ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG WDM

Đồ án tốt nghiệp đại học
MỤC LỤC
M C L CỤ Ụ .................................................................................................................i
CH NG IƯƠ .............................................................................................................2
T NG QUAN V H TH NG WDMỔ Ề Ệ Ố ..................................................................2
CÁC THÀNH PH N TRONG H TH NG WDMẦ Ệ Ố ..........................................14
M T S V N CÔNG NGH THEN CH TỘ Ố Ấ ĐỀ Ệ Ố ...............................................56
CH NG IVƯƠ ........................................................................................................67
NG D NG C A H TH NG WDMỨ Ụ Ủ Ệ Ố ...............................................................67
4.1 NG D NG WDM TRONG M NG TRUY N D NỨ Ụ Ạ Ề Ẫ ................................67
Nguyễn Tnành Chung – D2001VT i
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1. Tổng quan về hệ thống WDM
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG WDM
1.1 Giới thiệu chung
Trong những năm gần đây, sự phát triển của các dịch vụ thoại và phi thoại
mà đặc biệt là Internet cũng như một số dịch vụ khác đã tạo ra một sự bùng nổ
nhu cầu về dung lượng. Điều này đặt lên vai những nhà cung cấp dịch vụ đường
trục những khó khăn và thách thức mới. Kĩ thuật ghép kênh theo miền thời gian
TDM đã giải quyết phần nào các yêu cầu trên nhưng vẫn còn rất hạn chế. Trong
thực tế, tốc độ của tín hiệu TDM thường nhỏ hơn hoặc bằng 10Gb/s. Do ảnh
hưởng của hiện tượng tán sắc, hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang và tốc độ của
các thành phần điện tử nên khi tăng tốc độ bit của một kênh TDM lên quá giới
hạn này, chất lượng hệ thống không đảm bảo. Để thích ứng với sự tăng trưởng
không ngừng đó và thoả mãn yêu cầu tính linh hoạt của mạng, các công nghệ
truyền dẫn khác nhau đã được nghiên cứu, triển khai thử nghiệm và đưa vào ứng
dụng, trong số đó phải kể đến công nghệ WDM, OTDM, Soliton… Phương
pháp ghép kênh theo bước sóng WDM(Wavelength Division Multiplexing) đã
tận dụng hữu hiệu nguồn tài nguyên băng rộng trong khu vực tổn hao thấp của
sợi quang đơn mode. Ghép kênh theo bước sóng WDM nâng cao dung lượng
truyền dẫn của hệ thống mà không cần phải tăng tốc độ của từng kênh trên mỗi

bước sóng. Do đó, WDM chính là giải pháp tiên tiến trong kĩ thuật thông tin
quang, đáp ứng được nhu cầu truyền dẫn và cả những yêu cầu về chất lượng
truyền dẫn của hệ thống.
1.1.1 Khái quát về 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 quá 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. Công nghệ WDM cho phép khai thác được tiềm
năng băng thông to lớn của sợi quang. Ví dụ, hàng trăm kênh 10Gb/s có thể
Nguyễn Tnành Chung – D2001VT 2
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1. Tổng quan về hệ thống WDM
truyền trên cùng một sợi quang. Khoảng cách giữa các kênh khoảng 50GHz.
Dưới đây là một tính toán cho thấy sự hấp dẫn của công nghệ WDM:
Hình 1.1 chỉ ra hai cửa sổ truyền dẫn 1,3 và 1,5 cửa sợi quang. Mỗi cửa sổ
có băng thông truyền dẫn(suy hao thấp) của sợi quang là rất lớn; Chỉ với 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 !.
Sử dụng cho tốc độ truyền tin cỡ 10 Gbps thì chỉ cần sử dụng một phần rất
nhỏ trong băng tần truyền dẫn này. Rõ ràng, có thể thấy dung lượng yêu cầu cỡ
hàng trăm Gbps là hoàn toàn nằm trong khả năng của hệ thống WDM. Thêm vào
đó, hệ thống còn rất mềm dẻo khi có các phần tử như bộ tách ghép quang, bộ nối
chéo quang, chuyển mạch quang, các bộ lọc quang thực hiện lựa chọn kênh động
hoặc tĩnh…
Khái niệm về WDM đã được biết đến từ những năm 1980, khi mà hệ thống
quang đã được bắt đầu thương mại hóa. Dạng đơn giản nhất của WDM là truyền
hai kênh tín hiệu trên hai cửa sổ khác nhau. Ví dụ, truyền trên hai bước sóng
1,3µm và 1,55µm. Khi đó, khoảng cách giữa các kênh là 250nm. Sau đó, khoảng
cách giữa các kênh giảm dần đi. Năm 1990, khoảng cách giữa các kênh chỉ còn
nhỏ hơn 0,1nm. Trong suốt thập kỉ 90, hệ thống WDM đã được nhiều nước trên

