Thiết kế tuyến thông tin quang VinhHà Trung ghép kênh theo bước sóng WDM

TRNG I HC VINH
KHOA IN T VIN THễNG
===== =====

đồ án

tốt nghiệp đại học
Đề tài:

thiết kế tuyến thông tin quang vinh - hà trung
ghép kênh theo bớc sóng wdm

Ngi hng dõn

: ThS. nguyễn thị minh

Sinh viờn thc hiờn : nguyễn văn hữu
Lp

: 49K - ĐTVT

Mó s sinh viờn

: 0851080310


NGHỆ AN - 01/2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên:

Nguyễn Văn Hữu

Số hiệu sinh viên: 0851080310

Ngành:

Điện tử - Viễn thông

Khoá: 49

1. Đầu đề đồ án:
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................

.........................................................................................................................................
4. Các bản vẽ, đồ thị (ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
Họ tên giảng viên hướng dẫn:
ThS. Nguyễn Thị Minh
1. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:
....../....../20......
2. Ngày hoàn thành đồ án:
....../....../20......
Ngày ...... tháng ...... năm 2013
TRƯỞNG BỘ MÔN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN

Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày ...... tháng ...... năm 2013
CÁN BỘ PHẢN BIỆN


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
---------------------------

BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên:

Nguyễn Văn Hữu

Số hiệu sinh viên: 0851080310

Ngành:

Điện tử - Viễn thông

Khoá: 49

Giảng viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Thị Minh
Cán bộ phản biện:
1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp:
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................

2. Nhận xét của cán bộ phản biện:
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................

Ngày

tháng
năm
Cán bộ phản biện
(Ký, ghi rõ họ và tên)


MỤC LỤC
MỤC LỤC 2
LỜI NÓI ĐẦU i
TÓM TẮT ĐỒ ÁN iii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU iv
MỤC LỤC 2 iv
MỤC LỤC 2 2 iv
LỜI NÓI ĐẦU i 2 iv
TÓM TẮT ĐỒ ÁN iii 2 iv
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU iv 2 iv
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ v 2 iv
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT vi 2 iv
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 1 2 iv
Hình 1.1. Hệ thống truyền dẫn sợi quang digital 1 2 iv
Bảng 1.1. Tốc độ truyền dẫn tiêu chuẩn ở Bắc Mỹ, châu Âu và Nhật Bản 2
2 iv
Bảng 1.2. Các mức phân cấp tín hiệu SONET [1] 3 2 iv
Hình 1.3. Các thành phần chính của tuyến truyền dẫn cáp sợi quang 4 2 iv
Hình 1.5. Sự khúc xạ và phản xạ ánh sáng với góc tới khác nhau 10 2 iv
Hình 1.6. Đường đi của ánh sáng qua khối thủy tinh 11 2 iv
Hình 1.7. Tia sáng đi trong ống thủy tinh 12 2 iv
1.2.3. Các sợi dẫn quang đơn mode mới trong thông tin quang 13 2 iv
Các mạng quang đều sử dụng môi trường truyền dẫn là sợi quang. Sợi
quang có đặc tính là suy hao và tán sắc thấp và là môi trường phi dẫn. Cho

tới nay, người ta đã chế tạo được hai loại sợi quang mới dùng khá hiệu quả
trong các hệ thống thông tin quang, đó là sợi đơn mode tán sắc dịch chuyển
DSF (Dispersion-Shifted Fiber) và sợi quang đơn mode tán sắc dịch chuyển
không bằng không hay tán sắc dịch chuyển khác không NZ - DSF (NonZero Dispersion-Shifted Fiber). Sợi quang đơn mode chuẩn cũng như sợi
dịch tán sắc, hoặc sợi tán sắc phẳng đã được ITU - T chuẩn hóa. 13 2 iv


Sợi DSF là sợi đơn mode có bước sóng λ0 nằm trong vùng bước sóng
1550μm (1525nm ÷ 1575nm) mà tại đó giá trị tán sắc bằng không, và sợi
này sử dụng tối ưu cho các bước sóng nằm xung quanh 1550nm, cũng có
thể dùng cho vùng bước sóng 1310nm. Do sợi quang đơn mode DSF có cả
suy hao và tán sắc nhỏ giống như sợi đơn mode SMF nên rất có hiệu quả
trong việc ứng dụng vào các hệ thống thông tin quang hoạt động ở vùng
bước sóng 1550nm hoặc là các hệ thống sử dụng khuếch đại quang pha tạp
Erbium EDFA (Erbium-doped Fiber Amplifier). Như vậy, sợi này có thể
xây dùng để xây dựng các hệ thống thông tin quang tốc độ cao, cự ly xa
chẳng hạn như các hệ thống thông tin cáp quang biển. 13 2 iv
Sợi NZ - DSF là loại sợi quang đơn mode có giá trị tán sắc tuyệt đối của nó
nhỏ nhưng không nằm trong vùng bước sóng 1550nm; bước sóng này mà
tại đó tán sắc bằng không nằm ở ngoài vùng bước sóng 1500nm ÷ 1600nm.
Sợi này được coi là tối ưu cho các hệ thống thông tin quang hoạt động ở
các bước sóng nằm trong vùng bước sóng 1500nm ÷ 1600nm. Khi kỹ thuật
ghép kênh quang theo bước sóng WDM ra đời thể hiện khả năng truyền
nhiều bước sóng trên một sợi quang. Khi đó, đáp ứng phi tuyến gây ra
thêm một loạt hiệu ứng phi tuyến như: hiệu ứng trộn bốn bước sóng FWM
(Four Wave Mixing), tự điều chế pha SPM (Self Phase Modulation), điều
chế ngang pha XPM (Cross Phase Modulation). Trong các hiệu ứng này,
hiệu ứng FWM gây ra nhiều phiền phức nhất. Do hiệu ứng FWM phụ
thuộc vào tán sắc của sợi quang cho nên sợi tán sắc dịch chuyển DSF
không thích hợp với các hệ thống WDM có dung lượng lớn và cự ly xa. Để

giải quyết vấn đề này thì sợi NZ - DSF đã ra đời vào năm 1994. Đặc tính
suy hao của sợi này tương tự như sợi đơn mode thông thường SMF, nhưng
đặc điểm nổi bật của nó là có tán sắc nhỏ nhưng với giá trị tiêu biểu là 0,1
ps/km.nm ≤ Dmin ≤ Dmax ≤ 6 ps/km.nm trong vùng bước sóng 1530 ÷
1560nm [1]. 13 3 v
Bảng 1.3. Các tham số của một số loại sợi quang đơn mode(theo khuyến
nghị ITU - T, Rec.G.652, G.653 và G.655) 14 3 v
Các tham số 14 3 v
3


Đơn vị 14 3 v
G.652 14 3 v
G.653 14 3 v
G.655 14 3 vi
Giá 14 3 vi
trị chuẩn 14 3 vi
Sai số 14 4 vi
Giá trị chuẩn 14 4 vi
Sai số 14 4 vi
Giá 14 4 vi
trị chuẩn 14 4 vi
Sai số 14 4 vi
Đường kính tại trường mode 1,55μm 14 4 vi
μm 14 4 vi
9÷10 1,3μm 14 4 vi
±10% 14 4 vi
7÷8,3 14 4 vi
±10% 14 4 vi
8÷11 14 4 vi

±10 % 14 4 vi
Đường kính vỏ phản xạ 14 4 vi
μm 14 4 vi
125 14 4 vi
±3% 14 4 vi
125 14 4 vi
±3% 14 4 vi
125 14 4 vi
±2% 14 4 vi
Sai số đồng tâm đường mode 1550nm 14 4 vi
μm 14 4 vi
≤ 1 14 4 vi
4


≤ 1 14 4 vi
≤ 1 14 4 vi
Tính không tròn đều 14 4 vi
Trường mode 14 4 vii
% 14 4 vii
Đủ nhỏ không gây ảnh hưởng 14 4 vii
Đủ nhỏ không gây ảnh hưởng 14 5 vii
Đủ nhỏ không gây ảnh hưởng 14 5 vii
Vỏ phản xạ 14 5 vii
< 2 14 5 vii
< 2 14 5 vii
< 2 14 5 vii
Bước sóng cắt (chưa bọc cáp) 14 5 vii
nm 14 5 vii
>1100, < 1280 14 5 vii

- 14 5 vii
- 14 5 vii
Bước sóng cắt đã được bọc cáp 14 5 vii
nm 14 5 vii
< 1270 14 5 vii
< 1270 14 5 vii
<1480 14 5 vii
Suy hao do uốn cong 100 vòng với bán kính uốn cong 37,5nm tại 1550nm
14 5 vii
dB 14 5 vii
< 1 14 5 vii
< 0,5 14 5 vii
< 0,5 14 5 vii
Hệ số suy hao tại vùng 1300nm 14 5 vii
dB/km 14 5 vii
< 0,5 14 5 vii
5


< 0,55 14 5 vii
- 14 5 vii
Hệ số suy hao tại vùng 1550nm 14 5 vii
dB/km 14 5 viii
< 0,3 14 5 viii
< 0,35 14 5 viii
< 0,35 14 6 viii
Bước sóng tán sắc bằng không 15 6 viii
nm 15 6 viii
≥ 1295 15 6 viii
≤ 1332 15 6 viii

≥ 1500 15 6 viii
≤ 1600 15 6 viii
- 15 6 viii
Giá trị tán sắc bằng không 15 6 viii
ps/km.nm 15 6 viii
≤ 0,095 15 6 viii
≤ 0,085 15 6 viii
- 15 6 viii
Hệ số tán sắc tuyệt đối 15 6 viii
-λ=1285÷1330nm 15 6 viii
-λ=1270÷1340nm 15 6 viii
-λ=1525÷1575nm 15 6 viii
ps/km.nm 15 6 viii
≤ 3,5 15 6 viii
≤ 6,0 15 6 viii
≤ 20 15 6 viii
≤ 20 15 6 viii
≤ 3,5 15 6 viii
0,1 ps/km.nm ≤ Dmin ≤ Dmax ≤ 6 ps/km.nm và 15 6 viii
1530nm ≤ λmin≤ λmax ≤ 1650nm 15 6 viii
6


Tán sắc phân cực mode 15 6 viii
ps/km1/2 15 6 viii
- 15 6 viii
- 15 6 ix
< 0,5 15 6 ix
Hình 1.8. Mức năng lượng và quá trình chuyển dịch 24 6 ix
25 7 ix

Hình 1.9. Cấu trúc dị thế kép tiêu biểu 25 7 ix
Hình 1.10. Mạch điện và sơ đồ vùng năng lượng của photodiode p-i-n 28 7
ix
Bảng 1.4. Các đặc tính của các photodiode p-i-n 29 7 ix
Hình 1.11. Cấu trúc photodiode thác và trường điện trong vùng trôi 30 7 ix
Bảng 1.5. Các đặc tính của các photodiode thác APD 30 7 ix
Hình 1.12. Sơ đồ khố hệ thống ghép kênh quang OFDM 31 7 ix
Hình 1.13. Sơ đồ hệ thống thông tin quang sử dụng kỹ thuật OTDM 32 7 ix
ghép 4 kênh quang 32 7 ix
Hình 1.14. Quá trình ghép và giải ghép kênh WDM 34 7 ix
CHƯƠNG 2. KỸ THUẬT GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG WDM 35 7
ix
Hình 2.1. Vùng bước sóng có suy hao sợi nhỏ cho phép truyền nhiều bước
sóng 36 7 ix
Hình 2.2. Mô tả quá trình ghép và giải ghép WDM 37 7 ix
Hình 2.3. Hệ thống ghép bước sóng theo một hướng a) và theo hai hướng b)
37 7 ix
Hình 2.4. Mô tả thiết bị ghép/tách hỗn hợp (MUX-DEMUX) 39 7 ix
Hình 2.5. Xuyên kênh ở bộ giải ghép 42 7 ix
Hình 2.6. Xuyên kênh ở bộ ghép hỗn hợp 42 7 ix
Hình 2.8. Sơ đồ khối các bộ lọc quang 53 7 ix
Hình 2.9. Bộ đầu cuối đường quang 55 7 ix
Hình 2.10. Sơ đồ khối bộ khuếch đại đường quang 57 7 ix
Hình 2.11. Mô hình OAMD 3 nút 58 7 ix
7


Hình 2.12. Thiết bị nối chéo quang 59 7 ix
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG
TUYẾN THÔNG TIN QUANG VINH - HÀ TRUNG GHÉP KÊNH THEO

BƯỚC SÓNG WDM 60 7 ix
Hình 3.1. Suy hao và tán sắc giới hạn cự ly truyền dẫn L là hàm của tốc độ
bit 60 7 x
và bước sóng 60 7 x
Hình 3.2. Hệ thống thực nghiệm 10 Gbit/s sử dụng DCF tạo OAR 64 7 x
Hình 3.3. Sự liên quan giữa thời gian lên với hệ thống tuyến tính 72 8 x
có giới hạn băng tần 72 8 x
Bảng 3.2. Mất mát chèn và các mất mát khác khi hệ hệ thống hoạt động 74
8x
tại bước sóng 1550nm 74 8 x
Bảng 3.3. Trình bày độ sự trữ cho các loại tổn hao khác 74 8 x
Bảng 3.4. Các thông số của tuyến 75 8 x
Hình 3.4. Tuyến quang Vinh - Hà Trung dọc theo quốc lộ 1A [6] 76 8 x
Bảng 3.5. Thông số tính toán cho tuyến 78 8 x
KẾT LUẬN 89 8 x
TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 8 x
LỜI NÓI ĐẦU i x
TÓM TẮT ĐỒ ÁN iii x
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU iv x
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ xvii x
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT xviii x
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 1 x
Hình 1.1. Hệ thống truyền dẫn sợi quang digital 1 x
Bảng 1.1. Tốc độ truyền dẫn tiêu chuẩn ở Bắc Mỹ, châu Âu và Nhật Bản 2
x
Bảng 1.2. Các mức phân cấp tín hiệu SONET [1] 3 x
Hình 1.3. Các thành phần chính của tuyến truyền dẫn cáp sợi quang 4 x
Hình 1.5. Sự khúc xạ và phản xạ ánh sáng với góc tới khác nhau 10 x
8

Hình 1.6. Đường đi của ánh sáng qua khối thủy tinh 11 x
Hình 1.7. Tia sáng đi trong ống thủy tinh 12 x
1.2.3. Các sợi dẫn quang đơn mode mới trong thông tin quang 13 x
Các mạng quang đều sử dụng môi trường truyền dẫn là sợi quang. Sợi
quang có đặc tính là suy hao và tán sắc thấp và là môi trường phi dẫn. Cho
tới nay, người ta đã chế tạo được hai loại sợi quang mới dùng khá hiệu quả
trong các hệ thống thông tin quang, đó là sợi đơn mode tán sắc dịch chuyển
DSF (Dispersion-Shifted Fiber) và sợi quang đơn mode tán sắc dịch chuyển
không bằng không hay tán sắc dịch chuyển khác không NZ - DSF (NonZero Dispersion-Shifted Fiber). Sợi quang đơn mode chuẩn cũng như sợi
dịch tán sắc, hoặc sợi tán sắc phẳng đã được ITU - T chuẩn hóa. 13 x
Sợi DSF là sợi đơn mode có bước sóng λ0 nằm trong vùng bước sóng
1550μm (1525nm ÷ 1575nm) mà tại đó giá trị tán sắc bằng không, và sợi
này sử dụng tối ưu cho các bước sóng nằm xung quanh 1550nm, cũng có
thể dùng cho vùng bước sóng 1310nm. Do sợi quang đơn mode DSF có cả
suy hao và tán sắc nhỏ giống như sợi đơn mode SMF nên rất có hiệu quả
trong việc ứng dụng vào các hệ thống thông tin quang hoạt động ở vùng
bước sóng 1550nm hoặc là các hệ thống sử dụng khuếch đại quang pha tạp
Erbium EDFA (Erbium-doped Fiber Amplifier). Như vậy, sợi này có thể
xây dùng để xây dựng các hệ thống thông tin quang tốc độ cao, cự ly xa
chẳng hạn như các hệ thống thông tin cáp quang biển. 13 xi
Sợi NZ - DSF là loại sợi quang đơn mode có giá trị tán sắc tuyệt đối của nó
nhỏ nhưng không nằm trong vùng bước sóng 1550nm; bước sóng này mà
tại đó tán sắc bằng không nằm ở ngoài vùng bước sóng 1500nm ÷ 1600nm.
Sợi này được coi là tối ưu cho các hệ thống thông tin quang hoạt động ở
các bước sóng nằm trong vùng bước sóng 1500nm ÷ 1600nm. Khi kỹ thuật
ghép kênh quang theo bước sóng WDM ra đời thể hiện khả năng truyền
nhiều bước sóng trên một sợi quang. Khi đó, đáp ứng phi tuyến gây ra
thêm một loạt hiệu ứng phi tuyến như: hiệu ứng trộn bốn bước sóng FWM
(Four Wave Mixing), tự điều chế pha SPM (Self Phase Modulation), điều

chế ngang pha XPM (Cross Phase Modulation). Trong các hiệu ứng này,
9


hiệu ứng FWM gây ra nhiều phiền phức nhất. Do hiệu ứng FWM phụ
thuộc vào tán sắc của sợi quang cho nên sợi tán sắc dịch chuyển DSF
không thích hợp với các hệ thống WDM có dung lượng lớn và cự ly xa. Để
giải quyết vấn đề này thì sợi NZ - DSF đã ra đời vào năm 1994. Đặc tính
suy hao của sợi này tương tự như sợi đơn mode thông thường SMF, nhưng
đặc điểm nổi bật của nó là có tán sắc nhỏ nhưng với giá trị tiêu biểu là 0,1
ps/km.nm ≤ Dmin ≤ Dmax ≤ 6 ps/km.nm trong vùng bước sóng 1530 ÷
1560nm [1]. 13 xi
Bảng 1.3. Các tham số của một số loại sợi quang đơn mode(theo khuyến
nghị ITU - T, Rec.G.652, G.653 và G.655) 14 xii
Các tham số 14 xii
Đơn vị 14 xii
G.652 14 xii
G.653 14 xii
G.655 14 xii
Giá 14 xii
trị chuẩn 14 xii
Sai số 14 xii
Giá trị chuẩn 14 xii
Sai số 14 xii
Giá 14 xii
trị chuẩn 14 xii
Sai số 14 xii
Đường kính tại trường mode 1,55μm 14 xii
μm 14 xii
9÷10 1,3μm 14 xii

±10% 14 xii
7÷8,3 14 xii
±10% 14 xii
8÷11 14 xii
±10 % 14 xii
10


Đường kính vỏ phản xạ 14 xii
μm 14 xii
125 14 xii
±3% 14 xii
125 14 xii
±3% 14 xiii
125 14 xiii
±2% 14 xiii
Sai số đồng tâm đường mode 1550nm 14 xiii
μm 14 xiii
≤ 1 14 xiii
≤ 1 14 xiii
≤ 1 14 xiii
Tính không tròn đều 14 xiii
Trường mode 14 xiii
% 14 xiii
Đủ nhỏ không gây ảnh hưởng 14 xiii
Đủ nhỏ không gây ảnh hưởng 14 xiii
Đủ nhỏ không gây ảnh hưởng 14 xiii
Vỏ phản xạ 14 xiii
< 2 14 xiii
< 2 14 xiii

< 2 14 xiii
Bước sóng cắt (chưa bọc cáp) 14 xiii
nm 14 xiii
>1100, < 1280 14 xiii
- 14 xiii
- 14 xiii
Bước sóng cắt đã được bọc cáp 14 xiii
nm 14 xiii
< 1270 14 xiii
11


< 1270 14 xiii
<1480 14 xiii
Suy hao do uốn cong 100 vòng với bán kính uốn cong 37,5nm tại 1550nm
14 xiii
dB 14 xiii
< 1 14 xiii
< 0,5 14 xiv
< 0,5 14 xiv
Hệ số suy hao tại vùng 1300nm 14 xiv
dB/km 14 xiv
< 0,5 14 xiv
< 0,55 14 xiv
- 14 xiv
Hệ số suy hao tại vùng 1550nm 14 xiv
dB/km 14 xiv
< 0,3 14 xiv
< 0,35 14 xiv
< 0,35 14 xiv

Bước sóng tán sắc bằng không 15 xiv
nm 15 xiv
≥ 1295 15 xiv
≤ 1332 15 xiv
≥ 1500 15 xiv
≤ 1600 15 xiv
- 15 xiv
Giá trị tán sắc bằng không 15 xiv
ps/km.nm 15 xiv
≤ 0,095 15 xiv
≤ 0,085 15 xiv
- 15 xiv
Hệ số tán sắc tuyệt đối 15 xiv
12


-λ=1285÷1330nm 15 xiv
-λ=1270÷1340nm 15 xiv
-λ=1525÷1575nm 15 xiv
ps/km.nm 15 xiv
≤ 3,5 15 xiv
≤ 6,0 15 xiv
≤ 20 15 xv
≤ 20 15 xv
≤ 3,5 15 xv
0,1 ps/km.nm ≤ Dmin ≤ Dmax ≤ 6 ps/km.nm và 15 xv
1530nm ≤ λmin≤ λmax ≤ 1650nm 15 xv
Tán sắc phân cực mode 15 xv
ps/km1/2 15 xv
- 15 xv

- 15 xv
< 0,5 15 xv
Hình 1.8. Mức năng lượng và quá trình chuyển dịch 24 xv
25 xv
Hình 1.9. Cấu trúc dị thế kép tiêu biểu 25 xv
Hình 1.10. Mạch điện và sơ đồ vùng năng lượng của photodiode p-i-n 28 xv
Bảng 1.4. Các đặc tính của các photodiode p-i-n 29 xv
Hình 1.11. Cấu trúc photodiode thác và trường điện trong vùng trôi 30 xv
Bảng 1.5. Các đặc tính của các photodiode thác APD 30 xv
Hình 1.12. Sơ đồ khố hệ thống ghép kênh quang OFDM 31 xv
Hình 1.13. Sơ đồ hệ thống thông tin quang sử dụng kỹ thuật OTDM 32 xv
ghép 4 kênh quang 32 xv
Hình 1.14. Quá trình ghép và giải ghép kênh WDM 34 xv
CHƯƠNG 2. KỸ THUẬT GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG WDM 35
xv
Hình 2.1. Vùng bước sóng có suy hao sợi nhỏ cho phép truyền nhiều bước
sóng 36 xv
13


Hình 2.2. Mô tả quá trình ghép và giải ghép WDM 37 xv
Hình 2.3. Hệ thống ghép bước sóng theo một hướng a) và theo hai hướng b)
37 xv
Hình 2.4. Mô tả thiết bị ghép/tách hỗn hợp (MUX-DEMUX) 39 xv
Hình 2.5. Xuyên kênh ở bộ giải ghép 42 xv
Hình 2.6. Xuyên kênh ở bộ ghép hỗn hợp 42 xv
Hình 2.8. Sơ đồ khối các bộ lọc quang 53 xv
Hình 2.9. Bộ đầu cuối đường quang 55 xvi
Hình 2.10. Sơ đồ khối bộ khuếch đại đường quang 57 xvi
Hình 2.11. Mô hình OAMD 3 nút 58 xvi

Hình 2.12. Thiết bị nối chéo quang 59 xvi
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG
TUYẾN THÔNG TIN QUANG VINH - HÀ TRUNG GHÉP KÊNH THEO
BƯỚC SÓNG WDM 60 xvi
Hình 3.1. Suy hao và tán sắc giới hạn cự ly truyền dẫn L là hàm của tốc độ
bit 60 xvi
và bước sóng 60 xvi
Hình 3.2. Hệ thống thực nghiệm 10 Gbit/s sử dụng DCF tạo OAR 64 xvi
Hình 3.3. Sự liên quan giữa thời gian lên với hệ thống tuyến tính 72 xvi
có giới hạn băng tần 72 xvi
Bảng 3.2. Mất mát chèn và các mất mát khác khi hệ hệ thống hoạt động 74
xvi
tại bước sóng 1550nm 74 xvi
Bảng 3.3. Trình bày độ sự trữ cho các loại tổn hao khác 74 xvi
Bảng 3.4. Các thông số của tuyến 75 xvi
Hình 3.4. Tuyến quang Vinh - Hà Trung dọc theo quốc lộ 1A [6] 76 xvi
Bảng 3.5. Thông số tính toán cho tuyến 78 xvi
KẾT LUẬN 89 xvi
TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 xvi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ xvii
MỤC LỤC 2 xvii
14


MỤC LỤC 2 2 xvii
LỜI NÓI ĐẦU i 2 xvii
TÓM TẮT ĐỒ ÁN iii 2 xvii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU iv 2 xvii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ v 2 xvii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT vi 2 xvii

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 1 2
xvii
Hình 1.1. Hệ thống truyền dẫn sợi quang digital 1 2 xvii
Bảng 1.1. Tốc độ truyền dẫn tiêu chuẩn ở Bắc Mỹ, châu Âu và Nhật Bản 2
2 xvii
Bảng 1.2. Các mức phân cấp tín hiệu SONET [1] 3 2 xvii
Hình 1.3. Các thành phần chính của tuyến truyền dẫn cáp sợi quang 4 2
xvii
Hình 1.5. Sự khúc xạ và phản xạ ánh sáng với góc tới khác nhau 10 2 xvii
Hình 1.6. Đường đi của ánh sáng qua khối thủy tinh 11 2 xvii
Hình 1.7. Tia sáng đi trong ống thủy tinh 12 2 xvii
1.2.3. Các sợi dẫn quang đơn mode mới trong thông tin quang 13 2 xvii
Các mạng quang đều sử dụng môi trường truyền dẫn là sợi quang. Sợi
quang có đặc tính là suy hao và tán sắc thấp và là môi trường phi dẫn. Cho
tới nay, người ta đã chế tạo được hai loại sợi quang mới dùng khá hiệu quả
trong các hệ thống thông tin quang, đó là sợi đơn mode tán sắc dịch chuyển
DSF (Dispersion-Shifted Fiber) và sợi quang đơn mode tán sắc dịch chuyển
không bằng không hay tán sắc dịch chuyển khác không NZ - DSF (NonZero Dispersion-Shifted Fiber). Sợi quang đơn mode chuẩn cũng như sợi
dịch tán sắc, hoặc sợi tán sắc phẳng đã được ITU - T chuẩn hóa. 13 2 xvii
Sợi DSF là sợi đơn mode có bước sóng λ0 nằm trong vùng bước sóng
1550μm (1525nm ÷ 1575nm) mà tại đó giá trị tán sắc bằng không, và sợi
này sử dụng tối ưu cho các bước sóng nằm xung quanh 1550nm, cũng có
thể dùng cho vùng bước sóng 1310nm. Do sợi quang đơn mode DSF có cả
suy hao và tán sắc nhỏ giống như sợi đơn mode SMF nên rất có hiệu quả
15


trong việc ứng dụng vào các hệ thống thông tin quang hoạt động ở vùng
bước sóng 1550nm hoặc là các hệ thống sử dụng khuếch đại quang pha tạp
Erbium EDFA (Erbium-doped Fiber Amplifier). Như vậy, sợi này có thể

xây dùng để xây dựng các hệ thống thông tin quang tốc độ cao, cự ly xa
chẳng hạn như các hệ thống thông tin cáp quang biển. 13 2 xvii
Sợi NZ - DSF là loại sợi quang đơn mode có giá trị tán sắc tuyệt đối của nó
nhỏ nhưng không nằm trong vùng bước sóng 1550nm; bước sóng này mà
tại đó tán sắc bằng không nằm ở ngoài vùng bước sóng 1500nm ÷ 1600nm.
Sợi này được coi là tối ưu cho các hệ thống thông tin quang hoạt động ở
các bước sóng nằm trong vùng bước sóng 1500nm ÷ 1600nm. Khi kỹ thuật
ghép kênh quang theo bước sóng WDM ra đời thể hiện khả năng truyền
nhiều bước sóng trên một sợi quang. Khi đó, đáp ứng phi tuyến gây ra
thêm một loạt hiệu ứng phi tuyến như: hiệu ứng trộn bốn bước sóng FWM
(Four Wave Mixing), tự điều chế pha SPM (Self Phase Modulation), điều
chế ngang pha XPM (Cross Phase Modulation). Trong các hiệu ứng này,
hiệu ứng FWM gây ra nhiều phiền phức nhất. Do hiệu ứng FWM phụ
thuộc vào tán sắc của sợi quang cho nên sợi tán sắc dịch chuyển DSF
không thích hợp với các hệ thống WDM có dung lượng lớn và cự ly xa. Để
giải quyết vấn đề này thì sợi NZ - DSF đã ra đời vào năm 1994. Đặc tính
suy hao của sợi này tương tự như sợi đơn mode thông thường SMF, nhưng
đặc điểm nổi bật của nó là có tán sắc nhỏ nhưng với giá trị tiêu biểu là 0,1
ps/km.nm ≤ Dmin ≤ Dmax ≤ 6 ps/km.nm trong vùng bước sóng 1530 ÷
1560nm [1]. 13 3 xviii
Bảng 1.3. Các tham số của một số loại sợi quang đơn mode(theo khuyến
nghị ITU - T, Rec.G.652, G.653 và G.655) 14 3 xviii
Các tham số 14 3 xviii
Đơn vị 14 3 xviii
G.652 14 3 xviii
G.653 14 3 xviii
G.655 14 3 xviii
Giá 14 3 xix
16

trị chuẩn 14 3 xix
Sai số 14 4 xix
Giá trị chuẩn 14 4 xix
Sai số 14 4 xix
Giá 14 4 xix
trị chuẩn 14 4 xix
Sai số 14 4 xix
Đường kính tại trường mode 1,55μm 14 4 xix
μm 14 4 xix
9÷10 1,3μm 14 4 xix
±10% 14 4 xix
7÷8,3 14 4 xix
±10% 14 4 xix
8÷11 14 4 xix
±10 % 14 4 xix
Đường kính vỏ phản xạ 14 4 xix
μm 14 4 xix
125 14 4 xix
±3% 14 4 xix
125 14 4 xix
±3% 14 4 xix
125 14 4 xix
±2% 14 4 xix
Sai số đồng tâm đường mode 1550nm 14 4 xix
μm 14 4 xix
≤ 1 14 4 xix
≤ 1 14 4 xix
≤ 1 14 4 xix
Tính không tròn đều 14 4 xix

Trường mode 14 4 xix
% 14 4 xx
17


Đủ nhỏ không gây ảnh hưởng 14 4 xx
Đủ nhỏ không gây ảnh hưởng 14 5 xx
Đủ nhỏ không gây ảnh hưởng 14 5 xx
Vỏ phản xạ 14 5 xx
< 2 14 5 xx
< 2 14 5 xx
< 2 14 5 xx
Bước sóng cắt (chưa bọc cáp) 14 5 xx
nm 14 5 xx
>1100, < 1280 14 5 xx
- 14 5 xx
- 14 5 xx
Bước sóng cắt đã được bọc cáp 14 5 xx
nm 14 5 xx
< 1270 14 5 xx
< 1270 14 5 xx
<1480 14 5 xx
Suy hao do uốn cong 100 vòng với bán kính uốn cong 37,5nm tại 1550nm
14 5 xx
dB 14 5 xx
< 1 14 5 xx
< 0,5 14 5 xx
< 0,5 14 5 xx
Hệ số suy hao tại vùng 1300nm 14 5 xx
dB/km 14 5 xx

< 0,5 14 5 xx
< 0,55 14 5 xx
- 14 5 xx
Hệ số suy hao tại vùng 1550nm 14 5 xx
dB/km 14 5 xx
< 0,3 14 5 xxi
18


< 0,35 14 5 xxi
< 0,35 14 6 xxi
Bước sóng tán sắc bằng không 15 6 xxi
nm 15 6 xxi
≥ 1295 15 6 xxi
≤ 1332 15 6 xxi
≥ 1500 15 6 xxi
≤ 1600 15 6 xxi
- 15 6 xxi
Giá trị tán sắc bằng không 15 6 xxi
ps/km.nm 15 6 xxi
≤ 0,095 15 6 xxi
≤ 0,085 15 6 xxi
- 15 6 xxi
Hệ số tán sắc tuyệt đối 15 6 xxi
-λ=1285÷1330nm 15 6 xxi
-λ=1270÷1340nm 15 6 xxi
-λ=1525÷1575nm 15 6 xxi
ps/km.nm 15 6 xxi
≤ 3,5 15 6 xxi
≤ 6,0 15 6 xxi

≤ 20 15 6 xxi
≤ 20 15 6 xxi
≤ 3,5 15 6 xxi
0,1 ps/km.nm ≤ Dmin ≤ Dmax ≤ 6 ps/km.nm và 15 6 xxi
1530nm ≤ λmin≤ λmax ≤ 1650nm 15 6 xxi
Tán sắc phân cực mode 15 6 xxi
ps/km1/2 15 6 xxi
- 15 6 xxi
- 15 6 xxi
< 0,5 15 6 xxii
19


Hình 1.8. Mức năng lượng và quá trình chuyển dịch 24 6 xxii
25 7 xxii
Hình 1.9. Cấu trúc dị thế kép tiêu biểu 25 7 xxii
Hình 1.10. Mạch điện và sơ đồ vùng năng lượng của photodiode p-i-n 28 7
xxii
Bảng 1.4. Các đặc tính của các photodiode p-i-n 29 7 xxii
Hình 1.11. Cấu trúc photodiode thác và trường điện trong vùng trôi 30 7
xxii
Bảng 1.5. Các đặc tính của các photodiode thác APD 30 7 xxii
Hình 1.12. Sơ đồ khố hệ thống ghép kênh quang OFDM 31 7 xxii
Hình 1.13. Sơ đồ hệ thống thông tin quang sử dụng kỹ thuật OTDM 32 7
xxii
ghép 4 kênh quang 32 7 xxii
Hình 1.14. Quá trình ghép và giải ghép kênh WDM 34 7 xxii
CHƯƠNG 2. KỸ THUẬT GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG WDM 35 7
xxii
Hình 2.1. Vùng bước sóng có suy hao sợi nhỏ cho phép truyền nhiều bước

sóng 36 7 xxii
Hình 2.2. Mô tả quá trình ghép và giải ghép WDM 37 7 xxii
Hình 2.3. Hệ thống ghép bước sóng theo một hướng a) và theo hai hướng b)
37 7 xxii
Hình 2.4. Mô tả thiết bị ghép/tách hỗn hợp (MUX-DEMUX) 39 7 xxii
Hình 2.5. Xuyên kênh ở bộ giải ghép 42 7 xxii
Hình 2.6. Xuyên kênh ở bộ ghép hỗn hợp 42 7 xxii
Hình 2.8. Sơ đồ khối các bộ lọc quang 53 7 xxii
Hình 2.9. Bộ đầu cuối đường quang 55 7 xxii
Hình 2.10. Sơ đồ khối bộ khuếch đại đường quang 57 7 xxii
Hình 2.11. Mô hình OAMD 3 nút 58 7 xxii
Hình 2.12. Thiết bị nối chéo quang 59 7 xxii

20


CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG
TUYẾN THÔNG TIN QUANG VINH - HÀ TRUNG GHÉP KÊNH THEO
BƯỚC SÓNG WDM 60 7 xxii
Hình 3.1. Suy hao và tán sắc giới hạn cự ly truyền dẫn L là hàm của tốc độ
bit 60 7 xxii
và bước sóng 60 7 xxiii
Hình 3.2. Hệ thống thực nghiệm 10 Gbit/s sử dụng DCF tạo OAR 64 7 xxiii
Hình 3.3. Sự liên quan giữa thời gian lên với hệ thống tuyến tính 72 8 xxiii
có giới hạn băng tần 72 8 xxiii
Bảng 3.2. Mất mát chèn và các mất mát khác khi hệ hệ thống hoạt động 74
8 xxiii
tại bước sóng 1550nm 74 8 xxiii
Bảng 3.3. Trình bày độ sự trữ cho các loại tổn hao khác 74 8 xxiii
Bảng 3.4. Các thông số của tuyến 75 8 xxiii

Hình 3.4. Tuyến quang Vinh - Hà Trung dọc theo quốc lộ 1A [6] 76 8 xxiii
Bảng 3.5. Thông số tính toán cho tuyến 78 8 xxiii
KẾT LUẬN 89 8 xxiii
TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 8 xxiii
LỜI NÓI ĐẦU i xxiii
TÓM TẮT ĐỒ ÁN iii xxiii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU iv xxiii
MỤC LỤC 2 iv xxiii
MỤC LỤC 2 2 iv xxiii
LỜI NÓI ĐẦU i 2 iv xxiii
TÓM TẮT ĐỒ ÁN iii 2 iv xxiii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU iv 2 iv xxiii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ v 2 iv xxiii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT vi 2 iv xxiii
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 1 2 iv
xxiii
Hình 1.1. Hệ thống truyền dẫn sợi quang digital 1 2 iv xxiii
21


Bảng 1.1. Tốc độ truyền dẫn tiêu chuẩn ở Bắc Mỹ, châu Âu và Nhật Bản 2
2 iv xxiii
Bảng 1.2. Các mức phân cấp tín hiệu SONET [1] 3 2 iv xxiii
Hình 1.3. Các thành phần chính của tuyến truyền dẫn cáp sợi quang 4 2 iv
xxiii
Hình 1.5. Sự khúc xạ và phản xạ ánh sáng với góc tới khác nhau 10 2 iv
xxiii
Hình 1.6. Đường đi của ánh sáng qua khối thủy tinh 11 2 iv xxiii
Hình 1.7. Tia sáng đi trong ống thủy tinh 12 2 iv xxiv
1.2.3. Các sợi dẫn quang đơn mode mới trong thông tin quang 13 2 iv xxiv

Các mạng quang đều sử dụng môi trường truyền dẫn là sợi quang. Sợi
quang có đặc tính là suy hao và tán sắc thấp và là môi trường phi dẫn. Cho
tới nay, người ta đã chế tạo được hai loại sợi quang mới dùng khá hiệu quả
trong các hệ thống thông tin quang, đó là sợi đơn mode tán sắc dịch chuyển
DSF (Dispersion-Shifted Fiber) và sợi quang đơn mode tán sắc dịch chuyển
không bằng không hay tán sắc dịch chuyển khác không NZ - DSF (NonZero Dispersion-Shifted Fiber). Sợi quang đơn mode chuẩn cũng như sợi
dịch tán sắc, hoặc sợi tán sắc phẳng đã được ITU - T chuẩn hóa. 13 2 iv
xxiv
Sợi DSF là sợi đơn mode có bước sóng λ0 nằm trong vùng bước sóng
1550μm (1525nm ÷ 1575nm) mà tại đó giá trị tán sắc bằng không, và sợi
này sử dụng tối ưu cho các bước sóng nằm xung quanh 1550nm, cũng có
thể dùng cho vùng bước sóng 1310nm. Do sợi quang đơn mode DSF có cả
suy hao và tán sắc nhỏ giống như sợi đơn mode SMF nên rất có hiệu quả
trong việc ứng dụng vào các hệ thống thông tin quang hoạt động ở vùng
bước sóng 1550nm hoặc là các hệ thống sử dụng khuếch đại quang pha tạp
Erbium EDFA (Erbium-doped Fiber Amplifier). Như vậy, sợi này có thể
xây dùng để xây dựng các hệ thống thông tin quang tốc độ cao, cự ly xa
chẳng hạn như các hệ thống thông tin cáp quang biển. 13 2 iv xxiv
Sợi NZ - DSF là loại sợi quang đơn mode có giá trị tán sắc tuyệt đối của nó
nhỏ nhưng không nằm trong vùng bước sóng 1550nm; bước sóng này mà
22