kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng mật độ cao dwdm và khả năng áp dụng trên mạng đường trục viễn thông việt nam

Trong các hệ thốngtruyền dẫn thông tin quang, công nghệ ghép kênh theo bước sóng mật độ caoDWDM được xem là công nghệ quan trọng và hiệu quả nhất cho đường truyền dẫn.. Giá trị PMD đối v

LỜI NÓI ĐẦU

Ngay nay, xu hướng hội tụ của viễn thông và công nghệ thông tin có nhiềuảnh hưởng đến mạng viễn thông, đòi hỏi mạng viễn thông phải có cấu trúc mở, linhhoạt, cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau cho người sử dụng, … Chính vì vậy,việc xây dựng mạng thế hệ sau NGN (Next Generation Network) dựa trên nền tảngchuyển mạch gói tốc độ cao, dung lượng lớn và hội tụ được các loại hình dịch vụkhác nhau là một điều tất yếu

Trong cấu trúc NGN, lớp truyền tải là khâu quan trọng nhất có nhiệm vụtruyền dẫn thông suốt lưu lượng trao đổi thông tin của người dùng với tất cả các loạihình dịch vụ trên mạng, trong đó mạng truyền dẫn được xem là huyết mạch chính

Để thoả mãn việc thông suốt lưu lượng với băng tần lớn, các hệ thống truyền dẫnthông tin quang được sử dụng nhờ các ưu điểm nổi bật của nó Trong các hệ thốngtruyền dẫn thông tin quang, công nghệ ghép kênh theo bước sóng mật độ caoDWDM được xem là công nghệ quan trọng và hiệu quả nhất cho đường truyền dẫn

Chính vì vậy đó em đã chọn đề tài: “Kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng mật độ cao DWDM và khả năng áp dụng trên mạng đường trục viễn thông Việt nam”

nhằm nghiên cứu sâu hơn về công nghệ này, cũng như những ứng dụng thực tế củacông nghệ tại Việt nam Nội dung đồ án gồm 2 phần:

PHẦN I KỸ THUẬT GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG MẬT ĐỘ CAO DWDM PHẦN II KHẢ NĂNG ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ DWDM TRÊN MẠNG ĐƯỜNG TRỤC VIỄN THÔNG VIỆT NAM.

Để hoàn thành Đồ án này em đã có sự hướng dẫn tận tình từ thầy Nguyễn Văn Thắng và các anh ở Đài viễn thông Hà Nội, trung tâm viễn thông khu vực I (VTN I) Em xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, tháng 6 năm 2011 Sinh viên

Phạm Thị Lan Hương

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU I MỤC LỤC II HÌNH MINH HỌA V BẢNG BIỂU V THUẬT NGỮ VIẾT TẮT VI PHẦN I KỸ THUẬT GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG MẬT ĐỘ CAO DWDM 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 1

1.1 Giới thiệu chung 1

1.2 Các đặc điểm của hệ thống thông tin quang 1

1.2.1 Ưu điểm 1

1.2.2 Hạn chế 1

1.3 Các thành phần chính của tuyến truyền dẫn cáp quang 2

1.4 Xu hướng phát triển của hệ thống thông tin quang 6

1.4.1 Trong viễn thông 6

1.4.2 Xu hướng ứng dụng 6

CHƯƠNG II CÔNG NGHỆ GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG MẬT ĐỘ CAO DWDM 7

2.1 Sơ đồ khối tổng quát 7

2.1.1 Định nghĩa: 7

2.1.2 Sơ đồ chức năng 7

2.1.3 Phân loại hệ thống WDM 8

2.2 Các đặc điểm của công nghệ WDM 9

2.2.1 Ưu điểm 9

2.2.2 Nhược điểm 11

2.3 Các thành phần của hệ thống quang WDM 12

2.3.1 Thiết bị ghép/ tách kênh bước sóng (Mux/ Demux) 12

2.3.2 Bộ phát 12

2.3.3 Bộ suy hao 14

2.3.4 Bộ thu 15

2.3.5 Các thiết bị bù tán sắc 15

2.3.6 Bộ khuếch đại quang sợi EDFA ( Erbium Doped Fiber Amplifier) 16

2.3.7 Bộ chuyển đổi bước sóng 18

2.3.8 Bộ đấu nối chéo quang OXC 18

2.3.9 Bộ xen/ rẽ quang OADM ( Optical Add/ Drop Multiplexer) 20

2.3.10 Sợi quang 21

2.4 Một số vấn đề cần xem xét khi tăng dung lượng của hệ thống bằng công nghệ DWDM 22

2.4.1 Số kênh bước sóng 22

2.4.2 Xác định độ rộng phổ yêu cầu của nguồn phát 24

2.4.3 Quỹ công suất 25

2.4.4 Xuyên âm 25

2.4.5 Tán sắc 26

2.4.6 Ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến 28

2.4.6.1 Hiệu ứng SPM 29

2.4.6.2 Hiệu ứng XPM 30

2.4.6.3 Hiệu ứng FWM 30

2.4.6.4 Hiệu ứng SRS 32

2.4.6.5 Hiệu ứng SBS 34

2.5 Ứng dụng 35

2.5.1 Các kiểu mạng DWDM 35

2.5.2 Ứng dụng DWDM tại các lớp mạng 36

PHẦN II KHẢ NĂNG ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ DWDM TRÊN MẠNG ĐƯỜNG TRỤC VIỄN THÔNG VIỆT NAM 37

CHƯƠNG III TỔNG QUAN VỀ MẠNG ĐƯỜNG TRỤC CỦA VNPT 37

3.1 Cấu hình mạng và cơ chế bảo vệ 37

3.1.1 Cấu hình mạng 37

3.1.2 Cơ chế bảo vệ mạng 37

3.2 Các tuyến cáp quang đang sử dụng trên mạng đường trục 37

3.3 Thiết bị mạng 37

3.4 Quản lý mạng 37

3.5 Đồng bộ mạng 37

4.1 Hệ thống đường trục 120 Gbit/s 37

4.1.1 Sơ đồ mạng lưới hệ thống đường trục 120 Gbit/s 37

4.1.2 Các thiết bị sử dụng trên hệ thống đường trục 120 Gbit/s 37

4.1.3 Quản lý mạng 120 Gbit/s 37

4.2 Hệ thống đường trục 240 Gbit/s 37

4.2.1 Sơ đồ mạng lưới hệ thống đường trục 240 Gbit/s 37

4.2.2 Các thiết bị sử dụng trên hệ thống đường trục 240 Gbit/s 37

4.2.3 Quản lý mạng 240 Gbit/s 38

4.3 Xu thế phát triển trong tương lai 38

KẾT LUẬN 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO VII HÌNH MINH HỌA Hình 1-1 Hệ thống thông tin quang 3

Hình 1-2 Suy hao sợi quang theo bước sóng 4

Hình 2-1 Sơ đồ chức năng của hệ thống WDM 7

Hình 2-2 Hệ thống WDM đơn hướng 8

Hình 2-3 Hệ thống WDM song hướng 8

Hình 2-4 Thiết bị ghép/ tách kênh bước sóng 12

Hình 2-5 Quang phổ và dạng đơn giản của Laser DFB 13

Hình 2-6 Mô hình bộ suy hao 14

Hình 2-7 Đặc tuyến độ nhạy máy thu 15

Hình 2-8 Sự giãn xung và bù tán sắc 16

Hình 2-9 Bộ khuếch đại quang EDFA 17

Hình 2-10 Các vị trí của bộ khuếch đại trên tuyến thông tin quang 17

Hình 2-11 Sơ đồ mạch của bộ OXC 19

Hình 2-12 Bộ xen/ rẽ quang OADM 21

Hình 2-13 Tán sắc mode phân cực PMD 27

Hình 2-14 Hệ thống DWDM tích hợp 36

BẢNG BIỂU

Bảng 2-1 Sự phân chia các băng sóng 11

Bảng 2-4 Giá trị PMD đối với các tốc độ truyền dẫn khác nhau 28

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ADM Add/Drop Multiplexer Bộ xe/rẽ kênh quang

APS Automatic Protection Switch Chuyển mạch bảo vệ tự động

DXC Digital Cross-Connect Kết nối chéo số

ITU International Telecommunication

Union

Liên hiệp viễn thông quốc tế

NGN Next-Generation Network Mạng thế hệ sau

OTN Optical Transport Network Mạng truyền tải quang

OXC Optical Cross-connect Kết nối chéo quang

P&R Protection & Restoration Bảo vệ & Phục hồi

PDH Plesiochronous Digital Hierarche Phân cấp số cận đồng bộ

PPP Point to Point Protocol Giao thức điểm nối điểm

QoS Quality of Service Chất lượng của dịch vụ

SDH Synchronous Digital Hierarche Phân cấp số đồng bộ

WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng

PHẦN I KỸ THUẬT GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG MẬT ĐỘ CAO

DWDM

1 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

1.1 Giới thiệu chung.

Ngành kỹ thuật thông tin sử dụng sóng ánh sáng để truyền thông tin (tương tựnhư sóng vô tuyến nhưng ở tần số cao hơn)

 Vai trò.

Mạng xương sống (back bone) cho hệ thống viễn thông (điện thoại, internet)

1.2 Các đặc điểm của hệ thống thông tin quang.

Sợi quang không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ

Ít bị ăn mòn trong môi trường axit, kiềm

Khả năng nâng cấp tốc độ rất dễ dàng vì chỉ cần thay đổi thiết bị đầu cuối (Vídụ: Đường trục Bắc- Nam: Lúc đầu là 34 Mb/s, sau đó nâng lên 2,5 Gb/s, rồi đến 10Gb/s mà không cần thay đổi cáp sợi quang)

Giá thành các thiết bị đầu cuối rất đắt so với thiết bị đầu cuối ở cáp kim loại.Chỉ truyền được công suất nhỏ cỡ mW

Tín hiệu ánh sáng truyền trong sợi quang cũng bị suy hao và biến dạng, dẫnđến có hạn chế về tốc độ và cự ly tối đa.

Hệ thống thông tin quang gồm có những phần chính là:

Phần phát quang: bao gồm nguồn phát quang và các mạch điều khiển phátquang

Phần truyền dẫn (sợi quang): bao gồm sợi quang, các bộ nối, bộ chia, bộ táchhay ghép và bộ lặp, trong đó sợi quang được bọc cáp bảo vệ là thành phần quantrọng nhất Ngoài việc bảo vệ cho các sợi quang trong quá trình lắp đặt và khai thác,trong ống cáp còn có thể có dây dẫn đồng để cấp nguồn cho các bộ lặp Các bộ lặplàm nhiệm vụ khôi phục và khuyếch đại tín hiệu truyền dẫn trên tuyến cáp quang cókhoảng cách dài

Phần thu quang: bao gồm bộ tách sóng quang, mạch khuyếch đại điện và mạchkhôi phục tín hiệu

Để phát tín hiệu vào sợi quang, nguồn ánh sáng được sử dụng thường phảitương thích với lõi sợi quang về kích thước Nguồn quang có hai loại là điốt laze LD

và điốt phát quang LED LED sử dụng phát xạ tự nhiên bằng cách phun năng lượngbên ngoài dưới dạng dòng điện, còn LD sử dụng phát xạ cưỡng bức Công suất phát

xạ của LED nhỏ hơn so với LD nhưng dễ sản xuất với giá thành thấp Tín hiệuquang phát ra từ LD và LED có tham số biến đổi tương ứng với biến đổi của tín hiệuđiện đầu vào Tín hiệu điện đầu vào có thể ở dạng tương tự hoặc số Thiết bị phátquang sẽ thực hiện việc biến đổi tín hiệu điện đầu vào thành tín hiệu quang tươngứng bằng cách biến đổi dòng vào qua các nguồn phát quang Công suất quang ra phụthuộc vào sự biến đổi của cường độ tín hiệu quang Bước sóng ánh sáng của nguồnphát quang phụ thuộc chủ yếu vào vật liệu chế tạo phần tử phát Trong vùng 800đến 900 nm, các nguồn quang thường chế tạo từ hợp kim GaAlAs Tại các vùng

Hình 1-1 Hệ thống thông tin quang.

Tín hiệu quang sau khi được điều chế ở phần phát quang sẽ lan truyền dọctheo sợi quang Trong quá trình truyền dẫn, tín hiệu quang có thể sẽ bị suy hao vàméo dạng khi qua các bộ ghép nối, mối hàn sợi và trên sợi do các hiệu ứng tán xạ,hấp thụ và tán sắc Độ dài tuyến truyền dẫn phụ thuộc mức suy hao sợi quang theobước sóng

Suy hao sợi quang là một hàm của bước sóng Công nghệ đầu tiên mới chỉ sửdụng băng tần có bước sóng 800 đến 900 nm, vì tại thời điểm đó, trong vùng bướcsóng này, sợi quang có suy hao nhỏ nhất và các nguồn ánh sáng và photodetector có

thể hoạt động tại các bước sóng này Vùng bước sóng này được gọi là vùng cửa sổ

thứ nhất có hệ số tán sắc lớn.

Hình 1-2 Suy hao sợi quang theo bước sóng.

Từ những năm 1980, bằng cách làm giảm sự tập trung của các ion hydroxyl và

độ không tinh khiết của các ion kim loại trong nguyên liệu sợi quang, các nhà sảnxuất đã có khả năng chế tạo sợi quang có mức suy hao rất thấp trong vùng bước

sóng 1100 đến 1600 nm Vùng bước sóng này chia làm hai vùng cửa sổ: vùng cửa

sổ thứ hai có bước sóng trung tâm là 1300 nm và vùng cửa sổ thứ ba có bước sóng

trung tâm là 1550 nm

Vùng cửa sổ thứ hai có bước sóng từ 1280 đến 1340 nm, là vùng cửa sổ quangrộng nhất, có hệ số suy hao =0,5 dB/km, hệ số tán sắc nhỏ TS=3,55 ps/km.nm.Vùng cửa sổ thứ ba có hệ số suy hao nhỏ nhất, tại bước sóng 1550 nm 0,25dB/km Cùng với sự phát triển của công nghệ chế tạo, sợi đơn mode truyền ở bướcsóng 1550 nm có suy hao 0,14 dB/km

Nguyên liệu chính để chế tạo sợi quang là SiO2 Nguyên liệu này rất sẵn và rẻ

vì có trong cát thường Chi phí sản xuất sợi quang phát sinh tập trung chủ yếu ởkhâu tạo thuỷ tinh tinh khiết từ nguyên liệu thô Việc lắp đặt sợi quang rất đa dạng,

có thể là treo, đi trong ống dẫn, thả dưới nước hay chôn trực tiếp dưới đất Độ dàimỗi cuộn cáp có thể lên đến một vài kilômét đối với những ứng dụng có khoảngcách truyền dẫn lớn Kích cỡ của cuộn cáp và trọng lượng cáp sẽ quyết định độ dàithực tế của một đoạn cáp quang đơn Một tuyến truyền dẫn đường dài hoàn chỉnh

Khi khoảng cách truyền dẫn dài (trên 100 Km), tín hiệu quang bị suy giảmnhiều thì cần phải đặt thêm các trạm lặp quang (Repeater) để khuyếch đại tín hiệu và

bù lại phần tín hiệu đã bị suy hao Trạm lặp thu tín hiệu quang, biến đổi tín hiệuquang (O) -> điện (E), khuếch đại và tái tạo xung tín hiệu điện, sau đó biến đổi tínhiệu điện (E) -> quang (O) và phát lại quang vào đường truyền tiếp theo Các trạmlặp có thể được thay thế bằng các bộ khuyếch đại quang (OA) để khuếch đại tín hiệuquang trực tiếp Rõ ràng trạm lặp cho ra tín hiệu tốt hơn Nhưng giá thành của trạmlặp cao hơn vì vậy chỉ sử dụng cho những tuyến có cự ly rất xa

Các bộ tách sóng quang tiếp nhận tín hiệu quang, tách lấy tín hiệu thu được từphía phát, biến đổi thành tín hiệu điện Bộ tách sóng quang phải đáp ứng đượcnhững yêu cầu về đặc tính rất cao do tín hiệu quang thường bị suy giảm và méodạng khi tới đầu cuối của sợi cáp quang Một trong những yêu cầu hàng đầu là độnhạy quang Độ nhạy quang là công suất quang nhỏ nhất có thể thu được ở một tốc

độ truyền dẫn nào đó ứng với tỷ lệ lỗi BER cho phép Ngoài ra, bộ thu quang phải

có tạp âm tối thiểu đối với hệ thống và có độ rộng băng tần đủ để xử lý tốc độ dữliệu mong muốn

Bộ tách sóng quang phải không nhạy cảm với sự thay đổi của nhiệt độ Hai loạitách sóng quang được sử dụng chủ yếu trong các tuyến cáp quang là tách sóngquang bán dẫn loại PIN hoặc APD Cả hai loại này đều có hiệu suất làm việc cao vàtốc độ chuyển đổi nhanh Khi khoảng cách truyền dẫn ngắn, tốc độ thấp (mạng thuêbao, mạng nội hạt) thì đầu phát sử dụng LED còn đầu thu sử dụng PIN Khi khoảngcách truyền dẫn lớn, tốc độ đòi hỏi cao (mạng đường trục) thì phía phát sử dụng LD,phía thu sử dụng APD Bộ tách sóng quang phải đáp ứng được những yêu cầu vềđặc tính rất cao do tín hiệu quang thường bị suy giảm và méo dạng khi tới đầu cuốicủa sợi cáp quang Một trong những yêu cầu hàng đầu là có đáp ứng cao hay độnhạy của khoảng bước sóng phát của nguồn quang được sử dụng, có tạp âm tối thiểuđối với hệ thống và có độ rộng băng tần đủ để xử lý tốc độ dữ liệu mong muốn Bộtách sóng quang phải không nhạy cảm với sự thay đổi của nhiệt độ

1.4 Xu hướng phát triển của hệ thống thông tin quang.

Thông tin quang phát triển theo hai xu hướng chính:

 Tăng tốc độ truyền dẫn: từ 2,5 Gb/s đến 10 Gb/s rồi đến 40 Gb/s Sử

dụng WDM tốc độ truyền dẫn lên tới hàng trăm Gb/s

 Tăng cự ly truyền dẫn: Trước đây, với cự ly khoảng 100 Km là phải sử

dụng trạm lặp Nhưng hiện nay, với cáp quang biển, chiều dài cỡ mấytrăm Km vẫn không cần sử dụng trạm lặp.Để đạt được điều này, chúng

ta cần sử dụng sợi quang có suy hao tán sắc thấp

Chính vì vậy cần nghiên cứu sợi quang có hệ số suy hao thấp hơn và hoạt động

ở bước sóng cao hơn

Đồng thời cần nghiên cứu linh kiện quang điện (Laser Diode, photodiode)thích hợp

Tăng cường sử dụng hệ thống WDM và nghiên cứu các kỹ thuât truyền dẫnmới

Không chỉ sử dụng trong mạng viễn thông mà còn sử dụng ở cự ly ngắn hơnnhư trong mạng LAN, máy bay, nhà máy, ô tô, máy chủ (server) lớn (nối các bomạch )

2 CHƯƠNG II CÔNG NGHỆ GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG MẬT ĐỘ

CAO DWDM

Ngày nay, với sự xuất hiện của các hệ thống truyền dẫn thông tin quang ghépkênh theo bước sóng (WDM) thì dung lượng, tốc độ, băng thông…của hệ thốngngày càng nâng cao DWDM (ghép kênh theo bước sóng mật độ cao) là bước pháttriển tiếp theo của WDM Nguyên lý của nó tương tự như WDM chỉ khác là khoảngcách giữa các kênh bước sóng gần hơn, tức là số kênh ghép được nhiều hơn Thôngthường khoảng cách kênh ghép là 0.4 nm (50GHz) Hiện nay người ta dùng WDMvới nghĩa rộng bao hàm cả DWDM.

Trong chương này em sẽ trình bày về công nghệ WDM

2.1 Sơ đồ khối tổng quát.

Ghép kênh theo bước sóng WDM (Wavelength Division Multiplexing) là côngnghệ “trong một sợi quang đồng thời truyền dẫn nhiều bước sóng tín hiệu quang” Ởđầu phát, nhiều tín hiệu quang có bước sóng khác nhau được tổ hợp lại (ghép kênh)

để truyền đi trên một sợi quang Ở đầu thu tín hiệu tổ hợp đó được phân giải ra (táchkênh), khôi phục lại các tín hiệu gốc rồi đưa vào các đầu cuối khác nhau

Hình 2-3 Sơ đồ chức năng của hệ thống WDM.

Như minh họa trên hình 2.1 để truyền nhận nhiều bước sóng trên một sợiquang, hệ thống WDM phải thực hiện các chức năng sau:

Cả hai hệ thống đều có những ưu nhược điểm riêng Giả sử công nghệ hiện tảichỉ cho phép truyền N bước sóng trên một sợi quang, so sánh hai hệ thống ta thấy:

 Xét về dung lượng: Hệ thống đơn hướng có khả năng cung cấp dunglượng cao gấp đôi so với hệ thống song hướng Ngược lại số lượng sợiquang cần dùng là gấp đôi so với hệ thống song hướng

 Khi sự cố đứt cáp xảy ra, hệ thống song hướng không cần đến cơ chếchuyển mạch tự động bảo vệ APS (Automatic Protection Switching) vì

cả hai đầu của liên kết đều có khả năng nhận biết một cách tức thời

 Đứng về khía cạnh thiết kế mạng, hệ thống song hướng khó thiết kế hơn

vì còn phải xét thêm các yếu tố như: vấn đề xuyên nhiễu, đảm bảo địnhtuyến và phân bố bước sóng sao cho hai chiều trên sợi quang khôngdùng chung một bước sóng

 Các bộ khuếch đại trong hệ thống song hướng thường phức tạp hơntrong hệ thống đơn hướng Tuy nhiên, trong hệ thống song hướng, sốbước sóng khuếch đại giảm ½ theo mỗi chiều nên ở hệ thống songhướng, các bộ khuếch đại sẽ cho công suất ngõ ra lớn hơn ở hệ thốngđơn hướng

Thực tế nghiên cứu và triển khai WDM đã rút ra được những ưu và nhượcđiểm của công nghệ WDM như sau:

Hệ thống DWDM có các ưu điểm sau:

Băng thông truyền dẫn của sợi quang thông thường được sử dụng rất lớn.Nhưng, tỷlệ sử dụng của các hệ thống đơn bước sóng vẫn rất thấp Bằng cách sửdụng công nghệ DWDM, dung lượng truyền dẫn trên mỗi sợi quang được tăng lênrất nhiều lần mà không cần tăng tốc độ bit.

 Trong suốt đối với tốc độ bit và khuôn dạng dữ liệu

Các hệ thống DWDM được xây dựng trên cơ sở ghép và tách các tín hiệuquangtheo bước sóng và việc ghép tách này độc lập với tốc độ truyền dẫn và phươngthức điều chế Vì thế, các hệ thống này trong suốt đối với tốc độ dữ liệu và khuôndạng dữ liệu Vì thế, có thể truyền các tín hiệu với các đặc điểm truyền dẫn khác hẳnnhau, có thể tổng hợp và tách các tín hiệu điện khác nhau bao gồm các tín hiệu số vàcác tínhiệu tương tự, các tín hiệu PDH và các tín hiệu SDH,…

 Bảo vệ đầu tư tối đa trong quá trình nâng cấp hệ thống

Trong quá trình mở rộng và phát triển mạng, có thể mở rộng dung lượng màkhông cần xây dựng lại hệ thống cáp quang mà chỉ cần thay thế các bộ thu phátquang Hơn nữa, việc tăng thêm dịch vụ mới và dung lượng mới được thực hiện đơngiản bằngcách tăng thêm bước sóng

 Khả năng linh hoạt, tiết kiệm và độ tin cậy cao

So với các mạng truyền thống sử dụng phương thức TDM điện, mạng DWDMcócấu trúc cực kỳ đơn giản và các lớp mạng được phân tách rõ ràng Lớp thấp nhấtcủamạng là lớp toàn quang tính từ đầu vào bộ ghép tới đầu ra bộ tách kênh bướcsóngbao gồm các bộ khuyếch đại, bù tán sắc và các thành phần ở trên đoạn đườngtruyền Lớp này là được xây dựng cố định với từng mạng và có chi phí rất thấp Lớpdịch vụmức cao hơn bao gồm các bộ phát đáp quang Các bộ phát đáp quang làmnhiệm vụ gom các dữ liệu cần truyền và phát đáp tại các bước sóng chuẩn hóa của

hệ thống.Việc thay đổi dung lượng, thêm bớt dịch vụ được thực hiện bằng cách thayđổi hoặcthêm bớt các bộ phát đáp Do đó, mạng DWDM đáp ứng tốt về khả nănglinh hoạt và tiết kiệm chi phí Do đặc điểm trong suốt với tín hiệu truyền nên độ tincậy của mạng cao hơn hẳn so với các mạng TDM

Theo dự đoán, có thể thực hiện được mạng chuyển mạch hoàn toàn quangtrongtương lai, việc xử lý như xen/rẽ và kết nối của tất cả các dịch vụ viễn thông cóthểđược thực hiện bằng cách thay đổi và điều chỉnh các bước sóng tín hiệu quang.Vìvậy, DWDM là công nghệ cơ sở để thực hiện mạng hoàn toàn quang Hơn nữa,các hệ thống DWDM có thể tương thích với các mạng hoàn toàn quang trong tươnglai.Hoàn toàn có thể thực hiện mạng hoàn toàn quang trong suốt và có độ tin cậycaotrên cơ sở hệ thống DWDM hiện tại

Vẫn chưa khai thác hết băng tần hoạt động có thể của sợi quang (chỉ mới tậndụng băng C và băng L) (Xem thêm bảng 2.1)

Quá trình khai thác bảo dưỡng phức tạp hơn gấp nhiều lần

Nếu hệ thống sợi quang đang sử dụng là sợi DSF theo chuẩn G.653 thì rất khótriển khai WDM vì xuất hiện hiện tượng trộn bốn bước sóng khá gay gắt

Bảng 2-1 Sự phân chia các băng sóng.

Chức năng: Thiết bị ghép/ tách kênh bước sóng là thiết bị dùng để ghép/ tách

tín hiệu ở các bước sóng khác nhau

Hình 2-6 Thiết bị ghép/ tách kênh bước sóng

Hiện nay, nhiều bộ ghép/tách kênh có thể xử lý được các kênh mà khoảngcách giữa chúng là 100 GHz (0,78 nm) và sắp tới là các khoảng cách 50 Ghz, thậmchí là với mật độ ghép dày đặc hơn

Các thiết bị ghép/tách kênh làm việc chủ yếu dựa trên một trong hai nguyêntắc sau: nguyên tắc tán sắc góc và nguyên tắc lọc quang

Bộ ghép/ tách kênh bước sóng cùng với bộ kết nối chéo quang là thiết bị quantrọng nhất cấu thành nên hệ thống WDM Khi dùng kết hợp với bộ nối chéo quangOXC (Optical Cross-connect) sẽ hình thành nên mạng truyền tải quang, có khả năngtruyền tải đồng thời và trong suốt mọi loại hình dịch vụ, mà công nghệ hiện nayđang hướng tới

Các thiết bị biến đổi điện quang E/O và các phần tử điện rời rạc của các bộphát quang thuộc thế hệ trước đây đang dần dần được thay thế bởi các mạch tíchhợp Việc thực hiện các mạch tích hợp cỡ lớn nhằm đáp ứng yêu cầu về tốc độ điềuchế và độ tin cậy ngày càng cao

Một bộ phát của một kênh (một bước sóng) thường gồm bộ laser hồi tiếpphân tán DFB, sau đó là một bộ điều chế, thường ở bên ngoài máy phát laser đặcbiệt là khi tốc độ điều chế cao Sự phát triển các mạch quang tích hợp gần đây đãlàm giảm rất nhiều giá thành của các máy phát, trong đó chip laser, bộ khuyếch đạiquang được tích hợp vào trong một gói Hiện nay, một gói phát gồm nhiều bộ phátlaser, nhiều bộ ghép kênh, một bộ khuyếch đại công suất (thường dùng khuyếch đạiquang bán dẫn)

Trong bộ laser hồi tiếp phân tán (DFB), hốc cộng hưởng Fabry - Perot haigương thông thường được làm nhỏ lại và được điều khiển Việc lựa chọn bước sóngchính xác qua hồi tiếp quang được thực hiện bằng một cách tử dọc được chế tạo nhưmột bộ phận của chip laser Cách tử này dùng để buộc việc phát xạ đơn mode, sóngtruyền dọc nằm trong một khoảng rất hẹp, thông thường nhỏ hơn 100 MHz Cùngvới máy phát laser Fabry - Perot, hình dạng của ống dẫn sóng đảm bảo cho đầu ra cóhướng ổn định Cấu trúc hồi tiếp phân tán có thể được coi như là một kết hợp củanhiều buồng cộng hưởng ánh sáng phân tán, cho phép lựa chọn bước sóng đỉnh củaánh sáng laser tuỳ thuộc khoảng chu kỳ của cách tử nhiễu xạ Nhờ đó, có thể thựchiện được việc phát xạ bước sóng đơn

Hình 2-7 Quang phổ và dạng đơn giản của Laser DFB.

Ngoài các kết nối điện tốc độ cao, một gói DFB còn có thể có một bộ làm mátnhiệt điện, cảm biến nhiệt độ, bộ cách ly quang và điốt quang điều khiển Các góiDFB hiện nay có thể cho một công suất đầu ra là 40 dBm cho dòng kích thíchkhoảng 40 mA

Ánh sáng từ nguồn quang phải được điều chế với dòng bit mang thông tin cầntruyền dẫn bằng phương pháp biến điệu cường độ Quá trình điều chế phải có độtuyến tính cao để tránh sự phát sinh các hài không cần thiết và sự méo dạng tín hiệu

do điều biến qua lại, gây nhiễu cho quá trình giải điều chế ở phía thu

Các gói DFB kết hợp với các bộ điều chế trên một chip, làm cho cả khối có

độ di tần thấp, tốc độ điều chế cao Tuy nhiên, chúng cũng có một số hạn chế ví dụnhư bề rộng phổ hẹp làm cho chúng dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu do sự phản hồi từ cácliên kết

Bộ suy hao thường được dùng sau bộ phát laser để biến đổi công suất đầu racủa chúng phù hợp với khả năng của bộ ghép kênh và bộ khuyếch đại EDFA

Hình 2-8 Mô hình bộ suy hao.

Các bộ phát laser công suất cao có thể được dùng trong mạng để làm giảmviệc cần phải có khuyếch đại nối tiếp Suy hao là cần thiết trong các phần cụ thể củamạng để giữ cho các thiết bị quang khỏi bị ảnh hưởng bởi sự bức xạ có thể đủ lớnlàm cho các phần tử này không tuyến tính

Bộ thu chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện bằng việc tách tất cả cáctín hiệu quang được điều chế và giải điều chế chúng Bộ thu phải hoàn toàn tươngthích với bộ phát (về cả bước sóng cơ bản và các đặc tính điều chế) và phải đượcthiết kế để giải quyết tất cả sự suy hao tín hiệu bởi các phần tử trên mạng Chỉ tiêumáy thu được đánh giá thông qua tỷ lệ lỗi bit BER Kết quả thu phụ thuộc vào độnhạy máy thu, băng thông của máy thu và tạp âm tín hiệu trước khi giải điều chế.Chỉ tiêu đầy đủ của một máy thu được mô tả bởi đặc tuyến độ nhạy của nó, trong đó

tỷ lệ lỗi bit BER được xem như là một hàm của công suất quang thu được với mộttốc độ dữ liệu cho trước

Hình 2-9 Đặc tuyến độ nhạy máy thu.

Sự tán sắc ảnh hưởng đến nhiều thành phần của mạng quang, đặc biệt là sợiquang Chiết suất của chúng thay đổi theo bước sóng, làm thay đổi tốc độ truyềndẫn, gây ra hiện tượng giãn xung ánh sáng, làm cho việc khôi phục các xung trở nênkhó khăn hơn do hiện tượng các bit lân cận chồng lên nhau

Thiết bị bù tán sắc (DCD) để đưa ra một mức tán sắc bằng và ngược lại để điềuchỉnh sự giãn xung ánh sáng Hai loại thiết bị DCD thường được sử dụng nhất là sợi

bù tán sắc và cách tử bù tán sắc

Hình 2-10 Sự giãn xung và bù tán sắc

Amplifier)

Chức năng: Bộ khuếch đại quang là thiết bị dùng để khuếch đại tín hiệu quang

đã bị suy giảm (trực tiếp trong miền quang)

Bộ khuếch đại quang thường được dùng trong các mạng có khoảng cách dàikhi suy hao tích lũy lớn Hiện tại các hệ thống WDM thường sử dụng bộ khuếch đạiquang sợi có pha tạp Erbium (EDFA) Tuy nhiên trên thực tế, các bộ khuếch đạiRaman cũng đã được sử dụng

Hình 2-11 Bộ khuếch đại quang EDFA.

Có ba chế độ khuếch đại: khuếch đại công suất BA, khuếch đại đường LA vàtiền khuếch đại PA

Hình 2-12 Các vị trí của bộ khuếch đại trên tuyến thông tin quang.

Khi dùng bộ khuếch EDFA cho hệ thống WDM phải đảm bảo các yêu cầu sau: