tìm hiểu một sốvấn đề trong MAN chuyển mạch gói đơn chặng lựa chọn bước sóng

Mục lục
Thuật ngữ viết tắt ...................................................................................................................ii
LỜI NÓI ĐẦU ....................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG...................................................................................... 1
1.1 Mục tiêu và phương pháp tiếp cận ......................................................................... 3

1.1.1 Mục tiêu ......................................................................................................... 3

1.1.2 Phương pháp tiếp cận ..................................................................................... 5

1.2 Các phần tử cơ bản của mạng MAN đơn chặng lựa chọn bước sóng dựa trên AWG 6

1.2.1 Bộ kết hợp và bộ chia quang .......................................................................... 7

1.2.2 Coupler hình sao thụ động (PSC) ................................................................... 8

2.1.3 Cách tử ống dẫn sóng (AWG) ....................................................................... 8

1.2.4 Các máy phát và thu ..................................................................................... 12

1.3 Các suy giảm truyền dẫn ...................................................................................... 16

1.3.1 Suy hao ........................................................................................................ 16

1.3.2 Tán sắc ........................................................................................................ 16

1.3.3 Phi tuyến ...................................................................................................... 17

1.3.4 Xuyên âm .................................................................................................... 19

1.3.5 Nhiễu ........................................................................................................... 19

CHƯƠNG II. CÁC MẠNG WDM NỘI THỊ ........................................................................ 21
2.1 Các mạng WDM nội thị ring ................................................................................ 21

2.1.1 Mạng Komnet .............................................................................................. 21

2.1.2 RINGO ........................................................................................................ 22

2.1.3 HORNET ..................................................................................................... 24

2.1.4 IEEE 802.17 RPR ........................................................................................ 25

2.2 Các mạng WDM nội thị hình sao ......................................................................... 25

2.2.1 RAINBOW .................................................................................................. 25

2.2.2 Telstra .......................................................................................................... 26

2.2.3 NTT ............................................................................................................. 27

2.3 Các mạng WDM đơn chặng ................................................................................. 28

2.3.1 Các giao thức phân bổ trước ........................................................................ 30

3.3.2 Các giao thức truy nhập ngẫu nhiên ............................................................. 31

3.3.3 Các giao thức đặt trước ................................................................................ 32

2.3.4 Các giao thức lai .......................................................................................... 40

CHƯƠNG III. MẠNG MAN ĐƠN CHẶNG LỰA CHỌN BƯỚC SÓNG DỰA TRÊN AWG 42
3.1. Các yêu cầu mạng ............................................................................................... 42

3.2. Kiến trúc mạng ................................................................................................... 43

3.2.1. Các nguyên lý cơ bản .................................................................................. 43

3.2.2 Kiến trúc mạng và node mạng ...................................................................... 46

3.2.3 So sánh kiến trúc mạng ................................................................................ 49

3.3. Giao thức MAC .................................................................................................. 77
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN

ii
Thuật ngữ viết tắt
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
ỏn tt ngip i hc
1

LI NểI U

ụ th l ni tp trung ụng ỳc dõn c v cỏc doanh nghip phỏt trin ca mt
quc gia, l ni xut phỏt im ca cỏc nhu cu a dch v dung lng ln, tc cao,
tin cy v giỏ thnh thp. MAN cú vai trũ rt quan trng trong vic ỏp ng cỏc yờu
cu ú.
S ra i ca k thut ghộp kờnh theo bc súng WDM cho phộp phỏt trin mng
quang ụ th thnh mng quang bng rng, cú kh nng ỏp ng nhu cu truyn dn a

dch v hn hp tc cao v d dng trin khai cỏc dch v mi.
c s giỳp tn tỡnh ca thy giỏo ThS. Cao Hng Sn em ó tỡm hiu mt
s vn trong MAN chuyn mch gúi n chng la chn bc súng. Ni dung ca
ỏn gm 3 chng:
Chng 1: Gii thiu chung
Chng 2: Cỏc mng WDM ni th
Chng 3: Mng MAN n chng la chn bc súng da trờn AWG
Do hn ch v kh nng cng nh thi gian nờn ỏn khụng trỏnh khi nhng
hn ch v thiu sút, em mong nhn c ý kin úng gúp ca cỏc thy cụ v cỏc bn.
Em xin chõn thnh cm n thy giỏo ThS. Cao Hng Sn ó quan tõm giỳp
tn tỡnh em hon thnh ỏn ny. Em xin chõn thnh cm n cỏc thy cụ giỏo ó
giỳp em trong nhng nm hc va qua.

SV. Trn Nh Cng
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
ỏn tt ngip i hc Chng 1. Gii thiu chung
1

CHNG 1. GII THIU CHUNG

Mc ớch ban u ca cỏc mng vin thụng v Internet l cung cp truy nhp
thụng tin ti bt c ni õu vo bt c thi im no v di bt c hỡnh thc no
chỳng ta cn. t c mc tiờu ny cỏc cụng ngh quang v khụng dõy úng mt
vai trũ quyt nh trong mng vin thụng tng lai. Cỏc mng quang v khụng dõy cú
tớnh b sung cho nhau. Mng quang cho phộp cung cp mt bng thụng rt ln mc dự
nú khụng th xut hin mi ch. Ngc li, cỏc mng khụng dõy cú kh nng xut
hin mi ch nhng li ch cú kh nng cung cp cỏc kờnh truyn dn cú bng thụng
gii hn tu thuc vo vic trin khai khỏc nhau. Khỏc vi cỏc kờnh khụng dõy, si
quang cú mt s u im v c tớnh truyn dn nh l suy hao nh, bng thụng rng
v khụng chu nh hng ca nhiu in t.

Cỏc mng quang l mụi trng trung gian cung cp bng thụng khi s
ngi s dng ang tng nhanh. Cú hai th h mng quang, hỡnh 1.1a, mng quang
th h th nht thay th cỏc dõy ng bng cỏc si quang trong khi cỏc node vn l
in. Trong mng ny cỏch chuyn i tớn hiu quang - in - quang (OEO) xy ra
mi node. Ban u, mi si quang ch mang mt bc súng nh trong cỏc chun FDDI
v IEEE 802.6. gii quyt kh nng tng nhanh cỏc lu lng d liu v tn
dng ti a bng thụng ca cỏc si quang EDFA ghộp kờnh phõn chia theo bc súng
(WDM) ó ra i u nhng nm 90. Nh WDM, mi kt ni s mang nhiu bc
súng, mi bc súng hot ng mt tc khỏc nhau.







Hỡnh 1.1 Cỏc mng quang: a. Th h th nht
b. Th h th hai
Trong th h th hai ca mng quang (hỡnh 1.1b), cỏc chuyn i OEO ch xy
ra ti cỏc node ngun v node ớch, trong khi tt c cỏc node trung gian hon ton l
quang. Bng cỏch s dng cỏc node trung gian quang, cỏc tht c chai quang in
c loi b v s lng cỏc card cng gim i. Kt qu l chi phớ mng gim ỏng
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung
2
kể. Điều này là một trong các yếu tố quan trọng nhất đối với mạng quang. Hơn thế, các
đường dẫn tồn quang từ đầu cuối đến đầu cuối có thể cung cấp các kênh trong suốt
cho người sử dụng. Người sử dụng có thể tự chọn tốc độ bít, định dạng khối và giao
thức. Sự trong suốt này cho phép dễ dàng hỗ trợ các bảo mật khác nhau cũng như các
dịch vụ trong tương lai.

