ứng dụng công nghệ DWDM và EDFA trên mạng đ-ờng trục 20 Gbit/s

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.39 MB, 122 trang )

i

Mục lục

Lời nói đầu
............................................................................................................ 1

Phần I. Công nghệ ghép kênh theo bớc sóng mật độ cao
DWDM trong thông tin quang............................................................... 1

Chơng I .Tổng quan về mạng ghép kênh theo bớc sóng WDM.....1
Chơng II. Công nghệ ghép kênh theo bớc sóng WDM........................5
2.1. Kỹ thuật ghép kênh quang .....................................................................5
2.1.1. Kỹ thuật ghép kênh bớc sóng ( WDM) .............................................. 6

2.1.2. Kỹ thuật ghép kênh quang tần số (OFDM) .......................................... 8

2.1.3. Kỹ thuật ghép kênh quang thời gian (OTDM) .................................... 9

2.2. Thiết lập hệ thống truyền dẫn sử dụng kỹ thuật WDM.......12
2.2.1. Truyền dẫn ghép bớc sóng quang một hớng................................... 13

2.2.2. Truyền dẫn ghép bớc sóng quang hai hớng .................................... 14

2.2.3. Thiết bị ghép bớc sóng quang........................................................... 14

2.3. Các tham số cơ bản của ghép bớc sóng quang.......................15
2.3.1. Suy hao xen......................................................................................... 15

2.3.2. Xuyên kênh......................................................................................... 16

2.3.3. Độ rộng kênh ...................................................................................... 17

2.4. Các thiết bị ghép bớc sóng quang..................................................17
2.4.1. Các thiết bị WDM vi quang................................................................ 18

2.4.2 Các thiết bị WDM ghép sợi ................................................................ 24

2.4.3. Cách tử dẫn sóng AWG..................................................................... 25

Phần II. Khuếch đại quang sợi pha erbium (EDFA) ..................... 33

Chơng I. Tổng quan.............................................................................................33
Chơng II . khuếch đại quang sợi pha Erbium.........................................35
2.1. Cơ sở nền tảng của EDFA .......................................................................35
ii

2.1.1. Quy luật chi phối các tơng tác Phôtôn- nguyên tử .......................... 35

2.1.2. Các phơng trình tốc độ đối với mô hình ba mức của Er
3+
............... 38

2.1.3. Hoạt động bơm EDFA ở 1,48 àm và 0,98 àm .................................. 44

2.1.4. Cấu hình bơm EDFA .......................................................................... 47

2.2. Vai trò của EDFA, các yêu cầu về mạng và dải rộng của
EDFA đối với các ứng dụng WDM................................................................50
2.2.1 Vai trò của EDFA trong mạng thông tin quang WDM ....................... 50

2.2.2. Các yêu cầu mạng đối với EDFA trong mạng WDM........................ 50

2.2.3. Kiểm soát động bộ khuếch đại trong hệ thống WDM........................ 51

2.3. Nhiễu trong EDFA .......................................................................................54
2.3.1. Nhiễu quang ...................................................................................... 55

2.3.2. Nhiễu cờng độ ................................................................................ 56

2.4. Các ảnh hởng phản xạ và tán xạ ngợc Rayleigh ..............64
2.4.1.

ảnh hởng phản xạ riêng biệt ở hai đầu EDFA ................................ 65

2.4.2. ảnh hởng tán xạ ngợc Rayleigh trong các hệ thống EDFA.......... 66

Phần III. ứng dụng dwdm và EDFA trong mạng đờng trục
Việt Nam.............................................................................................................. 74

1.1. Tổng quan về mạng quang DWDM .....................................................74
1.1.1. Lớp mạng truyền tải .......................................................................... 74

1.1.2. Các phần tử của lớp quang.................................................................. 74

1.1.3. Chức năng OAM&P lớp quang ....................................................... 76

1.1.4. Cấu trúc mạng DWDM song hớng................................................... 78

1.1.5. Lới bớc sóng DWDM tuân thủ theo ITU-T.................................... 79

1.1.6. Giải pháp kỹ thuật cho lớp quang....................................................... 80

2.2. Mạng cáp quang đờng trục 20 gbit/s ...........................................95
Các thuật ngữ viết tắt .............................................................................................. 117
Tài liệu tham khảo .................................................................................................. 119

Lời nói đầu

Sự ra đời của công nghệ DWDM đánh dấu một bớc phát triển vợt bậc

trong lĩnh vực truyền dẫn. Với những u thế trong việc ghép kênh theo bớc
sóng đơn giản, linh hoạt, giảm thiết bị trên mạng, băng tần truyền dẫn rộng,
tơng thích với các giao diện SDH hiện có, tạo ra khả năng quản lý tập trung.
Công nghệ DWDM đáp ứng sự tăng trởng nhanh của mạng viễn thông và các
yêu cầu của mạng số hoá đa dịch vụ trong tơng lai.
Mạng DWDM ứng dụng công nghệ khuếch đại EDFA đã đợc ứng dụng
trong mạng viễn thông Việt Nam: Mạng truyền dẫn đờng trục tốc độ 20
Gbit/s vừa mới đợc triển khai và đã hoạt động ổn định, đáp ứng đợc nhu
cầu tăng dung lợng truyền dẫn và các dịch vụ tốc độ cao trong tơng lai. Để
từng bớc áp dụng các kiến thức đã đợc học trong nhà trờng với các hoạt
động của một hệ thống thực tế trên mạng lới tôi đã chọn đề tài cho luận án
tốt nghiệp: " ứng dụng công nghệ DWDM và EDFA trên mạng đờng trục
20 Gbit/s ". Nội dung đề tài gồm 3 phần :

Phần I:
Công nghệ DWDM
Phần II:
Khuếch đại EDFA

Phần III:
ứng dụng DWDM, EDFA trên mạng 20Gbit/s

Đợc sự hớng dẫn tận tình của Thầy giáo TS. Phạm Công Hùng, sự
quan tâm giúp đỡ của tất cả các Thầy Cô giáo trong Khoa Điện Tử Viễn
Thông-ĐHBK-HN, và sự cố gắng của bản thân, tôi đã từng bớc nắm bắt
đợc những vấn đề cơ bản trong công nghệ DWDM và mạng truyền dẫn
đờng trục 20 Gbit/s của Công ty Viễn Thông Liên tỉnh . Tuy nhiên do khả
năng còn hạn chế, thời gian nghiên cứu có hạn nên trong bản luận án này
chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, tôi rất mong nhận đợc sự góp ý,
giúp đỡ của các Thầy Cô giáo cùng toàn thể các bạn sinh viên để các nghiên

cứu sau đạt kết quả cao hơn.
Hà Nội 10/2004
1
Chơng I .Tổng quan về mạng ghép kênh theo bớc sóng WDM

