệu quang tổng hợp (đang bị
suy giảm nhiều về công suất), tiếp đó bộ tách sóng quang sẽ tách các tín hiệu quang
có bước sóng nhất định ra khỏi tín hiệu quang tổng hợp. Bộ thu quang phải đảm
bảo các yêu cầu về độ nhạy, công suất quá tải, chịu đựng tín hiệu quang có tạp âm,
có khả năng khuếch đại băng rộng,…
Chức năng chính của kênh tín hiệu quang giám sát là điều khiển và giám sát
tình hình truyền dẫn các kênh tín hiệu quang của hệ thống WDM. Ở đầu phát, tín
hiệu quang giám sát sẽ được hợp với tín hiệu quang tổng và đưa ra sợi quang. Ở
đầu thu, tín hiệu quang giám sát sẽ được tách ra khỏi tín hiệu quang tổng hợp. Các
byte đồng bộ khung, byte nghiệp vụ, byte thông tin mào đầu (overheard), … mà
mạng quản lý, sử dụng đều được truyền qua kênh tín hiệu quang giám sát.
Hệ thống quản lý mạng trên mạng WDM thông qua lớp vật lý của kênh tín
hiệu quang giám sát truyền các byte mào đầu đến các nút trên mạng WDM. Nhờ
vậy hệ thống quản lý mạng WDM thực hiện được các chức năng quản lý như: quản

23

lý cấu hình, quản lý sự cố, quản lý tính năng, quản lý bảo mật, … và kết nối với hệ
thống quản lý cấp cao hơn TMN (mạng quản lý viễn thông).
Máy phát quang

Khuếch đại trung
kế quang

Bộ phát

1

quang 1

l1
Bộ

n

.
.
Bộ phát
quang n

ln

BA

Sợi quang

LA

ghép
sóng

ls

ls

quang

Thu/phát tín hiệu điều
khiển giám sát kênh
Bộ phát tín hiệu

quang

điều khiển giám sát
Hệ thống

kênh quang

quản lí mạng
Máy thu quang

l1
Sợi quang

PA

Bộ tách
sóng
quang

ls

.
.
.

ln

Bộ thu 1

.
.
.
Bộ thu n

Bộ thu n
Bộ thu tín hiệu điều
khiển giám sát kênh
quang

Hình 1.6. Sơ đồ hệ thống WDM
1.4 Một số tham số kỹ thuật trong hệ thống WDM
Hệ thống WDM có một số tham số chính, đó là khoảng cách kênh, số kênh
ghép, suy hao xen, suy hao xuyên kênh, độ rộng kênh. Trong đó, ba tham số suy

24

hao xen, suy hao xuyên kênh, độ rộng kênh là ba tham số mơ tả đặc tính của bộ
ghép/tách kênh.
1.4.1 Suy hao xen
Suy hao xen được xác định là lượng công suất tổn hao sinh ra trong tuyến
truyền dẫn quang do tuyến có thêm các thiết bị tách/ghép kênh quang. Suy hao này
bao gồm suy hao do các điểm nối ghép thiết bị WDM với sợi và suy hao do bản
thân thiết bị ghép gây ra. Vì vậy, trong thực tế người thiết kế tuyến phải tính cho
vài dB ở mỗi đầu. Suy hao xen được diễn giải tương tự như suy hao đối với các bộ
tách/ghép hỗn hợp (MUX/DMUX) nhưng cần lưu ý trong WDM là xét cho một
bước sóng đặc trưng. Suy hao xen được xác định như sau:
- Đối với OMUX:
Li = −10 lg

O (λi )
(dB)
I i (λ i )

Li = −10 lg

Oi (λi )
(dB)
I (λ i )

- Đối với ODMUX

Trong đó: I(λi) và O(λi) tương ứng là cơng suất các tín hiệu quang tại đầu
vào và đầu ra bộ ODMUX và bộ OMUX.

Ii(λi) là công suất tín hiệu tại đầu vào thứ i củabộ ghép
Oi(λi) là cơng suất tín hiệu tại đầu ra thứ i của bộ tách
Tham số suy hao xen luôn được các nhà chế tạo cho biết đối với từng kênh
quang của thiết bị.
1.4.2

Suy hao xuyên kênh

Khi thực hiện ghép các kênh quang có bước sóng khác nhau để truyền trên
cùng một sợi quang thì một phần tín hiệu của kênh này ghép sang vùng phổ của
kênh khác. Do đó khi tách kênh sẽ có sự rị cơng suất tín hiệu từ kênh thứ i có bước
sóng thứ i có bước sóng λi sang các kênh có bước sóng khác với λi.Ngày cả trong
trường hợp ghép kênh hoàn hảo,ở các bộ tách ghép thực tế ln có hiện tượng rị
cơng suất tín hiệu từ một kênh sang kênh khác.Hiện tượng này gọi là xuyên kênh.


25

I(1) . I(N)
MUX



Oi(i)+ Ui(k)
DEMUX

Oi(i)+ Ui(2)


MUX

1

MULDEX
1


Oi(i)+ Ui(k)



2
(Ui(k) là xuyên âm của bớc sóng k sang kênh

2

thứ i)
Hình 2.11 1.7. Xuyờn õm trong h thng
Hỡnh Xuyên âm trong hệ thống WDM

Trong thc tế luôn tồn tại hiện tượng xuyên kênh và làm giảm chất lượng
truyền dẫn. Người ta đưa ra tham số suy hao xuyên kênh để đặc trưng cho khả năng
tách các kênh khác nhau và được tính bằng dB như sau:
- Đối với bộ tách kênh:
 n

 ∑ U i (λk ) 
 (dB)
D (λi ) = −10 log  k =1, k ≠i
I (λi )








Trong trường hợp lý tưởng, tại cửa ra thứ i chỉ có bước sóng λi, nhưng do có
hiện tượng xuyên kênh, tại cửa ra thứ i có tín hiệu rị từ các kênh khác. U i(λk) và Pi
( λ j ) là cơng suất tín hiệu không mong muốn ở bước sóng λk và λj tại cửa ra thứ i.
Trong thiết bị ghép/tách kênh hỗn hợp, việc xác định suy hao xuyên kênh cũng
được áp dụng như bộ tách kênh. ở trường hợp này phải xem xét cả hai loại xuyên
kênh, xuyên kênh đầu gần và xuyên kênh đầu xa (hình 1.7). “Xuyên kênh đầu xa”
là do các kênh khác được ghép đi vào đường truyền gây ra. Ví dụ, U i(λk) là xuyên
nhiễu do kênh quang có bước sóng λk tại đầu ra thứ i. “Xuyên kênh đầu gần” là do