thế giới quan tâm nghiên cứu. Hiện nay, kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng đã
được ứng dụng ở nhiều nước trên thế giới. Ở nước ta, Tổng công ty bưu chính
viễn thông Việt Nam quyết định nâng cấp tuyến truyền dẫn Bắc Nam bằng giải
pháp ghép kênh theo bước sóng.
Nguyễn Tnành Chung – D2001VT
0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6
1,5
1,6
Hình 1.1. Băng tần truyền dẫn của sợi quang là rất lớn!
α [dB]
Băng tần cửa sổ 1550
nm
λ [µm]
Phổ của
một nguồn
quang
3
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1. Tổng quan về hệ thống WDM
1.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống tách/ghép kênh quang
Sơ đồ khối tổng quát của một hệ thống truyền dẫn quang đơn hướng ghép
kênh theo bước sóng được mô tả như hình 1.2.
Tại mỗi bộ phát, tín hiệu điện của mỗi kênh quang được điều chế với sóng
mang quang có độ rộng phổ rất hẹp. Tín hiệu quang tại đầu ra của mỗi bộ phát
có bước sóng khác nhau là
n
λλλ
...,
21
. Các kênh quang này được ghép với nhau
nhờ bộ ghép kênh quang OMUX và truyền trên một sợi quang duy nhất đến đầu

thu. Yêu cầu của bộ ghép kênh là phải có độ suy hao nhỏ để đảm bảo tín hiệu tới
đầu ra của bộ ghép ít bị suy hao, giữa các kênh có khoảng bảo vệ nhất định để
tránh gây nhiễu sang nhau. Tại phía thu, bộ ODMUX thực hiện quá trình tách
tín hiệu thu được thành các kênh khác nhau. Mỗi kênh này tương ứng với một
bước sóng. Mỗi kênh được đưa đến một đầu thu riêng. Để tránh xuyên nhiễu
giữa các kênh, yêu cầu thiết kế bộ giải ghép thật chính xác.


Nguyễn Tnành Chung – D2001VT
Tx
Tx
OMUX ODMU
X
Rx
Rx
1 2
, ,...
n
λ λ λ
Sợi
quang
1
λ
n
λ
1
λ
n
λ
1 1

n
n
Hình 1.2 Sơ đồ khối hệ thống WDM đơn hướng
Tx
Tx
Rx
Rx
MUX/
DMUX
MUX/
DMUX
Rx
Rx
Tx
Tx
1
n
1
1
1
n
n
n
n
λλλ
.......
21
nn 21
......
λλ

+
1
λ
n
λ
n2
λ
1+n
λ
1
λ
n
λ
1+n
λ
n2
λ
Hình 1.3 Sơ đồ khối hệ thống WDM hai hướng
4
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1. Tổng quan về hệ thống WDM
Phần trên trình bày phương án truyền dẫn ghép bước sóng quang một
hướng, tức là tín hiệu được ghép tại một đầu và tách tại đầu kia, tín hiệu truyền
trên sợi quang theo một hướng. Ngoài ra người ta có thể thực hiện truyền dẫn
ghép bước sóng quang hai hướng trên cùng một sợi quang như hình 1.3.
Trong hệ thống truyền dẫn hai hướng, n kênh quang có bước sóng λ
1
…λ
n
được ghép lại và truyền đi theo một hướng, n kênh quang khác có bước sóng
λ

n+1
…λ
2n
được ghép lại và truyền đi theo hướng ngược lại trên cùng sợi quang.
Phương pháp này yêu cầu rất nghiêm ngặt về độ rộng phổ của từng kênh và chất
lượng của bộ tách kênh.
Trong hệ thống mà các bước sóng của các kênh quang cách xa nhau,
thường thuộc các cửa sổ khác nhau, được gọi là ghép thưa SWDM (Sparse
Wavelength Division Multiplexing). Hệ thống có khoảng cách giữa các kênh
quang rất nhỏ, các kênh quang có bước sóng gần nhau được gọi là hệ thống ghép
kênh mật độ cao DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing). Khi đó
vấn đề trở nên phức tạp hơn nhiều và yêu cầu về chất lượng các thành phần
trong hệ thống quang rất cao.
1.1.3 Đặc điểm của hệ thống WDM
1.1.3.1 Tận dụng tài nguyên
Công nghệ WDM tận dụng tài nguyên băng thông truyền dẫn to lớn của sợi
quang, làm cho dung lượng truyền dẫn của sợi quang so với truyền dẫn bước sóng
đơn tăng từ vài lần tới hàng trăm lần, từ đó tăng dung lượng của sợi quang, hạ giá
thành hệ thống. Hiện nay, dải tần truyền dẫn có suy hao thấp của sợi quang mới
chỉ được sử dụng một phần rất nhỏ. Nếu ứng dụng công nghệ WDM thì hiệu quả
tận dụng băng tần sợi quang trong vấn đề truyền dẫn quả là hết sức to lớn.
Dùng công nghệ WDM có thể ghép N bước sóng truyền dẫn trong sợi
quang đơn mode và có thể truyền dẫn hoàn toàn song công. Do vậy, khi truyền
dẫn thông tin đường dài với dung lượng lớn, có thể tiết kiệm số lượng lớn sợi
quang. Thêm vào đó là khả năng mở rộng dung lượng cho hệ thống quang đã
xây dựng. Chỉ cần hệ thống cũ có độ dư công suất tương đối lớn thì có thể tăng
thêm dung lượng mà không cần thay đổi nhiều đối với hệ thống cũ.
Nguyễn Tnành Chung – D2001VT 5