Hình 1.2: Các chồng giao thức:
a) IP/ATM/SONET(SDH)/WDM
b) Chi tiết cấu trúc lớp của IP/ATM/SONET/WDM
c) Chồng giao thức đơn giản IP/WDM
Trong tương lai lưu lượng trong các mạng quang sẽ chủ yếu là IP. Thường thì,
các truyền dẫn gói IP trong các mạng quang WDM được thực hiện theo kiểu trộn lẫn
và kiểu ghép. Hình 1.2 mơ tả trồng giao thức IP/ATM/SONET (SDH)/WDM mà hiện
nay các mạng đang triển khai để truyền dẫn các gói IP. Các gói tin IP có kích cỡ khác
nhau được phân mảnh thành các tế bào ATM với kích thước cố định rồi được truyền
trên các khung SONET/SDH thơng qua các kết nối WDM quang. Trồng giao thức này
đòi hỏi một số thao tác sắp xếp giữa các giao thức. Điều này khơng chỉ làm tăng chi
phí và độ phức tạp của mạng mà còn có xu hướng tạo ra các nghẽn cổ chai tính tốn
trong các mạng tốc độ cao. Hơn thế, như hình 1.2 chỉ ra trồng giao thức này là khơng
hiệu quả vì cùng một khía cạnh quan tâm của mạng và tầng kết nối dữ liệu được đánh
địa chỉ ở mỗi giao thức. Điều này dẫn đến các chức năng thừa và các sơ đồ kết nối
tầng phức tạp. Để tránh những sự khơng hiệu quả này và để đơn giản sự hoạt động của
mạng, cấu trúc tầng giao thức phức tạp trên có thể được thay thế bằng chồng giao thức
IP/WDM ít phức tạp hơn nhiều. Chức năng ATM của kĩ thuật lưu lượng (QoS) sẽ
được hấp thụ vào trong tầng IP nhờ sử dụng chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS).
Và các khả năng truyền dẫn của SONET/SDH (bảo vệ và tái cấu hình) sẽ được hấp thụ
bởi tầng WDM quang. Nhờ đó các mạng WDM tương lai sẽ có trồng giao thức rất đơn
giản là IP/WDM như được mơ tả trong hình 1.2c.

IP
ATM
SONET/SDH
WDM
Network
Data link

Network
Data link

Network
Data link
Physical
(WDM)
IP & MPLS
WDM & Protection/Restoration
SONET

ATM

IP

a) b) c)
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
ỏn tt ngip i hc Chng 1. Gii thiu chung
3
Mng IP WDM quang lm cỏc ha hn rt ln cho vic cung cp hiu qu mt
bng thụng ln vi phc tp ca mng nh mc du cỏc cụng ngh quang hin nay
vn cũn mt s gii hn v tớnh n nh v tớnh hiu qu v mt chi phớ. Tuy nhiờn,
ỏng chỳ ý l, trong tng lai s phc tp v chi phớ trong cỏc mng WDM quang cú

th c gii quyt.
1.1 Mc tiờu v phng phỏp tip cn
1.1.1 Mc tiờu















Trong hỡnh 1.3, mụ hỡnh ca mng truyn thụng s gm cỏc mng ng trc,
mng ni th, mng truy nhp trong ú cỏc mng sau s thu thp/phõn phi d liu
t/n cỏc trm trung gian khỏc vớ d nh cỏc trm khụng dõy v cỏc LAN.
Cỏc LAN gigabit Ethernet cựng vi chun 10 GbE IEEE 802.3ae c hon
thin nm 2002 c hi vng s cung cp bng thụng cho ớt nht 5 nm ti. Cỏc
cụng ti in thoi ó trin khai mt s dng ca ng dõy thuờ bao s (DSL) v cỏc
cụng ti cỏp trin khai cỏc modem cỏp. Nghn c chai bc truy nhp u tiờn s
c loi b nh ng dng chun IEE802.3ab Ethernet m c cp vo thỏng 9
nm 2003. Cỏc cụng ngh truy nhp bng rng ny cựng vi cỏc dch v khụng dõy th
h tip theo vớ d nh UMTS v cỏc LAN khụng dõy (WLAN) v cỏc giao thc tc
Mng ng trc
WDM quang

Truy nhp khụng dõy
(eg..UMTS,WWLAN)

xDSL,
cable modem

ATM, FR, SDH,
IP, GbE

ESCON,
Kờnh si
Mng ụ th
Mng truy nhp
(HFC, FTTx)

Kt ni
ni th

Kt ni
ni th
Kt ni liờn
mng
Hỡnh 1.3. Mng phõn cp (c nh ngha ph lc B)
Kt ni ng trc
Kt ni ng trc
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
ỏn tt ngip i hc Chng 1. Gii thiu chung
4
cao nh ATM, FRAME RELAY (FR) IP, ESCON v kờnh si quang s ũi hi bng

thụng rt ln v cht lng dch v QoS h tr t cỏc mng cao hn.
Nm gia cỏc thuờ bao tc cao v cỏc ng dn cc ln ca mng ng
trc l mng truy nhp v mng ni th. Ban u cỏc mng truy nhp l cỏc h thng
HFC trong ú ch cú phn ngun nuụi gia tng i trung tõm v node xa ca
mng l quang cũn mng phõn tỏn gia node xa v cỏc thuờ bao vn l in. Kt qu
l, cỏc mng truy nhp FTTx ang nhn c s chỳ ý rt ln. Cỏc mng FTTx, ngha
l mng si quang ti u cỏp FTTC hay si quang ti nh FTTH, l mng hon ton
quang ngha l tớn hiu c truyn dn thụng qua si quang t tng i trung tõm
hoc tt c cỏc con ng ti khỏch hng. V lớ do chi phớ nờn cỏc mng truy nhp
ton quang u khụng c cp ngun hay cũn c gi tng ng l cỏc mng quang
thu ng (PON). Cỏc PON ó c xem xột cho mng truy nhp k t gia nhng
nm 90 trc c khi nhu cu bng thụng cho Internet bựng n. Gn õy, cỏc PON
Ethernet ci tin ang tr thnh ng viờn y ha hn cung cp y bng thụng
cho truyn dn hiu qu lu lng d liu.
Cỏc mng ni th hin nay ch yu l cỏc mng vũng SONET/SDH. Cỏc mng
ny cú mt s nhc im:
- Vic giỏm sỏt kờnh cho cỏc mng SONET/SDH mt quỏ nhiu thi gian thng
l t 6 tun n 6 thỏng. Do ú giỏm sỏt dch v nhanh l iu khụng th
- Thit b SONET/SDH rt t v lm gim ỏng k vựng ph trong th trng
ni th rt nhy cm vi chi phớ trong ú chi phớ ch c chia s bi mt lng ớt
khỏch hng hn nhiu so vi mng ng trc. Chớnh chi phớ cao ó ngn cn cỏc
cụng ti mi tham gia vo th trng ni th.
- Vic nõng cp mt mng vũng SONET/SDH nh hng ti tt c cỏc node ch
khụng ch cỏc node ngun v node ớch mong mun truyn thụng tc d liu cao
hn.
- C ch chuyn mch bo v t ng (APS) ca SONET/SDH (bo v 1+1) l
khụng hiu qu v mt bng thụng bi vỡ cỏc ng bo v v lm vic u mang
cựng loi lu lng.
- SONET/SDH c thit k cho lu lng i xng. Do ú, lu lng IP khụng
i xng truyn dn khụng hiu qu.

