TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG
Hệ thống thông tin sợi quang
Thông tin quang là hệ thống truyền dẫn sử dụng sợi quang, trong đó dữ liệu được chuyển đổi thành ánh sáng và truyền qua sợi quang Khác với các loại thông tin hữu tuyến và vô tuyến sử dụng dây dẫn hoặc không gian, hệ thống quang học giúp truyền dữ liệu với tốc độ cao và băng thông lớn Tại điểm nhận, ánh sáng được chuyển đổi trở lại thành dữ liệu ban đầu, đảm bảo truyền tải thông tin hiệu quả và chính xác.
Hình 1.1 Hệ thống truyền dẫn sợi quang digital
Với sự phát triển của xã hội, nhu cầu về thông tin của con người ngày càng tăng cao, đòi hỏi mạng viễn thông phải có dung lượng lớn và tốc độ cao để đáp ứng Các mạng lưới hiện tại đang bộc lộ những điểm yếu về tốc độ, dung lượng và băng thông, gây ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ Trong bối cảnh dịch vụ thông tin phát triển nhanh chóng, hệ thống thông tin quang ra đời đã khẳng định vai trò quan trọng của nó trong việc mở rộng khả năng truyền dẫn dữ liệu, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của người dùng.
1.1.2 Quá trình phát triển của hệ thống thông tin quang
Lịch sử thông tin đã trải qua nhiều hệ thống khác nhau, được đặt tên dựa trên môi trường truyền dẫn hoặc đặc điểm dịch vụ của hệ thống đó, như hệ thống truyền dữ liệu, hệ thống liên lạc hoặc hệ thống thông tin số.
Sợi quang Âm thanh, hình ảnh, dữ liệu Âm thanh, hình ảnh, dữ liệu Xung điện
Bộ tách quang Bộ giải mã
Hệ thống truyền dẫn dữ liệu qua các phương tiện hữu tuyến và vô tuyến đã không ngừng được nâng cấp để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người, bao gồm xung điện cáp đồng trục, hệ thống viba, hệ thống thông tin vệ tinh và hệ thống thông tin quang Các hệ thống này phát triển dựa trên các công nghệ trước đó nhưng đã được cải tiến về phạm vi truyền tải, tốc độ, tính linh hoạt và chất lượng dịch vụ Trong đó, hệ thống cáp đồng trục, viba và vệ tinh có những ưu nhược điểm riêng, còn hệ thống thông tin quang sử dụng tín hiệu ánh sáng qua sợi quang để truyền dữ liệu xa với hiệu quả cao Các bước phát triển của hệ thống này chủ yếu dựa trên việc tối ưu hóa các bước sóng ánh sáng trong các cửa sổ truyền tín hiệu quang, như 0,8-0,9 μm, 1,0-1,3 μm và 1,5-1,7 μm, qua đó nâng cao khả năng truyền tải dữ liệu và mở rộng khả năng ứng dụng của công nghệ truyền thông quang.
Từ xưa, con người đã biết sử dụng ánh sáng như lửa và ngọn hải đăng để báo hiệu, nhưng chưa từng có khái niệm về hệ thống thông tin quang Vào đầu những năm 1970, máy điện báo quang ra đời, sử dụng khí quyển làm môi trường truyền dẫn nhưng chịu ảnh hưởng của thời tiết Để khắc phục hạn chế này, Marconi đã sáng chế ra máy điện báo vô tuyến, cho phép trao đổi thông tin ở khoảng cách xa G ell đã phát minh ra Photophone, truyền tiếng nói qua ánh sáng với phạm vi truyền đạt lên đến 213 mét Đầu những năm 1980, hệ thống truyền hình cáp quang với tốc độ 45 và 90 Mbps được triển khai rộng rãi, cuối những năm 1980 chứng kiến sự ra đời của các hệ thống tốc độ 1,2-2,4 Gbps và chuẩn SONET Hiện nay, sợi quang có suy hao tối đa α ≤ 0,2 dB/km ở bước sóng 1550nm, cùng với các loại sợi đặc biệt có mức suy hao rất thấp, góp phần nâng cao hiệu quả truyền dẫn dữ liệu quốc tế.
Khối Bắc Mỹ Khối châu Âu Khối Nhật Bản
SONET là một tiêu chuẩn truyền dẫn mới phát triển trong những năm gần đây, xác định cấu trúc khung đồng bộ để gửi lưu lượng ghép kênh số qua sợi quang Tín hiệu SONET cấp thấp nhất, gọi là “tín hiệu truyền tải tín hiệu đồng bộ - cấp 1 (STS - 1)”, có tốc độ bit 51,84 Mbit/s, trong khi các tín hiệu cấp cao hơn là OC - N (Optical Carrier - Level N), có tốc độ truyền gấp N lần so với OC - 1.
Mức OC-1 OC-3 OC-9 OC-12 OC-18 OC-24 OC-36 OC-48
Các hệ thống quang học hiện đang được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới với năm thế hệ khác nhau Thế hệ 1 hoạt động ở bước sóng 800nm, có tốc độ truyền dẫn từ 45 đến 95 Mbit/s tại Mỹ, 34 đến 140 Mbit/s tại Châu Âu và 32 đến 100 Mbit/s tại Nhật Bản, với khoảng lặp là 10km Thế hệ 2 hoạt động ở bước sóng 1300nm, cho tốc độ truyền từ 400 đến 600 Mbit/s và có thể đạt tới 4 Gbit/s, với khoảng lặp lên đến 40km.
Thế hệ 3 sử dụng Laser bán dẫn hoạt động ở bước sóng 1550nm, với suy hao trên sợi quang khoảng 0,2 dB/km, giúp truyền dẫn hiệu quả qua khoảng cách dài Tuy nhiên, hệ số tán sắc cao từ 16 đến 18 ps/km.nm có thể ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu trong quá trình truyền Nhờ đặc điểm này, công nghệ có thể đạt tốc độ truyền dữ liệu lên đến 10 Gbit/s trên khoảng cách lặp từ 60 đến 70 km, phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi tốc độ cao và khoảng cách truyền xa.
Thế hệ thứ 4 trong truyền thông quang sử dụng khuếch đại quang EDF và công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng WDM để mở rộng khoảng cách truyền dẫn và nâng cao dung lượng mạng Nhờ đó, tốc độ truyền dữ liệu đã đạt 5 Gbit/s trên cự ly 14.300 km, và đến năm 2000, hệ thống có thể truyền dữ liệu xuyên qua Đại Tây Dương với tốc độ lên tới 100 Gbit/s, đánh dấu bước tiến quan trọng trong công nghệ truyền dẫn quang liên đại dương.
Thế hệ 5 (5G) ra đời nhằm giải quyết các vấn đề về tán sắc của sợi quang và tích hợp công nghệ khuếch đại quang, giúp nâng cao hiệu suất truyền dẫn dữ liệu Công nghệ này cho phép đạt tốc độ truyền lên đến 1,2 Tbit/s, đồng thời hỗ trợ truyền dẫn siliton ở cự ly xa lên tới 9.400 km, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về tốc độ và ổn định của mạng viễn thông.
70 Gbit/s nhờ ghép 7 kênh 10 Gbit/s
Khuếch đại quang Đầu thu quang
Khôi phục tín hiệu Khuếch đại
Hình 1.2 Quá trình phát triển của thông tin sợi quang
1.1.3 Các thành phần chính trong hệ thống thông tin quang
Hình 1.3 Các thành phần chính của tuyến truyền dẫn cáp sợi quang
Các thành phần chính của tuyến gồm có phần phát quang, cáp sợi quang và phần thu quang Phần phát quang được cấu tạo từ nguồn phát tín hiệu quang và các mạch điện điều khiển liên kết với nhau để đảm bảo hoạt động chính xác Cáp sợi quang gồm các sợi dẫn quang chịu trách nhiệm truyền tải dữ liệu và các lớp vỏ bọc xung quanh để bảo vệ sợi quang khỏi tác động có hại từ môi trường, đảm bảo độ bền và hiệu suất truyền dẫn của hệ thống.
1500 nm Tách sóng trực tiếp
Tốc độ và khối lượng cá ch (GHz.km) bên ngoài là các yếu tố quan trọng trong hệ thống truyền dẫn quang học Phần thu quang, gồm bộ tách sóng quang và các mạch khuếch đại, tái tạo tín hiệu để tạo nên tuyến thông tin quang hoàn chỉnh Ngoài ra, hệ thống còn có các thành phần như bộ nối quang (connector), các mối hàn, bộ chia quang và các trạm lặp, góp phần nâng cao hiệu quả truyền tải Đặc tuyến suy hao của sợi quang theo bước sóng cho thấy tồn tại ba vùng suy hao thấp, tương ứng với các bước sóng 850nm, 1300nm và 1550nm, gọi là các vùng cửa sổ thứ nhất, thứ hai và thứ ba Trong các giai đoạn đầu của kỹ thuật thông tin quang, cửa sổ thứ nhất được sử dụng, nhưng hiện nay, nhờ công nghệ chế tạo sợi phát triển mạnh, các hệ thống chủ yếu hoạt động ở vùng cửa sổ thứ hai và thứ ba do suy hao thấp hơn đáng kể.
Nguồn phát quang trong các thiết bị truyền dẫn quang có thể là diode phát quang (LED) hoặc laser bán dẫn (LD), phù hợp cho hệ thống truyền thông quang với tín hiệu đầu ra biến đổi theo dòng điều biến Tín hiệu điện đầu vào dạng số hoặc tương tự sẽ được thiết bị chuyển đổi thành tín hiệu quang, với công suất quang phụ thuộc vào cường độ dòng điều biến Tần số hoạt động của nguồn phát quang phụ thuộc vào vật liệu cấu tạo của nó, đảm bảo hiệu quả truyền tải tối ưu Đoạn sợi quang ra (pigtail) của nguồn phát cần phù hợp với sợi dẫn quang trên tuyến để đảm bảo kết nối chính xác và hiệu quả.
Tín hiệu ánh sáng được điều chế tại nguồn phát quang sẽ truyền dọc theo sợi quang để đến phần thu quang Trong quá trình truyền qua sợi quang, tín hiệu thường gặp phải hiện tượng suy hao và méo do các yếu tố như hấp thụ, tán xạ, và tán sắc gây ra, ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn.
Bộ tách sóng quang tại đầu thu nhận ánh sáng và tách tín hiệu từ hướng phát, sau đó biến đổi ánh sáng thành tín hiệu điện để tiếp tục xử lý Các photodiode p-i-n và photodiode thác PD đều phù hợp làm bộ tách sóng trong hệ thống thông tin quang, đều có hiệu suất cao và tốc độ chuyển đổi nhanh Chất liệu bán dẫn của bộ tách sóng quang quyết định bước sóng làm việc phù hợp, đồng thời, đoạn sợi quang đầu vào phải phù hợp với loại sợi sử dụng trên tuyến truyền Độ nhạy thu quang là đặc tính quan trọng nhất của thiết bị nhận quang, mô tả công suất quang nhỏ nhất có thể thu để đảm bảo tỷ lệ lỗi bit trong hệ thống duy trì ở mức chấp nhận được.
Sợi quang
Sợi cáp quang bao gồm ba thành phần chính quan trọng: lõi (core), lớp phản xạ ánh sáng (cladding) giúp dẫn truyền tín hiệu và ngăn tia ánh sáng thoát ra ngoài, cùng với lớp vỏ bảo vệ chính (primary coating hay còn gọi là coating hoặc primary buffer) bảo vệ cấu trúc sợi quang khỏi tác động từ môi trường.
Core được làm bằng sợi thủy tinh hoặc nhựa, có tác dụng truyền dẫn ánh sáng chính trong sợi quang Để ánh sáng phản xạ hoàn toàn trong lõi, chiết suất của lõi phải lớn hơn chiết suất của áo một chút, giúp tối ưu quá trình truyền tải ánh sáng qua sợi quang.
Lớp cladding bao bọc core của cáp quang được làm từ thủy tinh hoặc nhựa nhằm bảo vệ lõi và phản xạ ánh sáng trở lại, giúp duy trì truyền dẫn tín hiệu tối ưu Lõi và áo có thành phần khác nhau, thường là thủy tinh, nhựa, kim loại, fluor hoặc sợi quang kết tinh, đảm bảo khả năng truyền tải dữ liệu hiệu quả Chất liệu của lớp cladding góp phần quan trọng vào độ bền và hiệu suất hoạt động của hệ thống cáp quang.
Primary coating là lớp vỏ nhựa PVC quan trọng bảo vệ lõi và lớp vỏ bọc khỏi bụi, ẩm và trầy xước, đồng thời ngăn chặn sự xuyên âm từ các sợi quang bên cạnh Vỏ bọc này còn giúp bảo vệ sợi quang khỏi ẩm mốc và ăn mòn, đảm bảo độ bền và hiệu suất của hệ thống cáp quang trong các điều kiện môi trường khắc nghiệt.
Hai loại cáp quang phổ biến gồm có GOF (Glass Optical Fiber), là loại cáp quang làm bằng thủy tinh, và POF (Plastic Optical Fiber), được chế tạo từ nhựa plastic POF có đường kính lõi khá lớn khoảng 1 mm, phù hợp cho truyền dẫn tín hiệu trong khoảng cách ngắn và mạng có tốc độ thấp.
Bảo vệ sợi cáp quang bao gồm nhiều lớp vỏ ngoài khác nhau, trong đó ba lớp chính là lớp chịu lực kéo (strength member), lớp vỏ bảo vệ ngoài (buffer) và lớp áo giáp (jacket) Lớp strength member thường làm từ sợi Kevlar, chịu nhiệt và kéo căng, giúp bảo vệ sợi quang khỏi tác động cơ học Lớp buffer bằng nhựa PVC nhằm chống va đập và ẩm ướt, giữ cho sợi quang luôn an toàn trong điều kiện khắc nghiệt Lớp jacket là lớp ngoài cùng, có khả năng chịu va đập, nhiệt và mài mòn, bảo vệ phần bên trong khỏi các tác nhân môi trường và đảm bảo độ bền của cáp quang trong quá trình sử dụng Tùy vào mục đích sử dụng, các loại cáp còn có thể có thêm nhiều lớp jacket khác nhau để đáp ứng các yêu cầu đặc thù.
Có hai loại thiết kế khác nhau để bảo vệ sợi cáp quang là ống đệm không chặt (close- tube) và ống đệm chặt (tight buffer)
1.2.2 Sự truyền ánh sáng trong sợi quang
Trong môi trường chân không hoặc môi trường vật chất đồng nhất, ánh sáng (bao gồm ánh sáng đơn sắc và không đơn sắc) luôn truyền thẳng với vận tốc không đổi Vận tốc của ánh sáng trong các môi trường này được xác định bởi công thức c = f.λ, trong đó f là tần số của ánh sáng và λ là bước sóng Điều này cho thấy rằng, trong đẳng hướng không có tán sắc, không có sự thay đổi về hướng truyền của ánh sáng.
Trong không gian tự do, tốc độ ánh sáng là khoảng c ≈ 3.10^8 m/s Khi xem xét ánh sáng dưới góc độ hạt, các photon truyền thẳng với tốc độ không đổi, còn dưới góc độ sóng, ánh sáng truyền đi dưới dạng sóng phẳng với vectơ điện trường E và từ trường H luôn vuông góc với phương truyền sóng Trong môi trường vật chất trong suốt, vận tốc ánh sáng giảm xuống còn v, được xác định bởi công thức v = c/n, với n là chỉ số chiết suất của vật liệu, có thể nhỏ hơn 1 Trong đó, n của không khí là 1,00; của nước là 1,33; của thủy tinh là 1,50; và của kim cương là 2,42 Như vậy, tốc độ ánh sáng trong các chất này giảm đi n lần so với trong chân không, ảnh hưởng lớn đến các đặc tính quang học của chúng.
1.2.2.1 Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng
Hiện tượng khúc xạ và phản xạ ánh sáng xảy ra khi ánh sáng đi qua ranh giới giữa hai môi trường có chỉ số chiết suất khác nhau, làm thay đổi hướng truyền của tia sáng Khi ánh sáng di chuyển từ một môi trường trong suốt sang môi trường trong suốt khác, nó có thể bị phản xạ trở lại hoặc khúc xạ, làm biến đổi hướng truyền của tia sáng tại điểm phân cách Điều này giải thích rõ tại sao ánh sáng thay đổi hướng khi qua các môi trường có tính chất quang học khác nhau, ví dụ như khi đi qua thủy tinh hoặc không khí.
- Ánh sáng bị đổi hướng quay ngược trở lại
- Ánh sáng được phát tiếp vào môi trường trong suốt thứ 2
Tia sáng khi đi qua vùng ranh giới giữa hai môi trường có sự thay đổi hướng nhưng vẫn tiếp tục đi vào môi trường mới, gọi là hiện tượng khúc xạ Ngược lại, khi tia sáng gặp ranh giới và quay trở lại môi trường ban đầu, đó chính là phản xạ ánh sáng Hình 1.5 mô tả rõ quá trình khúc xạ và phản xạ của ánh sáng giữa hai môi trường trong suốt có chiết suất n₁ lớn hơn n₂.
Hình 1.5 Sự khúc xạ và phản xạ ánh sáng với góc tới khác nhau
Trong quy trình truyền ánh sáng qua các môi trường khác nhau, góc tới (i) được định nghĩa là góc giữa pháp tuyến của mặt phân cách và tia tới Góc khúc xạ (r) là góc tạo thành giữa pháp tuyến và tia khúc xạ Khi chiết suất của môi trường thứ nhất (n1) lớn hơn của môi trường thứ hai (n2), góc tới nhỏ hơn góc khúc xạ (i < r), như minh họa trong hình 1.5a Khi góc tới tăng dần đến một giá trị đặc biệt gọi là góc tới hạn (c), tia khúc xạ sẽ nằm song song với mặt phân cách, và đây chính là điểm xác định góc tới hạn, như trong hình 1.5b.
1.2.2.2 Định luật Snell Định luật Snell phát biểu: “ Tỷ lệ giữa sin góc tới và khúc xạ sẽ luôn là một hằng số Tia khúc xạ luôn nằm trong cùng mặt phẳng với tia tới và sin góc khúc xạ (r) phụ thuộc vào sin góc tới (θ i )” như sau:
Trong quá trình truyền sáng qua hai môi trường vật liệu có chiết suất n₁ và n₂, khi góc tới của tia sáng vượt quá góc tới hạn, ánh sáng sẽ bị phản xạ hoàn toàn trở lại môi trường ban đầu tại mặt phân cách Hiện tượng này gọi là phản xạ toàn phần (Total Internal Reflection - TIR), được minh họa rõ nét trong hình 1.5 c). -Nâng cao kỹ năng SEO và tái cấu trúc nội dung chuẩn với công cụ tạo đoạn văn ngắn mạch lạc – [tìm hiểu ngay](https://pollinations.ai/redirect/2699274)
Như vậy có thể nêu ra điều kiện để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần là:
- Các tia sáng phải đi từ môi trường có chỉ số chiết suất lớn hơn sang môi trường có chỉ số chiết suất nhỏ hơn
Góc tới của tia sáng phải lớn hơn góc tới hạn θc = arcsin (n2/n1) để đảm bảo hiện tượng phản xạ toàn phần xảy ra trong sợi dẫn quang Định luật khúc xạ và phản xạ ánh sáng là nguyên lý cơ bản được ứng dụng trong truyền tín hiệu ánh sáng qua sợi quang trong công nghệ thông tin quang Trong sợi dẫn quang, các tín hiệu ánh sáng được lan truyền dựa vào hiện tượng phản xạ toàn phần, giúp giữ cho tia sáng không thoát ra ngoài trong quá trình truyền tải dữ liệu.
Trong nghiên cứu về ánh sáng truyền qua các môi trường có đường biên song song, chẳng hạn như ống thủy tinh, chiết suất của các môi trường đóng vai trò quan trọng Môi trường đầu tiên và môi trường cuối cùng đều có cùng chiết suất n1 (không khí), nhưng khác biệt so với môi trường trung gian là thủy tinh, có chiết suất n2 lớn hơn n1 Sự khác biệt này ảnh hưởng đến hiện tượng phản xạ và khúc xạ của ánh sáng khi đi qua các môi trường, giúp hiểu rõ hơn về quá trình truyền sáng qua các vật thể hình ống song song.
Suy hao sợi quang
Suy hao trên sợi quang là yếu tố rất quan trọng trong thiết kế hệ thống truyền dẫn, đóng vai trò xác định khoảng cách giữa phía phát và phía thu Suy hao sợi quang, còn gọi là suy hao tín hiệu, thường được đặc trưng bằng hệ số suy hao và được tính bằng tỷ số giữa công suất quang đầu ra Pout của sợi quang dài L và công suất quang đầu vào Pin Mức suy hao này là một hàm của bước sóng, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả truyền tải của hệ thống.
(1.2) và đơn vị của α được tính theo decibel trênkm (dB/km) [3]
1.3.1.1 Suy hao do hấp thụ
Hấp thụ trong sợi quang đóng vai trò quan trọng trong việc xác định đặc tính suy hao của sợi quang Quá trình hấp thụ này xảy ra do sự hoạt động của ba cơ chế khác nhau, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất truyền tải tín hiệu qua sợi quang Hiểu rõ các cơ chế hấp thụ giúp tối ưu hóa thiết kế và nâng cao hiệu quả của mạng lưới truyền dẫn quang học.
Hấp thụ do tạp chất trong vật liệu sợi ảnh hưởng lớn đến đặc tính suy hao của sợi quang Các tạp chất như nước, ion kim loại chuyển tiếp (sắt, crom, coban, đồng) và các ion OH làm tăng đáng kể mức suy hao, gây giảm hiệu suất truyền tín hiệu ánh sáng Các sợi quang có chứa tạp chất từ 1 đến 10 phần tỷ đã đạt mức suy hao từ 1 đến 10 dB/km, nhưng sự có mặt của nước và liên kết OH khiến suy hao trở nên nghiêm trọng hơn, đặc biệt ở bước sóng khoảng 2,7 μm Các đỉnh hấp thụ tại 1400nm, 950nm và 750nm do tác động của liên kết OH và hợp tác của silic làm giảm truyền dẫn Tuy nhiên, vẫn tồn tại các vùng truyền dẫn thấp tại 850nm, 1300nm và 1550nm, là các dải phù hợp để hệ thống truyền tín hiệu ánh sáng hoạt động hiệu quả.
Hấp thụ vật liệu phụ thuộc vào liên kết nguyên tử, với hoạt động của các bước sóng dài hơn gây ra suy hao nhỏ hơn; tuy nhiên, các liên kết này vẫn hấp thụ ánh sáng có bước sóng dài, ảnh hưởng đến quá trình truyền tín hiệu Mặc dù các bước sóng cơ bản của các liên kết nằm ngoài phạm vi sử dụng, đuôi hấp thụ vẫn tác động, đặc biệt làm giảm suy hao trong vùng bước sóng 1550nm, giúp duy trì hiệu quả truyền dẫn trong mạng quang học.
Hấp thụ cực tím (điện tử) xảy ra khi các photon kích thích các điện tử trong nguyên tử nâng lên trạng thái năng lượng cao hơn, gây ra quá trình hấp thụ trong vùng cực tím Đặc biệt, bờ của các dải hấp thụ điện tử ở cả vật liệu không kết tinh và kết tinh có mối quan hệ theo định luật Urbach: α_uv = C.e^{E/E_0}, trong đó C và E_0 là các hằng số kinh nghiệm, còn E là năng lượng photon.
1.3.1.2 Suy hao do tán xạ
Tán xạ tuyến tính trong sợi quang xuất phát từ tính không đồng đều rất nhỏ của lõi sợi, do những thay đổi nhỏ trong vật liệu, cấu trúc không đồng đều hoặc khiếm khuyết trong quá trình chế tạo Thêm vào đó, sự thay đổi thành phần giữa các oxit như SiO₂, GeO₂, P₂O₅ trong thủy tinh làm gia tăng sự biến đổi chỉ số phản xạ, gây ra tán xạ Rayleigh Tán xạ Rayleigh trở nên ý nghĩa khi bước sóng ánh sáng cùng cấp với kích thước của cơ cấu tán xạ, và thực tế, sự suy hao này giảm phần tư công suất của bước sóng, làm hệ thống hoạt động hiệu quả hơn ở bước sóng dài Đối với thủy tinh thuần khiết, suy hao do tán xạ tại bước sóng λ, xuất phát từ sự bất ổn định về mật độ, có thể được hiểu rõ hơn qua các đặc tính vật liệu này.
Hệ số tán xạ Rayleigh (α scat) mô tả mức độ tán xạ của ánh sáng khi đi qua môi trường, phụ thuộc vào bước sóng quang λ (m), chiết suất môi trường n, hệ số quang đàn hồi trung bình p, và độ nén đẳng nhiệt β c (đơn vị m²/N) tại nhiệt độ TF (đơn vị K) Các yếu tố này liên kết với nhau qua hằng số Boltzman K để xác định quá trình tán xạ trong môi trường quang học, giúp hiểu rõ đặc tính truyền sáng trong các ứng dụng kỹ thuật và vật lý.
Hệ số tán xạ Rayleigh liên hệ với hệ số suy hao truyền dẫn (Transmission loss factor) như sau:
Với: L là độ dài sợi quang (m)
Hệ số suy hao do tán xạ Rayleigh sẽ là: α (d /km) = 10log 10 (1/Lkm) (1.6)
1.3.1.3 Suy hao do uốn cong
Suy hao sợi quang được phân làm hai loại chính: suy hao bên trong và suy hao bên ngoài Suy hao bên trong, bao gồm suy hao hấp thụ và suy hao do tán xạ, phát sinh từ quá trình và công nghệ sản xuất sợi quang Trong khi đó, suy hao bên ngoài không thuộc về đặc tính của sợi, chủ yếu do quá trình uốn cong khi vận hành hoặc sử dụng thực tế, gây ảnh hưởng đến hiệu suất truyền dẫn của sợi quang Suy hao uốn cong gồm hai loại chính, ảnh hưởng lớn đến độ tin cậy và hiệu quả của hệ thống truyền dẫn quang.
- Uốn cong vi mô: là sợi bị cong nhỏ một cách ngẫu nhiên, trường hợp này thường xảy ra do sợi được bọc thành cáp
- Uốn cong vĩ mô: là uốn cong có bán kính uốn cong lớn hơn hoặc tương đương đường kính sợi
Khi ánh sáng đi qua sợi quang bị uốn cong, một phần tia sáng sẽ thoát ra ngoài lớp phủ, gây mất mát tín hiệu Tuy nhiên, sợi quang bị uốn cong ít sẽ chỉ để mất một phần nhỏ ánh sáng, đảm bảo chất lượng truyền dẫn Ngược lại, càng uốn cong nhiều, suy hao tín hiệu sẽ càng tăng đáng kể, ảnh hưởng đến hiệu quả truyền tải dữ liệu qua sợi quang.
Do đó người ta quy định bán kính uốn cong cho phép:
Từ công thức trên ta thấy có thể giảm suy hao uốn cong bằng cách:
- Thiết kế sợi quang có độ lệch chiết suất lớn hơn
- Hoạt động ở bước sóng ngắn hơn có thể Đối với sợi đơn mode, bán kính uốn cong tới hàn được tính như sau:
Nguyên nhân gây uốn cong cáp chính xuất phát từ quá trình chế tạo và lắp đặt cáp, đặc biệt là trong quá trình xoắn ruột cáp và lắp đặt Khi quấn hoặc lắp đặt, cần hạn chế uốn cong sợi cáp với bán kính R nhỏ hơn bán kính giới hạn Rc, thường dao động từ 30 đến 50 mm để tránh gây hư hỏng hoặc giảm tuổi thọ cáp [1].
1.3.1.4 Suy hao và dải thông
Dải thông có thể được xác định bằng Δλ hoặc Δf Chúng liên hệ với nhau bởi phương trình:
Phương trình f = c/λ được rút ra từ mối quan hệ giữa tần số và bước sóng trong hệ thống quang học Các bước sóng 1.3μm và 1.5μm là các bước sóng cơ bản hiện nay trong truyền tải thông tin quang, với dải thông hữu ích lần lượt khoảng 80nm tại 1.3μm và 180nm tại 1.55μm do suy hao d/km trong hệ số 2 Trong tần số quang, dải thông này mở rộng lên đến khoảng 35.000 GHz, cung cấp một phạm vi truyền tải cực kỳ lớn với tốc độ bit cần cho các ứng dụng hiện tại chỉ vài chục Mbit/s.
Dải thông quang hiệu quả của sợi quang trong các mạng hiện nay bị hạn chế bởi dải thông của bộ khuếch đại EDF (Erbium Doped Fiber Amplifier) Khả năng của bộ khuếch đại cho phép phân chia suy hao theo các vùng khác nhau dựa trên bước sóng λ = 1.55μm, trong đó dải trung tâm từ 1530 đến 1565nm, gọi là dải C, là nơi hệ thống WDM hoạt động tối ưu sử dụng bộ khuếch đại EDF thông thường.
Dải sóng 1565 đến 1625nm, còn gọi là dải L, chứa các bước sóng dài hơn trong dải C và được sử dụng trong các hệ thống WDM dung lượng cao ngày nay, nhờ vào bộ khuếch đại GSEDA (Gain-Shifted Erbium-Doped Amplifier) Trong khi đó, dải dưới 1530nm, gồm các bước sóng ngắn hơn trong dải C, gọi là dải S, và được khuếch đại hiệu quả bằng bộ khuếch đại quang sợi Raman (Fiber-Raman Amplifier).
1.3.2 Tán sắc trong sợi quang đơn mode
Trong một sợi quang, các tần số ánh sáng và mode khác nhau cần thời gian truyền khác nhau, gây ra hiện tượng tán sắc Tán sắc ảnh hưởng đến quá trình truyền dẫn quang, làm tăng xung giãn, gây giao thoa giữa các ký tự và làm giảm khoảng cách truyền dẫn Hiện tượng này dẫn đến tăng lỗi bit tại máy thu và giảm hiệu suất truyền dữ liệu Độ dãn xung được mô tả bằng công thức cụ thể, phản ánh mức độ ảnh hưởng của tán sắc trong hệ thống quang.
Độ dài sợi dẫn quang, ký hiệu là L, đóng vai trò quan trọng trong việc xác định hiệu suất truyền tải tín hiệu quang Sự trễ nhóm τn phản ánh thời gian trễ của các thành phần quang trong một đơn vị độ dài, ảnh hưởng đến chất lượng dữ liệu truyền qua sợi quang Bước sóng trung tâm λS là tham số chủ đạo trong thiết kế hệ thống quang, quyết định khả năng truyền thông và phạm vi hoạt động của sợi Độ rộng trung bình bình phương của phổ nguồn phát σλ đo lường mức độ phân tán của năng lượng trong phổ quang, ảnh hưởng đến tốc độ và khả năng chống nhiễu của hệ thống quang.
Ta có tổng tán sắc trên sợi dẫn quang gồm:
Thiết bị phát quang
Thiết bị phát quang là thành phần quan trọng trong hệ thống truyền dẫn quang, có chức năng chuyển đổi tín hiệu điện đầu vào thành tín hiệu quang để truyền qua sợi quang Các nguồn phát quang bán dẫn như diode phát quang LED và diode laser LD được sử dụng phổ biến nhờ vào những ưu điểm vượt trội như kích thước nhỏ gọn, hiệu suất cao, độ tin cậy cao, dải bước sóng phù hợp, vùng phát xạ hẹp, phù hợp với kích thước lõi sợi quang và khả năng điều chế trực tiếp tại tần số cao.
1.4.1 Cơ chế phát xạ ánh sáng
Trong giả thuyết, khi một điện tử nằm ở mức năng lượng thấp (E1) và không có điện tử nào ở mức năng lượng cao hơn (E2), một năng lượng bằng mức chênh lệch (E2 - E1) sẽ khiến điện tử nhảy lên mức năng lượng cao hơn Việc cung cấp năng lượng từ bên ngoài để truyền năng lượng cần thiết này gọi là sự kích thích và gây ra sự chuyển dời của điện tử giữa các mức năng lượng Khi điện tử rời khỏi mức cao E2 và trở về trạng thái ban đầu E1, năng lượng tương ứng sẽ bị giải phóng, tạo thành hiệu ứng phát xạ tự phát và phát ra ánh sáng gọi là ánh sáng phát xạ tự phát Theo cơ học lượng tử, bước sóng của ánh sáng phát xạ này được xác định theo công thức cụ thể.
Hằng số Planck (h = 6,625×10^-34 Js) và vận tốc ánh sáng (c = 3×10^8 m/s) đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực quang học Ước sóng của ánh sáng tỷ lệ nghịch với độ lệch năng lượng của các nguyên tử cấu tạo nên các linh kiện phát quang, giúp xác định đặc tính quang học của vật liệu Bước sóng ánh sáng phát xạ phản ánh chính xác bản chất của vật liệu, từ đó cung cấp thông tin về cấu trúc phân tử và tính chất vật lý của vật liệu đó.
Hình 1.8 Mức năng lượng và quá trình chuyển dịch
Khi ánh sáng mang năng lượng E2 - E1 đập vào một điện tử ở trạng thái kích thích, electron này sẽ chuyển từ trạng thái E2 về E1, đồng thời điện tử ở trạng thái này có xu hướng trở về trạng thái E2 sau khi hấp thụ năng lượng của ánh sáng (hình 1.8.c) Hiện tượng này gọi là phát xạ kích thích, trong đó năng lượng ánh sáng phát ra lớn hơn so với phát xạ tự nhiên Đối với cơ chế phát xạ của bán dẫn, nó dựa trên khả năng tái hợp bức xạ phát quang của các hạt dẫn trong trạng thái kích thích Trong điều kiện cân bằng nhiệt, điện tử chủ yếu nằm ở vùng hóa trị với mức năng lượng thấp, còn một số ít ở vùng dẫn với mức năng lượng cao Giả sử trong bán dẫn có N điện tử, trong đó n1 điện tử nằm ở vùng hóa trị và n2 nằm ở vùng dẫn, thì tỷ lệ giữa bức xạ cưỡng bức và hấp thụ ánh sáng tỷ lệ thuận với n2 và n1 Quá trình hấp thụ ánh sáng chiếm ưu thế, dẫn đến giảm lượng ánh sáng phát ra.
Loại n Loại p Điện tử được phun vào
1.51 eV Tái hợp điên tử và lỗ trống
Lỗ trống được phun vào hv = 820 nm
Chỉ số chiết suất Ánh sáng
Hình 1.9 trình bày cấu trúc dị thế kép tiêu biểu của diode phát quang LED (Light Emitting Diode), nguồn phát quang phù hợp cho các hệ thống truyền thông quang tốc độ dưới 200 Mbit/s sử dụng sợi dẫn quang đa mode Để tối ưu hóa hiệu suất cho hệ thống thông tin quang, LED cần có công suất bức xạ cao, thời gian đáp ứng nhanh và hiệu suất lượng tử lớn Công suất bức xạ của LED, đo bằng Watt, thể hiện khả năng phát ra quang theo góc trên một đơn vị diện tích bề mặt phát Sự cao của công suất bức xạ giúp dễ dàng ghép nối các sợi quang với LED và nâng cao công suất phát từ đầu sợi quang, từ đó nâng cao hiệu quả truyền tải dữ liệu trong các hệ thống truyền thông quang.
Trong giai đoạn đầu, khi công nghệ thông tin quang chưa phổ biến, diode phát quang chủ yếu được sử dụng cho sợi quang đa mode Tuy nhiên, chỉ sau một thời gian ngắn, khi hệ thống thông tin quang phát triển mạnh mẽ, các sợi dẫn quang đơn mode (SMF) được đưa vào sử dụng rộng rãi trong các hệ thống truyền dữ liệu quang LED cũng đã xuất hiện dưới dạng các module có sợi dẫn quang đơn mode, phù hợp cho mạng nội hạt, truy nhập và các tuyến cự ly ngắn do có chi phí thấp Công suất quang đầu ra của diode phát quang SMF ít phụ thuộc vào nhiệt độ và thường đi kèm mạch điều khiển đơn giản, giúp tối ưu hóa hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống truyền dẫn quang.
Trong thực nghiệm, tuyến cáp đã đạt chiều dài lên tới 9,6 km với tốc độ truyền dữ liệu 2 Gbit/s và mở rộng đến 100 km với tốc độ 16 Mbit/s LED được đánh giá là có chi phí thấp và độ tin cậy cao, phù hợp cho mạng nội hạt và các tuyến thông tin quang ngắn có tốc độ bit trung bình thấp.
Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) có nhiều dạng và kích cỡ khác nhau, tồn tại dưới dạng khí, chất lỏng, tinh thể hoặc bán dẫn Trong các hệ thống truyền thông quang, các nguồn phát laser chủ yếu là laser bán dẫn (LD) Nguyên lý hoạt động của các loại laser, dù khác nhau về cấu trúc, đều dựa trên ba quá trình chính: hấp thụ photon, phát xạ tự phát và phát xạ kích thích, được mô tả rõ ràng qua sơ đồ hai mức năng lượng trong hình 1.8.
Các hệ thống thông tin quang hiện nay có tốc độ truyền tải rất cao, từ 2,5 Gbit/s đến 10 Gbit/s đã được đưa vào khai thác Các hệ thống trong phòng thí nghiệm kết hợp công nghệ tiên tiến đã đạt tới tốc độ lên đến 40 Gbit/s, trong khi các hệ thống nhiều kênh sử dụng công nghệ WDM đã đạt từ 1,2 đến 1,6 Tbit/s Tần số của hệ thống thông tin quang đòi hỏi công nghệ phù hợp, trong đó các LD (Laser Diode) sẽ phù hợp hơn các diode phát quang LED nhằm đáp ứng yêu cầu về tốc độ và băng thông cao.
Dây laser thông thường có thời gian đáp ứng nhỏ hơn 1ns, độ rộng phổ trung bình từ 0,8nm đến 2nm trở xuống, giúp đảm bảo phản ứng nhanh và chính xác trong các ứng dụng quang học Công suất ghép vào sợi quang của loại laser này đạt vài miliwatt, phù hợp cho các hệ thống truyền dẫn quang phổ rộng và hiệu quả.
1.4.4 Nhiễu trong nguồn phát laser
Trong các hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao, hoạt động của laser bắt đầu gây ra nhiễu mode, nhiễu cạnh tranh mode và nhiễu phản xạ do tăng tốc độ biến đổi của laster Các hiện tượng này trở nên rõ ràng hơn khi tốc độ biến đổi cao, gây nhiễu ở đầu ra của bộ thu Nhiễu mode xuất hiện do sự kết hợp của các suy hao mode phụ thuộc, sự thay đổi pha giữa các mode và bất ổn định phân bố năng lượng trong các mode khác nhau, đặc biệt khi có suy hao bất kỳ trong tuyến truyền Các nguồn phát quang băng hẹp, như laser đơn mode, có tính kết hợp cao gây ra nhiễu mode lớn hơn so với các nguồn phát băng rộng.
Hiện tượng phản xạ nhỏ trở lại laser do các mặt phản xạ từ bên ngoài có thể gây ra sự thay đổi đáng kể nhiễu mode và ảnh hưởng đến đặc tính của hệ thống laser Nhiễu phản xạ liên quan đến méo tuyến tính đầu ra của laser diode (LD), xuất phát từ lượng ánh sáng phản xạ trở lại và xâm nhập vào hốc cộng hưởng qua các điểm nối sợi quang.
Có thể giảm được nhiễu phản xạ khi dùng các bộ cách ly giữa LD và sợi dẫn.
Thiết bị thu quang
Bộ thu quang là một trong những thiết bị quan trọng nhất trong các hệ thống thông tin quang, đảm nhận nhiệm vụ biến đổi sóng tín hiệu quang thành tín hiệu điện để xử lý và khuếch đại Tín hiệu quang tại bộ thu được chuyển đổi thành tín hiệu điện thông qua bộ biến đổi quang-điện (O/E), thông thường là một bộ tách sóng photodiode hoạt động theo quy luật bình phương để biến đổi công suất quang thành dòng điện Bộ tách sóng này thường sử dụng photodiode p-i-n hoặc photodiode avalanche (APD), giúp đảm bảo khả năng nhận diện chính xác tín hiệu quang và tăng cường độ nhạy của bộ thu Đây chính là nguyên lý hoạt động của bộ thu tách trực tiếp DD (Direct Detection) trong các hệ thống quang, đảm bảo quá trình xử lý tín hiệu được hiệu quả và chính xác.
Photodiode p-i-n là bộ tách sóng dùng để chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện, gồm các vùng p và n cách nhau bằng một lớp tự dẫn mỏng gọi là lớp i Để hoạt động hiệu quả, thiết bị cần được cấp nguồn với thiên áp ngược để loại bỏ các hạt mang trong vùng bên trong Khi ánh sáng chiếu vào photodiode p-i-n, các photon có năng lượng đủ lớn sẽ kích thích điện tử từ vùng hoá trị sang vùng dẫn, tạo ra các cặp điện tử-lỗ trống Bộ tách sóng quang thường được thiết kế sao cho các hạt mang này chủ yếu được tạo ra tại vùng nghèo, nơi hấp thụ phần lớn ánh sáng, và quá trình này tăng dòng điện ngoài mạch, gọi là dòng photon – đại diện cho số cặp mang được phát ra từ ánh sáng chiếu vào.
Trong trường hợp lý tưởng, mỗi photon chiếu vào sẽ tạo ra một xung điện trong mạch ngoài, và dòng điện trung bình sinh ra tỷ lệ thuận với công suất của ánh sáng chiếu vào Tuy nhiên, thực tế cho thấy hiệu suất này bị giảm sút do phần ánh sáng bị phản xạ và tổn hao năng lượng Các đặc tính của photodiode p-i-n giúp nâng cao hiệu quả chuyển đổi quang thành điện, dù vẫn còn những giới hạn do các yếu tố vật lý và phản xạ ánh sáng Mạch điện và sơ đồ vùng năng lượng của photodiode p-i-n đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa khả năng cảm ứng ánh sáng và dòng điện sinh ra.
Tham số Kí hiệu Đơn vị Si Ge InGaAs ước sóng λ μm 0,4÷1,1 0,8÷1,8 1,0÷1,7 Đáp ứng R A/W 0,4÷0,6 0,5÷0,7 0,6÷0,9
Thời gian lên T r ns 0,5÷1 0,1÷0,5 0,05÷0,5 ăng tần Δf GHz 0,3÷0,6 0,5÷3 1÷5
1.5.2 Photodiode thác APD Để tăng độ nhạy diode quang người ta ứng dụng hệ thống giống như hiệu ứng nhân điện tử trong các bộ nhân quang điện Photodiode thác ký hiệu APD
Vùng nghèo Vùng hoá trị
Avalanche Photodiode có đặc tính vượt trội đối với các tín hiệu nhỏ nhờ khả năng khuếch đại dòng điện bên trong sau khi biến đổi photon thành các điện tử, giúp tăng cường độ nhạy của máy thu Quá trình này diễn ra khi các hạt mang năng lượng đủ lớn để ion hóa các điện tử xung quanh, tạo ra các cặp điện tử - lỗ trống mới, sẵn sàng dẫn điện Các điện tử mới này tiếp tục gia tốc dưới tác dụng của điện trường cao rồi gây ra sự phát sinh các cặp khác, tạo thành hiệu ứng thác giúp khuếch đại tín hiệu hiệu quả.
Hình 1.11 Cấu trúc photodiode thác và trường điện trong vùng trôi ảng 1.5 Các đặc tính của các photodiode thác PD
Tham số Kí hiệu Đơn vị Si Ge InGaAs ước sóng λ μm 0,4÷1,1 0,8÷1,8 1,0÷1,7 Đáp ứng R APD A/W 80÷130 3÷30 5÷20
Thời gian lên T r ns 0,1÷1 0,5÷0,8 0,1÷5 ăng tần Δf GHz 0,2÷1 0,4÷0,7 1÷3
Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn
Các kỹ thuật ghép kênh quang
Hiện nay, dịch vụ thông tin đang phát triển với tốc độ nhanh chóng, đòi hỏi các công nghệ ghép kênh như OFDM, OTDM và WDM để đáp ứng nhu cầu về dung lượng truyền dẫn ngày càng lớn và tính linh hoạt của mạng Các phương pháp ghép kênh này đều có ưu điểm và nhược điểm riêng, nên việc lựa chọn công nghệ phù hợp phải dựa trên các yếu tố như xu hướng nhu cầu, cấu hình mạng lưới, độ tin cậy phần cứng và khả năng mở rộng trong tương lai.
1.6.1 Kỹ thuật ghép kênh quang phân chia theo tần số OFDM
Trong ghép kênh OFDM, băng tần của sóng ánh sáng được chia thành nhiều kênh thông tin riêng biệt, giúp tối ưu hóa việc truyền dữ liệu qua mạng quang Các kênh ánh sáng có các tần số quang khác nhau sẽ được biến đổi thành các luồng song song, từ đó truyền đồng thời trên cùng một sợi quang Phương pháp này nâng cao hiệu suất truyền dữ liệu, giảm nhiễu và tăng khả năng mở rộng của hệ thống mạng quang.
Các sóng ánh có tiềm năng truyền tải thông tin rất cao nhờ vào tần số vượt trội, lên tới hơn 200.000 GHz Sợi quang có khả năng truyền tín hiệu với độ suy hao thấp trong khoảng bước sóng từ 0,8 đến 1,8 μm, tương đương với băng tần 200.000 GHz Nhờ đặc điểm này, nhiều kênh quang FDM có thể được truyền trên cùng một sợi quang, mỗi kênh có băng tần riêng biệt và rộng, nâng cao khả năng truyền dữ liệu của hệ thống quang học.
Mặc dù công nghệ OFDM hiện tại mới đang trong giai đoạn triển khai thử nghiệm, nhưng từ khoảng 10 năm trước, đã có hệ thống ghép tới 100 kênh quang Công nghệ cáp quang ngày càng phát triển với các cáp có hơn 100 sợi quang, giúp các hệ thống truyền dữ liệu ghép kênh theo tần số không yêu cầu hiệu suất sử dụng cao như công nghệ FDM cho các hệ thống vô tuyến.
Hình 1.12 mô tả sơ đồ khối hệ thống ghép kênh quang OFDM nhằm nâng cao khả năng truyền dữ liệu qua các băng tần lớn Ghép kênh quang theo tần số OFDM được xem là cao cấp hơn WDM nhờ khả năng tích hợp nhiều kênh trong một băng tần rộng với mật độ ghép dày đặc hơn Phương pháp này thực hiện hoàn toàn trên tín hiệu quang mà không cần quá trình biến đổi điện, phù hợp với các kỹ thuật ghép kênh truyền thống Số lượng chùm bit được ghép phụ thuộc vào tốc độ của từng luồng dữ liệu, tạo ra khả năng truyền dữ liệu cao và tối ưu hóa sử dụng băng tần Tại đầu thu, tín hiệu quang sẽ được phân tách, công suất quang được chia sẻ đều và các kênh riêng rẽ sẽ được phục hồi để đảm bảo chất lượng truyền tải.
OFDM khai thác khả năng băng tần lớn của sợi quang bằng cách ghép các kênh ở các bước sóng khác nhau vào một luồng thông tin lớn, giúp tăng dung lượng kênh và vượt qua giới hạn của tán sắc sợi quang Như vậy, OFDM chung với công nghệ WDM trong việc ghép kênh theo bước sóng, góp phần quan trọng vào phát triển các hệ thống thông tin quang hiện tại và tương lai Đây là yếu tố then chốt trong mục tiêu hiện thực hóa mạng cáp quang hóa toàn cầu, đáp ứng yêu cầu về tốc độ truyền dữ liệu ngày càng cao.
1.6.2 Kỹ thuật ghép kênh quang phân chia theo thời gian OTDM
Ghép kênh phân chia theo thời gian TDM thường được sử dụng trong ngành điện để thực hiện các phân cấp số cho hệ thống truyền dẫn Phương pháp này cho phép hệ thống truyền tải nhiều kênh trong cùng một sợi quang, kể cả hệ thống quang đơn kênh Tuy nhiên, việc thực hiện TDM trở nên ngày càng khó khăn với tốc độ bit trên 10 Gbit/s do hạn chế của các điện tử tốc độ cao và khả năng điều chế trực tiếp của nguồn laser Giải pháp ghép kênh quang theo thời gian OTDM cung cấp khả năng tăng tốc độ bit lên hàng Tbit/s cho một tín hiệu quang đơn, mở ra những tiềm năng mới trong truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao.
Trong hệ thống truyền dẫn quang sử dụng kỹ thuật ghép kênh OTDM, các tín hiệu quang hẹp chuỗi được phát từ nguồn laser thích hợp và sau đó được khuếch đại nếu cần để nâng mức tín hiệu phù hợp Các tín hiệu này chia đều thành N luồng, mỗi luồng được điều chế bằng bộ điều chế bên ngoài với tốc độ B Gbit/s Để ghép các tín hiệu này, các tín hiệu phải trải qua các bộ trễ quang, thực hiện trễ dịch các khe thời gian quang theo vị trí của từng kênh trong khung, với thời gian trễ là nửa chu kỳ của tín hiệu đồng hồ Quá trình ghép tạo ra tín hiệu có tốc độ NxB Gbit/s, và sau truyền trên đường dẫn, thiết bị tách kênh phía thu sẽ tách các tín hiệu, khôi phục xung đồng hồ và phát ra từng kênh quang riêng biệt như ban đầu.
Trong quá trình ghép, việc sử dụng các kỹ thuật trễ thời gian trong miền quang có thể thực hiện đơn giản và hiệu quả Các luồng bit đã được điều chế trong các nhánh thứ n và trễ theo công thức (n-1)/(NB), với n = 1, 2, , N, sau đó các nhánh này được ghép lại tạo thành một tín hiệu hỗn hợp liên tục Khoảng cách giữa các bit trong tín hiệu ghép là TB = (NB) - 1, giúp tối ưu hóa quá trình truyền và ghép dữ liệu trong hệ thống quang.
Chia quang Điều chế Điều chế Điều chế Điều chế Tín hiệu
LiNbO3 và các ống dẫn sóng bán dẫn có thể được thực hiện hiệu quả bằng cách sử dụng các sợi đơn mode nhằm tối ưu hiệu suất truyền tín hiệu quang Việc tách và ghép tín hiệu trong hệ thống N nhánh có thể dễ dàng thực hiện bằng các bộ ghép sợi chuyển mạch 1×N đã được thương mại hóa, đảm bảo tính linh hoạt và tin cậy trong công nghệ quang tử Đồng thời, sự trễ quang có thể được kiểm soát chính xác bằng cách sử dụng các đoạn sợi có chiều dài tùy chỉnh, giúp tối ưu hóa quá trình truyền tải và xử lý tín hiệu.
1.6.3 Kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM
Các nguồn phát quang có độ rộng phổ khá hẹp, khiến hệ thống cáp sợi quang thường chỉ sử dụng một phần nhỏ băng tần truyền dẫn của sợi quang Để tận dụng tối đa băng thông, kỹ thuật ghép các luồng ánh sáng có bước sóng khác nhau đã được phát triển, cho phép truyền dữ liệu với dung lượng lớn trên cùng một sợi quang Về lý thuyết, nhiều nguồn phát quang hoạt động ở các bước sóng khác nhau có thể truyền đồng thời, giúp tăng khả năng truyền tải dữ liệu Ở phía thu, các tín hiệu quang riêng biệt có thể được phân biệt và tách biệt nhờ quá trình lọc bước sóng, nâng cao hiệu quả của hệ thống truyền dẫn.
Kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng giúp tăng dung lượng truyền dẫn quang một cách hiệu quả Phương pháp này cho phép mở rộng băng thông mạng mà không cần phải tăng tốc độ bit của đường truyền hoặc bổ sung thêm số lượng sợi quang Nhờ đó, kỹ thuật này tối ưu hóa khả năng truyền dữ liệu, góp phần nâng cao hiệu suất mạng quang mà vẫn duy trì chi phí hợp lý.
Hình 1.14 trình bày quá trình ghép và giải ghép kênh WDM trong hệ thống truyền thông quang Các nguồn phát quang phía phát hoạt động với các bước sóng khác nhau từ λ1, λ2, λ3 đến λN, và các tín hiệu này được ghép lại trên cùng một sợi quang nhờ bộ ghép kênh quang có suy hao thấp Sau đó, tín hiệu quang được truyền đồng thời qua sợi quang đến phía thu, nơi các bộ tách sóng quang sẽ phân chia các luồng tín hiệu theo các bước sóng riêng biệt sau khi qua bộ giải ghép kênh bước sóng Quá trình này đảm bảo khả năng truyền dữ liệu đa sóng hiệu quả và liên tục trên cùng một đường quang.
Chương 1 đã trình bày các nội dung tổng quát về lịch sử phát triển, nguyên lý
Bộ tách kênh giúp phân tích ưu nhược điểm của phương pháp truyền dẫn cáp sợi quang so với các phương pháp truyền dẫn khác Đề tài cũng cung cấp tổng quan về các kỹ thuật ghép kênh như ghép kênh phân chia theo thời gian OTDM, ghép kênh phân chia theo tần số OFDM, và ghép kênh quang theo bước sóng WDM, đều có những ưu điểm và hạn chế riêng nhưng được kết hợp nhằm nâng cao dung lượng hệ thống Trong đồ án, sẽ tập trung nghiên cứu kỹ hơn về kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng WDM, sẽ trình bày chi tiết ở Chương 2 để làm rõ hơn về vai trò và ứng dụng của công nghệ này trong truyền dẫn quang.
CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG WDM
Tổng quan các hệ thống thông tin quang WDM
Năm 1977, công nghệ quang bắt đầu có nhiều tiến bộ và đã xuất hiện giải pháp thực tế đầu tiên Trong thập kỷ 1980, các thiết bị ghép bước sóng quang được thương mại hóa, chủ yếu tập trung vào hai vùng cửa sổ khác nhau của sợi quang WDM đã được ứng dụng trong việc truyền đồng thời hai kênh trong hai cửa sổ truyền dẫn khác nhau của sợi quang Trong suốt những năm 1980, nỗ lực giảm khoảng cách kênh được đẩy mạnh và các hệ thống đa kênh có khoảng cách nhỏ hơn 0,1nm đã trở thành hiện thực.
Trong những năm 1990, công nghệ WDM đã nâng cao hiệu quả bằng cách ghép nhiều bước sóng trong một vùng cửa sổ, đặc biệt là vùng bước sóng gần 1,55 μm Năm 1996, các hệ thống WDM thương mại hóa với tổng dung lượng đạt 40 Gbit/s, mở đường cho những bước tiến lớn trong truyền dẫn dữ liệu quang Đến năm 2001, các hệ thống WDM vượt biển đạt tốc độ cao, trong đó có các hệ thống đạt 100 Gbit/s, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về băng thông Trong thực nghiệm năm 1998, đã chứng minh được khả năng mở rộng của công nghệ WDM với các hệ thống thử nghiệm tiên tiến.
640 Gbit/s DWDM với cự ly 500km, và hệ thống 1,04 Tbit/s DWDM dựa trên OTDM đã được triển khai thành công
Trong hệ thống tuyến thông tin quang điểm nối điểm đơn kênh thông thường, mỗi sợi quang được trang bị một nguồn phát quang ở phía phát và bộ tách sóng quang ở phía thu, giúp truyền tải tín hiệu riêng biệt Để tăng dung lượng hệ thống truyền dẫn, cần sử dụng thêm sợi quang mới, mở rộng khả năng truyền dữ liệu Nguồn phát quang tạo ra luồng ánh sáng chứa tín hiệu, sau đó được ghép vào sợi quang xác định, trong khi bộ tách sóng quang ở phía thu nhận tín hiệu từ sợi quang tương ứng Việc mở rộng hệ thống bằng cách thêm sợi quang giúp nâng cao khả năng truyền tải dữ liệu, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về băng thông.
Kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng quang WDM giúp tăng dung lượng kênh mà không cần nâng tốc độ bit hoặc sử dụng thêm sợi quang, bằng cách truyền các luồng ánh sáng với các bước sóng khác nhau cùng trên một sợi Các nguồn phát có độ rộng phổ hẹp, và các hệ thống truyền dẫn quang thông thường chỉ khai thác một phần nhỏ băng tần của sợi, trong khi các cửa sổ truyền dẫn suy hao thấp nằm gần 0,85μm, 1,3μm và 1,55μm cho phép nhiều vùng phổ được sử dụng để truyền tín hiệu Do đó, kỹ thuật WDM có thể truyền tải một dung lượng lớn kênh quang từ nhiều nguồn phát hoạt động ở các bước sóng cách nhau hợp lý, mở ra khả năng truyền dữ liệu vượt xa so với các công nghệ truyền thống.
Hình 2.1 Vùng bước sóng có suy hao sợi nhỏ cho phép truyền nhiều bước sóng
Nguyên lý cơ bản của ghép kênh theo bước sóng quang
Nguyên lý cơ bản của ghép kênh theo bước sóng quang dựa trên nguyên tắc phân chia quang học theo các bước sóng khác nhau Các nguồn phát quang ở thiết bị phía phát hoạt động với các bước sóng λ 1, λ 2, λ 3, , λ j, , λ n và các tín hiệu quang này được ghép lại vào cùng một sợi quang thông qua bộ ghép kênh quang có suy hao nhỏ để đảm bảo chất lượng tín hiệu Sau khi ghép, các tín hiệu được truyền đồng thời dọc theo sợi quang tới phía thu Tại phía thu, các bộ tách sóng quang nhận diện các bước sóng riêng biệt, giúp phân chia các luồng tín hiệu khác nhau sau bộ giải ghép kênh bước sóng.
H ệ số su y h ao s ợi (dB /k m )
Sợi đơn mode ước sóng (μm) 0.5
Hình 2.2 Mô tả quá trình ghép và giải ghép WDM
Hình 2.3 Hệ thống ghép bước sóng theo một hướng a) và theo hai hướng b)
Có hai phương án thiết lập hệ thống truyền dẫn sử dụng công nghệ ghép bước sóng quang WDM Phương án truyền dẫn theo một hướng, như mô tả trong hình 2.3 a), kết hợp các bước sóng khác nhau vào một sợi quang tại một đầu rồi tách chúng để chuyển tới các bộ tách sóng quang, đòi hỏi sử dụng hai sợi quang cho chiều đi và chiều về để truyền tín hiệu Trong khi đó, phương án truyền dẫn hai chiều theo hình 2.3 b) không yêu cầu phát và thu ở cùng một đầu, cho phép truyền thông tin theo một hướng linh hoạt hơn.
Một sợi quang có thể mang nhiều bước sóng λ₁, λ₂, , λₙ theo các hướng ngược lại, giúp thiết lập hệ thống truyền dẫn đa chiều chỉ với một sợi quang duy nhất Để vận hành hệ thống WDM theo một hướng, cần sử dụng bộ ghép kênh bước sóng MUX ở đầu phát để kết hợp các tín hiệu quang từ nhiều nguồn phát khác nhau, đưa vào cùng một sợi quang Tại đầu thu, bộ giải ghép kênh DEMUX tách các kênh quang riêng biệt nhằm đảm bảo truyền tải hiệu quả các thông điệp Các laser đơn mode thường không phát công suất lớn ngoài vùng phổ của chúng, do đó xuyên kênh không phải vấn đề lớn ở phía đầu phát Tuy nhiên, bộ ghép kênh cần có khả năng suy hao thấp để giảm thiểu mất mát tín hiệu từ nguồn đến nơi phát Bộ giải ghép kênh cần có khả năng nhạy cảm cao trên toàn vùng bước sóng rộng để thu nhận toàn bộ các tín hiệu phát đi từ đầu phát Để ngăn chặn tín hiệu không mong muốn, việc thiết kế các bộ cách ly tốt hoặc sử dụng bộ lọc quang ổn định, chính xác về bước sóng là rất cần thiết để đảm bảo hiệu quả truyền dẫn của hệ thống WDM.
Bất kỳ bộ ghép bước sóng nào cũng có thể được sử dụng như bộ giải ghép bước sóng, do đó thuật ngữ "bộ ghép – Multiplexer" thường được dùng chung để chỉ cả bộ ghép và bộ giải ghép, nhằm tránh nhầm lẫn giữa hai thiết bị hoặc chức năng riêng biệt Khi các tín hiệu quang được giải ghép tại phía thu, bộ ghép kênh sẽ đóng vai trò là bộ giải ghép và ngược lại.
Thiết bị ghép kênh bước sóng được chia thành ba loại chính: bộ ghép (MUX), bộ giải ghép (DEMUX), và bộ ghép, giải ghép hỗn hợp (MUX/DEMUX), trong đó MUX và DEMUX thường dùng cho truyền dẫn một chiều, còn MUX/DEMUX phù hợp cho truyền dẫn hai chiều trên một sợi quang Cấu trúc của các thiết bị này, như mô tả trong Hình 2.4, thể hiện rõ chức năng ghép và giải ghép hỗn hợp trong hệ thống WDM Phân tích chính xác các thiết bị này dựa trên ma trận chuyển đổi, với các phần tử Aij(x) là các hệ số phụ thuộc vào bước sóng, biểu thị tín hiệu quang đi vào và ra các cửa phù hợp Phương pháp phân tích này phức tạp hơn khi áp dụng vào thiết kế và xây dựng hệ thống WDM, đòi hỏi những nghiên cứu kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu quả truyền dẫn quang học cao.
Hình 2.4 Mô tả thiết bị ghép/tách hỗn hợp (MUX-DEMUX)
Đặc điểm của hệ thống WDM điểm - điểm
Mạng quang WDM điểm - điểm là bước phát triển tiếp theo của mạng truyền tải, nhằm nâng cao dung lượng truyền dữ liệu Công nghệ ghép bước sóng là ưu tiên hàng đầu trong giai đoạn này, giúp mở rộng băng thông mạng một cách linh hoạt và hiệu quả Triển khai công nghệ WDM thường diễn ra nhanh chóng do đây là giải pháp mở rộng dung lượng truyền tải mạng quang có hiệu quả kinh tế vượt trội so với các phương pháp khác.
Ví dụ như, chúng ta có thể so sánh việc sử dụng thêm sợi quang hoặc thay thế dung lượng của các hệ thống TDM hiện tại bằng các hệ thống TDM mới có tốc độ cao hơn Việc nâng cấp này giúp tăng khả năng truyền tải dữ liệu một cách hiệu quả hơn, phù hợp với các yêu cầu ngày càng cao của các dịch vụ truyền thông hiện đại Thay thế hệ thống cũ bằng các công nghệ TDM tốc độ cao không chỉ tối ưu hóa hiệu suất mà còn giảm thiểu chi phí vận hành lâu dài.
Việc sử dụng thêm sợi cáp mới thường oldukça đắt đỏ đối với các tuyến dài và quá trình lắp đặt mất nhiều thời gian, không đáp ứng kịp yêu cầu của khách hàng Trong khi đó, nâng cấp hệ thống theo công nghệ TDM gần như yêu cầu thay thế toàn bộ thiết bị hiện có trên tuyến, làm giảm khoảng cách lặp lại và phá vỡ phân bổ quỹ công suất từng đoạn truyền dẫn, khiến TDM khó theo kịp những yêu cầu truyền băng thông cực rộng So với các giải pháp sử dụng sợi mới hoặc nâng cấp TDM, các hệ thống WDM điểm - điểm mang lại ưu việt vượt trội, đặc biệt đối với các tuyến truyền dẫn cự ly dài, nhờ khả năng định tuyến luồng dung lượng cao và dung lượng TDM lớn cho các kênh quang.
(khe tần số) cho phép nuôi trực tiếp nuôi trực tiếp các bộ định tuyến IP và các chuyển mạch ATM có giao diện rất rộng
Tiết kiệm chi phí trạm lặp điện bằng cách sử dụng bộ khuếch đại quang OA trong hệ thống N kênh Một bộ khuếch đại quang OA có thể thay thế N trạm lặp điện tại mỗi trạm tái phát, giúp giảm đáng kể chi phí vận hành và bảo trì hệ thống truyền dẫn quang Điều này tối ưu hóa hiệu quả kinh tế và nâng cao độ tin cậy của mạng lưới viễn thông.
Các tín hiệu được ghép
Các tín hiệu được tách
Dung lượng truyền tải của mỗi sợi quang được nâng cao nhờ vào việc thêm các bộ ghép kênh đầu cuối (WDM - TM), giúp khai thác tối đa dung lượng vốn có của sợi quang Phương pháp này mở rộng khả năng truyền dữ liệu, tận dụng hiệu quả tiềm năng của hệ thống truyền dẫn quang đơn kênh để đáp ứng nhu cầu truyền tải dữ liệu lớn hơn.
Duy trì các thiết bị TDM đã đầu tư hiện đang sử dụng là chiến lược tối ưu, vì các thiết bị này không cần thiết phải thay thế mà có thể tiếp tục hoạt động song song với các hệ thống mới trên cùng một sợi quang Việc duy trì các thiết bị hiện có giúp giảm thiểu chi phí và đảm bảo sự liên tục trong hoạt động của mạng lưới Các hệ thống TDM cũ vẫn hiệu quả trong khi vừa tích hợp công nghệ mới, tạo ra giải pháp linh hoạt và tiết kiệm cho doanh nghiệp.
Hợp nhất truyền tải tất cả các dịch vụ trên một sợi cáp giúp tối ưu hóa hạ tầng mạng, cho phép truyền dữ liệu của các dịch vụ khác nhau, bao gồm cả dịch vụ đã có và dịch vụ mới, một cách đồng nhất và hiệu quả Công nghệ này đảm bảo các dịch vụ được truyền trên cùng một nền tảng, bất kể tốc độ bit hoặc giao thức, mang lại sự linh hoạt và đáng tin cậy trong quản lý mạng.
Công nghệ WDM (Wavelength Division Multiplexing) giúp các nhà cung cấp dịch vụ tận dụng tối đa khả năng của mạng sợi quang, nâng cao hiệu quả truyền dữ liệu Ngoài ra, công nghệ này còn mang lại sự linh hoạt trong việc triển khai các dịch vụ mới trên hạ tầng sợi quang hiện có, giúp điều chỉnh dung lượng theo yêu cầu một cách dễ dàng và nhanh chóng.
Hiện nay, công nghệ WDM đang trở thành yếu tố chủ đạo trong hệ thống truyền tải quang nhờ vào các tiến bộ như sợi điều khiển tán sắc kết hợp với bộ khuếch đại quang sợi pha tạp Erbium (EDF), giúp mở rộng dung lượng và giảm chi phí phát triển Các hệ thống WDM đã đạt tới khả năng ghép từ 16 đến 64 bước sóng, mỗi bước sóng có thể truyền dữ liệu với tốc độ 2,5 hoặc 10 Gbit/s, góp phần tăng số lượng kênh quang và nâng cao hiệu quả mạng lưới Công nghệ WDM không chỉ dừng lại ở các mạng điểm-điểm ban đầu mà còn mở ra khả năng xây dựng mạng toàn quang dựa trên truyền tải theo bước sóng, giúp mở rộng dung lượng mạng lưới nhanh chóng Khi mạng ngày càng tăng trưởng, các kênh quang dần trở thành môi trường chính cho trao đổi dữ liệu, với chức năng truyền tải chuyển sang lớp quang và sóng mang điều khiển dung lượng kênh quang Nhờ mở rộng dung lượng điểm-điểm, công nghệ WDM thúc đẩy phát triển các ứng dụng mạng truyền tải quang, cung cấp đa dạng dịch vụ phù hợp với yêu cầu của khách hàng, góp phần nâng cao hiệu quả và khả năng mở rộng của hệ thống mạng toàn cầu.
Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn
Các tham số cơ bản của thành phần thiết bị WDM
Các tham số cơ bản để miêu tả đặc tính của các bộ ghép - giải ghép hỗn hợp là suy hao xen, xuyên kênh và độ rộng kênh
2.4.1 Suy hao xen Được xác định là lượng công suất tổn hao trong tuyến truyền dẫn quang do các điểm ghép nối các thiết bị WDM với sợi và suy hao do bản thân các thiết bị ghép gây ra Vì vậy, trong thực tế thiết kế phải tính cho vài dB ở mỗi đầu Suy hao xen được biểu diễn qua công thức sau (xét bộ MUX-DEMUX mô tả ở hình 2.4) đối với thiết bị MUX (2.1) đối với thiết bị DEMUX (2.2)
Lì là hiệu ứng suy hao tại bước sóng λi khi thiết bị được ghép xen vào tuyến truyền dẫn, ảnh hưởng đến hiệu suất truyền tải dữ liệu qua các kênh quang Các tham số này, do nhà chế tạo cung cấp, giúp xác định mức suy hao riêng biệt của từng kênh quang trong thiết bị, đảm bảo hoạt động tối ưu và ổn định của hệ thống truyền dẫn Hiểu rõ các thông số này là quan trọng để duy trì chất lượng truyền dẫn và tối ưu hóa hiệu suất của mạng quang.
- Ii(i), O(i) tương ứng là tín hiệu có bước sóng i đi vào và đi ra cửa thứ i của bộ ghép
- I(i), Oi(i) tương ứng là tín hiệu có bước sóng i đi vào và đi ra cửa thứ i của bộ tách
Xuyên kênh mô tả hiện tượng một lượng tín hiệu từ kênh này bị rò sang kênh khác, ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn Các mức xuyên kênh cho phép dao động trong dải rộng tùy thuộc vào từng trường hợp, nhưng phải đảm bảo nhỏ hơn -30 dB để giảm thiểu nhiễu xuyên kênh Trong một bộ tách kênh lý tưởng, sẽ không có sự rò công suất tín hiệu từ kênh thứ i sang kênh khác có bước sóng khác, tuy nhiên trong thực tế luôn tồn tại một mức xuyên kênh nhất định khiến giảm hiệu quả truyền dẫn của thiết bị Khả năng tách các kênh khác nhau được mô tả thông qua suy hao xuyên kênh, được tính bằng d truyền qua các tầng của hệ thống.
Trong bộ giải ghép thì Ui(k) là lượng tín hiệu không mong muốn ở bước sóng
k bị rò ở cửa ra thứ i mà đúng ra chỉ có tín hiệu ở bước sóng i
Hình 2.5 Xuyên kênh ở bộ giải ghép Trong các thiết bị tách hỗn hợp có 2 loại xuyên âm kênh là xuyên âm đầu gần và xuyên âm đầu xa
Hình 2.6 Xuyên kênh ở bộ ghép hỗn hợp Xuyên kênh đầu gần là do các kênh khác ở đầu vào sinh ra, nó được ghép ở bên trong thiết bị như Ui(j)
Xuyên kênh đầu xa là do các kênh khác được ghép đi vào đường truyền gây ra, ví dụ I i ( k ) sinh ra U i ( j )
Trong hệ thống ghép kênh quang, xuyên kênh xuất hiện do:
Các viền phổ của một kênh là những vùng cấn nhất trong băng thông của bộ tách kênh và bộ lọc của kênh khác Khi sóng mang quang được điều chế bởi một tín hiệu, sự điều chế công suất trong các viền phổ của nó tương ứng với điều chế công suất trong băng của kênh kế cận Hiểu rõ về các viền phổ này giúp tối ưu hóa hiệu suất truyền tải và giảm nhiễu xuyên kênh trong hệ thống truyền thông quang.
- Xuất phát từ những giá trị hữu hạn thực tế về độ chọn lọc và độ cách ly của các bộ lọc
Tính phi tuyến trong sợi quang ở mức công suất cao trong các hệ thống đơn mode chủ yếu xuất phát từ cơ chế tán xạ Raman Hiệu ứng tán xạ kích thích phi tuyến này làm thay đổi công suất quang tại một bước sóng tác động đến quá trình tán xạ, ảnh hưởng đến cả công suất quang ở các bước sóng khác Công nghệ này đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất truyền dẫn và xử lý tín hiệu trong các hệ thống quang học hiện đại.
2.4.3 Độ rộng kênh Độ rộng kênh là dải bước sóng dành cho mỗi kênh mà nó định ra chi từng nguồn phát quang riêng Nếu nguồn phát quang là các diode laser thì các độ rộng kênh được yêu cầu vào khoảng vài chụcnm để đảm bảo không bị nhiễu giữa các kênh do sự bất ổn định của các nguồn phát gây ra, ví dụ như khi nhiệt độ làm việc thay đổi sẽ làm trôi bước sóng đỉnh hoạt động Đối với nguồn phát quang là diode phát quang LED, yêu cầu độ rộng kênh phải lớn hơn 10 đến 20 lần vì độ
Sợi quang có phổ rộng hơn so với các loại nguồn phát khác, đòi hỏi độ rộng kênh phải đủ lớn để đảm bảo tránh nhiễu giữa các kênh Việc này phụ thuộc vào từng loại nguồn phát cụ thể, nhằm tối ưu hóa hiệu suất truyền dẫn và giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu trong hệ thống quang học.
Các đặc tính hệ thống thông tin quang WDM
Trong thiết kế hệ thống WDM, vấn đề xuyên kênh là yếu tố quan trọng nhất và ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất hệ thống Hiện tượng này làm giảm đặc tính của hệ thống bởi chuyển đổi công suất giữa các kênh, do ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang, gọi là xuyên kênh phi tuyến Tuy nhiên, xuyên kênh cũng xảy ra ngay cả trong các kênh tuyến tính do sự không hoàn hảo của các thành phần WDM như bộ lọc quang, bộ giải ghép kênh và các bộ chuyển mạch Nguyên nhân gây xuyên kênh trong hệ thống WDM có thể phân thành hai loại chính, từ đó giúp xác định các giải pháp giảm thiểu hiệu quả hơn.
Xuyên kênh tuyến tính được phân thành hai loại dựa theo nguồn gốc, gồm xuyên kênh không đồng nhất bước sóng (ngoại băng) và xuyên kênh đồng kênh (trong băng) Các bộ lọc quang và bộ tách kênh thường bị mất một phần công suất tín hiệu sang các kênh lân cận trong quá trình tách sóng Xuyên kênh không đồng nhất bước sóng ít ảnh hưởng hơn so với xuyên kênh đồng kênh, đặc biệt khi định tuyến tín hiệu WDM từ nhiều nút mạng.
Xuyên kênh gây ra do bộ lọc
Trong hệ thống truyền dẫn quang, sử dụng bộ lọc quang có thể điều chỉnh giúp chọn ra một kênh trong tổng số N kênh Khi bộ lọc quang cho phép qua kênh thứ m, công suất quang tới bộ tách sóng sẽ được tính toán dựa trên kênh lựa chọn này, đảm bảo tối ưu hóa hiệu suất truyền tải và giảm thiểu nhiễu Việc điều chỉnh bộ lọc quang là yếu tố quan trọng trong việc kiểm soát và xử lý tín hiệu quang, nâng cao chất lượng dịch vụ trong các hệ thống truyền dẫn quang hiện đại.
Trong hệ thống truyền thông, Pm thể hiện công suất của kênh thứ m, còn Tmn là hệ số truyền dẫn của bộ lọc cho kênh n khi kênh m được lựa chọn Xuyên kênh xảy ra khi Tmn ≠ 0 với n ≠ m, đây là hiện tượng kênh ngoài băng vì phụ thuộc vào các tín hiệu nằm ngoài dải phổ mà kênh đã được tách ra để chiếm giữ Tính không kết hợp của xuyên kênh thể hiện rõ qua công thức, vì nó chỉ phụ thuộc vào công suất tín hiệu trong các kênh lân cận Để đánh giá ảnh hưởng của xuyên kênh đến chức năng hệ thống, cần xem xét biện pháp đền bù công suất, đặc biệt là khi tăng công suất tại bộ thu nhằm hạn chế tác động tiêu cực của xuyên kênh Dòng photon phát ra, phản ánh công suất quang tới, được xác định dựa trên các thông số hệ thống phù hợp.
Rm = ηme/hvm là đáp ứng bộ tách sóng quang cho kênh thứ m tại tần số quang vm, trong đó ηm là hiệu suất lượng tử có thể khác nhau đối với từng kênh Thành phần Ix trong biểu thức (2.5) biểu thị xuyên kênh thêm vào dòng I của bộ thu, phụ thuộc vào dạng bit và đạt cực đại khi tất cả các kênh đều mang bit “1”, thể hiện tình huống xấu nhất của hệ thống.
Phương pháp đơn giản để tính mức mất mát công suất xuyên kênh dựa trên độ khép hình mắt, trong đó độ khép lớn nhất xảy ra khi Ix đạt cực đại trong trường hợp xấu nhất Trong thực tế, Ich tăng lên để duy trì chất lượng hệ thống, và nếu Ich tăng theo hệ số δx, dòng đỉnh tương ứng là I1 = δxIch + Ix Dòng ngưỡng quyết định được thiết lập tại I_D = I1/2, giúp giữ độ mở hình mắt từ I_D đến đỉnh của hình mắt, theo đó độ mở hình mắt được giữ nguyên tại giá trị ban đầu I_ch.
(2.7) δ x là sự mất mát công suất đối với kênh thứ m Sử dụng Ix và từ Ich biểu thức (2.5) thì δx có thể tính được theo d như sau:
Các công suất trong hệ thống tương ứng với các giá trị trạng thái mở của chúng, đảm bảo phản ánh đúng khả năng hoạt động Giả sử rằng công suất đỉnh của tất cả các kênh đều bằng nhau, thiệt hại về công suất do xuyên kênh trở nên không phụ thuộc vào công suất, giúp tối ưu hoá hiệu suất hệ thống Ngoài ra, nếu đáp ứng bộ tách sóng của tất cả các kênh đều gần như đồng nhất (Rm ≈ R n ), thì độ suy giảm tín hiệu δ x có thể xấp xỉ bằng công thức δ x = 10log10(1 + X), mang lại các tính toán chính xác hơn trong quá trình phân tích.
Lượng kênh ngoài băng thể hiện phần công suất bị rò rỉ vào một kênh nào đó từ các kênh khác trong hệ thống truyền dẫn quang Giá trị X phản ánh đặc tính truyền dẫn của bộ lọc quang, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất hệ thống Đặc biệt, đối với bộ lọc FP, giá trị X có thể được xác định và tối ưu hóa trong dạng khép kín, giúp nâng cao hiệu quả lọc và giảm thiệt hại do rò rỉ công suất.
Các phân tích về sự mất mát do xuyên kênh dựa chủ yếu vào độ khép của hình mắt hơn là tỉ số ER, cho thấy rằng độ khép của hình mắt có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất truyền dẫn Biểu thức cho BER có thể được viết khi Ix là biến ngẫu nhiên trong phương trình (2.8), giúp xác định chính xác khả năng lỗi của hệ thống Đền bù công suất xuyên âm δx được tính toán dựa trên giá trị tăng lên của Ich cần thiết để duy trì mức ER ổn định, đảm bảo chất lượng truyền dẫn tối ưu.
Xuyên kênh gây ra do WGR xuất phát từ quá trình lọc không hoàn toàn của bộ định tuyến WGR trong hệ thống WDM Trong bộ định tuyến N×N, tồn tại N² kết nối qua các tín hiệu WDM với N bước sóng khác nhau, dẫn đến hiện tượng nhiễu xuyên kênh khi các tín hiệu cùng bước sóng bị chồng lấn do không hoàn thiện trong quá trình lọc Các tín hiệu giao thoa xuất hiện cùng bước sóng với tín hiệu mong muốn (λ m), gây nhiễu xuyên kênh trong băng tần N-1 tín hiệu cùng bước sóng mang λ m bắt nguồn từ các quá trình này, còn các tín hiệu còn lại thuộc các bước sóng khác nhau, làm tăng khả năng nhiễu xuyên kênh trong hệ thống WDM Trường quang tổng bao gồm các thành phần xuyên kênh trong băng tần do lọc không hoàn chỉnh của WGR gây ra.
Trong hệ thống truyền dẫn, E_m là tín hiệu mong muốn với tần số góc ω_m = 2πc/λ_m, và bản chất kết hợp của xuyên kênh trong băng thể hiện rõ trong phương trình (2.10) Để đánh giá tác động của xuyên kênh trong băng đối với đặc tính hệ thống, người ta thường xem xét quá trình đền bù công suất, tuy nhiên, dòng tại bộ thu I = R|E_m(t)|^2 bao gồm các thành phần giao thoa hoặc phách do tính chất kết hợp của xuyên kênh gây ra Có thể phân biệt hai loại phách: phách tín hiệu (do các thành phần E_mEn) và phách xuyên kênh, phản ánh tác động của các thành phần xuyên kênh lên tín hiệu thu nhận.
Trong bài viết, đề cập đến E(k, n) với k và n đều khác m, các thành phần phía sau trong thực tế thường không đáng kể và có thể bỏ qua Do đó, dòng bộ thu có thể được tính xấp xỉ nhằm tối ưu hóa quá trình xử lý và giảm thiểu sai số trong tính toán Việc này giúp nâng cao hiệu suất và độ chính xác của các mô hình phân tích dữ liệu, phù hợp với các nguyên tắc tối ưu trong công nghệ thông tin và truyền thông.
Trong hệ thống truyền tải, công suất Pn = |En|^2 thể hiện công suất và pha của tín hiệu Thực tế, công suất Pn thường nhỏ hơn nhiều so với Pm khi n khác m do WGR được tạo ra nhằm giảm xuyên kênh, giúp giảm thiểu sự suy hao tín hiệu Vì các pha gần như biến động ngẫu nhiên, biểu thức I(t) có thể viết lại thành I(t) = R(Pm + ΔP), coi xuyên kênh như nhiễu cường độ, qua đó áp dụng phương pháp tính toán tổn thất công suất một cách chính xác Kết quả cho thấy, việc sử dụng mô hình này giúp dự đoán chính xác hơn mức độ mất mát công suất trong hệ thống truyền tải dữ liệu.
Px = -10log10(1 - r 2 xQ 2 ) (2.12) Trong đó:
Với X = Pn/Pm là mức xuyên kênh được xác định như là phần công suất rò qua WGR và được coi là như nhau đối với tất cả N-1 nguồn xuyên kênh trong băng kết hợp với giả thiết các công suất đều bằng nhau Giá trị trung bình pha được tính bằng cos 2 θ = 1/2 Hơn nữa, r 2 xđược nhân lên theo hệ số 1/2 cho thấy thực tế Pn có giá trị trung bình là 0 với phần nửa số bit của mỗi xuyên kênh
Các hiệu ứng phi tuyến là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng xuyên nhiễu giữa các kênh truyền Để khắc phục vấn đề này, cần sử dụng nguồn phát cực kỳ ổn định và các bộ thu có khả năng chọn lọc bước sóng cao nhằm giảm thiểu ảnh hưởng của các yếu tố phi tuyến Việc hạn chế tác động của các hiệu ứng phi tuyến không chỉ nâng cao chất lượng tín hiệu mà còn đảm bảo hiệu suất hệ thống truyền dẫn tối ưu.
Tán xạ Raman kích thích
Các phần tử trong hệ thống WDM
Hệ thống WDM bao gồm nguồn quang, thiết bị ghép/tách kênh quang như MUX/DEMUX, sợi quang, các bộ khuếch đại quang (EDFA), thiết bị nối chéo quang (OXC), bộ tách kênh xen rẽ quang (OADM), chuyển mạch quang và các bộ lọc để tối ưu hóa hiệu suất truyền tải dữ liệu Ngoài ra, hệ thống còn tích hợp các kênh tín hiệu điều khiển, giám sát và quản lý để đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả của hệ thống quang.
Trong các hệ thống WDM, nguồn phát sử dụng phổ biến là laser, đặc biệt thích hợp cho các truyền tải khoảng cách lớn Tuy nhiên, các nguồn laser này cần đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt hơn để đảm bảo hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống.
Bộ thu quang có chức năng biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện, cần phải hoàn toàn tương thích với bộ phát về bước sóng và đặc tính điều chế Trong các hệ thống WDM, phổ biến hai loại bộ thu là photodiode p-i-n và photodiode Avalanche (APD) Photodiode p-i-n hoạt động với nguồn công suất thấp hơn (5V), nhưng có độ nhạy thấp và băng tần hẹp hơn so với PD, thích hợp cho các ứng dụng cự ly lớn Các tham số quan trọng để đánh giá một bộ thu gồm đáp ứng phổ, độ nhạy, băng tần phổ và điện, dải động, cũng như nhiễu, giúp đảm bảo hiệu suất tối ưu của hệ thống quang học.
2.6.3 Các thiết bị ghép và giải ghép
Trong hệ thống thông tin quang WDM, các thiết bị ghép và giải ghép kênh được cấu tạo từ các bộ lọc quang hoặc cách tử nhiễu xạ, trong đó bộ giải ghép có thể sử dụng hiện tượng nhiễu xạ Bragg từ cách tử quang để hoạt động hiệu quả Thiết kế các cách tử lòng chảo thường được tích hợp trong phiến dẫn sóng silic, bên cạnh đó còn có phương pháp khắc trực tiếp các cách tử elip để tạo ra bộ ghép dẫn sóng bằng công nghệ silicon hiện đại Đặc tính băng thông của bộ ghép phụ thuộc vào kích thước của các sợi đầu vào và đầu ra, với yêu cầu lõi sợi đầu ra phải lớn để đảm bảo băng thông phẳng và tổn hao thấp, khiến người ta thường dùng sợi quang đa mode trong thiết kế ban đầu Đến năm 1991, công nghệ sử dụng dãy các vi lăng kính đã được ứng dụng để giải quyết vấn đề này, cho phép ghép 32 kênh sử dụng sợi quang đơn mode, cố định trong rãnh chữ V khắc trong silic, giúp chuyển đổi đường kính mode nhỏ của sợi sang lớn hơn (~80μm) Phương pháp này giúp tạo ra bộ ghép kênh hoạt động tốt trong hệ thống có khoảng cách kênh chỉ khoảng 1nm gần 1550nm Lượng suy hao xen cho mỗi kênh là yếu tố cần quan tâm chính, trong đó bộ ghép kênh yêu cầu ít nhạy cảm với phân cực của tín hiệu WDM và phải tách các kênh mà không có rò từ các kênh lân cận, đặc biệt trong các hệ thống DWDM mật độ cao với khoảng cách kênh nhỏ, lượng công suất rò ( xuyên kênh) cần nhỏ hơn -20dB để đảm bảo chất lượng hệ thống.
Sợi quang là thành phần cơ bản của mạng quang, trong đó sợi đơn mode chuẩn (G.652) vẫn được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống WDM nhờ vào khả năng truyền dẫn tại bước sóng 1310nm với tán sắc bằng không và tán sắc lớn (~18ps/km.nm) tại 1550nm Mặc dù không tương thích hoàn toàn với cửa sổ EDFA tại 1550nm, các nghiên cứu gần đây cho thấy loại sợi này vẫn phù hợp cho các hệ thống trung bình, nếu sử dụng sợi bù tán sắc hoặc thiết bị điều chỉnh tán sắc nhằm đảm bảo chất lượng tín hiệu qua khoảng cách dài Trong khi đó, sợi tán sắc dịch chuyển (DSF - G.653) không được khuyến nghị dùng cho WDM do hiệu ứng FWM gây ảnh hưởng, dù tán sắc bằng không tại 1550nm Ngược lại, sợi tán sắc dịch chuyển khác (NZ-DSF - G.655) có tán sắc nhỏ trong vùng cửa sổ 1550nm, hạn chế các hiệu ứng phi tuyến như trộn 4 bước sóng (FWM), giúp truyền các kênh tốc độ ít nhất 2,5 Gbit/s trên quãng đường 1000km nhờ vào giá trị tán sắc từ hơn 3ps/km.nm tại 1530nm xuống còn dưới 0,7ps/km.nm tại 1560nm.
Trong các tuyến truyền dẫn quang, khi cự ly truyền dẫn vượt quá một mức độ nhất định, tín hiệu sẽ bị suy hao đáng kể do quá trình truyền và các thiết bị sử dụng gây nên, khiến tín hiệu tại đầu thu khó hoặc không thể khôi phục Để khắc phục vấn đề này, cần sử dụng các bộ khuếch đại quang để tăng cường tín hiệu trên đường truyền Trước khi có các bộ khuếch đại quang, hệ thống truyền dẫn chủ yếu dựa vào bộ lặp tái sinh để tái tạo tín hiệu, bằng cách nhận tín hiệu quang, chuyển đổi thành tín hiệu điện, khôi phục và sau đó chuyển đổi ngược lại thành tín hiệu quang để phát đi, dẫn đến hạn chế về độ trong suốt của hệ thống và gia tăng chi phí bảo trì.
Kỹ thuật khuếch đại quang vượt trội hơn nhiều so với các bộ lặp trong việc mở rộng hệ thống truyền dẫn quang học Bộ khuếch đại quang không phụ thuộc vào tốc độ bit và định dạng tín hiệu, giúp hệ thống dễ dàng nâng cấp mà không cần thay thế thiết bị khi tăng tốc độ truyền dữ liệu Với băng thông lớn, các bộ khuếch đại quang có thể đồng thời khuếch đại nhiều tín hiệu WDM, giảm thiểu số lượng bộ lặp cần thiết cho từng bước sóng Kỹ thuật này khắc phục nhiều hạn chế của các trạm lặp như giới hạn băng tần, cấu trúc phức tạp, phụ thuộc vào dạng tín hiệu, cấp nguồn và tác động của nhiễu điện, từ đó tối ưu hóa hiệu suất hệ thống truyền dẫn quang học.
Các loại khuếch đại quang sợi phổ biến gồm có bộ khuếch đại quang SL, bộ khuếch đại Raman, bộ khuếch đại Rillouin và bộ khuếch đại EDF Bộ khuếch đại SL hoạt động dựa trên cơ chế bức xạ kích thích giống như quá trình phát sáng của laser để khuếch đại ánh sáng Bộ khuếch đại Raman tận dụng hiệu ứng tán xạ trong sợi thủy tinh silic để kích thích quá trình SRS (Stimulated Raman Scattering), giúp tăng cường công suất truyền tải Trong khi đó, bộ khuếch đại Rillouin có cơ chế tương tự nhưng sử dụng hiệu ứng tán xạ Rillouin để tạo ra quá trình kích thích S S (Stimulated Rillouin Scattering), mang lại khả năng khuếch đại quang học hiệu quả hơn.
Scattering) ộ khuếch đại SL được bơm điện còn bộ khuếch đại Raman và bộ khuếch đại rillouin được bơm quang
Bộ khuếch đại quang sợi pha tạp Erbium Doped Fiber Amplifier (EDF) được sử dụng rộng rãi trong hệ thống WDM nhờ khả năng hoạt động ở vùng bước sóng 1,55μm, nơi suy hao của sợi quang là nhỏ nhất Sự phát triển của EDF đã cách mạng hóa thiết kế các hệ thống truyền thông quang, nhờ khả năng tự khuếch đại và tái tạo tín hiệu khi có kích thích phù hợp Ánh sáng bơm từ laser kết hợp với tín hiệu vào qua bộ ghép WDM kích thích các ion Erbium, làm chúng chuyển từ trạng thái năng lượng cao xuống thấp, phát ra photon và khuếch đại công suất tín hiệu Quá trình này dựa trên các hiện tượng bức xạ tự phát và bức xạ kích thích, giúp nâng cao hiệu quả truyền tải dữ liệu trong hệ thống sợi quang.
Hình 2.7 minh họa bộ khuếch đại EDF, thiết bị có khả năng khuếch đại tín hiệu mạnh mẽ Thường xuyên sử dụng bộ cách ly ở ngõ vào hoặc ngõ ra của bộ khuếch đại EDF để ngăn chặn sự phản xạ gây nhiễu tín hiệu trong hệ thống Bộ khuếch đại EDFA có hệ số khuếch đại cao, công suất ra lớn và nhiễu thấp, hoạt động hiệu quả trong vùng Đầu vào Bộ cách ly WDM.
Trong các hệ thống truyền thông quang, nguồn bơm laser bơm LD 1550nm đóng vai trò quan trọng để duy trì hoạt động của các bộ khuếch đại quang EDFA Các nguồn bơm này thực chất là laser diode bán dẫn công suất cao, cung cấp nguồn ánh sáng cần thiết để tăng cường tín hiệu quang trong hệ thống Việc sử dụng laser bơm LD đảm bảo hiệu quả và độ ổn định cao, giúp nâng cao hiệu suất truyền tải dữ liệu qua hệ thống quang.
2.6.6 Bộ lọc quang 2.6.6.1 Định nghĩa
Bộ lọc là thiết bị cho phép một kênh bước sóng duy nhất đi qua, ngăn cách các kênh bước sóng khác Nguyên lý hoạt động của bộ lọc dựa trên sự giao thoa của các tín hiệu, trong đó bước sóng hoạt động của bộ lọc sẽ cộng pha nhiều lần khi đi qua, còn các kênh khác sẽ bị triệt tiêu về pha Tùy thuộc vào khả năng điều chỉnh kênh bước sóng, bộ lọc được phân thành hai loại chính là bộ lọc cố định (fixed filter) và bộ lọc điều chỉnh được (tunable filter) Hình 2.8 minh họa sơ đồ khối của cả hai loại bộ lọc này, giúp hình dung rõ hơn về cấu tạo và nguyên lý hoạt động.
Hình 2.8 Sơ đồ khối các bộ lọc quang
2.6.6.2 Yêu cầu đối với bộ lọc
Hiện nay, có rất nhiều công nghệ chế tạo bộ lọc Tuy nhiên, yêu cầu chung đối với tất cả các công nghệ là:
- Bộ lọc tốt phải có giá trị suy hao xen IL thấp
- Bộ lọc phải không phụ thuộc nhiều vào trạng thái phân cực của tín hiệu đưa vào
Dải thông hoạt động của bộ lọc cần có khả năng chịu đựng sự thay đổi nhiệt độ của môi trường mà không bị ảnh hưởng Bộ lọc phải duy trì hiệu suất ổn định trong khoảng nhiệt độ hoạt động, thường khoảng 100°C, đồng thời đảm bảo độ dịch dải thông hoạt động không vượt quá khoảng cách giữa hai kênh bước sóng hoạt động gần nhất, để đảm bảo hiệu quả truyền tín hiệu tối ưu.
Trong hệ thống WDM, khi ứng dụng ghép nối nhiều bộ lọc liên tiếp, băng thông hoạt động sẽ bị thu hẹp lại Để giảm thiểu ảnh hưởng này, các bộ lọc cần có hàm truyền đạt trong khoảng bước sóng hoạt động phải bằng phẳng, đảm bảo hiệu suất tối ưu của hệ thống truyền dẫn quang.
- Hàm truyền đạt của bộ lọc phải có độ dốc lớn để tránh giao nhau ở phần vạt của hai bước sóng lân cận, gây xuyên nhiễu giữa các kênh
Bộ lọc λk λ 1 , λ 2 ,…,λ N λ k (1≤k≤N) Bộ lọc điều chỉnh được λ 1 , λ 2 ,…,λ N λ m (1≤m≤ N) Δλ
Bộ lọc điều chỉnh được λ 1 , λ 2 ,…,λ N λ m (1≤m≤N) Δλ
- ước sóng trung tâm: phải là bước sóng tuân theo tiêu chuẩn ITU-T
Độ rộng băng thông (Pass Bandwidth) thể hiện rõ ràng khoảng tần số của hàm truyền đạt tại mức suy hao xen cách đỉnh 0.5 dB, đóng vai trò quan trọng trong việc xác định hiệu suất của hệ thống Trong một số trường hợp, người ta còn xem xét băng thông qua các mức suy hao khác như 1 dB hay 3 dB để đánh giá rộng hẹp của vùng truyền tải Tính năng này rất quan trọng vì laser trong các ứng dụng thực tế không lý tưởng chỉ phát tín hiệu có bước sóng dao động quanh một giá trị trung tâm theo tiêu chuẩn ITU-T.
Kết luận chương
Chương 2 tập trung vào nghiên cứu kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng WDM, giúp hiểu rõ ưu điểm và nhược điểm của công nghệ này Bài viết phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống WDM và đề xuất các biện pháp khắc phục nhằm nâng cao hiệu suất truyền dẫn Ngoài ra, nội dung còn giới thiệu các thiết bị cần thiết cho hệ thống, bao gồm nguồn phát, bộ thu, sợi quang, bộ khuếch đại quang và bộ lọc, giúp độc giả nắm rõ cấu thành và hoạt động của hệ thống truyền dẫn quang hiện đại.
Trong hệ thống truyền dẫn quang, OLT rớt quang (OADM) và bộ nối chéo quang (OXC) đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa khả năng truyền tải dữ liệu trên mạng WDM Việc lựa chọn các thiết bị phù hợp dựa trên các tiêu chí kỹ thuật sẽ giúp nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của tuyến thông tin quang Các thiết bị này là nền tảng để thiết kế các tuyến truyền dẫn quang WDM hiệu quả, được trình bày chi tiết trong chương 3 của tài liệu.
