Tổng kết nội dung ôn tập công nghệ truyền tải quang

HƯỚNG DẪN ÔN TẬP CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI QUANG
PHẨN 1: HỆ THỐNG WDM
Câu 1(1đ): Phân loại hệ thống WDM theo khoảng cách các kênh bước sóng sử dụng trong
hệ thống.
Có rất nhiều cách phân loại các hệ thống WDM. Tuy nhiên, phổ biến nhất là phân loại theo khoảng
cách các kênh bước sóng sử dụng trong hệ thống.
Hệ thống WDM băng tần rộng (BWDM – Broad passband WDM)
o Đây là hệ thống WDM ra đời sớm nhất trong lịch sử phát triển của WDM.
o Nó thực hiện truyền dẫn 2 kênh bước sóng, trong đó mỗi kênh bước sóng thuộc một cửa
sổ truyền dẫn (vùng 850 nm, 1310 nm hoặc vùng 1550 nm). Như vậy, khoảng cách giữa
các kênh trong hệ thống này cỡ vài trăm nm.
o Đặc điểm của hệ thống này là chi phí hệ thống thấp, tuy nhiên dung lượng và khoảng
cách truyền dẫn bị giới hạn.
CWDM: ghép kênh theo bước sóng mật độ thấp
o Đây là hệ thống WDM ra đời từ đầu những năm 1990 cho phép ghép nhiều hơn 2 bước
sóng trên hệ thống. Khoảng cách giữa các bước sóng khá lớn (cỡ 20 nm).
o ITU-T đã đưa ra chuẩn G.694.2 quy định về khoảng cách các kênh, bước sóng trung tâm
của hệ thống này như sau:

Khoảng cách các kênh: 2500 GHz

Bước sóng trung tâm: 1552.52 nm

Dải bước sóng hoạt động từ 1270 nm đến 1610 nm)
DWDM: ghép kênh theo bước sóng mật độ cao

-

-

-

o Đây là hệ thống WDM ra đời từ giữa những năm 1990 và cũng chính là các hệ thống





WDM hiện tại đang khai thác trên thế giới. Hệ thống này cho phép ghép rất nhiều các
bước sóng trên hệ thống. Khoảng cách giữa các bước sóng chỉ cỡ 200 GHz, 100 GHz, 50
GHz và thậm chí là 25 GHz.
o ITU- T đã đưa ra chuẩn G.692 quy định về khoảng cách các kênh, bước sóng trung tâm
của hệ thống DWDM như sau:
Khoảng cách các kênh: 100 GHz
Bước sóng trung tâm: 1552.52 nm
Vùng bước sóng hoạt động: Băng S, C, L, U.

Câu 5 (2đ,1 ý): Sơ đồ khối và trình bày nguyên lý hoạt động của hệ thống thông tin quang
ghép kênh theo bước sóng WDyM đơn hướng/ song hướng.
Có trong ngân hang Ao Sen
a. Hệ thống đơn hướng

- Vẽ được sơ đồ hệ thống WDM đơn hướng
- Nêu được chức năng các khối
- Trình bày được hoạt động hướng phát
Page | 1


- Trình bày được hoạt động hướng thu
Phương thức truyền dẫn đơn hướng: bước sóng chiều phát trên 1 sợi và bước sóng chiều thu trên
1 sợi khác

b. Hệ thống song hướng

Phương thức truyền dẫn song hướng: 2 bước sóng chiều phát và chiều thu trên cùng một sợi

PHẦN 2: KHUẾCH ĐẠI QUANG OA
Câu 1(2đ): Nêu các tham số cơ bản của bộ khuếch đại quang.
a. Hệ số khuếch đại:
G = Pout / Pin
G (dB) = 10 log (Pout / Pin)
-

Pin và Pout là công suất đầu vào và đầu ra của bộ khuếch đại quang [mW].
Hệ số khuếch đại đặc trưng cho khả năng khuếch đại công suất ánh sáng của bộ khuếch đại.
Page | 2


-

-

-

-

Bị giới hạn bởi các cơ chế bão hòa khuếch đại. Điều này làm giới hạn công suất quang ra cực đại
của bộ khuếch đại.
b. Độ rộng băng tần khuếch đại (B0)
Hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại quang là một hàm số của tần số quang [G(f)]. Tức là, khi đo
hệ số khuếch đại G của các tín hiệu quang ở các tần số khác nhau sẽ khác nhau.

Độ rộng băng tần khuếch đại của bộ khuếch đại quang B o được xác định bởi điểm -3dB so với hệ
số khuếch đại đỉnh của bộ khuếch đại.
Giá trị Bo xác định băng thông của các tín hiệu có thể được truyền bởi một bộ khuếch đại quang.
Do đó, nó ảnh hưởng đến hoạt động của các hệ thống thông tin quang khi sử dụng chúng.
c. Công suất ra bão hòa
Khi hoạt động ở chế độ tín hiệu nhỏ, công suất quang ở đầu ra sẽ tăng tuyến tính với công suất
quang ở đầu vào theo hệ số khuếch đại G: Pout = G.Pin.
Tuy nhiên, khi công suất đầu vào P in tăng đến một mức nào đó, hệ số khuếch đại G không tăng
tuyến tính với tính hiệu đầu vào nữa mà có thể không đổi thậm chí bắt đầu giảm khi tiếp tục tăng
công suất đầu vào. Khi đó, bộ khuếch đại quang đạt trạng thái bão hòa.

Công suất ở đầu ra tại điểm G giảm 3 dB được gọi là công suất ra bão hòa P sat, out.
Công suất ra bão hòa Psat, out của một bộ khuếch đại quang cho biết công suất đầu ra lớn nhất mà bộ
khuếch đại quang có thể hoạt động được.
Một bộ khuếch đại quang có hệ số khuếch đại cao sẽ có công suất ra bão hòa cao.
d. Nhiễu bộ KĐ - Hệ số nhiễu NF
Các bộ khuếch đại quang đều tạo ra nhiễu, gây ra do phát xạ tự phát, pha của các photon phát xạ
tự phát là ngẫu nhiên.
Năng lượng do phát xạ tự phát tạo ra cũng sẽ được khuếch đại khi chúng truyền qua bộ khuếch
đại về phía đầu ra.
Tại đầu ra của bộ khuếch đại công suất quang thu được P out bao gồm cả công suất tín hiệu được
khuếch đại - G.Pin và công suất nhiễu phát xạ tự phát được khuếch đại (ASE) - PASE.
Pout = G.Pin + PASE

-

Ảnh hưởng của nhiễu đối với bộ khuếch quang được biểu diễn bởi hệ số nhiễu (NF).

Page | 3

-

SNRin, SNRout là tỷ số tín hiệu trên nhiễu tại đầu vào và đầu ra của bộ khuếch đại [mW].
NF của bộ khuếch đại càng nhỏ thì càng tốt.

Câu 2(1đ): Ưu khuyết điểm của khuếch đại quang bán dẫn EDFA/ Raman.
EDFA
Raman
Ưu:
Ưu:
+Nguồn laser bơm bán dẫn có độ tin cậy + Tạp âm nhiễu thấp
cao, gọn và công suất cao.
+ Cấu trúc đơn giản, không cần sợi đặc biệt.
+Cấu hình đơn giản, hạ giá thành của hệ + Dễ chọn băng tần.
thống.
+ Có thể đạt được băng thông rộng nhờ kết hợp
+Cấu trúc nhỏ gọn: có thể lắp đặt nhiều vài laser bơm.
EDFA trong cùng 1 trạm, dễ vận chuyển,
thay thế.
+ Công suất nguồn nuôi nhỏ: thuận lợi cho
áp dụng các tuyến thông tin quang vượt
biển.
+Ko có nhiễu xuyên kênh khi KĐ các tín
hiệu WDM như bộ KĐ quang bán dẫn.
+ Hầu như ko phụ thuộc vào phân cực của
tín hiệu
Nhược:
Nhược:
+Phổ KĐ của EDFA ko bằng phẳng

+Xuyên âm giữa các kênh tín hiệu do tán xạ
+Băng tần hiện nay bị giới hạn trong băng Raman kích thích SRS.
C và L
+Hệ số KĐ thấp.
+Nhiễu được tích lũy qua nhiều chặng gây + Hiệu suất KĐ thấp hơn so với EDFA: KĐ
hạn chế cự ly truyền.
Raman cần 1 công suất bơm lớn hơn để đạt cùng
1 giá trị hệ số KĐ.
Câu 3 (3đ): Vẽ sơ đồ cấu trúc của bộ khuếch đại EDFA theo 3 chế độ bơm thuận/ngược/2
chiều, nêu chức năng các khối và nguyên tắc hoạt động.
a. Chế độ bơm thuận:

-

Bơm thuận với bước sóng bơm 980nm.
Page | 4


Ion erbium trong sợi quang EDFA liên tục được chuyển tiếp từ vùng năng lượng 4I15/2 thấp lên
vùng năng lượng cao 4I11/2, sau đó các ion sẽ phân rã xuống vùng 4I13/2 nhưng không phát xạ.
- Từ vùng này, khi có tín hiệu ánh sáng kích thích thì các ion sẽ phát xạ bước sóng mong muốn (từ
1550 đến 1600 nm) khi chuyển từ vùng năng lượng 4I13/2 xuống vùng 4I15/2. Đây chính là hệ thống
ba mức. Thời gian sống của ion erbium ở mức 4I11/2 khoảng 1µs trong khi ở 4I13/2 thì tới 10ms. Với
thời gian sống dài, vùng 4I15/2 được gọi là vùng ổn định.
- Các ion được bơm lên mức cao, sau đó nhanh chóng xuống vùng 4I13/2 và tồn tại ở đó trong một
khoảng thời gian tương đối dài tạo nên sự nghịch đảo về nồng độ.
b. Chế độ bơm ngược
-

-

Bơm ở bước sóng 1480nm
Các ion erbium chỉ hoạt động trong hai vùng năng lượng 4I13/2 và 4I15/2. Đây là hệ thống 2 mức.
Các ion erbium liên tục được chuyển từ vùng năng lượng nền 4I15/2 lên vùng năng lượng kích thích
4
I13/2 nhờ năng lượng bơm.
Vì thời gian tồn tại ở mức này dài nên chúng tích lũy tại đây tạo ra sự nghịch đảo nồng độ.
c. Chế độ bơm 2 hướng

-

Sử dụng cả 2 nguồn bơm (980nm và 1480nm ngược chiều nhau).

Chức năng các khối:
-

Sợi quang pha ion đất hiếm Erbium (EDF):
+ nồng độ pha tạp 100 – 2000 ppm, là môi trường KĐ, tạo ra trạng thái nghịch đảo nồng độ.
+ Vùng lõi trung tâm có đường kính từ 3 -6 µm được pha trộn ion Er3+ là nơi có cường độ sóng
bơm. Là nơi xảy ra quá trình khuếch đại (vùng tích cực) của EDFA.
+ Lớp bọc có chiết suất thấp hơn bao quanh vùng lõi, Lớp vỏ bảo vệ bao quanh sợi quang tạo
bán kính sợi quang tổng là 250 µm.
Page | 5


-

-

-

+ Trong giản đồ phân bố năng lượng, các ion Er3+ có thể tồn tại ở nhiều vùng năng lượng khác
nhau được ký hiệu: 4I15/2 , 4I13/2 , 4I11/2, 4I9/2, 4F9/2, 4S9/2, 2H11/2.
Laser bơm:
+ Cung cấp năng lượng ánh sáng để tạo ra trạng thái nghịch đạo nồng độ trong vùng tích cực.
Laser bơm phát ra ánh sáng có bước sóng 980nm hoặc 1480nm.
WDM Coupler:
+ Ghép tín hiệu quang cần khuếch đại và ánh sáng từ laser bơm vào trong sợi quang. Loại
coupler được sử dụng là WDM coupler cho phép ghép các tín hiệu có bước sóng 980/1550nm
hoặc 1480/1550nm.
Bộ cách ly quang:
+ Ngăn không cho tín hiệu quang phản xạ ngược về phía đầu phát hoặc các tín hiệu quang trên
đường truyền phản xạ ngược về EDFA.

Nguyên tắc hoặt động:

-

-

Khi bơm ánh sáng cho laser:
+ Khi sử dụng nguồn bơm laser 980nm, các ion Er3+ ở vùng nền sẽ hấp thụ năng lượng từ các
photon (có năng lượng Ephoton =1.27eV) và chuyển lên trạng thái năng lượng cao hơn ở vùng
bơm (1).
+ Tại vùng bơm, các ion Er3+ phân rã không bức xạ rất nhanh (khoảng 1µs) và chuyển xuống
vùng giả bền (2).
Khi sử dụng nguồn bơm laser 1480nm, các ion Er3+ ở vùng nền sẽ hấp thụ năng lượng từ các
photon (có năng lượng Ephoton =0.841eV) và chuyển sang trạng thái năng lượng cao hơn ở
đỉnh của vùng giả bền (3).
+ Các ion Er3+ trong vùng giả bền luôn có khuynh hướng chuyển xuống vùng năng lượng thấp

(4).
+ Sau khoảng thời gian sống (khoảng 10ms), nếu không được kích thích bởi các photon có năng
lượng thích hợp các ion Er3+ sẽ chuyển sang trạng thái năng lượng thấp hơn ở vùng nền và phát
xạ ra photon (phát xạ tự phát) (5).
Khi cho tín hiệu ánh sáng đi vào EDFA, có 2 quá trình:
Page | 6


-

+ Các photon tín hiệu bị hấp thụ bởi các ion Er3+ ở vùng nền (6). Tín hiệu ánh sáng bị suy hao
+ Các photon tín hiệu kích thích các ion Er 3+ ở vùng giả bền (7). Hiện tượng phát xạ kích thích
xảy ra => EDFA khuếch đại tín hiệu ánh sáng tới.
KĐ tín hiệu ánh sáng tới:
+ Các ion Er3+ ở vùng giả bền đang ở trạng thái kích thích nhờ nguồn bơm (7) nhận được kích
thích từ tín hiệu ánh sáng tới sẽ chuyển trạng thái năng lượng từ mức năng lượng cao ở vùng giả
bền xuống mức năng lượng thấp ở vùng nền và phát xạ ra photon mới có cùng hướng truyền,
cùng phân cực, cùng pha và cùng bước sóng.
=> Tín hiệu ánh sáng được khuếch đại.

Câu 4(3đ): Trình bày cấu tạo và giải thích nguyên lý hoạt động của bộ khuếch đại Raman/
SOA.
a. Bộ KĐ Raman
- Cấu tạo:

+ Sợi quang: nơi xảy ra quá trình khuếch đại, là sợi quang thường truyền tín hiệu như sợi SMF,
DSF..... Trong khuếch đại Raman, không cần sử dụng sợi quang đặc biệt như EDFA.
+ Coupler: dùng để ghép bước sóng tín hiệu vào với bước sóng bơm.
+ Laser bơm có tần số ωp: dùng để cung cấp năng lượng cho các nguyên tử của sợi quang
chuyển lên trạng thái kích thích, giúp tạo ra sự nghịch đảo nồng độ. Laser phát ra ánh sáng có

bước sóng thích hợp tùy thuộc vào vùng bước sóng cần khuếch đại. Đây là một ưu điểm quan
trọng của khuếch đại Raman so với EDFA (chỉ khuếch đại được các bước sóng ở băng C).
+ Bộ lọc (hoặc bộ cách ly): đặt ở hai đầu của bộ khuếch đại quang để ngăn chặn tín hiệu phản xạ
ở hai đầu bộ khuếch đại. Đồng thời nó cũng giúp loại trừ nhiễu ASE theo hướng ngược về phía
đầu vào có thể gây ảnh hưởng đến tín hiệu đầu vào.
Nguyên lý hoạt động:

Page | 7


-

-

-

Luồng ánh sáng bơm có tần số ωp và ánh sáng tín hiệu ở tần số ωs cùng được đưa vào sợi quang
thông qua một coupler quang. Năng lượng sẽ được truyền từ ánh sáng bơm sang ánh sáng tín hiệu
thông quang hiệu ứng SRS trong sợi quang. Cụ thể:
Ánh sáng bơm từ một laser bơm có bước sóng thấp hơn bước sóng của tín hiệu cung cấp năng
lượng cho các nguyên tử của sợi quang. Khi đó, các nguyên tử của sợi quang sẽ hấp thụ năng
lượng ánh sáng bơm và chuyển lên mức cao hơn (mức khích thích) tạo ra sự đảo lộn nồng độ
Khi có tín hiệu ánh sáng tới, nó sẽ kích thích các nguyên tử đang ở mức năng lượng cao chuyển
sang trạng thái năng lượng thấp hơn và giải phóng ra một năng lượng dưới dạng photon ánh sáng
có cùng bước sóng (dài hơn bước sóng bơm) và cùng pha với tín hiệu đến. Do đó, tín hiệu đã
được khuếch đại

Các cấu hình bơm KĐ Raman
-

Bơm xuôi:

-

Bơm ngược:

Page | 8


-

Bơm 2 hướng:

b. Bộ KĐ SOA
-

Cấu tạo

Page | 9


-

+ SOA được điều khiển bởi dòng điện,
+ Vùng tích cực trong SOA khuếch đại ánh sáng đầu vào nhờ quá trình phát xạ kích thích.
+ Tín hiệu đầu ra bao gồm cả tín hiệu truyền dẫn và nhiễu phát xạ tự phát được khuếch đại
(ASE) do quá trình khuếch đại gây ra.
Nguyên lý hoạt động:
+ Dựa trên cơ chế phát xạ kích thích của lớp tiếp giáp PN.
+ Khi có dòng điện điều khiển, các điện tử ở trạng thái năng lượng E1 được kích thích bởi dòng

điều khiển sẽ nhảy lên mức NL cao hơn E2 và tạo nên sự nghịch đảo nồng độ.
+ Khi có ánh sáng tới kích thích các điện tử đang ở trạng thái kích thích E2. Các điện tử này hấp
thụ năng lượng ánh sáng trở về trạng thái E1 nó sẽ giải phóng ra một năng lượng Sóng điện từ
mới dưới dạng ánh sáng có năng lượng lớn hơn E2 – E1.
+ Quá trình kích thích các điện tử ở trạng thái E2 tiếp tục diễn ra, khi đó tín hiệu ánh sáng được
KĐ.
+ Cũng có 1 số điện tử ở trạng thái E2 không nhận được năng lượng của ánh sáng tới cũng trở
về trạng thái E1 và phát xạ ra các photon. Quá trình phát xạ này gọi là phát xạ tự phát.

PHẦN 3: BÙ TÁN SẮC
Câu 1: Trình bày các phương pháp bù quang để bù tán sắc trong hệ thống thông tin quang.
Giải pháp này thường được sử dụng để bù tán sắc trên các đường truyền dẫn quang. Hiện nay, có rất
nhiều kỹ thuật được sử dụng như:
Page | 10


- Sử dụng sợi quang bù tán sắc (DCF)
- Sử dụng các bộ lọc quang.
- Sử dụng cách tử sợi quang
- Sử dụng kỹ thuât kết hợp pha quang.
 Sử dụng sợi quang bù tán sắc (DCF)

Phương pháp bù tán sắc bằng sợi có tán sắc âm.
Phương pháp này dựa trên nguyên lý sau: Tán sắc của sợi đơn mode nói chung là tổng của tán sắc dẫn
sóng và tán sắc vật liệu.
Như vậy, về mặt nguyên tắc với một cấu trúc thành phần hợp lý có thể tạo ra sợi có tán sắc đủ lớn,
ngược dấu tại bước sóng công tác định trước.
Dựa theo tính chất này, trên mỗi khoảng lặp đặt thêm một đoạn sợi có tán sắc âm với độ dài hợp lý thì
có thể bù được phần nào tán sắc.
Ưu điểm:

- Thiết bị bù tán sắc hoàn toàn thụ động.
- Bù trong khoảng tán sắc lớn.
Nhược điểm:
- Suy hao của bộ bù tán sắc lớn và phụ thuộc vào khoảng tán sắc phải bù.
- Phải giám sát công suất tín hiệu truyền để tránh các hiện tượng hiệu ứng.
 Sử dụng bộ lọc quang
Trong kỹ thuật bù tán sắc bằng bộ lọc quang, thường một bộ lọc quang được đặt sau một chặng sợi dài
L km.
Giả sử bộ lọc quang có hàm truyền đạt H(ω):

Tín hiệu truyền qua bộ lọc được biểu diễn như biểu thức:

Bằng cách khai triển pha của H(ω) theo chuỗi Taylor và giữ ở số hạng bậc hai sẽ được biểu thức:

Pha không đổi φ0 và trễ thời gian φ1 sẽ không ảnh hưởng tới dạng xung và có thể bỏ qua.
Pha do sợi sinh ra có thể được bù bằng cách chọn bộ lọc quang sao cho có
φ2 = - β2L.
(4-23)
Page | 11


Xung có thể được phục hồi hoàn toàn chỉ khi H(ω) thỏa mãn điều kiện (4-23) và các số hạng bậc ba và
bậc cao hơn trong khai triển Taylor là không đáng kể.
 Sử dụng sợi quang cách tử Bragg

- Nguyên lý bù tán sắc của quang sợi cách tử Bagg chu kỳ biến đổi
Để bù tán sắc trong các hệ thống TTQ, người ta thường sử dụng sợi quang cách tử Bragg chu kỳ biến
đổi tuyến tính.
Sợi quang cách tử Bragg chu kỳ biến đổi tuyến tính là một sợi quang đơn mode có một đoạn lõi được
khắc các cách tử có chu kỳ thay đổi một cách tuyến tính dọc theo chiều dài của quang sợi:

Λ(z) = Λ0 + Λ1(z)
Trong đó, Λ0 là chu kỳ ở điểm bắt đầu của đoạn cách tử, Λ1 là sự thay đổi tuyến tính dọc theo chiều dài
của đoạn cách tử.
Tại vị trí z trên đoạn cách tử Bragg, một sóng ánh sáng sẽ bị phản xạ ngược lại nếu bước sóng của nó
thỏa mãn công thức:
λB(z) = 2neff (z)Λ(z)
Trong đó, λB(z) là bước sóng Bragg tại vị trí z tương ứng với chu kỳ cách tử Λ(z).
Đặc tính của quang sợi cách tử Bragg chu kỳ biến đổi là tại những vị trí tương ứng với chu kỳ dài hơn
sẽ phản xạ những ánh sáng có bước sóng dài hơn.
Khi các xung tín hiệu có các bước sóng dài hơn đi vào đầu đoạn sợi cách tử có chu kỳ dài sẽ bị phản xạ
ở phần đầu của đoạn cách tử và những bước sóng ngắn hơn sẽ phải đi một quãng đường xa hơn của
đoạn cách tử sau đó mới phản xạ ngược lại.

Với sự phản xạ của những thành phần tín hiệu có các bước sóng dài hơn ở phần đầu của đoạn cách tử
và các thành phần tín hiệu có những bước sóng ngắn hơn sẽ phải đi một quãng đường xa hơn của đoạn
cách tử sau đó mới phản xạ ngược lại. Kết quả là một khoảng thời gian trễ d sẽ được tạo ra giữa thành
phần bước sóng ngắn so với thành phần bước sóng dài. Khoảng cách d được xác định theo công thức:
Page | 12


Trong công thức trên d là khoảng thời gian trễ, n eff là chiết xuất hiệu dụng, L là độ dài đoạn cách tử
Bragg, c là vận tốc ánh sáng trong chân không, Δλc là hiệu số giữa bước sóng bị phản xạ ở đầu đoạn
cách tử (thành phần bước sóng dài nhất) so với bước sóng bị phản xạ ở cuối đoạn cách tử (thành phần
ngắn nhất).
- Sơ đồ thiết bị bù tán sắc dùng cách tử Bragg
Mô hình cơ bản của thiết bị bù tán sắc dùng cách tử Bragg chu kỳ thay đổi tuyến tính
Circulator là thiết bị ghép nối quang chỉ cho ánh sáng đi lần lượt các cổng 1, 2, 3 theo chiều kim đồng
hồ.
Một xung bị giãn rộng sau khi được khuếch đại sẽ đi qua một circulator để tới đoạn cách tử Bragg có
chu kỳ biến đổi như hình vẽ.

Trong mô hình cơ bản của thiết bị bù tán sắc dùng cách tử Bragg chu kỳ thay đổi tuyến tính:
Tại đoạn cách tử, thành phần bước sóng ngắn tới trước do tán sắc sẽ phải đi thêm quãng đường nữa
trước khi được phản xạ ngược lại để tới thiết bị đầu thu.
Trong khi đó, thành phần bước sóng dài hơn, đến chậm hơn do bị tán sắc, sẽ được phản xạ ngay khi tới
cách tử Bragg. Kết quả là xung tín hiệu sau khi đi qua thiết bị bù đã được co lại.
Tính toán hợp lý các số liệu về độ dài đoạn cách tử Bragg, hàm thay đổi của chu kỳ các cách tử L(z),
người ta có thể thu được xung ánh sáng có độ rộng như ở đầu phát.
Điều đó có nghĩa là:
Đối với kỹ thuật bù tán sắc bằng cách tử Bragg sợi, có thể coi như là một bộ lọc quang có sự tồn tại của
“băng dừng”, là vùng tần số mà trong đó hầu hết ánh sáng tới đều được phản xạ trở lại.
Băng dừng có bước sóng trung tâm bằng bước sóng Bragg:
λB= 2n Λ,
trong đó n là chỉ số mode và Λ là chu kỳ cách tử.
=> Kết quả tín hiệu quang ra sẽ được bù tán sắc.
Page | 13




Bù tán sắc kết hợp pha quang

Trong hệ thống quang cự li dài, sử dụng kỹ thuật điều chỉnh pha quang (OPC) để bù tán sắc.
Nguyên lý của OPC là thực hiện điều chỉnh kết hợp pha của song ánh sang dưới dạng trường phức tại
chặng giữa của tuyến, sao cho ảnh hướng của GVD ở nửa sau của tuyến sẽ trung hòa ảnh hưởng của
GVD ở nữa đầu của tuyến.
Phương pháp này còn được gọi là đảo phổ giữa chặng
Phương pháp sử dụng thông dụng nhất trong OPC là FWM trong môi trường phi tuyến: thường chọn
bước song bơm trùng với bước song tán sắc không.

PHẦN 4: TRUYỀN TẢI QUANG – IP QUANG.
Câu 1: Trình bày các giai đoạn phát triển IP/ WDM.
a. Giai đoạn IP/ATM/SDH/WDM

Page | 14


Đây là giai đoạn đầu tiên trong công nghệ truyền tải IP trên quang.
Trong giai đoạn này, các IP datagram trước khi đưa vào mạng truyền tải quang phải thực hiện chia
cắt thành các tế bào ATM để có thể đi từ nguồn tới đích
- Tại chuyển mạch ATM cuối cùng, các IP datagram mới được khôi phục lại từ các tế bào.
- Đây là giai đoạn có đầy đủ các tầng IP, ATM và SDH, do đó chi phí lắp đặt, vận hành và bảo
dưỡng tốn kém nhất. Tuy nhiên, khi công nghệ các router còn nhiều hạn chế về mặt tốc độ, dung
lượng thì việc xử lý truyền dẫn IP trên quang thông qua ATM và SDH vẫn có lợi về mặt kinh tế.
b. Giai đoạn IP/SDH/WDM
-

-

-

Giai đoạn này, tầng ATM đã bị loại bỏ và các IP datagram được chuyển trực tiếp xuống tầng
SDH. Thay vào đó, người ta sử dụng công nghệ router với những ưu điểm vượt trội so với chuyển
mạch ATM về mặt tính năng, dung lượng và vì router IP là phương tiện truyền dẫn ưu việt cho
công nghệ IP datagram.
Ngoài ra, việc có thêm kỹ thuật MPLS bổ sung vào tầng IP sẽ tạo ra hai khả năng mới:
Thứ nhất, nó cho phép thực hiện kỹ thuật lưu lượng nhờ vào khả năng thiết lập kênh ảo VC.
Thứ hai, MPLS tách riêng mặt điều khiển ra khỏi mặt định hướng nên cho phép giao thức điều
khiển IP quản lý trạng thái thiết bị mà không yêu cầu xác định rõ biên giới của các IP datagram.
Như vậy, có thể dễ dàng xử lý đối với các IP datagram có độ dài thay đổi.

c. Giai đoạn IP/WDM

Page | 15


-

Trong giai đoạn này, tầng SDH cũng bị loại bỏ và IP datagram được chuyển trực tiếp xuống tầng
quang.
Giải pháp này cho phép truyền trực tiếp IP datagram trên hệ thống WDM, mỗi giao thức sẽ có
một bước sóng tương ứng.
Việc loại bỏ tầng ATM và tầng SDH đồng nghĩa với việc có ít phần tử mạng phải quản lý hơn và
việc xử lý cũng ít hơn (việc xử lý ở đây thực hiên theo từng luồng quang).
Các bước sóng khác nhau có thể xen/rẽ hoặc chuyển đổi bước sóng ở các nút khác nhau nhờ các
thiết bị như: OXC, OADM, bộ định tuyến bước sóng quang.
Sự kết hợp IP phiên bản mới với khả năng khôi phục của tầng quang, các thiết bị OAM&P và
chức năng định tuyến phân bố đã tạo ra khả năng phục hồi, phát hiện lỗi và giám sát nhanh.
Một điểm mới là với cấu trúc khung gọn nhẹ có thể thay thế cho các chức năng mà các khung
SDH thực hiện trong các kết nối Och. Sự tồn tại của hàng loạt giao thức kỹ thuật lưu lượng MPLS
(MPLS TE) đã mở rộng khả năng hoạt động cho mạng quang và tầng IP, đặc biệt là các router IP
ngày nay có thể giao diện trực tiếp với mạng quang.
PHẦN 5: MẠNG TRUY NHẬP QUANG FTTx

Câu 1: Nêu khái niệm và nêu các ưu khuyết điểm của FTTx.
- Khái niệm: Đây là một hình thức truy nhập trong mạng truy nhập sợi quang, để đưa dịch vụ tới
khách hàng.
- FTTx bao gồm các hệ thống truy nhập:
 Sợi quang tới vùng dân cư (FTTC).
 Sợi quang tới cơ quan (FTTO).
 Sợi quang tới tòa nhà (FTTB).

 Sợi quang tới tận nhà (FTTH).
- Ưu điểm:
 Dung lượng lớn
 Cự ly đoạn lặp dài
 Tính cách điện tốt
Page | 16


Tính bảo mật cao
Độ tin cậy cao và dễ bảo dưỡng
Tính linh hoạt lớn
Tính mở rộng cao
Nhược điểm:
 Mặc dù sợi quang rất rẻ nhưng chi phí cho lắp đặt, bảo dưỡng, thiết bị đầu cuối là rất lớn.
 Do thiết bị đầu cuối còn khá đắt nên không phải lúc nào hệ thống mạng FTTx cũng phù
hợp.
 Đối với những ứng dụng thông thường, không đòi hỏi băng thông lớn như lướt Web,
Check mail…thì cáp đồng vẫn được tin dùng. Do đó càng ngày người ta càng cần phải đầu
tư nghiên cứu để giảm các chi phí đó.





-

Câu 2(1đ): Cho biết các công nghệ của mạng quang thụ động PON.
- Mạng quang thụ động (PON) là một kiến trúc mạng điểm - đa điểm, sử dụng các bộ chia quang
thụ động (không có nguồn cung cấp) để chia công suất quang từ một sợi quang tới các sợi quang
cung cấp cho nhiều khách hàng.

- Ưu điểm của PON là không cần nguồn cung cấp nên không bị ảnh hưởng bởi nhiễu nguồn, có độ
tin cậy cao và không cần phải bảo dưỡng như đối với các phần tử tích cực.
- Các công nghệ PON:
• Công nghệ ATM PON: được ban hành thành tiêu chuẩn trong G983.1 của ITU. Trên cơ sở
này đã xây dựng PON băng rộng (B-PON) chuẩn ITU-T G983. Một mạng APON/BPON điển
hình cung cấp 622Mbít/s băng thông đường xuống và 155 Mbit/s đường lên.
• Công nghệ GPON: Chuẩn ITU-T G984 mô tả sự gia tăng trong cả băng thông và hiệu suất sử
dụng băng thông nhờ sử dụng gói lớn, có độ dài thay đổi.
Hơn nữa chuẩn G984 cho phép vài sự lựa chọn tốc độ bít, cơ bản sử dụng tốc độ 2,488
Mbit/s cho luồng xuống và tốc độ 1,244 Mbit/s cho luồng lên.
Phương thức gói tổng hợp GPON (GPON Encapsulation Methed- GEM) cho phép đóng gói
lưu lượng dữ liệu người dùng rất hiệu quả, với sự phân đoạn khung cho phép đảm bảo chất
lượng dịch vụ QoS cao hơn phục vụ các lưu lượng nhạy cảm (dịch vụ thời gian thực yêu cầu
trễ thấp) như truyền thoại và luồng video.
• Công nghệ: EPON/GEPON
+ Chuẩn IEEE 802.3 Ethernet PON (EPON hay GEPON) được hoàn thành năm 2004,
như một phần của dự án Ethernet First Mile.
+ EPON chuẩn IEEE 802.3 sử dụng khung Ethernet đối xứng 1,24 Gbit/s tốc độ luồng
lên và luồng xuống.
+ EPON có thể ứng dụng cho các mạng trung tâm dữ liệu, cũng như các mạng dịch vụ
bộ ba thoại, dữ liệu và video.
+ Gần đây, bắt đầu từ năm 2006, tiếp tục thực hiện chuẩn EPON tốc độ cực cao
10Gigabit/s (chuẩn XEPON hay 10- GEPON).
• WDM PON: ???

Page | 17


Câu 3: Cấu hình tham chiếu và nêu các khối chức năng cơ bản của mạng truy nhập quang
FTTx.

Các khối chức năng cơ bản của mạng truy nhập FTTx
-

-

-

Khối chức năng OLT
+ Khối đầu cuối đường quang OLT cung cấp giao diện quang phía mạng với ODN, đồng thời
cũng cung cấp ít nhất một giao diện phía mạng dịch vụ.
OLT có thể chia thành dịch vụ chuyển mạch và dịch vụ không chuyển mạch.
OLT cũng quản lý báo hiệu và thông tin giám sát điều khiển đến từ ONU, từ đó cung cấp chức
năng bảo dưỡng cho ONU. OLT có thể lắp đặt ở tổng đài nội hạt hoặc một vị trí ở xa.
Khối chức năng ONU/ONT:
+ Khối mạng quang ONU/ONT đặt ở giữa ODN và thuê bao.
Phía mạng của ONU có giao diện quang, còn phía thuê bao là giao diện điện.
Do đó, ONU có chức năng biến đổi quang/điện. Đồng thời có thể thực hiện chức năng xử lý và
quản lý bảo dưỡng các loại tín hiệu điện.
ONU có thể đặt ở phía khách hàng (FTTH/B) hoặc ngoài trời (FTTC).
Khối chức năng ODN:
+ Khối mạng phân phối quang ODN đặt giữa ONU với OLT.
Chức năng của nó là phân phối công suất tín hiệu quang.
ODN chủ yếu là linh kiện quang không nguồn và sợi quang tạo thành mạng phân phối quang thụ
động.
Nếu ODN được thay thế bằng bộ ghép kênh quang thì trở thành mạng phân phối quang hình sao
tích cực.
PHẦN 6: QUẢN LÝ VÀ ĐIỀU KHIỂN QUANG

Page | 18

Câu 1: Trình bày phương pháp bảo vệ trong mạng vòng (ring) quang UPSR/2
Sơ đồ mạng vòng 2 sợi đơn hướng chuyển mạch bảo vệ tuyến (2F USHR/P) như hình 3.21. 2F
USHR/P là một cơ cấu mạng vòng ởtrạng thái bình thường, nhưng khi đứt cáp tại một điểm nào đó
sẽhoạt động theo kiểu mạng đường thẳng. Nghĩa là trong trạng thái đứt cáp thì sợi hoạt động và sợi
bảo vệ đều đi chung trong một cáp.
Hình 3.21a là hoạt động của mạng vòng hai sợi đơn hướng với giảthiết là nút A và nút C đang liên lạc
với nhau. Ởtrạng thái bình thường, tín hiệu truyền đồng thời trên cảsợi hoạt động (W) và sợi bảo vệ(P).
Tín hiệu phát và tín hiệu thu của một nút ADM truyền trên hai sợi khác nhau và cùng hướng với nhau,
trong hình là cùng hướng kim đồng hồ. Tại phía thu có chuyển mạch bảo vệvà chuyển mạch tiếp xúc
với sợi hoạt động W.
Hình 3.21b mô tảtrạng thái cáp bị đứt trên đoạn BC. Khi cáp đứt, tại đầu vào nút C mất tín hiệu, tức là
có cảnh báo LOS. Ngay sau đó, chuyển mạch tại C hoạt động và chuyển sang tiếp xúc với sợi P bên
trái. Chuyển mạch trang bịcho tất cảcác tín hiệu lớp tuyến nên gọi là chuyển mạch bảo vệ tuyến.

Câu 2: Các phương pháp điều khiển trong mạng quang
Có 3 phương pháp điều khiển trong các mạng IP trên quang:
 Phương pháp điều khiển tĩnh: Áp dụng cho giai đoạn đầu tổ chức truyền tải IP/ WDM và việc

điều khiển giữa IP và WDM được thực hiện theo một phương thức cấp phát cố định.
 Phương pháp điều khiển động: Áp dụng cho giai đoạn thứ hai, các mạng WDM được chuyển

đổi từ cấu trúc vòng ring hay điểm-điểm sang cấu trúc mesh với các hệ thống DWDM. Trong
giai đoạn này, điều khiển WDM thông qua việc cấp phát các bước sóng được thực hiện bằng
dữ liệu điều khiển nhằm đảm bảo tận dụng mạng một cách hiệu quả.

Page | 19

 Phương pháp điều khiển tích hợp: Giải pháp điều khiển tích hợp sử dụng trong mô hình giải

pháp mạng ngang hàng. Trong đó, mặt phẳng điều khiển đều dùng cả mạng WDM và IP, đồng
thời kết nối quang được dẫn hướng bởi định tuyến IP.
PHẦN 7: MỘT SỐ CÔNG NGHỆ, KỸ THUẬT VÀ XU HƯỚNG NGHIÊN CỨU TRONG MẠNG
TRUYỀN TẢI QUANG
Câu 1(3đ): Nêu khái niệm về ASK, FSK, PSK, vẽ dạng sóng tín hiệu tại các đầu vào và đầu ra bộ điều
biến trong thông tin quang Coherent, với tín hiệu đầu vào bộ điều biến là tín hiệu số ứng với dãy bit
110100101, sóng mang quang đơn sắc
. Điều chế ASK:
-

-

Có thể thực hiện điều chế trực tiếp hay gián tiếp (điều chế ngoài).
Điều chế biên độ P của sóng mang quang p(t) là sóng ánh sáng phát xạ của LD (LD là phần tử phát quang
khi điều chế trực tiếp, hay LD là phần tử tạo sóng ánh sáng dao động nội khi điều chế ngoài) với tín hiệu
cần truyền dẫn i(t). Còn tần số ω và pha Φ của sóng mang quang p(t) không thay đổi.
p (t ) = P cos(ω t + φ )
Sóng ánh sáng p(t) của LD có dạng:
pASK (t ) = P [ i (t ) ] cos(ω t + φ )
Khi đó, tín hiệu điều biên quang có dạng:
Đối với điều chế nhị phân tương tự, P lấy một trong hai giá trị cố định trong từng thời kì bit, phụ thuộc vào
bit 1 hay bit 0 được truyền dẫn.

. Điều chế FSK:
-

-

Có thể thực hiện điều chế gián tiếp (điều chế ngoài).
Điều chế tần số f của sóng mang quang p(t) là sóng ánh sáng phát xạ của LD (LD là phần tử phát quang khi
điều chế trực tiếp, hay LD là phần tử tạo sóng ánh sáng dao động nội khi điều chế ngoài) với tín hiệu cần
truyền dẫn i(t). Còn biên độ P và pha Φ của sóng mang quang p(t) không thay đổi.
p (t ) = P cos(ω t + φ )
Sóng ánh sáng p(t) của LD có dạng:
pFSK (t ) = P cos { ω [ i (t ) ] t + φ}
Khi đó, tín hiệu điều tần quang có dạng:

. Điều chế PSK:
-

-

Có thể thực hiện điều chế gián tiếp (điều chế ngoài).
Điều chế pha Φ của sóng mang quang p(t) là sóng ánh sáng phát xạ của LD (LD là phần tử phát quang khi
điều chế trực tiếp, hay LD là phần tử tạo sóng ánh sáng dao động nội khi điều chế ngoài) với tín hiệu cần
truyền dẫn i(t). Còn biên độ P và tần số ω của sóng mang quang p(t) không thay đổi.
p (t ) = P cos(ω t + φ )
Sóng ánh sáng p(t) của LD có dạng:
Page | 20


pPSK (t ) = P cos { ω t + φ [ i (t ) ] }

-

Khi đó, tín hiệu điều pha quang có dạng:
Đối với PSK nhị phân, pha ϕ lấy hai giá trị, thường được chọn là 0 và π.

Câu 2: Trình bày kỹ thuật chuyển mạch burst quang và chuyển mạch gói quang.
- Đặc điểm của chuyển mạch burst/gói quang
- Hình vẽ mô tả hoạt động của nút chuyển mạch burst/gói quang.
- Nêu được nguyên tắc hoạt động.

-

Đặc điểm của OBS:
+ Các chùm dữ liệu bao gồm nhiều gói được chuyển mạch thông qua mạng toàn quang. Một bản tin điều
khiển (Tiêu đề) được truyền đi trước chùm để thiết lập cấu hình chuyển mạch trên tuyến truyền của
chùm. Các chùm dữ liệu truyền sau tiêu đề mà không cần đợi bản tin xác nhận kết nối đã hoàn thành.
+ Tách biệt giữa kênh truyền gói điều khiển và kênh truyền chùm dữ liệu
+ Sự dành riêng nguồn một chiều: Tài nguyên được cấp phát theo kiểu dành riêng một chiều, nghĩa là nút
nguồn không cần đợi thông tin phản hồi từ nút đích trước khi nó bắt đầu truyền chùm.
+ Độ dài chùm thay đổi được
+ Không cần bộ đệm quang: Nút trung gian trong mạng quang không yêu cầu phải có bộ đệm quang. Các
chùm đi qua các nút trung gian mà không chịu bất kỳ sự trễ nào.
- Hoạt động của các nút chuyển mạch:
+ Các nút chuyển mạch chùm quang: Kết nối với nhau thông qua các sợi cáp quang có khả năng hỗ trợ
kênh đa bước sóng.
+ Các nút trên mạng chuyển mạch chùm quang gồm 2 kiểu nút: Nút biên và nút lõi.
+ Nút biên được xem như là giao diện giữa miền điện tử và miền quang, có thể là nút biên vào hoặc nút
biên ra. Nút biên vào thực hiện tập hợp các gói điện tử (vd: gói IP) có cùng đích thành một đơn vị truyền
dẫn lớn gọi là burst quang, sau đó thực hiện định tuyến, ấn định bước sóng và lập lịch cho burst trên một
kênh dữ liệu ở ngõ ra, sau đó được truyền qua mạng chuyển mạch OBS và cuối cùng được tách gói tại
nút biên ngõ ra.
+ Nút lõi được xem như là một ma trận chuyển mạch và là một đơn vị chuyển mạch có trách nhiệm
chuyển tiếp các burst dữ liệu đến nút khác.
Page | 21

+ Một nút OBS gồm 2 phần quang và điện. Phần quang là các bộ ghép/tách bước sóng và chuyển mạch
quang. Phần điện là các module vào/ra, điều khiển định tuyến và lập lịch. Đơn vị chuyển mạch quang
điều khiển là các burst dữ liệu từ một cổng vào và ra một cổng tương ứng với đích đến của chúng.
+ Khi một nút biên chuẩn bị truyền một burst dữ liệu, nó sẽ gửi một gói điều khiển đi trên một bước sóng
riêng tới nút lõi. Gói điều khiển thực hiện việc báo hiệu, cấu hình các chuyển mạch tại nút lõi để chuyển
burst từ cổng vào đến cổng ra và giải quyết xung đột nếu xảy ra.
Chuyển mạch gói quang (OPS)

-

-

Chuyển mạch gói thực hiện truyền các gói số liệu độc lập. Mỗi gói đi từ một cổng tới một cổng khác theo một
đường nào đó. Các gói không thể gửi tới nút kế tiếp khi chưa thực hiện thành công tại nút trước đó. Mỗi nút cần
có các bộ đệm để tạm thời lưu các gói. Mỗi nút trong chuyển mạch gói yêu cầu một hệ thống quản lý để thông
báo điều kiện truyền thông tin tới nút lân cận trong trường hợp số liệu truyền bị lỗi.
Một nút bao gồm một chuyển mạch quang có khả năng cấu hình dựa trên gói.
Khối chuyển mạch tái cấu hình dựa trên thông tin tiêu đề của một gói. Tiêu đề gói được xử lý bằng điện, nó có
thể được mang trong băng cùng gói hoặc trên một kênh điều khiển riêng.
Phải mất một thời gian để tiêu đề và chuyển mạch thiết lập, các gói có thể bị trễ bằng cách truyền qua đường trễ
sợi quang.
Nguyên tắc của chuyển mạch gói quang là dựa trên gói tiêu đề và điều khiển được thực hiện trong miền quang.
Nhưng hiện nay, chuyển mạch gói quang sử dụng điều khiển điện tử để xử lý tiêu đề gói.
Tiêu đề hoặc nhãn được đọc và so sánh với một bảng định tuyến. Tải số liệu sau đó sẽ được định tuyến tới cổng
ra tương ứng với một nhãn mới (trao đổi nhãn). Tải tin được truyền trong suốt qua chuyển mạch.

Page | 22