NGHIÊN cửu THIẾT ké TUYẾN THÔNG TIN QUANG sử DỤNG CÔNG NGHỆ DWDM

Bộ GIÁO
DỤC VÀ
ĐÀO
TẠO
TRƯỜNG
ĐẠT
HỌC
VĨNH
TR ƯỜNG
KHOA
ĐIỆNĐẠI
TỬ-HỌC
VIỄNVINH
THÔNG
BẢN NHẬN XÉT ĐÓ Ả N TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên:.....................................................số hiệu sinh viên:.............................
Khoá:.....................
viên
bộ

hướng
phản

biện:

I. Nội dung thiết kế tốt nghiệp:

ĐỒ ÁN

TÓT NGHIỆP ĐẠI
HỌC

2. Nhận xét của cản bộ phản biện:

Đe tài:

NGHIÊN CỬU THIẾT KÉ
TUYẾN
THÔNG
Ngày
tháng
năm
Cản bộ phản biện

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Hồng Quân
Lớp
: 49K ĐTVT

Giảng viên hướng dẫn: Ths. Nguyễn Thị Kim Thu

Nghệ An,
1ii 11-2012


MỤC L ỤC
MỤC LỤC........................................................................................................ii
LỜI NÓI ĐẨU.................................................................................................vi
TÓM TẤT ĐÒ ÁN..........................................................................................vii
DANH MỤC BẢNG BIÊU............................................................................viii
DANH MỤC HÌNH VẼ...................................................................................ix
THUẬT NGỮ VIẾT TẤT.................................................................................xi

CHƯƠNG ỉ: TÔNG QUAN VỀ HỆ THÔNG THÔNG TIN QUANG GHÉP
KÊNH THEO BƯỚC SÓNG............................................................................1
1.1. Giới thiệu...................................................................................................1
1.2. Tông quan vê công nghệ ghép kênh quang theo hước sổng......................I
1.2.1.
1.2.2.

Kỹ thuật ghép buức sóngquang......................................................................2
Nguyên lý CO' bản kỹ thuật WDM...............................................................3

1.3. Các tham Sớ...............................................................................................5
1.3.1.
1.3.2.
1.3.3.

Suy hao xen.........................................................................................................5
Xuyên âm............................................................................................................6
Độ rộng phố của kênh.......................................................................................7

1.4. Ưu nhược điêm của hệ thông WDM...........................................................7
1.4.1.
1.4.2.

ưu điểm...............................................................................................................7
Nhuợc điểm........................................................................................................9

1.5. Thiết kế mạng DĨVDM và các giải pháp công nghệ..................................9
1.5.1.
1.5.2.
1.5.3.

Số kênh buức sóng...........................................................................................10
Độ rộng phổ của nguồn phát......................................................................11
Ánh huờng của hiệu úng phi tuyến..............................................................15

1.6. Kết luận chương......................................................................................21
CHƯƠNG 2. SỢI QUANG VÀ CÁC THIÉT BỊ TRONG HỆ THỐNG WDM 22
2.1. Giới thiệu.................................................................................................22
2.2. Sợi quang.................................................................................................22
2.2.1................................................................................................................................... C
ấu tạo và nguyên lý truyền dẫn trong sọi quang.......................................................23
2.2.2................................................................................................................................... C
ác dạng phân bố chiết suất trong sọi quang...............................................................23
2.2.3. Các thông số của sợi quang...........................................................................25

2.3. Cáp quang...............................................................................................29

iii


2.3.1. \ều cầu tót cấu của cáp quang.......................................................................29
2.3.2. Cấu trúc và các thành phần của cáp...........................................................30
2.3.3. Các loại cáp quang đuực khuyến nghị sử dụng trong hệ
thống DWDM.................................................................................................................32

2.4. Laser phát..............................................................................................36
2.4.1. Các phuơng thúc điều chế laser..................................................................37
2.4.1.1. Điều chế trục tiếp.......................................................................................37
2.4.1.2. Điều chế gián tiếp........................................................................................37
2.4.2.

Ổn định buớc sóng và điều khiển laser....................................................38
2.4.3. Các loại LD sử dụng trong hệ thống DVVDM...........................................39

2.5. Bộ điều chỉnh công suất........................................................................44
2.6. Các hộ tảch/ghép hước sóng..................................................................44
2.6.1. Nhóm dụa trên nguyên lí tán sắc góc...........................................................44
2.6.2. Nhóm dụa trên nguyên lí giao thoa..............................................................46
2.6.3. Ghép/tách kênh sú’dụng ống dẫn sóng Idcu cách tử ống
dẫn sóng quang (AWG)................................................................................................47
2.6.4. Bộ ghép/tách kênh sử dụng bộ lọc quang..................................................48

2.7. Bộ khuếch đường quang đại..................................................................49
2.7.1.
2.7.2.

Nguyên lí khuếch đại EDFA..........................................................................50
Phuơng pháp khuếch đại EDFA...................................................................51

2.8. Bộ xen/rẽ quang (OA DM)...............................................................55
2.9. Bộ nổi chéo quang...........................................................................57
2.10.......................................................................................................Cá
c thiết bị bù tán sắc.........................................................................58
2.11.......................................................................................Bộ thu quang
........................................................................................................59
2.11.1.
2.11.2.

Photodiode PIN.............................................................................................59
APD.................................................................................................................61

2.12.......................................................................................................Tì
m hiêu một sổ thiết hị sử dụng........................................................62
2.12.1.
2.12.2.
2.12.3.

Hệ thống truyền dẫn quang CPL...............................................................62
Hệ thống OME 6500.....................................................................................73
Hệ thống kết nối chéo, chuyển mạch HDXC..........................................73

2.13..................................................................................Kết luận chương
........................................................................................................76

IV


CHƯƠNG III THIẾT KÉ TUYẾN THÔNG TIN QUÁNG sử DỤNG CÔNG
NGHỆ DWDM...............................................................................................77
3.1. Giới thiệu...............................................................................................77
3.2. Thực trạng sử dụng và nhu câu tăng dung lượng tuyên truyền dân
quang WDM do VTN quản lý.........................................................................77
3.3. Lý thuyết thiết kế tuyến thông tin quang DWDM..................................79
3.3.1. Thiết kế dựa trên quỹ công suất...................................................................80
3.3.2. Thiết kế dua trên OSNR................................................................................80
3.3.3. Thiết kế dựa trên mô phỏng..........................................................................81
3.3.4. Giói thiệu phần mềm optisystem..................................................................86
3.3.5. Mô hình tham chiếu hệ thống WDM và tính toán các thông
số ký thuật.......................................................................................................................88

3.4. Thiết kế tuyến thông tin quang DWDM sử dụng phân mêm Optiwave. .88

3.4.1.

Bài toán.............................................................................................................88

3.4.2.

Phân tích bài toán...........................................................................................89

3.4.3.

Tiến hành mô phỏng.......................................................................................91

3.4.3.

Ket quả...........................................................................................................101

3.5.

tót luận chuông..............................................................................................106

KÉT LUẬN...................................................................................................107
PHỤ LỤC....................................................................................................108
TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................112

V


LỜI NOI ĐA u
Trong những năm gần đây nền kinh tế nước ta phát triển nhanh, tiến đến
hội nhập toàn cầu dẫn tới nhu cầu trao đổi thông tin tăng mạnh. Sự bùng nổ của

mạng internet cũng như hàng loạt các dịch vụ mói yêu cầu băng thông rộng ra
đời như truyền hình cáp, truyền hình độ phân giải cao, truyền hình hội nghị,
mạng riêng ảo VPN, mạng WAN vvv. Lĩnh vực viễn thông đem lại lợi nhuận cao
nên nhiều doanh nghiệp đầu tư, khai thác và cung cấp các dịch vụ viễn thông tạo
nên một thị trường sôi động. Tuy nhiên xây dựng một mạng truyền dẫn với
khoảng cách lớn và phạm vi rộng không phải nhà khai thác viễn thông nào cũng
làm được. Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam VNPT là nhà khai thác
viễn thông lớn ở Việt Nam đã xây dụng được một mạng lưới viễn thông rộng
khắp các tỉnh thành trong nước và mở rộng kết nối đi quốc tế. Trong đó, mạng
truyền dẫn quang đường trục Bắc - Nam đóng vai trò hết sức quan trọng, nơi tập
trung truyền tải lưu lượng chính trong nước. Lưu lượng truyền dẫn qua mạng
đường trục tăng nhanh từ 2.5Gbps (công nghệ SDH), đến năm 2010 là 20Gbps
và hiện nay đã là 240Gbps với công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng mật
độ cao (DWDM). DWDM đem lại truyền dẫn ở tốc độ cao bàng cách ghép nhiều
kênh bước sóng ở của sổ 1550nm mà không cần thay đồi mạng quang hiện có.
Đê tiếp cận công nghệ mới hiện đại, đang được sử dụng rộng rãi trên các tuyến
truyền dẫn quang đường trục, tuyến nối quốc tế...Em lựa chọn đề tài “ Nghiên
cứu thiết kế tuyến thông tin quang, sử dụng công nghệ DWDM”.
Nội dung đồ án bao gồm ba phần chính sau :
❖

Chương I: Tổng quan về hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước
sóng

❖

Chương II: Nghiên cứu các thiết bị sử dụng trong hệ thống DWDM

♦> Chương III: Thiết kế tuyến thông tin quang dung lượng 240Gb/s
Em xin trân trọng cảm ơn Ths. Nguyễn Thị Kim Thu đã tận tình hướng

dẫn về nội dung và phương pháp, giúp em thực hiện tốt đồ án tốt nghiệp.
Em xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo đã giúp đỡ chúng em trong
suốt thời gian học tập và hoàn thành chương trình đào tạo.
Nghệ An, ngày.........tháng.......năm 2012
VI


TÓM TẤT ĐÔ ẤN
Đồ án này đi vào tìm hiếu về công nghệ DWDM và các yêu cầu của công
nghệ DWDM tận dụng dải tần rất rộng lớn của sợi quang, thực hiện truyền dẫn
hai chiều trên một sợi, tiết kiệm đầu tư cho đường dây, tính linh hoạt, tính kinh tế
và độ tin cậy cao, kết cấu đấu chéo nhanh, tăng số bước sóng trên một sợi
quang....Với ưu thế về công nghệ đặc biệt, ghép kênh theo bước sóng mật đô cao
DWDM đã trở thành một phương tiện tối ưu về kỹ thuật và kinh tế để mở rộng
dung lượng sợi quang một cách nhanh chóng và quản lý hiệu quả hệ thống.
DWDM đã đáp ứng được hoàn toàn yêu cầu phát triển các dịch vụ băng rộng
trên mạng và là tiền đề để xây dựng và phát triển mạng toàn quang trong tương
lai. Trong đồ án này cũng đã trình bày thiết kế sử dung phần mềm OptiSystem
cho việc mô phỏng tính toán tuyến thông tin quang 80Gb/s.

vii


DANH MỤC BẢNG BIÊU
Bảng 2.1: Chỉ số kĩ thuật của laser bơm 980 nm.........................................51
Bảng 2.3: Các thông số kỹ
65

thuật..................................................của DOSC

Bảng 2.4: Các thông số kỹ
66

thuật..................................................của CMD4

Bảng 2.5: Các thông số kỹ thuật của wss..................................................67

viii


DA NH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Mô tả tuyến thông tin quang có ghép buớc sóng..........................2
Hình 1.2: Hệ thống ghép bước sóng.............................................................4
Hình 1.3: Độ rộng phô của kênh.................................................................. 7
Hình 1.4: Sơ đồ tính toán quĩ công suất....................................................... 12
Hình 1.5: Tán sắc PMD............................................................................... 14
Hình 1.6: Hiệu ứng FWM............................................................................ 18
Hình 2.1: Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang..........................23
Hình 2.2:......................................................................................................Sự
truyền ánh sáng trong sợi quang có chiết suất nhảy bậc (SI)........................23
Hình 2.3:........................................................Sự truyền ánh sáng trong sợi GI
24
Hình 2.4:......................................................... Chiết suất dạng dịch độ tán sắc
25
Hình 2.5:....................................................... Chiết suất dạng san bằng tán sắc
25
Hình 2.6: Công suất truyền trên sợi..............................................................26
Hình 2.7. Dạng xung vào và xung ra sau hiện tượng tán sắc........................28
Hình 2.8. Câu trúc tông quát của cáp quang.................................................30
Hình 2.9. Phân loại sợi quang theo tán sắc...................................................35

Hình 2.10. Cấu trúc hệ thống WDM............................................................36
Hình 2.11: Điều chế gián tiếp.......................................................................38
Hình 2.12: Sơ đồ hệ thống điều khiến laser.................................................. 39
Hình 2.13: TánxạBragg................................................................................ 40
Hình 2.14:......................................................cấu tạo lưới phản xạ siêu chu kì
42
Hình 2.15:
43

Bộ phát quang có điều chỉnh ngoài..........khoang

Hình 2.16:
sóng 43

Bộ phát quang DFB hai cực điều...chỉnh được bước

Hình 2.17:..........................................................Vị trí bộ điều chỉnh công suất
44
IX


Chú giải tiếng anh

Chú giải tiếng việt

Re-Shap, Re-Time, Re-amplify

Bù tán sắc, đồng bộ, khuếch đại

Avanlance Photodiode

Đi ốt tách sóng quang thác

Ampliíìer
Anti Reílection

Bộ khuếch đại
THUẬ
T NGỪ
Vỉ É T TẤ T
Hình 2.26: Khuếch
đạiphản
EDFA
Lớp chống
xạvới băng tần c sử dụng bộ lọc.......................54

Hình 2.27: Khuếch
đạiphát
EDFA
haikhuếch
tầng.........................................................54
AmpliTied Spontaneous Emision
Phát xạ tự
được
đại
Hình 2.28: Bộ
quang
OADM...........................................................55
Asynchronuos Transfer Mode
Chếxen/rẽ

độ truyền
không
đồng bộ
Hình 2.29: OADM
Arrayed Waveguide Grating
Ma trận cố
ốngđịnh..........................................................................56
dẫn sóng kiểu lưới
Booster AmpliTier

Khuếch điều
đại công
suất
Hình 2.30: OADM
khiển.....................................................................56

Bit Error Rate

Tỉ số
bít oxc kiểu chuyến mạch không gian.........................58
Hình 2.31: Bộ
nốilỗichéo

