Nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng điều chế pha chéo liên hệ thống wdm

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.76 MB, 99 trang )

TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG
=====  =====

®å án

tốt nghiệp đại học
Đề tài:

nghiên cứu ảnh h-ởng của hiệu ứng
điều chế pha chéo lên hệ thống wdm

N
Sn v nt

n d n : ThS. Phạm mạnh toàn
c

n : trần võ hiÕu

L p

: 49K - §TVT

Mã số s n v n

: 0851080329

NGHỆ AN - 01/2013

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH

CỘNG HÕA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên:

Trần Võ Hiếu

Số hiệu sinh viên: 0851080329

Ngành:

Điện tử - Viễn thơng

Khố: 49

1. Đầu đề đồ án:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

Số hiệu sinh viên: 0851080329

Ngành:

Điện tử - Viễn thơng

Khố: 49

Giảng viên hướng dẫn:

ThS. Phạm Mạnh Toàn

Cán bộ phản biện:
1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp:
...................................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................. ......................................................................
............................................................................................................................. ......................................................................
........................................................................................................................................................................... ........................
........................................................................................................... ........................................................................................
............................................................................................................................. ......................................................................

2. Nhận xét của cán bộ phản biện:
............................................................................................................................. ......................................................................
.............................................................................................................................. .....................................................................
........................................................................................................................................................................................... ........
........................................................................................................................... ........................................................................
............................................................................................................................. ......................................................................
............................................................................................................................. ......................................................................
............................................................................................................................................................................... ....................
............................................................................................................... ....................................................................................

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

Ngày

tháng

năm

Cán bộ phản biện
(Ký, ghi rõ họ và tên)

MỤC LỤC
Trang
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................ i
TÓM TẮT ĐỒ ÁN ................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.................................................................................. iv
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT...................................................................... vi
CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN WDM ................ 1
1.1. Giới thiệu chương .....................................................................................................1
1.2. Nguyên lý cơ bản về WDM ....................................................................................1
1.2.1. Khái niệm ............................................................................................................1
1.2.2. Sơ đồ tổng quát hệ thống WDM .......................................................................2
1.2.3. WDM và DWDM ...............................................................................................3
1.3. Các thành phần cơ bản trong hệ thống WDM ................................................ 5
1.3.1. Bộ phát quang ............................................................................................. 5
1.3.2. Bộ tách/ghép kênh quang ........................................................................... 7
1.3.3. Bộ khuếch đại quang ................................................................................ 10
1.3.4. Bộ thu quang ............................................................................................. 12

1.3.5. Sợi quang .................................................................................................. 13
1.4. Các tham số trong hệ thống truyền dẫn WDM .............................................. 14
1.4.1. Các tham số trong các bộ tách ghép kênh .....................................................14
1.4.2. Các tham số trong sợi quang ...........................................................................19
1.4.3. Các tham số trong bộ khuếch đại.....................................................................26
1.5. Kết luận....................................................................................................................28
CHƢƠNG II. ĐIỀU CHẾ PHA CHÉO XPM ............................................................29
2.1. Giới thiệu chương ...................................................................................................29
2.2. Tổng quan về XPM ................................................................................................29
2.3. Một số hiện tượng do XPM gây ra .......................................................................29
2.3.1. Ghép nối phi tuyến ...........................................................................................29
2.3.2. Lưỡng chiết phi tuyến ......................................................................................36
2.3.3. Các hiệu ứng quang phổ và thời gian.............................................................44
2.4. Quan hệ giữa khoảng cách kênh và tán sắc với XPM ................................... 51
2.4.1. Khoảng cách kênh ............................................................................................52
2.4.2. Tán sắc trong sợi quang ...................................................................................54
2.5. Kết luận .......................................................................................................... 56

CHƢƠNG III. ẢNH HƢỞNG CỦA XPM LÊN CHẤT LƢỢNG HỆ
THỐNG WDM ........................................................................................................ 57
3.1. Giới thiệu chương .......................................................................................... 57
3.2. Ảnh hưởng của XPM lên chất lượng hệ thống WDM tổng quát ................... 57
3.2.1. Giới hạn khoảng cách truyền dẫn ...................................................................57
3.2.2. Méo cường độ do XPM ...................................................................................63
3.2.3. Giảm hệ số phẩm chất Q..................................................................................69
3.2.4. Xuyên kênh giữa các kênh có tốc độ bit khác nhau do XPM .....................72
3.2.5. Ảnh hưởng của XPM lên hệ thống WDM được quản lý về tán sắc ..........75
3.3. Một số giải pháp khắc phục ảnh hưởng của XPM trong hệ thống WDM .........79
3.3.1. Dùng bộ triệt XPM ...........................................................................................79

3.3.2. Các sơ đồ bù tán sắc thích hợp .......................................................................82
3.4. Kết luận .......................................................................................................... 85
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 86
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 87

LỜI NĨI ĐẦU
Trước nhu cầu thơng tin ngày càng tăng về tính đa dạng và chất lượng dịch vụ
của người dùng. Mạng thế hệ sau NGN (Next Generation Network) đang là xu
hướng phát triển của viễn thông trên thế giới. Trong cấu trúc NGN, mạng truyền tải
lưu lượng là khâu quan trọng nhất có nhiệm vụ truyền thơng suốt lưu lượng lớn trên
mạng, trong đó mạng truyền dẫn được xem là huyết mạch chính. Mạng truyền tải
quang với cơng nghệ ghép kênh quang WDM (Wavelength Division Multiplex) có
những ưu điểm vượt trội được xem là nền tảng cho mạng NGN. Trên thực tế, công
nghệ ghép kênh quang WDM được đánh giá là một cơng nghệ đã chín muồi và có
nhiều tiến bộ trong thiết kế mạng viễn thông. Công nghệ WDM đã và đang cung
cấp cho mạng lưới dung lượng 20Gb/s, 40Gb/s, 80Gb/s, 240Gb/s… với nhiều kênh
quang truyền đồng thời trên một sợi, tốc độ mỗi kênh là 2,5Gb/s, 10Gv/s…
Để đáp ứng nhu cầu dung lượng ngày càng tăng hiện nay, xu hướng của các hệ
thống thông tin quang là hướng tới tốc độ và khoảng cách không lặp lớn hơn, cũng
như tăng số lượng kênh bước sóng trên một sợi quang. Tuy nhiên khi tiến đến các
giới hạn lớn về tốc độ như vậy thì một số đặc tính của môi trường truyền dẫn trở
nên càng quan trọng. Hạn chế do suy hao gây ra khơng cịn là vấn đề với các hệ
thống truyền dẫn WDM với sự xuất hiện của các bộ khuếch đại EDFA (Erbium
Doped Fiber Amplifier) nhưng các hiệu ứng phi tuyến trong môi trường sợi quang
vẫn là một vấn đề lớn thách thức các nhà thiết kế. Trong đó, điều chế pha chéo
XPM (Cross Phase Modulation) là hiệu ứng phi tuyến có ảnh hưởng lớn nhất đến
chất lượng hệ thống WDM
Đề tài “N

n cứu ản

ởn của

u ứn đ ều c ế p a c éo l n

t ốn

WDM” tập trung nghiên tìm hiểu về những hạn chế và các giải pháp khắc phục mà
XPM gây ra đối với một hệ thống truyền dẫn WDM tổng quát, gồm 3 chương:
Chương I. Tổng quan về hệ thống truyền dẫn WDM
Chương II. Điều chế pha chéo XPM
Chương III. Ảnh hưởng của XPM lên chất lượng hệ thống WDM
Do hạn chế năng lực nên đồ án không tránh được những sai sót. Em rất mong
nhận được ý kiến đóng góp của q thầy, cơ và các bạn để bổ sung và hoàn thiện
đồ án.
i

