Phân tích và thiết kế mạng đường trục DWDM cho viettel peru bằng công cụ optiwave

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Học viên: Văn Tấn Đạt

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................1
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG ................3
1.1

Hệ thống thông tin quang ...........................................................................3

1.1.1 Các đặc điểm của hệ thống thông tin quang................................................3
1.1.2 Cấu trúc tổng quát của hệ thông thông tin quang........................................5
1.2

Các công nghệ cơ sở ghép kênh quang ......................................................7

1.2.1 Ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM) ...............................................7
1.2.2 Ghép kênh phân chia theo không gian (FDM) ............................................8
1.2.3 Ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM)............................................8
1.3

Giới thiệu về công nghệ ghép kênh theo bƣớc sóng WDM ......................9

1.3.1

Các dải bang tần hoạt động trong WDM ..............................................10

1.3.2 Sơ đồ chức năng: ......................................................................................10
1.3.3 Phân loại hệ thống WDM ..........................................................................10

1.4

Các tham số cơ bản trong thông tin quang .............................................12

1.4.1

Suy hao sợi quang .................................................................................12

1.4.2 Số kênh bước sóng và khoảng cách giữa các kênh ...................................13
1.4.3 Xác định độ rộng phổ yêu cầu của nguồn phát .........................................14
1.4.4 Quỹ công suất ............................................................................................15
1.4.5 Xuyên âm .................................................................................................16
1.4.6 Tán sắc .......................................................................................................16
1.5 Ảnh hƣởng của các hiệu ứng phi tuyến ......................................................17
1.5.1 Hiệu ứng tự điều chế pha SPM ................................................................17
1.5.2 Hiệu ứng điều chế pha chéo XPM.............................................................18
1.5.3 Hiệu ứng trộn bốn sóng FWM ..................................................................19
1.5.4 Hiệu ứng tán xạ do kích thích Raman .......................................................20
1.5.5 Hiệu ứng tán xạ do kích thích Brillouin ....................................................20
1.6

Các đặc điểm của hệ thống WDM............................................................21

i


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Học viên: Văn Tấn Đạt

1.7 Kết luận chƣơng ............................................................................................22
CHƢƠNG II: CÔNG NGHỆ GHÉP KÊNH THEO BƢỚC SÓNG MẬT ĐỘ
CAO DWDM ...........................................................................................................23
2.1 Ƣu điểm của hệ thống DWDM ..................................................................23
2.2

Mô hình hệ thống và nguyên lý hoạt động ..............................................24

2.3

Các bộ phận chức năng .............................................................................27

2.3.1 Bộ phát đáp quang OUT............................................................................27
2.3.2 Bộ ghép kênh quang OMU........................................................................32
2.3.2 Bộ tách kênh quang ODU .........................................................................34
2.3.3 Bộ ghép kênh xen rẽ quang OADM ..........................................................36
2.3.4 Bộ ghép kênh xen rẽ quang ROADM .......................................................39
2.3.5 Bộ khuếch đại OA .....................................................................................42
2.3.6 Bộ kết nối chéo quang OXC .....................................................................45
2.3.7 Khối bù tán sắc DCM ................................................................................46
2.3.8 Các loại sợi quang dùng trong công nghệ DWDM ...................................46
2.4 Kiến trúc mạng DWDM .............................................................................48
2.4.1 Kiến trúc điểm-điểm..................................................................................48
2.4.2 Kiến trúc mạng vòng Ring: .......................................................................48
2.4.3 Kiến trúc mạng lưới Mesh .........................................................................49
2.5 Ứng dụng DWDM tại các lớp mạng............................................................51
2.6 Kết luận chƣơng .............................................................................................51
CHƢƠNG III: GIỚI THIỆU VÀ TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM OPTIWAVE .52
3.1

Giới thiệu chung về phần mềm Optiwave ................................................52

3.2

Các ứng dụng của phần mềm ...................................................................52

3.3

Yêu cầu về phần cứng và phần mềm ........................................................52

3.4

Thƣ viện các phần tử .................................................................................53

3.4.1
3.5

Giao diện người sử dụng (GUI) ............................................................53

Tóm tắt hƣớng dẫn sử dụng và một số chức năng của Optiwave ..........55

3.5.1

Mở một dự án có sẵn .............................................................................55

3.5.2

Tạo một dự án mới ................................................................................56

ii

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Học viên: Văn Tấn Đạt

3.5.3

Thiết lập các tham số toàn cục (global parameters) của dự án .............57

3.5.4

Hiển thị và thay đổi tham số của các phần tử trong dự án ...................58

3.5.5

Chạy mô phỏng .....................................................................................59

3.5.6

Hiển thị kết quả mô phỏng ....................................................................60

3.5.7

Thực hiện quét tham số (Parameter Sweep) .........................................60

3.5.8

Hiển thị kết quả mô phỏng quét tham số ..............................................64

3.6

Kết luận chƣơng.........................................................................................65

CHƢƠNG IV: THIẾT KẾ MẠNG ĐƢỜNG TRỤC DWDM CHO VIETTEL
PERU BẰNG CÔNG CỤ HỖ TRỢ OPTIWAVE ...............................................66
4.1 Giới thiệu về viễn thông Peru .......................................................................66
4.2 Thiết kế sơ đồ Ring mạng đƣờng trục DWDM cho Viettel Peru ..............67
4.3 Thiết kế tuyến điểm-điểm dựa trên tham số OSNR ...................................68
4.3.1 Cách tính tham số OSNR ..........................................................................68
4.3.2 Tính toán thông số của bộ bù tán sắc ........................................................70
4.3.3 Tính toán thông số của bộ khuếch đại quang EDFA ................................70
4.4 Thiết kế mạng đƣờng trục DWDM Viettel Peru với Optisystem..............71
4.5 Kết luận chƣơng .............................................................................................76
KẾT LUẬN ..............................................................................................................77
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................78

iii


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Học viên: Văn Tấn Đạt

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 : Các thành phần cơ bản của hệ thống thông tin quang .......................... 5
Hình 1.2: Nguyên lý cơ bản ghép kênh theo bước sóng ........................................ 8
Hình 1.3: Sơ đồ chức năng của hệ thống WDM .................................................. 10
Hình 1.4 : Hệ thống WDM đơn hướng ................................................................ 11

Hình 1.5 : Hệ thống WDM song hướng ............................................................... 11
Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý DWDM .................................................................... 24
Hình 2.2: Hệ thống DWDM hai hướng................................................................ 26
Hình 2.3: Giao tiếp giữa DWDM với các dịch vụ khác...................................... 27
Hình 2.4 Sơ đồ khối chức năng của OTU không có FEC ................................... 29
Hình 2.5 Sơ đồ khối chức năng của OTU có FEC .............................................. 31
Hình 2.6: Sơ đồ khối chức năng của bộ ghép kênh quang ................................... 33
Hình 2.7: Sơ đồ khối chức năng của bộ tách kênh quang .................................... 35
Hình 2.8: Sơ đồ khối OADM ............................................................................... 37
Hình 2.10: Cấu trúc OADM song song................................................................ 38
Hình 2.10: Cấu trúc OADM song song theo module........................................... 38
Hình 2.11: Cấu trúc OADM nối tiếp.................................................................... 38
Hình 2.12: Cấu trúc xen rớt theo băng sóng ........................................................ 39
Hình 2.13: Vị trí ROADM trong mạng ................................................................ 39
Hình 2.14: Sơ đồ chức năng ROADM ................................................................. 41
Hình 2.15: Cấu trúc EDFA đơn tầng ................................................................... 43
Hình 2.16: Sơ đồ khối chức năng của bộ khuếch đại Raman .............................. 44
Hình 2.17: OXC với ma trận chuyển mạch NxN ................................................. 45

iv


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Học viên: Văn Tấn Đạt

Hình 2.18: Kiến trúc mạng điểm – điểm .............................................................. 48
Hình 2.19: Kiến trúc mạng Ring .......................................................................... 49
Hình 2.20: Kiến trúc mạng Mesh ......................................................................... 50
Hình 2.21: Kiến trúc mạng kết hợp ...................................................................... 50

Hình 3.1 Giao diện người sử dụng. ...................................................................... 53
Hình 3.2 Thư viện các phần tử ............................................................................ 54
Hình 3.3 Project Browser .................................................................................... 54
Hình 3.4 Description ........................................................................................... 55
Hình 3.5 Status bar .............................................................................................. 55
Hình 3.6 Menu bar .............................................................................................. 55
Hình 3.7 Pan window ........................................................................................... 55
Hình 3.8 Cửa số Project layout ............................................................................ 56
Hình 3.9 Đặt phần tử vào Main layout................................................................. 56
Hình 3.10 Kích hoạt kết nối tự động .................................................................... 57
Hình 3.11 Hủy bỏ chế độ kết nối tự động ............................................................ 57
Hình 3.12 Hộp thoại Layout parameters ............................................................. 58
Hình 3.13 Hộp thoại về các tham số của Laser Measured ................................... 59
Hình 3.14 File menu ............................................................................................. 59
Hình 3.15 Hộp thoại Optisystem Calculations.................................................... 60
Hình 3.16 Kết quả hiển thị trên thiết bị phân tích phổ ....................................... 60
Hình 3.17 Hộp thoại Total Parameter Iteration................................................... 61
Hình 3.18 Truy nhập qua Layout - Set Total Sweep Iterations .......................... 61
Hình 3.19 Hộp thoại Current Sweep Iteration .................................................... 62
Hình 3.20 Set Current Iteration drop-down box ................................................. 62
Hình 3.21 Sweep mode ....................................................................................... 63

v


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Học viên: Văn Tấn Đạt

Hình 3.22 Tham số của phần tử - Tham số ở chế độ Sweep mode..................... 63

Hình 3.23 Các giá trị tham số cần quét của phần tử trên thiết kế ....................... 64
Hình 3.24 Hiện thị kết quả mô phỏng quét tham số ........................................... 65
Hình 4.1: Bản đồ quốc gia Peru ........................................................................... 66
Hình 4.2: Sơ đồ thiết kế Ring cho mạng đường trục Viettel Peru ....................... 67
Hình 4.3: Tính toán OSRN cho một tuyến điểm điểm......................................... 68
Hình 4.4: Khối phát quang 8 bước sóng .............................................................. 72
Hình 4.5: Tuyến truyền dẫn quang....................................................................... 72
Hình 4.6: Khối thu quang 8 bước sóng ................................................................ 73
Hình 4.7: Sơ đồ thiết kế mạng đường trục DWDM Viettel Peru với Optiwave .. 73
Hình 4.8: Phổ tín hiệu khối phát .......................................................................... 74
Hình 4.8: Phổ tín hiệu khối thu ............................................................................ 74
Hình 4.10: Đồ thị mắt quang tại một kênh thu tại LAM01.................................. 75
Hình 4.11: Tỷ số OSNR trên mỗi bước sóng tuyến TUM01 – PIU01 ................ 76

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 4.1: Tính toán OSNR cho các tuyến ........................................................... 69
Bảng 4.2: Tính toán bù tán sắc và độ lợi khuếch đại EDFA cho các tuyến......... 70

vi


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Học viên: Văn Tấn Đạt

DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

ADM

Add/Drop Multiplexer

Bộ ghép kênh xen/rẽ

APD

Avalanche Photo Diode

Diode quang thác

APS

Automatic Protection Switching

ASE

Amplifier Spontaneous Emission

BER

Bit Error Ratio

Tỷ số lỗi bit

DCF

Dispersion Compensated Fiber

Sợi bù tán sắc

DCM

Dispersion Compensator Module

Module bù tán sắc

DEMUX

Demultiplexer

Thiết bị tách kênh

DSF

Dispersion Division Multiplexer

Sợi dịch chuyển tán sắc

DWDM

Dense Wavelength Division
Multiplexer

Ghép kênh theo bước
sóng mật độ cao

EDFA

Erbium Doped Fiber Amplifier

Bộ khuếch đại quang
sợi pha trộn Erbium

FWM

Four Wave Mixing

Hiệu ứng trộn bốn bước
sóng

IP

Internet Protocol

Giao thức Internet

LED

Light Emitting Diode

Diode phát quang

LD

Laser diode

Diode laser

MUX

Multiplexer

Thiết bị ghép kênh

NE

Network Element

Phần tử mạng

OADM

Optical Add/Drop Mutplexer

Bộ xen/rẽ bước sóng

vii

Chuyển mạch bảo vệ tự
động
Nhiễu tự phát được
khuếch đại


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Học viên: Văn Tấn Đạt

quang
OBA

Optical Booster Amplifier

Bộ khuếch đại công
suất

OLT

Optical Line Terminator

Bộ kết cuối đường
quang

OLA

Optical Line Amplifier

Bộ khuếch đại đường
dây

OPA

Optical Pre-Amplifier

Bộ tiền khuếch đại

OTN

Optical Transport Network

Mạng truyền tải quang

OSC

Optical Supervisor Channel

Kênh giám sát quang

OSNR

Optical Signal to Noise Ratio

Tỷ số tín hiệu trên tạp
âm quang

OXC

Optical Cross Connect

Khối kết nối chéo
quang

PMD

Polarization Mode Dispersion

Tán sắc mode phân cực

TFFs

Thin Film Filters

Bộ lọc màng mỏng

SBS

Stimulated Brillouin Scattering

Tán xạ do kích thích
Brillouin

SMF

Single Mode Fiber

Sợi đơn mode

SNR

Signal to Noise Ratio

Tỷ số tín hiệu trên tạp
âm

SPM

Self Phase Modulation

Điều chế tự dịch pha

SRS

Stimulated Raman Scattering

Tán xạ do kích thích
Raman

XPM

Cross Phase Modulation

Điều chế pha chéo

WDM

Wavelength Division Multiplexer

Ghép kênh theo bước
sóng

viii


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Học viên: Văn Tấn Đạt

LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, chúng ta đã chứng kiến sự phát triển chưa từng có
về nhu cầu sử dụng băng thông truyền dẫn, chính điều này đã sản sinh ra một lượng
thông tin rất lớn truyền tải trên mạng tạo ra nhiều áp lực mới cho mạng hiện tại.
Băng tần truyền dẫn trở thành tài nguyên quý giá hơn bao giờ hết. Để đáp ứng yêu
cầu trên, cho đến nay sợi quang vẫn được xem là môi trường lý tưởng cho việc
truyền tải lưu lượng cực lớn. Đối với hệ thống dung lượng thấp, công nghệ TDM
thường được sử dụng để tăng dung lượng truyền dẫn của một kênh cáp đơn lên
10Gbps, thậm chí là 40Gbps. Tuy nhiên, việc tăng tốc cao hơn nữa là không dễ
dàng vì các hệ thống tốc độ cao đòi hỏi công nghệ điện tử phức tạp và đắt tiền. Khi
tốc độ đạt tới hàng trăm Gbps, bản thân các mạch điện tử sẽ không thể đáp ứng
được xung tín hiệu cực kỳ hẹp, thêm vào đó chi phí cho các giải pháp trở nên tốn
kém và cơ cấu hoạt động quá phức tạp đòi hỏi công nghệ rất cao. Để nâng cao tốc
độ truyền dẫn, khắc phục được những hạn chế mà các mạch điện hiện tại chưa khắc
phục được, công nghệ ghép kênh quang phân chia theo bước sóng mật độ cao
DWDM ra đời. DWDM có thể ghép một số lượng lớn bước sóng trong vùng bước
sóng 1550nm để nâng dung lượng hệ thống lên hàng trăm Gbps. 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 ngày càng được ứng
dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới.
Các nhà mạng đã sử dụng công nghệ DWDM làm nền tảng truyền dẫn để xây
dựng hạ tầng viễn thông cho các quốc gia. Hiện nay Viettel đã đấu thầu thành công
được phép xây dựng và cung cấp mạng viễn thông cho quốc gia Peru. Và vấn đề
thiết kế xây dựng mạng đường trục DWDM cho Viettel Peru là vấn đề cốt yếu.
Chính vì lý do đó nên em đã tiến hành tìm hiểu đề tài: “Phân tích và thiết kế mạng

1


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Học viên: Văn Tấn Đạt

đƣờng trục DWDM cho Viettel Peru bằng công cụ hỗ trợ Optiwave”. Luận văn
được chia làm bốn chương:
Chƣơng I: Tổng quang về hệ thống thông tin quang
Chƣơng II: Công nghệ ghép kênh theo bƣớc sóng mật độ cao DWDM
Chƣơng III: Giới thiệu và tìm hiểu phần mềm Optiwave
Chƣơng IV: Thiết kế mạng đƣờng trục DWDM cho Viettel Peru bằng
công cụ hỗ trợ Optiwave
Em xin được bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới thầy TS. Nguyễn Hoàng Hải đã
tận tình giúp đỡ, hướng dẫn nghiên cứu để em có thể hoàn thành luận văn này. Do
có hạn chế về mặt thời gian và kiến thức, luận văn tốt nghiệp của em còn nhiều
thiếu sót, kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và các bạn
để đề tài của em được hoàn thiện hơn.
Em xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày 20 tháng 9 năm 2013
Học viên
Văn Tấn Đạt

2


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Học viên: Văn Tấn Đạt

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG
Những năm gần đây dịch vụ thông tin tăng trưởng rất nhanh chóng. Để thích
ứng với sự tăng trưởng đó đã xuất hiện nhiều công nghệ truyền dẫn thông tin khác
nhau để truyền tải thông tin đi những khoảng cách lớn. Đáp ứng nhu cầu các hệ
thống quang đã được nghiên cứu và đang được đưa vào ứng dụng rộng rãi trong các
nước trên thế giới và có khả năng hiện đại hoá mạng lưới viễn thông trên toàn thế
giới. Chương này trình bày khái quát về quá trình phát triển của hệ thống thông tin
quang và các công nghệ cơ sở của hệ thống thông tin quang.
1.1 Hệ thống thông tin quang
1.1.1 Các đặc điểm của hệ thống thông tin quang
Băng thông khổng lồ đầy tiềm năng: tần số sóng mang quang trong khoảng
1013 đến 1016 Hz, cung cấp băng thông truyền lớn hơn nhiều so với hệ thống cáp
kim loại. Hiện tại dung lượng băng thông của hệ thống sợi quang chưa sử dụng hết.
Vì thế dung lượng mang thông tin của hệ thống thông tin quang lớn hơn nhiều so
với hệ thống cáp đồng tốt nhất. Do suy hao lớn ở băng thông rộng, hệ thống cáp
đồng trục giới hạn khoảng cách truyền với chỉ một vài km ở băng thông trên
100Mhz.
Sợi quang kích thước nhỏ và nhẹ: sợi quang có bán kính rất nhỏ, thường bán
kính này không lớn hơn bán kính sợi tóc con người. Vì thế, thậm chí khi sợi quang
được phủ thêm những lớp bảo vệ thì chúng vẫn nhỏ và nhẹ hơn nhiều so với cáp
đồng.
Sự cách li về điện: sợi quang được chế tạo từ thuỷ tinh hoặc đôi lúc là chất
dẻo, đó là những chất cách điện, vì thế không giống với dây dẫn kim loại, nó không
cho thấy những trục trặc cơ bản. Hơn nữa, đặc tính này làm cho việc truyền thông
tin của sợi quang trở nên phù hợp một cách lí tưởng cho sự thông tin trong những
môi trường mạo hiểm về điện.

3

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Học viên: Văn Tấn Đạt

Không bị ảnh hưởng bởi nhiễu và xuyên âm: sợi quang được chế tạo từ các
chất điện môi phi dẫn nên chúng không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ, các xung
điện tử, nhiễu tần số vô tuyến.
Bảo mật thông tin: ánh sáng từ sợi quang bị bức xạ một cách không đáng kể
nên chúng có tính bảo mật tín hiệu cao. Đặc tính này thu hút đối với quân đội, ngân
hàng và các ứng dụng truyền dữ liệu.
Suy hao thấp: sự phát triển của sợi quang qua nhiều năm đã đạt được kết quả
trong việc chế tạo ra sợi quang có độ suy hao rất thấp. Sợi quang được chế tạo với
độ suy hao 0.2dB/km và đặc tính này trở thành lợi thế chính của thông tin quang.
Tính linh hoạt: mặc dù các lớp bảo vệ là cần thiết, sợi quang được chế tạo với
sức căng cao, bán kính rất nhỏ. Với lợi thế về kích thước và trọng lượng, sợi quang
nói chung là tốt hơn trong việc lưu trữ, chuyên chở, xử lí và lắp đặt dễ hơn hệ thống
cáp đồng.
Độ tin cậy của hệ thống và dễ bảo dưỡng: do đặc tính suy hao thấp của sợi
quang nên có thể giảm được yêu cầu số bộ lặp trung gian hoặc số bộ khuếch đại trên
đường truyền. Vì thế, với một vài bộ lặp thì độ tin cậy của hệ thống có thể được
nâng cao hơn hẳn hệ thống dẫn điện. Hơn nữa, độ tin cậy của các thiết bị quang
không còn là vấn đề, các thiết bị quang có tuổi thọ rất cao, khoảng 20-30 năm.
Giá thành thấp đầy tiềm năng: thủy tinh cung cấp cho thông tin quang được
lấy từ cát, không phải là nguồn tài nguyên khan hiếm. Vì thế, sợi quang đem lại giá
thành thấp.
Thông tin quang cũng cho phép truyền đồng thời các tín hiệu có bước sóng
khác nhau. Đặc tính này cùng với khả năng truyền dẫn băng thông rộng của sợi
quang sẵn có làm cho dung lượng truyền dẫn của tuyến trở nên rất lớn.

4


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Học viên: Văn Tấn Đạt

1.1.2 Cấu trúc tổng quát của hệ thông thông tin quang
Bộ phát quang
Bộ nối quang
Tín hiệu
điện vào

Mối hàn sợi
Mạch điều
khiển

Nguồn phát
quang

Sợi dẫn quang

Bộ chia
quang

Trạm lặp

Thu
quang
Mạch

điện
Phát
quang

Các thiết bị khác
Khuếch đại
Đầu thu
quang

Khuếch đại
quang

Khôi phục tín
hiệu

Tín hiệu điện
ra

Hình 1.1 : Các thành phần cơ bản của hệ thống thông tin quang

Hệ thống thông tin quang gồm có những phần chính là:
- Phần phát quang: gồm nguồn phát quang và các mạch điều khiển phát quang.
- Phần truyền dẫn: bao gồm sợi quang, các bộ nối, bộ chia, bộ tách hay ghép
và bộ lặp, trong đó sợi quang được 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.
- 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 được sử dụng thường phải
tương thích với lõi sợi quang về kích thước. 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
lượng bên ngoài dưới dạng dòng điện, còn LD sử dụng phát xạ cưỡng bức. Công
suất phát xạ của LED nhỏ hơn so với LD nhưng dễ sản xuất với giá thành thấp. Tín

5


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Học viên: Văn Tấn Đạt

hiệu quang phát ra từ LD và LED có tham số biến đổi tương ứng với biến đổi của
tín hiệu điện đầu vào. Tín hiệu điện đầu vào có thể ở dạng tương tự hoặc số. Thiết
bị phát quang sẽ thực hiện việc biến đổi tín hiệu điện đầu vào thành tín hiệu quang
tương ứng bằng cách biến đổi dòng vào qua các nguồn phát quang. Công suất quang
ra phụ thuộc vào sự biến đổi của cường độ tín hiệu quang. Bước sóng ánh sáng của
nguồn phát quang phụ thuộc chủ yếu vào vật liệu chế tạo phần tử phát.
Tín hiệu quang sau khi được 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
bước sóng.
Khi khoảng cách truyền dẫn dài (trên 100 Km), 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 thu tín hiệu quang, biến đổi tín hiệu quang (O)
thành tín hiệu điện (E), khuếch đại và tái tạo xung tín hiệu điện, sau đó biến đổi tín
hiệu điện (E) thành tín hiệu quang (O) và phát lại quang vào đường truyền tiếp theo.
Các trạm lặp có thể được thay thế bằng các bộ khuyếch đại quang (OA) để khuếch

đại tín hiệu quang trực tiếp. Rõ ràng trạm lặp cho ra tín hiệu tốt hơn. Nhưng giá
thành của trạm lặp cao hơn vì vậy chỉ sử dụng cho những tuyến có cự ly rất xa.
Các bộ tách sóng quang tiếp nhận tín hiệu quang, tách lấy tín hiệu thu được từ
phía phát, biến đổi thành tín hiệu điện. Bộ tách sóng quang phải đáp ứng được
những yêu cầu về đặc tính rất cao do tín hiệu quang thường 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 được 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.

6


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Học viên: Văn Tấn Đạt

Bộ tách sóng quang phải không nhạy cảm với sự thay đổi của nhiệt độ. Hai
loại tách sóng quang được 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 thì đầu
phát sử dụng LED còn đầu thu sử dụng PIN. Khi khoảng cách truyền dẫn lớn, tốc
độ đòi hỏi cao (mạng đường trục) thì phía phát sử dụng LD, phía thu sử dụng APD.
Bộ tách sóng quang phải đáp ứng được những yêu cầu về đặc tính rất cao do tín
hiệu quang thường bị suy giảm và méo dạng khi tới đầu cuối của sợi cáp quang.
1.2

Các công nghệ cơ sở ghép kênh quang
Hiện nay, mạng thông tin đang được triển khai trên nhiều môi trường truyền

dẫn khác nhau như mạng ngoại vi cáp đồng, cáp đồng trục, dây xoắn đôi hoặc môi
trường truyền dẫn không dây. Tương ứng với chúng là các thiết bị đầu cuối sử dụng
dịch vụ của truyền dẫn. Giữa các thiết bị đó, mạng truyền dẫn quang được triển khai
nhằm mang đi các luồng lưu lượng lớn, đồng thời đảm bảo tính bảo mật, chất lượng
cao, chống nhiễu và khoảng vượt lớn. Các công nghệ ghép kênh chính được sử
dụng trong mạng truyền dẫn cáp quang bao gồm:
1.2.1 Ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM)
Trong công nghệ ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM), thông tin được
truyền qua môi trường tại các thời điểm khác nhau – các khe thời gian. Trong TDM,
thứ tự truyền giữa các khe thời gian được quy ước cố định từ trước, trong các khe
thời gian đó có thể được sử dụng để truyền dòng dữ liệu số. Tuy nhiên, một trong
những nhược điểm lớn nhất của công nghệ TDM là khả năng sử dụng băng thông
kênh truyền thấp. Do đặc điểm là thứ tự truyền của các khe thời gian được quy ước
cố định từ trước. Một hạn chế khác của công nghệ TDM là khả năng tăng tốc độ của
kênh truyền bị giới hạn bởi khả năng của các thành phần điện và quang trong hệ
thống ghép kênh làm hệ thống ghép kênh sử dụng công nghệ TDM chỉ có khả năng
tạo ra các kênh truyền có tốc độ tối đa 40Gbps.

7


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Học viên: Văn Tấn Đạt

1.2.2 Ghép kênh phân chia theo không gian (FDM)
Công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số (FDM) được thực hiện bằng cách
chia dải tần sóng quang thành nhiều bang tần nhỏ f, mỗi băng tần dùng để truyền tín
hiệu một kênh quang. Các kênh quang tương ứng với các băng tần khác nhau được

biến đổi để truyền song song trên cùng một sợi quang. Do dải suy hao thấp của sợi
quang lớn nên với công nghệ này có thể truyền dẫn số lượng lớn các kênh truyền
với băng tần khác nhau. Tuy nhiên phải dựa trên các nguồn phát có tần số ổn định
cũng như các thiết bị quang thụ động đáp ứng được việc truyền dẫn.
1.2.3 Ghép kênh phân chia theo bƣớc sóng (WDM)
Ghép kênh WDM là công nghệ ghép kênh cho phép sử dụng nhiểu bước sóng
quang khác nhau truyền trên cùng một tuyến cáp. Như vậy ghép kênh WDM giúp
sử dụng triệt để hơn băng thông của cáp quang đồng thời giải quyết nhu cầu tăng
dung lượng kênh truyền mà vẫn đảm bảo hiệu quả đầu tư.
Nguyên lý cơ bản của ghép bước sóng quang có thể minh họa như hình vẽ.
Giả sử có các nguồn phát quang làm việc ở các bước sóng λ1, λ2, …, λn. Các tín hiệu
quang làm việc ở các bước sóng khác nhau này sẽ được ghép vào cùng một sợi dẫn
quang. Các tín hiệu có bước sóng khác nhau được ghép lại ở phía phát nhờ bộ ghép
kênh, bộ ghép bước sóng phải đảm bảo có suy hao nhỏ và tín hiệu sau khi ghép sẽ
được truyền dọc theo sợi để đến phía thu. Các bộ tách sóng quang khác nhau ở phía
đầu thu sẽ nhận lại các luồng tín hiệu với các bước sóng riêng rẽ này sau khi chúng
qua bộ giải ghép bước sóng.
Sợi quang

I1 (λ1)
.
.
.

In (λn)

O1 (λ1)
MUX

DEMUX

I (λ1…λn)

O (λ1…λn)

Hình 1.2: Nguyên lý cơ bản ghép kênh theo bước sóng

8

.
.
.

On (λn)


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Học viên: Văn Tấn Đạt

Đặc điểm nổi bật của hệ thống ghép kênh theo bước sóng là tận dụng hữu hiệu
nguồn tài nguyên băng thông rộng trong khu vực tổn hao thấp của sợi quang đơn
mode, nâng cao rõ rệt dung lượng truyền dẫn của hệ thống, đồng thời hạ giá thành
của kênh dịch vụ xuống mức thấp nhất.
Các công nghệ ghép kênh theo bước sóng đang được sử dụng hiện nay:
- Ghép kênh bước sóng 1310/1550nm: Công nghệ được sử dụng những năm
trước 1970, sử dụng 2 sóng mang có tần số trung tâm là 1310nm và 1550nm.
- Ghép kênh theo bước sóng mật độ cao (DWDM): DWDM là công nghệ ghép
kênh phân chia theo bước sóng với khoảng cách giữa các sóng mang nhỏ. Thông
thường các sóng mang được sử dụng trong cửa sổ có bước sóng trung tâm là

1550nm. Với công nghệ ghép kênh DWDM, chúng ta có thể sử dụng cùng lúc từ 8
đến 160 bước sóng truyền trên cùng một sợi quang. DWDM thường được sử dụng
với các tuyến truyền dẫn có khoảng vượt lớn.
- Ghép kênh theo bước sóng dạng thô (CWDM): CWDM là công nghệ ghép
kênh phân chia theo bước sóng tương tự như DWDM tuy nhiên trong CWDM,
khoảng cách giữa các sóng mang con được sử dụng lớn hơn (thường lớn hơn
20nm). CWDM sử dụng các sóng mang nằm trong cửa sổ từ 1200nm đến 1700nm.
CWDM thường được sử dụng trong các tuyến truyền dẫn có khoảng vượt nhỏ, dung
lượng thấp như mạng truyền dẫn trong các tòa nhà hay giữa các tòa nhà với nhau.
1.3

Công nghệ ghép kênh theo bƣớc sóng WDM
Ghép kênh theo bước sóng WDM (Wavelength Division Multiplexing) là

công nghệ mà trong một sợi quang đồng thời truyền dẫn nhiều bước sóng tín hiệu
quang. Ở đầu phát, nhiều tín hiệu quang có bước sóng khác nhau được xử lý và
ghép kênh để truyền đi trên một sợi quang. Ở đầu thu tín hiệu tổ hợp đó được phân
giải tách kênh và khôi phục lại các tín hiệu gốc rồi đưa vào các đầu cuối khác nhau.

9


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

1.3.1

Học viên: Văn Tấn Đạt

Các dải bang tần hoạt động trong WDM
- O-band (Original band): Dải băng tần từ 1260 nm  1360 nm.

- E-band (Extended band): Dải băng tần từ 1360 nm  1460 nm.
- S-band (Short wavelength band): Dải băng tần từ 1460 nm  1530 nm.
- C-band (Conventional band): Dải băng tần từ 1530 nm  1565 nm.
- L-band (Long wavelength band): Dải băng tần từ 1565 nm  1625 nm.
- U-band (Ultra-long wavelength band): Dải băng tần từ 1625 nm  1675 nm.

1.3.2 Sơ đồ chức năng:
Tx1

Rx1

Tx2

Rx2

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

MUX

DE
MUX

Truyền tín hiệu sợi
quang
EDFA

EDFA

Khuếch đại tín hiệu
Khuếch đại tín hiệu

TxN

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
RxN

Phát tín hiệu

Thu tín hiệu
Tách tín hiệu

Ghép tín hiệu

Hình 1.3: Sơ đồ chức năng của hệ thống WDM
Như minh họa trên hình 1.3 hệ thống WDM phải thực hiện các chức năng sau:
-

Phát tín hiệu.

-

Ghép/ tách tín hiệu.

-

Truyền dẫn tín hiệu.

-

Khuếch đại tín hiệu.

- Thu tín hiệu
1.3.3 Phân loại hệ thống WDM
Hệ thống WDM về cơ bản chia làm hai loại: Hệ thống đơn hướng và song
hướng như hình minh họa.

10

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Học viên: Văn Tấn Đạt

λ1, λ2,
λ3,…,λN

Tx1

Rx1

Tx2
.
.
.
.

Rx2
DE
MUX

MUX

TxN

λ1, λ2,
λ3,…,λN

EDFA

EDFA

.
.
.
.
RxN

Hệ thống WDM đơn
hướng

Hình 1.4 : Hệ thống WDM đơn hướng

λ1, λ2,
λ3,…,λN

Tx1

Rx1

Tx2
.
.
.
.
TxN

Rx2
6

DE
MUX

MUX

λ1, λ2,
λ3,…,λN

EDFA

EDFA

.
.
.
.
RxN

Hệ thống WDM đơn
hướng

Hình 1.5 : Hệ thống WDM song hướng
Hệ thống đơn hướng chỉ truyền theo một chiều trên sợi quang. Như vậy để
truyền thông tin giữa hai điểm cần hai sợi quang. Ngược lại, hệ thống song hướng
truyền theo cả hai hướng trên cùng một sợi quang, vì vậy chỉ cần một sợi quang để
trao đổi thông tin giữa hai điểm.
Cả hai hệ thống đều có những ưu nhược điểm riêng. Giả sử công nghệ hiện tại
chỉ cho phép truyền N bước sóng trên một sợi quang, so sánh hai hệ thống ta thấy:
- Xét về dung lượng: Hệ thống đơn hướng có khả năng cung cấp dung lượng

cao gấp đôi so với hệ thống song hướng. Ngược lại số lượng sợi quang cần dùng là
gấp đôi so với hệ thống song hướng.

11


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Học viên: Văn Tấn Đạt

- Khi sự cố đứt cáp xảy ra, hệ thống song hướng không cần đến cơ chế
chuyển mạch tự động bảo vệ APS vì cả hai đầu của liên kết đều có khả năng nhận
biết một cách tức thời.
- Đứng về khía cạnh thiết kế mạng, hệ thống song hướng khó thiết kế hơn vì
còn phải xét thêm các yếu tố như: vấn đề xuyên nhiễu, đảm bảo định tuyến và phân
bố bước sóng sao cho hai chiều trên sợi quang không dùng chung một bước sóng.
- Các bộ khuếch đại trong hệ thống song hướng thường phức tạp hơn trong hệ
thống đơn hướng. Tuy nhiên, trong hệ thống song hướng, số bước sóng khuếch đại
giảm ½ theo mỗi chiều nên ở hệ thống song hướng, các bộ khuếch đại sẽ cho công
suất ngõ ra lớn hơn ở hệ thống đơn hướng.
1.4

Các tham số cơ bản trong thông tin quang
Để triển khai một tuyến thông tin quang cần phải lưu ý một số vấn đề sau:
- Suy hao sợi quang
- Số kênh bước sóng được sử dụng và khoảng cách giữa các kênh
- Quỹ công suất của hệ thống
- Tán sắc
- Xuyên âm
- Ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến

1.4.1 Suy hao sợi quang
Việc truyền thông tin từ phía phát đến phía thu sẽ bị suy hao và méo tín hiệu.
Suy hao trong sợi quang đóng một vai trò rất quan trọng trong việc thiết kế hệ
thống. Suy hao sợi được tính bằng tỷ số giữa công suất cuối sợi quang P2 của sợi
dẫn quang dài L(km) với công suất đưa vào sợi quang P1. Nếu gọi α là hệ số suy
hao của sợi thì ta có:
A(dB) = 10log

(1.1)

α (dB/ km) =

(1.2)

12


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Học viên: Văn Tấn Đạt

Các nguyên nhân chính gây suy hao trong sợi quang là: Suy hao do hấp thụ
ánh sáng, trong đó có hấp thụ tử ngoại và hấp thụ hồng ngoại. Hấp thụ chủ yếu do
hấp thụ điện tử, hấp thụ tạp chất và hấp thụ vật liệu. Ngoài ra, còn phải kể đến suy
hao do ghép nguồn quang vào sợi quang, suy hao do mối hàn, suy hao do uốn cong
sợi và suy hao do tán xạ do tính không đồng nhất quang học của lõi sợi gây ra. Có
ba loại suy hao do tán xạ cơ bản của lõi sợi quang là tán xạ Rayleigh, tán xạ
Brillouin và tán xạ Raman.
1.4.2 Số kênh bƣớc sóng và khoảng cách giữa các kênh

Một trong các yếu tố quan trọng cần phải xem xét là hệ thống sẽ sử dụng bao
nhiêu kênh bước sóng và điều cần lưu ý là số kênh bước sóng cực đại có thể sử
dụng được phụ thuộc vào:
- Khả năng của công nghệ hiện có đối với các thành phần quang như:
+ Băng tần của sợi quang
+ Khả năng tách/ghép các kênh bước sóng
- Khoảng cách giữa các kênh bước sóng:
Các yếu tố ảnh hưởng đến khoảng cách giữa các kênh bao gồm:
+ Tốc độ truyền dẫn của từng kênh
+ Quỹ công suất quang
+ Ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến
+ Độ rộng phổ của nguồn phát
+ Khả năng tách/ghép của các thiết bị WDM
Mặc dù cửa sổ truyền dẫn tại vùng bước sóng 1550 nm có độ rộng khoảng 100
nm, nhưng do dải khuếch đại của các bộ khuếch đại quang chỉ có độ rộng khoảng
35 nm nên trong thực tế, các hệ thống WDM không thể tận dụng hết toàn bộ băng
tần của sợi quang. Nếu gọi  là khoảng cách giữa các kênh bước sóng thì tương
ứng ta sẽ có:
f = - c. /2

13

(1.3)


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Học viên: Văn Tấn Đạt

Như vậy, tại bước sóng 1550 nm, với  = 35 nm thì ta sẽ có f =4,37.1012Hz.

Giả sử tốc độ truyền dẫn của từng kênh bước sóng là 2,5 GHz, và theo tiêu chuẩn
Nyquist với phổ cơ sở của tín hiệu là 2x2,5 = 5 GHz, thì số kênh bước sóng cực đại
có thể đạt được là N = f /5 = 874 kênh trong dải băng tần của một bộ khuếch đại
có quang. Đây là số kênh cực đại tính theo lý thuyết, tuy nhiên với mật độ kênh
càng lớn đòi hỏi các thành phần quang trên tuyến phải có chất lượng càng cao. Để
tránh xuyên âm giữa các kênh này đòi hỏi phải có những nguồn phát rất ổn định và
các bộ thu có độ chọn lọc bước sóng cao. Bất kỳ sự dịch tần nào của nguồn phát
cũng có thể làm dãn phổ sang kênh lân cận.
Dựa vào khả năng của công nghệ hiện nay, ITU - T đưa ra quy định về khoảng
cách giữa các kênh bước sóng là 100 GHz ( 0,8 nm), 50 GHZ ( 0,4 nm) với tần
số chuẩn là 193,1 THz.
1.4.3 Xác định độ rộng phổ yêu cầu của nguồn phát
Việc chọn độ rộng phổ của nguồn phát nhằm đảm bảo cho các kênh bước sóng
hoạt động một cách độc lập với nhau, hay nói cách khác là tránh hiện tượng chồng
phổ ở phía thu giữa các kênh lân cận. Khoảng cách giữa những kênh này phụ thuộc
vào đặc tính của các thiết bị WDM như MUX/DEMUX, bộ lọc, độ rộng phổ nguồn
phát và độ dung sai cũng như mức độ ổn định của các thiết bị này.
Về bản chất, việc ghép các bước sóng khác nhau trên cùng một sợi quang là
dựa trên nguyên tắc ghép kênh theo tần số. Các kênh khác nhau làm việc ở các tần
số quang khác nhau trong cùng băng thông của sợi. Theo lý thuyết, băng thông của
sợi quang rất rộng nên số lượng kênh bước sóng ghép được rất lớn. Tuy nhiên,
trong thực tế các hệ thống WDM thường đi liền với các bộ khuếch đại quang sợi và
làm việc chỉ ở vùng cửa sổ 1550 nm. Do đó, băng tần của sợi quang bị giới hạn bởi
băng tần của bộ khuếch đại. Như vậy, một vấn đề đặt ra khi ghép là khoảng cách
giữa các bước sóng phải thoả mãn được yêu cầu tránh chồng phổ của các kênh lân
cận ở phía thu. Khoảng cách này phụ thuộc vào độ rộng phổ nguồn phát và cả ảnh
hưởng khác nhau trên đường truyền như tán sắc sợi, hiệu ứng phi tuyến…

14

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Học viên: Văn Tấn Đạt

Một cách lý tưởng có thể xem hệ thống WDM như là sự xếp chồng của các hệ
thống truyền dẫn đơn kênh khi mà khoảng cách giữa các kênh bước sóng đủ lớn và
công suất phát hợp lý để hạn chế ảnh hưởng phi tuyến. Mối quan hệ giữa phổ công
suất nguồn phát được thể hiện bởi tham số đặc trưng cho sự giãn phổ, ký hiệu ,
băng tần tín hiệu và tán sắc. Nếu gọi  là hệ số đặc trưng cho sự tương tác giữa
nguồn phát và sợi quang, chúng ta sẽ có biểu thức:
 = B.D.RMS (1.4)
Với:
B là độ rộng băng tần tín hiệu truyền dẫn (Mbit/s)
D là độ tán sắc tương ứng với khoảng cách truyền dẫn (ps/nm)
RMS là độ giãn rộng phổ
Từ công thức trên ta có thể tính được độ rộng phổ nguồn phát ứng với độ tán
sắc D:
RMS = /B.D (1.5)
Nếu tính độ rộng phổ tại giá trị -20 dB thì độ rộng phổ sẽ là:
-20dB= 6,07. RMS (1.6)
1.4.4 Quỹ công suất
Trong bất kỳ hệ thống nào thì vấn đề quan trọng là phải đảm bảo được tỷ sổ
S/N sao cho đầu thu có thể thu được tín hiệu với một mức BER cho phép. Trước
đây khi chưa có khuếch đại quang, suy hao tín hiệu trên đường truyền (do suy hao
sợi quang, suy hao mối hàn, suy hao do các thành phần quang thụ động…) sẽ được
bù lại thông qua việc sử dụng các trạm lặp điện và quá trình thực hiện tương đối
phức tạp. Tuy nhiên khi khuếch đại quang ra đời việc đảm bảo quỹ công suất cho hệ
thống không còn khó khăn nữa, vấn đề quan trọng là thiết kế và bố trí các bộ
khuếch đại quang sao cho thích hợp.

15


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Học viên: Văn Tấn Đạt

1.4.5 Xuyên âm
Một trong các yếu tố có ảnh hưởng lớn đến chất lượng của các hệ thống
WDM, đó là xuyên âm giữa các kênh bước sóng. Trong hệ thống WDM, xuyên âm
có thể do một số nguyên nhân gây ra nhưng có thể chia ra làm hai loại chính sau:
- Xuyên âm tuyến tính: do đặc tính không lý tưởng của các thiết bị tách sóng
được sử dụng cũng như khoảng cách giữa các kênh. Thực tế thì khoảng cách giữa
các kênh lại được xác định bởi thiết bị tách kênh và mức xuyên âm cho phép.
- Xuyên âm phi tuyến: chủ yếu do các hiệu ứng phi tuyến gây nên.
1.4.6 Tán sắc
Tương tự như tín hiệu điện, tín hiệu quang truyền qua sợi quang cũng bị biến
dạng. Hiện tượng này được gọi là tán sắc. Sự tán sắc méo dạng tín hiệu tương tự và
làm xung bị chồng lấp trong tín hiệu digital. Sự tán sắc làm hạn chế dải thông của
đường truyền dẫn quang.
- Tán sắc phân cực mode:
Tán sắc phân cực mode hay PMD là một thuộc tính cơ bản của sợi quang đơn
mode và các thành phần hợp thành trong đó năng lượng tín hiệu ở bất kỳ bước sóng
nào cũng được phân tích thành hai mode phân cực trực giao có vận tốc truyền khác
nhau. Do vận tốc của hai mode chênh nhau đôi chút nên thời gian truyền qua cùng
khoảng cách là khác nhau và được gọi là sự trễ nhóm. Vì vậy, PMD sẽ làm giãn
rộng xung tín hiệu gây nên suy giảm dung lượng truyền dẫn. Về phương diện này,
ảnh hưởng của tán sắc phân cực mode cũng giống như ảnh hưởng của tán sắc tuy
nhiên có một điểm khác biệt lớn đó là tán sắc là một hiện tượng tương đối ổn định,

trong khi đó PMD của sợi đơn mode ở bất cứ bước sóng nào cũng là không ổn định.
- Tán sắc thể: bao gồm tán sắc chất liệu và tán sắc dẫn sóng.
Tán sắc chất liệu: ánh sáng sử dụng trong thông tin quang không phải là ánh
sáng hoàn toàn đơn sắc. Chiết suất của thuỷ tinh thay đổi theo bước sóng nên vận
tốc truyền của ánh sáng có bước sóng khác nhau cũng khác nhau. Chính vì thế, ánh

16


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Học viên: Văn Tấn Đạt

sáng có phân bố tốc độ lan truyền khác nhau của các thành phần bước sóng ánh
sáng khác nhau. Hiện tượng này được gọi là tán sắc chất liệu.
Tán sắc dẫn sóng: sự phân bố năng lượng ánh sáng trong sợi quang phụ thuộc
vào bước sóng. Sự phân bố này gây nên tán sắc ống dẫn sóng
1.5 Ảnh hƣởng của các hiệu ứng phi tuyến
Trong hệ thống thông tin quang, các hiệu ứng phi tuyến sẽ xảy ra khi công
suất tín hiệu trong sợi quang vượt quá một mức nào đó và đối với các hệ thống
WDM thì mức công suất này thấp hơn nhiều so với các hệ thống đơn kênh. Việc
nảy sinh các hiệu ứng phi tuyến sẽ gây ra một số hiện tượng như: xuyên âm giữa
các kênh, suy giảm mức công suất tín hiệu của từng kênh dẫn đến suy giảm tỷ số
OSNR… Các hiệu ứng phi tuyến ảnh hưởng đến chất lượng của hệ thống WDM
chủ yếu gồm: hiệu ứng SPM, XPM, FWM, SBS và SRS. Các hiệu ứng này có thể
chia thành hai loại:
- Hiệu ứng tán xạ: bao gồm các hiệu ứng SBS và SRS
- Các hiệu ứng liên quan đến hiệu ứng Kerr: bao gồm hiệu ứng SPM, XPM và
FWM.
1.5.1 Hiệu ứng tự điều chế pha SPM

Hiệu ứng SPM thuộc loại hiệu ứng Kerr, tức là hiệu ứng trong đó chiết suất
của môi trường truyền dẫn thay đổi theo cường độ ánh sáng truyền trong đó:
n = n0 +  nNL = n0 + n2E2

(1.7)

Với:
n0 là chiết suất tuyến tính
n2 là hệ số chiết suất phi tuyến (n2= 1,22.10-22 (V/m)2 đối với Si)
E là trường quang.

17