Hình 2.32:...............................................
Broadband- Intergrated Service
Mạng số tích hợp đa dịch vụ cấu trúc và nguyên lí hoạt động PIN
60
Digital Network
băng rộng
Hình

2.33:..............................................cấu
trúc và nguyên lí hoạt động PAD
Cable Television
Truyền hình cáp
61
Cross Gain Saturation
Bão hòa khuếch đại chéo
Hình 2.34: Chức năng của môdun DOSC................................................... 64
Distributed Bragg Reílection
Phản hồi tán xạ Bragg phân bố
Hình 2.35: Chức
năng
CMD4...................................................65
Bộ phận
bùcủa
tán môdun
sắc
Dispersion Compensating
Hình 2.36: Chức năng của môdun wss......................................................67
Module
Distributed Feedback

Phản hồi
phân
Hình 2.37: Chức
năng
củabố
môdun khuyếch đại............................................69
Dynamic Gain Tilt
Dải rộng khuếch đại

Hình 2.38: Mặt trước của môdu giám sát quang OPM................................ 71
High DiTinition Television
Truyền hình độ phân giải cao
Hình 2.39 : So đồ chức năng mô tả của DRA..............................................72
Dispersion Compensation
Bù tán sắc
Hình 2.40: cấu hình bảo vệ.......................................................................... 74
Distributed Raman AmpliTier
Bộ khuyếch đại Raman phân bố
Hình 2.41:....................................................................... cấu hình bảo vệ MSP
Dispersion Shiíted Fiber
74 Sợi quang dịch tán sắc
Discrete Since Transíbrm

Biến đối rời rạc

Desen Wavelength Division

Ghép kênh phân chia theo bước

Multiplexing
Digital Cross Connect

sóng mật độ cao.
Ket nối chéo số

Erbium Doped Fiber AmpliTier

Khuếch đại sợi có pha tạp

Equalization

Erbium
Bộ cân bằng

Enterprise Systems Connection

Mạng kết nối công ty

Extenal Synchorous Interíace

Khối giao tiếp đồng bộ ngoài

Fabry-Perot

Khoang cộng hưởng

Fiber Bragg Grating

Cách tử Bragg sợi

Forward Error Correction

Sửa lồi trước

Four-Wave Mixing

Trộn bốn bước sóng

XI

X


UX

Global Positioning Radio

Vệ tinh định vị toàn cầu

Satellite
Intensity Modulation - Direct

Điều

Detection

chế

cường

độ

-

Tách

trực

chỉnh

suy

tán

sắc

tiếp

International Telecommunication

Liên minh viễn thông quốc tế

Union
Line Amplifier

Khuếch đại đường quang

Modulation
Multi Path Interface

Xuyên nhiễu đa kênh

Monitored Variable Otiacal

Bộ

Attennuator
Mach Zehnder Interferometer

hao quang.

Bộ giao thoa Mach Zehnder

Noise Figure

Hệ số nhiễu

Next Generation Network

Mạng thế hệ sau

None-Zezo Dispersion Shifted

Sợi

Fiber
Optical Add Drop Multiplexer

khác không
Bộ xen rẽ sóng quang

Optical Demultiplexer

Bộ tách sóng quang

Optical Mutltiplexer

Bộ ghép sóng quang

On Off Key

Đóng mở khóa

Optical Signal-Noise Ratio

Tỉ số tín hiệu trên tạp âm quang

Optical Crossconnect

Nối chéo quang

Pre AmpliEier

Tiền khuếch đại

Plesiochronous Digital Hierachy

Phân cấp số cận đồng bộ

Positive Intrinsic Negative

Cấu

phận

giám

quang

trúc

sát

điều

dịch

bán

chuyển

dần

P-N

Polarization Mode Dispersion

dẫn bên trong
Tán sắc mốt phân cực

Primary Reference Clock

Tần số đồng hồ chuẩn

Stand Alone Synchoronization

Thiết

Equipment
Stimulated Brillouin Scatting

chuẩn
Tán xạ Brillouin kích thích

Synchronous Digital Hierachy

Phân cấp đồng bộ số

Single Mode Fiber

Sợi quang đơn mode

Self-phase Modulation

Tự điều chế pha

Stimulated Raman Scatting

Tán xạ Raman kích thích

Super Structure Grating

Kết cấu lưới siêu chu kìxii

Synchronistation Supply Unit

Thiết bị cung cấp đồng bộ

bị

khôi

phục

có

lóp

đồng

tụ'

bộ


Synchorous Transmision Mode
Time Division Multiplexing

Chế độ chuyển giao đồng bộ
Ghép

kênh

phân

chia

Thin Film Filters

gian
Bộ lọc màng mỏng điện môi

Variable Optiacal Attenuator

Bộ suy hao điều chỉnh được

Wide Area Network

Mạng diện rộng

Wavelength Division

Ghép kênh phân chia theo bước

Multiplexing
Wavelengh Tranponder

Chuyển đổi bước sóng

Cross Phase Modulation

Điều chế pha chéo

xiii

theo

thời


MUX

0

ỉ(ị:j.
truyền dẫn của hệ thống bằng cách CHƯƠNG
truyền đồng 1:
thời nhiều tín hiệu quang trên
cùng một sợi nếu các nguồn phát có phô cách nhau một cách hợp lý và đầu thu

TỎNG QUAN VÈ HỆ THÓNG THÔNG TIN QUANG

có thể thu được các tín hiệu quang riêng biệt nếu phần thu có bộ tách bước sóng.

THEO
Đây chính là cơ sởGHÉP
kỹ thuậtKÊNH
ghép bước
sóng. B ƯỚC SÓNG
1.2.1.
Kỹ thuật ghép bước sóng quang
1.1. Giới thiệu
Nguyên lý cơ bản của ghép bước sóng quang có thể minh họa như hình
Trong những năm gần đây, chúng ta đã chứng kiến sự phát triến chưa
Giả cầu
sử sửcódụng
các băng
nguồn
phát
quang

cácđã bước
sóng
từng có 1.1.
về nhu
thông
truyền
dẫn,làm
chínhviệc
điềuởnày
sản sinh
ra
Các tín
quang
làmtảiviệc
các bước
sóng
khác
này sẽ mạng
được
một lượng thông
tin hiệu
rất lớn
truyền
trênở mạng
tạo ra
nhiều
áp nhau
lực mớicho
ghép
hiện tại. Băng

tần truyền dẫn trở thành tài nguyên quý giá hon bao giờ hết. vào
Đế
quang.
Cácquang
tín hiệu
bướcxem
sónglàkhác
được
đáp ứng yêucùng
cầu một
trên,sợi
chodẫnđến
nay sợi
vẫncóđược
môinhau
trường
lý
ghéptruyền tải lưu lượng cực lớn. Đối
lại với hệ thống dung lượng thấp,
ở
tưởng cho việc
phía phát
nhờđược
bộ ghép
kênh, để
bộ tăng
ghép dung
bước lượng
sóng phải
đảmdần

bảocủa
có một
suy
công nghệ TDM
thường
sử dụng
truyền
hao
kênh cáp đơn
lên lOGbps, thậm chí là 40Gbps. Tuy nhiên, việc tăng tốc cao nhỏ
hơn
hiệuvìsau
được
truyền dọc theo sợi để đến phía thu.
nữa là khôngvàdễtíndàng
cáckhi
hệghép
thốngsẽtốc
Sợiđộ cao đòi hỏi công nghệ điện tử phức
quang Gbps, bản thân các mạch điện tử sẽ
tạp và đắt tiền. Khi tốc độ đạt tới hàng trăm

không thế đáp
ứng được xung tín hiệu cực kỳ hẹp, thêm vào đó chi phí cho các
IIU)
giải pháp trở nên tốn kém và cơ cấu hoạt động quá phức tạp đòi hỏi công nghệ
rất cao. Đe nâng cao tốc độ truyền dẫn, khắc phục được những hạn chế mà các
ln(/„ )
mạch điện hiện tại chưa khắc phục được, công nghệ ghép kênh quang phân chia
theo bước sóng WDM ra đời. Thế hệ sau của WDM là DWDM có thế ghép một

số lượng lớn bước sóng trong vùng bước sóng 1550nm đế nâng dung lượng hệ
thống lên hàng trăm Gbps.
1.2. Tông quan về công nghệ ghép kênh quang theo hước sóng
Trong hệ thống đơn kênh, khi tốc độ đường truyền đạt đến mức độ nào
đó, người ta thấy các hạn chế của các mạch điện tử trong việc nâng cao tốc độ
cũng như kéo dài cự ly truyền dẫn. Thêm vào đó, chi phí cho các giải pháp trên
tuyến truyền dẫn rất tốn kém vì cấu trúc hệ thống khá phức tạp. Do đó, kỳ thuật
ghép kênh quang ra đời nhằm khắc phục được những hạn chế trên.
Các phần tử quang trong hệ thống thiết bị sẽ đóng vai trò chủ đạo trong
việc thay thế hoạt động của các phần tử điện ở các vị trí xung yếu đòi hỏi kỳ
thuật xử lý tín hiệu nhanh, về lý thuyết, ta có the làm tăng đáng kế dung lượng
1


DWDM. Các thành phần thiết bị trước kia chỉ có khả năng xử lý từ 4 - 16
kênh, mỗi kênh hỗ trợ luồng dữ liệu đồng bộ tốc độ 2.5Gbps cho tín hiệu mạng
quang phân cấp số đồng bộ (SDH/SONET). Các nhà cung cấp WDM đã sớm
phát triên các thiết bị nhằm cho việc truyền nhiều hơn các kênh quang. Các hệ
thống với hàng trăm kênh giờ đây đã sẵn sàng được đưa vào sử dụng, cung
cấp một tốc độ dữ liệu kết hợp hàng trăm Gbps và tiến tới đạt tốc độ Tbps
truyền trên một sợi đơn [14].
1.2.2.

Nguyên lỷ cơ bản kỹ thuật WDM

Trong hệ thống thông tin quang điểm - điểm thông thường, mồi sợi quang
chỉ có thể truyền tín hiệu tù’ một nguồn phát tới một bộ tách quang ở hướng thu.
Như vậy đế truyền các tín hiệu từ các nguồn quang khác nhau đòi hỏi phải có
nhiều sợi quang khác nhau. Trong thực tế thì nguồn quang có độ rộng phổ tương
đối hẹp, vì vậy phương pháp này chỉ sử dụng một phần rất nhỏ băng tần vốn rất

rộng của sợi quang,

về

mặt lí thuyết có thế tăng dung lượng truyền dẫn lên nhiều

lần bằng cách truyền đồng thời nhiều tín hiệu quang trên cùng một sợi quang nếu
các nguồn phát có phố cách nhau một khoảng họp lí và ở phía thu có0l(
các bộ tách
bước sóng quang. Đây chính là cơ sở cho kĩ thuật ghép kênh theo bước sóng
WDM.
o„UJ
Nguyên lí cơ bản của kĩ thuật WDM là các tín hiệu quang có các phổ khác
nhau và không chồng lấn lên nhau được ghép lại với nhau, sau đó truyền trên
một sợi quang đến
Tạituyến
đầu thông
thu tín
cócóbước
hợp đó được
Hìnhđầu
1.1:thu.
Mô tả
tinhiệu
quang
ghép sóng
buức tổ
sóng
thống
ghép

kênh
theo
sóng
tận dụng
hữu
tách ra Đặc
thànhđiểm
các nối
tín bật
hiệucủa
có hệ
bước
sóng
riêng
biệt
và bước
đưa tới
cáclà đầu
thu tương
hiệu Trong
nguồn kĩtàithuật
nguyên
rộng trong
tôn hao
sợi
ứng.
ghépbăng
bước thông
sóng quang
có haikhu

loại vực
hệ thống:
Hệ thấp
thốngcủa
WDM
quang
đơn mode,
rõ rệt
dung
lượngHình
truyền
đồnghaithời
đơn
hướng
và hệ nâng
thốngcao
WDM
song
hướng.
1.2dẫn
môcủa
tả hệ
cấuthống,
trúc của
hệ
hạ giánày.
thành của kênh dịch vụ xuống mức thấp nhất. Hệ thống WDM dựa trên
thống
cơ sở tiềm
băng tần

sợi quang
quang đế
nhiều
ánh sáng
Trongnăng
kĩ thuật
ghépcủasóng
đơntruyền
hướngđi các
tínbước
hiệu sóng
cần truyền
(ở
khác nhau,
thiết
yếusóng
lúc khác
này là
việcđược
truyền
thờiAnhiều
bước sóng
hướng
phát) điều
với các
bước
nhau
ghépđồng
lại (Ai,
2,... AN) với nhau

cùng
lúc không
gây nhiễu
lẫnquang
nhau.thứ
Mỗi
bước
đại sẽ
diện
và
saumột
đó truyền
trên cùng
một sợi
nhất.
Tạisóng
đầu thu
táchcho
cácmột
tín
kênh quang
quang trong
Công
nghệphần
WDMtrước
phát khi
triếnđưa
theotới
xu các
hướng

hiệu
thành sợi
cácquang.
tín hiệu
thành
bộ mà
thusựquang
_9
tương ứng. Hướng ngược lại (hướng thu) các sóng quang (Ai, A 2,... AN) được
riêng rẽ bước sóng của kênh có thê là một phân rât nhỏ của lnm hay 10 m,
ghép và truyền trên sợi quang thứ hai.
điều này dẫn đến các hệ thống ghép kênh theo bước sóng mật độ cao
32


Trong kĩ thuật ghép sóng quang hai hướng các tín hiệu cần truyền (hướng
phát) với các bước sóng khác nhau (À, 1, x2,... Ằ.N) được ghép lại với nhau và
truyền trên sợi quang. Tại đầu thu sẽ tách các tín hiệu quang thành các tín hiệu
thành phần trước khi đưa tới đầu giải điều chế quang tưcmg ứng. Hướng ngược
lại (hướng thu) các tín hiệu quang với các bước sóng (X1, ^2.............................A,N) cũng được
ghép lại với nhau và truyền trên sợi quang trên.

a)

Hình 1.2: a) Hệ thống ghép buức sóng theo một hưởng
b) Hệ thống ghép buức sóng theo hai hưởng

4

Trong hai hệ thống trên hệ thống WDM đơn hướng được phát triển và
ứng dụng tương đối rộng rãi. Hệ thống WDM hai hướng yêu cầu khắt khe hơn vì
khi thiết kế gặp phải nhiều vấn đề như can nhiễu nhiều kênh (MPI), ảnh hưởng
của phản xạ quang, cách ly giữa các kênh hai chiều, xuyên âm nên ít sử dụng
hơn. Tuy nhiên, hệ thống WDM song hướng giảm thiếu được số lượng sợi quang
và các bộ khuếch đại quang [14].
1.3. Các tham sổ
Các bộ ghép bước sóng thụ động được sử dụng hiện nay thường là các
bộ vi quang học (micro-optic) và bộ ghép sợi kiểu dẫn sóng (guided wave
íĩbre coupler). Mỗi loại đều có ưu nhược điểm.
Các bộ vi quang học thường đòi hỏi hệ thống ghép nối các thấu kính đế
ghép vào sợi quang. Các khó khăn trong việc định vị và ghép nối làm hạn chế
các đặc tính kỹ thuật, đặc biệt là đối với các sợi đơn mode. Tuy nhiên, việc sử
dụng các bộ vi quang học cho phép lựa chọn đặc tính của bộ lọc rộng rãi hơn.
Các bộ ghép sợi ít chịu ảnh hưởng của các khó khăn nêu trên nhưng lại bị
hạn chế trong việc lựa chọn các đặc tính cần có của bộ lọc, chẳng hạn như mức
độ băng phăng của băng thông.
Có 3 tiêu chuẩn cơ bản để xác định đặc tính của bộ ghép bước sóng:
+ Suy hao xen
+ Xuyên âm
+ Độ rộng phổ của kênh
1.3.1.

Suy hao xen

Suy hao xen ở đây được xác định như lượng tổn hao công suất trên tuyến
truyền dẫn quang do việc thêm vào các bộ ghép bước sóng. Khác với các coupler
thông thường, ở đây suy hao xen được xem xét đối với từng bước sóng:
Lk = -101ogO(?,k)/Ik(^k)

MUX

(1-1)

Lị = -lOlog Oi(Ằ,i)/I(Ằ,i)

DEMUX

(1-2)

Trong đó:
I(Ằi), O(Ầk) là công suất tín hiệu được ghép ở trên đường chung. Ik(^k) là
công suất tín hiệu bước sóng À,k đi vào cửa thứ k của bộ ghép, tín hiệu này
được phát tù’ nguồn phát quang thứ k.
5


Độ rộng kênh

Độ dịch tần

25 GHz

5 GHz

50 GHz

10 GHz

100 GHz

200 GHz

Oi(Ầi) là công suất tín hiệu bước sóng Ằk đi khỏi cống thứ i của bộ tách.
20 GHz
1.3.3.
Độ rộng phố của kênh
Suy hao này bao gồm suy hao sinh ra tại các điếm ghép nối của bộ
50 GHz
Độ rộng phổ của kênh là dải bước sóng dành cho mỗi kênh. Độ rộng
ghép bước sóng mà nguyên nhân chủ yếu là do hấp thụ hoặc do phản xạ. Mức
này phải đảm bảo đế tránh nhiễu giữa các kênh. Độ rộng phô giữa các kênh
độ ảnh hưởng tương đối của hai nguồn suy hao trên hệ thống còn tùy thuộc
tùy thuộc vào từng nguồn phát, ủng với các tốc độ truyền dẫn khác nhau sẽ
vào loại công nghệ được lựa chọn đế chế tạo bộ ghép bước sóng.
có độ rộng phô mỗi kênh là khác nhau và độ chính xác khác nhau.
1.3.2. Xuyên âm
Xuyên âm là sự dò tín hiệu từ kênh này sang kênh kia. Nó làm tăng nền
nhiễu, do vậy làm giảm tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR. Hiện tượng này được
sinh ra do các yếu tố sau:
+ Do các đặc tính của bộ lọc không hoàn thiện.
+ Do phản xạ hay hội tụ không hoàn toàn làm các tia sáng bị tản mát.
+ Do phổ của các nguồn phát chồng lấn lên nhau.
+ Do hiệu ứng phi tuyến xảy ra khi đưa công suất cao vào sợi quang.
Hlnh 1.3: Độ rộng phổ của kênh [ 15]

Trong một bộ giải ghép kênh lý tưởng, sẽ không có sự dò công suất tín
1.4. ưu nhược đỉêm của hệ thông ỈVDM
hiệu từ kênh thứ i có bước sóng sang kênh khác có bước sóng khác với Xị.
1.4.1.
Ưu điếm

Nhưng trong thực tế luôn tồn tại một mức xuyên âm nào đó và làm giảm chất
So với công nghệ truyền dẫn đơn kênh quang, hệ thống WDM cho thấy
lượng truyền dẫn của thiết bị. Khả năng đế tách các kênh khác nhau được
nhũng ưu điếm vượt trội sau:
diễn giải bằng suy hao xen và được tính bằng dB như sau:
+ Tận dụng tài nguyên dải tần rất rộng lớn của sợi quang
Di(Xi) = -lOlog Ui(Xk)/I(Xk)
(1-3)
Công nghệ WDM tận dụng tài nguyên băng tần rộng lớn của sợi quang
Trong đó: Ui(Ằk) là lượng tín hiệu không mong muốn ở bước sóng À,k do
(đoạn sóng tổn hao thấp), làm cho dung lượng truyền dẫn của một sợi quang so
có sự
dò tíndẫn
hiệubước
ở cửasóng
thứ đơn
i sang,
màtừđúng
chỉvài
có tín
hiệu
ở bước
với
truyền
tăng
vài ra
lầnthìđến
chục
lần.
Từ đósóng

tăngXị.dung
Trong dẫn
thiếtcủa
bị sợi
ghépquang,
- giải hạ
hồngiáhợp,
việccóxác
suy dụng
hao xen
kênh
lượng truyền
thành,
giáđịnh
trị úng
và giá
trịcũng
kinh
tế
rất lớn.
Hiện như
nay, bộ
hệ giải
thốngghép.
thôngỞtin
sợi quang
chỉ truyền
dẫn xét
trong
được

áp dụng
trường
hợp này
phải xem
cảmột
hai kênh
loại
tín
hiệukênh.
bước Xuyên
sóng, mà
bảnđầu
thân
quang
bước
sóng
có tổn
hao
xuyên
kênh
xa sợi
là do
các trong
kênh khu
khácvực
được
ghép
đi vào
đường
thấp

rấtgây
rộng,
bước sóng
sử dụng
nhưng
hiện
người
chỉ
truyền
ra,cóvírất
dụnhiều
như I(Ằ-k)
sinh có
ra thể
Ưị(?ik)Xuyên
kênh
đầunay
gần
là dota các
sử
dụng
một
bộ phận
rất nhỏ
tần ghép
phô tốn
haotrong
thấp thiết
của sợi
quang.

MặcKhi
dù
kênh
khác
ở đầu
vào sinh
ra, trong
nó được
ở bên
bị như
Ui(^i).
cũng
sử sản
dụngphấm,
toàn các
bộ dải
vực khuếch
đạibiết
củasuy
bộ hao
khuếch
cho các
nhà tần
chếkhu
tạo cũng
phải cho
kênhđại
đốisợi
vớiquang
từng

trộn
(EDFA) (1530 ~1565 nm), nhưng cũng chỉ chiếm 1/6 dải tần của
thiết Erbium
bị.
nó. Cho nên công nghệ WDM tận dụng băng tần rất lớn của sợi quang đơn mode,
do đó ở mức độ cao đã giải quyết vấn đề truyền dẫn.
76


+ Truyền dẫn nhiều tín hiệu
Vì trong công nghệ WDM sử dụng các bước sóng độc lập với nhau, do đó
có thể truyền dẫn những tín hiệu có đặc tính hoàn toàn khác nhau, thực hiện việc
tống họp và chia các tín hiệu dịch vụ viễn thông, bao gồm tín hiệu số và tín hiệu
tưong tự, tín hiệu PDH và tín hiệu SDH, truyền dẫn hỗn hợp tín hiệu đa phương
tiện (như âm tần, thị tần, số liệu, văn bản, đồ hoạ,... ).
+ Thực hiện truyền dẫn hai chiều trên một sợi
Do các phương tiện thông tin đều dùng phương thức hoàn toàn song công,
vì vậy dùng công nghệ WDM có thể tiết kiệm được lượng đầu tư lớn cho đường
dây. Căn cứ vào nhu cầu, công nghệ WDM có thể có rất nhiều ứng dụng như:
mạng đường trục, mạng phân phối kiểu quảng bá, mạng cục bộ (LAN) nhiều
đường nhiều địa c h ỉ . . d o đó rất quan trong đối với ứng dụng mạng.
+ Tiết kiệm đầu tư cho đường dây
Dùng công nghệ WDM có thế ghép kênh N bước sóng truyền dẫn trong
sợi quang đơn mode, khi truyền dẫn đường dài dung lượng lớn có thế tiết kiệm
số lượng lớn sợi quang. Ngoài ra, thuận tiện cho việc mở rộng dung lượng hệ
thống thông tin sợi quang đã xây dựng, chỉ cần hệ thống cũ có độ dư công suất
tương đối lớn thì có thế tăng thêm dung lượng mà không cần phải thay đôi nhiều
đối với hệ thống cũ. Bên cạnh đó nó cũng mở ra một thị trường mới đó là thuê
kênh quang, ngoài việc thuê sợi hoặc thuê cáp.
+ Giảm yêu cầu siêu cao tốc đối với linh kiện

Tốc độ truyền dẫn tăng lên không ngừng, khi đó tốc độ tương ứng của
nhiều linh kiện quang điện tất nhiên là không đủ. Việc sử dụng công nghệ WDM
có thế giảm yêu cầu rất cao đối với tính năng của một số linh kiện, đồng thời lại
có thể truyền dẫn dung lượng lớn.
+ Tính linh hoạt, tính kinh tế và độ tin cậy cao của cấu hình mạng
Ghép kênh bước sóng cũng là biện pháp mở rộng và phát triển mạng lý
tưởng, cách thuận tiện đê đưa vào dịch vụ băng rộng mới (ví dụ IP). Thông qua
việc tăng thêm một bước sóng phụ để đưa vào mọi dịch vụ mới hoặc dung lượng


công nghệ WDM trong việc chọn đường, chuyên mạch và khôi phục mạng, từ đó
có một mạng trong suốt, linh hoạt, kinh tế và có sức sống trong tương lai.
1.4.2.

Nhược điêm

+ Dung lượng hệ thống còn nhỏ, chưa khai thác triệt đế băng tần rộng lớn
của sợi quang.
+ Chi phí cho khai thác, bảo dượng tăng do có nhiều hệ thống cùng hoạt
động.
1.5. Thiết kế mạng DỈVDM và các giải pháp công nghệ
Đe thấy được vai trò quan trọng của công nghệ này đối với viêc phát triển
hệ thống mạng, trong chương này chúng ta sẽ xem xét những nét chung nhất về
công nghệ DWDM so với các công nghệ truyền dẫn khác.
Đe giải quyết vấn đề băng thông và phát triển hệ thống đa dịch vụ trên
cùng một mạng, công nghệ DWDM đã thực hiện ghép nhiều bước sóng trên cùng
một sợi quang. Với việc tăng số bước sóng ghép trên một sợi quang một cách
đáng kê so với công nghệ WDM trước đây, diêm nôi bật của DWDM chính là
khả năng cho phép truyền trên sợi quang một lun lượng khổng lồ lên tới hàng
Terabits/s. Tuy nhiên, đế đạt được điều này một cách có hiệu quả thì hệ thống

DWDM có những yêu cầu rất đặc biệt đối với các chức năng quang như: độ linh
hoạt cao, kết cấu đấu chéo nhanh, các bộ lọc và nguồn laser phải có khả năng
điều hưởng, các bộ thu phải có tạp âm thấp và độ nhạy cao.
Các hệ thống DWDM hiện nay làm việc trên các kênh bước sóng theo
khuyến nghị của ITU-T dành cho DWDM. Nhiều bước sóng ghép trên một
sợi quang đã mang lại sự linh hoạt và mềm dẻo cho cả các dịch vụ và băng
thông. Mỗi kênh bước sóng có thế truyền tải một loại lưu lượng khác nhau
như SONET/SDH trên một kênh, ATM trên một kênh khác, tín hiệu thoại TDM
hay Internet trên một kênh khác nữa.
+ Một số vấn đề cần quan tâm:
DWDM thực hiện ghép một số lượng lớn các bước sóng quang đã được
điều chế trên một sợi quang. Những kênh quang trong hệ thống DWDM thường
nằm trong một cửa sổ bước sóng, chủ yếu là 1550 nm vì môi trường úng dụng
hệ thống này thường là mạng đường trục, cự ly truyền dẫn dài và có dung lượng
9


truyền dẫn lớn. Giống như bất cứ một công nghệ nào, DWDM cũng tồn tại
những giới hạn và những vấn đề kỹ thuật. Trong chương này, chúng ta sẽ xem
xét một số tham số như: số kênh bước sóng, độ rộng phố nguồn phát, quỹ công
suất, tán sắc và ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến.
1.5.1.

Số kênh bước sóng

Một trong những vấn đề quan trọng là hệ thống sử dụng bao nhiêu kênh
bước sóng và số kênh cực đại hệ thống có thế sử dụng được, số kênh bước sóng
sử dụng phụ thuộc vào:
+ Khả năng băng tần của sợi quang.
+ Khả năng tách / ghép các kênh bước sóng.

+ Tốc độ truyền dẫn của từng kênh.
+ Quĩ công suất quang.
+ Ánh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến.
+ Độ rộng phô của nguôn phát.
+ Khả năng tách ghép của hệ thống WDM.
Mặc dù hệ thống DWDM hoạt động tại vùng cửa sổ truyền dẫn 1550 nm
có khoảng cách giữa các kênh khoảng 100 nm, nhưng do dải khuếch đại của các
thiết bị khuếch đại quang chỉ có độ rộng khoảng 35 nm (Theo qui định của ITUT thì dải khuếch đại này nằm từ bước sóng 1530 nm - 1565 nm) nên trong thực
tế các hệ thống DWDM không tận dụng được hết băng tần của sợi quang. Gọi ÀẰ,
là khoảng cách giữa các kênh bước sóng thì tương ứng ta sẽ có:
Af = C.ÀẰ, /A2

(1-4)

Như vậy tại bước sóng X = 1550 nm, với AX = 35 nm thì Àf = 4,37.10l2Hz.
Giả sử tốc độ truyền dẫn của mỗi kênh bước sóng là 2.5 Gbps thì theo tiêu chuấn
Nyquisst với pho cơ sở của tín hiệu là 2x2.5 = 5GHz, thì số kênh bước sóng cực
đại có thể đạt được N = 847 kênh trong dải băng tần khuếch đại quang. Đây là số
kênh tính theo lí thuyết tuy nhiên với mật độ kênh càng lớn thì đòi hỏi các thành
phần quang trên tuyến phải có chất lượng càng cao. Đe tránh xuyên âm giữa các
kênh này cần có bộ phát rất ốn định và một bộ lọc quang có khả năng chọn lọc
bước sóng cao.
10


Dựa vào khả năng công nghệ hiện nay, ITU- T đưa ra qui định về khoảng
cách giữa các kênh bước sóng là 100 GHz (0.8 nm) hoặc 50 Ghz (0.4 nm) với
chuẩn tần số là 193.1 THz như được chỉ ở phần phụ lục.
Với công nghệ hiện nay DWDM chủ yếu sử dụng dải băng tần 1530 1560 nm còn gọi là băng C:
+ 80 ~ 100 kênh ứng với tốc độ mỗi kênh là 2,5 Gbps.

+ 3 2 - 4 0 kênh ứng với tốc độ mỗi kênh là 10 Gbps.
Dải băng tần từ 1560 - 1600 nm hay còn gọi băng L đã bắt đầu đem vào
sử dụng với:
+ 100- 200 kênh ứng với tốc độ mỗi kênh là 2,5 Gbps.
+ 64 - 100 kênh ứng với tốc độ mỗi kênh là 10 Gbps.
Trong tương lai sẽ mở rộng băng tần DWDM sang dải tần tù' 1480 nm 1520 nm còn gọi là băng tần s với:
+ 80 - 100 kênh tương ứng với tốc độ mỗi kênh là 2,5 Gbps.
+ 3 2 - 4 0 kênh tương ứng với tốc độ mỗi kênh là 10 Gbps [17].
1.5.2.

Độ rộng phơ của nguồn phát

Việc chọn độ rộng phô của nguồn phát đảm bảo cho các kênh bước sóng
không chồng lấn lên nhau hay nói cách tránh hiện tượng chồng phố ở phía thu
các kênh lân cận nhau. Khoảng cách này phụ thuộc vào các thiết bị DWDM như
bộ tách ghép kênh, bộ lọc... và dung sai của các thiết bị DWDM.
Một cách lí tưởng có thế xem hệ thống DWDM như là sự xếp chồng của
các hệ thống truyền dẫn đơn kênh khi mà khoảng cách các kênh bước sóng là đủ
lớn và công suất phát hợp lí. Mối liên hệ giữa các hệ thống phố nguồn phát được
thế hiện bởi tham số đặc trưng cho sự giãn phố, kí hiệu là À, băng tần tín hiệu và
tán sắc. Nếu gọi 8 là hệ số đặc trưng cho sự tương tác giữa nguồn phát và sợi
quang thì sẽ có biểu thức:
£ - B.D.ÀRMS

Trong đó:
B là độ rộng băng tần tín hiệu truyền dẫn.
D là độ tán sắc tương ứng với khoảng cách truyền dẫn.
11

(1-5)

_

HH^3rrạm

Từ công thức 1-5 có thế tính được độ rộng phổ của nguồn phát ARMS
tương ứng với tán D:
ARMS=£/B.D

(1-6)

Neu tính độ rộng phố tại -20 dB thì độ rộng phố của nguồn phát là:
A -20dB= 6,07. ARMS

(1 -7)

Như vậy từ độ rộng phố này và chọn theo kênh bước sóng ở phụ lục 1, sẽ
tìm ra được độ rộng phố yêu cầu của ngưỡng phát.
- Quỹ công suất
Trong DWDM khoảng cách truyền dẫn là rất lớn, khoảng cách giữa các
trạm khuếch đại đường quang cũng lớn. Do vậy công suất quang phải đủ lớn để
bù đắp phần công suất bị suy hao trên đường truyền, đế máy thu đảm bảo tỉ số tín
hiệu trên tạp âm. Thông thường suy hao của sợi quang G.652 tại cửa số truyền
dẫn 1500nm là 0.25dB/km. Tín hiệu quang bị suy hao do nhiều nguyên nhân như
suy hao do sợi quang, do mối hàn nối, do các connector quang, do các thành
phân quang thụ động.... Như vậy, suy hao tông cộng khoảng 0.275dB/km.
s
Trạm A í

Pin
R

j-|—

E

^^Pout

L

Hình 1.4: Sơ đồ tính toán qiũ công suất

Như chỉ ra hình vẽ 1.4, quĩ công suất quang được xác định như sau:
Quĩ công suất quang = (Pout - Pjn)/a

(1-8)

Trong đó:
Pout là công suất quang phát.
Pịn là công suất quang thu

a là hệ số suy hao (dB/km) (Theo ITƯ- T thì a = 0.275dB/km)
-Tản sắc
Bản chất của tán sắc là do phô của xung quang chứa nhiều bước sóng, mà
tốc độ lan truyền các bước sóng quang là khác nhau trong sợi quang và đến cuối

12

với ở đầu vào sợi quang. Các xung quang giãn ra sẽ gây ra sự giao thoa giữa các
xung quang lân cận và sẽ gây ra BER càng lớn.
Tán sắc tỉ lệ thuận với chiều dài sợi quang và độ rộng phổ của ánh sáng
truyền trong sợi quang càng rộng. Xung quang ở cuối sợi quang sẽ bị dãn ra một
lượng:
D = KCE>.AXL

(1-9)

Trong đó: KCD là hệ số tán sắc của sợi có đơn vị là ps/(nm.km).
AẰ. là độ rộng phố ánh sáng quang.
L là chiều dài sợi quang.
Tán sắc tổng cộng bao gồm tổng tán sắc thành phần như tán sắc mode, tán
sắc vật liệu và tán sắc ống dẫn sóng.
Tán sắc mode tồn tại trong các sợi quang đa mode (Mĩ) khi mà các tia
sóng truyền lan trong sợi theo các đường khác nhau do đó dẫn đến thời gian lan
truyền các mode là khác nhau. Tuy nhiên trong thông tin quang chỉ sử dụng sợi
quang đơn mode (SI) nên không tồn tại tán sắc mode.
Tán sắc vật liệu là một hàm của bước sóng do sự thay đổi chiết suất của
vật liệu làm nên lõi sợi, nên nó tạo ra sự phụ thuộc vận tốc nhóm vào bước sóng
ánh sáng.
Tán sác ống dẫn sóng do sợi đơn mode chỉ giữ được 80% năng lượng ánh
sáng truyền trong lõi sợi vì vậy còn 20% năng lượng truyền ngoài bề mặt sợi.
Các phương pháp đế làm giảm thiếu sự ảnh hưởng của tán sắc đến hệ
thống DWDM tốc độ cao có dùng khuếch đại EDFA là:
+ Sử dụng sợi quang có hệ số tán sắc nhỏ.
+ Bù tán sắc bằng phương pháp tự dịch pha SPM.
+ Bù tán sắc bằng các thành phần bù tán sắc thụ động.
+ Bù tán sắc bằng các thiết bị dịch tầng trước.
+ Bù tán sắc bằng kĩ thuật DST.

+ Bù tán sắc bằng sợi DTF.

13


Đối với hệ thống DWDM hiện nay cần phải quan tâm đến ảnh hưởng của
tán sắc mode phân cực (PMD).
Tán sắc mode phân cực PMD là thuộc tính cơ bản của sợi quang đơn
mode và các thành phần hợp thành. Trong đó năng lượng của bất kì bước sóng
nào cũng được phân tích thành hai mode phân cực trực giao có vận tốc truyền
khác nhau như trên hình 1.5. Do vận tốc truyền của hai mode chênh nhau đôi
chút nên thời gian truyền cùng khoảng cách là khác nhau gây ra trễ nhóm
(GVD). Vì vậy PMD gây nên hiện tượng giãn rộng xung tín hiệu làm giảm chất
lượng truyền dẫn.

về

phương diện này ảnh hưởng của PMD cũng giống như ảnh

hưởng của tán sắc ống dẫn sóng. Tuy nhiên vẫn có sự khác nhau, tán sắc ống dần
sóng tương đối ổn định còn PMD trong sợi đơn mode ở bất kì bước sóng nào
cũng không ốn định.

Hình 1.5: Tán sắc PMD

Tán sắc mode phân cực tỉ lệ với căn bậc hai chiều dài sợi quang, được tính
theo công thức:

PMD,.,,, = K . V L

(1-10)

Trong đó: PMDtotai là tán phân cực của sợi quang, đơn vị ps.
K là hệ số tán phân cực của sợi quang, có đơn vị là ps/ km 1/2.
L là chiều dài của sợi, đơn vị km.
- Nguyên nhân của tản sắc mode phân cực là:
Do cấu trúc không hoàn hảo của sợi quang nên có sự khác biệt về chiết
suất đối với trạng thái phân cực trực giao, được gọi là sự chiết quang. Sự khác
biệt chiết suất sẽ sinh ra vận tốc mode khác nhau. Trong sợi đơn mode hiện
tượng này bắt nguồn từ sự không tròn hoặc ovan của lõi sợi theo hai cách: Ống

14


dẫn sóng ovan (vốn có tính chiết quang) và trường lực căng cơ học tạo nên bởi
lõi ôvan gồm cả chiết quang phụ.
Sự chiết quang của các vật liệu trong suốt như thuỷ tinh được tạo ra từ cấu
trúc tinh thê đối xứng. Và vì vậy PDM trong các thành phần quang có thế sinh ra
từ sự chiết quang của các thành phần con trong các thành phần hợp thành. Tín
hiệu truyền trên các đường song song nhau có độ dài quang khác nhau cũng gây
ra hiện tượng trễ nhóm.
Sự phân cực trong sợi đặc trưng cho sự chiết quang lực cơ học. Nhiều
phần tử không phải là thủy tinh được đưa vào trong lớp vỏ sợi nên ở lõi xuất hiện
trường lực không đối xứng giống nhau dọc theo chiều dài của sợi. Khi ánh sáng
phân cực bị ghép trong một đoạn sợi thì trường điện ở đầu ra của ánh sáng đầu
vào được phân tích thành hai mode phân cực được duy trì dọc theo sợi và năng
lượng của chúng sẽ không bị ghép.
Ngoài những nguyên nhân trên, chiết quang sinh ra bởi uốn cong của sợi.
Sự uốn cong đã làm thay đôi mật độ phân tử cấu trúc sợi, làm cho hệ thống khúc
xạ mất đối xúng. Tuy nhiên chiết quang do uốn cong không phải là nguyên nhân

chủ yếu sinh ra PMD.
1.5.3.

Anh hướng của hiệu ứng phi tuyến

Khi công suất trong sợi quang nhỏ thì sợi quang được xem như môi
trường tuyến tính, tính phi tuyến của sợi quang (chủ yếu do chiết suất) có thể bỏ
qua. Tuy nhiên khi công suất ánh sáng trong sợi quang vượt quá một ngưỡng nào
đó thì tính phi tuyến sẽ ảnh hưởng đến quá trình truyền dẫn tín hiệu trong sợi
quang. Khi đó xuất hiện hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang, nghĩa là suy hao và
chiết suất phụ thuộc vào công suất tín hiệu quang trong sợi. Hiệu ứng phi tuyến
sẽ gây một số hiện tượng như: Xuyên âm giữa các kênh quang, suy giảm mức tín
hiệu tùng kênh dần ...
Nhìn chung có thể chia hiệu úng phi tuyến thành hai loại:
Hiệu ứng tán xạ: Bao gồm tán xạ Raman (SRS) và hiệu úng tán xạ
Brillouin (SRB). Hiệu ứng liên quan đến chiết xuất phụ thuộc vào công suất
quang: Bao gồm hiệu ứng tự điều chế pha (SPM), điều chế pha chéo (XPM) và
trộn bốn bước sóng (FWM).
15


^=-Tft 0-13)

Sv

2/rởt
- Hiệu ứng tự điều chế pha (SPM)
Hiện
là SPM
hiện tượng

tuyến
làm
sườn
sau
Hiệu tượng
ứng tựnày
điềucòn
chếgọipha
là hiệudịch
ứngtần
màphi
chiết
suất
củacho
môi
truờng
của
xung
số của
v < môi
Vo và
sườnthay
trướcđổi
của
xung
dịchđộ
đếnánh
tầnsáng
số Vtruyền
> v 0.

truyền
dẫndịch
mà đến
chiếttần
suất
truờng
theo
cuờng
Điều
trong này
đó: cũng có nghĩa phổ của tín hiệu đã bị dãn trong quá trình truyền. Trong
2
hệ thống DWDM do các kênh
khoảng
kênh
gần nhau, hiện tượng
dãn
n = n0có
+ An
+ n2 |E|
(1-11)
NI = n0 cách

phổ có thể
Với:gây ra hiện tượng xuyên nhiễu các kênh với nhau.
-n0 là
Hiệu
ứng
điều
chếtính.

pha chéo SPM
chiết
suất
tuyến
hệ thống
DWDM,
hệ =số1.22xlO'
tán sắc tại
22 một2 bước sóng nào đó không
n2 là Đối
hệ sốvới
chiết
suất phi
tuyến (n
(V/m ) đối với sợi SI).
2
chỉ phụ thuộc vào công suất ánh sáng của sóng đó mà còn phụ thuộc vào công
E là trường quang.
Hiện tượng này tạo nên sự dịch pha phi tuyến ONL của trường quang lan
truyền trong sợi quang. Giả sử bỏ qua sự suy hao quang thì sau khoảng cách L
thì pha của trường quang sẽ là:
^ 2/rnL 2;r(n0 + n2|E|2jL

d) = ——— = — ---Ả

— = const + d) NL

(1-12)

Ả

Đối với các trường quang có cường độ không đối thì hiệu ứng SPM chỉ
làm quay pha trường quang, do đó ít làm ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống.
Tuy nhiên đối với các trường quang có cường độ thay đổi thì pha phi tuyến ONL
sẽ thay đôi theo thời gian. Sự thay đôi theo thời gian có nghĩa là trong xung tín
hiệu sẽ tồn tại nhiều tần số quang khác với tần số trung tâm v 0 với một giá trị
6Vnl, với:

16