hệ thống thông tin quang tốc độ cao và ứng dụng

Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan đây là công trình
nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu
và kết quả trong luận văn là trung thực
và chưa từng được công bố trong bất kỳ
tài liệu nào.
Tác giả luận văn

1


MỤC LỤC
Lời cam đoan............................................................................................................................... 1
Mục lục........................................................................................................................................2
Danh sách các ký hiệu và chữ viết tắt.........................................................................................5
Danh sách các mục hình vẽ và bảng biểu...................................................................................7
Lời nói đầu.................................................................................................................................. 9
KẾT LUẬN...............................................................................................................................80
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................................81

2


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

2R

Reshape, retiming

khôi phục dạng xung, khôi phục định
thời

3R
ASE

Reshape, retiming,

khôi phục dạng xung, khôi phục định

regeneration

khôi phục dữ liệu

Amplified Spontaneous

Tạp âm sinh ra do phát xạ tự phát

Emission
ASK

Amplitude shift keying

Khóa dịch biên độ

ATM

Asynchronous tranfer mode

Chế độ truyền dẫn không đồng bộ

AWG

Array waveguide grating

Cách tử dẫn sóng theo hang

BER

Bit Error Rate

Tỷ lệ lỗi bit

BFG

Bragg fiber grating

Cách tử sợi Bragg

BPF

Band Pass Filter

Bộ lọc thông dải

DBR

Distributed Bragg Reflection

Phân bố phản xạ Bragg

DCF

Dispersion compensation

Sợi quang bù tán sắc

fiber
DCG

Dispersion compensation

Cách tử bù tán sắc

grating
DCM

Dispersion compensation

Module bù tán sắc

module
DFF

Dispersion Flatting Fiber

Sợi quang bù tán sắc bằng phẳng

DSF

Dispersion Shifted Fiber

Sợi quang dịch chuyển tán sắc

DTF

Dielectric thin film Fiber

Bộ lọc điện môi màng mỏng

DWDM

Dense Wave Division

Ghép kênh phân chia theo bước

Multiplexing

sóng mật độ cao

E/O

Electric/Optical

Chuyển đổi điện quang

EDFA

Erbium Doped Fiber

Khuếch đại quang sợi pha tạp

Amplifier

Erbium
3


OADM

Optical Add/Drop Multiplex

Bộ xen/rẽ kênh quang

IP

Internet Protocol

Giap thức internet

ITU

International

Tổ chức viễn thông quốc tế

Telecomminication Union
LED

Light Emitting Diode

Đi – ốt phát quang

NF

Noise Figure

Hệ số nhiễu

NZ-DSF

Non – zero Dispersion

Sợi quang dịch chuyển tán

Shifted Fiber

sắc khác không

O/E

Optical/Electric

Bộ chuyển đổi quang điện

OBA

Opical Booster amplifier

Bộ khuếch đại công suất quang

OLA

Optical line amplifier

Bộ khuếch đại quang đường dây

OMUX

Optical Multiplex

Bộ ghép kênh quang

OPA

Optical Pre – amplifier

Bộ tiền khuếch đại quang

OTM

Optical teminal

Đầu cuối tách/ghép kênh quang

OTU

Optical Transponder Unit

Bộ chuyển đổi bước sóng quang

OXC

Optical cross connect

Bộ đấu chéo quang

SBS

Stimulated Brillouin

Hiệu ứng tán xạ Brillouin kích

Seattering

thích

Synchronous Digital

Phân cấp số đồng bộ

SDH

Hierarchy
SM

Single mode

Đơn mode

SPM

Self phase Modulation

Hiệu ứng điều chế pha

SRS

Stimulated Raman Seattering

Hiệu ứng tán xạ Raman kích
Thích

TDM

Time division multiplex

Ghép kênh phân chia theo
thời gian

WDM

Wave division Multiplex

Ghép kênh phân chia theo
bước sóng

XPM

Cross Phase Modulation

Hiệu ứng điều chế pha chéo

FWM

Four – Wave Mixing

Hiệu ứng trộn 4 bước sóng
4


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU
HÌNH VẼ:
Hình 1.1: Mô tả tuyến thông tin quang ghép bước sóng..........................................................11
Hình 1.2: Hệ thống ghép bước sóng đơn hướng......................................................................12
Hình 1.3: Hệ thống ghép bước sóng song hướng.....................................................................13
Hình 2.1: Sự phân chia dải bước sóng làm việc tại cửa sổ 1550 nm.......................................27
Hình 2.2: Topology dạng điểm – điểm ....................................................................................28
Hình 2.3: Topology dạng vòng (ring) ......................................................................................29
Hình 2.4: Một dạng topology mesh .........................................................................................30
Hình 2.5: Tuyến quang DWM điểm điểm đơn hướng dung lượng cao...................................31
Hình 2.6: Mạng WDM quảng bá hình sao...............................................................................35
Hình 2.7: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc vào BN ....................................................................36
Hình 2.8: Sơ đồ khối mạng truyền dẫn quang đa truy nhập ....................................................37
Hình 2.9: Cấu trúc mạng Lambdanet........................................................................................39
Hình 2.10: Sơ đồ khối mạng vòng quang thụ động nội hạt .................................................... 40
Hình 2.11: Mạng đa chặng 8 nút ..............................................................................................42
Hình 2.12: Sơ đồ khối chức năng của một nút trong mạng Teranet........................................43
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống DWDM....................................................................................45
Hình 3.2: Nguyên lý bộ thu phát quang OUT.......................................................................... 46
Hình 3.3: Bộ tách bước sóng dùng bộ lọc................................................................................48
Hình 3.4: Cấu tạo bộ lọc........................................................................................................... 48

Hình 3.5: Bộ tách hai kênh dùng thấu kính phẳng và bộ lọc...................................................49
Hình 3.6: Bộ tách hai kênh dùng bộ lọc và lăng kính Grin......................................................49
Hình 3.7: Cấu tạo bộ lọc nhiều bước sóng............................................................................... 50
Hình 3.8: Bộ ghép kênh vi quang nhiều kênh trong thực tế.....................................................50
Hình 3.9: Cấu trúc cơ bản bộ tách kênh sử dụng bộ lọc gắn trực tiếp vào sợi ........................51
Hình 3.10a: Bộ tách bước sóng dùng thấu kính....................................................................... 52
Hình 3.10b: Bộ tách bước sóng dùng thấu kính Grin...............................................................52
Hình 3.11a: Phương pháp ghép xoắn........................................................................................54
Hình 3.11b: Phương pháp mài ghép sợi .................................................................................. 54
Hình 3.12: Giản đồ năng lượng Erbium ..................................................................................55
Hình 3.13: Cấu trúc EDFA đơn tầng........................................................................................56
5


Hình 3.14: Sơ đồ vị trí các thiết bị trong node OADM............................................................59
Hình 3.15: OXC với ma trận chuyển mach N x N...................................................................61
Hình 3.16: Bộ nối chéo chuyển mạch không gian....................................................................62
Bảng:
Bảng 2.1: Hệ thống WDM thực nghiệm ..................................................................................33
Bảng 4.1: Các thông số cơ bản đổi với OM.............................................................................71
Bảng 4.2: Các thống số cơ bản đối với OD..............................................................................71
Bảng 4.3: Các thông số cơ bản đối với OA..............................................................................71
Bảng 4.4: Bảng phân bố bước song band C cho hệ thống DWDM 40 kênh...........................72
Bảng 4.5: Tốc độ Bit và dung lượng của các loại OTU...........................................................73

6


LỜI NÓI ĐẦU
Thế kỷ 21 bắt đầu đã mở ra một kỷ nguyên mới. Kỷ nguyên của truyền thông và công

nghệ thông tin. Chỉ trong một thời gian ngắn các dịch vụ thông tin đã nhanh chóng lan tràn
khắp xã hội, trở thành một công cụ, một “mặt hàng” không thể thiếu trong cuộc sống con
người. Sự phổ biến và khả năng ứng dụng ở khắp các lĩnh vực trong cuộc sống của các hệ
thống công nghệ thông tin đã tạo ra một áp lực lớn đối với hệ thống truyền dẫn hiện tại. Số
lượng người tham gia vào các hệ thống thông tin tăng nhanh đi đôi với việc yêu cầu của
khách hàng ngày càng cao đã “vắt kiệt” hoàn toàn dung lượng của cả hệ thống truyền dẫn
được xây dựng trong nhiều năm trước.
Sự bùng nổ yêu cầu về băng thông mạng tăng dần cùng với sự lớn lên của lưu lượng dữ
liệu, đặc biệt là Internet tăng khoảng 300% trên một năm đối với lưu lượng Internet. Trong
khi đó thì bản than lưu lượng được truyền tải trên mạng đang ngày càng trở lên phức tạp.
Lưu lượng dữ liệu truyền trên mạng backbone rất đa dạng, đó có thể là các kênh cơ bản
(TDM hay fax), các gói IP, các tế bào cơ bản (ATM và Frame relay) hay các dữ liệu VoIP…
Từ đấy có thể thấy vấn đề nổi cộm hiện nay trên hệ thống truyền dẫn chính là yêu cầu
về “băng thông mạng”. Phương pháp được sử dụng gần đây là ghép kênh phân chia theo
bước sóng (WDM). Với công nghệ này, không cần phải đặt thêm các cáp quang mới nhưng
dung lượng hữu dụng của cáp hiện tại có thể tăng lên đến 16 tới 32 lần. Các hệ thống WDM
trước đây chỉ ghép được 4 hay 8 (lớn nhất là 16) bước sóng. Kế thừa WDM, công nghệ ghép
kênh theo bước sóng mật độ cao DWDM ra đời có khả năng ghép nhiều bước sóng hơn trên
một sợi quang đã giải quyết hữu hiệu vấn đề băng thông của mạng. Hiện nay, các hệ thống
DWDM đã có thể ghép đến 128 hay 160 bước sóng. Người ta vẫn chưa thể xác định giới hạn
cuối cùng của công nghệ này. Do vậy, việc nghiên cứu tìm hiểu về công nghệ DWDM là một
vấn đề cấp thiết đối với ngành truyền dẫn để tiếp tục nâng cao hơn nữa đối với băng thông
mạng, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của người sử dụng.
Với lý do trên em đã chọn đề tài “Hệ thống thông tin quang tốc độ cao và ứng dụng”
nhằm mục đích tìm hiểu, nghiên cứu về kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng mật độ cao. Đồ
án gồm 4 chương với nội dung như sau:
Chương 1: Cơ sở kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng
7

Chương 2: Tổng quan và ứng dụng về hệ thống DWDM
Chương 3: Các thành phần cơ bản của hệ thống DWDM
Chương 4: Thiết kế tuyến thông tin quang
Em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới THS. Trần Thị Đồng đã tận tình hướng dẫn em
nghiên cứu, tìm hiểu và tạo mọi điều kiện để tôi có thể hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
Do hạn chế về thời gian và kiến thức, đồ án tốt nghiệp của em còn nhiều thiếu sót. Kính
mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn để đề tài của em được hoàn
thiện hơn.
Xin trân thành cảm ơn.
Hà nội, ngày 9 tháng 4 năm 2014
Sinh viên

Uông Minh Nam

8


Chương 1:
CƠ SỞ KỸ THUẬT GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO BƯỚC SÓNG
1.1.

Kỹ thuật ghép bước sóng quang
Trong thực tế của hệ thống đơn kênh (là hệ thống mà mỗi sợi quang sẽ truyền một

luồng tín hiệu cho một hướng), khi tốc độ truyền đạt tới một mức 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.
Khi tốc độ đạt tới hàng trục Gbit/s. Khoảng cách truyền dẫn ngắn lại, bản thân các mạch điện
tử sẽ không thể đảm bảo đáp ứng được xung tín hiệu cực hẹp. Thêm vào đó chi phí cho các
giải pháp trên tuyến truyền dẫn trở lên tốn kém vì cấu trúc hệ thống quá phức tạp đòi hỏi
công nghệ rất cao. Do đó kỹ thuật ghép kênh quang đã ra đời, nhằm khắc phục 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 kỹ thuật xử lý tín hiệu
nhanh.
Về lý thuyết ta có thể làm tăng đáng kể dung lượng truyền dẫn của hệ thống bằng cách
truyền đồng thời nhiều tín hiệu quang trên cùng một sợi nếu các nguồn phát có phổ khác
nhau một cách hợp lý và ở đầu thu có thể thu được các tín hiệu quang riêng biệt nếu phần thu
có các bộ tách bước sóng đây chính là cơ sở kỹ thuật ghép bước sóng.
1.2.

Nguyên lý cơ bản của ghép bước sóng quang
Nguyên lý cơ bản của ghép bước sóng quang được minh họa như hình 1.1. Giả sử có

nguồn phát quang làm việc ở bước sóng λ1, λ2,….,λn. Các tín hiệu quang ở bước sóng khác
nhau 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 bảo đảm có suy hao nhỏ và
tín hiệu sau khi ghép sẽ được truyền dọc theo sợi để tới phía thu. Các bộ tách sóng quang
khác nhau ở phía đầu thu sẽ nhận lại các luống tín hiệu với các bước sóng riêng rẽ này sau
khi chúng qua bộ giải ghép bước sóng.
1

n

Tx

Tx

λ1
λn

λ1 , λ 2 ,...λ n

OMUX

ODMUX
Sợi quang

λ1
λn

Rx

Rx

Hình 1.1: Mô tả tuyến thông tin quang ghép bước sóng
9

1

n


Đặc điểm nổi bật của hệ thống ghép kênh theo bước sóng quang – WDM là tận dụng
hữu hiệu nguồn tài nguyên sợi băng 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. Trong việc thực hiện ghép kênh sẽ không có quá trình biến đổi
điện nào.
Hệ thống WDM dựa trên cơ sở tiềm năng băng tần của sợi quang để mang đi nhiều
bước sóng ánh sáng khác nhau, điều thiết yếu là việc truyền đồng thời nhiều bước sóng cùng
một lúc này không gây nhiễu lẫn nhau. Mỗi bước sóng đại diện một kênh quang trong sợi
quang. Công nghệ WDM phát triển theo xu hướng mà sự riêng rẽ bước sóng của kênh có thể
là một phần rất nhỏ của 1 nm hay 10-9m, điều này dẫn đến các hệ thống ghép kênh theo bước

sóng mật độ cao – DWDM. Các thành phần thiết bị trước kia chỉ có khả năng xử lý từ 4 đến
16 kênh, mỗi kênh hỗ trợ luồng dữ liệu đồng bộ tốc độ 2,5 Gbit/s cho tín hiệu mạng quang
phân cấp đồng bộ số (SDH/SONET). Các nhà cung cấp WDM đã sớm phát triển các thiết bị
nhằm hỗ trợ cho việc truyền nhiều hơn các kênh quang. Các hệ thống với hơn hàng trăm
kênh giờ đây đã sẵn sàng được đưa vào sử dụng, cung cấp một tốc độ dữ liệu kết hợp hàng
trăm Gbit/s và tiến tới đạt tốc độ Tbit/s truyền trên một sợi quang. Có hai hình thức cấu
thành hệ thống WDM đó là: hệ thống ghép bước sóng cùng hướng và hệ thống ghép bước
sóng song hướng.
Ở hình 1.2 là hệ thống ghép bước sóng cùng hướng. Trong hệ thống này thiết bị ghép
bước sóng được dùng để kết hợp các bước sóng khác nhau sau đó truyền trên cùng một sợi
và tách chúng ở đầu kia thành các tia riêng rẽ trước khi đưa vào bộ thu quang tương ứng.

Hình 1.2: hệ thống ghép bước sóng đơn hướng
10


Hệ thống ghép bước sóng song hướng được trình bày ở hình 1.3. Ở hướng đi, các kênh
quang tương ứng với các bước sóng λ1, λ2,….,λn qua bộ ghép/tách kênh được tổ hợp lại với
nhau truyền trên một sợi. cũng sợi quang đó hướng về của các bước sóng λ’1, λ’2,….,λ’n được
truyền dẫn theo chiều ngược lại.

Hình 1.3: hệ thống ghép bước sóng song hướng
Để thực hiện một hệ thống ghép kênh phân chia theo bước sóng cùng hướng thì cần
phải có bộ ghép kênh ở đầu phát để kết hợp các tín hiệu quang từ các nguồn phát quang khác
nhau đưa vào một sợi dẫn quang chung. Tại đầu thu, cần phải có bộ tách kênh để tách các
kênh quang tương ứng. Nhìn chung, các tín hiệu quang không phát một công suất đáng kể
nào ở ngoài độ rộng phổ kênh đã định trước của chúng, cho nên vấn đề xuyên kênh là không
đáng lưu tâm ở đầu phát. Mà vấn đề đáng lưu tâm là bộ ghép kênh cần có suy hao thấp để
cho tín hiệu từ nguồn quang tới đầu ra bộ ghép kênh ít bị suy hao. Đối với bộ tách kênh, vì
các bộ tách sóng quang thường nhạy cảm trên cả một vùng rộng các bước sóng cho nên nó

có thể thu được toàn bộ các bước sóng được phát đi, như vậy để ngăn chặn các tín hiệu
không mong muốn một cách có hiệu quả thì phải có phương pháp cách ly tốt các kênh
quang. Để thực hiện tốt điều này, cần thiết kế các bộ giải ghép thật chính xác hoặc sử dụng
các bộ lọc quang rất ổn định có bước sóng cắt chính xác. Do đó hệ thống WDM cùng hướng
được ứng dụng và phát triển tương đối rộng rãi.
Hệ thống WDM song hướng thì yêu cầu phát triển và ứng dụng cao hơn, có cơ cấu
phức tạp hơn đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật cực kỳ nghiêm ngặt. Có rất nhiều vấn đề cần lưu ý như
phản xạ quang, xuyên âm giữa các kênh, mức điện của công suất truyền dẫn. Ở phía phát,
các thiết bị ghép kênh phải có suy hao nhỏ từ mỗi nguồn quang tới đầu ra của bộ ghép kênh.
Ở phía thu, các bộ tách sóng quang phải nhạy cảm với dải rộng của các bước sóng. Khi thự
11


hiện tách kênh, cần phải cách ly kênh quang thật tốt với các bước sóng khác bằng cách thiết
kế các bộ tách kênh thật chính xác, các bộ lọc quang nếu được sử dụng phải có bước sóng cắt
chính xác, dải làm việc ổn định. Do sử dụng bộ khuếch đại quang hai chiều nên hệ thống
song hướng giảm được số lượng bộ khuếch đại và tiết kiệm được sợi quang.
Về nguyên lý, bất kỳ bộ ghép bước sóng nào cũng có thể được sử dụng làm bộ giải
ghép bước sóng. Như vậy, hiểu đơn giản từ “bộ ghép - multiplexer” trong trường hợp này
được sử dụng ở dạng chung để tương thích cho cả bộ ghép và bộ giải ghép, trừ trường hợp
cần thiết phải phân biệt hai thiết bị này.
Người ta chia loại thiết bị ghép bước sóng quang thành ba loại: các bộ ghép (MUX),
các bộ giải ghép (DEMUX), các bộ ghép và giải ghép hỗn hợp (MUX-DEMUX). Các bộ
MUX và DEMUX được dùng cho các hệ thống đơn hướng, còn hỗn hợp được sử dụng cho
hệ thống quang song hướng.
1.3.