Em xin trân trọng cảm ơn giảng viên hướng dẫn - Ths. PHẠM MẠNH TỒN,
người đã hết sức tận tình chỉ bảo, bổ sung kiến thức cho em, giúp em hoàn thành tốt
đồ án. Trân trọng cảm ơn các các thầy cô trong Khoa Điện Tử Viễn thông đã tạo
điều kiện giúp đỡ trong trong suốt thời gian học tập và hồn thành chương trình
đào tạo.
Nghệ An, tháng 01 năm 2013
Sinh viên
Trần Võ Hiếu

ii

TĨM TẮT ĐỒ ÁN
Đồ án này đi vào tìm hiểu tổng quan về cơng nghệ WDM,trình bày ngun lý
hoạt động cơ bản của một hệ thống WDM, tìm hiểu các thành phần cơ bản trong hệ
thống WDM, các tham số ảnh hưởng đến tuyến tryền dẫn sử dụng công nghệ
WDM. Đồ án nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng XPM, nghiên cứu một số hiện
tượng do XPM hệ thống WDM. Đồ án cũng đi sâu nghiên cứu những ảnh hưởng
của XPM lên hệ thống truyền dẫn WDM như giới hạn khoảng cách truyền dẫn,gây
méo cường độ, giảm hệ số phẩm chất và gây ra hiện tượng xuyên kênh. Bên cạnh
đó đồ án cũng trình bày một số giải pháp khắc phục sự ảnh hưởng của XPM lên
WDM như dùng bộ triệt tiêu XPM và sử dụng các sơ đồ bù tán sắc thích hợp.

ABSTRACT
This thesis was studied an overview of WDM technology, presents the basic
principle of operation of a WDM system, learn the basic components in WDM
systems, the parameters affecting online tryenuse technology WDM. Do project to
study the effects of XPM effects, study a number of phenomena by XPM WDM
system. Do system project also studied in depth the effects of XPMWDM
transmission system to limit the transmission distance, causing distortion intensity,
reduce the quality factor and cause cross kenh. The program also presents some
solutions to overcome ofXPM effect on WDM as using and eliminating XPM using
appropriate dispersion compensation scheme.

iii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1:

Sơ đồ ngun lý ghép kênh theo bước sóng ........................................... 2

Hình 1.2:

Sơ đồ hệ thống WDM sử dụng hai sợi ................................................... 3

Hình 1.3:

Sơ đồ hệ thống WDM sử dụng một sợi .................................................. 3

Hình 1.4:

Tách kênh sử dụng lăng kính .................................................................. 8

Hình 1.5:

Tách /ghép các bước sóng bằng cách tử nhiễu xạ .................................. 8

Hình 1.6:

Bước sóng có tán sắc bằng khơng, λ0 và sườn tại tán sắc khơng, S0 ...... 20

Hình 1.7:

Tán sắc thay đổi như một hàm theo bước sóng với một vật liệu
cho trước ............................................................................................... 21

Hình 2.1:

Minh hoạ một lá chắn Kerr ................................................................... 36

Hình 2.2:

Tp thay đổi theo hàm của góc phân cực đầu vào θ với các đỉnh
cơng suất khác nhau .............................................................................. 41

Hình 2.3:

Mức truyền của sợi lưỡng chiết có độ dài L=LB ................................. 43

Hình 2.4:

Dạng xung và phổ của các xung bơm và dị, nét đứt là vị trí
xung đầu vào ......................................................................................... 48

Hình 2.5:

Nén xung do XPM trong vùng tán sắc thường ..................................... 50

Hình 2.6:

Kết nối sợi quang của mạng LEANET dùng trong thí nghiệm (a)
và sơ đồ khối thí nghiệm (b) ................................................................. 52

Hình 2.7:

Sự phụ thuộc của méo XPM vào khoảng cách kênh ............................ 54

Hình 2.8:

Sơ đồ khối của thí nghiệm .................................................................... 55

Hình 3.1:

Méo xung do XPM ............................................................................... 58

Hình 3.2:

Sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu XPM trong ............................................. 58

Hình 3.3:

XPM và SPM với các kênh được điều chế tại 2,5 Gb/s, sợi DSF,
có độ trễ ban đầu khác nhau ................................................................. 59

Hình 3.4:

Méo XPM cho kênh dò (a) sợi DSF, (b) sợi SSMF ............................. 59

Hình 3.5:

Cơng suất giảm sau các chặng thay đổi khi thay đổi số lượng chặng ...... 61

Hình 3.6:

Phổ của kênh 2 sau 12 chặng bù trước trong thí nghiệm (a) và
mơ phỏng (b)......................................................................................... 62

Hình 3.7:

Hệ số Q theo tán sắc dư ........................................................................ 70

Hình 3.8:

Sự phụ thuộc của WM vào số lượng kênh ............................................. 71

iv

Hình 3.9:

Xuyên kênh theo băng tần điện thu ...................................................... 73

Hình 3.10: Xuyên kênh theo băng tần điện thu ...................................................... 74
Hình 3.11: Xuyên kênh XPM phụ thuộc vào tán sắc ............................................. 74
Hình 3.12: Hàm truyền đạt của sợi SMF theo các sơ đồ bù tán sắc khác nhau........ 76
Hình 3.13: Méo XPM theo các tỉ lệ bù tán sắc khác nhau với sơ đồ bù trước ....... 77
Hình 3.14: Méo XPM với các tỉ lệ bù tán sắc khác nhau với sơ đồ bù sau ............ 77
Hình 3.15: Hai cấu hình bù tán sắc khác nhau cho kết quả khác nhau ................... 78
Hình 3.16: Ảnh hưởng của XPM thay đổi theo số chặng m ................................... 78
Hình 3.17: Ảnh hưởng của tỉ lệ bù trong hệ thống năm chặng............................... 78
Hình 3.18: Thí nghiệm với 10 kênh có và khơng có XS ........................................ 79
Hình 3.19: Suy giảm độ nhạy cho kênh 6 ............................................................... 81
Hình 3.20: So sánh suy giảm khi có và khơng có XS............................................. 81
Hình 3.21: Xun kênh thay đổi theo bù tán sắc .................................................... 83
Hình 3.22: Hệ số mx tích luỹ sau các chặng ........................................................... 84
Hình 3.23: Hệ số mx tăng theo khoảng cách ........................................................... 84
Hình 3.24: Dạng sóng sau 6 chặng ......................................................................... 85

v

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Thuật ngữ

Tiếng Anh

Tiếng Việt

ADM

Add/Drop Multiplexer

Bộ ghép xen/rẽ

APD

Avalanche PhotoDetector

Photodiode thác

ASE

Amplified Spontaneous Emission Phát xạ tự phát được khuếch đại

AWG

Arrayed Waveguide Grating

Cách tử ống dẫn sóng dạng

mảng

CWDM

Coarse WDM

WDM mật độ thấp

DBR

Distributed Bragg Reflector laser

Laser phản xạ Bragg phân tán

DCF

Dispersion Compensating Fiber

Sợi quang bù tán sắc

DFB

Distributed FeedBack laser

Laser phản hồi phân tán

DGD

Differential Group Delay

Trễ nhóm vi sai

DR

Distributed Reflector

Phản xạ phân tán

DSF

Dispersion Shifted Fiber

Sợi quang dịch tán sắc

DUT

Device Under Test

Thiết bị kiểm tra đo thử

DWDM

Dense WDM

WDM mật độ cao

EDFA

Erbium Doped Fiber Amplifier

Bộ khuếch đại sợi quang pha
tạp Erbium

FWM

Four Wave Mixing

Trộn bốn sóng

GVD

Group Velocity Dispersion

Tán sắc vận tốc nhóm

HDSF

Half - Dispersion Shifted Fiber

Sợi quang nửa tán sắc đã dịch

ICI

Inter-Channel Interference

Nhiễu kênh lân cận

IFBG

In-Fiber Bragg Grating

Cách tử Bragg trong sợi quang

IL

Insertion Loss

Suy hao xen

ITU

International

Liên minh Viễn thông quốc tế

Telecommunications Union
MFD

Mode Field Diameter

Đường kính trường mode

MPI

MultiPath Interference

Giao thoa đa đường

NF

Noise Figure

Hệ số tạp âm

NZ-DSF

Non-Zero Dispersion Shifted

Sợi quang tán sắc đã dịch không

Fiber

về không

vi

OADM

Optical Add/Drop Multiplexer

Bộ ghép xen/rẽ quang

ODMUX

Optical DeMultiplexer

Bộ tách kênh quang

OMUX

Optical Multiplexer

Bộ ghép kênh quang

PDL

Polarization Dependent Loss

Suy hao phụ thuộc phân cực

PMD

Polarization Mode Dispersion

Tán sắc mode phân cực

PRBS

Pseudo-Random Bit Sequence

Chuỗi bit giả ngẫu nhiên

RIN

Relatively Intensity Noise

Nhiễu cường độ tương đối

SBS

Stimulated Brillouin Scaterring

Tán xạ Brillouin kích thích

SEL

Surface Emitting Laser

Laser phát xạ mặt

SNR

Signal to Noise Ratio

Tỉ số tín hiệu trên tạp âm

SONET

Synchronous Optical NETwork

Mạng quang đồng bộ

SPM

Self Phase Modulation

Tự điều chế pha

SRS

Stimulated Raman Scaterring

Tán xạ Raman kích thích

SSMF

Standard Single Mode Fiber

Sợi quang đơn mode tiêu chuẩn

WDM

Wavelength Division Multiplex

Ghép kênh phân chia theo bước
sóng

XPM

Cross Phase Modulation

Điều chế pha chéo

XS

XPM Suppressor

Bộ triệt XPM

vii

CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN WDM
1.1. Giới thiệu chƣơng
Mạng truyền tải với công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng WDM với
nhiều ưu điểm vượt trội đang là nền tảng của mạng thế hệ mới NGN. WDM đã và
đang cung cấp cho mạng lưới dung lượng 40Gb/s, 80Gb/s, 240Gb/s…với nhiều
bước sóng được truyền trên một sợi quang, tốc độ mỗi kênh 2,5Gb/s, 10Gb/s…
Chương 1 trình bày khái niệm, nguyên lý cơ bản của WDM và các thành phần
trong cấu trúc hệ thống WDM như: Bộ phát quang, bộ thu quang, bộ tách ghép
kênh, bộ khuyếh đại và sợi quang. Các tham số chất lượng hệ thống cũng được xem
xét trong chương này.
1.2. Nguyên lý cơ bản về WDM
1.2.1. K á n m
WDM là từ viết tắt của Wavelength Division Multiplexing - ghép kênh phân
chia theo bước sóng.
Theo lý thuyết thì sợi quang có độ rộng băng tần cực lớn (khoảng 25 THz)
trong dải tần suy hao thấp 1550 nm; băng tần này rộng gấp 1000 lần so với độ rộng
của băng tần radio trên trái đất. Tuy nhiên tốc độ dữ liệu đạt được mới chỉ đến hàng
chục Gb/s vì tốc độ truy cập mạng của một thiết bị đầu cuối còn bị giới hạn bởi tốc
độ đáp ứng của mạch điện tử. Sự chênh lệch giữa băng tần điện và băng tần quang
gây ra hiện tượng nút cổ chai, do đó khơng thể tận dụng hết băng tần khổng lồ này.
Các bước đột phá mới đây (dung lượng cỡ Tb/s) là kết quả của sự kết hợp giữa
WDM và EDFA.
Khái niệm về WDM cũng tương tự như FDM, các tín hiệu mang tin khác nhau
điều chế các tín hiệu quang tại các bước sóng khác nhau và kết hợp rồi truyền đi
trên một sợi quang. Lăng kính và cách tử nhiễu xạ được dùng để kết hợp (ghép)
hoặc phân chia (tách) các tín hiệu có màu (bước sóng) khác nhau.
Các tín hiệu quang được phát trên các bước sóng khác nhau 1, 2,..., N sẽ

được ghép vào cùng một sợi dẫn quang nhờ bộ ghép (MUX - Multiplexer). Các bộ
ghép phải đảm bảo có suy hao nhỏ. Tín hiệu sau khi ghép được truyền trên sợi
quang tới đầu thu. Phía thu thực hiện tách các luồng tín hiệu qua bộ giải ghép
1

DEMUX sau đó các bộ tách sóng quang sẽ nhận lại các luồng tín hiệu từ các bước
sóng riêng rẽ.
Ngun lý ghép WDM được minh hoạ như trên hình 1.1:

TX1

TXN

λ1

λN

λ1
O
M
U
X

O
D
M
U
X

(λ1,……,λN)

λ1

RX1

λN
RXN

λN

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý ghép kênh theo bước sóng
1.2.2. Sơ đồ tổn quát

t ốn WDM

Ta xem xét hai sơ đồ truyền dẫn WDM: hệ thống truyền dẫn quang ghép bước
sóng đơn hướng và hệ thống truyền dẫn quang ghép bước sóng song hướng. Sơ đồ
hệ thống hai sợi thể hiện trong hình 1.2. Tại mỗi bộ phát, tín hiệu điện của từng
kênh được điều biến với một sóng mang quang i (i  1, 2,...N ) có độ rộng phổ rất
hẹp. Bộ ghép OMUX thực hiện ghép các tín hiệu này rồi truyền trên một sợi quang
duy nhất đến đầu thu. Tín hiệu trên đường truyền được khuếch đại nhờ bộ khuếch
đại quang. Bộ ghép phải có suy hao nhỏ để đảm bảo tín hiệu đến đầu ra cịn đủ lớn.
Giữa các kênh có khoảng bảo vệ để tránh xuyên nhiễu. Tại phía thu, ODMUX thực
hiện tách các tín hiệu có bước sóng i (i  1, 2,...N , i  j ) khác nhau thành các kênh
riêng rẽ rồi đưa đến một máy thu. Trên mỗi sợi quang, tín hiệu phát tại một đầu và
thu tại một đầu, mang tính đơn hướng.
Ngồi hệ thống truyền dẫn ghép bước sóng sử dụng hai sợi cịn có sơ đồ ghép
sử dụng một sợi như trong hình 1.3. Các sóng mang có bước sóng 1…N được điều
biến bởi các tín hiệu điện từ N kênh và phát theo một hướng. Các sóng mang có

bước sóng N+1…2N cũng được điều biến bởi tín hiệu điện từ N kênh và phát theo
hướng ngược lại. Phương pháp này đòi hỏi các bộ khuếch đại quang phải có khả
năng khuếch đại trên cả hai chiều và yêu cầu nghiêm ngặt về độ rộng phổ của từng
kênh và chất lượng của bộ tách kênh.
2

Kênh 1

1 ,  2 ,.... N

Tx1

1
OMUX

Kênh N

Kênh 1

Rx1

OA

ODMUX
Kênh N

RxN

Tx1

1

OA

Kênh N

Kênh 1

OMUX
Sợi
quang

Sợi
quang

N

RxN

N

1 ,  2 ,.... N

1

Kênh 1

ODMUX
Sợi

quang

Sợi
quang

N

TxN

Rx1

1

N

Kênh N
TxN

OA: bộ khuếch đại quang
ODMUX: bộ giải ghép kênh quang
OMUX: bộ ghép kênh quang

Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống WDM sử dụng hai sợi
Kênh 1

Kênh N

Kênh N+1

Tx1

1

TxN

 N OMUX/

RxN+1

 N 1

1 , 2 ,.... N

ODMUX

2 N
Kênh 2N

Rx2N

1

OA
Sợi
quang

Sợi
quang

OMUX/  N

ODMUX

 N 1 ,..........2 N

 N 1

Rx1

RxN
TxN+1

2 N Tx
2N

Kênh 1

Kênh N

Kênh N+1

Kênh 2N

Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống WDM sử dụng một sợi
1.2.3. WDM và DWDM
Các hệ thống WDM được chia thành hai loại: WDM thông thường và DWDM
(Dense WDM - ghép mật độ cao). Các hệ thống có trên 8 bước sóng tích cực trên
một sợi quang thường được coi là DWDM còn các hệ thống có ít hơn 8 bước sóng
tích cực trên một sợi quang được coi là WDM thông thường.
WDM theo chuẩn của ITU về thuật ngữ có nghĩa là hai (hoặc nhiều hơn) tín
hiệu ghép trên cùng một sợi quang, trong đó một tín hiệu trong dải 1550 nm và một

tín hiệu trong dải 1310 nm. Mới đây, ITU đã chuẩn hố hệ thống có khoảng cách
kênh 20 nm để sử dụng cho WDM, dùng các bước sóng giữa 1310 nm và 1610 nm.
Nhiều bước sóng WDM dưới 1470 nm được coi là không thể sử dụng với sợi quang
theo khuyến nghị G.652 do có suy hao lớn trong dải 1310-1470 nm. Những sợi
3

quang mới theo các khuyến nghị G.652. C và G.652.D đã gần như loại bỏ được
một số đỉnh suy hao và cho phép hoạt động trên toàn bộ 20 kênh WDM của ITU
trong các mạng nội thị.
Đặc điểm chính của WDM theo chuẩn ITU là các tín hiệu chưa có khoảng cách
thích hợp cho khuếch đại bằng EDFA. Nguyên nhân là do khoảng cách truyền hạn
chế của WDM, chỉ khoảng 60 km với tín hiệu 2,5 Gb/s, chỉ đủ cho các ứng dụng
mạng nội thị. Việc giảm các yêu cầu về mặt quang đã kéo theo việc giảm chi phí
cho các linh kiện WDM, xấp xỉ chi phí cho các linh kiện không WDM. WDM cũng
được sử dụng cho các mạng cáp TV, tại đó các bước sóng khác nhau được sử dụng
cho các tín hiệu luồng lên và xuống. Trong các hệ thống này, các bước sóng thường
được phân chia rộng, chẳng hạn tín hiệu luồng xuống tại 1310 nm trong khi tín hiệu
luồng lên tại 1550 nm.
DWDM - WDM mật độ cao, chỉ những tín hiệu quang được ghép trong dải
1550 nm, tận dụng được khả năng khuếch đại của EDFA (hiệu quả lớn nhất với các
bước sóng từ 1530 - 1560 nm). Một hệ thống DWDM cơ bản có những thành phần
chủ yếu như sau: một bộ ghép kênh đầu cuối, bộ khuếch đại EDFA có thể tích hợp
vào trong bộ ghép này hoặc tách riêng, một thiết bị đầu cuối quang trung gian, còn
gọi là bộ ghép quang xen/rẽ, một bộ tách kênh đầu cuối, kênh giám sát quang. Các
bước sóng WDM được đặt trong hệ thống có khoảng cách kênh chính xác là
100GHz (khoảng 0,8 nm), với tần số tham khảo cố định khoảng 190,10 THz
(1552,52 nm). Hệ thống chính được đặt bên trong băng tần khuếch đại sợi quang
nhưng có thể mở rộng cho các băng tần rộng hơn. Các hệ thống DWDM ngày nay
sử dụng khoảng cách kênh 50 GHz hoặc thậm chí là 25 GHz và có thể có đến 160

kênh. Các hệ thống DWDM đắt hơn rất nhiều so với WDM vì các bộ phát laser cần
phải ổn định hơn so với WDM thông thường. Các hệ thống DWDM yêu cầu điều
khiển nhiệt độ chính xác trong các laser phát để tránh sự “kéo trơi” bước sóng trung
tâm rất hẹp. Thêm vào đó, DWDM có xu hướng sử dụng trong các mức cao của hệ
thống truyền thông, chẳng hạn như đường trục Internet và do đó được kết hợp với
các tốc độ điều chế cao, tuy nhiên thị trường cho các thiết bị DWDM cũng có mức
hiệu năng cao, tương ứng với giá thành cao. Nói cách khác, các thiết bị DWDM chỉ
cần với số lượng nhỏ. Những đổi mới gần đây trong các hệ thống truyền tải DWDM
4

bao gồm các module thu phát có khả năng điều chỉnh phần mềm, hoạt động với 40
hoặc 80 kênh [2].
1.3. Các thành phần cơ bản trong hệ thống WDM
Ta xét các thành phần cơ bản trong hệ thống truyền dẫn WDM: bộ phát quang,
bộ thu quang, bộ lọc quang, các bộ tách/ghép kênh quang, bộ khuếch đại quang và
sợi quang.
1.3.1. Bộ p át quan
Bộ phát quang là thiết bị tích cực phía phát. Các bộ phát quang hiện nay thường
sử dụng nguồn quang là laser phản hồi phân tán DFB (Distributed Feedback laser)
và laser phản xạ Bragg phân bố (Distributed Bragg Reflector Laser). Laser sợi
quang pha tạp chất hiếm cũng đang được nghiên cứu, ưu điểm của nguồn loại này là
phổ hẹp và ổn định tần số cao. Nhìn chung các nguồn quang phải đảm bảo một số
yêu cầu như sau: độ chính xác của bước sóng phát, độ rộng đường phổ hẹp, dịng
ngưỡng thấp, có khả năng điều chỉnh được bước sóng, tính tuyến tính và nhiễu thấp.
Các u cầu trên đối với nguồn quang đều nhằm tránh các loại nhiễu, đảm bảo tính
ổn định, giảm ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến, tỉ lệ lỗi BER thấp và đảm bảo
chất lượng truyền dẫn của hệ thống.
Để đáp ứng các yêu cầu trên, nguồn quang sử dụng trong các bộ phát thường
là các laser đơn mode. Laser loại này có laser phát mặt (SEL - Surface Emitting

Laser) và các cấu trúc có hốc cộng hưởng lựa chọn tần số. Ở cấu trúc laser phát
mặt, độ dày vùng tích cực nhỏ hơn 10  m và giống như một hốc thẳng đứng ngắn.
Bức xạ quang được hướng về phía mặt nhờ các gương 45 0 hoặc các bộ phản xạ
Bragg cấp hai [2].
Bộ phản xạ lựa chọn tần số là các cách tử nhăn, chính là lớp ống dẫn sóng thụ
động nằm kề vùng tích cực. Sóng quang lan truyền song song với cách tử. Hoạt
động của các laser dựa trên nguyên lý bộ phản xạ cách tử Bragg phân tán. Các laser
loại này thể hiện hoạt động mode dọc đơn khá tốt, ít nhạy cảm với nhiệt độ và dòng
điều khiển.
Trong loại laser phản hồi phân tán, cách tử để chọn bước sóng bao phủ tồn bộ
vùng tích cực. Tại một bước sóng cụ thể, các mode phát của laser đặt đối xứng nhau
qua bước sóng phản xạ Bragg. Biên độ của các mode phát laser cấp cao hơn giảm
5

một cách đáng kể so với biên độ bậc 0. Mode cấp 1 thường có biên độ giảm hơn 30
dB so với biên độ của mode cấp 0. Cách tử của laser DFB được khắc vào một trong
các lớp để tạo ra chiết suất thay đổi theo chu kỳ. Thường tránh khắc cách tử trực
tiếp vào lớp tích cực vì nó có thể làm tăng mức độ tái hợp khơng bức xạ. Về mặt lý
thuyết, laser DFB có lớp chống phản xạ ở hai đầu. Hai mode bậc 0 ở hai bên bước
sóng Bragg có hệ số khuếch đại giống nhau và nếu cấu trúc hồn tồn đối xứng thì
hai đỉnh này đồng thời được phát. Như vậy để laser làm việc ở chế độ đơn mode,
đặc tính cộng hưởng là khơng đối xứng. Muốn vậy có thể dịch cách tử đi khoảng
1/4 hoặc đơn giản là sử dụng lớp vỏ phản xạ có hệ số phản xạ cao ở một đầu và đầu
kia là lớp chống phản xạ.
Đối với laser phản xạ Bragg phân tán, các cách tử được đặt ở các đầu của các
lớp tích cực của laser để thay thế cho các gương được dùng trong hốc cộng hưởng
Fabry-Perot. Trong laser phản xạ phân tán (DR - Distributed Reflector) gồm có các
bộ phản xạ phân tán tích cực và thụ động. Cấu trúc này cải thiện được các đặc tính
phát laser của laser DFB và DBR thơng thường, hoạt động có hiệu quả cao, cơng

suất đầu ra lớn.
Các loại laser này có độ rộng phổ rất hẹp (0,1 - 0,3 nm) và hoạt động rất ổn
định. Chúng thường được ổn định nhiệt độ bằng các bộ làm lạnh Peltier có điều
khiển. Tuy nhiên cần lưu ý là trong laser DFB phải có ống dẫn sóng suy hao thấp để
đạt được độ phản xạ cao, tính chọn lọc mode tốt. Hiệu suất ghép cơng suất giữa
vùng tích cực và thụ động là yếu tố chủ yếu quyết định đến chất lượng của laser.
Nhìn chung, trong laser DFB khơng có u cầu ghép cơng suất giữa vùng tích cực
và thụ động nên vật liệu chế tạo dễ dàng hơn laser DBR. Do cấu trúc DFB và DBR
khác nhau nên chúng có một số đặc tính khác nhau. Điểm khác biệt quan trọng giữa
hai loại laser này là đặc tính phụ thuộc nhiệt độ: khi nhiệt độ tăng trong laser DBR
có sự chuyển đổi từ mode này sang mode khác, cịn DFB thể hiện đặc tính ổn định
trong một dải nhiệt độ rộng.
Một bộ phát của một kênh (một bước sóng) thường gồm một laser DFB, sau đó
là một bộ điều chế, thường ở bên ngoài máy phát laser, đặc biệt là khi tốc độ điều
chế cao. Sự phát triển của các mạch quang tích hợp gần đây đã giảm giá thành của
các máy phát, trong đó chip laser, bộ khuếch đại quang được tích hợp trong một gói.
6

Các gói này có thể cho cơng suất đầu ra là 40 dBm cho dịng kích thích khoảng 40
mA. Ánh sáng từ nguồn quang phải được điều chế với dòng bit mang thông tin cần
truyền bằng phương pháp điều biến cường độ. Q trình điều biến phải có độ tuyến
tính cao để tránh sự phát sinh các hài không cần thiết và sự méo dạng tín hiệu do
điều biến qua lại, gây nhiễu cho quá trình giải điều chế ở phía thu. Các gói DFB kết
hợp với các bộ điều chế trên một chip làm cho cả khối có độ di tần thấp, tốc độ điều
chế cao. Tuy nhiên chúng cũng có một số hạn chế như độ rộng phổ hẹp làm cho
chúng dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu do sự phản hồi từ các liên kết.
1.3.2. Bộ tác /

ép k n quan

Chức năng bộ tách kênh quang là nhận tín hiệu từ sợi quang - một tia sáng bao
gồm nhiều tần số sóng quang khác nhau. Bộ tách kênh quang có nhiệm vụ tách tín
hiệu nhận được thành các tín hiệu tại tần số khác nhau. Nhiệm vụ của bộ ghép kênh
quang thì ngược lại: nó nhận tín hiệu từ nhiều nguồn khác nhau và kết hợp chúng
vào trong một tia sáng để truyền vào sợi quang. Có hai loại thiết bị tách/ghép kênh
là thiết bị tách/ghép kênh thụ động và thiết bị tách/ghép kênh tích cực. Thiết bị
tách/ghép kênh thụ động hoạt động dựa trên nguyên lý của lăng kính, cách tử nhiễu
xạ và các bộ lọc. Các thiết bị tách/ghép kênh tích cực hoạt động dựa trên nguyên tắc
kết hợp các thiết bị thụ động với các bộ lọc điều hưởng trong đó mỗi bộ lọc cộng
hưởng với một tần số nhất định. Trong phần này ta xem xét một số kỹ thuật
tách/ghép kênh quang[6] và các bộ ghép xen/rẽ quang.
Một kỹ thuật đơn giản để tách/ghép ánh sáng là sử dụng một lăng kính (hình
1.4). Đặt chùm tia sáng gồm nhiều bước sóng ra khỏi sợi quang tại tiêu điểm một
thấu kính hội tụ. Ra khỏi thấu kính sẽ là một chùm sáng trắng song song chiếu vào
bề mặt một lăng kính, mỗi bước sóng thành phần khúc xạ theo một góc khác nhau
do chiết suất lăng kính phụ thuộc vào bước sóng. Đặt tiếp một thấu kính sau lăng
kính, các tia cùng màu khi ra khỏi lăng kính song song với nhau sẽ được hội tụ đến
một điểm. Các sợi quang riêng lẻ đặt tại tiêu điểm của thấu kính sẽ thu được ánh
sáng theo các màu khác nhau (hay có bước sóng khác nhau) mang tín hiệu. Trường
hợp ghép các kênh tín hiệu vào một sợi quang cũng sử dụng các linh kiện trên
nhưng thực hiện theo quy trình ngược lại.

7

n2  n1

n1

1

1 , 2 ,...n

2
n2

Sợi
quang

Thấu
kính

Lăng kính

Thấu
kính

Các sợi
quang

n

Hình 1.4: Tách kênh sử dụng lăng kính
Một kỹ thuật khác là sử dụng cách tử nhiễu xạ, kỹ thuật này dựa trên các
nguyên lý về nhiễu xạ của giao thoa quang. Khi một nguồn sáng đa sắc chiếu vào
một cách tử nhiễu xạ, mỗi bước sóng sẽ bị nhiễu xạ theo một góc khác nhau và
chiếu đến những điểm khác nhau trong khơng gian. Sử dụng thấu kính hội tụ ta có
thể hội tụ các bước sóng này vào các sợi quang riêng biệt. Trên hình 1.5 biểu diễn
cách tử dùng để tách sóng.

1

Các bước sóng
nhiễu xạ

Sợi quang

2

n
Chùm tia
tới 1   2  ...   n

Thấu kính
Cách tử
nhiễu xạ

Hình 1.5: Tách /ghép các bước sóng bằng cách tử nhiễu xạ
Ngồi hai kỹ thuật phổ biến trên, cách tử dẫn sóng dạng mảng (AWG - Arrayed
Waveguide Grating) cũng đang được sử dụng khá nhiều. Một thiết bị AWG còn gọi
là bộ định tuyến dẫn sóng quang hoặc bộ định tuyến cách tử dẫn sóng, gồm một
mảng các kênh ống dẫn sóng cong có sự khác nhau cố định trong độ dài đường đi
giữa các kênh lân cận. Các ống dẫn sóng được nối đến một khoang tại đầu vào và
đầu ra. Khi ánh sáng đi vào khoang phía đầu vào nó sẽ nhiễu xạ và đến mảng ống
dẫn sóng. Tại đó sự khác nhau về đường đi giữa các ống dẫn sóng sẽ dẫn đến sự trễ
pha tại phía đầu ra. Các sợi quang phía đầu ra đã được nhân lên nhiều lần. Kết quả

8

là các bước sóng khác nhau được giao thoa tối đa tại các vị trí khác nhau tương ứng
với các cổng đầu ra.
Một kỹ thuật khác dùng các bộ lọc giao thoa trong các thiết bị và được gọi là bộ
lọc màng mỏng hoặc bộ lọc giao thoa nhiều lớp. Bằng cách định vị các bộ lọc có
những màng mỏng trong các tuyến quang có thể phân loại (tách kênh) các bước
sóng. Đặc tính của mỗi bộ lọc là nó phát một kênh (bước sóng) trong khi khúc xạ
các kênh (bước sóng khác). Bằng cách xếp tầng các thiết bị này có thể tách kênh
cho nhiều bước sóng.
Trong các kỹ thuật nói trên, AWG và các bộ lọc màng mỏng đang tăng lên
đáng kể. Các bộ lọc cho độ ổn định và độ cách ly giữa các kênh rất tốt với chi phí
vừa phải, tuy nhiên chúng có nhược điểm là suy hao xen khá cao. AWG là thiết bị
phụ thuộc phân cực (có thể bù được), cho đáp ứng phổ bằng phẳng cùng với suy
hao xen thấp. Trở ngại lớn nhất của thiết bị này là nhạy cảm với nhiệt độ nên không
thể hoạt động trong tất cả các mơi trường. Ưu điểm lớn nhất là có thể được thiết kế
đồng thời cho cả ghép kênh và tách kênh. Với số lượng kênh lớn thì sử dụng AWG
sẽ tốt hơn vì khi đó việc sử dụng các bộ lọc màng mỏng xếp tầng là không thực tế.
Giữa các điểm ghép và tách kênh trong hệ thống có một vùng có nhiều bước
sóng tồn tại. Việc thêm hoặc tách một hoặc nhiều bước sóng tại một số điểm trên
đường truyền là rất cần thiết. Do đó cần có các bộ ghép xen/rẽ để thực hiện các
chức năng này. Ngoài các chức năng kết hợp hoặc phân chia các bước sóng, các
OADM cịn có khả năng gỡ bỏ một số kênh trong khi chuyển tiếp các kênh còn lại.
OADM là một phần quan trọng để tiến đến mục tiêu của mạng toàn quang.
OADM cũng tương tự như một bộ ghép xen/rẽ SONET (ADM) về nhiều chi
tiết, ngoại trừ đặc điểm chỉ xen hoặc rẽ các bước sóng quang và khơng có sự chuyển
đổi quang - điện nào. Có hai loại thiết bị OADM. Thế hệ đầu tiên là một thiết bị cố
định được cấu hình vật lý để rẽ một số bước sóng cụ thể đã định trước trong khi xen
thêm các bước sóng khác. Thế hệ thứ hai có khả năng cấu hình lại và có thể chọn
lựa linh hoạt các bước sóng để xen/rẽ.
Các bộ lọc màng mỏng đã phát triển thành một công nghệ được chọn lựa cho

OADM trong các hệ thống WDM đơ thị hiện nay vì chúng có giá thành thấp và độ
ổn định cao. Để phát triển thế hệ thứ hai của OADM, các công nghệ khác như cách
tử và bộ truyền vòng sợi quang khả chỉnh cũng đang được phát triển.
9

1.3.3. Bộ k uếc đạ quan
Suy hao đã hạn chế độ dài mà sợi quang có thể truyền tín hiệu nguyên vẹn
trước khi phải tái tạo. Trước khi có các bộ khuếch đại quang người ta đã phải sử
dụng các bộ lặp cho mỗi tín hiệu phát đi. Bộ khuếch đại quang có khả năng khuếch
đại tất cả các bước sóng cùng lúc mà khơng cần chuyển đổi quang - điện quang(OEO). Ngoài việc sử dụng trong các kết nối quang, các bộ khuếch đại còn
được dùng để khuếch đại cơng suất tín hiệu sau khi ghép kênh hoặc trước khi tách
kênh vì cả hai trường hợp này đều gây ra suy hao trong hệ thống. Ngày nay trong tất
cả các hệ thống WDM đều sử dụng bộ khuếch đại EDFA (Erbium Doped Fiber
Amplifier: bộ khuếch đại quang sợi pha tạp Erbium). Nó đóng vai trị quan trọng
giúp cho hệ thống có khả năng mang những trọng tải lớn trên những khoảng cách
dài. Phần này trình bày một số đặc điểm cơ bản của EDFA.
Erbium là một nguyên tố đất hiếm, khi được kích thích nó phát ra ánh sáng có
bước sóng khoảng 1.54 m - là bước sóng có suy hao thấp với sợi quang sử dụng
trong các hệ thống WDM. Một tín hiệu khá yếu đến sợi quang được pha tạp
Erbium, sợi quang được bơm với bước sóng 980 nm hoặc 1480 nm bằng một laser
bơm. Ánh sáng bơm này kích thích các phân tử Erbium để giải phóng năng lượng
dự trữ của chúng và phát ánh sáng có bước sóng 1550 nm. Khi q trình này tiếp
tục dọc theo sợi quang thì tín hiệu sẽ mạnh dần lên. Bơm ở bước sóng 1480 nm có
hiệu suất thấp hơn so với bơm ở bước sóng 980 nm nhưng lại có cơng suất bơm cao
hơn. Các phát xạ tự phát trong EDFA cũng dẫn đến tạp âm cho tín hiệu và xác định
hệ số tạp âm trong một bộ khuếch đại.
Các tham số quan trọng trong bộ khuếch đại EDFA bao gồm: hệ số khuếch
đại, độ phẳng khuếch đại, mức tạp âm và công suất đầu ra. Các bộ khuếch đại này
có khả năng cho độ khuếch đại đến 45 dB (10500 lần) và khuếch đại dải bước

sóng từ 30 nm đến 35 nm (1535 nm - 1565 nm). Theo lý thuyết thì hệ số nhiễu của
EDFA đạt được giới hạn lượng tử (giới hạn này gây ra do phát xạ tự phát). Thực
nghiệm cho thấy hệ số nhiễu của bộ khuếch đại đạt được xấp xỉ 3 dB, giá trị thực
tế từ 3.5 đến 6 dB. Một ưu điểm của EDFA là bộ khuếch đại có độ nhạy phân cực
thấp, do đó có thể mắc chuỗi các bộ khuếch đại. EDFA có các đặc tính bão hồ tốt

10

do cơng suất bão hồ tăng tuyến tính với cơng suất bơm.Thời gian sống dài ở
trạng thái kích thích của các ion Er 3+ là ưu điểm lớn nhất của EDFA so với các
loại bộ khuếch đại khác. Trạng thái kích thích có thể tích luỹ cơng suất bơm trong
một thời gian dài, do đó cơng suất bơm trong u cầu để giữ được mức năng
lượng đủ lớn trong một bộ khuếch đại thường rất thấp, chỉ 10 mW đến 20 mW để
đạt đến hệ số khuếch đại tín hiệu 30 dB. Với các tín hiệu ở các bước sóng khác
nhau sự xuyên nhiễu đa kênh trong bộ khuếch đại rất thấp do thời gian sống ở các
trạng thái kích thích dài, mật độ hạt ở trạng thái kích thích khơng thể đáp ứng
những thay đổi tín hiệu q nhanh từ bước sóng này xun qua bước sóng khác.
Cũng vì lý do này, EDFA là bộ khuếch đại không méo thậm chí trong trường hợp
bão hồ sâu. Hiển nhiên EDFA có thể tích hợp trong một mạng quang vì có cấu
tạo dựa trên một đoạn sợi Silic. Nhược điểm chính của EDFA là phổ khuếch đại
không bằng phẳng mà xuất hiện các đỉnh khuếch đại, hệ số khuếch đại không như
nhau đối với mọi bước sóng.
Tuỳ thuộc yêu cầu hệ thống mà bộ khuếch đại có thể ở các vị trí khác nhau
trên tuyến và có u cầu kỹ thuật riêng, có thể chia làm ba loại: BA, LA và PA.
BA (Booster Amplifier) là bộ khuếch đại cơng suất có công suất vào lớn, được
sử dụng ngay sau bộ phát để tăng mức cơng suất tín hiệu. Do cơng suất đầu ra
khá cao nên có thể bỏ qua tạp âm ASE. Bộ khuếch đại đường dây LA (Line
Amplifier) là thiết bị EDFA có mức tạp âm thấp, được sử dụng trên đường
truyền (giữa hai đoạn sợi quang) để tăng chiều dài khoảng lặp. Yêu cầu đối với

bộ khuếch đại loại này là có cơng suất vào nhỏ, cơng suất ra lớn và nhiễu gây ra
nhỏ nhất. Bộ tiền khuếch đại PA (Pre-Amplifier) là thiết bị EDFA có mức tạp âm
thấp, được sử dụng ngay trước bộ thu để tăng độ nhạy thu. Để đạt được mức tạp
âm ASE thấp người ta sử dụng các bộ lọc quang băng hẹp có thêm chức năng
điều chỉnh bước sóng trung tâm theo bước sóng nguồn phát. Bản thân bộ khuếch
đại gây ra nhiễu cho hệ thống. Sau mỗi bộ khuếch đại tỉ số tín hiệu trên tạp âm
SNR giảm nên thơng thường sau ba bộ khuếch đại phải đặt thêm bộ lặp để khơi
phục tín hiệu.
11

1.3.4. Bộ t u quan
Bộ thu quang thực hiện chức năng biến đổi tín hiệu quang thành điện. Bộ thu
phải thích hợp với bộ phát cả về bước sóng sử dụng và phương thức điều chế, đồng
thời phải được thiết kế để đưa ra mức tín hiệu phù hợp.
Cấu trúc bộ thu quang gồm có bộ tách sóng quang, các bộ khuếch đại tín hiệu
và các mạch xử lý tín hiệu. Toàn bộ cấu trúc này thực hiện chuyển đổi tín hiệu
quang phát ở đầu sợi từ phía phát tới thành tín hiệu điện, khuếch đại tín hiệu này tới
mức đủ lớn để nó có thể tạo thuận lợi cho các bước xử lý tiếp theo như quá trình tái
tạo tín hiệu. Độ phức tạp của mạch giải điều chế phụ thuộc vào phương pháp điều
chế được sử dụng.
Bộ thu quang thường sử dụng photodiode làm phần tử tách sóng quang. Có hai
loại photodiode là PIN và APD. Photođioe PIN yêu cầu công suất thấp nhưng kém
nhạy cảm, chỉ hoạt động trên một dải tần số hẹp và cần có bộ khuếch đại phía trước.
APD do có hiệu ứng nhân thác nên dòng quang điện được khuếch đại ngay trong
diode, cho tín hiệu lớn nên khơng cần bộ tiền khuếch đại và thường được sử dụng
trong các tuyến thông tin quang đường dài.
Cấu tạo của một photodiode thông thường bao gồm một lớp tiếp giáp p-n phân
cực ngược tạo ra một vùng nghèo hấp thụ photon, sinh ra các cặp điện tử - lỗ trống
đi về hai phía p hoặc n tạo thành dịng điện chạy trên mạch ngồi. Photodiode PIN

có thêm một lớp bán dẫn i (nguyên chất) giữa hai lớp p-n, chiều rộng của lớp bán
dẫn I được xác định sao cho tất cả photon đi vào đều được hấp thụ tại lớp bán dẫn i.
APD có cấu tạo gồm bốn lớp p+-i-p-n+. Lớp i hấp thụ photon đi vào, lớp p-n+ có
điện trở suất lớn nhất hình thành vùng nhân điện tử để xảy ra hiệu ứng nhân thác,
cho phép khuếch đại dòng quang điện ngay trong APD.
Trong bộ thu có một số tham số quan trọng như đáp ứng phổ, thời gian lên, độ
rộng băng tần nguồn thu, các loại nhiễu, tỉ số tín hiệu trên tạp âm và độ nhạy máy
thu. Đáp ứng phổ là một hàm của bước sóng, liên quan mật thiết đến bộ tách sóng
được dùng. Các loại nhiễu gồm có nhiễu nhiệt và nhiễu lượng tử. Độ nhạy máy thu
là mức cơng suất nhỏ nhất của tín hiệu tới mà máy thu vẫn thu được tín hiệu với tỉ
số lỗi bit BER yêu cầu.

12

1.3.5. Sợ quan
Nhiệm vụ chính của sợi quang là dẫn sóng ánh sáng với một lượng suy hao nhỏ
nhất. Trong hệ thống truyền dẫn quang, sợi quang đóng vai trị là phương tiện
truyền dẫn. Hiện nay, sợi quang đơn mode tuân theo khuyến nghị G.652 được sử
dụng nhiều nhất. Giá trị tán sắc bằng khơng nằm ở bước sóng 1310 nm, tán sắc tại
vùng 1550 nm rất lớn, cỡ 18 ps/nm/km. Tuy nhiên, suy hao ở vùng bước sóng 1550
nm nhỏ hơn trong vùng 1310 nm và bộ khuếch đại EDFA làm việc tại vùng này nên
người ta sử dụng sợi quang tán sắc đã dịch (DSF - Dispersion Shifted Fiber). Sợi
quang DSF tuân theo khuyến nghị G.653, có tán sắc bằng khơng tại bước sóng 1550
nm, thích hợp sử dụng trong các hệ thống WDM thông thường. Tuy nhiên do hiệu
ứng trộn bốn sóng xảy ra mạnh nên nó không được sử dụng trong các hệ thống kênh
mật độ dày đặc DWDM. Trong các hệ thống DWDM người ta sử dụng sợi NZ-DSF
(Non-zero DSF), loại sợi này có mức tán xạ thấp tại cửa sổ thứ ba. Một loại sợi mới
cũng đang được phát triển cho truyền dẫn WDM là sợi HDSF (Half-Dispersion shifted Single-mode Fiber). Loại sợi này có bước sóng cắt nhỏ hơn 1500 nm, bước
sóng có tán sắc bằng không lớn hơn 1450 nm và nhỏ hơn 1500 nm, tại bước sóng

hoạt động 1560 nm thì tán sắc còn khoảng 6 đến 11 ps/nm/km.
Gần đây, tập đoàn điện tử Sumitomo của Nhật đã tuyên bố vừa phát triển được
loại sợi quang mới sử dụng cho các hệ thống WDM có tên gọi PureMetro. Đây là
sợi NZ-DSF đa chức năng, có các đặc điểm rất tốt cho cả các hệ thống WDM đô thị
và các đường trung kế. Dải bước sóng sử dụng cho truyền dẫn DWDM trong các
đường trung kế là băng C (1530 nm -1565 nm) và băng L (1565 nm - 1625 nm) tại
phía bước sóng dài. Các đặc điểm về tán sắc của sợi PureMetro tại dải bước sóng
này được xác định thận trọng để cho phép sử dụng PureMetro trong các mạng
WDM trung kế hiện có. Các ứng dụng của sợi PureMetro đối với các thiết bị truyền
dẫn hiện có cho phép truyền dẫn DWDM với khoảng cách kênh 1 nm hoặc nhỏ hơn.
Trong các mạng đô thị, truyền dẫn ở khoảng cách ngắn và trung bình sử dụng
WDM đã trở thành xu thế. Xuất phát từ quan điểm của dải truyền dẫn và chi phí,
các bộ khuếch đại quang và các sợi quang bù tán sắc sẽ không được sử dụng nữa.
Vì vậy đường truyền dẫn cần phải có suy hao nhỏ và tán sắc nhỏ trên một dải rộng.
Để đạt được những yêu cầu này, PureMetro được thiết kế là sợi NZ-DSF đầu tiên có
13

Nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng điều chế pha chéo liên hệ thống wdm

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về