- Hot ng TDM tp trung thoi khụng cú kh nng h tr hiu qu lu lng
d liu cú tớnh bựng n dn n vic lóng phớ bng thụng.
Nhng nhc im c cp trờn ca cỏc mng vũng SONET/SDH to ra
mt nghn c chai bng thụng nghiờm trng ti mc ni th. Hin tng ny c gi
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung
5
là Metrogap, ngăn cản các khách hàng tốc độ cao (và cũng ngăn cản các nhà cung cấp
dịch vụ) trong việc sử dụng băng thơng còn rất lớn trong mạng đường trục. Nghẽn cổ
chai này có thể trở nên nghiêm trọng hơn vì thực tế lưu lượng IP tăng lên sẽ mang tính
cục bộ bằng cách đặt thêm nhiều máy chủ Proxy trong các mạng nội thị để giảm trễ
mạng, cân bằng tải máy chủ và có độ sẵn sàng cao hơn. Sự tăng cường sử dụng điện
thoại tổ ong và các thiết bị cầm tay đối với các dịch vụ Internet sẽ làm tăng lượng
thơng tin truy cập nội hạt và cần được cập nhật thường xun đặc biệt là các ứng dụng
trong nhà, trên xe hơi, và các thiết bị điện tử khác đang bắt đầu tận dụng mạng nội thị
[KWSR]. Hơn thế, Napster đang báo trước sự xung đột về chia sẻ thơng tin, các ứng
dụng đồng hàng trong tương lai trong đó mỗi đầu cuối người sử dụng sẽ hoạt động như
là một máy chủ và sẽ làm tăng đáng kể lưu lượng bên trong mạng MAN. Để vượt qua
độ rộng giữa các khách hàng tốc độ cao và tương lai của mạng đường trục thì các kiến
trúc và giao thức mạng nội thị cần phải được triển khai.
Gần đây, các nghiên cứu đã bắt đầu tập trung vào để hạn chế độ rộng nội thị. Sự
quan trọng của độ rộng nội thị cũng được phản ánh qua một số lượng lớn các hoạt
động chuẩn hố đang được triển khai gần đây, và các diễn đàn cơng nghiệp như là
IETF WG IPoRPR, IEEE 802.17 RPRWG, diễn đàn Ethernet nội thị (MEF) và liên
minh mạng vòng gói mềm dẻo (RPR) bao gồm hơn 70 cơng ty.
Bản đồ án này sẽ tập trung vào các mạng WDM chuyển mạng gói trong đó các
gói tin được lưu trữ trong các RAM điện tử thay vì là các đường dây trễ sợi quang. Với
các kiến trúc và giao thức được giới thiệu và kiểm tra ở đây có thể cho phép các khách
hàng tốc độ cao và các nhà cung cấp dịch vụ để vượt qua độ rộng nội thị và tận dụng
tối đa băng thơng rất lớn trong mạng đường trục theo một cách hiệu quả, chi phí thấp

và có tương lai.
1.1.2 Phương pháp tiếp cận
Vấn đề sẽ được tiếp cận để có thể tận dụng các lợi thế tương ứng của miền điện
và miền quang trong khi tránh các nhược điểm tương ứng của chúng: truyền dẫn sẽ
được thực hiện trong miền quang trong khi việc đệm và các phép logic sẽ được thực
hiện trong miền điện. Do sự thiếu hụt các bộ đệm quang (RAM) các mạng quang
khơng dùng bộ đệm sẽ được xem xét. Kiến trúc mạng khơng chuyển mạch hồn tồn
thụ động sẽ được xem xét. Các mạng thụ động khơng chỉ khá tin cậy mà còn có thể
nâng cấp tới mạng thơng minh rìa cho phép việc giảm chi phí mạng và đơn giản hố
trong duy trì, bảo dưỡng, hoạt động của mạng. Mạng đang được xem xét là lựa chọn
bước sóng. Trong một mạng lựa chọn bước sóng tĩnh, mỗi node nguồn có khả năng
tiếp cận nhiều node đích khác nhau bằng cách thay đổi bước sóng truyền dẫn. Để làm
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung
6
được như vậy, mơ hình chuyển mạch gói lưu trữ và chuyển tiếp truyền thống phải
được thay thế bằng mơ hình chuyển đổi bước sóng theo mỗi gói tin tại biên giới mạng.
Trong mạng lựa chọn bước sóng mỗi bước sóng được định tuyến chỉ trong một phần
nhỏ của mạng, các phần còn lại của mạng có thể dùng cùng các bước sóng này. Kết
quả là việc tái sử dụng bước sóng theo khơng gian khơng chỉ giảm sự trùng lặp mà còn
giữ cho số lượng các bước sóng cần dùng là hữu hạn. Một số lượng nhỏ các bước sóng
sẽ đòi hỏi các bộ thu rất nhạy bước sóng để có thể cho truyền qua một dải sóng rất hẹp.
Điều này lại cho phép ứng dụng các bộ thu chuyển đổi được mà có thời gian chuyển
đổi nhỏ hơn so với các bộ thu với các giải chuyển đổi tương đối lớn. Mạng được xem
xét sẽ là mạng hình sao. Các mạng hình sao cho thấy lợi thế về mặt cơng suất hơn các
mạng bus. Cả mạng hình sao và mạng bus đều chịu ảnh hưởng của suy hao do rẽ
nhánh. Trong khi suy hao rẽ nhánh tổng (tính bằng dB) ở mạng hình bus tăng tuyến
tính theo số lượng node trong mạng thì suy hao rẽ nhánh tổng (tính bằng dB) ở mạng
hình sao lại chỉ tăng theo hàm logarit. Hơn thế, cấu hình mạng sao vật lí thì dễ dàng
thiết lập, cấu hình, điều khiển, và gỡ rối hơn. Ở phía trên tầng vật lí của mạng hình sao

mạng đơn chặng sẽ được xem xét. Trong các mạng đơn chặng bất cứ một cặp node
nguồn và đích nào cũng giao tiếp trực tiếp với nhau mà khơng thơng qua một node
trung gian nào. Khác với mạng đa chặng, các mạng đơn chặng có một số lợi thế:
Khoảng cách chặng trung bình được tối thiểu hố (tính đồng nhất), khơng lãng phí
băng thơng vì việc chuyển tiếp tại mỗi node xảy ra ngay khi tiếp cận được đích, mỗi
node chỉ phải xử lý các gói tin được định tuyến tới chính nó do đó giảm nhu cầu xử lý
tại các node, độ trong suốt được cung cấp, và việc nâng cấp một cặp nguồn-đích nhất
định chỉ liên quan tới hai node đó khác với mạng đa chặng vì khơng có node trung
gian nào cần phải nâng cấp. Các mạng đơn chặng cũng giảm đáng kể độ phức tạp của
chồng giao thức bởi vì việc định tuyến và chuyển tiếp trong truyền thơng đơn chặng
khơng xảy ra. Kết quả là, tầng mạng sẽ hồn tồn loại bỏ được. Thêm vào đó, các gói
tin truyền thơng qua đơn chặng quang thụ động duy nhất giữa chặng nguồn và chặng
đích, dẫn đến xác xuất lỗi là rất nhỏ. Do đó, phát hiện và sửa lỗi ở tầng liên kết dữ liệu
có thể loại bỏ và các lỗi truyền dẫn còn lại có thể được loại bỏ ở tầng truyền dẫn.
1.2 Các phần tử cơ bản của mạng MAN đơn chặng lựa chọn bước sóng dựa
trên AWG
Các linh kiện sau đây là các khối cơ bản để thiết kế mạng WDM. Trong phần mơ
tả dưới đây sẽ tập trung vào các linh kiện quan trọng trong phần còn lại của đồ án này.
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
ỏn tt ngip i hc Chng 1. Gii thiu chung
7
1.2.1 B kt hp v b chia quang
Coupler l thut ng chung ch tt c cỏc thit b thc hin kt hp ỏnh sỏng vo
v/hoc chia ỏnh sỏng trong mt si quang. Cỏc b kt hp l cỏc thit b m thc hin
kt hp ỏnh sỏng t cỏc si quang khỏc nhau. Cỏc b chia quang chia ỏnh sỏng vo
nhiu si quang. C b kt hp v chia quang u l cỏc thit b th ng.
B chia quang ph bin nht l b chia 1x2 nh c v trờn hỡnh 2.1 a). T s
cụng sut u ra c gi l t s chia quang v cú th iu khin c. Phn trong
cụng sut u vo c a ra u ra, cũn phn (1-) cũn li a ra u ra cũn li.
Biu th t s chia quang di dng dB s cho chỳng ta suy hao do chia quang. i vi

b chia quang hai cng vi t l chia quang 50:50 l rt ph bin, kt qu l suy hao do
chia quang s l 3 dB cho mi cng ra. Cỏc b coupler cng c dựng tỏch mt
phn cụng sut t lung ỏnh sỏng dựng cho cỏc mc ớch giỏm sỏt hoc cỏc nguyờn
nhõn khỏc. Cỏc b coupler nh vy c gi l b r v c thit k vi cỏc giỏ tr
rt gn vi 1, thng l t 0.90 ti 0.95.