Các tham số chính trong DWDM
DWDM thực hiện ghép một số lượng lớn các bước sóng quang đã được điều chế trên

cùng một sợi quang. Những kênh quang trong hệ thống DWDM thường nằm trong một cửa
sổ bước sóng, chủ yếu 1550nm vì mộ trường ứng dụng hệ thống này thường là mạng đồng
trục, cự ly truyền dẫn dài và có dung lượng 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 các tham số như sau: suy hao, nhiễu xuyên kênh, số kênh bước
sóng, độ rộng phổ nguồn phát, quỹ công xuất, tán sắc và ảnh hưởng của các hiệu ứng phi
tuyến.
1.3.1. Suy hao sợi quang
Suy hao sợi quang đóng một vai trò rất quang trọng việc thiết kế hệ thống, là tham số
xác định khoảng cách từ phía phát tới phía thu.
Suy hao sợi được tính bằng tỉ số giữa công suất quang đầu ra P out của sợi dẫn quang dài
L km với công suất đầu vào Pin. nếu gọi α là hệ số suy hao thì:
α = - log(dB/ km)

(1.1)

Các nguyên nhân chính gây suy hao cho 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 tán xạ do tính không
12


đồng nhất quang học của lõi sợi quang gây ra. Có ba loại suy hao tán xạ cơ bản của lõi sợi
quang là tán xạ Rayleigh, tán xạ Brillouin và tán xạ Raman. Các loại suy hao trên đều phụ
thuộc vào bước sóng ánh sang vào tạo lên phổ suy hao của sợi quang. Ngoài những suy hao
trong sợi quang vừa nêu trên còn có những suy hao trên tuyến thông tin quang, đó là suy hao
ghép nguồn quang vào sợi quang cũng như suy hao ghép ánh sáng vào Photodiode, suy hao
nối connector và suy hao mối hàn giữa hai sợi quang với nhau. Các suy hao này cần được
tính toán trong quỹ công suất của tuyến thông tin cáp sợi quang trong bài toán thiết kế.
Ngoài ra trên tuyến thông tin cáp sợi quang còn có suy hao do sợi bị uốn cong. Có hai

loại suy hao do uốn cong là uốn cong vĩ mô và uốn cong vi mô.
1.3.2. 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 thể sử dụng được. Số kênh bước sóng phụ thuộc vào:
- Khả năng của công nghệ đối với các thành phần quang như:
+ Khả năng băng tần của sợi quang.
+ Khả năng tách/ghép các kênh bước sóng.
- Khoảng các giữa các kênh bước sóng gồm các yếu tố sau:
+ Tốc độ truyền dẫn từng kênh.
+ Quỹ công suất quang.
+ Ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến
+ Độ rộng phổ nguồn phát
+ Khả năng tách/ghép của hệ thống DWDM
Mặc dù hệ thống DWDM hoạt động tại vùng cửa sổ truyền dẫn 1550nm có khoảng
cách giữa các kênh khoảng 10nm, nhưng do dải khuếch đại của các thiết bị khuếch đại quang
chỉ có độ rộng khoảng 35nm nên trong thực tế các hệ thống DWDM không tận dụng hết
băng tần của sợi quang.
Gọi Δλ là khoảng cách giữa các kênh bước sóng thì tương ứng ta sẽ có:
Δƒ= - (c. Δλ) / λ2

(1.2)

Như vậy tại bước sóng λ = 1550nm, với Δλ = 35nm thì Δƒ = 4.37.10 12Hz. Giả sử tốc độ
truyền dẫn của mỗi kênh bước sóng là 2,5 Gbps thì theo chuẩn Nyquisst với phổ cơ sở của
tín hiệu là 2 x 2,5 = 5 GHz, thì số kênh bước sóng cực đại có thể đạt được N = Δƒ/5 = 874
13


kênh trong dải băng tần khuếch đại quang. Đây chính là số kênh tính theo lý thuyết tuy nhiên
với mật độ kênh càng lớn thì đòi hỏi các thành phần quang trên tuyến phải có chất lượng

càng cao. Để tránh xuyên âm giữa các kênh này cần có bộ phát ổn định và một bộ lọc quang
có khả năng 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 công nghệ hiện nay, ITU – T đưa ra quy định về khoảng cách kênh
trong bước sóng là 100 GHz (0,8nm) hoặc 50 GHz (0,4nm) với chuẩn tần số là 193,1 THz.
Với công nghệ hiện này DWDM chủ yếu dùng dải băng tần 15030 – 1560 nm còn gọi là
băng C:
-

80 ~ 100 kênh ứng với tốc độ mỗi kênh là 2,5 Gbps.

-

32 ~ 40 kênh ứng với tốc độ mỗi kênh là 10 Gbps.

Dải băng tần từ 1560 – 1600 nm hay còn gọi là 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.

Độ rộng phổ 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, nói khác đi 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
như MUX/DEMUX, bộ lọc, độ dung sai cũng như mức độ ổn định của thiết bị này.
Về bản chất , việc ghép các kênh 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 quang. Theo lý thuyết, băng thông của sợi quang rất
rộng nên số lượng kênh bước sóng ghép được là rất lớn. Tuy nhiên trong thực tế các hệ
thống WDM thường đi liền với các bộ khuếch đai quang sợi và làm việc chỉ ở cửa sổ bước
sóng 1550 nm. Vì vậy băng tần cửa sợi quang bị giới hạn bởi băng tần của bộ khuếch đại.
Như vậy, một vấn đề đặt là ra khi ghép khoảng cách giữa các bước sóng phải thỏa mãn yêu
cầu tránh cộng phổ của các kênh lân cận ở phía thu. Khoảng cách này phụ thuộc vào đặc tính
phổ của nguồn phát và các ảnh hưởng khác nhau trên đường truyền như tán sắc sợi, hiệu ứng
phi tuyến…

14


Một cách lý tưởng, có thể xem hệ thống DWDM như sự xếp chồng của các hệ thống
truyền dẫn đơn kênh ki khoảng cách giữa các kênh bước sóng đủ lớn và công suất phát hợp
lý. Mối quan hệ giữa phổ công suất phía thu với phổ công suất nguồn phát được thể hiện bởi
tham số đặc trưng cho sự giãn phổ. Ký hiệu Δ, băng tần tín hiệu B và bù tán sắc D. Nếu gọi ɛ
là hệ số đặc trưng cho sự tương tác giữa nguồn phát và sợi quang, sẽ có biểu thức.
ɛ = B.D. ΔRMS

(1.3)

Trong đó:
-

B là độ rộng băng tần tín hiệu truyền dẫn.

-

D là độ tán sắc tương ứng với khoảng cách truyền dẫn.

-

ΔRMS độ giãn phổ tính theo căn bậc 2.

Độ rộng phổ nguồn phát ứng với độ tán sắc D:
ΔRMS = ɛ / B.D

(1.4)

Nếu tính độ rộng phổ tại giá trị - 20 dB độ rộng phổ sẽ là:
Δ-20dB = 6,07 ΔRMS

(1.5)

Như vậy, từ độ rộng phổ này và khoảng cách kênh bước sóng chọn thì tìm được độ
rộng phổ yêu cầu của nguồn phát.
1.3.3. Quỹ công suất
Trong môi trường truyền dẫn cáp sợi quang quỹ công suất là một yếu tố rất quan trọng
nhằm bảo đảm cho hệ thống hoạt động bình thường. Suy hao công suất trên toàn tuyến bao
gồm: suy hao trên sợi dẫn quang, trên các bộ nối quang và tại các mối hàn. Tổng suy hao
trên toàn tuyến nhận được từ các phân bổ suy hao liên tiếp của từng phần tử trên tuyến. Suy
hao của từng phần tử được tính bằng (dB) như sau:
A= 10lg (Pout / P in)

(1.6)

Trong đó: Pout và P in là công suất quang vào và ra của phần tử.
Ngoài các suy hao do các do các phần tử trên tuyến quang gây ra như đã lêu ở trên phải
có một lượng công suất quang dự phòng cho tuổi thọ của các thành phần, sự thay đổi nhiệt

độ và các suy hao tăng lên ở các thành phần. Dự phòng tuyến thường từ 6 – 8 dB. Chính vì
vậy quỹ công suất của tuyến có thể xem như là suy hao công suất tổng P T nằm giữa nguồn
phát quang và bộ tách sóng quang. Suy hao tổng này bao gồm suy hao sợi, suy hao bộ nối

15


quang, suy hao mối hàn và dự phòng cho hệ thống. Nếu gọi P S là công suất quang của nguồn
phát được đưa vào đầu sợi ghép với nguồn phát và PR là độ nhạy của bộ thu quang thì:
PT = PS – PR = 2lC + αfL + dự phòng hệ thống

(1.7)

Với:
lC là suy hao bộ nối quang
αf là suy hao sợi (dB/km)
L là cự ly truyền dẫn (km)
Ở đây ta giả thiết chỉ sử dụng các bộ nối quang ở hai đầu của tuyến, mà không dùng ở
giữa tuyến, còn suy hao hàn sợi lSP được gán vào trong suy hao sợi để đơn giản phép tính.
1.3.4. Nhiễu xuyên kênh
Nhiễu xuyên kênh gây ra do độ cách ly của linh kiện quang không tốt hoặc do ảnh
hưởng của các hiệu ứng quang học phi tuyến, tín hiệu của kênh quang khác sẽ rò rỉ sang
kênh truyền dẫn, hình thành tạp âm xuyên nhiễu từ đó ảnh hưởng đến tính năng của hệ
thống.
Nhiễu xuyên kênh trong DWDM bao gồm nhiều loại khác nhau và có thể phân loại
chúng dựa trên nhiều yếu tố:
Dựa vào các thiết bị của hệ thống:
- Xuyên nhiễu tuyến tính: do các đặc tính không lý tưởng của các thiết bị tách kênh,
mức xuyên nhiễu này chủ yếu phụ thuộc vào kiểu thiết bị tách kênh được sử dụng cũng như
khoảng các giữa các kênh, chính vì vậy để hạn chế được nhiễu tuyến tính thì các thiết bị tách

kênh của hệ thống DWDM phải đạt độ chính xác càng cao càng tốt, khoảng cách giữa các
kênh phải thỏa mãn các tiêu chuẩn ITU – T.
- Xuyên nhiễu phi tuyến: chủ yếu do các hiệu ứng phi tuyến của sợi quang hoặc điểm
nút gây lên. Trong hệ thống ghép kênh quang theo bước sóng. Mật độ dày đặc tán xạ bị kích
thích Raman và trộn bốn bước sóng là hiệu ứng phi tuyến chủ yếu, chúng không gây ra tổn
hao năng lượng mà sẽ dẫn đến sự dịch chuyển công suất từ kênh này sang kênh khác, gây
nên xuyên nhiễu phi tuyến và ảnh hưởng không tốt tới năng lượng của hệ thống.
Dựa vào sự giống và khác nhau giữa bước sóng xuyên nhiễu và bước sóng của tín hiệu:

16


- Xuyên nhiễu khác tần số: bước sóng xuyên nhiễu và bước sóng của tín hiệu truyền
dẫn không giống nhau. Đây là loại nhiễu không tích lũy và có thể giảm được xuyên nhiễu
này bằng các bộ lọc ở trước máy thu.
- Xuyên nhiễu cùng tần số: bước sóng xuyên nhiễu và bước sóng tín hiệu truyền dẫn
giống nhau. Xuyên nhiễu cùng tần số sinh ra do bản thân tín hiệu qua các tuyến khác nhau
rồi phối ghép vào nhau nhưng có trễ truyền dẫn khác nhau, do tính năng linh kiện không tốt
gây ra.
1.3.5. Tán sắc
Khi truyền dẫn tín hiệu số dọc theo sợi quang xuất hiện hiện tượng dãn xung ở đầu thu.
Thậm chí trong một số trường hợp các xung lân cận đè lên nhau. Khi đó không phân biệt
được các xung khác nhau nữa, gây méo tín hiệu khi tái sinh.
Sở dĩ có hiện tượng méo này là do tán sắc ở bên trong mode và hiệu ứng giữa các mode
gây ra. Các hiện tượng tán sắc ở đây được giải thích nhờ việc khảo sát trạng thái các vận tốc
ngóm của các mode truyền dẫn tức là tốc độ và năng lượng ở trong mode riêng biệt lan
truyền dọc theo sợi.
Tán sắc bên trong là sự dãn xung ánh sang xảy ra trong mỗi mode. Hiện tượng này
khiến cho các xung lân cận giao thoa với nhau là cho khả năng phân biệt giữa các xung với
nhau rất khó khăn, gây ảnh hưởng lớn tới chất lượng tín hiệu thu được. Vì tán sắc bên trong

mode phụ thuộc vào bước sóng cho nên ảnh hưởng của nó tới méo dạng tín hiệu tăng theo độ
tăng của độ rộng phổ nguồn phát. Độ rộng phổ là dải các bước sóng mà nguồn quang phát
tín hiệu ánh sang trên nó. Có thể mô tả dãn xung bằng công thức:
δr = L. λs .σλ . (dτg / dλ)

(1.8)

Trong đó:
σλ : độ rộng hiệu dụng (rms) của nguồn phát
λs : bước sóng trung tâm
τg : sự trễ nhóm đối với một đơn vị độ dài
L : chiều dài sợi dẫn quang
Như vậy tán sắc tổng cộng trên sợi dẫn quang gồm hai thành phần chính là tán sắc giữa
các mode và tán sắc bên trong mode. Tán sắc bên trong mode bao gồm tán sắc vật liệu và tán
sắc dẫn sóng.
17


Tán sắc dẫn sóng
Tán sắc dẫn song là do dạng hình học của sợi quang làm cho hằng số truyền lan của
từng mode thay đổi đối với các bước sóng khác nhau. Ảnh hưởng của tán sắc dẫn sóng lên
độ dãn xung có thể được khảo sát với điều kiện giả thiết rằng chỉ số chiết suất của vật liệu
không phụ thuộc vào bước sóng.
Tán sắc vật liệu
Chiết suất của sợi quang thay đổi theo bước sóng ánh sang sẽ gây ra tán sắc vật liệu.
Một nguồn sáng có phổ gồm nhiều bước sóng, các tia sáng có bước sóng khác nhau lan
truyền với vận tốc khác nhau dẫn đến hiện tượng dãn xung.
Chiết suất vật liệu thủy tinh chế tạo sợi quang thay đổi theo bước sóng của tín hiệu ánh
sáng n = n(λ). Nếu nguồn bức xạ phát quang phát ra sóng ánh sáng với duy nhất một bước
sóng λ0 thì không có hiện tượng chênh lệnh về thời gian giữa các thành phần của xung ánh

sáng vì chúng lan truyền theo cùng vận tốc pha:
Vph = c / n(λ0) = const

(1.9)

Tán sắc mode
Tán sắc mode chỉ ảnh hưởng đến các sợi đa mode, nó sinh ra do có nhiều đường khác
nhau (các mode khác nhau) mà một tia sáng có thể lan truyền trong sợi đa mode. Dẫn đến tia
sáng truyền qua những quang lộ khác nhau và đến đầu kia của sợi quang vào những thời
điểm khác nhau, làm cho xung truyền dẫn bị dãn rộng và dẫn đến làm giảm tốc độ hiệu dụng
tối đa của sợi. Tán sắc mode phụ thuộc vào kích thước của sợi quang, đặc biệt phụ thuộc vào
đường kính lõi của sợi.
Các phương pháp để làm giảm thiểu sự ảnh hưởng của tán sắc đến hệ thống DWDM tốc
độ tao có dung khuếch đại EDFA là:
-

Sử dụng sợi quang có hệ số tắn sắc nhỏ.

-

Bù tán sắc bằng phương pháp dịch pha SPM.

-

Bù tán sắc bằng các thành phần bù tán sắc thụ động.

-

Bù tán sắc bằng sợi DCF.

-

Bù tán sắc bằng sợi DCM sử dụng cách tử sợi Bragg

Đối với hệ thống DWDM hiện nay cần phải quan tâm đến hiện tượng tán sắc mode
phân cực (PMD).
18


Khái niệm về 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. Do vận tốc truyền của hai mode
chênh lệch nhau đôi chút nên thời gian truyền cùng khoảng cách là khác nhau gây ra trễ
nhóm. Vì vậy PMD gây nên hiện tượng giãn rộng xung tín hiệu làm giảm chất lượng truyền
dẫn.
Tán sắc mode phân cực tỉ lệ với căn bậc hai chiều dài sợi quang, được tính theo công
thức:
PMDtotal = K.√L
Trong đó:

(1.10)

PMDtotal là tán sắc phân cực của sợi quang (ps)

K là hệ số tán sắc phân cực (ps/km1/2)
L là chiều dài sợi quang (km)
Nguyên nhân tán sắc phân cực.
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 triết suất quang. Sự khác biệt về chiết suất sẽ sinh

ra vận tốc mode khác nhau. Trong sợi đơn mode hiện tượng này bắt nguồn từ sợi không tròn
hoặc ovan của lõi sợi theo hai cách: ống dẫn sóng ovan và trường lực căng cơ học tạo nên
bởi lõi ovan gồm cả chiết suất phụ. 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 trung 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 điện trường 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 suất quang sinh ra bởi uốn cong của sợi sự uốn
cong đã làm thay đổi mật độ phân tử cấu trúc sợi,làm cho hệ thống khúc xạ mất đối xứng.
1.3.6. Ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến
Đối với hệ thống thông tin sợi quang, công suất quang không lớn, sợi quang có tính
năng truyền dẫn tuyến tính, sau khi dùng EDFA, công suất quang tăng lên, trong điều kiện
19


nhất định sợi quang sẽ thể hiện đặc tính truyền dẫn phi tuyến, nghĩa là suy hao và chiết suất
sẽ phụ thuộc vào công suất tín hiệu quang trong sợi. Hiệu ứng phi tuyến sẽ gây ra một số
hiện tượng như: xuyên âm giữa các kênh quang, suy giảm mức tín hiệu từng kênh dẫn… hạn
chế rất lớn tính năng của bộ khuếch đại EDFA và cự ly truyền dẫn dài không có chuyển tiếp.
Nhìn chung có thể chia hiệu ứng phi tuyến thành hai loại:
- Hiệu ứng tán xạ bao gồm tán xạ Raman (SRS) và hiệu ứng tán xạ Brillouin (SBS).
- hiệu ứng liên quan đến chiết suất 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)
1.3.6.1. Khuếch đại tích lũy Raman SRS
Hiệu ứng tán xạ Raman (SRS- Stimulated Raman Scattering) là hệ quả của quá trình tán
xạ không đàn hồi. Trong đo photon của ánh sáng tới chuyển một phần năng lượng của mình
cho dao động cơ học của các phần tử cấu thành môi trường truyền dẫn và phần năng lượng
còn lại được phát xạ thành ánh sáng có bước sóng lớn bước sóng của ánh sáng tới (ánh sáng

với bước sóng mới này được gọi là ánh sáng Stoke). Khi ánh sáng tín hiệu truyền trong sợi
quang có cường độ lớn, quá trình này trở thành quá trình kích thích (được gọi là SRS) mà
trong đó ánh sáng tín hiệu đóng vai trò sóng (gọi là bơm Raman) làm cho phần năng lượng
của tín hiệu được chuyển tới bước sóng Stoke.
Nếu gọi PS(L) là công suất bước sóng stoke trong sợi quang thì:
PS(L) = P0 exp ( grP0L / K.Seff)

(1.11)

Trong đó:
P0 là công suất đưa vào sợi tại bước sóng tín hiệu.
gr là hệ số khuếch đại Raman.
Seff là diện tích vùng lõi hiệu dụng.
L là khoảng cách ánh sáng lan truyền trong sợi quang.
K là đặc trưng cho mối quan hệ về phân cực giữa tín hiệu, bước sóng stoke và phân
cực của sợi. Đối với sợi thông thường thì K ≈ 2.
1.3.6.2. Hiệu ứng tán xạ Brillouin SBS
Tán xạ Brillouin được hiểu là sự điều chế ánh sáng của năng lượng nhiệt trong vật liệu.
Photon ánh sáng vào sợi quang chịu sự tương tác không tuyến tính và tạo ra năng lượng
dung động trong thủy tinh cũng như tạo ra ánh sáng tán xạ. Độ dịch tần số và cường độ tán
20


xạ biến đổi theo hàm của góc tán xạ, với giá trị lớn nhất là ngược với hướng truyền và nhỏ
nhất bằng không theo hướng truyền. Do đó tán xạ Brillouin chủ yếu về hướng ngược hướng
với nguồn và xa bộ thu, vì vậy làm giảm công suất ánh sáng tại bộ thu. Mức công suất mà tại
đó tán xạ Brillouin trở lên đáng kể trong sợi quang đơn mode tuân theo công thức:
PB = 17,6 ×10-3 × a2 × λ2 × α × Δγ’

(1.12)

Trong đó:
PB là mức công suất (W) cần thiết để tán xạ Brillouin trở lên đáng kể.
a là bán kính sợi quang (μm).
λ là bước sóng nguồn phát (μm).
α là suy hao sợi quang (dB/km).
Δγ’ là độ rộng của phổ nguồn (GHz).
Hiệu ứng SBS là hiệu ứng tương tự như SRS tức là có sự tạo thành của bước sóng stoke
với bước sóng dài hơn bước sóng của ánh sáng tới. Điểm khác nhau chính của hai hiệu ứng
này là: SBS liên quan tới các photon âm học, còn SRS liên quan đến các photon quang.
Chính sự khác biệt đó mà chúng gây những ảnh hưởng khác nhau lên hệ thống DWDM.
Hiệu ứng SBS sẽ ảnh hưởng tới công suất của từng kênh và khoảng cách giữa các kênh
trong hệ thống DWDM. Hiệu ứng này không phụ thuộc vào số kênh của hệ thống.
1.3.6.3. Hiệu ứng tự điều chế pha SPM
Hiệu ứng SPM là hiệu ứng trong đó chiết suất của môi trường truyền dẫn thay đổi theo
cường độ ánh sáng truyền trong đó:
n = n0 + ΔnNL = n0 + n2 ǀEǀ2

(1.13)

Trong đó:
n0 là hệ số chiết suất tuyến tính
E là trường quang
n2 là hệ số chiết suất phi tuyến
Hiện tượng này tạo nên sự dịch pha tuyến tính Φ NL của trường quang khi lan truyền
trong sợi quang. Đối với trường quang có cường độ không đỏi hiệu ứng SPM chỉ làm quay
pha của trường quang, do đó ít ảnh hưởng đến chất lượng của hệ thống. Tuy nhiên đối với
các trường quang có cường độ thay đổi thì pha phi tuyến Φ NL sẽ thay đổi theo thời gian. Hiện
tượng này còn gọi là hiện tượng dịch tần phi tuyến là cho sườn sau của xung dịch tới tần số
21

v < v0 và sườn trước của xung dịch đến tần số v > v 0. Điều này có nghĩa là phổ của tín hiệu
đã bị giãn trong quá trình truyền. Trong hệ thống DWDM, đặc biệt khi khoảng cách giữa các
kênh gần nhau, hiện tượng giãn phổ do SPM có thể dẫn đến giao thoa gây nhiễu giữa các
kênh. Hơn nữa, nếu xét đến ảnh hưởng của tán sắc thì sẽ thấy dạng xung bị biến đổi dọc theo
sợi. Nếu gọi D là hệ số tán sắc của sợi thì:
- Với D < 0: thành phần tần số cao sẽ lan truyền nhanh hơn tần số thấp. Do đó xung bị
giãn ra.
- Với D > 0 thành phần tần số cao sẽ lan truyền chậm hơn thành phần tần số thấp làm
cho xung bị co lại.
1.3.6.4. Hiệu ứng điều chế pha chéo XPM
Đối với WDM, hệ số chiết suất tại bước sóng nào đó không chỉ phụ thuộc vào cường độ
của bước sóng đó mà còn phụ thuộc vào cường độ của các bước sóng khác lan truyền trong
sợi. Trong trường hợp này chiết suất phi tuyến ứng với bước sóng thứ i sẽ là:
ΔnNL = n2 (|Ei|2 + ∑|Ej|2)
Với :

(1.14)

N là tổng số kênh

Ei , Ej là cường độ trường quang của bước sóng i , j
XPM có quan hệ đến phương thức điều chế, khi điều chế ASK thì ảnh hưởng đến tính
năng của hệ thống là lớn nhất. Có thể thông qua việc giảm công suất của các kênh tín hiệu để
giảm XPM. Ngoài ra, XPM không chỉ phụ thuộc vào số kênh tín hiệu. Số kênh tín hiệu càng
nhiều, ảnh hưởng của XPM càng lớn.
1.3.6.5. Hiệu ứng trộn bốn bước sóng FWM
Hiện tượng chiết suất phi tuyến còn gây ra một hiệu ứng khác trong sợi mode, đó là
hiệu ứng FWM. Trong hiệu ứng này, hai hay 3 bước sóng với tần số khác nhau sẽ tương tác

với nhau tạo ra các thành phần tần số mới. Tương tác này có thể xuất hiện giữa các bước
sóng của tín hiệu DWDM, hoặc giữa bước sóng tín hiệu với tạp âm ASE của các bộ khuếch
đại quang, cũng như mode chính và mode bên của một kênh tín hiệu. Giả sử có ba bước sóng
với tần số ωi , ωj , ωk thì tổ hợp tần số mới tạo ra sẽ là tần số ωijk thỏa mãn:
ωijk = ωi + ωj - ωk

22

(1.15)


Theo quan điểm cơ lượng tử, thì hiệu ứng FWM là hiệu ứng mà trong đó có sự phá hủy
photon ở một số bước sóng và tạo ra photon ở một số bước sóng mới sao cho vẫn bảo toàn
về năng lượng.
Hiệu suất của quá trình FWM phụ thuộc vào điều kiện phù hợp về pha. Hiệu ứng FWM
xảy ra mạnh chỉ khi điều kiện này được thỏa mãn. Về mặt toán học nó được biểu diễn như
sau:
β(ωijk) = β(ωi)+ β(ωj) – β(ωk)

(1.16)

Vì trong sợi quang tồn tại tán sắc nên điều kiện phù hợp về pha rất khó xảy ra. Tuy
nhiên, với môi trường truyền dẫn là loại sợi có tán sắc thấp và khoảng cách truyền dẫn là
tương đối lớn và các kênh gần nhau và điều kiện này có thể coi là xấp xỉ đạt được. Do việc
tạo ra các tần số mới là tổ hợp của các tần số tín hiệu nên hiệu ứng FWM sẽ làm giảm công
suất của các kênh tín hiệu trong hệ thống WDM. Hơn nữa nếu khoảng cách giữa các kênh là
bằng nhau thì tần số mới được tạo ra có thể rơi vào các kênh tín hiệu với xác suất rất lớn, gây
xuyên âm giữa các kênh làm suy giảm chất lượng hệ thống.
Ảnh hưởng của hiệu ứng FWM càng lớn nếu khoảng cách giữa cách kênh trong WDM
càng nhỏ cũng như khoảng cách truyền dẫn và mức công suất của mỗi kênh lớn. Vì vậy hiệu

ứng FWM sẽ hạn chế dung lượng và cự ly truyền dẫn của hệ thống WDM.

23


Chương 2:
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG DWDM
Với ưu thế về công nghệ đặc biệt, ghép kênh theo bước song mật độ 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 thông tin băng rộng trên mạng và là tiền đề để xây dựng và
phát triển mạng toàn quang trong tương lai.
Để thấy dược vai trò quan trọng của cộng nghệ này đối với việc phát triển hệ thống
mạng trong chương này chúng ta sẽ cùng xem xét những nét chung nhất về công nghệ
DWDM, về các cấu hình mạng DWDM hiện nay cũng như những đặc điểm và ưu thế nổi bật
của công nghệ DWDM so với các công nghệ truyền dẫn khác.
Để 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 song trên cùng một sợi quang. Với việc
tăng số bước song ghép trên một sợi quan một cách đáng kể so với công nghệ WDM trước
đây, điểm nổi bật của DWDM chính là khả năng cho phép truyền trên sợi quang một lưu
lượng khổng lồ tới hang Tbit/s. Tuy nhiên, để đạt được điều này một cách có hiệu quả thì hệ
thống DWDM có những yêu cầu đặc biệt 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, phải có các bộ nén xung, các bộ cân bằng quang, các bộ
khuếch đại giải rộng tạp âm thấp, các cảm biến quang nhạy và tạp âm thấp…
Các hệ thống DWDM hiện nay làm việc trên các kênh bước song theo khuyến nghị ITU
– T dành cho DWDM. Nhiều bước song ghép trên một sợi quang đã mang lại sự linh hoạt và
mềm dẻo cho cả các dịch vụ băng thông. Mỗi kênh bước sóng có thể truyền tải một 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 và điểm nổi trội nhất của DWDM chính là mỗi

kênh có thể truyền ở tốc độ khác nhau như OC – N (OC – 3 đến OC - 768) hay là Gigabit
Ethernet.
Khi thiết kế một hệ thống DWDM người thiết kế phải đối mặt với một số vấn đề như:
bao nhiêu bước sóng được ghép trên một sợi và ở những tốc độ nào? Các bước sóng sẽ được
24


giám sát và quản lý như nào? Có bao nhiều loại lưu lượng khác nhau mà khách hàng yêu
cầu? Các thuật toán và giao thức hiệu quả nhất là gì? Độ dài của một chặng mà không cần đế
khuếch đại là bao xa? Bộ khuếch đại nào được sử dụng để thỏa mãn yêu cầu về hệ số khuếch
đại và tạp âm? Làm sao để các giao diện của hệ thống đáp ứng được các tiêu chuẩn quốc
tế… Và để có thể trả lời được những câu hỏi trên người thiết kế phải nắm vững được nguyên
lý, cấu trúc cũng như thường xuyên cập nhật những kỹ thuật mới để có thể đưa ra những giải
pháp tốt nhất cho hệ thống đang xây dựng.
2.1. Dải bước sóng làm việc của DWDM
Sợi quang thạch anh có 3 cửa sổ suy hao thấp 860 nm, 1310 nm và 1550 nm, trong đó
tại cửa sổ 1550 nm đặc tính suy hao của sợi quang là nhỏ nhất, cửa sổ này được áp dụng để
truyền dẫn tín hiệu SDH với khoảng cách ngắn và dài. Hơn thế nữa, các bộ khuếch đại quang
EDFA sử dụng hiện nay có đặc tính độ lợi khá bằng phẳng trong cửa sổ này, bởi vậy đây là
cửa sổ hoạt động rất tốt của hệ thống DWDM. Các bước sóng làm việc trong cửa sổ 1550nm
được chia thành 3 dải: băng S, băng C và băng L.

Hình 2.1: sư phân chia dải bước sóng làm việc tại cửa sổ 1550 nm
Trong đó:
•

Băng S (1460 nm – 1530 nm): hiện tại, dải bước sóng làm việc của bộ khuếch
đại quang EDFA thuộc băng C và L. Do đó, băng S không sử dụng trong hệ thống
DWDM.

•

Băng C (1530 – 1565 nm): đây là dải bước sóng làm việc của các hệ thống
DWDM sử dụng 40 bước sóng (khoảng cách giữa các bước sóng là 100 GHz), hệ
thống DWDM sử dụng 80 bước sóng (khoảng cách giữa các bước sóng là 50 GHz) và
hệ thống SDH.
25