Kỹ thuật chuyển đổi bước sóng trong mạng WDM

Đồ án tốt nghiệp đại học
MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU ........................................................................ 1
CHƯƠNG I: KĨ THUẬT CHUYỂN ĐỔI BƯỚC SÓNG.............................................................2
1.1 Giới thiệu ........................................................................................................................... 2
1.2 Kĩ thuật chuyển đổi bước sóng ......................................................................................... 5
1.2.1 Thiết kế bộ chuyển đổi bước sóng .............................................................................. 5
1.2.2 Các bộ chuyển đổi bước sóng ................................................................................... 6
CHƯƠNG II: KĨ THUẬT CHUYỂN ĐỔI BƯỚC SÓNG TRONG MẠNG WDM..................13
2.1 Chuyển đổi bước sóng trong mạng WDM ..................................................................... 13
2.1.1 Thiết kế chuyển mạch chuyển đổi bước sóng ............................................................ 15
2.1.2 Vấn đề thiết kế, điều khiển và quản lí mạng ............................................................... 20
2.1.2.1 Thiết kế mạng ........................................................................................................ 20
2.1.2.2 Điều khiển mạng ................................................................................................... 21
2.1.2.3 Quản lí mạng ......................................................................................................... 22
2.2 Lợi ích ................................................................................................................................. 23
2.2.1. Mô hình phân tích ....................................................................................................... 23
2.2.1.1 Mô hình xác suất với giả thiết tải trọng liên kết độc lập ....................................... 24
2.2.1.2 Chuyển đổi bước sóng dải rác ............................................................................... 26
2.2.1.3 Một mô hình xác suất cho một lớp của mạng ........................................................ 28
2.2.1.4 Mô hình xác suất không có giả thiết tải trọng liên kết độc lập .............................. 30
2.2.2 Mối quan hệ .................................................................................................................. 32
2.2.2.1 Giới hạn trong các thuật toán RWA có và không có bộ chuyển đổi bước sóng ... 32
2.2.2.2 Mạng đa sợi ........................................................................................................... 32
2.2.2.3 Giới hạn chuyển đổi bước sóng ............................................................................ 32
2.2.2.4 Bước sóng chuyển đổi cực tiểu trong mạng WDM vòng ...................................... 33
CHƯƠNG III: CÁC THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI BƯỚC SÓNG..................................................34
3.1 Bộ chuyển đổi bước sóng nguyên khối bán dẫn (SIPAS) ............................................. 34
3.1.1 Giới thiệu ...................................................................................................................... 34
3.1.2 Cấu trúc và nguyên lí hoạt động của thiết bị .............................................................. 34

3.1.3 Thiết kế và chế tạo ....................................................................................................... 35
3.1.4. Các đặc tính của thiết bị .............................................................................................. 38
3.1.5 Kết luận ........................................................................................................................ 41
3.2 Kỹ thuật ghép đa kênh quang và ứng dụng của nó cho một khối SIPAS ................... 41
3.2.1 Giới thiệu ...................................................................................................................... 41
3.2.2 Sự phát triển của MOCA ............................................................................................. 42
3.2.2.1 Khái niệm .............................................................................................................. 42
3.2.2.2 Hiệu năng ghép quang của MOCA ....................................................................... 44
3.2.2.3 Khả năng mở rộng của MOCA .............................................................................. 45
3.2.3 Ứng dụng của MOCA cho đóng gói SIPAS ................................................................ 46
3.2.3.1. Cấu trúc của chíp SIPAS ...................................................................................... 46
3.2.3.2 Hiệu năng của khối SIPAS .................................................................................... 47
3.2.4 Kết luận ........................................................................................................................ 48
3.3 Xử lí tín hiệu sử dụng chuyển đổi bước sóng toàn quang và ứng dụng sử dụng thiết
bị XPM tích hợp lai và SIPAS .......................................................................................... 48
3.3.1 Giới thiệu ...................................................................................................................... 48
Dương Hồng Hạnh – Đ2001VT
1
Đồ án tốt nghiệp đại học
3.3.2 Chuyển đổi tốc độ bit ................................................................................................... 51
3.3.2.1 Cấu hình chuyển đổi tốc độ bit hoàn toàn ............................................................. 51
3.3.2.2 Kết quả thí nghiệm đối với chuyển đổi tốc độ bit hoàn toàn ................................. 52
3.3.3 Sự bù PMD ................................................................................................................... 54
3.3.3.1 Kĩ thuật giám sát DGD sử dụng bộ chuyển đổi bước sóng tích hợp lai ................ 54
3.3.3.2 Thiết lập thí nghiệm và kết quả ............................................................................. 55
3.3.4 Kết luận ........................................................................................................................ 57
4.4 Thiết bị chuyển đổi bước sóng sử dụng QPM LiNbO3 ................................................ 58
4.4.1 Giới thiệu ...................................................................................................................... 58
4.4.2 Tổng quan về thiết bị chuyển đổi bước sóng sử dụng ống dẫn sóng QPM-LN ......... 58
4.4.3 Công nghệ chế tạo ống dẫn sóng QPM-LN ................................................................ 62

4.4.3.1 Thiết bị chuyển đổi bước sóng sử dụng APE ......................................................... 63
4.4.3.2 Thiết bị chuyển đổi bước sóng tại đỉnh ống dẫn sóng sử dụng LPE-từ LiNbO3 . . 67
4.4.4 Kết luận ....................................................................................................................... 68
KẾT LUẬN...................................................................................................................................69
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................................70
Dương Hồng Hạnh – Đ2001VT
2
Đồ án tốt nghiệp đại học
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
ADM Add-Drop Multiplexer Bộ ghép kênh xen/rẽ
APS Automatic Protection Switching Chuyển mạch bảo vệ tự động
ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền tải không đồng bộ
AWG Arrayed-Waveguide Grating Cách tử ống dẫn sóng dãy
BER Bit Error Rate Tỉ số lỗi bit
CPM Crossphase Modulation Điều chế pha chéo
DBR Distributed Bragg Reflector Bộ phản xạ Bragg phân bố
DD Direct Detection Tách trực tiếp
DEMUX Demultiplexer Bộ tách kênh
DFB Distributed Feedback Phản hồi phân tán
DSF Dispersion-Shifted Fiber Sợi quang dịch tán sắc
EOTF Electro–Optic Tunable Filter Bộ lọc quang-điện điều chỉnh được
FBG Fiber Bragg Grating Cách tử Bragg sợi
FSR Free Spectral Range Dải phổ tự do
FWM Four-Wave Mixing Trộn bốn sóng
IM Intensity Modulation Điều chế cường độ
IP Internet Protocol Giao thức Internet
LAN Local Area Network Mạng cục bộ
LDA Laser Diode Amplifier Bộ khuếch đại diode Laser
LOS Loss Of Signal Mất tín hiệu
MUX Multiplexer Bộ ghép kênh

MZI Mach Zehnder Interferometer Bộ giao thoa Mach Zehnder
NZ-DSF Nonzero Dispersion Shifted Fiber Sợi quang dịch tán sắc khác không
OADM Optical Add-Drop Multiplexer Bộ ghép kênh xen-rẽ quang
OBS Optical Burst Switching Chuyển mạch burst quang
OC Optical Carrier Sóng mang quang
OEO Optical–Electronic–Optical Biến đổi quang-điện-quang
OLS Optical Label Switching Chuyển mạch nhãn quang
OPS Optical Packet Switching Chuyển mạch gói quang
OXC Optical Cross-Connect Nối chéo quang
PMD Polarization-Mode Dispersion Tán sắc mode phân cực
PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động
RAM Random Access Memory Bộ nhớ truy nhập ngẫu nhiên
SMF Single-Mode Fiber Sợi đơn mode chuẩn
SNR Signal-to-Noise Ratio Tỷ số tín hiệu / nhiễu
SOA Semiconductor Optical Amplifier Bộ khuếch đại quang bán dẫn
SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ
SPM Self–Phase Modulation Điều chế tự pha
SRS Stimulated Raman Scattering Tán xạ Raman kích thích
TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời gian
TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập theo thời gian
Dương Hồng Hạnh – Đ2001VT
3
Đồ án tốt nghiệp đại học
WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bước sóng
WDMA Wavelength Division Multiple Access Đa truy nhập theo thời gian
WGR Waveguide Grating Router Bộ định tuyến cách tử ống dẫn sóng
XPM Crossphase Modulation Điều chế pha chéo
Dương Hồng Hạnh – Đ2001VT
4
Đồ án tốt nghiệp đại học

MỞ ĐẦU
Mặc dù thông tin quang là một lĩnh vực tương đối mới, nó được đưa vào khai thác
trong mạng viễn thông khoảng 30 năm trước đây. Tuy nhiên, truyền dẫn quang đã đóng
vai trò hết sức to lớn trong mạng viễn thông ngày nay. Các hệ thống thông tin sợi quang
với nhiều ưu điểm về băng tần rộng, cự ly thông tin lớn, không bị ảnh hưởng bởi nhiễu
điện từ… So với các hệ thống truyền dẫn khác ví dụ như: hệ thống thông tin vô tuyến
hay hệ thống dùng cáp kim loại. Nó không chỉ phù hợp với các hệ thống xuyên lục địa,
các hệ thống đường trục dung lượng lớn mà còn có tiềm năng sử dụng trong mạng nội
hạt với cấu trúc linh hoạt và đáp ứng mọi loại hình dịch vụ.
Tuy nhiên không thỏa mãn với các khả năng của đường truyền hiện có, các nhà
khai thác và cung cấp dịch vụ vẫn luôn luôn tìm kiếm các giải pháp công nghệ và kĩ
thuật mới nhằm tăng dung lượng đường truyền để đáp ứng nhu cầu sử dụng lớn. Công
nghệ chuyển đổi bước sóng là một công nghệ mới đã được nghiên cứu và triển khai
trong thực tế, được chứng minh là một giải pháp hữu hiệu để giải quyết những vấn đề
trên. Áp dụng chuyển đổi bước sóng trong mạng WDM đáp ứng được nhu cầu truyền
dẫn và cả những yêu cầu về chất lượng truyền dẫn của hệ thống.
Với sự chỉ bảo tận tình của cô giáo Nguyễn Thị Thu Nga cũng như nỗ lực của bản
thân, đồ án được hoàn thành và trình bày theo ba chương:
 Chương I: Kỹ thuật chuyển đổi bước sóng
 Chương II: Kỹ thuật chuyển đổi bước sóng trong mạng WDM
 Chương III: Các thiết bị chuyển đổi bước sóng
Do đề tài là một lĩnh vực mới, về bản thân kiến thức còn hạn chế nên đề tài không
tránh khỏi thiếu sót. Em mong được sự góp ý chỉ bảo của các thầy cô giáo và các bạn,
để đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn cô giáo Nguyễn Thị Thu Nga, thầy cô giáo trong khoa
Viễn thông I đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.
Dương Hồng Hạnh – Đ2001VT
1
Đồ án tốt nghiệp đại học
CHƯƠNG I: KĨ THUẬT CHUYỂN ĐỔI BƯỚC SÓNG

1.1 Giới thiệu
Chuyển đổi bước sóng là công nghệ chìa khoá để điều khiển các bước sóng một
cách linh hoạt trong mạng quang. Tại các node nối chéo quang trong mạng quang điện,
chuyển đổi bước sóng có thể làm giảm các khối kênh và làm nó có thể sử dụng lại bước
sóng. Hiệu quả sử dụng các nguồn sóng trong các mạng này sẽ tốt và nhanh hơn trong
các mạng truyền thống. Sự chuyển đổi bước sóng quang đặc biệt thu hút bởi vì nó
không cần các thiết bị quang điện hoặc điện quang và nó độc lập với dạng tín hiệu và
tốc độ bit, với những thuộc tính đó nó làm cho mạng quang rõ ràng được đánh giá cao
hơn.
Tốc độ dữ liệu 100Mb/s đã được sử dụng phổ biến tại các gia đình. Xét về thực tế
thì bước nhảy từ 64Kb/s lên nhiều Mb/s và bây giờ là 100Mb/s và cứ theo tiến trình này,
tốc độ truyền dẫn lên tới Gb/s của một nguời sử dụng riêng lẻ cũng không quá xa nữa.
Việc tăng lưu lượng truyền thông có nghĩa là tăng dung lượng kênh phụ thuộc vào
mạng. Vì mục đích này mà công nghệ phân chia theo bước sóng (WDM: Wavelength
Division Multiplexed) đã nhanh chóng phát triển. WDM sử dụng bước sóng ánh sáng và
nó được ứng dụng vào: điểm nối điểm, mạng vòng, chức năng tách- xen và mạng lưới
với các đường quang kết nối chéo. Theo hướng này các vấn đề cần được phát triển đó là
các dụng cụ/công nghệ môđun để định tuyến, chuyển mạch, và điều biến tín hiệu quang
thông qua điều khiển bước sóng. Điều quan trọng cần đặc biệt chú ý trong việc phát
triển các dụng cụ chuyển đổi bước sóng quang đó là thực hiện định tuyến bước sóng mà
không chuyển đổi bước sóng quang thành bước sóng điện.
Bằng cách truyền dữ liệu từ một trạm truy nhập này tới một trạm truy nhập khác,
một kết nối cần được thiết lập tại những lớp quang giống nhau trong trường hợp mạng
điện thoại chuyển mạch kênh. Hoạt động này được thực hiện bởi quyết định một tuyến
trong mạng kết nối từ trạm nguồn tới trạm đích và chỉ định một bước sóng rỗi chung
trên tất cả các liên kết quang trên tuyến. Một tuyến toàn quang như vậy gọi là các đường
quang. Toàn bộ độ rộng băng tần khả dụng trên các đường quang được chỉ định để kết
nối, trong suốt thời gian lưu trữ của nó trong khi mà bước sóng tương ứng không thể chỉ
định bất kì một kết nối nào khác. Khi kết nối này là đầu cuối, các đường quang liên kết
bị phá vỡ và bước sóng lại trở nên rỗi trên mọi liên kết dọc theo tuyến.

Dương Hồng Hạnh – Đ2001VT
2
Đồ án tốt nghiệp đại học
Hình 1.1 Mạng định tuyến bước sóng toàn quang
Xét mạng trong hình 1.1. Nó biễu diễn một mạng định tuyến bước sóng chứa 2 kết
nối chéo WDM (S1 và S2) và 5 trạm truy nhập (từ A tới E). 3 đường quang được thiết
lập (C tới A trên bước sóng λ
1
, C tới B trên bước sóng λ
2
, D tới E trên bước sóng λ
1
).
Để thiết lập đường quang, thường yêu cầu bước sóng giống nhau được chỉ định tất cả
các liên kết trên tuyến. Yêu cầu này được biết đến như ràng buộc liên tục bước sóng và
các mạng định tuyến bước sóng với ràng buộc này được gọi là mạng liên tục bước sóng.
Sự ràng buộc liên tục bước sóng phân biệt mạng liên tục bước sóng với một mạng
chuyển mạch kênh mà ngăn chặn các cuộc gọi chỉ khi không có dung lượng dọc theo bất
kì liên kết nào trên tuyến mà được phân cho cuộc gọi. Hãy xét các cổng của mạng trong
hình 1.2a. Hai đường quang được thiết lập trong mạng đó là: thứ nhất đó là giữa node 1
và node 2 trên bước sóng λ
1
; thứ hai, giữa node 2 và node 3 trên bước sóng λ
2
. Đòi hỏi
một đường quang giữa node 1 và node 3 phải được thiết lập. Nếu chỉ có 2 bước sóng
khả dụng trong mạng, không thể thiết lập được đường quang từ node1 đến node 3 thậm
chí có 1 bước sóng rỗi trên mỗi liên kết dọc theo tuyến từ node 1 đến node 3. Bởi vì các
bước sóng trên 2 liên kết là khác nhau. Do đó, trong mạng liên tục bước sóng có thể bị
nghẽn mạch cao hơn so với mạng chuyển mạch kênh.

Dễ dàng khử sự ràng buộc liên tục bước sóng nếu chúng ta có thể chuyển đổi dữ
liệu tới trên một bước sóng dọc theo liên liên kết vào một bước sóng khác tại node trung
gian và chuyển tiếp nó tới các liên kết tiếp theo. Kĩ thuật là khả thi và được coi như
chuyển đổi bước sóng và các mạng định tuyến bước sóng với dung lượng này được coi
như mạng chuyển đổi bước sóng. Một mạng chuyển đổi bước sóng hỗ trợ hoàn thành
việc chuyển đổi tại tất cả các node có chức năng tương đương như một mạng chuyển
mạch kênh. Các yêu cầu đường quang bị chặn chỉ khi không có dung lượng khả thi trên
tuyến. Nhìn vào hình 1.2b, bộ chuyển đổi bước sóng tại node 2 thực hiện việc chuyển
Dương Hồng Hạnh – Đ2001VT
3
Đồ án tốt nghiệp đại học
đổi dữ liệu từ bước sóng λ
2
sang bước sóng λ
1
. Một đường quang mới giữa node 1 và
node 3 có thể được thiết lập ngay lập tức bằng cách sử dụng bước sóng λ
2
trên đường
nối từ node 1 đến node 3 và sau đó bằng cách sử dụng bước sóng λ
1
đến node 3 từ node
2. Lưu ý rằng đường quang đơn trong mạng chuyển đổi bước sóng có thể sử dụng các
bước sóng khác nhau dọc theo các liên kết trên tuyến. Do đó, chuyển đổi bước sóng có
thể cải thiện hiệu suất chuyển đổi trong mạng bằng cách giải quyết các tranh chấp bước
sóng của đường quang.

Hình 1.2 a) Mạng không có chuyển đổi bước sóng
b) Mạng có chuyển đổi bước sóng
Các vấn đề về chuyển đổi bước sóng được tổ chức như hình 1.3. Ở phần sau, mô

tả công nghệ chuyển đổi bước sóng. Cách các thiết bị chuyển đổi bước sóng được xây
dựng và cách thiết kế chuyển mạch giải quyết chặt chẽ các bộ chuyển đổi này sẽ là
trọng tâm trình bày trong phần này. Các vấn đề về thiết kế mạng, điều khiển mạng và
các lợi ích sẽ được trình bày kĩ ở chương 2.

Hình 1.3. Tổ chức của công trình nghiên cứu này
Dương Hồng Hạnh – Đ2001VT
Node 1 Node 2 Node 3
λ
1
λ
1
λ
2
λ
2
Node 1 Node 2 Node 3
λ
1
λ
1
λ
2
λ
2
λ
Các vấn đề trong chuyển đổi bước sóng
Các kĩ thuật
Thuật toán Phân tích lợi ích
Thiết bị chuyển đổi

bước sóng
Chuyểnmạch/kết nối
chéo
Thiết kế mạng
Điều khiển mạng
Quản lí mạng
Mô hình phân tích
Độ khuyếch đại
4
Đồ án tốt nghiệp đại học
1.2 Kĩ thuật chuyển đổi bước sóng
Sự phát triển có ý nghĩa trong các dụng cụ quang và điện đó là thực hiện được
công nghệ chuyển đổi bước sóng. Nhiều kĩ thuật khác nhau đã chứng minh được việc
chuyển đổi bước sóng. Việc phân loại và so sánh của các kĩ thuật sẽ được trình bày ở
phần 1.2.1. Thiết kế nhiều chuyển mạch mới nhằm mục đích sử dụng chúng cho các bộ
chuyển đổi bước sóng trong mạng chuyển đổi bước sóng sẽ được trình bày cụ thể trong
phần sau.
1.2.1 Thiết kế bộ chuyển đổi bước sóng
Chức năng của bộ chuyển đổi bước sóng là chuyển đổi dữ liệu trên bước sóng vào
thành bước sóng ra khác giữa N bước sóng trong hệ thống (hình 1.4). Trong suốt toàn
bộ đồ án này, λs là bước sóng tín hiệu vào, λc là bước sóng tín hiệu ra (đã bị chuyển
đổi), λp là bước sóng nhảy, fs là tần số đi vào, f
c
là tần số đi ra, f
p
là tần số nhảy, CW là
sóng liên tục được sinh ra như tín hiệu.

Hình 1.4.Chức năng của bộ chuyển đổi bước sóng
- Một bộ chuyển đổi bước sóng lí tưởng cần có các thành phần sau:

+ Trong suốt về tốc độ bit và khuôn dạng tín hiệu.
+ Thiết lập nhanh thời gian của bước sóng đầu ra.
+ Chuyển đổi cả bước sóng ngắn và bước sóng dài.
+ Mức công suất vào vừa phải.
+ Bước sóng vào có thể giống bước sóng ra (không chuyển đổi)
+ Độ nhạy của tín hiệu vào phân cực.
+ Tín hiệu đi ra di tần thấp với hệ số tắt cao và tỉ số tín hiệu trên nhiễu lớn.
+ Thực hiện đơn giản.
Dương Hồng Hạnh – Đ2001VT
Bộ chuyển đổi
bước sóng
λ
S
λ
c
s = 1, 2, …N
c = 1, 2, …N
5
Đồ án tốt nghiệp đại học
1.2.2 Các bộ chuyển đổi bước sóng
Các thiết bị chuyển đổi bước sóng có thể phân thành 2 loại: thứ nhất; chuyển đổi
bước sóng O/E. Một trạm truy nhập được cung cấp 1 bộ chuyển đổi quang điện (O/E)
tới một giao diện mạng quang với thiết bị điện qui ước.Thứ hai, chuyển đổi bước sóng
toàn quang, một mạng định tuyến bước sóng mà mang dữ liệu từ một trạm truy nhập tới
một trạm truy nhập khác mà không có bất kì bộ chuyển đổi O/E trung gian nào được coi
như một mạng định tuyến bước sóng toàn quang. Những mạng định tuyến bước sóng
toàn quang như vậy nhằm mục đích xây dựng các mạng diện rộng.
1.2.2.1 Chuyển đổi bước sóng O/E
Trong phương pháp này, tín hiệu quang được chuyển đổi thành tín hiệu điện bằng
cách sử dụng bộ tách sóng quang (chính là R trong hình 1.5). Luồng bit điện được lưu

trữ trong bộ đệm (sử dụng phương pháp FIFO- vào trước ra trước). Tín hiệu điện sau đó
được sử dụng để đưa vào Laser điều hưởng được (T) để có thể điều hưởng với bước
sóng của đầu ra. Phương pháp này đã giải thích được việc tốc độ bit lên tới 10 Gb/s.Tuy
nhiên, phương pháp này thì phức tạp hơn và dùng nhiều năng lượng hơn các phương
pháp khác. Hơn nữa, quá trình xử lý của chuyển đổi O/E có ảnh hưởng bất lợi đối với
tính trong suốt của tín hiệu. Tất cả các thông tin về dạng pha, tần số, biên độ tín hiệu
tương tự của tín hiệu quang đều bị mất trong quá trình chuyển đổi.
Hình 1.5. Bộ chuyển đổi bước sóng O/E
Để giải quyết vấn đề này một cách trực tiếp, khi bộ chuyển đổi bước sóng là một
bộ quang điện, nó bao gồm: 1 bộ tách sóng, 1 bộ khuyếch đại điện áp hoặc có thể là một
bộ tái tạo trực tiếp hoặc một bộ điều chế Laser ngoài như hình 1.6. Thiết bị chuyển đổi
này cần công suất dòng quang vào nhỏ, nhưng nó bao gồm nhiều thành phần đơn và có
công suất tiêu thụ điện cao, đặc biệt là tốc độ bit cao.
Dương Hồng Hạnh – Đ2001VT
R T
FIFO
Giải mã
địa chỉ
λ
S
λ
C
6
Đồ án tốt nghiệp đại học
λ
i
λ
c
Hình 1.6. Thiết bị chuyển đổi quang điện
1.2.2.2 Chuyển đổi bước sóng toàn quang

Trong phương pháp này, tín hiệu quang cho phép giữ nguyên trong suốt quá trình
chuyển đổi. Chú ý hơn nữa là trong trường hợp chuyển đổi toàn quang này, coi như
không có chuyển đổi quang điện. Phương pháp chuyển đổi bước sóng toàn quang có thể
chia ra làm 2 loại:
a. Chuyển đổi bước sóng sử dụng trộn bước sóng: trộn bước sóng xuất phát từ
sự phúc đáp quang phi tuyến của môI trường khi mà có nhiều hơn 1 bước sóng được
thực hiện (hình1.7). Kết quả là sinh ra một bước sóng khác có cường độ tương ứng với
kết quả của cường độ sóng tương tác. Trộn bước sóng giữ thông tin về cả pha và biên độ
tín hiệu, độ trong suốt tăng tuyệt đối. Nó cũng cho phép đồng thời chuyển đổi thiết lập
nhiều bước sóng vào thành nhiều bước sóng ra và có thể cung cấp tín hiệu tiềm năng có
tốc độ bit lên đến 100Gb/s. Trong hình 1.7 với giá trị n=3 tương ứng với trộn 4 bước
sóng, n=2 tương ứng với trường hợp tạo tần số khác nhau. Các kĩ thuật này sẽ được
miêu tả dưới đây.

Hình 1.7. Bộ chuyển đổi bước sóng dựa trên hiệu ứng trộn bước sóng phi tuyến
Trộn bốn bước sóng FWM (Four Wavelength Mixing): FWM sử dụng tính phi
tuyến thứ 3 trong sợi Silicat, mà tại đây có 3 sóng quang của các tần số f
i
,f
j
,f
k
(k ≠ i,j)
kết hợp với nhau trong hệ thống WDM đa kênh sinh ra bước sóng thứ tư có tần số được
cho bởi:
Dương Hồng Hạnh – Đ2001VT
χ
(n)
Tín hiệu vào
Tín hiệu chuyển đổi

λ
s
λ
p
CW
λ
c
f
c
= (n-1)f
b
- f
s
Diode PIN/
Bộ nhận
Bộ khuếch
đại điện áp
Laser Bộ điều
biến ngoài
7
Đồ án tốt nghiệp đại học
f
ịjk
=f
i
+f
j
-f
k
Trộn 4 bước sóng cũng có thể thu được trong môi trường tích cực như bộ khuyếch

đại quang bán dẫn (SOA). Kĩ thuật này có cung cấp khuôn dạng điều biến độc lập và
dung lượng tốc độ bit cao. Tuy nhiên hiệu suất chuyển đổi từ năng lượng bơm thành
năng lượng tín hiệu là không cao và nó làm giảm một cách nhanh chóng do sự tăng lên
của các vòng (dịch chuyển giữa bước sóng bơm và bước sóng tín hiệu ra)
Tạo tần số khác nhau DFG (Diffirency Frequency Generation): DFG là một
dãy ảnh hưởng phi tuyến thứ 2 của môi trường với 2 bước sóng quang: 1 bước sóng
bơm và 1 bước sóng tín hiệu. Kĩ thuật này cung cấp một dải đầy đủ độ trong suốt mà
không có thêm nhiều nhiễu đối với tín hiệu và khả năng đảo ngược phổ, nhưng nó có
hiệu suất thấp. Những khó nhăn chính trong thực thi kĩ thuật này nằm trong sai pha của
các sóng tương tác trong việc chế tạo các ống dẫn sóng có độ tổn hao thấp để làm cho
hiệu suất chuyển đổi cao. Kiến trúc kết nối chéo thay đổi tham số bước sóng (WIXC)
nhằm mục đích sử dụng bộ chuyển đổi bước sóng dựa trên cơ sở DFG.
b. Chuyển đổi bước sóng sử dụng điều biến chéo: kĩ thuật này sử dụng dụng cụ
quang bán dẫn tích cực như bộ khuyếch đại quang bán dẫn SOA và laser. Kĩ thuật này
thuộc về một lớp được biết như là cổng quang chuyển đổi bước sóng.
Điều biến độ khuyếch đại chéo (XGM) tại SOA và điều biến pha chéo
(XPM) tại SOA: Nguyên lí này sử dụng 1 SOA tại XGM được chỉ ra như hình 1.8.
Điều chế cường độ tín hiệu vào điều biến độ khuyếch đại trong SOA do bão hòa độ
khuyếch đại. Một tín hiệu sóng ánh sáng biến thiên (CW) tại bước sóng ra theo yêu cầu
(λc) được điều biến bởi hệ số khuyếch đại khác nhau để nó mang thông tin giống như
tín hiệu vào gốc. Tín hiệu vào và tín hiệu CW có thể được đưa cùng hướng hoặc ngược
hướng vào trong SOA.Sự phối hợp XGM đưa ra 1 tín hiệu chuyển đổi bước sóng mà
được nghịch đảo so với tín hiệu đưa vào. Sự phối hợp trong XGM là đơn giản để nhận
ra và cung cấp chuyển đổi trực tiếp tại 10Gb/s, nó thực hiện từ nghịch đảo của luồng bit
đã chuyển đổi và giảm tỉ số tắt khi một tín hiệu vào chuyển đổi lên thành một tín hiệu có
bước sóng bằng hoặc dài hơn.

SOA
Hình 1.8. Bộ chuyển đổi bước sóng dựa trên XGM trong SOA
Dương Hồng Hạnh – Đ2001VT

Tín hiệu vào
Tín hiệu chuyển đổi
λ
s
λ
c
CW
λ
c
Bộ lọc
8
Đồ án tốt nghiệp đại học

Hình 1.9. Bộ chuyển đổi bước sóng giao thoa dựa trên XPM trong các SOA
Hoạt động của bộ chuyển đổi bước sóng sử dụng SOA trong kiểu XPM cơ bản
dựa trên hệ số khúc xạ của SOA là phụ thuộc vào cường độ sóng mang trong vùng hoạt
động tích cực của nó. Một tín hiệu vào mà bị suy giảm cường độ sóng mang sẽ điều
biến chỉ số khúc xạ và do đó dẫn đến điều biến pha của tín hiệu CW (bước sóng λc)
được ghép vào một bộ chuyển đổi. SOA có thể tích hợp vào một giao thoa kế để kết quả
độ nhạy khuôn dạng tín hiệu được điều biến tại đầu ra của bộ chuyển đổi. Kĩ thuật bao
hàm SOA trong XPM nhằm mục đích sử dụng ánh xạ vòng quang phi tuyến (NOLM:
Nonlinear Optical Loop Mirror), giao thoa kế Mach- Zender, và giao thoa kế Michelson.
Hình 1.9 biểu diễn một thiết bị chuyển đổi bước sóng MZI không đối xứng dựa trên sử
dụng SOA trong XPM. Với XPM, tín hiệu sóng ra đã được chuyển đổi có thể bị nghịch
đảo hoặc không, còn XGM tín hiệu sóng ra luôn luôn bị nghịch đảo. XPM cũng có công
suất cao hơn so với XGM. Đặt các bộ chuyển đổi bước sóng giao thoa (IWC’s) trong
kết nối chéo cũng tìm cách cải tiến phương thức truyền dẫn của mạng quang bằng cách
giảm nhiễu trong tín hiệu chuyển đổi.
Laser bán dẫn: sử dụng laser bán dẫn đơn mode, độ nhạy mode laser của môi
trường được điều biến bởi tín hiệu ánh sáng vào thông qua bão hoà độ khuyếch đại. Tín

hiệu ra thu được bị nghịch đảo so với tín hiệu vào. Thiết bị triệt độ khuyếch đại được
tận dụng trong laser phản xạ Bragg phân tán (DBR: Ditstributed Bragg Reflector) để
chuyển đổi tín hiệu tại 10Gb/s.
Việc chuyển đổi bước sóng toàn quang có thể được thực hiện rất hiệu quả bằng
cách điều khiển quang học các tần số Laser đơn như hình1.10. Tín hiệu vào(λi) được
biến đổi được đưa vào trong Laser, tại đây nó gây ra trạng thái bão hoà mà trạng thái
này điều khiển sự dao động của Laser. Kết quả là dạng tín hiệu ra có thể là IM hoặc
CPFSK phụ thuộc vào hoạt động của Laser. Bước sóng cuối cùng (λc) có thể cố định
thay đổi phụ thuộc yêu cầu hệ thống.
Dương Hồng Hạnh – Đ2001VT
SOA 1
SOA 2
MZI
CW
λ
c
λ
s
λ
c
9
Đồ án tốt nghiệp đại học
0 10
0
-10
~
~
~
λ
c

λ
i

Hình 1.10. Nguyên lí chuyển đổi bước sóng dựa trên laser bán dẫn
+ Cần lưu ý, về bản chất thiết bị chuyển đổi Laser bao gồm các thành phần đơn
cấu thành nên, vì vậy nó rất đơn giản. Nó yêu cầu công suất quang vào là 0-10 dBm và
tốc độ bit lớn nhất, được xác định bởi tần số cộng hưởng của Laser, nhỏ nhất là 10Gb/s.
Phần này đã giới thiệu các kĩ thuật khác nhau trong thiết kế của một bộ chuyển đổi
bước sóng. Sự lựa chọn công nghệ hiện nay đó là tận dụng chuyển đổi bước sóng trong
mạng phụ thuộc vào các yêu cầu của hệ thống đặc biệt. Tuy nhiên, bộ chuyển đổi quang
điện chỉ giới hạn độ trong suốt về số. Ngoài ra, việc triển khai các thiết bị chuyển đổi
quang điện trong mạng WDM kết nối chéo yêu cầu các gói phức tạp để ngăn ngừa
xuyên kênh. Điều này dẫn đến việc tăng chi phí cho thiết bị chuyển đổi, hơn nữa việc
chế tạo các thiết bị chuyển đổi bước sóng quang điện này cũng làm cho nó kém thu hút
hơn so với các thiết bị chuyển đổi toàn quang. Nhược điểm của thiết bị chuyển đổi
quang điện là phức tạp và có công suất tiêu thụ lớn. Thiết bị chuyển đổi toàn quang cơ
bản dựa trên các SOA sử dụng chuyển đổi trong XGM và XPM hiện nay phù hợp hơn
với các hệ thống sử dụng. Thiết bị chuyển đổi bước sóng dựa trên trộn 4 bước sóng,
mặc dù độ trong suốt được điều biến ở các dạng khác nhau nhưng hoạt động kém hiệu
quả. Tuy nhiên, thiết bị chuyển đổi trộn bước sóng là thiết bị chuyển đổi mà cung cấp
một dải đầy đủ độ trong suốt, và cho phép chuyển đổi đồng thời thiết lập các bước sóng
vào thành các bước sóng ra khác. Đặc biệt hơn, các phương pháp dựa trên việc tạo ra các
tần số khác nhau có nhiều triển vọng phát triển nhất.
Phần sau sẽ nghiên cứu nhiều kiến trúc chuyển mạch khác nhau nhằm mục đích
cung cấp tài liệu để dùng trong mạng chuyển đổi bước sóng.
Dương Hồng Hạnh – Đ2001VT
Laser có bước
sóng cố định hoặc
điều hưởng
Công suất ra, dBm

Công suất tín hiệu vào, dBm
10
Đồ án tốt nghiệp đại học
Bảng 1. So sánh các kĩ thuật chuyển đổi bước sóng
Loại OE/EO
Loại toàn quang
Loại chuyển mạch quang Loại trộn quang
Điều biến
độ khuếch
đại chéo
(XGM)
Điều biến
pha chéo
(XPM)
Điều biến
sai pha
(DPM)
Trộn bốn
bước sóng
(FWM)
Tao ra các
tần số khác
nhau
(DFG)
Các dụng
cụ
PD/IC/PL
(LD+MD)
SOALD SOA+
giao thoa

kế Mach-
Zehnder
SOA+ giao
thoa kế
Mach-
Zehnder
Sợi SOA QPM-
LN…
Tốc độ bit 40 Gbit/s
(phụ thuộc
IC)
40 Gbit/s
(RZ-NRZ)
40 Gbit/s 160Gbit/s 1Tbit/s 1Tbit/s
Độ rộng
băng tần
Phụ thuộc
vào nguồn
ánh sáng
Băng tần
khuyếch
đại (30
nm)
Băng tần
khuyếch
đại (30
nm
Băng tần
khuyếch
đại (30 nm

40 nm 60 nm
Hiệu suất
chuyển đổi
Rất tốt Tốt Tốt Tốt Khá tốt Khá tốt
Không
nhạy cảm
phân cực
Rất tốt Tốt Tốt Tốt Khá tốt Khá tốt
Mức vào Phụ thuộc bộ
nhận
-10 dBm -10 dBm 0~5 dBm ~20 dBm
(SOA+DF
B)
-15~5 dBm
Chuyển
đổi riêng
biệt/ đồng
thời
Riêng biệt Riêng biệt Riêng biệt Riêng biệt Khả năng
đồng thời
Khả năng
đồng thời
Kết quả Phụ thuộc
tốc độ bit và
dạng tín hiệu
Chirp Dải động
vào thấp
• Dải
động
vào

thấp
• Hoạt
động
ổn định
• Hiệu
suất
chuyển
đổi
thấp
• Phụ
thuộc
• Hiệu
suất
chuyển
đổi
thấp
• Phụ
thuộc
Dương Hồng Hạnh – Đ2001VT
11
Đồ án tốt nghiệp đại học
phân
cực
phân cự
Dương Hồng Hạnh – Đ2001VT
12
Đồ án tốt nghiệp đại học
CHƯƠNG II: KĨ THUẬT CHUYỂN ĐỔI BƯỚC SÓNG TRONG MẠNG WDM
2.1 Chuyển đổi bước sóng trong mạng WDM
Nhiều lĩnh vực thử nghiệm trong mạng WDM (Wavelength Division Multiplexed:

ghép phân chia theo bước sóng) hiện nay nó đang tiến triển đặc tính là chuyển mạch và
định tuyến bước sóng. Xét đến tính linh hoạt của mạng nó rất thu hút bởi nó có thể
chuyển thành các kênh sóng dễ dàng và tốt nhất là không chuyển đổi quang điện. Vì vậy
kĩ thuật chuyển đổi bước sóng là đề tài mà hiện nay được quan tâm đáng kể. Ở đây
chúng ta sẽ xét các kĩ thuật chuyển đổi bước sóng quang với tầm quan trọng trong phát
triển gần đây.
WDM là một kĩ thuật nhiều triển vọng có thể sử dụng độ rộng băng tần lớn của sợi
quang. Kênh ghép phân chia theo nhiều bước sóng có thể hoạt động trên 1 sợi bán dẫn,
tuy nhiên yêu cầu cơ bản của truyền dẫn trên sợi quang đó là các kênh này hoạt động ở
các bước sóng khác nhau. Các kênh này được điều chế một cách độc lập để cung cấp
các dạng dữ liệu khác nhau, các kênh này gồm có cả tín hiệu tương tự và một vài tín
hiệu số, tất nhiên trong phạm vi giới hạn. Hơn nữa WDM sử dụng độ rộng băng tần lớn
(cỡ 50THz) của sợi quang đơn mode, trong khi đó các kênh chỉ cung cấp băng tần từ
1Gb/s đến 10Gb/s tuỳ theo tốc độ xử lí dòng điện.
Trong một mạng WDM, có thể định tuyến dữ liệu tới đích của chúng dựa vào
bước sóng của chúng. Sử dụng bước sóng để định tuyến dữ liệu được qui định như định
tuyến bước sóng, và một mạng mà thực hiện kĩ thuật này được biết đến như một mạng
định tuyến bước sóng. Một mạng như vậy bao gồm chuyển mạch định tuyến các bước
sóng (hoặc định tuyến node) mà được nối liền với nhau bằng các sợi quang. Một vài
node định tuyến (qui định như các kết nối chéo) được gắn với một trạm truy nhập, nơi
mà dữ liệu từ người sử dụng đầu cuối có thể được ghép kênh với 1 kênh WDM đơn.
WDM có khả năng sử dụng băng tần lớn trong sợi quang đơn mode. WDM dựa trên
ghép kênh phân chia theo tần số trong vùng tần số quang, vùng mà một sợi quang đơn
có nhiều kênh truyền dẫn tại các bước sóng khác nhau (tương ứng với tần số sóng
mang). Có một ý tưởng rất thú vị trong mạng WDM là sử dụng bước sóng để định
tuyến. Những mạng này hỗ trợ các đường quang mà từ đầu cuối tới đầu cuối chuyển
mạch kết nối thông tin qua một hoặc nhiều tuyến và sử dụng một kênh WDM trên một
Dương Hồng Hạnh – Đ2001VT
13
Đồ án tốt nghiệp đại học

tuyến. Các đường quang có thể dùng như một tuyến truyền dẫn vật lí để kết nối nhiều
mạng tốc độ cao như mạng truyền theo phương thức đồng bộ (ATM).

Hình 2.1 Một mạng có 4 node {0,1,2,3}
Một ví dụ về mạng định tuyến bước sóng WDM được biểu diễn như trong hình 2.1.
Nó gồm có 4 node với 3 tuyến, mỗi tuyến có 4 kênh WDM tại mỗi bước sóng {ω
0
,ω
1
,ω
2,
ω
3
}. Chuyển mạch thực hiện tại mỗi node vì vậy các kênh có thể được kết nối tới các
đường quang. Chú ý rằng các kênh tại các bước sóng khác nhau được kết nối sau đó cần
một thiết bị thay đổi bước sóng để có thể thay đổi bước sóng của tín hiệu quang. Ví dụ
đường quang C2 cần một bộ chuyển đổi tại node 2 vì nó bao gồm 2 kênh WDM tại các
bước sóng khác nhau (ω
1
,ω
3
). Tuy nhiên đường quang C1 bao gồm 2 kênh WDM tại
cùng một bước sóng ω
0
tại tuyến 1 và tuyến 2. Vì thế, nó không cần bộ chuyển đổi bước
sóng. Ưu điểm của chuyển đổi bước sóng đó là kênh WDM sẽ được sử dụng hữu ích
hơn, còn nhược điểm là tăng chi phí và phức tạp.
Các loại chuyển đổi bước sóng trong các node minh họa trong hình 2.2. Không có
chuyển đổi tức là không có sự thay đổi bước sóng, và do đó chỉ có các kênh với các
bước sóng giống nhau mới có thể kết nối. Chuyển đổi hoàn toàn có nghĩa là có thể thay

đổi bất kì bước sóng. Vì vậy các kênh có thể được kết nối không quan tâm đến bước
sóng của chúng. Điều này đã cung cấp hiệu suất sử dụng tốt nhất của các kênh, nhưng
nó rất rắc rối trong việc thực thi.
Hình 2.2 Các loại chuyển đổi bước sóng khác nhau
Dương Hồng Hạnh – Đ2001VT
Node 0 Node 1 Node 2 Node 3
w0
w1
w2
w3
Lightpath C1
Lightpath C2
Link Link
Link
w0
w1
w2
Link Link
No Conversion Fixed Conversion
Full Conversion Limited Conversion
14
Đồ án tốt nghiệp đại học
Với mỗi node, bước sóng chuyển đổi có thể hoặc bằng cách nhận tín hiệu, chuyển mạch
điện và truyền dẫn nó trên bước sóng khác… chuyển đổi quang điện quang (O-E-O). Chuyển
đổi toàn quang sử dụng thiết bị chuyển đổi bước sóng quang. Có một số thiết bị cơ bản dựa trên
trộn bốn bước sóng, hiệu suất chuyển đổi là một hàm của bước sóng tín hiệu vào và bước sóng
tín hiệu ra, đương nhiên nó có khả năng điều khiển giới hạn chuyển đổi.
Các thiết bị chuyển đổi đã được trình bày ở trên, ở chương này sẽ trình bày thêm
chuyển mạch chuyển đổi định tuyến bước sóng
2.1.1 Thiết kế chuyển mạch chuyển đổi bước sóng

Để một bộ chuyển đổi bước sóng trở nên dễ dàng thực hiện hơn, một câu hỏi quan
trọng được nảy ra: chúng ta đặt chúng vào vị trí nào trong mạng? Vị trí hiển nhiên là ở
bộ chuyển mạch (hoặc kết nối chéo) trong mạng. Kiến trúc có thể của node chuyển
mạch chuyển đổi bước sóng là chuyển mạch chuyển đổi bước sóng dành riêng (như
hình 2.3). Trong kiến trúc này, mỗi bước sóng dọc theo mỗi liên kết đầu ra tại một
chuyển mạch có một bộ chuyển đổi bước sóng dành riêng... Tại chuyển mạch M×M khi
hệ thống có N bước sóng yêu cầu M×N bộ chuyển đổi. Tín hiệu quang vào từ 1 sợi liên
kết tại chuyển mạch là bộ phân chia kênh bước sóng chia thành các bước sóng riêng
biệt. Mỗi bước sóng được chuyển mạch tới cổng đầu ra bởi chuyển mạch quang không
nghẽn. Bước sóng của tín hiệu ra có thể bị thay đổi bởi các bộ chuyển đổi bước sóng
của nó. Cuối cùng, các bước sóng khác nhau được ghép để tạo ra một tập hợp tín hiệu
dẫn tới sợi liên kết bên ngoài.
Hình 2.3 Một chuyển mạch mà có các bộ chuyển đổi tại mỗi cổng ra cho mỗi bước sóng
(WC biểu thị là một bộ chuyển đổi bước sóng )
Dương Hồng Hạnh – Đ2001VT
D
E
M
U
X
D
E
M
U
X
O
P
T
I
C

A
L
S
W
I
T
C
H
M
U
X
M
U
X
WC
WC
WC
WC
WC
WC
WC
WC
D
E
M
U
X
D
E
M

U
X
O
P
T
I
C
A
L
S
W
I
T
C
H
M
U
X
M
U
X
WC
O
S
W
15
Đồ án tốt nghiệp đại học
a)

b)
Hình 2.4 Các chuyển mạch cho phép phân chia các bộ chuyển đổi bước sóng
a) Kiến trúc chuyển mạch chuyển đổi bước sóng phân chia theo node
b) Kiến trúc chuyển mạch chuyển đổi bước sóng phân chia theo tuyến
Trong mô hình này gồm bộ ghép bước sóng, một dãy các bộ chuyển đổi bước sóng
(WC) và coupler, việc thực hiện chuyển mạch bước sóng được thực hiện trong cùng một
kênh sóng. Tách các bước sóng được cấu trúc nhờ kết hợp bộ chia công suất quang và
bộ lọc bước sóng. Điều chỉnh bước sóng của tách bước sóng hoặc chuyển đổi là cần
thiết để chuyển mạch bước sóng tùy ý từ i thành j. Cả hai kết hợp sau đây đều có khả
năng: thứ nhất là kết hợp bộ tách ống dẫn sóng có bước sóng cố định với một laser điều
hưởng. Thứ hai là bộ tách công suất, bộ lọc điều hưởng bước sóng và một laser có bước
sóng cố định. Một laser điều hưởng và/hoặc bộ lọc là thành phần chủ yếu trong trường
hợp bất kì.
Bước sóng hoạt động của một bộ chuyển đổi bước sóng sẽ chiếm hầu hết vùng
bước sóng của hệ thống WDM nhằm đảm bảo chuyển mạch tùy ý giữa các kênh WDM.
Tín hiệu quang có tốc độ bit 10Gbit/s đã được chuyển đổi khi sử dụng sơ đồ điều chế
Dương Hồng Hạnh – Đ2001VT
D
E
M
U
X
D
E
M
U
X
O
P
T

I
C
A
L
S
W
I
T
C
H
M
U
X
M
U
X
WC
WC
16
Đồ án tốt nghiệp đại học
khuyếch đại ánh sáng phun. Một thực nghiệm chuyển mạch 16 kênh WDM đã thực hiện
thành công khi sử dụng thiết bị chủ chốt này. Cần chú ý là WCI sử dụng một coupler
thay cho bộ ghép bước sóng, vì các bộ chuyển đổi có khả năng chuyển đổi các bước
sóng khác nhau.
Tuy nhiên, với chuyển mạch biến đổi bước sóng riêng, hiệu suất không cao lắm
khi tất cả bộ chuyển đổi bước sóng này không được yêu cầu tại mọi thời điểm. Một
phương pháp hiệu quả để cắt giảm chi phí là chia sẻ các bộ chuyển đổi bước sóng. Có 2
kiến trúc đưa ra cho các bộ chia sẻ chuyển mạch. Nhìn vào hình 2.4a, cấu trúc phân bổ
đến từng node, tất cả các bộ chuyển đổi tại một node chuyển mạch đều được tập trung
trong một khối chuyển đổi. (một khối chuyển đổi tập hợp một vài bộ chuyển đổi bước

sóng mà mỗi bộ chuyển đổi này được giả định là có những đặc điểm nhận dạng và có
thể chuyển đổi bất kì bước sóng vào thành bất kì bước sóng ra). Các khối này có thể
truy nhập bởi bất cứ đường quang vào thích hợp với cấu hình chuyển mạch quang ở
phạm vi rộng hơn trong hình 2.4a. Trong kiến trúc này, chỉ các bước sóng có yêu cầu
chuyển đổi được định hướng tới khối chuyển đổi. Các bước sóng được chuyển đổi sau
đó được chuyển mạch tới các kết nối bên ngoài một cách thích hợp bằng bộ chuyển
mạch quang thứ hai (nhỏ). Trong cấu trúc phân bổ trên từng liên kết (hình 2.4b), mỗi kết
nối đầu ra được cung cấp một khối chuyển đổi dành riêng mà chỉ có thể truy nhập bởi
các đường quang đi qua sợi liên kết đi ra đặc biệt. Chuyển mạch quang có thể cấu hình
một cách thích hợp để định hướng các bước sóng tới một liên kết đặc biệt, cho dù có
chuyển đổi hoặc không chuyển đổi.
- Hệ thống ghép bước sóng là rất cần thiết để thay đổi kênh tín hiệu từ bước sóng
λ
i
thành bước bước sóng λ
j
. Chuyển mạch bước sóng được chia ra làm hai loại: (1)
quảng bá và lựa chọn, (2) định tuyến bước sóng, ở đây ta chỉ xét chuyển mạch định
tuyến bước sóng.
Bộ định tuyến cách tử
ống dẫn sóng
λ
1
λ
2
λ
Ν
λ
3
λ

Ν
λ
2
λ
1
λ
2
λ
Ν
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Hình 2.5 Chuyển mạch định tuyến bước sóng
Dương Hồng Hạnh – Đ2001VT
17
Đồ án tốt nghiệp đại học
Chuyển mạch định tuyến bước sóng như hình 2.5, nó gồm hai dãy WC đặt tại hai
phía bộ định tuyến bước sóng dùng cách tử (WGR). Các WC trong tầng đầu chuyển đổi
bước sóng vào. Nếu bước sóng vào tại cổng i cần định tuyến tới cổng ra j thì bước sóng
của nó trước tiên được chuyển thành
λ
i+j
= λ
0

- (i+j) Δλ
Trong đó λ
0
là bước sóng tham chiếu được xác định bởi WGR, ∆λ là khoảng cách
giữa hai bước sóng kề nhau. Tại đầu ra của WGR các bước sóng lại được chuyển đổi
một lần nữa trở về bước sóng ban đầu. Phương pháp này có suy hao công suất thấp
nhưng đòi hỏi điều khiển và chuyển đổi bước sóng chính xác.
Trong phương pháp chuyển mạch nói trên, các bước sóng đầu vào được định tuyến
trong miền không gian. Nó cũng có khả năng thực hiện chuyển mạch bước sóng trong
miền bước sóng. Phương pháp này gọi là trao đổi kênh bước sóng (WCI) và tương
đương về mặt logic với trao đổi khe thời gian (TSI). Hình sau mô tả WCI
1:N
DeMux
λ
1
λ
2
λ
Ν
λ
Ν
λ
2
λ
3
N:1
Coupler
Hình 2.6 Chuyển mạch bước sóng
Khi chuyển đổi bước sóng O/E được sử dụng, chức năng của các bộ chuyển đổi
bước sóng có thể được thực hiện tại các trạm truy nhập thay cho tại các chuyển mạch.

Kiến trúc chuyển mạch chia sẻ nội hạt được chỉ ra trong hình 2.7 và kiến trúc trạm truy
cập mạng đơn giản được chỉ ra trong hình 2.8.
Dương Hồng Hạnh – Đ2001VT
18
Đồ án tốt nghiệp đại học
Hình 2.7 Kiến trúc chuyển đổi chuyển mạch bước sóng phân chia nội hạt
Hình 2.8 Kiến trúc trạm truy nhập mạng đơn giản
Ưu điểm của chuyển mạch quang:
- Băng tần rộng: ưu điểm lớn nhất của việc đưa công nghệ quang vào hệ thống
thông tin là tính thông suốt của nó với mọi tốc độ bit. Một hệ thống điện tử có khả năng
thông qua nhiều gigabit nhờ ghép song song các phần tử chuyển mạch đơn, vì mỗi phần
tử này chỉ có khả năng thông qua lớn nhất là 1 Gbit/s. Trong khi đó một chuyển mạch
quang đơn lẻ có khả năng thông qua hàng trăm Gbit/s.
- Tốc độ bit cao: tốc độ của các chuyển mạch điện tử bị hạn chế 20Gbit/s do hằng
số thời gian CR của các mạch điện và rung pha (jitter) tín hiệu giữa các chuyển mạch
Dương Hồng Hạnh – Đ2001VT
D
E
M
U
X
D
E
M
U
X
O
P
T
I

C
A
L
S
W
I
T
C
H
M
U
X
R×B
M
U
X
E
S W
TxB
O

S
W
RxB: Khối nhận
TxB: Khối thu
ESW: Chuyển mạch điện
OSW: Chuyển mạch quang
Tín hiệu điện
tách nội hạt
Tín hiệu điện

xen nội hạt
E/O E/O
Out1
Out2
w1
w2
w1
w1
w1
In1
In2
Chuyển mạch định tuyến bước sóng
Điểm truy nhập
19
Đồ án tốt nghiệp đại học
song song. Chuyển mạch quang bằng điện tử cũng có tốc độ hạn chế do các chuyển
mạch điện.
- Nhiều bước sóng: hệ thống ghép bước sóng WDM có băng tần rất rộng. Ghép tần
số diện tử (FDM) được sử dụng trong các hệ thống truyền dẫn cáp đòng trục. Ghép
bước sóng quang cung cấp dung lượng truyền dẫn lớn nhờ ghép các tín hiệu đã được
ghép theo điện tử. Đã có hệ thống ghép hàng chục bước sóng đưa vào hoạt động trong
các miền bước sóng suy hao thấp của sợi quang. Chuyển mạch bước sóng giữa các kênh
ghép bước sóng đang được triển khai trên một số hệ thống WDM.
- Tiêu thụ công suất thấp: các thiết bị chuyển mạch ứng dụng hiệu ứng điện quang
để chuyển đổi chiét suất không sinh ra nhiệt. Đây là ưu điểm đối với hoạt động công
suất thấp
Chuyển mạch quang có ít chức năng hơn chuyển mạch điện tử. Chuyển mạch
quang có các thế mạnh trong các hoạt động chuyển mạch đơn giản có tốc độ cao và khả
năng thông qua lớn. Tuy nhiên chuyển mạch điện tử phải được ưu tiên hơn trong các
chức năng như đọc các tín hiệu đầu đề, điều khiển định tuyến. Trong công nghệ quang

hiện đại, thiết bị nhớ quang tốc độ cao không thể thiếu trong điều khiển định thời các
xung quang sử dụng dây trễ sợi quang có cấu trúc đơn giản hơn RAM điện tử.
2.1.2 Vấn đề thiết kế, điều khiển và quản lí mạng
2.1.2.1 Thiết kế mạng
Để chuyển đổi bước sóng được hiệu quả cần phát triển các vấn đề về thiết kế mạng.
Các nhà thiết kế mạng lựa chọn không chỉ giữa các kĩ thuật chuyển đổi khác nhau đã mô
tả trong phần 1.2.2 mà còn phải lựa chọn giữa các cấu trúc chuyển mạch mô tả trong
phần 2.1.1 Một vấn đề quan trọng trong thiết kế là phải tìm cách khắc phục những hạn
chế trong sử dụng công nghệ chuyển đổi bước sóng. Những hạn chế đó là:
a) Lắp đặt bộ chuyển đổi bước sóng trong mạng
Do giá thành đắt đỏ việc trang bị các bộ chuyển đổi bước sóng tại tất cả các node
trong mạng WDM là không kinh tế. Vì thế, chỉ có thể đặt các bộ chuyển đổi này tại một
số điểm chuyển mạch trong mạng. Một câu hỏi thú vị mà không được trả lời một cách
thấu đáo đó là chúng ta có thể đặt các bộ chuyển đổi bước sóng này ở đầu tại một mạng
bất kì và làm sao để nó thích hợp với đường quang khi được nâng cấp để chuyển đổi
một cách đầy đủ, chính xác
Dương Hồng Hạnh – Đ2001VT
20
Đồ án tốt nghiệp đại học
b) Phân chia thiết bị chuyển đổi bước sóng
Ngay cả giữa dung lượng chuyển mạch của chuyển đổi bước sóng, nó không mất
nhiều chi phí để trang bị cho tất cả các cổng đầu ra của chuyển mạch. Các thiết kế của
các cấu trúc chuyển mạch phải nhằm mục đích (như phần 2.1.1) cho phép chia xẻ bộ
chuyển đổi giữa các tín hiệu tại chuyển mạch. Nó được thực hiện chỉ trong mạng bão
hoà khi mà số bộ chuyển đổi tại một chuyển mạch tăng vượt quá ngưỡng cho trước. Vấn
đề thú vị ở đây là xác định số lượng của ngưỡng này phụ thuộc vào việc sử dụng thuật
toán định tuyến và khả năng bị chặn.
c) Khoảng giới hạn chuyển đổi bước sóng
Các bộ chuyển đổi bước sóng toàn quang trên cơ sở trộn bốn bước sóng chỉ cung
cấp dung lượng chuyển đổi bước sóng giới hạn. Nếu khoảng được giới hạn là k, thì một

bước sóng vào λi có thể chuyển đổi thành bước sóng λmax(i-k, 1) đến bước sóng
λmin(i+k, N), ở đây N là số lượng các bước sóng trong hệ thống (xếp thứ tự từ 1 đến
N). Khoảng giới hạn chuyển đổi bước sóng chỉ có thể được cung cấp tại những node sử
dụng kĩ thuật chuyển đổi O/E.
Các kĩ thuật chuyển đổi bước sóng khác cũng có vài hạn chế. Nhìn vào phần 1.2.2,
bộ chuyển đổi bước sóng sử dụng các SOA trong XGM bị giảm nhiều hơn khi tín hiệu
vào bị biến đổi lên thành các tín hiệu có bước sóng lớn hơn hoặc bằng nó so với khi tín
hiệu vào bị biến đổi xuống thành các tín hiệu có bước sóng nhỏ hơn. Ngoài ra, tín hiệu
cũng thường bị giảm chất lượng sau khi chuyển đổi nhiều lần, tác dụng của các tầng của
các bộ chuyển đổi này rất quan trọng.
Ngoại trừ hiệu quả của cấu trúc chuyển mạch chuyển đổi bước sóng và việc sắp
xếp tối ưu hoá của chúng, những kĩ thuật khác cũng có nhiều triển vọng. Mạng được
trang bị với nhiều sợi trên mỗi kết nối được xét đến để cải thiện dung lượng trong mạng
chuyển đổi bước sóng và được đề xuất có nhiều khả năng để chuyển đổi. Một vấn đề
quan trọng khác là thiết kế mạng chuyển đổi bước sóng có khả năng kháng lỗi. Chỉ
mạng này mới có khả năng dự phòng về dung lượng khi liên kết bị đứt.
2.1.2.2 Điều khiển mạng
Các thuật toán điều khiển được yêu cầu trong một mạng để quản lí hiệu quả các tài
nguyên của nó. Nhiệm vụ quan trọng của kỹ thuật điều khiển để cung cấp các tuyến tới
các đường quang yêu cầu và phân chia các bước sóng trên mỗi liên kết dọc theo tuyến
này để đạt được các tham số hệ thống. Kỹ thuật định tuyến và phân chia bước sóng
Dương Hồng Hạnh – Đ2001VT
21