Khi i chiu thỡ mt b chia quang s cú th c s dng nh l b kt hp
quang, nh c th hin nh hỡnh 2.1 b). Mt tớn hiu u vo ti b kt hp 2x1 s
chu suy hao cụng sut l 3dB, m ụi khi cũn gi l suy hao do ghộp quang. Bng
cỏch dựng b kt hp cựng vi b chia quang, cỏc coupler cú th c to ra. Hỡnh 2.1
c) mụ t mt b coupler 2x2 bao gm mt b kt hp quang 2x1 c theo sau bi
mt b chia quang 1x2, cú vai trũ l phõn b cỏc tớn hiu t hai si quang u vo ti
hai si quang u ra. cú t l chia quang l 50:50 cn cú b coupler 3dB trong ú
tớn hiu u vo c chia u cho c hai u ra. Ngoi t l chia cụng sut 50:50 xy
ra trong coupler, tớn hiu cng chu cỏc suy hao chốn, suy hao tha v suy hao phn
hi. Suy hao chốn l mt phn ca cụng sut (thng c biu th di dng dB) b
mt gia cỏc cng vo v cng ra ca linh kin (coupler). Nu nh tớn hiu i vo mt
coupler, mt phn nh cụng sut s b phn hi theo hng ngc li v c dn tr
li ti cỏc u vo ca b coupler (suy hao phn hi). Suy hao tha gõy ra bi cỏc
khim khuyt sn xut trong cỏc vựng rt nh. Mt b coupler cú th c sn xut
khụng ph thuc bc súng hoc la chn bc súng, cú ngha l tớnh cht ca coupler
ph thuc vo bc súng.
a) b) c)
Hỡnh 2.1: a) B chia b) B ghộp v c) coupler
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung
8

Ưu điểm của coupler là không cần cung cấp nguồn, hoạt động tin cậy, không đắt,
mức suy hao thấp.
1.2.2 Coupler hình sao thụ động (PSC)
PSC là một thiết bị thực hiện kết hợp các tín hiệu quang từ các cổng đầu vào và
chia đều ra các cổng đầu ra. Không giống như các bộ tách ghép kênh, các PSC không
chứa các phần tử lựa chọn bước sóng. Vì vậy chúng không có khả năng tách các kênh
riêng rẽ. Trong trường hợp tổng quát, PSC có số cổng vào (N) và số cổng ra (M)
không nhất thiết bằng nhau và ký hiệu là PSC NxM.
Một PSC NxN được tạo ra từ các coupler 2x2 3dB như được vẽ trong hình 2.2.







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

N

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

N x N
PSC
1
2
N
1
2
N
Hình 2.2 Bộ coupler hình sao thụ độngN x N (PSC)
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung
9

hiệu đến từ bất kì cổng nào trong N cổng vào cũng sẽ được chia ra M đầu ra của bộ
dẫn sóng tấm tới các đầu ra hàng. Mỗi luồng sáng đến được khuyếch tán trong tấm đầu
vào, đi qua các dẫn sóng xếp hàng, tập trung lại tại tấm đầu ra, và được ghép vào các
dẫn sóng đầu ra.

















Hình 2.3 Biểu đồ sắp xếp của một AWG N x N
Các dẫn sóng xếp hàng sẽ trễ pha khơng phụ thuộc vào bước sóng vì chỉ các tần
số với sự khác pha số ngun lần 2π mới gây cộng hưởng trong dẫn sóng tấm đầu ra.
Do vậy, mỗi cổng đầu ra mang các tần số vượt qua có tính tuần hồn. Độ rộng của các
tần số vượt qua có tính tuần hồn này được gọi là dải phổ tự do (FSR) và xấp xỉ bằng:
FSR =
C
[Hz] (2.2)
n

g
(∆L + dsinθ
I
+dsin
0
)
FSR =
λ
2
[m] (2.3)
n
g
∆L
Trong mỗi FSR, một AWG NxN chấp nhận một số lượng tổng của N bước sóng
từ mỗi cổng vào và nó truyền dẫn mỗi bước sóng tới một đầu ra nhất định. Mỗi đầu ra
nhận các bước sóng N, mỗi bước sóng từ một cổng vào riêng. Ở đây tồn tại hốn vị
bước sóng vòng lặp tại các dẫn sóng đầu ra nếu các dẫn sóng đầu vào khác nhau được
sử dụng. Trong hình 2.4 kết nối định tuyến của một AWG 8x8 được mơ tả. Mỗi tần số
hoặc đơn giản hơn [Zir98]
Tấm dẫn sóng

Ống dẫn sóng vào/ra
N cổng ra
N cổng vào
tấm dẫn sóng tại trục đối xứng
Ma trận M
ống dẫn sóng
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung
10

quang (tương ứng, chúng ta cũng có thể nói mỗi bước sóng) cho ta một chỉ dẫn định
tuyến độc lập với cổng vào. Do vậy, thơng tin định tuyến của f
k
ra cổng ra, mà các
cổng (k-1) nằm dưới cổng vào tương ứng ví dụ như f
1
vào từ cổng vào 1 được ra ở
cổng 1 và từ cổng vào 5 sẽ ra ở cổng 5. Tương tự như vậy, f
3
vào ở cổng 1 sẽ đi ra ở
cổng 3, trong khi nếu f
3
vào ở cổng 5 nó sẽ đi ra ở cổng 7. Nhờ vào đặc tính tuần hồn
của AWG, tần số quang f
9
(ví dụ như một dải phổ tự do lớn hơn f
1
) vảo ở cổng 1 và ra
ở cổng 1 giống như f
17
và các tần số khác được phân tách nhờ một số lượng ngun
FSR. Nhưng cũng có các AWG với các phương pháp định tuyến kênh khác, ví dụ như
kênh f
i
vào ở cổng j và ra ở cổng k trong đó k = (8-i+j)
mod 8
+ 1 với i ⊆ N và j,k ⊆
{1,2,…8}.
Kiểu định tuyến bước sóng của một AWG có thể được mơ tả chính thức hơn dựa
vào ma trận chuyển đổi bước sóng. Nhờ vào hốn vị bước sóng tại các cổng ra AWG

nằm trong họ các bộ định tuyến bước sóng hốn vị. Một AWG NxN cung cấp kết nối
bên trong NxN đầy đủ. Sử dụng một FSR có thể cho phép có đồng thời N
2
kết nối.
Chú ý rằng một PSC NxN chỉ có thể cho phép mang đồng thời tối đa N kênh.
Các đặc tính truyền dẫn sau của một AWG NxN đóng một vai trò quan trọng
trong các mạng WDM. Các AWG có suy hao chèn thấp vào khoảng từ 3-5 dB. Cũng
như vậy, các AWG với suy hao khơng thay đổi hình thức đối với tất cả các kênh cũng
được xác định. Độ rộng kênh tần số của bộ kết hợp kênh được cho bởi cơng thức:








∆
=








∆
=∆
−

c
g
sff
n
n
dcn
m
L
x
df
d
L
x
f
2
1
λθ
[Hz] (2.4)









Hình 2.4 Bộ kết hợp nối của một AWG 8 x 8
Độ rộng kênh thơng thường là 100 hoặc 200 GHz. Một độ rộng kênh 100 GHz tại
vùng suy hao thấp ở 1,55µm tương ứng với một độ rộng kênh là 0,8µm, dẫn đến ghép

kênh phân chia theo bước sóng chặt (DWDM). Một AWG 64x64 với độ rộng kênh là
f1 f8

f4


f8 f4



f8
N=1 (f1… f4…f8)
2
3
4
5
6
7
8
INPUT
1
2
3
4
5
6
7
8
OUTPUT
f1

THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
ỏn tt ngip i hc Chng 1. Gii thiu chung
11
0,4nm (50 GHz) ó c bỏo cỏo trong [OMS95]. Gn õy, AWG rng 25 GHz vi
400 kờnh ó c bỏo cỏo trong [JJK
+
01].
Tn s ỏp ng ca AWG l rt quan trng cho cỏc ng dng. Nú cng ging
nh tn s ỏp ng ca cỏc b lc thụng di Gauss. rng ti a ti na nh
(FWHM) c cho bi cụng thc:
x
f
FWHM


