CHUONG3 Những vấn đề KT cần quan tâm đối với hệ thống thông tin quang WDM.DOC

đồ án tốt nghiệp công nghệ ghép kênh quang WDM
Chơng 3
những vấn đề kỹ thuật cần quan tâm đối với hệ
thống thông tin quang WDM
Bất cứ một công nghệ nào cũng tồn tại những giới hạn và những vấn đề kỹ thuật.
Khi triển khai công nghệ WDM vào mạng thông tin quang, cần phải lu ý một số vấn đề
sau:
Số kênh đợc sử dụng và khoảng cách giữa các kênh
Vấn đề ổn định bớc sóng của nguồn quang
Vấn đề xuyên nhiễu giữa các kênh
Vấn đề tán sắc, bù tán sắc
Quỹ công suất của hệ thống
ảnh hởng của các hiệu ứng phi tuyến
EDFA và một số vấn đề khi sử dụng EDFA trong mạng WDM
Chơng này sẽ lần lợt đề cập đến từng vấn đề, đòng thời đa ra các phơng án giải
quyết cho từng trờng hợp.
Sinh viên: Phùng Văn Lơng - Lớp D97 VT
39
đồ án tốt nghiệp công nghệ ghép kênh quang WDM
I. Số kênh đợc sử dụng 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 và số kênh cực đại có thể sử dụng là bao nhiêu. Số kênh cực đại của hệ thống
phụ thuộc vào:
a) khả năng công nghệ hiện có đối với các thành phần quang của hệ thống, cụ thể
là:
Băng tần của sợi quang
Khả năng tách/ghép của các thiết bị WDM
b) khoảng cách giữa các kênh, một số yếu tố ảnh hởng đến khoảng cách này là:
Tốc độ truyền dẫn của từng kênh
Quỹ công suất quang
ảnh hởng 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 bớc sóng 1550 nm có độ rộng khoảng 100 nm
nhng do dải khuếch đại của các bộ khuếch đại quang chỉ có độ rọng khoảng 35 nm (theo
khuyến nghị của ITU-T thì dải khuếch đại này là từ bớc sóng 1530 nm đến 1565 nm đối
với băng C; hoặc từ 1570 nm đến 1603 nm đối với băng L). Chính điều này làm các hệ
thống WDM không thể tận dụng hết băng tần của sợi quang, nói cách khác hệ thống
WDM chỉ làm việc với dải bớc sóng nhỏ hơn nhiều so với toàn bộ dải tần bằng phẳng có
tổn hao thấp của sợi quang.
Khoảng cách kênh là độ rộng tần số tiêu chuẩn giữa các kênh gần nhau. Việc phân
bổ kênh một cách hợp lý trong dải băng tần có hạn giúp cho việc nâng cao hiệu suất sử
dụng tài nguyên dải tần và giảm ảnh hởng phi tuyến tính giữa các kênh gần nhau. Sử dụng
khoảng cách kênh không đều nhau để hạn chế hiệu ứng trộn tần bốn sóng trong sợi
quang. Dới đây chỉ đề cập đến hệ thống có khoảng cách kênh đều nhau.
Nếu gọi là khoảng cách giữa các kênh, ta có:
f
=
2



c
(3.1)
Sinh viên: Phùng Văn Lơng - Lớp D97 VT
40
đồ án tốt nghiệp công nghệ ghép kênh quang WDM
Nh vậy, tại bớc sóng = 1550 nm, với = 35 nm xét đối với riêng băng C thì ta
sẽ có
f
= 4,37.10

12
Hz = 4370 GHz. Giả sử tốc độ truyền dẫn của từng kênh là 2,5 GHz,
theo định lý Nyquist, phổ cơ sở của tín hiệu là 2.2,5 = 5 GHz. Khi đó số kênh bớc sóng
cực đại có thể đạt đợc là N =
f
/5 = 874 kênh trong dải băng tần của bộ khuếch đại
quang (OFA). Đây là số kênh cực đại tính theo lý thuyết đối với băng C. Tuy nhiên với
mật độ kênh càng lớn đòi hỏi các thành phần quang trên tuyến phải có chất lợng càng cao.
Để tránh xuyên âm giữa các kênh này cần phải có các nguồn phát quang rất ổn định và
các bộ thu quang có độ chọn lọc bớc sóng cao, bất kỳ sự dịch tần nào của nguồn phát
cũng có thể làm giãn phổ sang kênh lân cận.
Tần số trung tâm danh định là tần số tơng ứng với mỗi kênh quang trong hệ thống
ghép kênh quang. Để đảm bảo tính tơng thích giữa các hệ thóng thống WDM khác nhau,
cần phải chuẩn hoá tần số trung tâm của các kênh, ITU-T đa ra quy định về khoảng cách
tối thiểu giữa các kênh là 100 GHz (xấp xỉ bằng 0,8 nm) với tần số chuẩn là 193,1 THz
(mặc dù đã đa ra các sản phẩm mà khoảng cách giữa các kênh là 50 GHz, song các sản
phẩm thơng mại vẫn chủ yếu theo quy định của ITU-T đã nêu). Dới đây là bảng liệt kê
các tần số trung tâm danh định lấy 50 GHz và 100 GHz làm khoảng cách giữa các kênh
trong khoảng bớc sóng từ 1534 nm đến 1560 nm.
Bảng 3.1. Tần số trung tâm danh định
Số thứ
tự
Tần số trung tâm danh định
với khoảng cách là 50GHz
(THz)
Tần số trung tâm danh định
với khoảng cách là 100 GHz
(THz)
Bớc sóng trung tâm
danh định (nm)

1 195,40 195,40 1534,25
2 195,35 - 1534,64
3 195,30 195,30 1535,04
4 195,25 - 1535,43
5 195,20 195,20 1535,82
6 195,15 - 1536,22
7 195,10 195,10 1536,61
8 195,05 - 1537,00
9 195,00 195,00 1537,40
10 194,95 - 1537,79
11 194,90 194,90 1538,19
12 194,85 - 1538,58
13 194,80 194,80 1538,98
14 194,75 - 1539,37
15 194,70 194,70 1539,77
16 194,65 - 1540,16
17 194,60 194,60 1540,56
18 194,55 - 1540,95
19 194,50 194,50 1541,35
Sinh viên: Phùng Văn Lơng - Lớp D97 VT
41
®å ¸n tèt nghiÖp c«ng nghÖ ghÐp kªnh quang WDM
20 194,45 - 1541,75
21 194,40 194,40 1542,14
22 194,35 - 1542,54
23 194,30 194,30 1542,94
24 194,25 - 1543,33
25 194,20 194,20 1543,73
26 194,15 - 1543,93
27 194,10 194,10 1544,53

28 194,05 - 1544,92
29 194,00 194,00 1545,32
30 193,95 - 1545,72
31 193,90 193,90 1546,12
32 193,85 - 1546,52
33 193,80 193,80 1546,92
34 193,75 - 1547,32
35 193,70 193,70 1547,72
36 193,65 - 1548,11
37 193,60 193,60 1548,51
38 193,55 - 1548,91
39 193,50 193,50 1549,32
40 193,45 - 1549,72
41 193,40 193,40 1550,12
42 193,35 - 1550,52
43 193,30 193,30 1550,92
44 193,25 - 1551,32
45 193,20 193,20 1551,72
46 193,15 - 1552,12
47 193,10 193,10 1552,52
48 193,05 - 1552,93
49 193,00 193,00 1553,33
50 192,95 - 1553,73
51 192,90 192,90 1554,13
52 192,85 - 1554,54
53 192,80 192,80 1554,94
54 192,75 - 1555,34
55 192,70 192,70 1555,75
56 192,65 - 1556,15
57 192,60 192,60 1556,55

58 192,55 - 1556,96
59 192,50 192,50 1557,36
60 192,45 - 1557,77
61 192,40 192,40 1558,17
62 192,35 - 1558,58
63 192,30 192,30 1558,98
64 192,25 - 1559,39
65 192,20 192,20 1559,79
Sinh viªn: Phïng V¨n L¬ng - Líp D97 VT
42
đồ án tốt nghiệp công nghệ ghép kênh quang WDM
Trong một hệ thống WDM số lợng bớc sóng không thể quá nhiều, bởi vì điều
khiển và giám sát đối với các bớc sóng này là một vấn đề phức tạp, có thể quy định trị số
lớn nhất đối với số lợng bớc sóng của hệ thống từ góc độ kinh tế và công nghệ. Tất cả các
bớc sóng đều phải nằm ở phần tơng đối bằng phẳng trên đờng cong tăng ích của bộ
khuếch đại quang, để cho hệ số tăng ích của các kênh khi đi qua bộ khuếch đại quang là
gần nh nhau, điều này tiện lợi cho thiết kế hệ thống. Đối với bộ khuếch đại sợi quang pha
trộn erbium, phần tơng đối bằng phẳng của đờng cong tăng ích là từ 1540 nm đến 1560
nm.
Một hệ thống WDM 16 kênh và 8 kênh trên thực tế có bảng phân phối kênh nh dới
đây:
Bảng 3.2. Tần số trung tâm của hệ thống WDM có 16 kênh và 8 kênh
Thứ tự Tần số trung tâm (THz) Bớc sóng (nm)
1 192 1560,61 *
2 192 1559,79
3 192 1558,98 *
4 192 1558,17
5 192 1557,36 *
6 192 1556,55
7 192 1555,75 *

8 192 1554,94
9 192 1554,13 *
10 193 1553,33
11 193 1552,52 *
12 193 1551,72
13 193 1550,92 *
14 193 1550,12
15 193 1549,32 *
16 193 1548,51
(Bớc sóng trung tâm của 8 kênh trong hệ thống 8 kênh chọn các giá trị bớc sóng có
dấu *)
II. Vấn đề ổn đinh bớc sóng của nguồn quang và yêu cầu độ
rộng phổ của nguồn phát
a) ổn định bớc sóng của nguồn quang:
Trong hệ thống WDM, phải quy định và điều chỉnh chính xác bớc sóng của nguồn
quang, nếu không, sự trôi bớc sóng do các nguyên nhân sẽ làm cho hệ thống không ổn
định hay kém tin cậy. Hiện nay chủ yếu dùng hai phơng pháp điều khiển nguồn quang:
thứ nhất là phơng pháp điều khiển phản hồi thông qua nhiệt độ chip của bộ kích quang để
Sinh viên: Phùng Văn Lơng - Lớp D97 VT
43
đồ án tốt nghiệp công nghệ ghép kênh quang WDM
điều khiển giám sát mạch điện điều nhiệt với mục đích điều khiển bớc sóng và ổn định b-
ớc sóng; thứ hai là phơng pháp điều khiển phản hồi thông qua việc giám sát bớc sóng tín
hiệu quang ở đầu ra, dựa vào sự trênh lệnh trị số giữa điện áp đầu ra và điện áp tham khảo
tiêu chuẩn để điều khiển nhiệt độ của bộ kích quang, hình thành kết cấu khép kín chốt
vào bớc sóng trung tâm.
b) Yêu cầu độ rộng phổ của nguồn phát:
Việc chọn độ rộng phổ của nguồn phát nhằm đảm bảo cho các kênh hoạt động một
cách độc lập với nhau hay nó cách khác là tránh hiện tợng chồng phổ ở phía thu giữa các
kênh lân cận. Băng thông của sợi quang rất rộng nên số lợng kênh ghép đợc rất lớn (ở cả

hai cửa sổ truyền dẫn). Tuy nhiên, trong thực tế các hệ thống WDM thờng đi liền với các
bộ khuếch đại quang sợi, làm việc chỉ ở vùng cửa sổ 1550 nm, nên băng tần của hệ thống
WDM bị giới hạn bởi băng tần của bộ khuếch đại (từ 1530 nm đến 1565 nm cho băng C;
từ 1570 đến 1603 nm cho băng L). Nh vậy một vấn đề đặt ra khi ghép là khoảng cách
ghép giữa các bớc sóng phải thoả mãn đợc yêu cầu tránh chồng phổ của các kênh lân cận
ở phía thu, khoảng cách này phụ thuộc vào độ rộng phổ của nguồn phát, phụ thuộc vào
các ảnh hởng nh: tán sắc sợi, các hiệu ứng phi tuyến...
Có thể xem hệ thống WDM nh là sự xếp chồng của các hệ thống truyền dẫn đơn
kênh khi khoảng cách giữa các kênh đủ lớn và công suất phát hợp lý. Mối quan hệ giữa
phổ của tín hiệu phía thu với phổ của tín hiệu phía phát đợc thể hiện bởi tham số đặc trng
cho sự giãn phổ, ký kiệu là ; độ rộng băng tần tín hiệu truyền dẫn ký hiệu là B; độ tán
sắc tơng ứng với khoảng cách truyền ký hiệu là D. Gọi là hệ số đặc trng cho sự tơng tác
giữa nguồn phát và sợi quang, ta có: = B.D..
Từ công thức trên có thể tính đợc độ giãn rộng phổ nguồn phát: = /B.D. Với độ
giãn rộng phổ này và khoảng cách kênh bớc sóng chọ theo bảng tần số trung tâm (bảng
3.1) ta tìm đợc độ rộng phổ yêu cầu của nguồn phát.
III. xuyên nhiễu giữa các kênh tín hiệu quang:
Xuyên nhiễu giữa các kênh trong sợi quang ảnh hởng tới độ nhạy của máy thu,
chính vì vậy có ảnh hởng lớn đến chất lợng của hệ thống WDM. Có thể chia ra làm hai
loại xuyên nhiễu chính sau đây:
- Xuyên nhiễu tuyến tính: do đặc tính không lý tởng của các thiết bị tách kênh,
mức xuyên nhiễu này chủ yếu phụ thuộc vào kiểu thiết bị tách kênh đợc sử dụng cũng nh
khoảng cách giữa các kênh.
Sinh viên: Phùng Văn Lơng - Lớp D97 VT
44
đồ án tốt nghiệp công nghệ ghép kênh quang WDM
- Xuyên nhiễu phi tuyến: chủ yếu do các hiệu ứng phi tuyến của sợi quang gây nên
(sẽ đề cập cụ thể ở phần sau).
IV. suy hao - quỹ công suất của hệ thống WDM:
Trong bất kỳ hệ thống số nào thì vấn đề quan trọng là phải đảm bảo đợc tỷ số tín

hiệu trên tạp âm (S/N) sao cho đầu thu có thể thu đợc tín hiệu với một mức BER cho
phép. Giả sử máy phát phát tín hiệu đi tới phía thu với một mức công suất P
ph
nhất định,
công suất của tín hiệu sẽ bị suy giảm dần trên đờng truyền dẫn do rất nhiều nguyên nhân
nh: suy hao do bản thân sợi quang gây ra, suy hao do các thành phần quang thụ động...cự
ly truyền dẫn càng dài thì công suất tín hiệu bị suy hao càng nhiều, nếu suy hao quá lớn
làm cho công suất tín hiệu đến đợc máy thu nhỏ hơn công suất ngỡng thu nhỏ nhất (P
thu
min
) cho phép thì thông tin truyền đi sẽ bị mất. Để máy thu thu đợc thông tin thì công suất
tín hiệu đến máy thu phải nằm trong dải công suất của máy thu.
P
máy phát
= P
phát
+ P
dự trữ
P
thu min
< P
phát
- P
tổng suy hao
< P
thu max
Nh vậy để đảm bảo đợc thông tin thì công suất phát phải càng lớn khi cự ly truyền
dẫn càng lớn. Để khắc phục điều này ngời ta sử dụng bộ lặp tín hiệu trên đờng truyền. Tr-
ớc đây khi cha có bộ khuếch đại quang, suy hao tín hiệu trên đờng truyền sẽ đợc bù lại
thông qua việc sử dụng các trạm lặp điện 3R, quá trình này đợc thực hiện tơng đối phức

tạp. Đầu tiên, phải tách tất cả các kênh (nhờ thiết bị DEMUX), biến đổi các kênh tín hiệu
quang này thành các kênh tín hiệu điện, thực hiện khuếch đại từng kênh, biến đổi từng
kênh trở lại tín hiệu quang, sau đó mới thực hiện ghép các kênh tín hiệu quang này lại với
nhau (nhờ thiết bị MUX), điều này làm cho việc tính toán, thiết kế tuyến thông tin quang
gặp nhiều khó khăn.
Việc sử dụng các trạm lặp điện 3R không những làm cho số lợng thiết bị trên
tuyến tăng lên mà còn làm giảm quỹ công suất của hệ thống (do suy hao xen của các thiết
bị tách/ ghép bớc sóng là tơng đối lớn). Tuy nhiên, khi bộ khuếch đại quang sợi EDFA ra
đời, việc đảm bảo quỹ công suất quang cho hệ thống không còn khó khăn nữa, nó làm
giảm bớt số trạm lặp trên tuyến rất nhiều, với khả năng khuếch đại đồng thời nhiều bớc
sóng, EDFA đặc biệt thích hợp với các hệ thống WDM (cấu tạo và nguyên lý làm việc
của EDFA sẽ đợc đề cập đến ở chơng sau).
Sinh viên: Phùng Văn Lơng - Lớp D97 VT
45