Phần I. Công nghệ ghép kênh theo bớc
sóng mật độ cao DWDM trong thông tin
quang

Chơng I .Tổng quan về mạng ghép kênh theo
bớc sóng WDM

WDM (Wavelength Divison Multiplexing-Ghép kênh theo bớc sóng) là
công nghệ ghép kênh trong đó các bớc sóng ánh sáng đợc ghép lại để truyền đi
trên cùng một sợi quang mà không gây ảnh hởng lẫn nhau. Mỗi bớc sóng đợc
coi nh là một kênh quang. Khi số lợng các bớc sóng đợc ghép bằng hoặc nhiều
hơn 8 thì ghép kênh đợc gọi là mật độ cao DWDM.
Nhìn bên ngoài, một hệ thống truyền dẫn WDM và một hệ thống truyền dẫn
quang SDH ( Ví dụ các hệ thống truyền dẫn SDH đang có trên mạng của VTN) có
rất nhiều điểm tơng tự. Cả hai hệ thống đều có:
Các thiết bị ghép tách kênh đầu cuối (MUX, DEMUX)
Các thiết bị khuếch đại đờng truyền hoặc lặp (Line Amplifier, Regenerator)
Các thiết bị xen/rẽ kênh (ADM)
Các thiết bị đấu chéo (Cross-Connect Equipment)
Sợi quang.
Tuy nhiên khác biệt quan trọng giữa chúng là ở chỗ: Hệ thống truyền dẫn
SDH chỉ dùng một bớc sóng quang cho mỗi hớng phát, còn hệ thống WDM thì
dùng nhiều bớc sóng (từ hai bớc sóng trở lên); đối tợng làm việc của hệ thống

SDH là các luồng tín hiệu số PDH/SDH, còn của hệ thống WDM là các bớc sóng
và các bớc sóng này không nhất thiết chuyển tải tín hiệu số. Mỗi bớc sóng có
chức năng nh một sợi quang cung cấp môi trờng truyền tín hiệu cho hệ thống
khác và vì vậy gọi là sợi quang ảo.
2
Chơng I .Tổng quan về mạng ghép kênh theo bớc sóng WDM

WDM ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu tăng vọt về băng thông do sự phát triển
cha từng thấy của mạng máy tính toàn cầu Internet, sự ra đời của các ứng dụng và
dịch vụ mới trên nền tảng Internet. Trớc WDM, ngời ta tập trung mọi nỗ lực để
nâng cao tốc độ truyền dẫn của các hệ thống SDH nhng kết quả thu đợc không
mang tính đột phá vì công nghệ sử lý tín hiệu điện tại tốc độ cao đã dần đến giới
hạn. Khi tốc độ đạt tới hàng chục Gbit/s bản thân các mạch điện tử không thể đảm
bảo đáp ứng đợc xung tín hiệu cực kì hẹp. Thêm vào đó chi phí cho các giải pháp
trở nên tốn kém vì cơ cấu hoạt động khá phức tạp, đòi hỏi công nghệ rất cao. Trong
khi đó băng thông cực lớn của sợi quang mới đợc sử dụng một phần nhỏ. Tuy
nguyên lý ghép kênh theo bớc sóng WDM rất gần với nguyên lý ghép kênh theo
tần số FDM, nhng các hệ thống WDM chỉ đợc thơng mại hoá khi một số công
nghệ xử lý tín hiệu quang trở nên chín muồi, trong đó phải kể đến thành công trong
chế tạo các laser phổ hẹp, các bộ lọc quang, và đặc biệt là các bộ khuếch đại đờng
truyền quang dải rộng (khuếch đại quang sợi EDFA, khuếch đại Raman).
Các laser phổ hẹp có tác dụng giản tối đa ảnh hởng lẫn nhau của các bớc
sóng khi lan truyền trên cùng một sợi quang. Các bộ lọc quang dùng để tách một
bớc sóng ra khỏi các bớc sóng khác. Các bộ khuếch đại đờng truyền dải rộng
cần để tăng cự ly truyền của tín hiệu quang tổng gồm nhiều bớc sóng, nếu không
có các bộ khuếch đại này thì các điểm cần tăng công suất tín hiệu ngời ta phải tách
các bớc sóng ra từ tín hiệu tổng, sau đó hoặc là khuếch đại riêng rẽ từng bớc sóng
rồi ghép chúng trở lại, hoặc là phải thực hiện các bớc chuyển đổi quang- điện-

quang trên từng bớc sóng rồi mới ghép, và nh vậy thì tốn kém và làm cho hệ
thống trở nên kém tin cậy.
Ưu nhợc điểm của công nghệ WDM
So với hệ thống truyền dẫn đơn kênh quang, hệ thống WDM cho thấy những
u điểm nổi trội:

Dung lợng lớn truyền dẫn lớn
Hệ thống WDM có thể mang nhiều kênh quang, mỗi kênh quang ứng với tốc
độ bit nào đó (TDM). Do đó hệ thống WDM có dung lợng truyền dẫn lớn hơn
3
Chơng I .Tổng quan về mạng ghép kênh theo bớc sóng WDM

nhiều so với các hệ thống TDM. Hiện nay hệ thống WDM 80 bớc sóng với mỗi
bớc sóng mang tín hiệu TDM 2,5Gbit/s, tổng dung lợng hệ thống sẽ là
200Gbit/s đã đợc thử nghiệm thành công. Trong khi đó thử nghiệm hệ thống
TDM, tốc độ bit mới chỉ đạt tới STM-256 (40Gbit/s).

Loại bỏ yêu cầu khắt khe cũng nh những khó khăn gặp phải với hệ thống TDM
đơn kênh tốc độ cao
Không giống nh TDM phải tăng tốc độ số liệu khi lu lợng truyền dẫn
tăng, WDM chỉ cần mang vài tín hiệu, mỗi tín hiệu ứng với một bớc sóng riêng
(kênh quang), do đó tốc độ từng kênh quang thấp. Điều này làm giảm đáng kể
tác động bất lợi của các tham số truyền dẫn nh tán sắc Do đó tránh đợc sự
phức tạp của các thiết bị TDM tốc độ cao.

Đáp ứng linh hoạt việc nâng cấp dung lợng hệ thống, thậm chí ngay cả khi hệ
thống vẫn đang hoạt động
Kỹ thuật WDM cho phép tăng dung lợng của các mạng hiện có mà không

phải lắp đặt thêm sợi quang mới (hay cáp quang). Bên cạnh đó nó cũng mở ra
một thị trờng mới đó là thuê kênh quang (hay bớc sóng quang) ngoài việc thuê
sợi hoặc cáp. Việc nâng cấp chỉ đơn giản là cắm thêm các Card mới trong khi hệ
thống vẫn hoạt động (plug-in-play).

Quản lý băng tần hiệu quả và tái cấu hình mềm dẻo và linh hoạt
Nhờ việc định tuyến và phân bổ bớc sóng trong mạng WDM nên nó có khả
năng quản lý hiệu quả băng tần truyền dẫn và cấu hình lại dịch vụ mạng trong
chu kỳ sống của hệ thống mà không cần đi lại cáp hoặc thiết kế lại mạng hiện
tại.

Giảm chi phí đầu t mới
Bên cạnh những u điểm trên WDM cũng bộc lộ một số mặt hạn chế nằm ở
ngay bản thân công nghệ. Đây cũng chính là những thách thức cho công nghệ
này:

Dung lợng hệ thống vẫn còn quá nhỏ bé so với băng tần sợi quang
4
Chơng I .Tổng quan về mạng ghép kênh theo bớc sóng WDM

Công nghệ WDM ngày nay rất hiệu quả trong việc nâng cao dung lợng
nhng nó cũng cha khai thác triệt để băng tần rộng lớn của sợi quang. Cho dù
công nghệ còn phát triển nhng dung lợng WDM cũng sẽ đạt đến giá trị tới
hạn.

Chi phí cho khai thác và bảo dỡng tăng do có nhiều hệ thống cùng hoạt động
hơn
WDM là công nghệ cơ bản cho mạng toàn quang .

5
Chơng II. Công nghệ ghép kênh theo bớc sóng mật độ cao DWDM

Chơng II. Công nghệ ghép kênh theo bớc sóng
mật độ cao DWDM

2.1. Kỹ thuật ghép kênh quang
Nói chung, dung lợng của hệ thống thông tin quang có thể vợt quá 10
Tbit/s. Trên thực tế, tốc độ bit bị hạn chế khoảng 10 Gbit/s do những giới hạn của
hiệu ứng tán sắc, phi tuyến và tốc độ của các thành phần điện. Vì vậy, truyền dẫn
nhiều kênh quang trên cùng một sợi là một phơng thức đơn giản để mở rộng dung
lợng của hệ thông lên hàng Tbit/s. Ghép kênh có thể thực hiện trong miền thời gian
hoặc trong miền tần số thông qua ghép kênh thời gian (TDM) và ghép kênh tần số
(FDM). Nhìn chung, hai kỹ thuật quang cơ bản đó là ghép kênh quang thời gian
( OTDM) và ghép kênh bớc sóng ( WDM). Trên thực tế, các hệ thống thông tin
quang DWDM đã đợc thơng mại hoá vào năm 1996. WDM tơng ứng với nhiều
bớc sóng mang quang ở những bớc sóng khác nhau đợc điều chế bởi các luồng
bit điện độc lập ( có thể bản thân chúng sử dụng kỹ thuật TDM/FDM trong lĩnh vực
điện) và truyền tải trên cùng một sợi quang. Tín hiệu quang ở bộ thu đợc tách
thành những kênh riêng biệt nhờ sử dụng kỹ thuật quang. WDM có tiềm năng to
lớn để khai thác dải rộng băng của các sợi quang. Ví dụ nh có thể tới hàng trăm
kênh 10 - 20 Gbit/s truyền tải trên cùng một sợi quang khi khoảng cách kênh giảm
xuống dới 1 nm, tơng đơng với 100 GHz. Hình 1.1 cho thấy cửa sổ truyền dẫn
suy hao thấp của sợi quang ở gần bớc sóng trung tâm 1,3 àm và 1,55 àm.

6
Chơng II. Công nghệ ghép kênh theo bớc sóng mật độ cao DWDM

Sau đây chúng ta sẽ nghiên cứu ba kỹ thuật ghép kênh quang cơ bản đó là
ghép kênh theo bớc sóng (WDM), ghép kênh quang thời gian (OTDM) và ghép
kênh quang tần số (OFDM).
2.1.1. Kỹ thuật ghép kênh bớc sóng ( WDM)
Trong các tuyến thông tin quang điểm nối điểm thông thờng, mỗi sợi quang
sẽ có một nguồn phát quang ở phía phát và bộ tách sóng quang ở phía thu. Các
nguồn phát quang khác nhau sẽ cho các luồng ánh sáng mang tín hiệu khác nhau và
phát vào sợi dẫn quang xác định riêng, bộ tách sóng quang tơng ứng, sẽ nhận tín
hiệu từ sợi này. Nh vậy, muốn tăng dung lợng của hệ thống thì sẽ sử dụng thêm
sợi quang. Nhng kỹ htuật ghép kênh theo bớc sóng quang sẽ cho phép tăng dung
lợng mà không cần tăng tốc độ bit đờng truyền và cũng không dùng thêm sợi dẫn
quang. Kỹ thuật này đã thực hiện truyền các luồng ánh sáng có bớc sóng khác
nhau trên cùng một sợi. Bởi lẽ các nguồn phát có độ rộng phổ khá hẹp, cho nên các
hệ thống thông tin quang thông thờng chỉ sử dụng phần nhỏ băng truyền dẫn của
sợi quang. Lý tởng thì có thể truyền tải một lợng khổng lồ các kênh trên một sợi

quang từ nhiều nguồn phát quang khác nhau, hoạt động ở các bớc sóng khác nhau
Bớc sóng àm
0,5
1,0
1,5
2,0
0
0,9 1,1 1,3 1,5 1,7
12 THz 15 THz
Các sóng mang
Suy hao sợi (dB/km)
Hình 1.1 : Cửa sổ truyền dẫn suy hao thấp của sợi Silic trong vùng bớc
sóng gần 1,3
à
m và 1,55
à
m
7
Chơng II. Công nghệ ghép kênh theo bớc sóng mật độ cao DWDM

một cách hợp lý. ở đầu thu có thể thực hiện thu các tín hiệu quang riêng biệt nhờ
quá trình lọc các bớc sóng khác nhau này.
Nguyên lý cơ bản của ký thuật ghép kênh theo bớc sóng quang nh thể hiện
trên hình vẽ 2.2 . Giả sử các nguồn phát quang làm việc ở các bớc sóng khác nhau

1
,

2
,

3
, ... ,

j
, ... ,

n
. Các tín hiệu quang ở các bớc sóng khác nhau cùng ghép
vào sợi quang ở phía phát nhờ bộ ghép kênh và tín hiệu ghép này sẽ truyền theo
chiều dọc sợi quang để tới phía thu. Các bộ tách sóng quang khác nhau ở phía đầu
thu sẽ nhận lại luồng tín hiệu với các bớc sóng riêng rẽ này sau khi qua bộ tách
bớc sóng.

Nhìn chung các tín hiệu quang không phát một lợng công suất đáng kể nào
ở ngoài dải rộng phổ kênh đã xác định trớc của chúng, cho nên vấn đề xuyên kênh
không đáng lu ý ở đầu phát. Vấn đề cần quan tâm ở đây là bộ ghép kênh cần có
suy hao thấp để sao cho tín hiệu từ nguồn quang tới đầu ra bộ ghép ít bị suy hao.
Đối với bộ tách ghép kênh, vì các bộ tách sóng quang thờng rất nhạy cảm trên một
vùng rộng các bớc sóng, cho nên có thể thu đợc toàn bộ các bớc sóng phát đi.
Nh vậy, để ngăn chặn tín hiệu không mong muốn một cách có hiệu quả, phải có
biện pháp cách ly tốt các kênh quang. Để thực hiện đợc điều này, cần phải thiết kế
các bộ tách kênh quang thật chính xác hoặc sử dụng các bộ lọc quang rất ổn định có
bớc sóng cắt chuẩn xác. Thông thờng có ba loại thiết bị ghép bớc sóng quang đó
là: Các bộ ghép ( MUX), các bộ tách ghép ( DEMUX), các bộ ghép và tách hỗn hợp
( MUX-DEMUX). Các bộ MUX, DEMUX thờng sử dụng cho các phơng án
truyền dẫn theo một hớng, còn bộ MUX-DEMUX sử dụng cho các phơng án

truyền dẫn trên cả hai hớng.

MUX
I
1
(

1
)
I
n
(

n
)

DEMUX
O
1
(

1
)
O
n
(

n
)
O

1
(

1
...

n
) I
1
(

1
...

n
)
Hình 1.2 : Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật ghép bớc sóng quang
8
Chơng II. Công nghệ ghép kênh theo bớc sóng mật độ cao DWDM

2.1.2. Kỹ thuật ghép kênh quang tần số (OFDM)
Nh đã biết, ghép kênh là một biện pháp nhằm tập hợp một số kênh thông tin
lại thành một kênh chung mang lợng thông tin lớn hơn. Trong các hệ thống thông
tin trớc đây, ghép kênh theo tần số đợc sử dụng trong các hệ thống analog. Khi kỹ
thuật thông tin quang phát triển, nhất là trong những năm gần đây, cùng với sự phát
triển nhảy vọt của công nghệ thông tin, lại xuất hiện các kỹ thuật WDM và OTDM.
Một kỹ thuật khác dùng để thông tin bằng ánh sáng là ghép kênh tần số. Trong
OFDM, băng tần của sóng ánh sáng đợc phân chia thành một số kênh thông tin

riêng biệt, mà ở đây các kênh có tần số quang khác nhau sẽ đợc biến đổi thành các
luồng song song để cùng truyền đồng thời trên một sợi quang.
Các sóng ánh sáng có tiềm năng thông tin rất lớn và nó có tần số rất lớn tới
hơn 200 000 GHz, hơn nữa, sợi quang vốn có suy hao rất nhỏ ở dải bớc sóng từ 0,8
- 1,8
à
m, cũng tơng đơng với băng tần 200 000 GHz. Vì thế, một số lợng lớn các
kênh quang FDM sẽ đợc truyền trên sợi, và mỗi kênh quang riêng biệt có thể có
một băng tần đủ rộng. Chẳng hạn, trên sợi dẫn quang tồn tại vùng có suy hao nhỏ
nằm trong khoảng 1,5 - 1,6
à
m. Vùng này có băng tần là 12 000 GHz và nh vậy có
thể ghép tới hơn 1 000 kênh quang để mang thông tin cần truyền. Vì vậy có thể thiết
lập đợc tốc độ truyền dẫn trên sợi quang khoảng 1 Tbit/s nhờ OFDM.
Mặc dù công nghệ OFDM hiện nay mới chỉ ở mức triển khai thực nghiệm,
nhng ngời ta đã tiến hành ghép hệ thống lên tới 100 kênh quang. Mặt khác, với
công nghệ cáp sợi quang phát triển, các cáp có thể có tới 100 sợi đã làm cho hệ
thống thông tin quang ghép kênh theo tần số không cần phải đạt hiệu suất sử dụng
cao với mức khó thực hiện đợc nh ở ghép kênh FDM đối với các hệ thống vô
tuyến. Hình 1.3 cho thấy một hệ thống OFDM, ở đây tín hiệu quang đợc ghép theo
phơng pháp giống nh các kỹ thuật thông thờng, nhng quá trình ghép hoàn toàn
thực hiện trên tín hiệu quang mà không có một quá trình biến đổi điện nào. Tổng số
các chùm bit ghép sẽ phụ thuộc vào tốc độ của mỗi luồng. Tại đầu thu, tín hiệu
quang sẽ đợc tách ra, công suất quang đợc chia và các kênh riêng rẽ sẽ đợc khôi
phục lại. Về thực chất, OFDM đã khai thác khả năng băng tần rất lớn của sợi quang
bằng cách ghép các kênh ở các bớc sóng khác nhau vào thành một luồng thông tin
9
Chơng II. Công nghệ ghép kênh theo bớc sóng mật độ cao DWDM

lớn. Nh vậy, OFDM là chung cho ghép kênh theo bớc sóng. OFDM và WDM cho
phép chúng ta tăng dung lợng kênh mà lại vợt qua đợc giới hạn của tán sắc sợi
dẫn quang. OFDM sẽ đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống thông tin quang
hiện tại và tơng lai, nó là yếu tố quyết định thúc đẩy mục tiêu thực hiện quang hoá
hoàn toàn.

2.1.3. Kỹ thuật ghép kênh quang thời gian (OTDM)
Trong những năm gần đây, trớc sự phát triển của mạng viễn thông, xu
hớng tăng tốc độ đờng truyền đã đợc thúc đẩy mạnh, cấc hệ thống thông tin
truyền dẫn tốc độ cao ngày càng là nhu cầu thiết yếu trên mạng lới. Để xây dựng
các tuyến tốc độ cao nh vậy, cần phải lấy thông tin quang làm cơ sở để thực hiện vì
nó có môi trờng truyền dẫn với băng tần khổng lồ. Tuy nhiên, để có đợc thiết bị
hoạt động ở tốc độ cao, công nghệ điện tử - thông tin phải sản xuất đợc các Chip
điện tử có khả năng đáp ứng đợc tốc độ chuyển mạch cao hoặc làm việc ở môi
trờng có băng tần rộng. Cho đến nay, các thiết bị này đều đã đợc sản xuất và sẵn
có trên thị trờng và thoả mãn đợc tốc độ 10-20 Gbit/s. Các thiết bị nh vậy trớc
Cáp quang

f
f

C
O
M
B
I
N

P
O
W
E
R
D
I
V
I
D
E
LASER
OPTICAL
DETECTOR
Sn
S2
S1
Mix
f1
f2
Mix
fn
Mix
Sn
S2
S1
Mix
f1
Mix
Mix

fn
f2
1550 nm
Điều biến
ngoài ( PSK)

PLL quang
Hình 1.3 : Sơ đồ khối hệ thống ghép kênh quang OFDM
10
Chơng II. Công nghệ ghép kênh theo bớc sóng mật độ cao DWDM

hết đã đáp ứng đợc cho các thiết bị phát và thu quang làm việc ở băng tần cao, mặt
khác nó thoả mãn đợc các thiết bị ghép và tách kênh.
Để tiếp tục tăng tốc độ bit lên 40 Gbit/s hoặc hơn nữa cho đến nay là rất khó
vì vẫn phải dựa vào nền tảng cấu trúc công nghệ hỗn hợp InP. Vì vậy, kỹ thuật
OTDM có thể khắc phục đợc hạn chế này, quá trình ghép các luồng tín hiệu quang
thành các luồng tín hiệu có tốc độ cao hơn không qua một quá trình biến đổi điện
nào. OTDM hứa hẹn có nhiều khả năng thành công và tiến nhanh hơn bất kỳ một
sản phẩm ghép kênh điện nào, vì nó sử dụng các kỹ thuật xử lý quang tiên tiến.
Trong hình vẽ 1.4 mô tả hoạt động của một hệ thống truyền dẫn quang sử
dụng kỹ thuật OTDM. Trong OTDM, chuỗi xung quang hẹp phát ra từ nguồn phát
thích hợp. Các tín hiệu này đợc đa vào khuếch đại để nâng mức tín hiệu đủ lớn
nhằm đáp ứng yêu cầu. Sau đó, chia thành N luồng, mỗi luồng đa vào điều chế nhờ
các bộ điều chế ngoài với tín hiệu nhánh B Gbit/s. Để thực hiện ghép các tín hiệu
quang này với nhau, các tín hiệu nhánh phải đa qua bộ trễ quang. Tuỳ theo vị trí
từng kênh theo thời gian trong khung mà các bộ trễ này sẽ thực hiện trễ dịch các khe
thời gian quang một cách tơng ứng. Thời gian trễ là một nửa tín hiệu Clock. Nh
vậy, tín hiệu quang sau khi ghép sẽ có tốc độ là NxB Gbit/s. Sau khi truyền tải trên

đờng truyền, thiết bị tách kênh ở phía thu sẽ thực hiện tách kênh, khôi phục xung
Clock và đa ra từng kênh quang riêng tơng ứng với các kênh quang ở đầu vào bộ
ghép phía phát. Các hệ thống OTDM thờng hoạt động ở vùng bớc sóng 1550 nm,
tại vùng bớc sóng này, nh đã biết có suy hao sợi quang nhỏ nhất, lại phù hợp với
bộ khuếch đại quang sợi trong hệ thống. Các bộ khuếch đại quang sợi có chức năng
duy trì quỹ công suất của hệ thống nhằm đảm bảo tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm ( S/N) ở
phía thu quang. Nguyên lý hoạt động này có thể đáp ứng xây dựng các hệ thống
thông tin quang với tốc độ 200 Gbit/s. Tuy nhiên, ở tốc độ này cần phải xem xét tới
vấn đề bù tán sắc cho hệ thống.

11
Chơng II. Công nghệ ghép kênh theo bớc sóng mật độ cao DWDM

2.1.4 Xác định kỹ thuật ghép kênh sử dụng trong luận án
: Nh đã thảo luận ở
trên, mỗi kỹ thuật ghép kênh quang đều có nhứng thuận lợi và khó khăn riêng có.
Đối với kỹ thuật OFDM, do dung lợng tăng lên chủ yếu dựa trên cơ sở tăng số
lợng sợi quang, còn về tốc độ bít vẫn bị hạn chế bởi công nghệ chế tạo Chip và
đặc biệt là đối với tần số rất cao của ánh sáng. Đối với kĩ thuật OTDM, mặc dù
không bị hạn chế bởi tốc độ bít, nhng lại phụ thuộc vào tín hiệu điều chế, các bộ
trễ quang và bị hạn chế bởi tán sắc sợi. Mặt khác, cho đến nay, các kĩ thuật
OFDM/OTDM vẫn cha đạt đến mức độ hoàn chỉnh để có thể ứng dụng rộng rãi
trong các hệ thống thông tin quang. Trên thực tế, kỹ thuật WDM đã đợc ứng dụng
rộng khắp trên hầu hết các hệ thống thông tin quang và ngày nay với những tiến bộ
của khoa học công nghệ, thì các hệ thống thông tin quang trên cơ sở WDM hoàn
toàn bảo đảm khả năng phát triển về cả dung lợng, tốc độ và khoảng cách truyền
dẫn cũng nh chất lợng và độ an toàn. Do đó, trong phạm vi luận án sẽ tập trung
hớng nghiên cứu đối với kỹ thuật WDM sử dụng trong hệ thống thông tin quang
nhằm cải thiện hệ thống tốt hơn.

Sợi
quang
Tín hiệu

Nguồn
phát
Bộ
chia
quang
Bộ điều chế
Bộ điều chế

Bộ điều chế

Khối
phát
Clock
Bộ
tách
kênh

EDFA
Bộ
ghép
quang
Trễ quang
Bộ điều chế

EDFA

Hình 1.4 : Sơ đồ tuyến thông tin quang sử dụng kỹ thuật OTDM
12
Chơng II. Công nghệ ghép kênh theo bớc sóng mật độ cao DWDM

2.2. Thiết lập hệ thống truyền dẫn sử dụng kỹ thuật WDM
Ghép kênh bớc sóng sử dụng để truyền số liệu đồng thời ở nhiều bớc sóng
mang thông qua một sợi quang riêng biệt. Sự phân chia dải rộng băng các bớc sóng
có khả năng sử dụng trong một số kênh bớc sóng không chỉ đòi hỏi thiết bị phải

tinh vi mà còn tăng khả năng giao thoa giữa các kênh. Hệ thống truyền dẫn quang
WDM điểm-điểm nh thể hiện trên hình 1.5 a bao gồm bộ ghép kênh xen rẽ bớc
sóng( WADM) và bộ khuếch đại bớc sóng ( WAMP). Mạng quang WADM sử
dụng các hệ thống truyền dẫn WDM điểm-điểm và yêu cầu bộ kết nối chéo lựa chọn
bớc sóng( WSXC) có khả năng chuyển tín hiệu đầu vào tới sợi quang khác xảy ra ở
tần số khác, ví dụ nh mạng WDM vòng kép bốn bớc sóng nh thể hiện ở hình
1.5b.
Trong mạng quang, WADM, WSXC, WAMP đợc biết đến nh là các bộ
ghép kênh xen rẽ quang ( OADM), bộ kết nối chéo quang( OXC) và bộ khuếch đại
quang (OAMP). Các thuật ngữ WADM, WSXC, WAMP thờng sử dụng để phân
biệt các phần tử trong mạng quang WDM.

Hình 1.5 a : Hệ thống truyền dẫn WDM điểm - điểm ghép 4 bớc sóng

1

2

3

4

1

2

3

4
WAMP WAMP
WAMP
13
Chơng II. Công nghệ ghép kênh theo bớc sóng mật độ cao DWDM

Có hai phơng pháp cơ bản để thiết lập hệ thống truyền dẫn sử dụng kỹ thuật
WDM đó là truyền dẫn ghép bớc sóng quang một hớng và truyền dẫn ghép bớc
sóng quang hai hớng.
2.2.1. Truyền dẫn ghép bớc sóng quang một hớng
Hình vẽ 1.6 thể hiện sơ đồ thiết lập hệ thống truyền dẫn WDM một hớng,
đó là sự kết hợp của các tín hiệu có các bớc sóng khác nhau vào sợi tại một đầu và
thực hiện tách chúng để chuyển tới các bộ tách sóng quang ở đầu kia. Để thực hiện
hệ thống WDM một hớng, cần phải có bộ ghép kênh ở đầu phát để kết hợp tín hiệu
quang từ các nguồn phát quang khác nhau đa vào sợi quang. Tại đầu thu, cần phải
có bộ tách kênh để thực hiện tách riêng các kênh quang tơng ứng. Đối với bộ tách
kênh, vì các bộ tách sóng quang thờng nhạy cảm trên một vùng rộng các bớc
sóng, nên nó có thể thu đợc toàn bộ các bớc sóng phát đi. Nh vây, để ngăn chặn
các tín hiệu không mong muốn một cách có hiệu quả, phải có biện pháp cách ly tốt
các kênh quang. Để thực hiện điều này, cần thiết kế các bộ tách ghép kênh thật
chuẩn xác .

WAMP
WAMP
WAMP
WAMP
WAMP
WAMP WAMP
WAMP
WAMP
WAMP
WAMP

Hình 1.5.b : Mạng WDM vòng kép bốn bớc sóng
14
Chơng II. Công nghệ ghép kênh theo bớc sóng mật độ cao DWDM

2.2.2. Truyền dẫn ghép bớc sóng quang hai hớng
Hình vẽ 1.7 thể hiện sơ đồ thiết lập hệ thống truyền dẫn WDM theo hai
hớng. Phơng pháp này không quy định phát ở một đầu và thu ở một đầu, nghĩa là
có thể phát thông tin theo một hớng tại bớc sóng

1
và đồng thời cũng thu thông
tin theo hớng ngợc lại tại bớc sóng

2
.

2.2.3. Thiết bị ghép bớc sóng quang
Thiết bị ghép bớc sóng quang có ba loại là MUX, DEMUX và MUX-
DEMUX. Bộ MUX và DEMUX thờng sử dụng cho hệ thống truyền dẫn một
hớng. Bộ MUX- DEMUX sử dụng cho phơng pháp truyền dẫn hai hớng. Hình vẽ
1.8 thể hiện sơ đồ mô tả thiết bị ghép và tách hỗn hợp. Việc mô tả phân tích chính
xác thiết bị ghép kênh phải dựa trên ma trận chuyển đổi đối với các phần tử của ma
trận A
ij
(x). Các phần tử này là các hệ số phụ thuộc vào bớc sóng, nó biểu thị tín
hiệu quang đi vào của thứ i và ra cửa thứ j. Cách tiếp cận này khá phức tạp khi ứng
dụng để phân tích các hệ thống WDM.
Kênh N
Nguồn

2

Nguồn

N

Thu

1

Thu

2

Thu

N

Thiết bị
WDM
Thiết bị
WDM
Nguồn

1

1
,

2
, ... ,

N

Một sợi
Kênh 1
Kênh 2
Kênh N
Kênh 1
Kênh 2
Hình 1.6 : Hệ thống truyền dẫn ghép bớc sóng quang một hớng
Kênh 1
Nguồn

1

Thu

2
Thu

1
Nguồn

2

Thiết bị
WDM
Thiết bị
WDM
Một sợi
Kênh 2
Kênh 1
Kênh 2

1

2

Hình 1.7 : Hệ thống truyền dẫn ghép bớc sóng quang hai hớng
15
Chơng II. Công nghệ ghép kênh theo bớc sóng mật độ cao DWDM

2.3. Các tham số cơ bản của ghép bớc sóng quang
Các tham số cơ bản để mô tả đặc tính của các bộ ghép- tách kênh hỗn hợp là
suy hao xen, xuyên kênh và độ rộng kênh. Để đơn giản, hãy phân biệt thiết bị một
hớng (gồm các bộ ghép kênh và tách kênh riêng biệt nh thể hiện trên hình 1.6) và
thiết bị hai hớng( bộ ghép tách hỗn hợp nh thể hiện trên hình 1.7). Các kí hiệu
I(

i
), O(

k
) tơng ứng là các tín hiệu đã đợc ghép đang có mặt ở đờng chung. Kí
hiệu I
k
(

k
) là tín hiệu đầu vào đợc ghép vào cửa thứ k, tín hiệu này đợc phát ở

nguồn thứ k. Kí hiệu O
i
(

i
) là tín hiệu có bớc sóng

i
đã đợc ghép và đi ra ở cửa
thứ i. Sau đây sẽ xét các tham số: suy hao xen, xuyên kênh, độ rộng kênh.
2.3.1. Suy hao xen
Suy hao xen đợc xác định là lợng công suốt tổn hao sinh ra trong tuyến
truyền dẫn quang do tuyến có thêm các thiết bị ghép bớc sóng quang WDM. Suy
hao này bao gồm suy hao do các điểm ghép nối thiết bị WDM với sợi và suy hao bởi
bản thân các thiết bị ghép gây ra. Vì vậy, trên thực tế thiết kế tuyến phải tính cho vài
dB ở mỗi đầu. Suy hao xen đợc diễn giải tơng tự nh suy hao đối với các bộ ghép
nối chung, nhng cần lu ý ở WDM là xét cho một bớc sóng đặc trng (với L
i
là
suy hao tại bớc sóng

i
khi thiết bị đợc ghép xen vào tuyến truyền dẫn):

( )
( )
ii
i
i
I

O
L

log10=
với thiết bị MUX (1.1)
Các tín hiệu ghép
Các tín hiệu tách ghép
Sợi dẫn quang
I
k
(

k
)
I
i
(

i
)
O(

k
)
I(

i
)
Hình 1.8 : Sơ đồ mô tả thiết bị ghép - tách hỗn hợp (MUX- DEMUX)

16
Chơng II. Công nghệ ghép kênh theo bớc sóng mật độ cao DWDM

( )
( )
i
i
i
I
O
L

log10=
với thiết bị DEMUX (1.2)
2.3.2. Xuyên kênh
Xuyên kênh hàm ý mô tả một lợng tín hiệu từ kênh này ghép sang kênh
khác. Các mức xuyên kênh cho phép nằm ở dải rất rộng tùy thuộc vào trờng hợp áp
dụng. Nhng nhìn chung, phải bảo đảm < -30dB trong mọi trờng hợp. Trong một
bộ tách ghép kênh lý tởng, sẽ không có hiện tợng dò tín hiệu từ kênh thứ i có
bớc sóng

i
sang các kênh khác có bớc sóng khác với

i
. Nhng trong thực tế,
luôn luôn tồn tại một mức xuyên kênh nào đó, và làm giảm chất lợng truyền dẫn

của thiết bị. Khả năng để tách các kênh khác nhau đợc diễn giải bằng suy hao
xuyên kênh và tính bằng dB nh sau:

( )
( )
( )
k
ki
ki
I
U
D

log10=
(1.3)
Theo sơ đồ đơn giản mô tả tách kênh ở hình vẽ 1.9 a, thì U
i
(

k
) là lợng tín
hiệu không mong muốn ở bớc sóng

k
do có sự dò tín hiệu ở cửa ra thứ i, mà đúng
ra chỉ có tín hiệu ở bớc sóng

i

. Trong thiết bị ghép - tách hỗn hợp nh thể hiện
trên hình vẽ 1.9b, việc xác định suy hao xuyên kênh cũng đợc áp dụng nh một bộ
tách kênh.
ở
trờng hợp này sẽ phải xem xét loại xuyên kênh. Xuyên kênh đầu xa
là do các kênh khác đợc ghép đi vào đờng truyền gây ra, ví dụ nh I(

k
) sinh ra
U
i
(

k
). Xuyên kênh đầu gần là do các kênh khác ở đầu vào sinh ra, nó đợc ghép
ở bên trong thiết bị ví dụ nh U
i
(

j
).

Sợi quang

O
i
(

i
) + U
i
(

k
)

DEMUX
I(

i
)......I(

k
)
a)
Hình 1.9: a) Xuyên kênh ở bộ tách kênh; b) Xuyên kênh ở bộ ghép - tách kênh hỗn hợp

O
i
(

i
) + U
i

(

k
) + U
i
(

j
)
I(

i
)......I(

k
)
Sợi quang
O(

j
)
I
i
(

j
)
b)
MUX
17

Chơng II. Công nghệ ghép kênh theo bớc sóng mật độ cao DWDM

2.3.3. Độ rộng kênh
Độ rộng kênh là dải bớc sóng mà nó định ra cho từng nguồn phát quang
riêng biệt. Nếu nh nguồn phát quang là các điốt Laser thì các độ rộng kênh yêu cầu
vào khoảng vài chục nano mét (nm) để đảm bảo không bị nhiễu giữa các kênh do sự
bất ổn định của các nguồn phát gây ra (ví dụ nh khi nhiệt độ thay đổi sẽ làm trôi
bớc sóng đỉnh). Đối với nguồn phát quang là điốt phát quang LED, yêu cầu độ
rộng kênh phải lớn hơn 10 đến 20 lần bởi độ rộng phổ của loại nguồn phát này rộng
hơn.
2.4. Các thiết bị ghép bớc sóng quang
Thiết bị ghép bớc sóng quang rất đa dạng, theo sơ đồ phân loại nh thể hiện
trên hình vẽ 1.10, trong đó chú trọng nhiều nhất tới các thiết bị họat động theo
phơng pháp thụ động. Để xem xét các thiết bị WDM, do nguyên lý của các thiết bị
WDM có tính thuận nghịch về cấu trúc, nên hoạt động của các bộ phận ghép kênh
cũng đợc giải thích bằng cách đơn thuần là thay đổi hớng tín hiệu đầu vào và đầu
ra.

Thiết bị WDM
Thụ động Tích cực
Thiết bị WDM
vi quang
Thiết bị WDM
ghép sợi
Thiết bị quang
tổ hợp
Các thiết bị
quang khác
Các nguồn phát quang và
các bộ tách sóng quang
nhiều bớc sóng
Phân tán góc
Thiết bị có lọc

Phi tuyến Giao thoa Phân cực
Phân tán vật liệu Cách tử
Hình 1.10 : Phân loại các thiết bị ghép bớc sóng quang WDM
18
Chơng II. Công nghệ ghép kênh theo bớc sóng mật độ cao DWDM

Các bộ phận tách (hoặc các bộ ghép) đợc chia thành hai loại chính theo
công nghệ chế tạo: (1) thiết bị WDM vi quang; (2) thiết bị WDM ghép sợi. Các thiết
bị này đợc thiết kế chủ yếu sử dụng cho các tuyến thông tin quang dùng sợi đa

mode, còn đối với sợi quang đơn mode thì chúng ít đợc sử dụng. Loại thiết bị
WDM ghép sợi dựa vào việc ghép giữa các trờng lan truyền trong lõi sợi liền kề
nhau. Kỹ thuật này phù hợp với các tuyến sử dụng sợi đơn mode.
2.4.1. Các thiết bị WDM vi quang
Các thiết bị WDM vi quang chế tạo dựa trên hai phơng pháp công nghệ
khác nhau đó là: các thiết bị có bộ lọc và các thiết bị phân tán góc. Sơ đồ hoạt động
của hai loại này nh thể hiện trên hình vẽ 1.11. Thiết bị lọc chỉ hoạt động mở cho
một bớc sóng (hoặc một nhóm các bớc sóng) tại một thời điểm, nhằm tách ra một
bớc sóng trong nhiều bớc sóng. Để đạt đợc thiết bị hoàn chỉnh, thờng phải tạo
ra cấu trúc lọc nhiều tầng. Đối với cấu trúc phân tán góc lại đồng thời đa ra tất cả
các bớc sóng.

Phần tử cơ bản để đạt đợc thiết bị WDM có lọc là bộ lọc điện môi giao thoa,
nó có cấu trúc đa lớp gồm nhiều các màng mỏng có chỉ số chiết suất cao và thấp đặt
xen kẽ nhau. Hầu hết các bộ lọc giao thoa làm việc dựa trên nguyên lý buồng cộng
hởng Fabry-Perot, gồm hai gơng phản xạ thành phần đặt song song cách nhau bởi
một lớp điện môi trong suốt. Khi chùm tia sáng chạm vào thiết bị, các hiện tợng
giao thoa sẽ tạo ra những phản xạ nhiều lần trong hốc. Nếu độ dày của khoảng cách
là một số nguyên lần của nửa bớc sóng chùm sáng tới, thì giao thoa sẽ xảy ra và
Thiết bị phân tán
(b)
Bộ lọc

(a)

2
, ... ,

n

1
,

2
, ... ,

n

1
,

2
, ... ,

n

Hình 1.11 : Nguyên lý hoạt động của thiết bị WDM vi quang đối với cấu trúc sử dụng :

(a) Bộ lọc giao thoa; (b) Các phần tử phân tán góc

19
Chơng II. Công nghệ ghép kênh theo bớc sóng mật độ cao DWDM

bớc sóng đợc truyền dẫn trong suốt. Đờng cong phổ truyền dẫn cho thiết bị hoạt
động nh vậy nh thể hiện trên hình vẽ 1.12a.
ở
đây, các chùm ánh sáng tại các
bớc sóng khác trong buồng cộng hởng hầu nh bị phản xạ hoàn toàn. Trong các
bộ lọc của thiết bị WDM, các gơng là các vỏ bọc nhiều lớp đợc đặt trên các lớp
điện môi phân cách trong suốt nh thể hiện trên hình vẽ 1.12b.
Các bộ lọc màng mỏng thờng có độ dày bằng một phần t bớc sóng truyền
dẫn lớn nhất. Chúng đợc cấu tạo từ các màng mỏng có chỉ số chiết suất thấp nhất
(nh MgF
2
có n = 1,35 hoặc SiO
2
có n = 1,46) và các màng có chỉ số chiết suất cao
(nh TiO
2
có n = 2,2) đợc đặt xen kẽ nhau. Theo đặc tính phổ thì có thể phân các
bộ lọc giao thoa thành hai họ: (1) các bộ lọc cắt chuẩn đợc đặc trng bởi tần số cắt

c
và có đáp ứng phổ thông thấp nhất hoặc thông cao (hình vẽ 1.13a,b); (2) các bộ
lọc băng thông đợc đặc trng bởi bớc sóng trung tâm băng

0
và có độ rộng băng

(hình vẽ 1.13c)

Lớp phân cách trong suốt
Chiết suất thấp Chiết suất cao
Hình 1.12 b : Cấu trúc của buồng Fabry - Perot điện môi

o

P
out

Hình 1.12a : Đờng cong phổ truyền dẫn của buồng cộng hởng Fabry - Perot
20
Chơng II. Công nghệ ghép kênh theo bớc sóng mật độ cao DWDM

(a) (b) (c)

Bộ cắt chuẩn đợc sử dụng rộng rãi trong các thiết bị hai kênh để ghép hoặc
tách hai bớc sóng hoàn toàn phân cách, chẳng hạn bớc sóng thuộc dải 850nm và
1300nm, hoặc 1300nm và 1550nm. Các thiết bị này đợc sử dụng khá hiệu quả cho
cả nguồn có phổ rộng nh (LED) chẳng hạn. Các thiết bị bị lọc băng sử dụng tốt cho
các thiết bị WDM, nó rất phù hợp với các nguồn phát có phổ hẹp nh Laser. Hơn thế
nữa, nó cho phép sử dụng khi có sự dịch bớc sóng của nguồn phát do ảnh hởng
của nhiệt độ, vì vậy mà đờng cong phổ truyền dẫn của bộ lọc băng thông (hình vẽ
1.13c) phải có dạng vuông, có vùng xung quanh bớc sóng trung tâm phẳng. Cạnh
của đờng cong phổ truyền dẫn phải càng sắc nét càng tốt để ngăn ngừa xuyên kênh
từ các kênh lân cận.
Cấu trúc cơ bản của bộ tách kênh nh thể hiện ở hình vẽ 1.14a, nhng cấu
trúc thực tế chỉ đơn giản nh thể hiện ở hình vẽ 1.14b . Các phần tử chuẩn mực và
hội tụ là các lăng kính GRIN-rod 1/4 bớc sóng. Bộ lọc đợc thiết kế để phát đi

1

và phản xạ

2
sẽ đợc đặt giữa hai lăng kính. Các thiết bị tách kênh này đã đợc
thơng mại hoá và sử dụng rộng rãi ở các thế hệ thông tin quang sử dụng nguồn
phát LED ở dải bớc sóng 850nm và 1300nm, hoặc sử dụng các nguồn phát phổ hẹp
của các tổ hợp bớc sóng (nh 800nm và 830nm; 800nm và 890nm; 1200nm và
1300nm; 1300nm và 1550nm;...), với suy hao xen nhỏ hơn 3dB (cho mỗi cặp), suy
hao xuyên kênh cao hơn 25dB.

T

T

c

c

Thông thấp (>
c

) Thông thấp (<
c
)

c

T

c

Thông băng (
c
-/2< <
c
+/2)
Hình 1.13: Các đặc tính phổ truyền dẫn của các bộ lọc giao thoa cắt (a),(b) và băng thông (c)
21
Chơng II. Công nghệ ghép kênh theo bớc sóng mật độ cao DWDM

Các thiết bị WDM có nhiều hơn hai kênh sẽ đợc cấu tạo dựa trên cấu trúc
bộ lọc tầng. ở đây mỗi bớc sóng trong tầng sẽ lựa chọn một bớc sóng, hình vẽ
1.15a minh họa về thiết bị này. Trên thực tế thiết bị ghép và tách kênh nhiều kênh
nh hình vẽ 1.15b. Đôi khi cũng có thể thực hiện tạo ra một bộ tách kênh mà không

cần sử dụng đến các phần tử chuẩn trực. Ví dụ nh trên hình vẽ 1.13, thiết bị không
có lăng kính, mà các bộ lọc giao thoa ở đây đợc đặt trên từng đoạn một cách thích
hợp và đầu sợi đợc đánh bóng.
Một kỹ thuật vi quang khác để tách các bớc sóng khác nhau tơng đối tin
cậy là phơng pháp sử dụng các phần tử phân tán góc (nh thể hiện ở hình vẽ
1.11b). Các chùm tín hiệu đầu vào chuẩn trực sẽ đập vào thiết bị phân tán, thiết bị
phân tán sẽ tách ra các kênh khác nhau tùy theo bớc sóng của chúng thành các
chùm hớng theo các góc khác nhau. Các chùm đầu ra đã đợc tách sẽ hội tụ nhờ
một hoặc một số các lăng kính và đợc đa vào các sợi dẫn quang riêng rẽ. Các
phần tử phân tán góc đợc sử dụng trong thiết bị WDM hầu hết là cách tử nhiễu xạ.
Các thiết bị WDM sử dụng các cách tử này có thể đợc thiết kế theo hai kiểu cấu
trúc cơ bản là: (1) cách tử tuyến tính kết hợp với phần tử hội tụ; (2) cách tử hội tụ.

Thấu kính
Thấu kính
Thấu kính
Sợi quang
Sợi quang
Sợi quang
Kính lọc
(a)
Lăng kính Grin (1/4 p)
Bộ lọc
(b)

1
,

2

1
,

2

1

1

2

2

Hình 1.14 : Cấu trúc hai bộ tách kênh sử dụng bộ lọc giao thoa :
(a) Cấu trúc cơ bản;(b) Bộ tách kênh sử dụng hai lăng kính 1/4 bớc sóng Grin-rod

22

Chơng II. Công nghệ ghép kênh theo bớc sóng mật độ cao DWDM

Nguyên lý hoạt động của các cấu trúc cách tử nh thể hiện trên hình vẽ
1.17a,b. Trờng hợp cách tử truyến tính kết hợp với các phần tử hội tụ, cấu hình theo
kiểu Littrow nh thể hiện trên hình vẽ 1.18a,b đợc sử dụng nhiều bởi vì cấu trúc
của nó chỉ có một lăng kính và nó giảm tới mức tối thiểu tính lọan thị của hệ thống.
Bộ tách ghép Littrow đặc trng có cấu trúc sử dụng các lăng kính GRIN-rod 1/4
bớc sóng, ở đây cách phần tử đợc đặt với một góc thích hợp tại đầu của lăng kính.

1

3

5

Bộ lọc

4

Bộ lọc