=
0
2ln2

[Hz] (2.5)
Núi chung, FHWM bng khong 30% rng kờnh. Hỡnh dỏng ca b lc thụng
di Gauss t ra cỏc gii hn cht ch cho dung sai bc súng ca cỏc laser diode v
ũi hi iu khin nhit chớnh xỏc cho c cỏc AWG v cỏc laser diode. S dao ng
tn s trong ngun quang s dn ti phi gim cụng sut t c cựng giỏ tr BER
ti u thu. Hn na, rng di thụng ca cỏc AWG thỏc tr nờn nh hn nhiu so
vi ca b lc AWG n chng. Gn õy, cỏc b kt hp kờnh AWG vi ỏp ng ph
phng ó c cụng b [OS96] [TBB
+
97] [KS01]. Bng thụng 3 dB cú th nõng lờn
ti 124 GHz cho rng kờnh 200 GHz v xuyờn õm liờn kờnh t kờnh bc súng cho

trc i vi cỏc kờnh lõn cn l nh hn -27 dB. Xuyờn õm xut hin l do nh
hng ca cỏc tớn hiu khỏc lờn mt tớn hiu mong mun. H thng WDM cú hai dng
xuyờn õm: xuyờn õm liờn kờnh v xuyờn õm ng kờnh. Xuyờn õm liờn kờnh xy ra
khi tớn hiu xuyờn õm l ti bc súng khỏc so vi bc súng tớn hiu mong mun.
Xuyờn õm ng kờnh xy ra khi tớn hiu xuyờn õm cú cựng bc súng vi tớn hiu
mong mun. Nhng nú phi tr giỏ bi suy hao chốn cao hn khong 3 dB. Cỏc AWG
vi ỏp ng tn s phng v rng s gii quyt cỏc hn ch ó c cp trờn. Núi
chung, xuyờn õm vo khong -30dB. Do ú, gii ghộp kờnh l hon ton cú th i
vi mt cụng sut khụng ỏng k, ngha l xuyờn õm l nh khụng lm tng ỏng
k BER.
Cỏc thụng s truyn dn quan trng ca mt AWG v cỏc giỏ tr thụng s in
hỡnh c tng kt trong bng 2.1.
Suy hao xen ~ 3 5 dB
Suy hao vt quỏ ~ 0.4 dB
Xuyờn nhiu khỏc tn s ~ -30dB
Khong cỏch kờnh (25, 50, 100, 200) GHz
FWHM ~ 30% ca khong cỏch kờnh
S lng cng 2 400
Bng 2.1 c tớnh ca mt AWG
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
ỏn tt ngip i hc Chng 1. Gii thiu chung
12
Bng 2.2 tng kt cỏc c tớnh ca mt AWG v so sỏnh chỳng vi PSC. Chỳ ý
rng cỏc AWG h tr a truyn thụng bng rng nu mt ngun quang bng rng
c s dng vớ d nh mt diode phỏt quang (LED). Tớn hiu u vo ny s b chia
ph bi AWG sao cho mt phn nh ca tớn hiu bng rng u vo c truyn dn
ti mi cng u ra tng ng, nh l c trỡnh by trong phn 1.2.4. Tớnh bo mt
cú ngha rng cỏc bc súng ch c nh tuyn ti cỏc cng ra tng m chỳng cn.
iu ny khỏc vi PSC la chn v qung bỏ trong ú tt c cỏc u ra u cú th
nhn tt c cỏc bc súng cựng mt lỳc. Do vy, nu nh cựng mt bc súng c

a vo hai hay nhiu cỏc cng u vo ca PSC ng thi thỡ xung t kờnh s xy ra
ti tt c cỏc cng ra ca PSC. Núi cỏch khỏc, PSC khụng cho phộp tỏi s dng phõn
tp cỏc bc súng ti cỏc cng ghộp kờnh u vo. Ngc li, AWG nh tuyn theo
bc súng cho phộp tỏi s dng bc súng theo khụng gian phõn tp m khụng gõy ra
xung t kờnh ti cỏc cng ra ca AWG. Do ú, mt PSC NxN ch c th h tr ti a
N truyn dn ng thi, mi truyn dn s dng mt bc súng khỏc nhau. Trong khi
ú mt AWG NxN khụng cú mt yờu cu no i vi cỏc tớn hiu n v h tr ti N
2

truyn dn ng thi m khụng gõy nờn xung t kờnh ti cỏc u ra ca AWG.
PSC AWG
Qung bỏ yes no
Phỏt theo nhúm yes no
nh tuyn bc súng no yes
Tỏi s dng bc súng theo khụng gian no yes
Tớnh chu k no yes
Suy hoa chia yes no
Tớnh riờng t no yes
Nghn kờnh yes no
S lng truyn dn ng thi N N
2
Bng 2.2 So sỏnh cỏc c tớnh ca PSC v AWG
Nh vy AWG cú cỏc u im: khong cỏch gia cỏc bc súng nh, s kờnh
ln, bng thụng bng phng ... phự hp cho cỏc h thng WDM tc cao v dung
lng ln.
1.2.4 Cỏc mỏy phỏt v thu
Ngoi cỏc linh kin ó cp trờn xõy dng c mt mng truyn thụng
WDM cũn cn cỏc b phỏt v cỏc b thu. Mt b phỏt bao gm mt ngun quang, mt
b iu ch, v cỏc thit b in h tr. Mt b thu cn mt b lc quang, mt
photodetector, mt b gii iu ch v cỏc linh kin in h tr.

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung
13
Các nguồn quang băng thông rộng
Ánh sáng đầu ra của một nguồn quang băng thông rộng có dải phổ rộng trong
khoảng từ 10-100 nm. Các LED là phổ biến nhất và rất rẻ. Vì các sản phẩm khác có
băng thông tương đối nhỏ nên LED được ứng dụng chủ yếu ở những nơi mà tốc độ dữ
liệu thấp hay khoảng cách truyền dẫn ngắn. Công suất đầu ra phổ biến của chúng là 10
dBm. Tuy nhiên, các diode siêu phát quang với công suất ra của sợi đơn mode là 18,0
dBm và độ rộng băng thông 3 dB là 35 nm đã có trên thị trường.
Ở tốc độ thấp, các hệ thống nhạy cảm với bước sóng có độ dự trữ nhỏ, LED cung
cấp một giải pháp rẻ so với các laser rất đắt. Hình 2.5 biểu thị một phần dải phổ của
một tín hiệu LED băng rộng qua một AWG định tuyến theo bước sóng. Tại mỗi cổng
ra AWG một phần khác nhau của tín hiệu băng rộng gốc được tách ra bởi các node,
mỗi phần như thế mang cùng một thông tin. Do đó, một LED có thể được chia sẻ bởi
nhiều bộ thu khác nhau.









Hình 2.5: Lát cắt phổ của tín hiệu băng rộng
Laser
Để nâng cao băng thông một cách đáng kể các laser thành phẩm khác nhau đã
được dùng. Thực ra, một laser là một bộ khuyếch đại quang bao gồm trong một khung
phản xạ mà tạo ra ánh sáng dao động thông qua phản hồi dương. Các laser có khả năng

tạo ra công suất đầu ra lớn, thường là từ 0 tới 10 dBm.
Các laser có thể là cố định với bước sóng danh nghĩa (mặc dù bước sóng này có
thể xê dịch do nhiệt độ hoặc thời gian) hoặc là có thể chuyển đổi được, trong đó các
laser chuyển đổi được có thể là chuyển đổi liên tục hoặc rời rạc. Chỉ có các bước sóng
phù hợp với chu kỳ và chiết suất của laser mới được khuyếch đại, một laser có thể
chuyển đổi bằng cách điều khiển chiều dài khoảng cộng hưởng và/hoặc chiết suất của
môi trường khuyếch đại. Các ví dụ phổ biến là cơ học, quang âm, quang điện, và các



3 x 3
AWG
λ

Công suất
Tín hiệu
băng rộng
Các lát cắt
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
ỏn tt ngip i hc Chng 1. Gii thiu chung
14
laser chuyn i c tiờm dũng. Hu ht cỏc laser chuyn i c c hc s dng
mt bung Fabry-Perot ngoi m chiu di ca nú cú th iu chnh c. Cỏc laser
chuyn i c c hc cho mt di chuyn i khỏ rng lờn ti 500nm nhng thi
gian chuyn i khỏ chm khong 1-10ms. Trong laser quang õm v laser quang in
chit sut ca khong bờn ngoi c thay i nh s dng mt cỏch tng ng súng
õm hoc dũng in. Mt laser quang õm cú mt di chuyn i trung bỡnh, vo khong
xp x 100nm vi mt thi gian chuyn i trung bỡnh, vo khong 10às. Cỏc laser
quang in cú th chuyn i 10-15nm trong vi ns. Cỏc laser dựng dũng tiờm hỡnh
thnh mt h cỏc ngun quang cho phộp la chn bc súng thụng qua li phn x,

vớ d nh cỏc laser phn x phõn b (DFB) v cỏc laser phn x Bragg phõn b
(DBR). Vic chuyn i c thc hin bng cỏch thay i mt dũng tiờm v do ú
thay i chit sut. Kiu laser ny thng bao gm nhiu phn cú th cho phộp iu
khin c lp cụng sut v bc súng u ra ca laser. Gn õy, cỏc b phỏt a phn
chuyn i nhanh cú th chuyn i sang bc súng lin k ch trong 4ns v trong mt
khong rng khong 30nm trong vũng 15ns ó c bỏo cỏo. c bit, cỏc laser SG-
DBR ha hn s dng cho cỏc b phỏt vi di chuyn i rng v cụng sut u ra ln.
Cỏc di chuyn i v thi gian chuyn i ca cỏc loi b phỏt khỏc nhau c
tng kt trong bng 2.3. Chỳ ý rng thay vỡ cỏc laser chuyn i c cú th s dng
mt lot cỏc laser c nh hot ng bc súng khỏc nhau hoc cỏc laser a tn s.
Kiu b phỏt Gii iu chnh Thi gian iu chnh
iu chnh c 500 nm 1-10 ms
Quang õm ~ 100 nm
~ 10 às
Quang in 10-15 nm 1-10 ns
Dũng bm ~ 30nm 15 ns
Bng 2.3 Cỏc b phỏt: Gii iu chnh v thi gian iu chnh
Cỏc b lc quang
Cỏc b lc quang c s dng la chn mt tớn hiu bng rng hoc mt
bc súng nm ngoi di rng lc WDM. Bc súng c la chn c chuyn i
quang in nh mt photodetector. Cỏc b lc quang cú th l c nh hoc cú th
chuyn i c, trong khi cỏc b lc chuyn i c cú th l liờn tc hoc ri rc.
Cỏc vớ d v b lc c nh l cỏch t nhiu x, cỏc b lc phim mng in, v cỏc
cỏch t Bragg si (FBGs). Cỏc b lc quang iu chnh c bao gm cỏc b lc
quang in, quang õm, nhit, c v cỏc b lc Fabry-Perot tinh th lng.
Cỏc b lc iu chnh c bao gm mt hoc nhiu hn khong c hỡnh thnh
nh hai gng song song (cỏc mt). Bng cỏch iu chnh c khong cỏch gia cỏc
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
ỏn tt ngip i hc Chng 1. Gii thiu chung
15

gng, cỏc bc súng khỏc nhau s c la chn. Loi b lc ny cú di chuyn i
khong 500nm v thi gian chuyn i trong khong 1-10ms.
Mỏy giao thoa Mach Zehnder (MZI) l mt vớ d cho mt b lc iu khin bng
nhit. Trong MZI, mt b chia quang cú nhim v chia lung sỏng n thnh hai dn
súng v mt b kt hp thc hin kt hp cỏc tớn hiu ti u ra ca dn súng. Mt
thit b tr iu chnh c bng nhit iu khin chiu di ng dn quang ca mt
ng dn súng. Nh vo s sai khỏc pha mt súng mong mun duy nht s c la
chn nh cng hng. Mt MZI c th chuyn i ln hn 10 nm trong vũng vi ms.
Trong cỏc b lc iu chnh quang õm (AOTFs), mt súng õm thay i tun hon
chit sut ca mụi trng lc t ú cho phộp mụi trng hot ng nh l mt li
lc. Bng cỏch thay i tn s ca súng õm, mt bc súng quang duy nht c chn
trong khi cỏc súng cũn li b trit tiờu. Nu cú nhiu hn mt súng õm c dựng thỡ
cng s cú nhiu súng quang c la chn. Mt nhc im ca cỏc AOTFs l chỳng
khụng th loi b c xuyờn õm t cỏc kờnh lõn cn nu nh cỏc kờnh ny quỏ gn
nhau, do ú gii hn s lng kờnh. Cỏc AOTFs cú th chuyn i trong di 100nm
trong vũng 10às.
Cỏc b lc iu chnh quang in (EOTFs) s dng cỏc in cc nm mụi
trng lc. Cỏc dũng in c dựng thay i chit sut ca mụi trng b lc, cho
phộp mt bc súng mong mun i qua trong khi cỏc bc súng khỏc b trit tiờu.
Thi gian iu chnh ch b gii hn bi tc in. Do ú, cỏc EOTFs cú th chuyn
i trong 1-10ns. Tuy nhiờn, cỏc EOTFs cung cp mt di iu chnh tng i nh,
khong 15 nm.
Cỏc b lc Fabry-Perot tinh th lng (LC) l b lc r nht vi cỏc yờu cu cụng
sut thp. Thit k ca mt b lc LC l tng t nh thit k ca mt b lc Fabry-
Perot, nhng khoang l tinh th lng. Chit sut ca LC cú th iu khin c bng
mt dũng in ly ra bc súng tng ng. Thi gian iu chnh l 0,5-10às v
khong iu chnh l 30-40nm.
Cỏc di iu chnh v thi gian iu chnh ca cỏc loi b thu khỏc nhau c
tng kt trong bng 2.4. Chỳ ý rng tng ng cỏc b lc quang chuyn i c cỏc
dóy b thu c nh hay cỏc b thu a bc súng cú th c dựng.

Kiu b thu Di iu chnh Thi gian iu chnh
iu chnh c 500 nm 1-10 ms
iu chnh nhit > 10 nm 1-10 ms
Quang õm ~ 100 nm
~ 10 às
Quang in 10-15 nm 1-10 ns
Tinh th lng 30-40 nm
0.5-10 às
Bng 2.5 Cỏc b thu: Di iu chnh v thi gian iu chnh
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
ỏn tt ngip i hc Chng 1. Gii thiu chung
16
1.3 Cỏc suy gim truyn dn
xõy dng mt h thng truyn thụng cỏc linh kin c miờu t trờn c
kt ni bng cỏc b lc. Trong cỏc h thng nh vy, mt tớn hiu quang truyn t b
phỏt ti b thu phi gp mt s li nh: suy hao, tỏn sc, phi tuyn, xuyờn õm, nhiu.
1.3.1 Suy hao
Ngoi tn tht cụng sut quang gõy ra bi cỏc linh kin, b lc lm gim cụng
sut tớn hiu. Hỡnh 2.6 ch ra suy hao ca mt si quang theo bc súng. nh suy hao
vựng 1400nm gõy ra do s khụng tinh khit ion hydroxyl (OH
-
) trong si quang. Tuy
nhiờn, trong si Lucent nh ny c gim ỏng k. Trong cỏc h thng truyn thụng
quang ngy nay cú ba di c s dng l 0,85às, 1,3às, 1,55às trong ú di bng
cui cho suy hao thp nht vo khong 0,25 dB/km.

Hỡnh 2.6 Suy hao trong si quang
1.3.2 Tỏn sc
Tỏn sc l bt c hin tng no trong ú cỏc thnh phn khỏc nhau ca tớn hiu
c truyn dn di chuyn vi tc khỏc nhau trong si quang, dn n thi im
n b thu khỏc nhau. Kt qu l rng xung tng lờn v gõy lờn nhiu gia cỏc kớ
hiu (ISI). Do vy, tỏn sc s gii hn khong cỏch bit ti thiu ngha l tc bit ti
a. Tng tỏn sc ph thuc vo chiu di tuyn ni. Cỏc loi tỏn sc quan trng l tỏn
sc mode, tỏn sc mu (vt liu), tỏn sc ng dn súng v tỏn sc mode phõn cc
(PMD).
Tỏn sc mode
Tỏn sc mode xut hin ch trong si a mode trong ú cỏc mode khỏc nhau
truyn tc khỏc nhau. Rừ rng l, trong cỏc si n mode tỏn sc mode l khụng
xy ra.
1.2
0.8
0.4
0
1000 1200 1400 1600
B

c súng (nm)
Suy hao (dB/km)
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
ỏn tt ngip i hc Chng 1. Gii thiu chung
17
Tỏn sc ng dn súng
Tỏn sc ng dn súng gõy ra bi truyn cỏc bc súng khỏc nhau ph thuc vo

c tớnh ca bc súng nh l cỏc ch s v hỡnh dng ca lừi si, v. Sau khi i vo
mt si n mode, mt thụng tin mng xung ỏnh sỏng c phõn b gia lừi v v.
Phn ln s di chuyn bờn trong lừi, phn cũn li s nm trong v. C hai phn ny di
chuyn vi tc khỏc nhau vỡ lừi v v cú ch s chit sut khỏc nhau.
Tỏn sc mu
Tỏn sc mu hay tỏn sc vt liu xut hin do cỏc thnh phn tn s khỏc nhau
trong mt xung (v cng l tớn hiu vi bc súng khỏc nhau) di chuyn vi vn tc
khỏc nhau do ch s chit sut trong si quang l hm ca bc súng. Thụng thng
nú c o bng n v ps/nm.km, trong ú ps biu th rng xung theo thi gian,
nm l rng ph ca xung, v km tng ng vi chiu di tuyn. Cỏc si quang n
mode tiờu chun (SMF) cú tỏn sc mu cú giỏ tr 17ps/nm.km vựng 1550nm.
Gn õy, cỏc si quang dch tỏn sc (NZ DSF) khỏc khụng c lp t nhiu
hn. Bng cỏch iu khin tỏn sc ng dn súng, si NZ DSF cú tỏn sc mu nm
trong khong 1 n 8 ps/nm.km hay -1 n -8 ps/nm.km ti 1550nm. Vớ d nh si
quang Alcatel's TeraLight Metro hot ng khong cỏch 80-200 km m khụng ũi
hi bự tỏn sc. Mt vớ d khỏc l si Corning MetroCor. Tỏn sc õm ca nú cho phộp
s dng cỏc b laser DFB iu ch trc tip cú chi phớ thp. C hai loi si quang ny
u lp t cho cỏc mng WDM ni th gim chi phớ v phc tp ca mng.
Tỏn sc mode phõn cc
PMD xut hin khi lừi si khụng hon ton trũn, c bit trong khi lp t. Do
vy, s phõn cc khỏc nhau ca tớn hiu di chuyn vi tc khỏc nhau. PMD c
chng minh l chng ngi nghiờm trng trong cỏc h thng tc rt cao hot ng
tc 10 Gb/s hoc cao hn.
1.3.3 Phi tuyn
Khi cụng sut quang trong si quang l nh, si quang cú th c xem l mụi
trng tuyn tớnh ngha l suy hao v ch s chit sut ca si l c lp vi cụng sut
tớn hiu. Tuy nhiờn, khi mc cụng sut l cao trong h thng thỡ cỏc c tớnh phi tuyn
s to ra nhng gii hn ỏng k trong cỏc h thng tc cao cng nh cỏc h thng
WDM. Cỏc c tớnh phi tuyn cú th phõn lm hai loi. Loi th nht xy ra do s ph
thuc ca ch s chit sut vo cụng sut. Loi ny bao gm iu ch t pha (SPM),

iu ch chộo pha (CPM hay XPM) v hiu ng trn bn súng (FWM). Loi th hai
do cỏc hiu ng phõn b trong mụi trng si vỡ s tng tỏc gia cỏc súng ỏnh sỏng
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung
18
vơi các phono (sự dao động phân tử) trong môi trường silica. Hai hiệu ứng chính trong
loại này là phân bố Raman kích thích (SRS) và phân bố Brillouin kích thích.
Điều chế tự pha
SPM gây ra bởi sự dao động của công suất của tín hiệu quang và dẫn đến sự biến
đổi pha của tín hiệu. SPM dẫn đến việc mở rộng phổ của xung. Các biến đổi tức thời
trong pha của tín hiệu gây ra bởi sự thay đổi trong mật độ tín hiệu sẽ dẫn tới các biến
đổi tức thời của tần số quanh tần số trung tâm của tín hiệu. Đối với các xung rất ngắn,
thành phần tần số bổ sung do SPM kết hợp với các hiệu ứng tán sắc vật liệu dẫn tới mở
rộng hoặc nén xung trong miền thời gian từ đó ảnh hưởng tới tốc độ bit tối đa và tỉ lệ
lỗi bit (BER).
Điều chế chéo pha
XPM là sự dịch pha của tín hiệu gây ra bởi sự thay đổi trong mật độ của một tín
hiệu được truyền dẫn ở bước sóng khác nhau. XPM có thể dẫn tới mở rộng phổ không
đối xứng, kết hợp với SPM và tán sắc cũng có thể ảnh hưởng tới dạng xung trong miền
thời gian.
Hiệu ứng trộn bốn sóng
FWM xảy ra khi hai bước sóng hoạt động ở tần số f
1
và f
2
trộn với nhau tạo ra
các tần số như là 2f
1
-f
2

và 2f
2
-f
1
. Các tín hiệu này có thể gây nhiễu nếu chúng chồng
lấn với các tần số được sử dụng để truyền dẫn dữ liệu. Tương tự như thế, việc trộn có
thể xảy ra với ba hoặc nhiều hơn sóng.
Phân bố Raman kích thích
SRS gây ra bởi sự tương tác giữa ánh sáng với sự dao động của phân tử. Sự va
chạm của ánh sáng với các phân tử sẽ tạo ra một ánh sáng kích thích với một bước
sóng dài hơn là ánh sáng tới. Một phần của ánh sáng di chuyển với tốc độ tại mỗi tần
số sẽ bị dịch xuống qua vùng có các tần số thấp hơn. Ánh sáng tạo ra các tần số thấp
hơn gọi là sóng Stokes. Phần công suất được chuyển xuống sóng Stokes tăng nhanh
khi công suất của tín hiệu đến tăng. Trong các hệ thống đa bước sóng, các kênh sóng
càng ngắn thì sẽ mất một phần công suất của nó cho các kênh sóng dài hơn. Để giảm
lượng mất mát, công suất của mỗi kênh sóng phải nhỏ hơn một mức nhất định.
Phân bố Brillouin kích thích
SBS tương tự như SRS. Điểm khác là dịch tần bị gây ra bởi các sóng âm thay vì
sự dao động của các phân tử. Các đặc tính khác của SBS là sóng Stokes truyền theo
hướng ngược lại với sóng tới. Mật độ sóng phân bố SBS lớn hơn nhiều so với SRS,
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
ỏn tt ngip i hc Chng 1. Gii thiu chung
19
nhng di tn ca SBS li thp hn nhiu so vi SRS. chng li nh hng ca
SBS, ngi ta phi m bo rng cụng sut vo phi nh hn mt ngng nht nh.
Trong cỏc h thng a bc súng, SBS cng gõy ra xuyờn õm gia cỏc kờnh. Xuyờn
õm xy ra khi hai súng truyn i nghch khỏc nhau v tn s bng ỳng dch
Brillouin, khong 11 GHz i vi bc súng 1550 nm.
1.3.4 Xuyờn õm
Xuyờn õm lm gim t l tớn hiu trờn nhiu SNR t ú dn n tng BER. Cú hai

loi xuyờn õm:
+ Xuyờn õm liờn kờnh: gõy ra bi cỏc tớn hiu cú tn s khỏc nhau. Xuyờn õm
liờn kờnh phi chỳ ý n khi xỏc nh rng kờnh. Trong mt s trng hp, xuyờn
õm liờn kờnh cú th loi b c nh s dng cỏc b lc bng hp thớch hp.
+ Xuyờn õm ng kờnh: gõy ra bi cỏc tớn hiu cú cựng tn s trong mt si
quang khỏc, do cỏc c tớnh truyn dn khụng hon ho ca cỏc linh kin vớ d nh
AWG chng hn. Xuyờn õm ng kờnh xut hin trong cỏc node chuyn mch/nh
tuyn trong ú cỏc tớn hiu cú cựng bc súng c thc hin chuyn mch/nh tuyn
t cỏc tớn hiu vo khỏc nhau ti cỏc u ra khỏc nhau. Dng xuyờn õm ny ỏng lo
ngi hn xuyờn õm liờn kờnh vỡ nú khụng th b loi b nh b lc.
1.3.5 Nhiu
SNR c nh ngha bng cỏc thut ng nhiu khỏc nhau. c bit phi quan
tõm n s phỏt x t phỏt b khuych i (ASE) ca cỏc khuych i si Erbium,
nhiu lng t ca photodetector v nhiu nhit ca cỏc b khuych i in.
S phỏt x t phỏt b khuych i
Mt b EDFA quang khuych i ỏnh sỏng ti nh phỏt kớch thớch. Ngoi phỏt
kớch thớch, phỏt t phỏt cng gõy ra hiu ng xu i vi h thng. B khuych i coi
s phỏt x t phỏt nh cỏc tớn hiu ti khỏc v phỏt x t phỏt c khuych i cựng
vi lung sỏng ti. Kt qu l ASE s tr thnh nhiu u ra ca EDFA.
Nhiu ht
Mt photodetector chuyn i tớn hiu quang thnh mt dũng quang in. Khú
khn ln nht trong vic tỏi to bit l cựng vi dũng quang in cũn cú mt dũng nhiu
ht. Dũng nhiu ht xut hin do s phõn b ngu nhiờn ca cỏc electron c to ra
bi quỏ trỡnh thu quang ngay c khi dũng quang n l khụng i (chỳ ý rng dũng
nhiu ht khụng cng vo dũng quang m ch xut hin trong s bin i ca dũng
quang in c to ra nh mt thnh phn riờng r).
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung
20
Nhiễu nhiệt

Vì dòng quang điện là khá nhỏ nên nó được khuyếch đại thứ cấp bằng các bộ
khuyếch đại điện. Bộ khuyếch đại điện này tạo ra một dòng nhiễu nhiệt bổ sung do sự
chuyển động của các electron mà luôn xuất hiện ở các nhiệt độ thông thường.

THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương II. Các mạng WDM nội thị
21

CHƯƠNG II. CÁC MẠNG WDM NỘI THỊ

Các mạng nội thị nằm giữa các mạng truy nhập và mạng đường trục như được vẽ
trên hình 1.3 chương I. MAN có một số đặc tính riêng cần phải xem xét khi thiết kế
các giao thức và kiến trúc mạng nội thị:
- Vùng phủ địa lí của MAN là có giới hạn. Thông thường, các MAN có đường
kính từ 50 km tới 200 km, cung cấp đa dịch vụ tập trung ở khu vực đô thị.
- Số lượng node trong một MAN phổ biến trong khoảng từ 10 tới 200 node.
- So với các mạng đường trục, các MAN có hiệu quả chi phí hơn vì số lượng
khách hàng ít hơn nhiều và lưu lượng trong MAN có tính bùng nổ hơn.
- Trong khi tính chất lưu lượng trong các LAN và WAN đã được nghiên cứu, các
kiểu lưu lượng trong MAN đang được nghiên cứu ở mức lý thuyết.
- Trong khi các mạng lưới là khá phổ biến trong mạng đường trục, các mạng nội
thị thường có mô hình sao, ring hoặc bus.
Đồ án này sẽ tổng quan các mạng WDM nội thị khác nhau đã được giới thiệu
một cách lí thuyết cho đến thời điểm hiện tại. Thông thường, các mạng WDM nội thị
có cấu hình sao hoặc ring.
2.1 Các mạng WDM nội thị ring
Hầu hết các mạng WDM nội thị ring được mô tả dưới đây hoạt động ở tốc độ
đường là 2.5Gb/s. Vì các lí do thực tế nên hầu hết chúng được triển khai dạng các bộ
thu cố định hơn là các bộ thu chuyển đổi được.
2.1.1 Mạng Komnet

Mạng ba trường WDM nội thị Komnet bao gồm ba bộ kết hợp kênh xen/rẽ quang
(OADM) được kết nối với nhau thông qua một mô hình ring hai hướng. Cấu trúc của
một OADM được chỉ ra trên hình 3.1. Trên mỗi một sợi các bước sóng khác nhau có
thể được lọc bằng cách dùng các lưới Bragg chuyển đổi được. Bằng cách sử dụng các
bộ kết hợp bước sóng mật độ cao, các bước sóng các thể được xen vào mỗi sợi quang.
Mỗi FBG có một tổn thất chèn tương đối nhỏ khoảng 0,1 dB. Các FBG có thể chuyển
đổi cơ với dải ms. Do đó, Komnet rất thích hợp cho chuyển mạch kênh (Lambda),
nhưng lại không hiệu quả cho chuyển mạch gói do thời gian chuyển đổi tương đối lớn
đối với mỗi FBG.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương II. Các mạng WDM nội thị
22














Hình 3.1. Mạng WDM nội thị KomNet
2.1.2 RINGO
Mạng nội thị RINGO chuyển mạch gói là một mạng ring sợi đơn hướng. Nó bao
gồm N node trong đó N bằng với số bước sóng. Mỗi node được trang bị một dãy các

bộ phát cố định và một bộ thu cố định hoạt động ở bước sóng cho trước tương ứng với
node đó. Node j tách bước sóng λ
j
từ vòng ring. Do vậy, để truyền thông với node j,
một node cho trước phải truyền dữ liệu bằng cách sử dụng laser hoạt động ở bước sóng
λ
j
, như được mô tả trên hình 3.2. Tất cả các bước sóng được chèn với chiều dài khe
bằng với thời gian truyền của bói dữ liệu có kích thước cố định cộng với thời gian bảo
vệ. Mỗi node kiểm tra trang thái của chiếm bước sóng (λ–giám sát) dựa trên khe thời
gian để tránh xung đột nhờ tạo ra đa kênh theo xu hướng khe rỗng (Trong xu hướng
khe rỗng, một bit tại đầu mỗi khe thời gian chỉ ra trạng thái của khe thời gian tương
ứng nghĩa là nó có rỗi hay không). Cơ chế truy nhập này dành sự ưu tiên cho truyền
bằng cách cho phép một node giám sát sử dụng chỉ các khe thời gian rỗi.

OADM
OADM
OADM


DEMUX
DEMUX
Receivers Transmitters Receivers
Combiners
Circulator Tunable FBGs
. . . .
. . . .
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN