nghiên cứu hệ thống ghép kênh quang theo bước sóng wdm và ứng dụng

Tuy nhiên, do nhu cầu trao đổi thông tin của con người và các loại hình dịch vụ băng rộng như internet tốc độ cao, FTTX Fiber To The Home /Building /Premises /Office /Curb/Node, IDTV In

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

Hệ thống thông tin là hệ thống được sử dụng để truyền thông tin từ nơi này đến nơi khác cách nhau hàng trăm met hay hàng ngàn km Thông tin được truyền là sóng điện từ có tần số khác nhau từ vài Mhz đến hàng trăm Thz Hệ thống thông tin quang truyền tin bằng sóng ánh sáng tần số cao trong cửa sổ truyền sóng của hệ thống quang Các hệ thống quang đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong các nước trên thế giới và

có khả năng hiện đại hoá mạng lưới viễn thông trên toàn thế giới Chương này trình bày khái quát về quá trình phát triê ̉n của hệ thống thông tin quang, sơ đồ nguyên lý, đặc điểm, những vấn đề còn tồn tại và xu thế phát triển của hệ thống quang hiện nay và cuối cùng là kết luận chương.

1.1 Quá trình phát triển của hệ thống thông tin quang

Lịch sử thông tin đã trải qua nhiều hệ thống thông tin khác nhau với các tên gọi theo môi trường truyền dẫn hoặc tính chất dịch vụ của hệ thống như là hệ thống cáp đồng trục, hệ thống vi ba, hệ thống thông tin vệ tinh và hệ thống thông tin quang (hay nói cách khác là có các hệ thống hữu tuyến và hệ thống vô tuyến) Các hệ thống sau được phát triển dựa trên các hệ thống trước đó, nhưng được cải tiến và hoàn thiện hơn, chúng có cự ly xa hơn, tốc độ cao hơn, độ linh hoạt và chất lượng hệ thống cũng được cải thiện nhằm thoả mãn nhu cầu của con người Các hệ thống cáp đồng trục, hệ thống

vi ba, hệ thống thông tin vệ tinh có những ưu, nhược điểm riêng Hệ thống thông tin quang là hệ thống thông tin sử dụng tín hiệu ánh sáng và sợi quang để truyền tin đi xa.

Các sóng ánh sáng được sử dụng để truyền tin chủ yếu trong các cửa sổ truyền sóng của thông tin quang là 0,8÷0,9 µm, 1÷1,3 µm và 1,5÷1,7 µm Quá trình phát triển của

hệ thống thông tin quang được khái quát như sau:

Từ xưa, con người đã biết dùng ánh sáng để báo hiệu cho nhau biết như dùng lửa, ngọn hải đăng nhưng khi đó chưa có khái niệm về hệ thống thông tin quang Đầu những năm 70 thì ra đời máy điện báo quang Thiết bị này sử dụng khí quyển như một môi trường truyền dẫn, nên chịu ảnh hưởng của các điều kiện về thời tiết Để khắc phục hạn chế này thì Marconi đã sáng chế ra máy điện báo vô tuyến có khả năng thực hiện trao đổi thông tin giữa người gửi và người nhận ở cách xa nhau Sau đó, A G.Bell

đã phát minh ra Photophone, ông đã truyền tiếng nói trên một chùm ánh sáng và có thể truyền tín hiệu tiếng nói trên 213m Đến đầu những năm 80 thì các hệ thống thông tin đường trục 45 và 90 Mbit/s sử dụng sợi quang được lắp đặt, cuối những năm 80 thì ra đời hệ thống 1,2÷2,4 Gbit/s và chuẩn SONET Hiện nay, sợi quang có suy hao α ≤ 0,2 dB/km ở bước sóng 1550nm, và có những loại sợi đặc biệt có suy hao rất thấp.

Các hệ thống quang được ứng dụng rộng rãi trên khắp thế giới với năm thế hệ: Thế hệ 1 hoạt động ở bước sóng 800nm có tốc độ truyền dẫn là 45/95 Mb/s (ở Mỹ), 34/140 Mb/s (ở Châu Âu), 32/100Mb/s (ở Nhật) với khoảng lặp là 10km.

Thế hệ 2 làm việc ở bước sóng 1300nm có tốc độ 400÷600 Mb/s và có thể đạt tới 4Gb/s với khoảng lặp là 40km.

Thế hệ 3 sử dụng Laser bán dẫn hoạt động ở bước sóng 1550nm với suy hao trên sợi quang cỡ 0,2 dB/km nhưng có hệ số tán sắc cao tầm 16÷18 ps/nm.km có thể đạt đến 10Gb/s ở khoảng lặp từ 60÷70 km.

Thế hệ thứ 4 sử dụng khuếch đại quang EDFA và ghép kênh quang theo bước sóng WDM để tăng khoảng lặp và dung lượng truyền dẫn, có tốc độ 5Gb/s ở khoảng cách 14300km và đến năm 2000 đã có thể đạt được 100Gb/s xuyên qua Đại Tây Dương (hệ thống TPC 6).

Thế hệ 5 nhằm giải quyết tán sắc của sợi quang và sử dụng công nghệ khuếch đại quang nên có thể đạt 1,2 Tb/s hay 70Gb/s ở cự ly 9400km (truyền dẫn siliton).

Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin quang qua năm thế hệ có thể được minh hoạ như trong Hình 1.1.

Hình 1.1: Quá trình phát triển của thông tin sợi quang.

Hiện nay, các hệ thống thông tin quang đã được ứng dụng rộng rãi trên thế giới Khi công nghệ chế tạo các phần tử quang càng phát triển, hiện đại thì hệ thống thông tin quang ngày càng có khả năng ứng dụng rộng lớn hơn và trở thành một lĩnh vực quan trọng trong viễn thông

1.2 Sơ đồ nguyên lý và các phần tử cơ bản của hệ thống thông tin quang 1.2.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống thông tin quang

Một hệ thống quang được tổ chức như Hình 1.2.

Nguồn Hình 1.1-Cơ sở kỹ thuật thông tin sợi quang-Chu Công Cẩn

Hình 1.2: Sơ đồ tổng quát của hệ thống thông tin quang.

1500 nm Tách sóng trực tiếp

1500 nm Tách sóng Coherent

Truyền dẫn Siliton

Nguồn tin bao gồm những dữ liệu hình ảnh, âm thanh, tiếng nói hay văn bản Phần tử điện: có nhiệm vụ biến đổi các nguồn tin ban đầu thành các tín hiệu điện, các tín hiệu này có thể là tín hiệu tương tự hoặc tín hiệu số.

Bộ biến đổi E/O: biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang để phát đi (ở đầu phát thông qua hệ thống bức xạ, điều pha, điều tần).

Sợi quang: là môi trường truyền tín hiệu quang Sợi quang có yêu cầu là phải có băng thông rộng, tốc độ cao và suy hao nhỏ.

Bộ biến đổi quang điện O/E: biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện (ở đầu thu).

Tải tin của hệ thống thông tin quang chính là ánh sáng có tần số rất cao: từ

1014÷1015 Hz.

Chuyển tiếp tín hiệu: trên đường truyền thì tín hiệu quang bị suy giảm nên sau một khoảng cách nhất định thì phải thực hiện quá trình chuyển tiếp tín hiệu bằng cách đặt trạm lặp để khuếch đại tín hiệu quang.

Khả năng truyền dẫn của hệ thống được đặc trưng bởi băng thông truyền dẫn và

cự ly trạm lặp Hệ thống thông tin quang đã vượt xa các hệ thống thông tin khác ở cả hai yêu cầu trên.

1.2.2 Các phần tử cơ bản của hệ thống thông tin quang

Các hệ thống thông tin quang thường phù hợp hơn cho việc truyền dẫn tín hiệu số

và hầu hết quá trình phát triển của hệ thống thông tin quang đều đi theo hướng này Từ

đó, cấu trúc cơ bản của hệ thống thông tin quang bao gồm: phần phát quang, phần thu quang và sợi quang được trình bày trong Hình vẽ 1.3.

Phần phát quang: Gồm nguồn quang và mạch điều khiển liên kết với nhau Các mạch điều khiển có thể là bộ điều chế ngoài hay các bộ kích thích tuỳ thuộc vào các kỹ thuật điều biến Nguồn quang tạo ra sóng mang tần số quang, còn các mạch điều khiển

tín hiệu mang tin Có hai loại nguồn sáng được sử dụng phổ biến trong thông tin quang

là LED (Light Emitting Diode) và LD (Laser Diode).

Nguồn Hình 1.5-Cơ sở kỹ thuật thông tin sợi quang-Chu Công Cẩn

Hình 1.3: Các phần tử cơ bản của hệ thống thông tin quang.

Cáp quang: Gồm các sợi quang và các lớp vỏ bọc xung quang để bảo vệ khỏi tác động có hại từ bên ngoài So với các môi trường truyền dẫn khác thì truyền dẫn bằng sợi quang có nhiều ưu điểm nổi bật hơn đó là: hầu như không chịu ảnh hưởng của môi trường bên ngoài, băng thông truyền dẫn lớn và suy hao nhỏ Với những ưu điểm đó cùng với sự tiến bộ vượt bậc trong lĩnh vực thông tin quang thì sợi quang đã được sử dụng trong các hệ thống truyền đường dài, hệ thống xuyên đại dương Chúng đáp ứng được yêu cầu về khoảng cách và còn có thể đáp ứng được dung lượng truyền dẫn cho phép thực hiện các mạng thông tin tốc độ cao Sợi quang có 3 loại chính: sợi đơn mode, sợi đa mode chiết suất nhảy bậc và sợi đa mode chiết suất biến đổi Tuỳ thuộc vào hệ thống mà sợi quang được sử dụng là loại nào.

Mạch điều khiển

Nguồn phát quang

Thu quang

Chuyển đổi tín hiệu

Đầu thu quang

Trạm lặp

Máy thu

Khuếch đại quang

Tín hiệu điện vào

Tín hiệu điện ra

Tín hiệu điện Tín hiệu quang

Bộ khuếch đại

Phát quang Mạch điện

Phần thu quang có chức năng chuyển tín hiệu quang thành nguồn tin ban đầu Nó bao gồm bộ tách sóng quang, bộ khuếch đại và bộ khôi phục tín hiệu Bộ tách sóng quang thường sử dụng các photodiode như PIN và APD.

Ngoài ra nếu tuyến quang mà có cự ly dài thì còn có thêm trạm lặp: bao gồm bộ thu quang, mạch điện tử để khôi phục tái sinh hoặc khuếch đại tín hiệu điện, bộ phát quang.

Các phần tử phụ: các bộ nối, mối nối, các bộ xen tách kênh.

1.3 Đặc điểm của hệ thống thông tin quang

1.3.1 Ưu điểm của hệ thống thông tin quang

Hệ thống thông tin quang sử dụng môi trường truyền dẫn là các sợi quang nên nó

có những ưu điểm vượt trội hơn hẳn so với các hệ thống thông tin trước đó, đó là: Thứ nhất là tiêu hao truyền dẫn thấp và băng tần truyền dẫn rộng: Sợi quang có suy hao thấp và băng tần truyền dẫn rộng đến hàng Thz cho phép phát triển các hệ thống WDM dung lượng lớn, suy hao truyền dẫn của sợi quang tương đối nhỏ, đặc biệt

là trong vùng cửa sổ 1300nm và 1550nm Điều đó có nghĩa là hệ thống thông tin quang

có thể gửi đi nhiều số liệu hơn với khoảng cách lớn hơn so với các hệ thống thông tin trước đó, do đó, sẽ làm giảm số lượng sợi và giảm số lượng trạm lặp cần thiết dẫn đến giảm số lượng thiết bị và các phần tử hợp thành, giảm chi phí thiết lập mạng và sự phức tạp của hệ thống.

Thứ hai là trọng lượng và kích thước nhỏ: Sợi quang có trọng lượng và kích thước nhỏ hơn rất nhiều so với các hệ thống cáp kim loại, nhất là hệ thống cáp ngầm trong thành phố Ngoài ra nó cũng có ý nghĩa rất lớn trong công nghệ máy bay, vệ tinh, tàu

bè Đồng thời, nó còn được ứng dụng trong quân sự, nơi mà yêu cầu cáp phải được khôi phục một cách nhanh chóng.

Thứ 3 là sự miễn nhiễm ngoài: Cáp sợi quang có tính cách điện nên chúng có tính miễn nhiễm điện từ từ bên ngoài, do đó sợi quang không có sự cảm ứng điện từ từ bên ngoài và tín hiệu truyền trong sợi quang cũng không gây nhiễu ra bên ngoài.

Thứ tư là tính cách điện: Sợi quang là một vật cách điện Sợi thuỷ tinh này loại bỏ nhu cầu về các dòng điện cho đường thông tin Cáp sợi quang làm bằng chất điện môi thích hợp không chứa vật dẫn điện và có thể cách điện hoàn toàn cho nhiều ứng dụng.

Nó có thể loại bỏ được nhiễu gây bởi các dòng điện chạy vòng dưới đất hay những trường hợp nguy hiểm gây bởi sự phóng điện trên các đường dây thông tin như sét hay những trục trặc về điện.

Tiếp theo là an toàn cho tín hiệu: Sợi quang cung cấp độ bảo mật thông tin cao Một sợi quang không thể bị lấy trộm thông tin bằng các phương tiện điện thông thường như sự dẫn điện trên bề mặt hay cảm ứng điện từ, và rất khó trích để lấy thông tin ở dạng tín hiệu quang Các tia sáng truyền lan ở tâm sợi quang là rất ít hoặc không có tia nào thoát khỏi sợi quang đó Thậm chí, nếu đã trích vào sợi quang được rồi thì nó có thể bị phát hiện nhờ kiểm tra công suất ánh sáng thu được tại đầu cuối Trong khi các tín hiệu thông tin vệ tinh và vi ba có thể dễ dàng thu và giải mã tín hiệu được

Cuối cùng là sự phong phú về nguyên liệu: Vật liệu chế tạo sợi chủ yếu là Silic rất phong phú và rẻ tiền Chi phí cho việc chế tạo cáp hiện nay phát sinh chủ yếu trong việc chế tạo thuỷ tinh cực sạch từ vật liệu thô Do phong phú về nguyên liệu nên giá thành của cáp giảm dẫn đến giá thành của hệ thống cũng giảm theo, nhất là đối với các tuyến đường dài.

1.3.2 Nhược điểm của hệ thống thông tin quang

Thông tin quang có rất nhiều ưu điểm do sợi quang mang lại Tuy nhiên, hệ thống thông tin quang cũng có một số nhược điểm sau:

Một là khó sửa chữa khi có sự cố: Khi có sự cố thì các quy trình sửa chữa đòi hỏi phải có một nhóm kỹ thuật viên có kỹ năng tốt cùng với các thiết bị thích hợp.

Hai là chi phí đầu tư cao: Các hệ thống thông tin có sẵn trong hạ tầng viễn thông hầu như là cáp đồng nên muốn cải tiến hạ tầng viễn thông cần phải có chi phí lớn mà không phải quốc gia nào cũng có điều kiện để làm ngay mà cần phải làm từng bước.

Ba là vấn đề an toàn lao động: Khi hàn nối sợi quang thì cần phải để các mảnh cắt vào lọ kín để tránh đâm vào tay, vì không có phương tiện nào có thể phát hiện được mảnh thuỷ tinh trong cơ thể Ngoài ra, không được nhìn trực diện vào đầu sợi quang hay các khớp nối để hở để phòng ngừa có ánh sáng truyền trong sợi chiếu trực tiếp vào mắt Ánh sáng sử dụng trong hệ thống thông tin quang là ánh sáng hồng ngoại, mắt người không cảm nhận được, nên không thể điều tiết khi có nguồn năng lượng này, và

sẽ gây nguy hại cho mắt.

Bốn là vấn đề biến đổi điện-quang: Trong hệ thống thông tin quang, trước khi đưa một tín hiệu thông tin điện vào sợi quang thì tín hiệu đó phải được chuyển đổi thành sóng ánh sáng mới có thể truyền đi được.

Cuối cùng là sợi quang dòn, dễ gãy, khó nối ghép khi sợi bị đứt gãy: Sợi quang được sử dụng trong viễn thông được chế tạo từ thuỷ tinh nên rất dòn và dễ gãy Kích thước sợi nhỏ nên việc hàn nối sợi khi sợi bị đứt gãy là rất khó khăn, muốn hàn nối cần phải có thiết bị chuyên dụng trong khi với hệ thống cáp đồng trục thì việc đấu nối dây

đạt đến mấy chục Gb/s thì làm cho cự ly truyền dẫn ngắn lại, bản thân các mạch điện tử không đáp ứng được xung tín hiệu cực hẹp.

Việc khắc phục những nhược điểm trên đòi hỏi phải có công nghệ cao và rất tốn kém vì cấu trúc của hệ thống rất phức tạp Hệ thống thông tin quang nhiều kênh sẽ giải quyết các tồn tại trên như sau:

Thứ nhất: Các phần tử quang thay thế các phần tử điện ở những vị trí quan trọng đòi hỏi tốc độ đáp ứng nhanh, tốc độ xử lý tín hiệu cao đã khắc phục được nhược điểm

về tốc độ đáp ứng xung của các mạch điện tử đã nêu ở trên.

Thứ hai: Các phần tử quang tận dụng được phổ hẹp của Laser làm tăng khả năng

sử dụng băng tần lớn của sợi đơn mode nên tạo ra khả năng truyền tải cho các ứng dụng tốc độ cao hiện tại và tương lai.

Vì vậy, khi sử dụng hệ thống quang nhiều kênh sẽ làm tăng được dung lượng của hệ thống mà không cần tăng thêm sợi quang, tận dụng được băng tần không hạn chế của sợi.

1.4.2 Xu hướng phát triển của hệ thống quang

Với sự phát triển không ngừng của thông tin viễn thông hiện nay thì hệ thống thông tin quang đã và đang phát triển mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế giới Do có nhiều

ưu điểm hơn hẳn so với các hình thức thông tin khác về băng thông, suy hao và an toàn tín hiệu mà hệ thống thông tin quang hiện nay giữ vai trò chính trong việc truyền tín hiệu ở các tuyến đường trục và các tuyến xuyên lục địa, xuyên đại dương, mạng nội hạt, mạng trung kế Công nghệ quang phát triển như ngày nay đã là tiền đề cho hệ thống thông tin quang phát triển theo xu hướng hiện đại và kinh tế nhất.

Hệ thống thông tin quang sử dụng sợi quang đơn mode có ưu điểm là không có trễ, không có can nhiễu, suy hao trên đường truyền nhỏ, quãng đường truyền là ngắn nhất so với sợi đa mode đã làm tăng được khoảng cách của tuyến truyền dẫn quang và tạm thời đáp ứng được nhu cầu sử dụng của con người.

Tuy nhiên, do nhu cầu trao đổi thông tin của con người và các loại hình dịch vụ băng rộng như internet tốc độ cao, FTTX (Fiber To The Home /Building /Premises /Office /Curb/Node), IDTV (Integrated Digital Television) thì dung lượng và tốc độ của các hệ thống quang đơn mode không thể đáp ứng được, mặt khác, sợi quang đơn mode chỉ truyền được một mode tín hiệu nên không tận dụng được băng thông lớn của sợi quang, mà muốn nâng cao dung lượng của hệ thống thì lại phải sử dụng thêm sợi quang nên người ta lại nghĩ đến phương thức cải thiện nhược điểm của hệ thống quang đơn mode Kết quả là hệ thống quang nhiều kênh ra đời, tiêu biểu là hệ thống quang ghép kênh theo bước sóng WDM (Wavelength Division Multiplexing).

Hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng ra đời đã làm tăng đáng kể dung lượng và cự ly truyền dẫn của hệ thống, đặc biệt là khi sử dụng các công nghệ làm giảm các yếu tố chính ảnh hưởng đến hệ thống truyền dẫn quang như suy hao, tán sắc, các hiệu ứng phi tuyến; các công nghệ khuếch đại quang EDFA, chuyển mạch gói quang.

Các công nghệ khác như ghép kênh quang phân chia theo thời gian OTDM (Optical Time Division Multiplexing), truyền dẫn Soliton thì dung lượng được đáp ứng rất tốt nhưng lại quá phức tạp nên giá thành của hệ thống lại trở thành vấn đề đáng quan tâm, vì vậy, hệ thống WDM đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong các

hệ thống thông tin quang hiện nay Ngoài ra, người ta còn cải tiến công nghệ WDM bằng các công nghệ ghép kênh theo bước sóng mật độ cao DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) và ghép kênh theo bước sóng lỏng CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing).

Hiện nay, cuộc cách mạng quang đang được quan tâm trong tầng truyền tải của mạng viễn thông Xu hướng phát triển của mạng quang được minh họa trong Hình 1.4.

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

Như vậy, hệ thống thông tin quang đã phát triển không ngừng từ việc tách ghép

cố định tuyến quang đến chuyển mạch tuyến quang và đang tiến tới các hệ thống thông tin quang sử dụng kỹ thuật chuyển mạch gói quang Ở nước ta, thông tin cáp sợi quang đang ngày càng chiếm vị trí quan trọng Các tuyến cáp quang được hình thành đặc biệt

là hệ thống cáp quang Hà Nội-Thành Phố Hồ Chí Minh chiếm một vị trí quan trọng trong hệ thống thông tin toàn quốc Trong tương lai, mạng cáp quang sẽ được xây dựng

Mạng tuyến quang cấu hình kiểu lưới

Mạng tuyến quang đa tầng

rộng khắp Tuyến cáp quang sẽ được đưa đến các tỉnh thành trong cả nước thông qua các nhà mạng cung cấp dịch vụ viễn thông Một số nhà cung cấp dịch vụ đã triển khai các dịch vụ cáp quang FTTX như VNPT, Viettel hay EVNtelecom.

Với sự phát triển mạnh của các công nghệ thiết bị quang như thiết bị chuyển mạch quang và chuyển đổi bước sóng thì hệ thống thông tin quang sẽ tiến tới mạng toàn quang chắc chắn sẽ không còn xa.

1.5 Kết luận

Tóm lại, Chương 1 đã trình bày 4 nội dung cơ bản của hệ thống thông tin quang

cụ thể là quá trình phát triển của hệ thống thông tin quang, sơ đồ nguyên lý và các phần

tử cơ bản của hệ thống thông tin quang, đặc điểm của hệ thống quang, những tồn tại và

xu hướng phát triển của hệ thống thông tin quang.

Hệ thống quang đã phát huy những ưu điểm vượt trội của mình và khắc phục những điểm yếu để tạo ra được hệ thống thông tin quang hiện đại có thể đáp ứng được nhu cầu thông tin băng rộng hiện nay Tiêu biểu của các hệ thống đó là hệ thống ghép kênh quang theo bước sóng sẽ được trình bày ở Chương 2.

CHƯƠNG 2

HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG GHÉP KÊNH THEO BƯỚC

SÓNG WDM

Hệ thống ghép kênh quang theo bước sóng WDM (Wavelength Division Multiplexing) đã tậndụng hữu hiệu nguồn tài nguyên băng rộng trong cửa sổ truyền sóng (tại đó suy hao của tín hiệutruyền trong sợi là nhỏ nhất) của sợi quang đơn mode, nâng cao dung lượng truyền dẫn của hệ thống.Việc thực hiện ghép kênh không có một quá trình biến đổi điện nào Mục tiêu của ghép kênh quang lànhằm tăng dung lượng và tốc độ truyền dẫn lên rất lớn Chương này sẽ tập trung vào việc tìm hiểu về

kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM, các công nghệ và thiết bị, các kỹ thuật cần quan tâmtrong hệ thống ghép kênh quang theo bước sóng

2.1 Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng WDM

2.1.1 Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng

Trong hệ thống thông tin quang thì tồn tại 3 cửa sổ truyền sóng là 3 vùng bước sóng có suy hao nhỏ nhất đó là:

vùng dành cho sợi đa mode chiết suất nhảy bậc SI (Step Index) và chiết suất biến đổi GI (Graded Index), được dùng cho các hệ thống có cự ly truyền dẫn ngắn với tốc độ truyền khoảng vài chục Mb/s.

liệu không còn, được sử dụng cho các sợi đa mode GI và các sợi đơn mode và dùng cho các hệ thống truyền dẫn cự ly xa khoảng mấy chục km với tốc độ hàng Gb/s.

có cự ly truyền dẫn hàng trăm km với tốc độ lên đến hàng ngàn Gb/s.

Ghép kênh quang phân chia theo bước sóng WDM có thể ghép nhiều bước sóng truyền trên một sợi quang mà không cần tăng tốc độ truyền dẫn trên một bước sóng Công nghệ WDM tăng băng thông bằng cách tận dụng cửa sổ làm việc

của sợi quang trong khoảng bước sóng 1260 nm đến 1675 nm Khoảng bước sóng này được chia ra làm các băng hoạt động như trong Bảng 2.1.

Bảng 2.1: Sự phân chia các băng sóng trong WDM

Nguồn Bảng 1.1-Kỹ thu t thông tin quang 2-Đỗ Văn Vi t Em ật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em ệt Em

Trong hệ thống WDM thì thường sử dụng các bước sóng nằm trong các vùng có suy hao thấpnhư trên được thể hi n rõ hơn trong Hình 2.1.ệt Em

Định nghĩa WDM (Wavelength Division Multiplexing): WDM là phương thức ghép kênh quang theo bước sóng, cho phép ghép nhiều sóng quang có bước sóng khác nhau nhờ vào một bộ ghép kênh MUX (Multiplexing) rồi truyền trên 1 sợi quang Tại đầu thu thì các bước sóng khác nhau sẽ được tách ra nhờ vào một

bộ giải ghép kênh DEMUX (Demultiplexing) ở đầu bên kia của sợi quang.

Nguồn Hình 1.7-OWDM Network-Biswanath Mukherjee

Hình 2.1: Các cửa sổ có suy hao thấp sử dụng trong WDM.

Nguyên lý hoạt động của công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng được minh hoạ nhưtrong Hình 2.2.

Nguồn Hình 1.2-Kỹ thu t thông tin quang 2-Đỗ Văn Vi t Em ật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em ệt Em

Hình 2.2: Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng WDM.

Phần phát tín hiệu: Hệ thống WDM sử dụng các nguồn phát quang là các Laser có độ rộng phổ hẹp, phát ra các bước sóng ổn định, mức công suất đỉnh, bước sóng trung tâm, độ rộng phổ, độ rộng dịch tần phải nằm trong giới hạn cho phép.

Ghép/tách tín hiệu: Bộ ghép các bước sóng quang OMUX có nhiệm vụ ghép

luồng ánh sáng chung để truyền qua sợi quang Bộ ghép kênh quang này phải có suy hao nhỏ để đảm bảo tín hiệu ở đầu ra của bộ ghép kênh ít bị suy hao, giữa các kênh phải có khoảng bảo vệ nhất định để tránh nhiễu sang nhau Bộ tách tín hiệu quang ODEMUX có nhiệm vụ phân luồng tín hiệu thu được thành các kênh có bước sóng khác nhau và đi đến đầu thu riêng.

Truyền dẫn tín hiệu: Quá trình truyền tín hiệu trong sợi quang chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố: suy hao, tán sắc hay các hiệu ứng phi tuyến mà mức độ ảnh hưởng của mỗi yếu tố phụ thuộc vào loại sợi được sử dụng trong hệ thống.

Khuếch đại tín hiệu: Hệ thống WDM chủ yếu sử dụng các bộ khuếch đại quang là các bộ khuếch đại quang sợi EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) hoặc bộ khuếch đại Raman.

Thu tín hiệu: Các hệ thống WDM sử dụng các bộ tách sóng quang là các bộ PIN (Positive Intrinsic Negative) hoặc Diode quang thác APD (Avalanche Photo- Diode) để biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện, nó phải tương thích với bộ phát cả về bước sóng và đặc tính điều chế.

dung lượng của hệ thống sẽ tăng lên với hệ số N.

Dung lượng cực đại của các tuyến WDM phụ thuộc vào khoảng cách cho phép giữa các kênh Khoảng cách tối thiểu là khoảng cách mà đảm bảo được khả năng chống nhiễu xuyên kênh giữa các kênh

Các kênh tần số (hay bước sóng) của các hệ thống WDM đã được chuẩn hoá bởi ITU_T thì khoảng cách giữa các kênh bước sóng là 100 Ghz, hệ thống WDM hiện tại (có sử dụng bộ khuếch đại quang sợi pha tạp EDFA- Erbium Doped Fiber Amplifier) hoạt động trong băng C và L thì sẽ có 32 kênh bước sóng hoạt động trên mỗi băng Như vậy, nếu giữ nguyên tốc độ bit trên mỗi kênh truyền mà sử dụng công nghệ WDM thì cũng đủ làm tăng băng thông truyền trên một sợi quang lên 64 lần.

Hệ thống thông tin quang WDM có kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng lỏng CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) và kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng mật độ cao DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing).

Kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng lỏng CWDM: là kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng mà trong đó khoảng cách giữa các kênh liên tiếp nhau lớn hơn 20 nm và độ rộng phổ của một kênh là 2500 Ghz Bước sóng của laser thay đổi theo nhiệt độ nhưng đối với kỹ thuật này không cần bộ làm mát vì

khoảng cách giữa các kênh liền nhau lớn Kỹ thuật CWDM mang lại hiệu quả kinh tế cao đối với hệ thống cần ít bước sóng.

Nguồn Bảng 1.1-Chuyển mạch gói trong WDM-Ngô Đức Tiến

Khi dung lượng của h thống tăng lên thì số kênh ghép trong sợi quang tăng lên Điều này làmệt Em cho kỹ thu t CWDM khó có thể đáp ứng được nhu cầu Kỹ thu t ghép kênh quang theo bước sóngật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em ật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em

m t đ cao DWDM đã khắc phục điều đó DWDM là kỹ thu t ghép kênh theo bước sóng mà khoảngật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em ật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em cách giữa các kênh quang liền nhau truyền trên sợi quang là 0,8 nm tại vùng tần số 1550 nm và đ

r ng phổ của m t kênh tầm 100 Ghz Hi n nay, người ta còn có thể ghép được các bước sóng màệt Em khoảng cách giữa các kênh là 0,4 và 0,2 nm và đ r ng phổ lần lượt là 50 và 20 Ghz Khi đ r ng phổcủa bước sóng giảm xuống thì có nhiều yêu cầu cần phải giải quyết như: nhi t đ của Laser phát phảiệt Em

ổn định, các thiết bị tách ghép phải hoạt đ ng chính xác hơn Những yêu cầu này làm cho giá thànhcủa các thiết bị DWDM tăng lên rất nhiều so với các thiết bị của h thống CWDM Việc so sánh giữaệt Em CWDM và DWDM được minh họa như trong Bảng 2.2

2.1.2 Các phương pháp truyền dẫn sử dụng ghép kênh quang theo bước

Phương pháp truyền dẫn WDM song hướng là: ở hướng đi, các kênh quang

nhau thành một luồng tín hiệu truyền dẫn theo một chiều trên một sợi Cũng sợi

ngược lại Phương pháp này chỉ cần sử dụng một sợi quang cũng có thể thiết lập được một hệ thống truyền dẫn cho cả chiều đi và chiều về Phương pháp này được biểu diễn trong Hình 2.3.

Nguồn Hình 1.3- Kỹ thu t thông tin quang 2-Đỗ Văn Vi t Em ật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em ệt Em

Hình 2.3: Phương pháp truyền dẫn WDM song hướng.

2.1.2.2 Phương pháp truyền dẫn WDM đơn hướng

Phương pháp truyền dẫn WDM đơn hướng là: tất cả kênh quang trên cùng một sợi quang đượcghép lại thành một luồng tín hiệu và được truyền theo cùng một hướng Ở hướng đi, các kênh quangtương ứng với các bước sóng 1, 2 , , λN qua bộ ghép kênh được ghép lại với nhau thành mộtluồng tín hiệu và truyền dẫn theo một chiều trên một sợi quang đến đầu thu Ở đầu thu, bộ giải ghépbước sóng quang tách các tín hiệu có bước sóng khác nhau trong luồng tín hiệu thu được để đến cácđầu thu riêng rẽ Ở hướng ngược lại, có nguyên lý truyền giống như nguyên lý truyền ở hướng đinhưng truyền trên một sợi quang riêng biệt khác Phương pháp truyền dẫn đơn hướng được biểudiễn trong Hình 2.4

Nguồn Hình 1.3- Kỹ thu t thông tin quang 2-Đỗ Văn Vi t Em ật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em ệt Em

Hình 2.4: Phương pháp truyền dẫn WDM đơn hướng.

Hai phương pháp truyền dẫn đều có ưu nhược điểm riêng Giả sử công nghệ hiện tại cho phép truyền N bước sóng trên một sợi quang, thì có thể so sánh hai phương pháp như sau:

Đầu tiên là về dung lượng: phương pháp truyền hai hướng trên hai sợi có dung lượng cao gấp đôi so với phương pháp truyền hai hướng trên một sợi, nhưng

số sợi quang cần dùng lại nhiều gấp đôi.

Tiếp theo là khi có sự cố đứt cáp thì hệ thống truyền hai hướng trên hai sợi không cần cơ chế chuyển mạch bảo vệ tự động vì cả hai đầu liên kết đều có khả năng nhận biết tức thời sự cố.

Bên cạnh đó, khi thiết kế mạng: hệ thống song hướng khó thiết kế hơn do phải xét đến các yếu tố xuyên nhiễu do có nhiều bước sóng truyền trên một sợi quang hơn hệ thống đơn hướng, đảm bảo định tuyến và phân bố bước sóng sao cho hai chiều trên sợi quang không sử dụng chung một bước sóng.

Cuối cùng là b khuếch đại trong h thống song hướng thường có cấu trúc phức tạp hơn trongệt Em

h thống đơn hướng Nhưng do số bước sóng khuếch đại trong h thống song hướng giảm m t nửaệt Em ệt Em theo mỗi chiều, nên các b khuếch đại của h thống song hướng sẽ cho công suất quang ngõ ra lớnệt Em hơn so với h thống đơn hướng.ệt Em

2.2 Các công ngh và thành phần thiết bị WDM ệ và thành phần thiết bị WDM

Các công ngh và thành phần thiết bị ghép bước sóng quang rất đa dạng, nhưng có thể phânệt Em loại chúng như Hình 2.5

Nguồn Hình 7.6-H thống thông tin quang-Vũ Văn San ệt Em

Hình 2.5: Các thành phần thiết bị trong h thống WDM ệ và thành phần thiết bị WDM

Để đơn giản, lấy thiết bị giải ghép bước sóng để phân tích do các thiết bị WDM ở m t mức đnào đó có tính thu n nghịch, ví dụ như, b ghép bước sóng, khi đổi hướng đầu vào và đầu ra của nóật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em thì nó sẽ trở thành b giải ghép bước sóng Các b giải ghép bước sóng được chia ra làm hai loạichính theo công ngh chế tạo, đó là: công ngh WDM vi quang và công ngh WDM ghép sợi.ệt Em ệt Em ệt Em

2.2.1 Công nghệ WDM vi quang

Công ngh WDM vi quang dựa trên cơ sở lắp ráp các thành phần vi quang và được ứng dụngệt Em chủ yếu trong h thống quang sử dụng sợi đa mode Các thiết bị này dựa trên hai phương pháp côngệt Em ngh khác nhau, đó là các thiết bị có b lọc và các thiết bị phân tán góc.ệt Em

2.2.1.1 Phần tử lọc quang cho thiết bị WDM

Thiết bị lọc quang cho WDM thường là b lọc đi n môi làm vi c theo nguyên tắc phản xạ tínệt Em ệt Em

ho c m t số bước sóng tại m t thời điểm để tách ra được m t bước sóng trong nhiều bước sóng.Nguyên lý hoạt đ ng của phần tử WDM với cấu trúc sử dụng lọc giao thoa như trong Hình 2.6.

Nguồn Hình 7.7-H thống thông tin quang-Vũ Văn Sanệt Em

Hình 2.6: B tách sóng sử dụng b lọc giao thoa ộ tách sóng sử dụng bộ lọc giao thoa ộ tách sóng sử dụng bộ lọc giao thoa.

Phần tử cơ bản của bộ tách sóng là bộ lọc điện môi giao thoa, nó có cấu trúc

Hình 2.7 Bộ lọc giao thoa làm việc trên nguyên lý buồng cộng hưởng Perot, gồm hai gương phản xạ thành phần đặt cách nhau một lớp điện môi trong suốt Các màng mỏng có độ dày bằng ¼ bước sóng truyền dẫn lớn nhất.

Fabry-Nguồn Hình 7.9- Hệ thống thông tin quang-Vũ Văn San

Hình 2.7:Cấu trúc buồng lọc điện môi Fabry-Perot.

Khi chùm tia sáng chạm vào thiết bị, các hi n tượng giao thoa sẽ tạo ra những phản xạ nhiềuệt Em lần trong hốc c ng hưởng Nếu đ dày của khoảng cách là số nguyên lần nửa bước sóng của chùm

sóng tới, thì giao thoa xảy ra và bước sóng đó sẽ được truyền dẫn thông suốt nhất Các bước sóngkhác với bước sóng của buồng c ng hưởng thì sẽ bị phản xạ hoàn toàn Đường cong công suất đầu racủa b lọc như trong Hình 2.8.

Nguồn Hình 7.8- H thống thông tin quang-Vũ Văn Sanệt Em

Hình 2.8: Đường cong công suất đầu ra của b lọc quang dùng buồng c ng hưởng Fabry- ộ tách sóng sử dụng bộ lọc giao thoa ộ tách sóng sử dụng bộ lọc giao thoa.

Perot.

Có các loại b lọc giao thoa được đ c trưng bởi bước sóng cắt λc là b lọc thông thấp có λ< λc,

b lọc thông cao có λ> λc, và b lọc thông dải có λ-∆λ /2< λc< λ+∆λ /2, với ∆λ là đ r ng dải băng, T làhàm truyền đạt của b lọc như trong Hình 2.9

Nguồn Hình 7.10- H thống thông tin quang-Vũ Văn Sanệt Em

Hình 2.9: Đ c tính phổ của các b lọc: (1): lọc thông thấp, (2): lọc thông cao, (3): lọc thông ộ tách sóng sử dụng bộ lọc giao thoa.

nguồn phổ hẹp và nó còn được sử dụng khi có sự dịch bước sóng của nguồn phát

do ảnh hưởng của nhiệt độ.

Nguồn Hình 7.12- H thống thông tin quang-Vũ Văn Sanệt Em

Hình 2.10: Cấu trúc b giải ghép nhiều bước sóng ộ tách sóng sử dụng bộ lọc giao thoa.

Để tạo được thiết bị hoàn chỉnh thì người ta tạo ra cấu trúc lọc theo tầng sử dụng nhiều bộ lọc, mỗi bộ lọc có khả năng lọc được một bước sóng nhất định, muốn lọc n bước sóng thì cần n bộ lọc được sắp xếp như trong Hình 2.10.

Thực tế, người ta sử dụng các thấu kính GRIN, các b lọc cách đi n như trong Hình 2.11 để táchệt Em các bước sóng quang

GR IN L ens

GR IN L ens

GR IN L ens

h SiO

2

Lens: thấu kính

Nguồn Bài giảng thông tin quang nhiều kênh WDM-Nghiêm Xuân Anh

Hình 2.11: Cấu trúc m t b giải ghép vi quang thực tế ộ tách sóng sử dụng bộ lọc giao thoa ộ tách sóng sử dụng bộ lọc giao thoa.

Thấu kính GRIN làm vi c theo nguyên lý khúc xạ n i khi ánh sáng đi qua v t li u có chiết suấtệt Em ật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em ệt Em biến đổi Đ dài của thấu kính phụ thu c vào bước sóng sử dụng, nên có thể sử dụng chúng để táchcác bước sóng cần thiết Dải bước sóng đi đến thanh SiO2 m t phần sẽ đi đến thấu kính GRIN, thấukính này sẽ lọc bước sóng công tác của nó, phần còn lại sẽ được phản xạ lại trong thanh SiO2 đến thấukính GRIN tiếp theo Cứ như v y, sẽ tách được tất cả các bước sóng trong dải bước sóng tới đó.ật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em

2.2.1.2 Phần tử quang phân tán góc của thiết bị WDM

Phần tử quang phân tán góc sẽ tách các bước sóng khác nhau thành các chùm, hướng theo cácgóc khác nhau, tùy thu c vào bước sóng của chúng Các kênh đã được tách sẽ được h i tụ nhờ m t

ho c m t số các lăng kính và được đưa vào các sợi quang riêng rẽ như trong Hình 2.12

Nguồn Hình 7.15-H thống thông tin quang-Vũ Văn San ệt Em

Hình 2.12: Phần tử phân tán góc cho WDM.

Ban đầu, sử dụng lăng kính làm phần tử phân tán góc nhưng do nó có mức đ phân tán thấp,nên khó tách được những tia sáng có bước sóng gần nhau Sau đó, sử dụng cách tử nhiễu xạ làm phần

tử phân tán góc Cách tử nhiễu xạ được cấu tạo gồm nhiều rãnh hình răng cưa và trên rãnh có phủ

m t lớp phản xạ Khi có ánh sáng đi vào bề m t cách tử, nó sẽ được cách tử phản xạ ch ch hướngệt Em theo các góc khác nhau tùy thu c vào bước sóng như trong Hình 2.13 Có hai loại cách tử phản xạ làcách tử tuyến tính kết hợp với các phần tử h i tụ và cách tử h i tụ

Hình 2.13: Cách tử nhiễu xạ.

2.2.2 Công nghệ WDM ghép sợi

Công nghệ WDM vi quang được sử dụng hiệu quả cho sợi đa mode, nhưng không hiệu quả cho sợi đơn mode, vì phải qua các giai đoạn như phản xạ, chuẩn trực hay hội tụ trong quá trình xử lý chùm sáng, dẫn tới quang sai và trễ làm suy hao tín hiệu lớn Bộ ghép định hướng sợi được sử dụng để chia quang và kết hợp quang.

Nguyên lý hoạt động của bộ ghép sợi : Bộ ghép sợi hoạt động dựa vào việc ghép hai trường ánh sáng ngoài lõi Các bộ ghép (Couper) có tính lựa chọn bước sóng nên có thể kết hợp hoặc tách các bước sóng khác nhau Bộ ghép có hệ số ghép k liên quan đến lượng ánh sáng qua lại từ sợi này đến sợi kia Chùm ánh sáng xuất hiện ở cả hai đầu ra sẽ phụ thuộc vào khoảng cách giữa các lõi sợi, chỉ

số khúc xạ vật liệu ở giữa, đường kính lõi sợi, độ dài tương tác và bước sóng ánh sáng.

Có hai cấu trúc là bộ ghép xoắn nóng chảy và bộ ghép dựa trên việc mài bóng sợi:

Bộ ghép xoắn nóng chảy: Có hai sợi được xoắn vào nhau dưới tác dụng của nhiệt độ để hai lõi sợi đủ gần để ghép vào nhau Nhờ việc xoắn nóng chảy sợi mà

Tia tới

Tia phản xạ θ

0 1

2

3 Ø

3

Ø 1

Ø 0

chu kỳ nửa bước sóng giảm chậm (vì đoạn xoắn vuốt thon được tăng lên) nên các bước sóng sẽ được tách.

Bộ ghép dựa trên việc mài bóng sợi: Cả hai sợi được giữ trong rãnh chữ V cong và được mài bóng cho đến khi các lõi sợi của chúng gần như lộ ra Sau đó, cho chúng tiếp xúc với nhau để tạo ra bộ ghép.

Nguồn Hình 7.23- H thống thông tin quang-Vũ Văn San ệt Em

Hình 2.14: B ghép bốn bước sóng thực hi n ghép hai tầng ộ tách sóng sử dụng bộ lọc giao thoa ệ và thành phần thiết bị WDM

Các bộ ghép sợi chỉ có thể hoạt động đồng thời được với hai bước sóng, nếu

số kênh cần ghép lớn hơn hai kênh, thì phải xử lý bằng cấu hình rẽ nhánh Hình 2.14 là một ví dụ về thiết bị ghép WDM bốn bước sóng.

2.3 Các thiết bị sử dụng trong h thống WDM ệ và thành phần thiết bị WDM

Cấu trúc h thống ghép kênh quang theo bước sóng WDM bao gồm các thiết bị sau: phần tửệt Em phát và thu, thiết bị xen rẽ, thiết bị đấu nối chéo quang, b biến đổi bước sóng, b định tuyến, bkhuếch đại quang Sau đây, sẽ tìm hiểu về m t số loại thiết bị được sử dụng trong h thống WDM.ệt Em

2.3.1 Thiết bị xen /rẽ quang OADM (Optical Add/Drop Multiplexer)

B xen/rẽ quang được sử dụng trong các h thống WDM khi h thống đó cần tách ra ho cệt Em ệt Em ghép vào m t ho c nhiều kênh mà vẫn phải bảo toàn tính nguyên vẹn của các kênh khác Vai trò của

b xen/rẽ quang có thể được làm rõ thông qua ví dụ sau:

Nguồn Hình 2.7-Định tuyến và gán bước sóng trong mạng WDM

Hình 2.15: Vai trò của b OADM ộ tách sóng sử dụng bộ lọc giao thoa.

Xét m t mạng gồm ba nút A, B, C Nút A trao đổi thông tin với nút C thông qua nút B, giả thiếtrằng, các tuyến liên kết hoàn toàn song công Giả sử yêu cầu lưu lượng như sau: giữa A và B có m tbước sóng, giữa A và C có ba bước sóng Các h thống WDM điểm nối điểm được triển khai để cungệt Em cấp nhu cầu lưu lượng này Có hai giải pháp như trong Hình 2.15

Giải pháp 1: Có hai h thống điểm nối điểm, m t giữa A và B, m t giữa B và C Mỗi liên kếtệt Em điểm-điểm sử dụng m t thiết bị đầu cuối OLT ở cuối liên kết (thiết bị đầu cuối đường quang OLT-Optical Line Terminator là thiết bị được dùng ở đầu cuối của m t liên kết điểm nối điểm để ghép vàgiải ghép các bước sóng OLT gồm 3 phần tử: b tiếp sóng, b ghép các bước sóng và b khuếch đại).Mỗi nút có bốn bước sóng, do đó cần có bốn b tiếp sóng Nhưng chỉ có m t bước sóng là dành chonút B, các b tiếp sóng còn lại dùng để liên lạc giữa nút A và C Vì v y, sẽ có sáu trong tám b tiếpật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em sóng ở nút B được dùng để điều khiển lưu lượng nên rất tốn kém Giải pháp 1 được trình bày trongHình 2.15(a)

Giải pháp 2: không sử dụng h thống WDM điểm nối điểm mà sử dụng mạng định tuyến bướcệt Em sóng Ở mỗi nút A và C sử dụng m t OLT, nút B sử dụng thiết bị xen/rẽ quang OADM B OADM sẽtách lấy m t trong bốn bước sóng của node B, ba bước sóng còn lại đi xuyên qua miền quang màkhông cần các b tiếp sóng, như v y, chỉ cần sử dụng hai b tiếp sóng chứ không cần tám b tiếpật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em sóng như ở giải pháp 1, nên giảm được chi phí Giải pháp 2 được minh họa trong Hình 2.15(b)

Add/Drop a

Add/Drop

b

B OADM có nhiều kiến trúc được đề xuất để xây dựng, trong đó kỹ thu t đơn giản nhất là sửật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em dụng m t ho c nhiều b lọc, b MUX/DEMUX Nhưng có hai cấu trúc chung sau: cấu trúc song song

và cấu trúc nối tiếp

2.3.1.1 Cấu trúc song song

Trong cấu trúc song song, tất cả các kênh tín hi u đều được tách/ghép kênh, sau đó, m t sốệt Em kênh tùy ý được tách, những kênh còn lại được cấu hình đi qua m t cách thích hợp (xem Hình2.16(a)) Có thể tách m t t p các kênh tuỳ ý, vì v y, không có sự ràng bu c trên các kênh được xenật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em ật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em

và tách Vì thế, cấu hình này có ít ràng bu c nhất trong vi c thiết l p đường truyền ánh sáng (đườngệt Em ật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em truyền: là m t đường đi của tín hi u ánh sáng từ nguồn đến đích dưới dạng quang thông qua các kếtệt Em nối trung gian M t đường truyền có thể kéo dài qua nhiều tuyến truyền dẫn để cung cấp m t kết nốichuyển mạch giữa hai nút mà có thể chứa m t luồng lưu lượng lớn giữa chúng) trong mạng Ngoài ra,suy hao qua b OADM là cố định và đ c l p với số lượng kênh được xen/tách Tuy nhiên, cấu hìnhật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em này lại không hi u quả về m t kinh tế trong vi c điều khiển m t số nhỏ các kênh được tách, vì mỗiệt Em ệt Em khi cần tách m t bước sóng thì toàn b các bước sóng khác cần được tách và ghép lại với nhau Vì

v y, phải trả chi phí cho vi c tách và ghép với tất cả các kênh đi vào, không những v y, nó còn làmật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em ệt Em ật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em suy hao tăng cao hơn, do tất cả các kênh đều được tách và ghép ở mọi OADM, mỗi đường truyền phải

đi qua nhiều b lọc trước khi đến đích Nhưng cấu hình này lại có hi u quả hơn khi có m t số lượngệt Em lớn các kênh được tách và linh hoạt trong vi c thêm vào ho c lấy ra bất cứ kênh nào.ệt Em

Nguồn Hình 2.8- Định tuyến và gán bước sóng trong mạng WDM

Hình 2.16: Cấu trúc OADM song song.

λ 1 , …, λ 4

λ 1

λ w

λ 2 (a)

(b)

Dải 4

Dải 1

Để giảm chi phí của thiết kế trên, đã thực hi n như trên Hình 2.16(b) bằng vi c thực hi n haiệt Em ệt Em ệt Em giai đoạn: giai đoạn m t là tách riêng các bước sóng thành các dải, giai đoạn hai là tách các dải đóthành những bước sóng riêng rẽ Ví dụ như, m t h thống có 16 kênh thì có thể được chia thành 4ệt Em dải, mỗi dải gồm 4 bước sóng Nếu chỉ có 4 kênh được tách ở m t nút thì 12 kênh còn lại có thể giữnguyên trong các dải thay vì phải tách từng kênh riêng rẽ Ngoài ra, vi c tách kênh theo các dải choệt Em phép tín hi u đi qua với suy hao thấp hơn và tính đồng dạng suy hao tốt hơn.ệt Em

2.3.1.2 Cấu trúc nối tiếp

Trong cấu trúc nối tiếp, từng kênh được xen/tách lần lượt từ m t kênh chính và có thể gọi theotên khác là b xen tách đơn kênh SC-OADM (Single Channel OADM) Để xen/tách nhiều kênh, các SC-OADM được nối liên tiếp nhau như trong Hình 2.17

Nguồn Hình 2.8- Định tuyến và gán bước sóng trong mạng WDM

Hình 2.17: Cấu trúc OADM ghép nối tiếp.

Cấu trúc này về nhiều m t thì tương phản với cấu trúc song song Vi c xen/tách các kênh ảnhệt Em hưởng đến các kênh đang tồn tại Vì thế, cần l p kế hoạch t p bước sóng nào cần được lấy ra ở từngật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em ật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em

vị trí nhằm hạn chế tối đa ảnh hưởng này Cấu trúc này chỉ hi u quả khi m t số nhỏ các kênh đượcệt Em xen/tách, nó không hi u quả nếu số kênh cần xen/tách lớn, chi phí có thể tăng lên m t cách đáng kểệt Em

vì số thiết bị riêng rẽ phải nối lại với nhau Ngoài ra, nó còn làm tăng suy hao khi có nhiều kênh cầnxen/tách nên cần thêm b khuếch đại, do đó, sẽ làm tăng thêm chi phí của h thống Sự gia tăng suyệt Em hao với số kênh được xen/tách đóng m t vai trò quan trọng đối với h thống OADM nối tiếp Giả sử,ệt Em quỹ đường truyền cho phép m t đường truyền giữa b thu và b phát là 25 dB Xét trường hợp m tđường truyền từ nút B đến nút D được thực hi n với suy hao gần 25 dB như trong Hình 2.18(a), giảệt Em

sử, cần thêm m t kênh truyền có bước sóng khác từ nút A đến nút C, cần lắp thêm m t OADM ở nút

C để tách đường truyền mới này B OADM này gây thêm suy hao 3dB đến những kênh đi xuyên quanút C Vi c bổ xung OADM này làm suy hao từ B đến D lên thành 28 dB như trong Hình 2.18(b), doệt Em

λ1,λ2,…λw

OADM

OADM

OADM

λ1,λ2,…λw

đó, không hi u quả Để khắc phục vấn đề này thì tìm cách khôi phục đường truyền của C bằng cáchệt Em tách nó ra, đưa qua b khôi phục và ghép trở lại Điều này yêu cầu thêm m t OADM ở nút C, và làmtăng suy hao thêm 3 dB cho các kênh xuyên qua nút C Vi c này có thể lần lượt phá vỡ các đườngệt Em truyền khác đi qua C như trong Hình 2.18(c) Vì v y, vi c ghép vào hay lấy ra các kênh đều ảnh hưởngật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em ệt Em đến tất cả các đường truyền khác trong mạng Sử dụng b khuếch đại quang cùng với vi c xây dựngệt Em đường truyền cẩn th n có thể khắc phục được m t phần Trong cấu trúc nối tiếp, các kênh khôngật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em phải đi qua b lọc nào nên mỗi đường truyền chỉ đi qua hai b lọc ở nút nguồn và nút đích.

Nguồn Hình 2.8- Định tuyến và gán bước sóng trong mạng WDM

Hình 2.18: Ảnh hưởng của sự thay đổi lưu lượng mạng sử dụng OADM nối tiếp.

Để t n dụng những ưu điểm của cấu trúc song song và cấu trúc nối tiếp, còn có thêm m t cấuật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em trúc kết hợp như trong Hình 2.19

OADM

SC-A

OADM B

OADM D C

SC-X-3 dB

25 dB

OADM

SC-A

OADM B

OADM D C

SC-28 dB (a)

OADM C

OADM D

OADM

SC-C

X-6 dB

(c)

OADM

SC-Nguồn Hình 1.55-Kỹ thu t thông tin quang 2-Đỗ Văn Vi t Em ật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em ệt Em

Hình 2.19: Cấu trúc OADM kết hợp.

Trong cấu trúc này, m t nhóm kênh cố định được xen/tách từ kênh truyền chính Nhóm này sẽđược đưa qua tầng xen/tách tiếp theo để chia thành những kênh riêng bi t Các kênh thêm vàoệt Em thường được kết hợp với các b ghép đơn giản và c ng vào các kênh xuyên qua Điển hình là 4 kênh

kế tiếp nhau được tách trong số 32 kênh sử dụng m t b lọc thông dải

Cấu trúc kết hợp dung hòa giữa cấu trúc song song và cấu trúc nối tiếp Số kênh lớn nhất có thểtách được xác định bởi b lọc thông dải được sử dụng Trong vòng nhóm các kênh này thì vi cệt Em xen/tách các kênh thêm vào không làm ảnh hưởng đến các đường truyền khác trong mạng Tuynhiên, nó có cấu trúc phức tạp và đưa ra nhiều ràng bu c trong vi c gán bước sóng vì chỉ m t sốệt Em lượng cố định được tách ở mỗi vị trí Ví dụ như, nếu bước sóng λ1 được c ng ở m t nút và lấy ra ở

m t nút kế tiếp, tất cả các bước sóng khác: λ2, λ3, λ4 trong cùng băng sóng với λ1 cũng sẽ được thêmvào ở nút đó và được lấy ra ở nút tiếp theo Khi m t bước sóng được tách thu c m t băng, nó cầnđược tái sinh lại trước khi có thể được chèn lại vào trong mạng Vì v y, ở ví dụ này, các bước sóng λật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em 2,

λ3, λ4 cần được phục hồi lại ở cả hai nút Do v y, khó có thể xây dựng được quỹ đường truyền choật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em phép dung lượng quang với những bước sóng này mà không cần tái sinh lại Vấn đề này có thể khắcphục bằng cách sử dụng nhiều loại OADM, mỗi loại t p trung m t t p các bước sóng khác nhau Đâyật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em ật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em

là m t vi c phức tạp, nhưng nếu các bước sóng cần tách có thể được sắp xếp trước và mạng duy trìệt Em

cố định, thì điều này có thể chấp nh n được, nhưng với các mạng mà lưu lượng thay đổi theo thờiật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em gian thì điều này là không dễ

2.3.1.3 Cấu trúc OADM cấu hình lại

Khả năng cấu hình lại rất cần thiết cho b OADM Nó cho phép lựa chọn các bước sóng đểxen/tách, mà không cần phải lên kế hoạch và triển khai thiết bị sao cho phù hợp Điều này cho phépnhà cung cấp dịch vụ linh hoạt khi l p kế hoạch trong mạng và cho phép các đường quang được thiếtật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em

OADM

Dropλ 1 , λ 2 , λ 3 , λ 4 Add

l p và kết thúc theo yêu cầu của người sử dụng trong mạng Cấu trúc OADM cấu hình lại được minhật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em họa trong Hình 2.20.

Nguồn Hình 1.56- Kỹ thu t thông tin quang 2-Đỗ Văn Vi t Em ật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em ệt Em

Hình 2.20: Cấu trúc OADM có thể cấu hình lại.

Hình 2.20 đưa ra 1 số cấu trúc OADM khác nhau có thể cấu hình lại Hình 2.20(a) là m t biếnthể của cấu trúc song song, nó sử dụng chuyển mạch quang để xen/tách các bước sóng riêng lẻ khicần thiết Hình 2.20(b) là biến thể của cấu trúc nối tiếp, ở đó mỗi SC-OADM là m t thiết bị điều chỉnh,chúng có khả năng xen/tách m t bước sóng riêng lẻ ho c có thể cấu hình cho chúng xuyên qua

Cả hai cấu trúc này chỉ đáp ứng m t phần vấn đề cấu hình lại bởi vì các b chuyển đổi tín hi uệt Em vẫn cần được thiết kế để tạo ra sự thích nghi trong lớp quang Phân bi t sự khác nhau giữa hai loại:ệt Em

m t là b chuyển đổi tín hi u cố định bước sóng, hai là b chuyển đổi tín hi u điều chỉnh bước sóng.ệt Em ệt Em Loại thứ nhất có khả năng truyền dẫn và nh n tín hi u ở m t bước sóng cố định đ c bi t, đây làật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em ệt Em ệt Em trường hợp phổ biến nhất đối với các b chuyển đổi tín hi u ngày nay Loại thứ 2 có thể truyền vàệt Em

nh n bất kỳ bước sóng mong muốn nào Loại này sử dụng m t Laser WDM để điều chỉnh và m t bật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em thu dải r ng có khả năng nh n bất kỳ bước sóng nào.ật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em

2.3.2 B ghép tín hi u (Coupler) ộ tách sóng sử dụng bộ lọc giao thoa ệ và thành phần thiết bị WDM

OSW

dem ux

R/T T/R Bộ chuyển tiếp (a)

SC-OADM

R/T T/R

SC-OADM

R/T T/R

SC-OADM

R/T T/R

B ghép tín hi u (Coupler) là thiết bị quang dùng để kết hợp các tín hi u truyền đến từ các sợiệt Em ệt Em quang khác nhau Nếu Coupler chỉ cho ánh sáng truyền qua nó theo m t chiều thì được gọi là Couperđơn hướng, nếu Coupler cho phép ánh sáng đi qua nó theo hai chiều thì được gọi là Coupler songhướng.

Coupler thông dụng nhất là Coupler FTB, được chế tạo bằng phương pháp kéo nóng chảy: làmnóng chảy hai sợi quang cạnh nhau và kéo dài phần nóng chảy thành dạng cấu trúc thắt làm hai phần,tín hi u từ mỗi sợi được ghép lại với nhau và chia đều đến các cổng ra M t Coupler 2×2 đ c trưngệt Em bởi tỷ số ghép α (0<α<1), α là tỷ l công suất ánh sáng ngõ vào 1 đến ngõ ra 1 so với tổng công suấtệt Em ánh sáng vào ngõ vào 1 Phần tỷ l (1- α) công suất ánh sáng còn lại của ngõ vào 1 sẽ được truyền đếnệt Em ngõ ra 2

Coupler lựa chọn bước sóng khi α phụ thu c vào bước sóng và ngược lại, khi α không phụthu c vào bước sóng thì Coupler không phụ thu c vào bước sóng

Coupler hình sao N×N được tạo thành bằng cách kết nối các Coupler 3 dB (Coupler 3 dB làcoupler 2×2 khi α = 1/2, nó chia đều công suất tín hi u ngõ vào thành hai phần bằng nhau ở hai ngõệt Em ra) như Hình 2.21

Nguồn Hình 7.28-H thống thông tin quang-Vũ Văn San ệt Em

Hình 2.21: B ghép hình sao 8×8 ộ tách sóng sử dụng bộ lọc giao thoa.

2.3.2.1 Nguyên lý hoạt đ ng ộ tách sóng sử dụng bộ lọc giao thoa.

Khi hai sợi quang được đ t cạnh nhau, ánh sáng sẽ được ghép từ sợi này sang sợi kia và ngượclại Đó là do quá trình truyền mode ánh sáng trên sợi quang qua vùng ghép sẽ khác so với truyền trênsợi quang đơn Khi đó, toàn b ánh sáng thu c m t sợi quang sẽ được ghép hoàn toàn sang sợi

quang ghép với nó, phần ánh sáng này lại tiếp tục được ghép ngược trở lại sang sợi quang ban đầutheo chu kỳ tuần hoàn khép kín Kết quả là cường đ trường đi n từ ở đầu ra của b ghép Eệt Em o1, Eo2

được tính theo cường đ trường đi n từ đầu vào Eệt Em i1, Ei2 theo Công thức (2.1)

Trong đó: β: hệ số pha của sự truyền ánh sáng trong sợi quang.

k: hệ số ghép, k phụ thuộc vào chiều rộng của sợi quang, chiết suất của lõi sợi và đến khoảng cách gần nhau của hai sợi quang khi thực hiện nung chảy.

2 12

cos sin

oj ij ii

E T E

2.3.2.2 Ứng dụng

Coupler là linh ki n quang linh hoạt và có nhiều ứng dụng khác nhau: b Coupler với α ≈ 1 đượcệt Em dùng để trích m t phần nhỏ tín hi u quang, phục vụ cho mục đích giám sát; Là b ph n cơ bản đểệt Em ật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em tạo nên các thành phần quang khác như các b chuyển mạch tĩnh, các b điều chế, các b giao thoa

và b chuyển đổi bước sóng; Thực hi n tách/ghép bước sóng trên sợi quang B Coupler 2×2 đượcệt Em

ệt Em

2.3.3 Bộ định tuyến bước sóng

B định tuyến bước sóng N×N là m t thành phần WDM quan trọng Nó kết hợp chức năng của

m t b ghép hình sao với các hoạt đ ng tách/ghép kênh Các tín hi u WDM tới từ N cổng vào đượcệt Em giải ghép vào các kênh riêng và chuyển tới N cổng ra của b định tuyến sao cho tín hi u WDM tại mỗiệt Em cổng gồm các kênh từ các đầu vào khác nhau được minh họa trong Hình 2.22 Bộ ghép kênh N×N cóthể được sử dụng như một bộ định tuyến bước sóng Ngoài ra, còn có bộ định tuyến cách tử ống dẫnsóng, gồm một bộ chép hình sao N×M chia đều công suất của N kênh đầu vào cho M cổng đầu ra,cách tử được tạo ra từ M ống dẫn sóng sẽ tách các kênh khác nhau theo bước sóng của chúng, bộghép M×N thứ 2 sẽ phân phối các tín hiệu đã được tách tới các đầu ra, và được định tuyến tới N nútmạng

Nguồn Hình 2.14-Chuyển mạch gói trong mạng quang WDM-Ngô Đức Tiến

Hình 2.22: Sơ đồ b định tuyến bước sóng ộ tách sóng sử dụng bộ lọc giao thoa.

2.3.4 Thiết bị đấu nối chéo quang OXC (Optical Cross Connect)

B xen/rẽ quang OADM được sử dụng hi u quả khi điều khiển các cấu trúc mạng đơn giản, nhưệt Em các cấu trúc tuyến tính ho c cấu trúc vòng Ring với số lượng bước sóng vừa phải Nhưng đối với cáccấu trúc mắt lưới cùng với số lượng các bước sóng cần xử lý lớn hơn, đ c bi t, tại các trung tâm điềuệt Em khiển có lưu lượng cao, thì cần m t phần tử khác gọi là b đấu nối chéo OXC, b OXC cho phép cấuhình lại mạng quang Ở đó, các đường truyền có thể được thiết l p và kết thúc khi cần thiết Nó đượcật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em cấu trúc với mạch tích hợp rất lớn và khả năng nối kết hàng ngàn đầu vào/ra

2.3.4.1 Chức năng của bộ đấu nối chéo OXC

4 5

a b c d e

OXC cung cấp các chức năng sau:

Thứ nhất là cung cấp dịch vụ: OXC có thể được dùng để cung cấp một cách

tự động các đường truyền trong một mạng lớn một cách tự động mà không cần phải thao tác bằng tay Khả năng này rất quan trọng khi số bước sóng cần giải quyết lớn trong một nút hay nhiều nút trong mạng, nhất là khi các đường truyền trong mạng cần cấu hình lại để đáp ứng với sự thay đổi lưu lượng của mạng Thứ hai là chuyển đổi bước sóng: ngoài khả năng chuyển mạch tín hiệu từ cổng này đến cổng khác thì OXC còn có khả năng chuyển đổi bước sóng.

Thứ ba là khả năng giám sát, phát hiện truy nhập và định vị lỗi: OXC cho thấy tham số của một tín hiệu ở các nút trung gian OXC cho phép kiểm tra thiết

bị và giám sát các tín hiệu đi qua nó mà không làm ảnh hưởng đến tín hiệu.

Tiếp theo là bảo vệ: OXC bảo vệ các đường truyền quang không bị đứt và tránh các sự cố của các thiết bị trong mạng Bộ đấu nối chéo có thể phát hiện được sự cố trong mạng và định tuyến lại cho các đường truyền một cách nhanh chóng.

Cuối cùng là tách/ghép kênh: OXC có thể điều khiển các tín hiệu ngõ vào/ra

ở tốc độ đường quang Tuy nhiên, nó còn có khả năng tách/ghép kênh để chuyển mạch lưu lượng nội tại

Một OXC được phân chia thành hai phần theo chức năng của nó là: một trung tâm chuyển mạch và một tổ hợp các cổng giao diện Trung tâm chuyển mạch chứa bộ chuyển mạch thực hiện chức năng đấu nối chéo Tổ hợp các cổng giao diện thực hiện việc giao tiếp với các thiết bị khác thông qua card giao tiếp Các cổng giao tiếp có thể có hoặc không có các bộ biến đổi quang-điện hoặc biến đổi điện-quang.

2.3.4.2 Cấu trúc của bộ đấu nối chéo OXC

Cấu trúc của thiết bị OXC: có hai cách để thiết kế một bộ đấu nối chéo quang:

Thứ nhất: Thiết bị đấu nối quang N×N sử dụng chuyển mạch phân chia theo không gian: bao gồm N cổng đầu vào, N đầu ra, mỗi một cổng thu một tín hiệu WDM có M bước sóng Bộ giải ghép kênh sẽ tách tín hiệu thành các bước sóng riêng rẽ và phân phối bước sóng cho M bộ chuyển mạch, mỗi bộ chuyển mạch thu

N tín hiệu đầu vào tại cùng một bước sóng Cổng đầu vào và đầu ra phụ được thêm vào chuyển mạch cho phép tách ra hoặc xen vào một kênh xác định Các bộ chuyển mạch đưa đầu ra của chúng tới N bộ ghép kênh, các bộ ghép kênh này sẽ kết hợp với M đầu vào của chúng, để tạo thành tín hiệu WDM Bộ chuyển mạch được sử dụng là bộ chuyển mạch phân chia theo không gian như trong Hình 2.23.

Nguồn Hình 7.32-Hệ thống thông tin quang-Vũ Văn San

Hình 2.23: Cấu trúc OXC sử dụng chuyển mạch phân chia theo không gian.

Thứ hai: Sử dụng bộ khuếch đại Laser bán dẫn SLA (Semiconductor Laser Amplifier) như một chuyển mạch cổng Hình 2.24 mô tả chuyển mạch 4×4 Mỗi đầu vào được chia thành một số nhánh bằng các bộ chia 3 dB, mỗi nhánh đi qua một SLA, LSA này có thể chặn nó lại bằng cách hấp thụ hoặc cho nó đi qua thông qua quá trình khuếch đại tín hiệu.

Nguồn Hình 7.32-Hệ thống thông tin quang-Vũ Văn San

Hình 2.24: Bộ OXC 4×4 sử dụng bộ SLA.

2.3.4.3 Phân loại bộ đấu nối chéo OXC

Về phương diện ứng dụng, có 3 loại OXC bao gồm OXC chuyển mạch sợi FXC (Fiber XC), OXC lựa chọn bước sóng WSXC (Wavelength Selected XC) và OXC trao đổi bước sóng (Wavelength Interchange XC).

FXC chuyển mạch tất cả các bước sóng từ một sợi đầu vào đến một sợi đầu

ra, có khả năng cung cấp khả năng khôi phục và dự phòng đơn giản, nhưng lại không có tính linh hoạt trong việc hỗ trợ các dịch vụ bước sóng điểm-điểm mới WSXC chỉ chuyển mạch một nhóm bước sóng từ một sợi đầu vào đến một sợi đầu ra Nó có thể hỗ trợ các dịch vụ video phân bố hoặc từ xa, có khả năng linh hoạt trong việc khôi phục dịch vụ.

WIXC có khả năng chuyển đổi hoặc thay đổi bước sóng của kênh WIXC linh hoạt nhất so với hai loại còn lại.

2.3.5 Bộ biến đổi bước sóng.

B chuyển đổi bước sóng là thiết bị chuyển đổi tín hi u có bước sóng này ở đầu vào thành tínệt Em

hi u có bước sóng khác ở đầu ra, mà không làm thay đổi n i dung của tín hi u B chuyển đổi bướcệt Em ệt Em

sóng rất có ích trong vi c giảm xác suất tắc nghẽn mạng Nếu b chuyển đổi bước sóng được tích hợpệt Em vào trong b đấu nối chéo OXC trong mạng WDM, các kết nối có thể được thiết l p giữa nguồn vàật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em đích ngay cả khi trên tất cả các tuyến của đường đi không có sẵn cùng m t bước sóng Các b chuyểnđổi bước sóng giúp loại trừ sự bắt bu c tính liên tục về bước sóng.

Trong h thống WDM thì b chuyển đổi bước sóng có các ứng dụng sau:ệt Em

Tín hi u có thể đi vào mạng với bước sóng không thích hợp khi truyền trong mạng WDM Hi nệt Em ệt Em nay, các thiết bị sử dụng trong h thống WDM trên thế giới đa số chỉ có khả năng hoạt đ ng trên cácệt Em bước sóng thu c băng C và băng L, mà tín hi u SDH thì lại hoạt đ ng ở bước sóng 1310 nm, nếuệt Em không có thiết bị chuyển đổi bước sóng thì sẽ không truyền được tín hi u vào h thống WDM, khi đó,ệt Em ệt Em

b chuyển đổi bước sóng sẽ được đ t ở biên giới mạng WDM và mạng SDH để chuyển đổi tín hi u từệt Em bước sóng 1310 nm sang tín hi u tương thích với tín hi u trong h thống WDM theo quy định củaệt Em ệt Em ệt Em ITU_T ở vùng 1550 nm

Khi b chuyển đổi bước sóng được đ t tại các nút mạng WDM thì nó làm cho h thống có thểệt Em

sử dụng tài nguyên bước sóng hi u quả hơn và linh đ ng hơn.ệt Em

Có nhiều phương pháp chế tạo b chuyển đổi bước sóng, sau đây, sẽ tìm hiểu về bốn phươngpháp điển hình sau: phương pháp quang-đi n, phương pháp cửa quang, phương pháp giao thoa vàệt Em phương pháp tr n bốn bước sóng

2.3.5.1 Chế tạo bằng phương pháp quang-đi n ệ và thành phần thiết bị WDM

Phương pháp này là phương pháp đơn giản và phổ biến nhất Tín hi u quang có bước sóng λệt Em 1

đầu vào được chuyển thành tín hi u đi n I(t) và đi vào b phát Laser, Laser này có nhi m vụ chuyểnệt Em ệt Em ệt Em tín hi u đi n I(t) này thành tín hi u quang có bước sóng λệt Em ệt Em ệt Em 2 Tính trong suốt của thiết bị phụ thu cvào kiểu tái tạo của thiết bị đối với tín hi u:ệt Em

Tái tạo 1R: đầu thu chỉ chuyển đổi tín hi u đầu vào từ dạng năng lượng các hạt photon ánhệt Em sáng sang các hạt đi n tử, sau đó, các hạt đi n tử được khuếch đại bởi m t b khuếch đại tương tựệt Em ệt Em

RF (Radio Frequency) và phát ra tia laser với bước sóng thích hợp như minh họa trong Hình 2.25(a).Tái tạo 2R: chỉ được áp dụng khi tín hi u đầu vào là tín hi u số Tín hi u đó được sửa lại hìnhệt Em ệt Em ệt Em dạng xung bằng b logic mà không đồng b lại tín hi u nên dễ xảy ra hi n tượng Jitter như trongệt Em ệt Em Hình 2.25(b)

Tái tạo 3R: tín hi u đó được sửa lại hình dạng xung và đồng b lại tín hi u Phương pháp này cóệt Em ệt Em thể xoá bỏ được m t số ảnh hưởng đến dạng tín hi u do các yếu tố như phi tuyến, tán sắc trong sợiệt Em quang, nhiễu của b khuếch đại Nhưng để đồng b lại tín hi u, mỗi b chuyển đổi bước sóng chỉệt Em hoạt đ ng tương ứng với m t luồng tín hi u số có tốc đ bít nhất định, nên nó làm giảm tính trongệt Em suốt của thiết bị (Hình 2.25(c)).

Nguồn Hình 1.43-Kỹ thu t thông tin quang 2-Đỗ Văn Vi t Em ật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em ệt Em

Hình 2.25: Các b chuyển đổi bước sóng quang- đi n: (a) 1R, (b) 2R, (c) 3R ộ tách sóng sử dụng bộ lọc giao thoa ệ và thành phần thiết bị WDM

Phương pháp quang đi n này dễ thực hi n vì nó sử dụng các thành phần linh ki n thiết bịệt Em ệt Em ệt Em chuẩn, không nhạy cảm đối với phân cực đầu vào, có khả năng khuếch đại trên mạng lưới Tuy nhiên,

nó có nhược điểm là bị hạn chế về tính trong suốt (thông suốt) luồng quang cho tốc đ bit và dạng dữ

li u do hạn chế từ các thiết bị đi n tử, giá thành lại tương đối cao.ệt Em ệt Em

2.3.5.2 Chế tạo bằng phương pháp cửa quang

Phương pháp cửa quang t n dụng tính chất của m t số thiết bị quang có đ c tính đầu ra thayật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em đổi theo cường đ tín hi u Sự thay đổi này được chuyển đến tín hi u chưa được điều chế gọi là tínệt Em ệt Em

hi u dò (λệt Em p) có thể đi qua được thiết bị Tại đầu ra, tín hi u dò mang thông tin chứa trong tín hi uệt Em ệt Em đầu vào (λs) Phương pháp này sử dụng kỹ thu t điều chế chéo đ lợi, t n dụng hi u ứng phi tuyếnật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em ật thông tin quang 2-Đỗ Văn Việt Em ệt Em

Bộ tách sóng quang

Bộ khuếch đại

Bộ điều khiển laser

Laser

Tín hiệu nhiễu

Tín hiệu nhiễu được khuếch đại

(a)

Bộ tách sóng quang

Bộ khuếch đại

Bộ điều khiển laser

Laser Gate

Tín hiệu nhiễu

Tín hiệu được tái tạo lại (do rung

pha)

Bộ tách sóng quang

Bộ khuếch đại

Bộ điều

Gate

Xử lý bít mào đầu giám sát đặc tính

Tín hiệu nhiễu

Tín hiệu được điều chỉnh thời gian và tái tạo

lại

Bộ phục hồi thời gian

Xung đồng hồ (b)

(c)