Nghiên cứu về hệ thống ghép kênh theo bước sóng (WDM) trong thông tin quang

ỏn tt nghip

Trng i hc Vinh

Mở đầu
Thông tin liên lạc đóng vai trò ngày càng quan trọng trong sự phát triển
mạnh mẽ của xã hội loài ngời, là một trong những cơ sở hạ tầng, là điều kiện
thiết yếu để phát triển kinh tế. Thời gian qua nền kinh tế nớc ta đã chuyển biến
tích cực, hoà nhịp với sự phát triển của khu vực và trên thế giới. Xu thế toàn
cầu hoá về thơng mại và thông tin đòi hỏi phát triển những xa lộ thông tin
thoả mãn các nhu cầu và dịch vụ.
Để tạo ra một cơ sở hạ tầng tốt làm nền tảng để phát triển dịch vụ thông
tin, hệ thống truyền dẫn cũng ngày càng đợc cải tiến và nâng cao về năng lực.
Từ khi ra đời, cáp quang đã thể hiện là một môi trờng truyền dẫn lý tởng với
băng thông gần nh vô hạn và rất nhiều u điểm khác. Các hệ thống truyền dẫn
hiện mới chỉ khai thác một phần rất nhỏ băng thông của sợi quang. Do việc
nâng cấp tuyến truyền dẫn bằng cách tăng tốc độ tín hiệu về điện gặp nhiều
khó khăn, các nhà khoa học đã tìm cách nâng cao tốc độ truyền bằng cách
tăng tốc độ tín hiệu quang.
Trong các hớng nâng cấp tốc độ truyền dẫn, ghép kênh quang theo bớc
sóng (WDM) là một công nghệ khai thác đợc tài nguyên của sợi quang, khắc
phục đợc các khó khăn khi tăng tốc độ tín hiệu điện. Phơng pháp ghép kênh
theo bớc sóng còn có u điểm là rất linh hoạt trong việc tăng dung lợng, tận
dụng triệt để các hệ thống cáp quang hiện tại.
Với hàng loạt các u điểm đó, ghép kênh theo bớc sóng hiện đợc nghiên
cứu áp dụng rất nhiều trong mạng hiện tại, đặc biệt là trên các tuyến trung kế,
liên quốc gia, nhất là các tuyến luôn có nhu cầu tăng tốc độ. Hiện công nghệ
này đợc nghiên cứu áp dụng nhiều ở Mỹ, châu Âu và Nhật Bản, hệ thống
truyền dẫn đờng trục Bắc - Nam của nớc ta hiện đang đợc nghiên cứu để ứng
dụng công nghệ này.
Ghép kênh theo bớc sóng là một công nghệ mới, đã đợc áp dụng tại

một số nơi trên thế giới. Muốn áp dụng công nghệ này vào thực tiễn cần phải
nắm đợc kỹ thuật cơ bản của thông tin quang, nguyên lý của việc ghép kênh
theo bớc sóng, các hệ thống của hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bớc
sóng và các yêu cầu của nó, các u khuyết điểm của hệ thống mới này so với hệ
thống truyền dẫn hiện tại. Đây cũng chính là mục đích của đề tài nghiên cứu.
Trong khuôn khổ của một đề tài nghiên cứu khoa học ứng dụng trong
thực tế, với mong muốn giới thiệu hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bSV: Phan c ng

Lp 46K - TVT


ỏn tt nghip

Trng i hc Vinh

ớc sóng, em đi vào phân tích nguyên nhân hình thành WDM, các tham số và
yếu tố cơ bản ảnh hởng đến chất lợng hệ thống và cuối cùng xây dựng phơng
án ghép kênh quang theo bớc sóng cho tuyến trục Bắc-Nam để giải quyết vấn
đề dung lợng cho VTN.
Quá trình làm đồ án còn không thể tránh khỏi những thiếu sót, mong các
bạn cùng quý thầy cô đóng góp thêm ý kiến để hoàn thiện hơn trong đồ án.
Đồ án đợc chia làm 2 phần:
Phần 1: Tổng quan về thông tin quang và phơng pháp ghép kênh theo
bớc sóng (WDM)
Phần 2: Tính toán thiết kế hệ thống ghép kênh bớc sóng và ứng dụng.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Phúc Ngọc
cùng các bạn trong nhóm đồ án đã giúp đỡ em trong quá trình làm đồ án.
Em xin chân thành cảm ơn!
Vinh, tháng 5 năm 2010
Sinh viên

Phan Đức Đồng

Chơng I

Tổng quan về hệ thống thông tin
cáp sợi quang
1.1. Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin cáp sợi quang
Việc dùng ánh sáng để mã hoá thông tin đã đợc sử dụng từ xa xa nhng
không đảm bảo độ tin cậy cho tuyến truyền dẫn do những hạn chế về công
nghệ. Ví dụ: Khi mắt ngời đợc sử dụng nh một thiết bị thu, đòi hỏi tuyến
truyền dẫn phải có tầm nhìn thẳng và do các ảnh hởng của sơng mù và ma đã
làm cho tuyến truyền dẫn trở nên không tin cậy.
Năm 1917, Anhxtanh dự đoán một loại bức xạ kích thích có thể điều
khiển đợc.
Năm 1940, Fabrican bằng thực nghiệm đã tạo ra đợc bức xạ kích thích
Năm 1960, nguồn Laser ra đời đã mở ra khả năng truyền dẫn băng rộng
rất lớn. Vì các tần số ánh sáng cỡ 5.10 14 Hz nên về lý thuyết, nguồn laser có
dung lợng tơng đơng 10 triệu kênh TV. Nhng vào thời điểm đó, suy hao trên
SV: Phan c ng

Lp 46K - TVT


ỏn tt nghip

Trng i hc Vinh

sợi quang là rất lớn ( = 100 dB/km) đã khiến chúng dờng nh trở nên không
thực tế
Năm 1970, Karpon, Kerk và Maurer đã giảm đợc giá trị suy hao còn 20

dB/km. Từ giá trị suy hao này, khoảng cách bộ lặp của các tuyến sợi quang có
thể so sánh với các hệ thống cáp đồng, do đó đã đa công nghệ sóng ánh sáng
vào thực tế kỹ thuật
Cho đến nay, giá trị suy hao giảm xuống còn 0,16 dB/km tại bớc sóng 1550
nm (gần với giá trị lý thuyết là 0,14 dB
Thụng tin quang cú t chc h thng cng tng t nh cỏc h thng thụng
tin khỏc .

Hỡnh 1.1 Cỏc thnh phõn c bn ca cỏc mt h thng thụng tin quang
Tớn hiu cn truyn i s c phỏt vo mụi trng truyn dn tng
ng (si quang ), v u thu s thu li tớn hiu cn truyn. Cựng vi cụng
ngh ch to cỏc ngun phỏt v ngun thu quang, si dn quang ó to cho h
thng quang vi nhiu u im ni tri hn hn so vi cỏc h thng thụng tin
cỏp kim loi: suy hao truyn dn nh, bng tn truyn dn ln, khụng b nh
hng ca nhiu in t, cú tớnh bo mt thụng tin, cú kớch thc trng lng
nh, si cú tớnh cỏch in tt, tin cy v linh hot, si c ch to t cỏc vt
liu cú sn Do ú, h thng thụng tin quang c ỏp dng rng rói trờn
mng li v s l mi t phỏt v tc c ly truyn dn,v cu hỡnh linh
hot cho cỏc dch v vin thụng cp cao.

SV: Phan c ng

Lp 46K - TVT


ỏn tt nghip

Trng i hc Vinh

1.2. Hệ thống thông tin cáp sợi quang

Một tuyến truyền dẫn cáp quang thờng bao gồm các phần tử đợc mô tả
nh hình vẽ 1.2

Tín hiệu
điện vào

Bộ phát quang
Mạch
điều
khiển

Bộ nối
quang

Bộ chia
quang

Nguồn
phát
quang

Sợi
quang

Bộ tách hoặc
ghép quang

Trạm
lặp
Tới các thiết bị khác

Khuyếch đại
Tínquang
hiệu điện
Tín hiệu quang

Tách
sóng
quang

Khôi
phục tín
hiệu

Hình 1.2. Mô hình của một hệ thống thông tin cáp sợi quang
điện

Tín hiệu
điện ra

Hệ thống thông tin quang gồm có những phần chính là:
Bộ thu quang
SV: Phan c ng

Lp 46K - TVT


ỏn tt nghip

Trng i hc Vinh

Phần phát quang: bao gồm nguồn phát quang và các mạch điều khiển phát
quang. Ngun quang

Cỏc b phỏt quang thc cht l cỏc laser diode. Laser diode cú khoang
cng hng Fabry Perot to ra nhiu mode dc khụng mong mun. Trỏi li,
laser n mode ch to ra mt mode dc chớnh, cũn cỏc mode bờn b loi b
nờn c s dng lm ngun quang cho h thng WDM. Cỏc loi laser
n mode ph bin l laser phn hi phõn b (DFB), laser phn x Bragg
phõn b (DBR).
- Phần truyền dẫn (sợi quang): bao gồm sợi quang, các bộ nối, bộ chia,
bộ tách hay ghép và bộ lặp, trong đó sợi quang đợc bọc cáp bảo vệ là thành
phần quan trọng nhất. Ngoài việc bảo vệ cho các sợi quang trong quá trình lắp
đặt và khai thác, trong ống cáp còn có thể có dây dẫn đồng để cấp nguồn cho
các bộ lặp. Các bộ lặp làm nhiệm vụ khôi phục và khuyếch đại tín hiệu truyền
dẫn trên tuyến cáp quang có khoảng cách dài.
Si dn quang, cỏc nguyờn lý lan truyn ỏnh sỏng ca si quang

Cỏc nh lut c bn ca ỏnh sỏng cú liờn quan n s truyn ỏnh sỏng
trong si quang l hin tng khỳc x v phn x ỏnh sỏng.Cỏc tia sỏng c
truyn t mụi trng cú ch s chit sut ln vo mụi trng cú ch s chit
sut nh hn s b thay i hng truyn ca chỳng ti ranh gii phõn cỏch
gia hai mụi trng. Cỏc tia sỏng khi i qua vựng ranh gii ny b thay i
hng nhng tip tc i vo mụi trng chit sut mi thỡ ta núi cỏc tia ú b
khỳc x cũn cỏc tia no vựng ranh gii tr li mụi trng ban u thỡ ta núi tia
b phn x .

SV: Phan c ng

Lp 46K - TVT

Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Vinh

Hình 1.3 Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng
Tia phản xạ và tia khúc xạ có quan hệ với tia tới :
▪ Cùng nằm trong mặt phẳng tới ( mặt phẳng chứa tia tới và phát tuyến
của mặt phân cách tại điểm tới )
▪ Góc phản xạ bằng góc tới θ1 = θ 1 '
▪ Góc khúc xạ đựơc xác định từ công thức Snell :
n1sin θ1 =n2sin θ 2 .

(1.1)

Khi θ 2 = 90 0 tức tia khúc xạ song song với mặt tiếp giáp thì gọi là sự
phản xạ toàn phần lúc đó góc tới giới giạn θ c được xác định :
n2

sin θ c = n
1

(1.2)

Sự phản xạ toàn phần chỉ xảy ra đối với những tia sáng có góc tới ở đầu
sợi nhỏ hơn góc giới hạn quang θ max của góc giới hạn này gọi là khẩu độ số
NA
NA = sin θ max = n12 − n22 ≈ n1 2∆

(1.3)

[2]
Như vậy, các tia có góc vào nhỏ hơn góc giới hạn quang θ max thì sẽ bị
phản xạ toàn phần bên trong tại ranh giới lõi - vỏ sợi dẫn quang, các tia sáng
SV: Phan Đức Đồng

Lớp 46K - ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Vinh

này sẽ đi theo đường zich – zăc dọc theo lõi sợi và đi qua trục của sợi sau
mỗi lần phản xạ .
Điều kiện để xảy ra phản xạ toàn phần là:
+ Các tia sáng phải đi từ môi trường có chiết quang lớn sang môi
trường có chiết quang nhỏ hơn .
+ Góc tới của tia sáng phải lớn hơn góc tới hạn.
Sợi quang gồm một lõi hình trụ bằng thuỷ tinh có chiết suất n1 , bao
quanh lõi là một lớp vỏ phản xạ đồng tâm với lõi. Lớp vỏ có chiết suất n2 ( n2 <
n1 ).

Sợi quang có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau. Nếu phân
loại theo sự thay đổi chiết suất của lõi sợi thì sợi quang được chia thành hai
loại. Loại sợi có chiết suất đồng đều ở lõi được gọi là sợi quang chiết suất
bậc. Loại sợi có chỉ số chiết suất ở lõi giảm dần từ tâm lõi ra tới lớp tiếp giáp
giữa lõi và vỏ phản xạ được gọi là sợi có chiết suất Gradient (GI-Graded
Index). Nếu phân chia theo mode truyền dẫn thì có loại sợi quang đa mode và

sợi đơn mode. Sợi đa mode cho phép nhiều mode truyền dẫn trong nó còn sợi
đơn mode chỉ cho phép một mode truyền dẫn trong nó.

(a)

(b)

(c)
Hình 1.4 Cấu tạo của sợi quang
(a) Sợi quang (b) Sợi chiết suất bậc (c) Sợi chiết suất giảm dần
SV: Phan Đức Đồng

Lớp 46K - ĐTVT


ỏn tt nghip

Trng i hc Vinh

Mt trong cỏc vt liu c s dng rng rói ch to si quang hin
nay l silic dioxide SiO2. Mi nguyờn t trong thu tinh liờn kt vi cỏc
nguyờn t khỏc theo cu trỳc t din nh Hỡnh 1.. Trong ú mi nguyờn t
silic c bao quanh bi bn nguyờn t Oxygen.

Hỡnh 1.5 Cu trỳc t din ca Silic dioxide trong thu tinh
Si quang cng cú th c pha tp vi nhiu cht khỏc nhau thay
i ch s chit sut. Vớ d GeO2 v P2 O5 c pha thờm vo tng chit
sut ca lừi. gim chit sut ca lừi, cú th s dng cỏc vt liu nh l
Boron (B) v Fluorine (F)Ngoi ra mt s cht khỏc nh Eribium cng
c s dng trong cỏc b khuych i quang.

- Phần thu quang: bao gồm bộ tách sóng quang, mạch khuyếch đại điện
và mạch khôi phục tín hiệu
Để phát tín hiệu vào sợi quang, nguồn ánh sáng đợc sử dụng thờng phải
tơng thích với lõi sợi quang về kích thớc. Nguồn quang có hai loại là điốt laze
LD và điốt phát quang LED. LED sử dụng phát xạ tự nhiên bằng cách phun
năng lợng bên ngoài dới dạng dòng điện, còn LD sử dụng phát xạ cỡng bức.
Công suất phát xạ của LED nhỏ hơn so với LD nhng dễ sản xuất với giá thành
thấp. Tín hiệu quang phát ra từ LD và LED có tham số biến đổi tơng ứng với
biến đổi của tín hiệu điện đầu vào. Tín hiệu điện đầu vào có thể ở dạng tơng tự
hoặc số. Thiết bị phát quang sẽ thực hiện việc biến đổi tín hiệu điện đầu vào
thành tín hiệu quang tơng ứng bằng cách biến đổi dòng vào qua các nguồn
SV: Phan c ng

Lp 46K - TVT


ỏn tt nghip

Trng i hc Vinh

phát quang. Công suất quang ra phụ thuộc vào sự biến đổi của cờng độ tín
hiệu quang. Bớc sóng ánh sáng của nguồn phát quang phụ thuộc chủ yếu vào
vật liệu chế tạo phần tử phát. Trong vùng 800 đến 900 nm, các nguồn quang
thờng chế tạo từ hợp kim GaAlAs. Tại các vùng bớc sóng 1100 đến 1600 nm,
các nguồn quang chế tạo từ hợp kim InGaAsP
Tín hiệu quang sau khi đợc điều chế ở phần phát quang sẽ lan truyền
dọc theo sợi quang. Trong quá trình truyền dẫn, tín hiệu quang có thể sẽ bị suy
hao và méo dạng khi qua các bộ ghép nối, mối hàn sợi và trên sợi do các hiệu
ứng tán xạ, hấp thụ và tán sắc. Độ dài tuyến truyền dẫn phụ thuộc mức suy
hao sợi quang theo bớc sóng.

Hình 1.6. Suy hao sợi quang theo bớc sóng
Suy hao sợi quang là một hàm của bớc sóng. Công nghệ đầu tiên mới
chỉ sử dụng băng tần có bớc sóng 800 đến 900 nm, vì tại thời điểm đó, trong
vùng bớc sóng này, sợi quang có suy hao nhỏ nhất và các nguồn ánh sáng và
photodetector có thể hoạt động tại các bớc sóng này. Vùng bớc sóng này đợc
gọi là vùng cửa sổ thứ nhất có hệ số tán sắc lớn. Từ những năm 1980, bằng
cách làm giảm sự tập trung của các ion hydroxyl và độ không tinh khiết của
các ion kim loại trong nguyên liệu sợi quang, các nhà sản xuất đã có khả năng
chế tạo sợi quang có mức suy hao rất thấp trong vùng bớc sóng 1100 đến
1600 nm. Vùng bớc sóng này chia làm hai vùng cửa sổ: vùng cửa sổ thứ hai
có bớc sóng trung tâm là 1300 nm và vùng cửa sổ thứ ba có bớc sóng trung
tâm là 1550 nm
SV: Phan c ng

Lp 46K - TVT


ỏn tt nghip

Trng i hc Vinh

Vùng cửa sổ thứ hai có bớc sóng từ 1280 đến 1340 nm, là vùng cửa sổ
quang rộng nhất, có hệ số suy hao =0,5 dB/km, hệ số tán sắc nhỏ TS=3,5ữ5
ps/km.nm.
Vùng cửa sổ thứ ba có hệ số suy hao nhỏ nhất, tại bớc sóng 1550 nm
0,25 dB/km. Cùng với sự phát triển của công nghệ chế tạo, sợi đơn mode
truyền ở bớc sóng 1550 nm có suy hao 0,14 dB/km.
Nguyên liệu chính để chế tạo sợi quang là SiO 2. Nguyên liệu này rất
sẵn và rẻ vì có trong cát thờng. Chi phí sản xuất sợi quang phát sinh tập trung

chủ yếu ở khâu tạo thuỷ tinh tinh khiết từ nguyên liệu thô. Việc lắp đặt sợi
quang rất đa dạng, có thể là treo, đi trong ống dẫn, thả dới nớc hay chôn trực
tiếp dới đất. Độ dài mỗi cuộn cáp có thể lên đến một vài kilômét đối với
những ứng dụng có khoảng cách truyền dẫn lớn. Kích cỡ của cuộn cáp và
trọng lợng cáp sẽ quyết định độ dài thực tế của một đoạn cáp quang đơn. Một
tuyến truyền dẫn đờng dài hoàn chỉnh thờng đợc hình thành bằng cách ghép
nhiều đoạn cáp đơn với nhau.
Khi khoảng cách truyền dẫn dài, tín hiệu quang bị suy giảm nhiều thì
cần phải đặt thêm các trạm lặp quang để khuyếch đại tín hiệu và bù lại phần
tín hiệu đã bị suy hao. Trạm lặp bao gồm các thiết bị thu, biến đổi quang/điện,
khuyếch đại điện và phát lại quang vào đờng truyền tiếp theo. Các trạm lặp có
thể đợc thay thế bằng các bộ khuyếch đại quang.
Các bộ tách sóng quang tiếp nhận tín hiệu quang, tách lấy tín hiệu thu
đợc từ phía phát, biến đổi thành tín hiệu điện. Bộ tách sóng quang phải đáp
ứng đợc những yêu cầu về đặc tính rất cao do tín hiệu quang thờng bị suy
giảm và méo dạng khi tới đầu cuối của sợi cáp quang. Một trong những yêu
cầu hàng đầu là độ nhạy quang. Độ nhạy quang là công suất quang nhỏ nhất
có thể thu đợc ở một tốc độ truyền dẫn nào đó ứng với tỷ lệ lỗi BER cho phép.
Ngoài ra, bộ thu quang phải có tạp âm tối thiểu đối với hệ thống và có độ rộng
băng tần đủ để xử lý tốc độ dữ liệu mong muốn.
Bộ tách sóng quang phải không nhạy cảm với sự thay đổi của nhiệt độ.
Hai loại tách sóng quang đợc sử dụng chủ yếu trong các tuyến cáp quang là
tách sóng quang bán dẫn loại PIN hoặc APD. Cả hai loại này đều có hiệu suất
làm việc cao và tốc độ chuyển đổi nhanh. Khi khoảng cách truyền dẫn ngắn,
tốc độ thấp (mạng thuê bao, mạng nội hạt) thì đầu phát sử dụng LED còn đầu
thu sử dụng PIN. Khi khoảng cách truyền dẫn lớn, tốc độ đòi hỏi cao (mạng đờng trục) thì phía phát sử dụng LD, phía thu sử dụng APD. Bộ tách sóng
SV: Phan c ng
Lp 46K - TVT

ỏn tt nghip

Trng i hc Vinh

quang phải đáp ứng đợc những yêu cầu về đặc tính rất cao do tín hiệu quang
thờng bị suy giảm và méo dạng khi tới đầu cuối của sợi cáp quang. Một trong
những yêu cầu hàng đầu là có đáp ứng cao hay độ nhạy của khoảng bớc sóng
phát của nguồn quang đợc sử dụng, có tạp âm tối thiểu đối với hệ thống và có
độ rộng băng tần đủ để xử lý tốc độ dữ liệu mong muốn. Bộ tách sóng quang
phải không nhạy cảm với sự thay đổi của nhiệt độ.
1.3. Các kỹ thuật ghép kênh quang
Ngày nay, dịch vụ thông tin tăng trởng nhanh chóng. Để thích ứng với
sự tăng trởng không ngừng của dung lợng truyền dẫn thông tin và thoả mãn
yêu cầu về tính linh hoạt của sự thay đổi mạng, đã xuất hiện các công nghệ
ghép kênh nh công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số quang OFDM, công
nghệ ghép kênh quang phân chia theo thời gian OTDM, công nghệ ghép kênh
theo bớc sóng WDM.
Mỗi phơng thức ghép kênh đều có những u và nhợc điểm riêng. Để ứng
dụng trong những mạng lới thực tế cần phải lựa chọn sau khi xem xét những
yếu tố nh xu hớng về nhu cầu, cấu hình mạng lới, độ tin cậy của phần cứng và
khả năng mở rộng trong tơng lai. Các phơng pháp này thờng đợc kết hợp với
nhau để tăng dung lợng hệ thống.

1.3.1. Kỹ thuật ghép kênh theo tần số quang (OFDM)
Phơng pháp ghép kênh theo tần số quang đợc thực hiện bằng cách chia
dải tần của sóng quang thành một số kênh thông tin riêng biệt, các kênh
quang tơng ứng với các tần số sóng mang khác nhau sẽ đợc biến đổi thành các
S1luồng
Mixsong song cùng truyền đồng thời trên một sợi quang
Mix S1

Nguyên lý ghép kênh theo tần số đợc mô tả trong hình 1.7
P
f1
f1
O
C
W
O
E
M
S2
R
S2
Mix
Mix
BI
N
D
1550nm
E
I
OPTICAL
R
DETECTOR
LASER
V
Cáp quang
f2
f
f I

f2
D
E
R
Sn

SV: Mix
Phan c ng
fn

Sn

Lp 46K -Mix
TVT
fn


ỏn tt nghip

Trng i hc Vinh

Hình 1.7. Ghép kênh theo tần số quang (OFDM)
Đặc tính của sợi quang là có suy hao nhỏ trong dải bớc sóng từ 800 đến
1800 nm tơng đơng với dải tần 200000 GHz. Tần số của sóng quang rất cao, có
thể trên 200000 GHz. Vì vậy, có thể truyền dẫn trên sợi quang một số lợng lớn
các kênh ghép có tần số khác nhau, mỗi kênh có dải tần rộng. Chẳng hạn, với
băng thông 200000 GHz của sợi quang có vùng tần số nằm trong dải 12500
GHz từ bớc sóng 1500 nm đến 1600 nm có độ suy hao nhỏ nhất, có thể ghép
tới 1000 kênh quang tốc độ lớn hơn 1 Gb/s với khoảng cách kênh 10 GHz. Khi
đó, dung lợng tổng cộng trên sợi quang này sẽ lớn hơn 1 Tb/s.

Tần số của các nguồn phát quang sử dụng kỹ thuật ghép kênh theo tần
số quang (OFDM) phải rất ổn định, các bộ khuyếch đại quang dải rộng phải
đảm bảo khuyếch đại đồng đều tất cả các kênh. Các thiết bị quang thụ động
dùng để kết hợp các tín hiệu OFDM riêng rẽ cũng rất quan trọng, thờng phải
sử dụng các bộ lọc quang thật chính xác. Phổ biến hiện nay là các bộ lọc
quang 100 kênh có thể tạo ra khoảng cách kênh từ 5 đến 10 GHz dựa trên hiệu
ứng quang phi tuyến của các loại vật liệu bán dẫn hay các vật liệu điện môi.
Dải dịch tần số quang hiện nay có thể đạt đợc khoảng 1000 GHz
1.3.2. Kỹ thuật ghép kênh quang theo thời gian (OTDM)
Trong kỹ thuật ghép kênh theo thời gian, tín hiệu quang trên một sợi cáp
đợc chia sẻ với nhiều kênh thông tin thông qua việc phân chia thời gian. Trong
một khoảng thời gian rất ngắn gọi là khe thời gian, tín hiệu quang đợc điều chế
lần lợt với tín hiệu từ các kênh thông tin tơng ứng.
Độ rộng của mỗi khe thời gian phụ thuộc vào nhiều thông số thiết kế kỹ
thuật khác nhau, đặc biệt là tốc độ truyền dẫn cần thiết đối với mỗi liên kết.
Mỗi kênh truyền dẫn đợc ấn định một khe thời gian cụ thể, gọi là một kênh
TDM, trong khoảng thời gian này, dữ liệu đợc truyền từ nguồn tới đích. Dữ
liệu từ các nguồn khác không đợc phép truyền trong suốt thời gian này. Thiết
bị ghép kênh ở phía phát chèn các gói dữ liệu từ các nguồn khác nhau vào sợi
cáp trong các khe thời gian tơng ứng. Thiết bị tách kênh ở phía thu sẽ nhận

SV: Phan c ng

Lp 46K - TVT


ỏn tt nghip

Trng i hc Vinh

dạng các khe thời gian, đa dữ liệu dới dạng các dòng liên tục ra các kênh
quang riêng rẽ nh ở đầu vào bộ ghép kênh ở phía phát
Nguồn quang sử dụng trong kỹ thuật ghép kênh theo thời gian thờng là
các laser phát xung rất hẹp ở tốc độ rất cao, bớc sóng làm việc thờng trong
vùng 1550 nm do có suy hao nhỏ nhất và phù hợp với các bộ khuyếch đại
quang sợi sử dụng trong hệ thống.
Tín hiệu
Phát
xung
nhịp

Điều chế

Điều chế
Nguồn
phát

KĐ
quang

Ghép
quang

Chia
quang

KĐ
quang

Tách

kênh

Sợi
quang

Điều chế

Điều chế

Hình 1.8. Hệ thống ghép kênh theo thời gian TDM
Trễ quang

Lợi ích của công nghệ TDM là tăng dung lợng truyền dẫn của một kênh
cáp quang đơn lên trên 10 Gb/s. Các hệ thống hoạt động ở tốc độ trên đang
dần dần thay thế các hệ thống TDM 2,5 Gb/s. Với các tốc độ nhỏ hơn 10 Gb/s,
các đặc tính chủ yếu của sợi quang ít ảnh hởng đến chất lợng truyền dẫn, còn
với các hệ thống hoạt động ở tốc độ lớn hơn 10 Gb/s thì phải quan tâm đến
những ảnh hởng của các đặc tính của sợi quang. Mặc dù các hệ thống 40 Gb/s
sẽ nhanh chóng đợc sử dụng rộng rãi và các nhà khoa học cũng đang nghiên
cứu để đạt đến tốc độ 100 Gb/s, nhng việc tăng tốc độ hơn nữa là không dễ
dàng. Đó là do các hệ thống tốc độ cao đòi hỏi công nghệ điện tử phức tạp và
đắt tiền.

SV: Phan c ng

Lp 46K - TVT


ỏn tt nghip

Trng i hc Vinh

Hình 1.9. Trong công nghệ TDM, các kênh thông tin
đợc truyền đi trong các khe thời gian khác nhau
với cùng một bớc sóng và trên cùng một sợi cáp
Sự tán sắc xuất hiện do sự thay đổi chỉ số khúc xạ của sợi quang theo bớc sóng. Tán sắc có thể bỏ qua ở tốc độ bit thấp nhng gây khó khăn cho việc
tăng tốc độ và khoảng cách truyền dẫn. Sự tán sắc ảnh hởng đến chất lợng tín
hiệu (gây dãn xung) ở tốc độ 10 Gb/s lớn gấp 16 lần so với ở tốc độ 2,5 Gb/s.
Hiện nay, hệ thống sợi quang đơn mode chiết suất bậc 10 Gb/s có giới hạn
khoảng cách truyền dẫn từ 50 đến 75 km mà không cần bù hay sửa tín hiệu.
Các thiết bị định thời đòi hỏi các thành phần điện tử cao cấp để điều chế laser,
ghép/tách kênh ở các tần số rất cao
Để giảm tán sắc, trên đờng truyền thờng thực hiện truyền dẫn soliton kết
hợp với các bộ khuyếch đại quang. Soliton là xung không tán xạ cho phép sử
dụng đặc tính phi tuyến của sợi quang để loại bỏ các hiệu ứng tán xạ màu. Khi
truyền dẫn soliton, khoảng lặp của hệ thống TDM tăng lên rất lớn bằng kỹ
thuật điều khiển soliton thông qua các bộ lọc dẫn hoặc định thời tích cực. Ngời
ta đã từng thực hiện truyền dẫn các xung soliton với tốc độ 4 Gb/s trên cự ly
136 km với sợi quang thông thờng và đạt đợc mức tán xạ xấp xỉ 15 ps/nm.km.
Đây là một trong những loại sợi quang có tán xạ hạn chế. Sử dụng sợi quang
có tán xạ dịch chuyển cho phép tăng khoảng cách truyền dẫn (hàng nghìn km).
1.3.3. Công nghệ ghép kênh theo bớc sóng (WDM)
Do các nguồn phát quang có độ rộng phổ khá hẹp, các hệ thống thông
tin cáp sợi quang thờng chỉ sử dụng phần rất nhỏ băng tần truyền dẫn của sợi
quang. Để tận dụng băng thông, ngời ta đã tiến hành ghép các luồng ánh sáng
có bớc sóng khác nhau và truyền đi trên một sợi quang. Về lý thuyết, có thể
truyền một dung lợng rất lớn trên một sợi quang từ nhiều nguồn phát quang
SV: Phan c ng

Lp 46K - TVT

ỏn tt nghip

Trng i hc Vinh

khác nhau hoạt động ở các bớc sóng khác nhau. ở phía thu có thể thu đợc các
tín hiệu quang riêng biệt nhờ quá trình lọc các bớc sóng khác nhau này
Kỹ thuật ghép kênh theo bớc sóng cho phép tăng dung lợng truyền dẫn
quang mà không cần tăng tốc độ bit đờng truyền và cũng không cần tăng thêm
số sợi quang.
Nguyên lý của kỹ thuật ghép kênh theo bớc sóng đợc mô tả trong hình
1.6
1

Bộ
ghép
kênh

Bộ
tách
kênh

Hình 1.10. Hệ thống ghép kênh theo bớc sóng (WDM)
Giả sử có các nguồn phát quang làm việc ở các bớc sóng khác nhau 1,
2,....., n. Phía phát sẽ ghép các tín hiệu quang có các bớc sóng khác nhau vào
trong cùng một sợi quang. Bộ tách kênh bớc sóng phải có suy hao nhỏ. Tín
hiệu sau khi đợc ghép sẽ truyền trên sợi quang tới phía thu. Các bộ tách sóng
quang khác nhau ở phía đầu thu sẽ nhận lại các luồng tín hiệu với các bớc sóng
riêng rẽ sau khi chúng qua bộ tách kênh.

SV: Phan c ng

Lp 46K - TVT


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Vinh
CHƯƠNG II

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WDM
2.1. Giới thiệu
Những năm gần đây, các dịch vụ thông tin tăng trưởng ngày càng
nhanh chóng, yêu cầu về dung lượng truyền dẫn ngày càng lớn, đồng thời yêu
cầu về chất lượng truyền dẫn cũng ngày càng khắt khe hơn.
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 TDM, WDM, OTDM, Soliton.
Với công nghệ TDM, dung lượng hệ thống có thể đạt tới 5 Gbps, tuy
nhiên đây cũng là giới hạn dung lượng của công nghệ này. Với những gì
không đạt được của hệ thống TDM về mặt dung lượng thì hệ thống thông tin
quang dựa trên công nghệ WDM lại đáp ứng được.
Công nghệ ghép kênh theo bước sóng quang (WDM - Wavelength
Division Multiplexing) là công nghệ truyền đồng thời nhiều bước sóng khác
nhau trên một sợi quang, với dung lượng trên mỗi bước sóng quang điển hình
là 2,5 Gbps. Số lượng ghép thường là (2 - 16) bước sóng (trong tuơng lai, con
số này còn lớn hơn). Ở đầu vào, các bước sóng quang mang thông tin (các
kênh quang) được ghép trên cùng một sợi quang và được truyền dẫn tới đầu

thu. Tại đầu thu, các bước sóng ghép đó được tách ra bằng các bộ tách kênh
quang. Dọc theo tuyến truyền dẫn có thể có các bộ khuếch đại quang để bù lại
suy hao truyền dẫn. Công nghệ này thực sự cho hiệu quả truyền dẫn rất cao
mà không quá phức tạp.
Dưới đây là một tính toán cho thấy sự hấp dẫn của công nghệ WDM.

SV: Phan Đức Đồng

Lớp 46K - ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Vinh

Băng tần truyền dẫn 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.

α [dB]

Pha của một
nguồn quang

Băng tần cửa sổ 1550 nm

1,5

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1,6

λ [µm]

Hình 2.1 Băng tần truyền dẫn sợi quang

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…

Các công nghệ khác như OTDM, truyền dẫn Soliton thì dung lượng
được đáp ứng rất tốt nhưng lại quá phức tạp, bởi thế mà giá thành hệ thống lại
trở thành vấn đề đáng quan tâm.
Công nghệ WDM với sự nâng cấp mở rộng dung lượng phát triển dịch
vụ băng rộng, khai thác đầy đủ tiềm năng băng rộng của sợi quang, thực hiện
truyền dẫn thông tin siêu tốc, có ý nghĩa rất quan trọng trong truyền dẫn cáp
sợi quang nói riêng, trong công nghiệp viễn thông nói chung. Thực sự, nó là
công nghệ đáng được quan tâm, nghiên cứu và triển khai ứng dụng rộng rãi.

SV: Phan Đức Đồng

Lớp 46K - ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Vinh

2.2.Tiến trình phát triển mạng truyền tải
Để thấy rõ được xu hướng phát triển mạng trong tương lai, trước hết
nhìn lại lịch sử phát triển của công nghệ mạng truyền tải. Công nghệ mạng đã
trải qua các giai đoạn chuyển đổi từ tương tự sang số, từ phân cấp số cận đồng
bộ(PDH) sang phân cáp số đồng bộ (SDH) và gần đây là từ SDH sang
WDM (ghép kênh phân chia theo bước sóng). Để hỗ trợ và tương thích hoàn
toàn với công nghệ cũ thì công nghệ chuyển mạch mới phải thích hợp với
công nghệ truyền dẫn trước. Chẳng hạn công nghệ PCM có chuyển mạch ở
mức 64Kbit/s và truyền dẫn ở mức 2Mbit/s; khi chuyển lên PDH thì nối chéo
ở mức 2Mbit/s và truyền dẫn ở mức 140Mbit/s; và khi lên đến SDH thì nối
chéo ở mức 155Mbit/s và truyền dẫn ở mức 10Mbit/s. Còn với công nghệ
WDM thì chưa được xác định rõ nhưng theo dự đoán thì tốc độ chuyển mạch

cơ sở cỡ 300Gbit/s tương ứng với dung lượng truyền dẫn 10Tbit/s. Dựa theo
lịch sử phát triển và nhu cầu hiện tại thì công nghệ WDM ít nhất cũng đáp
ứng được trong một thập kỷ. Trong tương lai, sớm hay muộn thì cũng cần có
công nghệ WDM phát triển hơn và có lẽ được kết hợp với các kỹ thuật xử lý
tín hiệu quang như ghép kênh theo thời gian quang(OTDM) và chuyển mạch
gói quang cùng với các trạm lặp quang 3R để mở rộng độ trong suốt của
mạng. Trong tương lai xu hướng tiến tới mạng toàn quang (photonic).
Để xây dựng nên một mạng truyền tải photonic khả thi và có lợi về
kinh tế thì ngoài thách thức ban đầu về các công nghệ đường truyền quang
chất lượng cao, các bộ nối chéo, và các nút chuyển mạch quang thì còn cần
phải vượt qua thách thức về cấu trúc mạng. Yêu cầu quan trọng nhất của một
mạng truyền tải đó là nó cần có cấu trúc tốt. Yêu cầu này cũng được thực hiện
tương tự như của các mạng SDH hiện nay. Các thành phần cấu trúc sơ bản đó
là các topo Ring và Mesh và có thể tổ hợp theo vài cách như kết hợp
Ring/Mesh, phân cấp đa Ring…. Hình 2.2 chỉ ra xu hướng phát triển có thể
SV: Phan Đức Đồng

Lớp 46K - ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Vinh

của mạng truyền tải photonic tương ứng với sự phát triển công nghệ các khối
cơ bản.
Khi xây dựng mạng thì cũng cần có sự giám sát xem cái gì sẽ xảy ra
trong mạng. Trong khi khai thác chắc chắn sẽ gặp phải các sự kiện được dự
liệu trước và các sự kiện không xác định trước và đôi khi không mong muốn.
Do đó cần có hệ thống báo hiệu và giám sát cho mạng. So với mạng SDH, thì

có rất nhiều vấn đề cần phải được đề cập trong mạng WDM. Ví dụ giám sát tỷ
lệ lỗi bít quang rõ ràng làm dễ dàng hơn cho hoạt động của mạng WDM. Cần
có các tiêu chuẩn về mào đầu và báo hiệu để phát triển các thiết bị mạng

Xu hướng phát triển công nghệ

WDM.

oxc
oxc
Topo Mesh và kết nối các Ring

oxc
oxc

oxc
Ring WDM kết nối đầy đủ
OADM

OADM

OADM
OADM
OADM

Ring WDM kết nối tập trung
OADM

OADM

OADM
OADM
OADM

Truyền dẫn WDM chuỗi có OADM
OADM

OADM

Truyền dẫn WDM điểm-điểm

SV: Phan Đức Đồng
1996

Lớp 46K - ĐTVT
1998

2000

2002

Hình 2.2 Xu hướng phát triển kiến trúc mạng


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Vinh

Rào cản quan trọng tiếp theo cần vượt đó là phát triển một mô hình
thông tin hiệu quả để trích và xử lý tất cả các trừơng thông tin nhận từ mạng.

Các thử nghiệm đã chỉ ra rằng áp dụng thẳng cách tiếp cận mô hình phân lớp
được phát triển cho mạng SDH đã nảy ra một số vấn đề đối với mạng WDM.
Khi phát triển các hệ thống quản lý các mạng WDM có bản chất tương tự với
nhiều hiệu ứng vẫn chưa được xác định rõ đã nảy ra các thách thức mới cho
nghiên cứu.
2.3. Công nghệ WDM
2.3.1 Ưu nhược điểm của công nghệ WDM
So với hệ thống truyền dẫn đơn kênh quang, hệ thống WDM cho thấy
những ưu điểm nổi trội:
 Dung lượng 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 lượng truyền
dẫn lớn hơn nhiều so với các hệ thống TDM. Hiện nay hệ thống WDM 80
bước sóng với mỗi bước sóng mang tín hiệu TDM 2,5Gbit/s, tổng dung lượng
hệ thống sẽ là 200Gbit/s đã được 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 như những khó khăn gặp phải với hệ
thống TDM đơn kênh tốc độ cao.
Không giống như TDM phải tăng tốc độ số liệu khi lưu lượng truyền
dẫn tăng, WDM chỉ cần mang vài tín hiệu, mỗi tín hiệu ứng với một bước
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 như tán sắc… Do
đó tránh được sự phức tạp của các thiết bị TDM tốc độ cao.
• Đáp ứng linh hoạt việc nâng cấp dung lượng hệ thống, thậm chí
ngay cả khi hệ thống vẫn đang hoạt động
SV: Phan Đức Đồng

Lớp 46K - ĐTVT

Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Vinh

Kỹ thuật WDM cho phép tăng dung lượng 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 trường mới đó là thuê kênh quang (hay bước 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 bước 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 tư mới
Bên cạnh những ưu 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 lượng hệ thống vẫn còn quá nhỏ bé so với băng tần sợi quang
Công nghệ WDM ngày nay rất hiệu quả trong việc nâng cao dung
lượng nhưng nó cũng chưa khai thác triệt để băng tần rộng lớn của sợi quang.
Cho dù công nghệ còn phát triển nhưng dung lượng WDM cũng sẽ đạt đến
giá trị tới hạn.
• Chi phí cho khai thác và bảo dưỡng tăng do có nhiều hệ thống cùng
hoạt động hơn.
2.3.2 Kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng
Ghép kênh theo bước sóng (WDM) là công nghệ cơ bản để tạo nên
mạng quang. Kỹ thuật này tận dụng băng tần của sợi quang bằng cách truyền
nhiều kênh bước sóng quang độc lập và riêng rẽ trên cùng một sợi quang. Mỗi
bước sóng biểu thị cho một kênh quang trong sợi, ta có thể hiểu là mỗi một

màu sắc khác nhau là một kênh thông tin quang khác nhau. Và như vậy tín
hiệu truyền trên hệ thống WDM sẽ giống như một chiếc “cầu vồng”. Mặc dù
SV: Phan Đức Đồng
Lớp 46K - ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Vinh

bước sóng ứng dụng trong thông tin là những bước sóng không nhìn thấy,
song đây là một cách thức rất trực quan để mô tả nguyên lý này.
λ1

λ1
λ2
.
.
.

λn

M λ1λ2... λn
U
X
....

D
λ1λ2... λn E
M

U
X
....

λ2

.
.
.

λn

Hình 2.3. Nguyên lý cơ bản của hệ thống thông tin quang
WDM
Trên một sợi quang hoặc một hệ thống thông tin quang ta có thể ghép
bước sóng quang theo một hướng đi hoặc cả hai hướng đi và hướng về.
Theo thời gian, khái niệm WDM được thay bằng khái niệm DWDM.
Về nguyên lý không có sự khác biệt nào giữa hai khái niệm này, DWDM nói
đến khoảng cách gần giữa các kênh và chỉ ra một cách định tính số lượng
kênh riêng rẽ (mật độ kênh) trong hệ thống. Những kênh quang trong hệ
thống DWDM thường nằm trong một cửa sổ bước sóng, chủ yếu là 1550 nm
vì môi trường ứng dụng hệ thống này là mạng đường trục, cự ly truyền dẫn
dài và dung lượng truyền dẫn lớn. Công nghệ hiện nay đã cho phép chế tạo
phần tử và hệ thống DWDM 80 kênh với khoảng cách kênh rất nhỏ (xấp xỉ
0,5 nm). Để thuận tiện chúng ta dùng thuật ngữ WDM để chỉ chung cho cả
hai khái niệm WDM và DWDM.
Nhìn bên ngoài, một hệ thống truyền dẫn WDM và một hệ thống truyền
dẫn quang SDH có rất nhiều điểm tương tự. Cả hai hệ thống đều có:
• Các thiết bị ghép tách kênh đầu cuối (MUX, DEMUX).
• Các thiết bị khuếch đại đường truyền hoặc lặp (Line Amplifier,

Regenerator).
• Các thiết bị xen/rẽ kênh (ADM).
SV: Phan Đức Đồng

Lớp 46K - ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Vinh

• 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 bước sóng quang cho mỗi hướng phát, còn hệ thống
WDM thì dùng nhiều bước sóng (từ hai bước sóng trở lên); đối tượng làm
việc của hệ thống SDH là các luồng tín hiệu số PDH/SDH, còn của hệ thống
WDM là các bước sóng và các bước sóng này không nhất thiết chuyển tải tín
hiệu số. Mỗi bước sóng có chức năng như một sợi quang cung cấp môi trường
truyền tín hiệu cho hệ thống khác và vì vậy gọi là sợi “quang ảo”.
WDM ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu tăng vọt về băng thông do sự phát
triển chưa từng thấy của mạng máy tính toàn cầu Internet, sự ra đời của các
ứng dụng và dịch vụ mới trên nền tảng Internet. Trước WDM, người ta tập
trung mọi nỗ lực để nâng cao tốc độ truyền dẫn của các hệ thống SDH nhưng
kết quả thu được không mang tính đột phá vì công nghệ xử 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 được 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 được sử dụng một phần nhỏ. Tuy nguyên lý ghép kênh theo

bước sóng WDM rất gần với nguyên lý ghép kênh theo tần số FDM, nhưng
các hệ thống WDM chỉ được thương 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 đường
truyền quang dải rộng (khuếch đại quang sợi EDFA, khuếch đại Raman).
Các laser phổ hẹp có tác dụng giảm tối đa ảnh hưởng lẫn nhau của các
bước sóng khi lan truyền trên cùng một sợi quang. Các bộ lọc quang dùng để
tách một bước sóng ra khỏi các bước sóng khác. Các bộ khuếch đại đường
truyền dải rộng cần để tăng cự ly truyền của tín hiệu quang tổng gồm nhiều
SV: Phan Đức Đồng

Lớp 46K - ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Vinh

bước sóng, nếu không có các bộ khuếch đại này thì các điểm cần tăng công
suất tín hiệu người ta phải tách các bước sóng ra từ tín hiệu tổng, sau đó hoặc
là khuếch đại riêng rẽ từng bước sóng rồi ghép chúng trở lại, hoặc là phải thực
hiện các bước chuyển đổi quang- điện-quang trên từng bước sóng rồi mới
ghép, và như vậy thì tốn kém và làm cho hệ thống trở nên kém tin cậy.
2.3.3 Cấu trúc mạng WDM
2.3.3.1. Mô hình phân lớp
Trong dự thảo khuyến nghị G.otn của ITU-T thì mạng quang sẽ được
phân chia thành ba lớp, nằm dưới lớp đoạn lặp trong mô hình SDH.
Electronic Layer (Lớp điện)
W

OCh - Lớp kênh quang

D

OMS - Lớp đoạn ghép kênh quang
OTS - Lớp đoạn truyền dẫn quang

M

• Lớp kênh quang, còn gọi là lớp tuyến quang (OCh - Optical
Channel). Lớp này có chức năng định tuyến từ đầu đến cuối các tuyến quang.
Mối OCh đi qua một số đoạn khuếch đại trong mạng và mỗi đoạn khuếch đại
mang nhiều bước sóng.
• Lớp đoạn ghép kênh quang(OMS - Optical Multiplex Section) được
sử dụng để mô tả một chặng điểm nối điểm dọc tuyến quang. Mỗi OMS bao
gồm một số đoạn lặp nằm giữa hai bộ khuếch đại.
• Lớp đoạn truyền dẫn quang, hay còn gọi là lớp khuếch đại
quang(OTS - Optical Transmission Section). Điều đó cho ta thấy mỗi đoạn
ghép kênh quang thuộc về lớp khuếch đại quang.

SV: Phan Đức Đồng

Lớp 46K - ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Vinh

Kênh

Kênh

Đoạn ghép
Đoạn
khuếch đại

Đoạn
khuếch đại

Kết nối

Nút WDM

Đoạn ghép

Đoạn ghép

Đoạn
khuếch đại

Đoạn
khuếch đại

Nút WDM

Nút WDM

Bộ khuyếch đại quang

Hình 2.4. Các lớp con trong lớp quang của mạng WDM
Trong mô hình phân lớp giao thức ở mạng truyền tải dưới đây thì quan
hệ lớp ATM; SDH với lớp WDM là quan hệ giữa lớp client và lớp server. Các
tín hiệu SDH và ATM dại diên cho dịch vụ ở lớp client mà được mang trên hệ
thống WDM. Nếu xét đến khái niệm phân lớp mạng thì hệ thống WDM được
xem như phương tiện vật lý, cùng với sợi quang tạo thành lớp “kênh quang”
Dưới góc độ phát triển hệ thống thì WDM cùng với thiết bị xen/rẽ kênh
quang (OADM) và bộ nối chéo quang (OXC) sẽ tạo thành một lớp mạng
quang. Sự phát triển này tiến tới một mạng truyền dẫn sử dụng kênh bước
sóng hay nói ngắn gọn là lớp mạng quang ở dưới lớp client, tức là sẽ tách
mạng truyền dẫn về topo thành hai lớp quang và điện trong đó hệ thống
WDM là hạt nhân của “lớp mạng quang”.

SV: Phan Đức Đồng

Lớp 46K - ĐTVT