tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật TỔNG QUAN hệ THỐNG THÔNG TIN cáp quang

Kỹthuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM Wavelengh Division Multiplexer ra đời, cho phép nâng cao dung lượng truyền dẫn của hệ thống lên rất lớn màkhông cần phải tăng thêm sợi quan

MỤC LỤC

CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH VẼ 8

DANH MỤC BẢNG BIỂU 10

LỜI NÓI ĐẦU 11

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN WDM 13

1.1 Cấu trúc tổng quát của hệ thống thông tin quang13

1.2 Những tồn tại và xu hướng phát triển của hệ thống thông tin quang 151.2.1 Những tồn tại của hệ thống quang15

1.2.2 Xu hướng phát triển của hệ thống quang 16

1.3 Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng WDM 17

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

22

1.4.1 Phương pháp truyền dẫn WDM đơn hướng 22

1.4.2 Phương pháp truyền dẫn WDM song hướng 22

1.5 Nguyên lý hoạt động của hệ thống WDM24

1.6 Một số tham số kỹ thuật trong hệ thống WDM 25

1.6.1 Suy hao xen 26

1.6.2 Suy hao xuyên kênh26

1.6.3 Độ rộng kênh và khoảng cách kênh 28

2.1 Các loại cáp quang được khuyến nghị sử dụng trong hệ thống WDM 342.1.1 Sợi SSMF (single-mode optical fibre cable) hay sợi G.652 34

2.1.2 Sợi DSF hay sợi G.653 35

2.1.3 Sợi CSF hay sợi G.654 36

2.1.4 Sợi NZ-DSF hay sợi G.655 36

2.5 Bộ định tuyến bước sóng 42

2.6 Thiết bị đấu nối chéo quang OXC (Optical Cross Connect) 43

2.6.1 Chức năng của bộ đấu nối chéo OXC 43

2.6.2 Cấu trúc của bộ đấu nối chéo OXC 44

2.7 Bộ biến đổi bước sóng 45

2.8 Bộ khuếch đại quang sợi EDFA 46

2.8.1 Cấu trúc của EDFA 47

2.8.2 Nhiệm vụ của EDFA 48

3.2 Mạng WDM hình vòng 56

3.2.1 Kết cấu vòng hai sợi một chiều 57

3.2.2 Kết cấu vòng hai chiều hai sợi 58

4.2.2 Đặc điểm kỹ thuật của hệ thống WDM 75

4.3 Xây dựng cấu hình cụ thể tuyến truyền dẫn Bắc Nam 764.4 Đề xuất lựa chọn phương án tăng dung lượng 80

4.5 Xây dựng cấu hình tuyến và tính toán hiệu quả kinh tế 844.6 Hướng phát triển của WDM 90

4.7 Hệ thống cáp quang Bắc - Nam DWDM 40Gbps Nortel 90

CÁC TỪ VIẾT TẮT

ADM Add/Drop Multiplexer Bộ ghép kênh xen/rẽ

AM Amplitude Modulation Điều chế biên độ

APD Avalanche Photodiode Diode quang thác

ASE Amplifier Spontaneous

Emission

Bức xạ tự phát được khuếch đại

BER Bit Error Ratio Tỷ lệ lỗi bit

CATV Cable Television Truyền hình cáp

CWDM Coarse Wavelength Division

Multiplexing

Ghép kênh theo bước sóng lỏng

CPM Cross Phase Modulation Điều chế chéo pha

DBF Distributed Feedback laser Laser hồi tiếp phân bố

DCF Dispersion Compensating Fiber Sợi bù tán sắc

DST Dispersion Shifted Fiber Sợi tán sắc dịch chuyển

EMI Electromagnetic Interference Nhiễu điện từ

ESI External Synchronous Interface Giao tiếp đồng bộ ngoài

FBG Fiber Bragg Grating Cách tử sợi Bragg

FEC Forward Error Correction Khối sửa lỗi trước

FM Frequency Modulation Điều tần

GVD Group Velocity Dispersion Tán sắc vận tốc nhóm

IDTV Integrated Digital Television Truyền hình số tích hợp

IM-DD Intensity Modulation- Direct

Liên minh viễn thông quốc tế

LAN Local Area Network Mạng cục bộ

LA Line Amplifier Bộ khuếch đại đường truyền

LASER Light Amplication by Stimulate

Emission of Radiation

LED Light Emitting Diode Diode phát quang

LTE Line Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối đường dây

MAN Metropolitan Area Network Mạng khu vực đô thị

OADM Optical Add/DropMultiplexer Bộ xen/tách quang

OLT Optical Line Terminator Thiết bị đầu cuối đường quangOMUX Optical Multiplexing Ghép kênh quang

OPC Optical Phase Combiner Bộ kết hợp pha quang

OTDM Optical Time Division

Multiplexing

Ghép kênh quang phân chia theothời gian

O/E Optical - Electric Converter Bộ biến đổi quang/điện

OPM Optical Performance Monitor Thiết bị giám sát mạng quangOSC Optical Supervisor/Service

Channel

Kênh giám sát quang

OTN Optical Transport Network Mạng truyền tải quang

OTPM Optical Translator Port Module Module cổng chuyển đổi quangOUT Optical Translator Unit Đơn vị chuyển đổi quang

OXC Optical Cross Connect Bộ nối chéo quang

PDC Passive Dispersion Compensator Bù tán sắc thụ động

PIN Positive Intrinsic Negative Cấu trúc PIN

PON Passive Optical Networks Mạng quang thụ động

SBS Stimulated Brillouin Scattering Tán xạ Brillouin kích thích

SC- Single Channel OADM OADM đơn kênh

SDH Synchronous Digital Hierachy Phân cấp số đồng bộ

SLA Semiconductor Laser Amplifier Bộ khuếch đại Laser bán dẫnSOA Signal Optical Amplifier Bộ khuếch đại tín hiệu quangSONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ

SPM Self-Phase Modulation Hiệu ứng tự điều chế pha

SRS Stimulated Raman Scattering Hiệu ứng Raman kích thích

S/N Signal to Noise ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời

WIXC Wavelength Interchange XC OXC trao đổi bước sóng

WSXC Wavelength Selected XC OXC lựa chọn bước sóng

DANH MỤC HèNH VẼHỡnh 1.1 Cấu trỳc của hệ thống thụng tin quang .

……….13

Hỡnh 1.2: Nguyờn lý ghép kờnh quang theo bước sóng WDM 18

Hỡnh 1.3: Cỏc cửa sổ có suy hao thấp sử dụng trong WDM 21

Hỡnh 1.4: Phương phỏp truyền dẫn WDM đơn hướng 22

Hỡnh 1.5: Phương phỏp truyền dẫn WDM song hướng 23

Hỡnh 1.6 Sơ đồ hệ thống WDM……….23Hỡnh 1.7 Xuyờn õm trong hệ thống 27

Hình 1.8 Khoảng cách kênh và độ rộng kênh 28

Hỡnh 2.1 Phõn loại sợi quang theo tỏn sắc 37

Hỡnh 2.2 Vai trũ của bộ OADM 39

Hỡnh 2.3: Bộ ghép hỡnh sao41

Hỡnh 2.4 Sơ đồ bộ định tuyến bước sóng 43

Hỡnh 2.5: Cấu trỳc OXC sử dụng chuyển mạch phõn chia theo khụng gian 45Hỡnh 2.6 Bộ OXC 4ì4 sử dụng bộ SLA 45

Hình 2.7 Bơm cùng chiều 47

Hình 2.8 Bơm ngược chiều 47

Hỡnh 2.9 Bơm hai chiều 48

Hỡnh 2.10 Vị trí của EDFA trờn tuyến thụng tin quang 48

Hỡnh 2.11: Bộ lọc màng mỏng điện mụi 50

Hình 2.12 Nguyên lý hoạt động của bộ lọc Fabry-Perot 50

Hình 2.13: Hàm truyền đạt của bộ lọc Fabry-Parot 51

Hình 2.14 Thiết bị OLT 52

Hình 3.1: Tôpô dạng hình vòng 56

Hình 3.2 Kết cấu chức năng của OADM 57

Hình 3.3 Cấu hình vòng một chiều hai sợi 58

Hình 3.4 Cấu hình vòng hai chiều hai sợi 59

Hình 3.5 Cấu hình tuyến cáp quang AA- BB-CC 61

Hình 3.6 Cấu hình liên kết giữa các Ring với backbone 64

Hình 3.7 Cấu hình liên kết giữa AA-BB với BB-CC ( 32 bước sóng) 64

Hình 3.8 Cấu hình liên kết giữa Ring của AA với Backbone ( 32 bước sóng)

65

Hình 3.9 Cấu hình liên kết giữa Ring của CC với backbone ( 32 bước sóng) 65Hình 3.10: Tuyến thông tin quang WDM điểm-điểm 66

Hình 3.11 Mạng WDM hình sao quảng bá 68

Hình 3.12 Sơ đồ khối mạng WDMA 69

Hình 4.1 Mạng cáp quang đường trục Bắc Nam 72

Hình 4.2 Bốn vòng ring mạng cáp quang đường trục Bắc Nam 73

Hình 4.3 Sơ đồ tuyến cáp quang trục Bắc - Nam 77

H×nh 4.4 C¬ chÕ b¶o vÖ vµ kÕt nèi gi÷a các Ring 78

Hình 4.5 Sơ đồ xếp các bước sóng trên các nút 20Gb/s 84

Hình 4.6 Mô hình thiết bị WADM………84Hình 4.7 Bố trí các thiết bị giữa hai nút RING 85

Hình 4.8 Phân bố cự ly và suy hao đoạn HNI- VIN 86

Hình 4.9 Sơ đồ nguyên lý đấu nối tại nút VIN 87

Hình 4.10 Cấu hình Ring 2 88

Hình 4.11 Phân bố cự ly và suy hao trên đường dây 500KV 88Hình 4.12 Sơ đồ mạng lưới hệ thống Long Haul 92

DANH MỤC BẢNG BIỂUBảng 1.1: Bảng so sánh giữa CWDM và DWDM 9

Bảng 1.2: Sự phân chia các băng sóng trong WDM 9

Bảng 1.3 Cự ly bị hạn chế bởi tán sắc khi không có trạm lặp 9Bảng 4.1 : Mã các tỉnh thành của Việt Nam 9

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, sự phát triển của các dịch vụ thoại và phi thoạitạo ra một sự bùng nổ về dung lượng Hệ thống thông tin quang đơn mode đã làmột mạng thông tin tiên tiến, nhưng nó chưa tận dụng được băng thông lớn của sợiquang một cách hữu hiệu, do mỗi sợi quang chỉ truyền được 1 kênh Vì vậy cầnphải cải thiện các hệ thống thông tin quang có sẵn bằng các kỹ thuật tiến tiến vớichi phí thấp bằng cách ghép nhiều bước sóng cùng truyền trên một sợi quang Kỹthuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM (Wavelengh Division Multiplexer)

ra đời, cho phép nâng cao dung lượng truyền dẫn của hệ thống lên rất lớn màkhông cần phải tăng thêm sợi quang và tận dụng được băng tần lớn của sợi quang

do có thể ghép nhiều kênh bước sóng trên cùng một sợi quang Kỹ thuật ghép kênhquang theo bước sóng đang được ứng dụng rộng rãi trong các mạng viễn thông Sựphát triển của công nghệ WDM cùng với công nghệ khuếch đại quang và chuyểnmạch quang sẽ tạo nên một mạng thông tin thế hệ mới: mạng thông tin toàn quang

Công nghệ WDM là công nghệ ghép kênh theo bước sóng đã tận dụng hữuhiệu nguồn tài nguyên băng rộng trong khu vực tổn hao thấp của sợi quang đơnmode Công nghệ ghép kênh WDM nâng cao dung lượng truyền dẫn của hệ thống

mà không cần phải tăng tốc độ của từng kênh trên mỗi bước sóng

Công nghệ WDM chính là giải pháp tiên tiến trong kỹ thuật thông tin quang,đáp ứng được nhu cầu truyền dẫn của hệ thống

Vì vậy “ Nghiên cứu hệ thống thông tin cáp sợi quang WDM và ứng dụngtrong đường trục viễn thông Bắc Nam”là một yêu cầu quan trọng nhằm tăng dunglượng truyền dẫn của mạng, đáp ứng được nhu cầu phát triển của các dịch vụ trongtương lai

Xuất phát từ mong muốn tìm hiểu hệ thống thông tin quang sử dụng kỹ thuậtWDM và được sự đồng ý của Thầy hướng dẫn, em đã thực hiện luận văn tốt

nghiệp: “Nghiên cứu hệ thống thông tin cáp sợi quang WDM và ứng dụng trong đường trục viễn thông Bắc Nam” Luận văn gồm 4 chương được khái quát như sau:

Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin cáp sợi quang WDM

Chương này trình bày khái quát về quá trình phát triển của hệ thống thôngtin quang, đặc điểm, những vấn đề còn tồn tại và xu thế phát triển của hệ thốngquang Từ đó nêu bật những ưu điểm khi hệ thống WDM ra đời

Trình bày nguyên lý cơ bản, phân loại, đặc điểm và các kỹ thuật cần quantâm của hệ thống WDM

Chương 4: Hệ thống WDM trong mạng đường trục Bắc - Nam.

Ứng dụng lý thuyết của ba chương trước vào bài toán cụ thể để giải quyếtvấn đề cho tuyến đường trục Bắc – Nam Đưa ra các vòng Ring trong mạng Back-Bone Việt Nam, cách liên kết và bảo vệ các vòng ring Xây dựng cấu hình tuyến vàtính toán hiệu quả kinh tế và phương án tăng dung lượng mạng

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN

CÁP SỢI QUANG WDM

Trong kỹ thuật thông tin quang mỗi sợi quang chỉ có thể truyền tín hiệu quang

từ một nguồn phát tới một nguồn phát tới một bộ tách quang ở đầu thu, Các tín hiệu

từ các nguồn quang khác nhau đòi hỏi các sợi xác định và riêng biệt Trong thực tếthì nguồn quang có độ rộng phổ tương đối hẹp, do vậy phương pháp này chỉ sửdụng một phần băng tần vốn rất lớn của sợi quang Về mặt lý thuyết có thể làmtăng đáng kể dung lượng tuyến truyền dẫn của hệ thống bằng cách truyền đồng thờinhiều tín hiệu quang trên cùng một sợi nếu các nguồn phát có phổ cách nhau mộtcách hợp lý và ở đầu thu có thể thu được các tín hiệu quang riêng biệt nếu phần thucó các bộ tách bước sóng Đây chính là cơ sở của kỹ thuật ghép kênh theo bướcsóng WDM

Cấu trúc tổng quát của hệ thống thông tin quang

Tuyến thông tin quang bao gồm: Bộ phát quang, sợi quang, khuếch đạiquang và bộ thu quang Mô hình chung của tuyến thông tin quang như sau:

Hình 1.1 Cấu trúc của hệ thống thông tin quang Tín hiệu cần truyền đi sẽ được phát vào môi trường truyền dẫn tương ứng

và ở đầu thu sẽ thu lại tín hiệu cần truyền Như vậy, tín hiệu đã được thông tin từnơi gửi tín hiệu đi tới nơi nhận tín hiệu đến Môi trường truyền dẫn ở đây chính làsợi dẫn quang, nó thực hiện truyền ánh sáng mang tín hiệu thông tin từ phía pháttới phía thu

Mã

hoá

Giải mã

quang

Thiết

bị phátquang

Sợi quang

Bộ lặp

Thiết

bị thu quang

Đặc tuyến suy hao của sợi quang theo bước sóng tồn tại ba vùng mà tại đócó suy hao thấp là các vùng xung quanh bước sóng 850 nm, 1310 nm và 1550 nm.

Ba vùng bước sóng này được sử dụng cho các hệ thống thông tin quang và gọi làcác vùng cửa sổ thứ nhất, thứ hai và thứ ba tương ứng Thời kỳ đầu của kỹ thuậtthông tin quang, cửa sổ thứ nhất được sử dụng Nhưng sau này do công nghệ chếtạo sợi phát triển mạnh, suy hao sợi ở hai cửa sổ sau rất nhỏ cho nên các hệ thốngthông tin quang ngày nay chủ yếu hoạt động ở vùng cửa sổ thứ hai và thứ ba

Nguồn phát quang ở thiết bị phát có thể sử dụng diode phát quang (LED)hoặc Laser bán dẫn (LD) Cả hai loại nguồn phát này đều phù hợp cho các hệ thốngthông tin quang, với tín hiệu quang đầu ra có tham số biến đổi tương ứng với sựthay đổi của dòng điều biến Tín hiệu điện ở đầu vào thiết bị phát ở dạng số hoặcđôi khi có dạng tương tự Thiết bị phát sẽ thực hiện biến đổi tín hiệu này thành tínhiệu quang tương ứng và công suất quang đầu ra sẽ phụ thuộc vào sự thay đổi củacường độ dòng điều biến Bước sóng làm việc của nguồn phát quang cơ bản phụthuộc vào vật liệu cấu tạo Đoạn sợi quang ra của nguồn phát quang phải phù hợpvới sợi dẫn quang được khai thác trên tuyến

Tín hiệu ánh sáng đã được điều chế tại nguồn phát quang sẽ lan truyềndọc theo sợi dẫn quang để tới phần thu quang Khi truyền trên sợi dẫn quang, tínhiệu ánh sáng thường bị suy hao và méo do các yếu tố hấp thụ, tán xạ, tán sắc gâynên Bộ tách sóng quang ở đầu thu thực hiện tiếp nhận ánh sáng và tách lấy tín hiệu

từ hướng phát đưa tới Tín hiệu quang được biến đổi trở lại thành tín hiệu điện Cácphotodiode PIN và photodiode thác APD đều có thể sử dụng để làm các bộ táchsóng quang trong các hệ thống thông tin quang, cả hai loại này đều có hiệu suất làmviệc cao và có tốc độ chuyển đổi nhanh Các vật liệu bán dẫn chế tạo các bộ táchsóng quang sẽ quyết định bước sóng làm việc của chúng và đoạn sợi quang đầu vàocác bộ tách sóng quang cũng phải phù hợp với sợi dẫn quang được sử dụng trêntuyến lắp đặt Đặc tính quan trọng nhất của thiết bị thu quang là độ nhạy thu quang,nó mô tả công suất quang nhỏ nhất có thể thu được ở một tốc độ truyền dẫn số nàođó ứng với tỷ lệ lỗi bít cho phép của hệ thống

Khi khoảng cách truyền dẫn khá dài, tới một cự ly nào đó, tín hiệu quangtrong sợi bị suy hao khá nhiều thì cần thiết phải có trạm lặp quang đặt trên tuyến.Cấu trúc của thiết bị trạm lặp quang gồm có thiết bị phát và thiết bị thu ghép Thiết

bị thu ở trạm lặp sẽ thu tín hiệu quang yếu rồi tiến hành biến đổi thành tín hiệuđiện, khuếch đại tín hiệu này, sửa dạng và đưa vào thiết bị phát quang Thiết bị phátquang thực hiện biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang rồi lại phát tiếp vàođường truyền Những năm gần đây, các bộ khuếch đại quang đã được sử dụng đểthay thế một phần các thiết bị trạm lặp quang

Trong các tuyến thông tin quang điểm nối điểm thông thường, mỗi mộtsợi quang sẽ có một nguồn phát quang ở phía phát và một bộ tách sóng quang ởphía thu Các nguồn phát quang khác nhau sẽ cho ra các luồng ánh sáng mang tínhiệu khác nhau và phát vào sợi dẫn quang khác nhau, bộ tách sóng quang tươngứng sẽ nhận tín hiệu từ sợi này Như vậy muốn tăng dung lượng của hệ thống thìphải sử dụng thêm sợi quang Với hệ thống quang như vậy, dải phổ của tín hiệuquang truyền qua sợi thực tế rất hẹp so với dải thông mà các sợi truyền dẫn quangcó thể truyền dẫn với suy hao nhỏ

Vì vậy, đã dẫn đến một ý tưởng hợp lý khi cho rằng có thể truyền dẫnđồng thời nhiều tín hiệu quang từ các nguồn quang có bước sóng phát khác nhautrên cùng một sợi quang Kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM sẽ thựchiện ý tưởng này

1.1 Những tồn tại và xu hướng phát triển của hệ thống thông tin quang

1.1.1 Những tồn tại của hệ thống quang

Ngoài những nhược điểm của hệ thống quang được nêu ở trên thì trong hệthống thông tin quang hiện nay mà chủ yếu là hệ thống quang đơn kênh còn cónhững tồn tại sau: Các hệ thống quang thường có dung lượng thấp (<10 Gb/s) doảnh hưởng của tán sắc, hiệu ứng phi tuyến sợi, trong khi đó băng tần của sợi quang

là rất lớn (> 1 Thz) Mạch điện trong hệ thống làm hạn chế tốc độ và cự ly truyềndẫn Khi tốc độ hệ thống đạt đến mấy chục Gb/s thì làm cho cự ly truyền dẫn ngắnlại, 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 rấttốn 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 trọngđòi hỏi tốc độ đáp ứng nhanh, tốc độ xử lý tín hiệu cao đã khắc phục được nhượcđiểm 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 sửdụng băng tần lớn của sợi đơn mode nên tạo ra khả năng truyền tải cho các ứngdụng tốc độ cao hiện tại và tương lai

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

1.1.2 Xu hướng phát triển của hệ thống quang

Với sự phát triển không ngừng của thông tin viễn thông hiện nay thì hệthống 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 chínhtrong việc truyền tín hiệu ở các tuyến đường trục và các tuyến xuyên lục địa, xuyênđại 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 khôngcó trễ, không có can nhiễu, suy hao trên đường truyền nhỏ, quãng đường truyền làngắn nhất so với sợi đa mode đã làm tăng được khoảng cách của tuyến truyền dẫnquang 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 dunglượng 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 dụngđược băng thông lớn của sợi quang, mà muốn nâng cao dung lượng của hệ thốngthì lại phải sử dụng thêm sợi quang nên người ta lại nghĩ đến phương thức cải thiệnnhược 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 (WavelengthDivision 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 côngnghệ làm giảm các yếu tố chính ảnh hưởng đến hệ thống truyền dẫn quang như suyhao, 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 đápứng rất tốt nhưng lại quá phức tạp nên giá thành của hệ thống lại trở thành vấn đềđáng quan tâm, vì vậy, hệ thống WDM đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãitrong các hệ thống thông tin quang hiện nay Ngoài ra, người ta còn cải tiến côngnghệ WDM bằng các công nghệ ghép kênh theo bước sóng mật độ cao DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing) và ghép kênh theo bước sóng lỏngCWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing)

Như vậy, hệ thống thông tin quang đã phát triển không ngừng từ việc táchghép cố định tuyến quang đến chuyển mạch tuyến quang và đang tiến tới các hệthống thông tin quang sử dụng kỹ thuật chuyển mạch gói quang Ở nước ta, thôngtin cáp sợi quang đang ngày càng chiếm vị trí quan trọng Các tuyến cáp quangđược hình thành đặc biệt là hệ thống cáp quang Hà Nội-Thành Phố Hồ Chí Minhchiếm một vị trí quan trọng trong hệ thống thông tin toàn quốc

Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng WDM

Trong hệ thống WDM, tín hiệu điện của từng kênh quang được điều chế vớicác sóng mang quang khác nhau Sau đó, chúng được ghép lại và truyền trên cùngmột sợi quang đến đầu thu Phía thu thực hiện quá trình tách tín hiệu quang thành

các kênh quang riêng biệt có bước sóng khác nhau Mỗi kênh này được đưa đếnmột máy thu riêng Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóngđược thể hiện nhưsau:

Hình 1.2: Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng WDM

Công nghệ WDM cho phép khai thác được tiềm năng băng thông to lớn củasợi quang Chỉ riêng cửa sổ quang 1550 nm thì dải bước sóng có thể sử dụng là

1500 nm – 1600 nm tương ứng với dải tần rộng cỡ 12,5 THz Hệ thống gồm cácphần sau:

Phần phát tín hiệu: Hệ thống WDM sử dụng các nguồn phát quang là cácLaser có độ rộng phổ hẹp, phát ra các bước sóng ổn định, mức công suất đỉnh, bướcsóng 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 MUX có nhiệm vụ ghép cácbước sóng khác nhau λ1, λ2, λ3,…, λN từ các nguồn quang khác nhau thành mộtluồng ánh sáng chung để truyền qua sợi quang Bộ ghép kênh quang này phải cósuy hao nhỏ để đảm bảo tín hiệu ở đầu ra của bộ ghép kênh ít bị suy hao, giữa cáckênh phải có khoảng bảo vệ nhất định để tránh nhiễu sang nhau Bộ tách tín hiệuquang DEMUX có nhiệm vụ phân luồng tín hiệu thu được thành các kênh có bướcsóng khác nhau và đi đến đầu thu riêng

hiệu

Tách tín hiệu

Thu tín hiệu Khuếch đại tín hiệu

Sợi quang

Truyền dẫn tín hiệu: Quá trình truyền tín hiệu trong sợi quang chịu ảnhhưởng của nhiều yếu tố: suy hao, tán sắc hay các hiệu ứng phi tuyến mà mức độảnh 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 đạiquang 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 vềbước sóng và đặc tính điều chế

Khi N kênh tại tốc độ bit B1, B2, …, BN được truyền đồng thời qua sợi có độdài L, thì B.L = (B1+ B2+…+ BN)L Khi tốc độ bit đồng đều, tức B1=B2=…=BN thìdung lượng của hệ thống sẽ tăng lên với hệ số N

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

Các kênh tần số (hay bước sóng) của các hệ thống WDM đã được chuẩn hoá bởiITU_T thì khoảng cách giữa các kênh bước sóng là 100 Ghz, hệ thống WDM hiệntại hoạt động trong băng C và L thì sẽ có 32 kênh bước sóng hoạt động trên mỗibăng Như vậy, nếu giữ nguyên tốc độ bit trên mỗi kênh truyền mà sử dụng côngnghệ 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 lỏngCWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) và kỹ thuật ghép kênh theobước sóng mật độ cao DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing)

Kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng lỏng CWDM: là kỹ thuật ghép kênhquang theo bước sóng mà trong đó khoảng cách giữa các kênh liên tiếp nhau lớnhơn 20 nm và độ rộng phổ của một kênh là 2500 Ghz Bước sóng của laser thay đổitheo 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

Bảng 1.1: Bảng so sánh giữa CWDM và DWDM.

Khoảng cách bước sóng ≈20 nm ≈0,8nm

Điều khiển môi trường Không Có

Nguồn Laser DFB (không làm mát) DFB (làm mát)

Tốc độ dữ liệu/ kênh 2,5 Gbit/s 10 Gbit/s

Tốc độ bít tập trung 40 Gbit/s 320 Gbit/s

Khi dung lượng của hệ thống tăng lên thì số kênh ghép trong sợi quang tănglên Điều này làm cho kỹ thuật CWDM khó có thể đáp ứng được nhu cầu Kỹ thuậtghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao DWDM đã khắc phục điều đó.DWDM là kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng mà khoảng cách giữa các kênhquang liền nhau truyền trên sợi quang là 0,8 nm tại vùng tần số 1550 nm và độ rộngphổ của một kênh tầm 100 Ghz Hiện nay, người ta còn có thể ghép được các bướcsóng mà khoảng cách giữa các kênh là 0,4 và 0,2 nm và độ rộng phổ lần lượt là 50

và 20 Ghz Khi độ rộng phổ của bước sóng giảm xuống thì có nhiều yêu cầu cầnphải giải quyết như: nhiệt độ của Laser phát phải ổn định, các thiết bị tách ghépphải hoạt động chính xác hơn Những yêu cầu này làm cho giá thành của các thiết

bị DWDM tăng lên rất nhiều so với các thiết bị của hệ thống CWDM Việc so sánhgiữa CWDM và DWDM được minh họa như trong Bảng 1.1

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

 Vùng 1: có bước sóng λ = 0.8÷0.9 nm: có hệ số suy hao αmin = 2 ÷ 3 dB/km,

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

 Vùng 2: có bước sóng λ = 1÷1.3 nm: có αmin = 0,35 dB/km, lúc này tán xạvật liệu không còn, được sử dụng cho các sợi đa mode GI, các sợi đơn mode và

dùng cho các hệ thống truyền dẫn cự ly xa khoảng mấy chục km với tốc độ hàngGb/s.

 Vùng 3: là vùng có bước sóng nằm trong khoảng 1,5 1, 7nm ; có hệ sốsuy hao αmin=0.16dB/km, được dùng chủ yếu cho sợi đơn mode, dùng cho các hệthống 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 sóngtruyền 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 sợiquang trong khoảng bước sóng 1260 nm đến 1675 nm Khoảng bước sóng nàyđược chia ra làm các băng hoạt động như trong Bảng 1.2

Bảng 1.2: Sự phân chia các băng sóng trong WDM.

Băng C Tiêu chuẩn: Conventional 1530÷1565

Trong hệ thống WDM thì thường sử dụng các bước sóng nằm trong cácvùng có suy hao thấp như trên được thể hiện rõ hơn trong Hình 1.3

Hình 1.3: Các cửa sổ có suy hao thấp sử dụng trong WDM

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

Hệ thống truyền dẫn là những hệ thống tương tác, tại mỗi đầu sẽ thực hiệnchức năng phát tín hiệu đi và nhận tín hiệu về Có hai phương pháp thiết lập hệ

thống truyền dẫn sử dụng ghép kênh quang theo bước sóng WDM, đó là truyền dẫnWDM đơn hướng và truyền dẫn WDM song hướng.

1.2.1 Phương pháp truyền dẫn WDM đơn hướng

Phương pháp truyền dẫn WDM đơn hướng là: tất cả kênh quang trên cùngmột sợi quang được ghép lại thành một luồng tín hiệu và được truyền theo cùngmột hướng Ở hướng đi, các kênh quang tương ứng với các bước sóng  1,  2 , ,

λN qua bộ ghép kênh được ghép lại với nhau thành một luồng tín hiệu và truyền dẫntheo một chiều trên một sợi quang đến đầu thu Ở đầu thu, bộ giải ghép bước sóngquang tách các tín hiệu có bước sóng khác nhau trong luồng tín hiệu thu được đểđến các đầu thu riêng rẽ Ở hướng ngược lại, có nguyên lý truyền giống như nguyênlý truyền ở hướng đi nhưng truyền trên một sợi quang riêng biệt khác Phương pháptruyền dẫn đơn hướng biểu diễn trong Hình 1.4

Hình 1.4: Phương pháp truyền dẫn WDM đơn hướng

1.2.2 Phương pháp truyền dẫn WDM song hướng

Phương pháp truyền dẫn WDM song hướng là: ở hướng đi, các kênh quangtương ứng với các bước sóng 1, 2, , i qua bộ ghép/tách kênh được ghép lại vớinhau thành một luồng tín hiệu truyền dẫn theo một chiều trên một sợi Cũng sợiquang đó, ở hướng về các bước sóng i+1, i+2, , N được truyền dẫn theo chiềungược lại Phương pháp này chỉ cần sử dụng một sợi quang cũng có thể thiết lậpđược một hệ thống truyền dẫn cho cả chiều đi và chiều về Phương pháp này đượcbiểu diễn trong Hình 1.5

Hình 1.5: Phương pháp truyền dẫn WDM song hướng.

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

Đầu tiên là về dung lượng: phương pháp truyền hai hướng trên hai sợi códung 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 sợikhông cần cơ chế chuyển mạch bảo vệ tự động vì cả hai đầu liên kết đều có khảnăng nhận biết tức thời sự cố

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

Cuối cùng là bộ khuếch đại trong hệ thống song hướng thường có cấu trúcphức tạp hơn trong hệ thống đơn hướng Nhưng do số bước sóng khuếch đại trong

hệ thống song hướng giảm một nửa theo mỗi chiều, nên các bộ khuếch đại của hệthống song hướng sẽ cho công suất quang ngõ ra lớn hơn so với hệ thống đơnhướng

1.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống WDM

Hệ thống WDM bao gồm một hoặc nhiều nguồn phát (laser), một bộ ghépkênh, một hoặc nhiều bộ khuếch đại quang (ví dụ EDFA), khối xen/rẽ (OADM),sợi quang, một bộ tách kênh và các bộ thu tương ứng với phía phát, kênh tín hiệuđiều khiển giám sát quang và hệ thống xử lý Mỗi phần tử trên hệ thống đều thựchiện những chức năng xác định một cách chính xác

Sơ đồ nguyên lý của hệ thống được minh họa ở hình 1.6 Ở đầu phát, trướctiên tín hiệu đến từ thiết bị đầu cuối được bộ chuyển đổi bước sóng quang (OWT –Optical Wavelength Translators) chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu quang cóbước sóng theo chuẩn G.652, phù hợp với phổ bước sóng quang WDM Sau đó cácbước sóng WDM theo chuẩn G.652 sẽ được tập hợp thành tín hiệu quang tổng nhờ

bộ ghép sóng quang, được khuếch đại qua các bộ khuếch đại công suất quang vàphát lên sợi quang Khi khoảng cách truyền dẫn giữa hai nút mạng quá lớn (lớn hơn

130 km), tín hiệu quang cần được khuếch đại chuyển tiếp

Ở đầu thu, bộ tiền khuếch đại sẽ khuếch đại tín hiệu quang tổng hợp (đang bịsuy giảm nhiều về công suất), tiếp đó bộ tách sóng quang sẽ tách các tín hiệu quangcó bước sóng nhất định ra khỏi tín hiệu quang tổng hợp Bộ thu quang phải đảmbảo các yêu cầu về độ nhạy, công suất quá tải, chịu đựng tín hiệu quang có tạp âm,có khả năng khuếch đại băng rộng,…

Chức năng chính của kênh tín hiệu quang giám sát là điều khiển và giám sáttình hình truyền dẫn các kênh tín hiệu quang của hệ thống WDM Ở đầu phát, tínhiệu quang giám sát sẽ được hợp với tín hiệu quang tổng và đưa ra sợi quang Ởđầu thu, tín hiệu quang giám sát sẽ được tách ra khỏi tín hiệu quang tổng hợp Cácbyte đồng bộ khung, byte nghiệp vụ, byte thông tin mào đầu (overheard), … màmạng quản lý, sử dụng đều được truyền qua kênh tín hiệu quang giám sát

Hệ thống quản lý mạng trên mạng WDM thông qua lớp vật lý của kênh tínhiệu quang giám sát truyền các byte mào đầu đến các nút trên mạng WDM Nhờvậy hệ thống quản lý mạng WDM thực hiện được các chức năng quản lý như: quản

lý cấu hình, quản lý sự cố, quản lý tính năng, quản lý bảo mật, … và kết nối với hệthống quản lý cấp cao hơn TMN (mạng quản lý viễn thông).

Hình 1.6 Sơ đồ hệ thống WDM

1.4 Một số tham số kỹ thuật trong hệ thống WDM

Hệ thống WDM có một số tham số chính, đó là khoảng cách kênh, số kênhghép, suy hao xen, suy hao xuyên kênh, độ rộng kênh Trong đó, ba tham số suy

Khuếch đại trung

Bộ phát tín hiệu điều khiển giám sát kênh quang

ls

LA

Thu/phát tín hiệu điều khiển giám sát kênh quang

Hệ thống quản lí mạng

Bộ thu tín hiệu điều khiển giám sát kênh quang

Máy thu quang

.

Bộ thu 1

Bộ tách sóng quang

Bộ thu n

Bộ thu n

hao xen, suy hao xuyên kênh, độ rộng kênh là ba tham số mô tả đặc tính của bộghép/tách kênh.

1.4.1 Suy hao xen

Suy hao xen được xác định là lượng công suất tổn hao sinh ra trong tuyếntruyền dẫn quang do tuyến có thêm các thiết bị tách/ghép kênh quang Suy hao nàybao gồm suy hao do các điểm nối ghép thiết bị WDM với sợi và suy hao do bảnthân thiết bị ghép gây ra Vì vậy, trong thực tế người thiết kế tuyến phải tính chovài dB ở mỗi đầu Suy hao xen được diễn giải tương tự như suy hao đối với các bộtách/ghép hỗn hợp (MUX/DMUX) nhưng cần lưu ý trong WDM là xét cho mộtbước sóng đặc trưng Suy hao xen được xác định như sau:

- Đối với OMUX:

) (

) ( lg 10

i i

i i

I

O L

) ( lg 10

i

i i i

I

O L

Ii(i) là công suất tín hiệu tại đầu vào thứ i củabộ ghép

Oi(i) là công suất tín hiệu tại đầu ra thứ i của bộ tách

Tham số suy hao xen luôn được các nhà chế tạo cho biết đối với từng kênhquang của thiết bị

Khi thực hiện ghép các kênh quang có bước sóng khác nhau để truyền trêncùng một sợi quang thì một phần tín hiệu của kênh này ghép sang vùng phổ củakênh khác Do đó khi tách kênh sẽ có sự rò công suất tín hiệu từ kênh thứ i có bướcsóng thứ i có bước sóng i sang các kênh có bước sóng khác với i.Ngày cả trongtrường hợp ghép kênh hoàn hảo,ở các bộ tách ghép thực tế luôn có hiện tượng ròcông suất tín hiệu từ một kênh sang kênh khác.Hiện tượng này gọi là xuyên kênh

Hình 1.7 Xuyên âm trong hệ thốngTrong thực tế luôn tồn tại hiện tượng xuyên kênh và làm giảm chất lượngtruyền dẫn Người ta đưa ra tham số suy hao xuyên kênh để đặc trưng cho khả năngtách các kênh khác nhau và được tính bằng dB như sau:

- Đối với bộ tách kênh:

i

U D

là do các kênh khác được ghép đi vào đường truyền gây ra Ví dụ, Ui(k) là xuyênnhiễu do kênh quang có bước sóng k tại đầu ra thứ i “Xuyên kênh đầu gần” là docác kênh khác ở đầu vào sinh ra Ví dụ, Pi (j ) là xuyên nhiễu do kênh Ij (j ) gây

H×nh 2.11 Xuyªn ©m trong hÖ thèng WDM

ra trờn kờnh ra thứ i Khi đưa ra sản phẩm, cỏc nhà chế tạo cũng phải cho biết suyhao kờnh đối với từng kờnh của thiết bị.

1.4.3 Độ rộng kờnh và khoảng cỏch kờnh

Độ rộng kờnh (i ) là dải bước sóng được định ra cho từng kờnh quang Độrộng kờnh bằng tổng độ rộng phổ của nguồn và khoảng phũng vệ của kờnh Bướcsóng trung tõm của nguồn quang phải nằm giữa dải bước sóng này

Khoảng cỏch kờnh là khoảng cỏch giữa hai bước sóng trung tõm của hai kờnhquang kề nhau Nếu độ rộng kờnh của cỏc kờnh quang bằng nhau thỡ độ rộng kờnhchính bằng khoảng cỏch kờnh

Khoảng cỏch tối thiểu giữa cỏc kờnh bị giới hạn bởi xuyờn nhiễu giữa cỏckờnh Khoảng cỏch giữa cỏc kờnh thường lớn hơn bốn lần tốc độ bit Nếu nguồnphỏt quang là cỏc diode laser thỡ cỏc độ rộng kờnh yờu cầu khoảng nm để đảm bảokhụng bị xuyờn nhiễu giữa cỏc kờnh do sự bất ổn của cỏc nguồn phỏt gõy ra Đốivới nguồn phỏt quang là cỏc diode phỏt quang LED, yờu cầu độ rộng kờnh phải lớnhơn 10 đến 20 lần, vỡ độ rộng phổ của loại nguồn này rộng hơn

1.4.4 Số lượng kờnh

Trong hệ thống WDM, mỗi bước sóng được coi tương ứng với một kờnhquang Số lượng kờnh bằng số lượng cỏc bước sóng được ghép lại để truyền trờncựng một sợi quang đến đầu thu Tham số này phụ thuộc vào độ rộng băng tầntruyền dẫn của sợi quang mà hệ thống sử dụng và độ rộng kờnh

Hình 1.8 Khoảng cách kênh và độ rộng kênh

Khoảng cách kênh

Độ rộng kờnhP

Giả sử các kênh quang cần truyền trong hệ thống có độ rộng phổ bằng nhau vàbằng ’i(nm) tính ở mức 3 dB Như trên đã nói, để tránh hiện tượng xuyên kênhcần có một khoảng bảo vệ giữa chúng Đặt khoảng bảo vệ này là ’’i(nm) Khi đó,

độ rộng kênh của một kênh quang là:

Trong các hệ thống điện, chất lượng bộ lọc rất tốt nên khoảng bảo vệ (’’i)thường nhỏ hơn độ rộng phổ của kênh Nhưng trong hệ thống quang, do hạn chếcủa bộ lọc nên khoảng bảo vệ (’’i) yêu cầu rất lớn ’’i thường được yêu cầu lớngấp bốn lần ’i

Băng thông sử dụng cho hệ thống WDM () nằm trong vùng cửa sổ suyhao thấp của sợi quang Băng thông này cũng được tính ở mức suy hao 3 dB Trongthực tế ta không thể sử dụng được toàn bộ dải băng này, có rất nhiều yếu tố hạn chếviệc sử dụng toàn bộ cửa sổ suy hao thấp Ví dụ, khi trên tuyến có sử dụng bộkhuếch đại quang Bộ khuếch đại có dải khuếch đại nhỏ Điều này giới hạn sốlượng kênh truyền trên sợi quang Băng thông của EDFA thường là 3035nm,ngay cả khi sử dụng các công nghệ làm phẳng phổ khuếch đại Một số yếu tố kháccũng hạn chế số lượng kênh, đó là độ ổn định và khả năng điều chỉnh của laser, sựsuy giảm của tín hiệu trong quá trình truyền dẫn gây ra bởi hiệu ứng phi tuyến,nhiễu xuyên kênh

Trong các hệ thống WDM số lượng kênh càng lớn thì dung lượng truyền dẫncàng tăng, nhưng hệ thống cũng trở nên phức tạp, yêu cầu chất lượng của các thànhphần trong hệ thống cao hơn và phải đặc biệt quan tâm đến hiện tượng xuyên kênh,suy hao do thiết bị WDM gây ra Đối với một dung lượng định trước, việc tăng sốlượng kênh sẽ làm giảm số sợi sử dụng hoặc tốc độ truyền dẫn nền Đây là mối

tương quan cần quan tâm khi áp dụng xây dựng hoặc nâng cấp các tuyến truyền dẫnquang.

1.4.5 Ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến

Đối với hệ thống thông tin sợi quang, công suất quang không lớn, sợi quangcó tính năng truyền dẫn tuyến tính, sau khi dùng EDFA, công suất quang tăng lên,trong điều kiện nhất định sợi quang sẽ thể hiện đặc tính truyền dẫn phi tuyến tính,hạn chế rất lớn tính năng của bộ khuếch đại EDFA và hạn chế cự ly truyền dẫn dàikhông có trạm lặp

Hiệu ứng phi tuyến của sợi quang chủ yếu do ảnh hưởng của hiệu ứng tán xạbao gồm:

1.4.6 Tán sắc – bù tán sắc

Sau khi sử dụng EDFA trên tuyến thì vấn đề suy hao đã được giải quyết, cự

ly truyền dẫn được nâng lên rõ rệt, nhưng tổng tán sắc cũng tăng lên Do đó, lại yêucầu phải giải quyết vấn đề tán sắc, nếu không, không thể thực hiện được việc truyềnthông tin tốc độ cao và truyền dẫn cự ly dài Bây giờ ảnh hưởng của hiệu ứng tánsắc sợi quang lại là một yếu tố hạn chế chủ yếu, nhất là đối với hệ thống tốc độ caolại lại càng thể hiện rõ rệt Ví dụ sợi quang G 652 tán sắc ở tốc độ 2,5 Gbit/s cự ly

bị hạn chế ở khoảng 928 km, nếu tốc dộ tăng lên 10 Gbit/s thì cự ly truyền dẫn bịhạn chế chỉ còn 58 km

Bảng 1.3 Cự ly bị hạn chế bởi tán sắc khi không có trạm lặp

- Tán sắc mode chỉ phụ thuộc vào kích thước sợi, đặc biệt là đường kính lõicủa sợi, tán sắc mode tồn tại ở các sợi đa mode vì các mode trong sợi này lantruyền theo các đường đi khác nhau, có cự ly đường truyền khác nhau và do đó thờigian lan truyền giữa các mode khác nhau.

- Tán sắc vật liệu: chỉ số chiết suất trong sợi quang thay đổi theo bước sóng

đã gây ra tán sắc vật liệu, vận tốc nhóm Vnhóm của mode là một hàm số của chỉ sốchiết suất, cho nên các thành phần phổ khác nhau của mode đã cho sẽ lan truyền đi

ở các tốc độ khác nhau, phụ thuộc vào bước sóng, vì thế tán sắc vật liêu là một hiệuứng tán sắc bên trong mode, và là yếu tố quan trọng đối với các sợi đơn mode vàcác hệ thống sử dụng nguồn phát quang là diode phát quang LED

- Tán sắc dẫn sóng: do sợi đơn mode chỉ giữ được khoảng 80% năng lượng

ở trong lõi, còn 20% năng lượng ánh sáng truyền trong vở sợi nhanh hơn nănglượng truyền trong lõi

Các phương pháp chính có thể sử dụng để giảm bớt ảnh hưởng của tán sắc làlàm hẹp độ rộng phổ nguồn phát hoặc sử dụng một số phương pháp bù tán sắc như:

 Sử dụng sợi G.653 ( sợi có mức tán sắc nhỏ tại cửa sổ truyền dẫn1550nm)

 Bù tán sắc bằng phương pháp điều chế tự dịch pha SPM

 Sử dụng các phần tử bù tán sắc thụ động

 Bù tán sắc bằng sợi DCF (Dispersion Compensated Fiber)

Việc sử dụng kỹ thuật WDM là một phương pháp không làm tăng mức độ tánsắc của hệ thống vì kỹ thuật WDM cho phép tăng dung lượng của hệ thống màkhông phải tăng tốc độ truyền dẫn của kênh tín hiệu

Có một loại tán sắc mà thường được bỏ qua đối với các hệ thống tốc độ thấp, nhưngđối với các hệ thống tốc độ cao thì cần phải quan tâm đến ảnh hưởng của nó, đó làtán sắc mode phân cực

1.4.7 Đặc điểm của hệ thống WDM

1.6.7.1 Ưu điểm

- Dung lượng truyền dẫn lớn: Hệ thống WDM có thể có nhiều kênh quang,mỗi kênh quang tương ứng với một tốc độ bít nào đó Do đó hệ thống WDM códung lượng truyền dẫn lớn hơn nhiều so với các hệ thống TDM Sử dụng công nghệWDM có nghĩa là trong một sợi quang có thể ghép rất nhiều kênh quang (có bướcsóng khác nhau) để truyền đi , mỗi kênh quang lại ứng với một tốc độ bit nào đó(TDM) Hiện nay đã thử nghiệm thành công hệ thống WDM 80 bước sóng với mỗibước sóng mang tín hiệu TDM tốc độ 2,5Gbit/s, tổng dung lượng hệ thống sẽ là200Gbit/s Trong khi đó với hệ thống TDM, tốc độ bit mới chỉ đạt tới STM -256(dung lượng 40 Gbit/s)

- Loại bỏ những yêu cầu khắt khe cũng như những khó khăn gặp phải với các

hệ thống TDM đơn kênh tốc độ cao: Không giống như TDM phải tăng tốc độ sốliệu khi lưu lượng truyền dẫn tăng, WDM chỉ cần mang vài tín hiệu, mỗi tín hiệuứng với một bước sóng riêng, do đó tốc độ từng kênh quang thấp Điều này làmgiảm đáng kể tác động bất lợi của các tham số truyền dẫn của tán sắc Do đó giảmđược sự phức tạp của các thiết bị TDM tốc độ cao

- Tính trong suốt của mạng WDM: Do công nghệ WDM thuộc kiến trúc lớpmạng vật lý nên có thể hỗ trợ các định dạng số liệu và thư thoại chuyển mạch kênh,ATM, Gigabit Ethernet, ESCON, IP…

+ Mạng trong suốt: Trong một dải băng thông xác định, mạng có thể truyềncác dịch vụ với bất kì tốc độ nào và với bất kỳ giao thức nào Như vậy nhà cungcấp dịch vụ có thể đáp ứng nhiều dịch vụ khác nhau bằng cách sử dụng một cơ sở

hạ tầng duy nhất Như vậy sẽ rất có lợi về mặt kinh tế và vẫn có thể triển khai cácdich vụ mới một cách hiệu quả, nhanh chóng mà không làm ảnh hưởng gì đến cácdịch vụ trước đó

- Việc nâng cấp dung lượng hệ thống thực hiện dễ dàng, linh hoạt.

- Kỹ thuật WDM cho phép tăng dung lượng mạng hiện có lên đến hàng Tbps,có thể đáp ứng nhu cầu mở rộng ở nhiều cấp độ khác nhau Bên cạnh đó nó cũng

mở ra một thị trường mới, đó là thuê kênh quang (hay bước sóng quang) ngoài việcsợi hay cáp quang việc nân cấp hệ thống đơn giản chỉ là cắm thêm các card mớitrong khi hệ thống vẫn hoạt động (Plug and Play)

- Quản lý băng tần hiệu quả và cấu hình hệ thống mềm dẻo

- Bằng cách thay đổi phương thức đinh tuyến và phân bổ bước sóng trongmạng WDM, ta có thể dễ dàng quản lý và cấu hình lại hệ thống một cách linh hoạttuỳ theo yêu cầu thực tế Hiện nay WDM là công nghệ duy nhất cho phép xây dựng

mô hình mạng truyền tải quang OTN (Optical Transport Network) cho phép xâydựng mạng quang trong suốt

- Sử dụng công nghệ WDM có thể tận dụng cơ sở hạ tầng của các mạngquang trước đó, giảm được chi phí đầu tư mới Do vậy tiết kiệm và kinh tế hơn.1.4.7.1 Nhược điểm

- Dung lượng hệ thống vẫn còn quá nhỏ bé so với băng tần sợi quang Vẫnchưa khai thác hết băng tần có thể hoạt động của sợi quang Công nghệ WDM ngàynay rất hiệu quả trong việc nâng cao dung lượng nhưng nó chưa khai thác triệt đểbăng tần rộng lớn của sợi quang Cho dù công nghệ còn phát triển nhưng dunglượng WDM cũng sẽ đạt đến giá trị giới hạn

- Chi phí cho khai thác và bảo dưỡng tăng do có nhiều hệ thống cùng hoạtđộng hơn Nếu hệ thống sử dụng sợi quang DSF theo chuẩn G.653 thì rất khó triểnkhai WDM vì khi nó xuất hiện hiện tượng trộn bốn bước sóng rất gay gắt

Hệ thống thông tin cáp sợi quang đã được đưa vào sử dụng cách đây hơn 30năm Ngày nay hệ thống WDM đã thể hiện được nhiều ưu điểm phù hợp với cácyêu cầu truyền dẫn như dung lượng cao, độ méo nhỏ, mức độ tạp âm hầu nhưkhông đáng kể vì tín hiệu được truyền trong một môi trường ổn định Hệ thốngthông tin cáp sợi quang WDM được hình thành bởi nhiều phần tử Vì vậy chương 2

tập trung nghiên cứu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM, các phần tửtrong hệ thống ghép kênh quang theo bước sóng Từ các phần tử đưa ra nguyên lý

và lựa chọn sử dụng các phần tử trong hệ thống WDM

2.1 Các loại cáp quang được khuyến nghị sử dụng trong hệ thống WDM

2.1.1 Sợi SSMF (single-mode optical fibre cable) hay sợi G.652

Sợi đơn mode là sợi truyền dẫn một mode ánh sáng Loại này có được là dođường kính lõi được giảm đến một kích thước mà nó chỉ cho phép truyền lan mộtmode ánh sáng Lõi của sợi đơn mode thường có đường kính 8m - 10m Sợiquang đơn mode có nhiều ưu điểm nổi bật so với so với sợi đa mode như suy haonhỏ và tán sắc cũng nhỏ hơn do không có tán sắc mode

Sợi SSMF là cáp đơn mode có tán sắc gần bằng không trong vùng bước sóng

1310 nm Lúc đầu, cáp này chế tạo ra nhằm mục đích tối ưu hoá sử dụng khai thác

ở vùng bước sóng này Tuy nhiên, cáp G.652 có thể được sử dụng cả ở vùng 1550

nm Khi hoạt động ở bước sóng 1550 nm thì có:

Hệ số suy hao khoảng 0,2 dB/km

2.1.2 Sợi DSF hay sợi G.653

Sau khi chế tạo cáp G.652 người ta thấy rằng:

Nếu truyền tại cửa sổ 1310 nm thì tuy tán sắc gần bằng không, nhưng lại cósuy hao quá lớn khoảng 0,4dB/km Còn nếu truyền tại bước sóng 1550 nm thì tuycó suy hao nhỏ nhưng lại có tán sắc lớn 17 ps/nm.km

Muốn truyền dẫn tại cửa sổ 1550 nm vừa có suy hao nhỏ, đồng thời lại vừamuốn có tán sắc gần bằng không, người ta đã nghĩ ra cáp G.653 bằng cách phathêm một số tạp chất vào sợi Kết quả sợi G.653 ra đời, sợi quang này tận dụngđược ưu điểm của hai vùng cửa sổ quang, đó là hệ số suy hao của vùng cửa sổ thứhai có bước sóng trung tâm là 1310 nm và hệ số tán sắc vùng cửa sổ thứ ba có bướcsóng trung tâm là 1550 nm, với suy hao sợi thực tế khoảng 0,2dB/km đồng thời cótán sắc bằng không khi truyền dẫn tại cửa sổ 1550 nm Đó là nguyên nhân vì saogọi sợi G.653 này là sợi tán sắc dịch chuyển

DSF là sợi quang đơn mode dịch tán sắc có tính năng tốt nhất ở bước sóng

1550 nm Sợi này còn được sử dụng tối ưu cho các bước sóng nằm xung quanhvùng 1550 nm (1525 nm – 1575 nm) Bằng cách thay đổi sự phân bố khúc xạ làmcho điểm sáng bằng không dịch từ cửa sổ 1310 nm tới khu vực bước sóng làm việc

1550 nm Sợi này cũng có thể dùng cho vùng bước sóng 1310 nm (1285 nm – 1340nm)

Đặc tính suy hao của sợi DSF cũng giống như sợi đơn mode không dịch tánsắc, nhưng tối ưu tán sắc tại bước sóng 1550 nm Tại bước sóng này suy hao và tánsắc của sợi DSF là bé nhất Sợi quang đơn mode DSF có suy hao nhỏ, giới hạn suyhao điển hình là (0,17dB/km - 0,25dB/km) và tán sắc cũng nhỏ cho nên rất hiệu quảcho việc ứng dụng vào các hệ thống thông tin quang hoạt động ở vùng bước sóng

1550 nm hoặc là các hệ thống sử dụng khuếch đại quang sợi EDFA, trong đó hiệuquả nhất là đối với các hệ thống đơn kênh quang

Tuy nhiên, cáp này chỉ thích hợp truyền dẫn những luồng quang bình thường,không phải ghép kênh quang tốc độ cao Khi có ghép kênh, nhất là ghép DWDMnhư hiện nay, chính việc có tán sắc gần bằng không tại cửa sổ 1550 nm đã làm cho

hiệu ứng phi tuyến trộn bốn bước sóng (FWM - Four Wave Mixing) tăng rất mạnh(nếu ghép càng nhiều kênh gần nhau) Vì hạn chế khả năng ghép kênh DWDM nhưvậy nên đây là nguyên nhân chính làm loại cáp này bây giờ được sử dụng rất ít.

2.1.3 Sợi CSF (cut-off shifted single-mode optical fibre cable) hay sợi G.654

Cáp này lại có tán sắc gần bằng không tại cửa sổ 1310 nm, và tại cửa sổ 1550

nm là khoảng 20 ps/nm.km Nhưng nó lại có suy hao tối thiểu tại cửa sổ 1550 nm(theo khuyến nghị phải < 0,22dB/km) Trên thực tế, các hãng có thể chế tạo ra cápcó suy hao nhỏ hơn Nói chung, đây là loại chế tạo ra không có dịch chuyển tán sắc(giống sợi G.652) Ngoài ra cố gắng làm giảm cực tiểu suy hao trong vùng 1550 nm

để kéo dài truyền dẫn nhất là với cáp quang biển Cáp này nó có ưu điểm nổi trội là

mở rộng băng thông hoạt động sang cả vùng băng thông quang L, tức là mở rộngphổ truyền dẫn sang tới bước sóng 1625 nm

2.1.4 Sợi NZ-DSF (non-zero dispersion shifted single-mode optical fibre cable) hay sợi G.655

Ngày nay với sự phát triển ưu thế của ghép kênh theo tần số quang mật độcao, kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM ra đời thể hiện khả năngtruyền nhiều bước sóng trên một sợi quang, lúc này cần phải chú trọng đáp ứng phituyến của sợi quang Vì đáp ứng phi tuyến nó gây ra thêm một loạt các hiệu ứng phituyến như hiệuứng trộn bốn sóng FWM, tự điều chế pha SPM (Self PhaseModulation), điều chế chéo pha XPM (Cross Phase Modulation) Trong các hiệuứng này, hiệu ứng FWM là nghiêm trọng nhất Do hiệu suất của hiệu ứng FWMphụ thuộc vào tán sắc của sợi quang cho nên sợi tán sắc dịch chuyển DSF khôngthích hợp với các hệ thống WDM có dung lượng lớn và cự ly xa Để giải quyết vấn

đề này thì sợi NZ-DSF đã ra đời nhằm chống lại giới hạn FWM của DSF để đảmbảo cho tất cả các kênh có các tốc độ khác nhau trong sợi quang Đặc tính suy haocủa sợi này tương tự như sợi đơn mode thông thường SMF, nhưng điểm nổi bật củanó là có tán sắc nhỏ nhưng khác không với giá trị tiêu biểu là 0,1ps/nm.km ≤ Dmin ≤

bằng không tại vùng cửa sổ 1550 nm Do đó, đặc điểm nổi trội nhất của nó so với

các sợi khác ở chỗ, nó được tối ưu hoá chống lại các hiệu ứng phi tuyến (nhất làFWM), để có thể truyền dẫn cho hệ thống DWDM Băng thông quy định theokhuyến nghị là băng C (1530 nm – 1565 nm) nhưng mở rộng sang cả băng L thìcàng tốt, tức là khuyến khích chế tạo mở rộng phổ truyền dẫn sang tới bước sóng

1625 nm

Có hai loại sợi NZ-DSF là loại DSF và loại -NZ-DSF Loại sợi DSF có điểm tán sắc bằng không nằm ở vùng bước sóng nhỏ hơn 1500 nm Loạisợi -NZ-DSF có điểm tán sắc bằng không nằm ở vùng bước sóng lớn hơn 1600 nm

+NZ-Sau đây là sơ đồ biểu diễn hệ số tán sắc của các loại sợi quang

Hình 2.1 Phân loại sợi quang theo tán sắc

Từ các ưu, nhược điểm của các loại sợi cáp trên thì mạng viễn thông đườngtrục của nước ta đang sử dụng cáp theo chuẩn G.652 bởi giá thành rẻ Trong tươnglai để đáp ứng nhu cầu phát triển mạnh của mạng viễn thông và các tuyến thông tintrọng điểm DWDM thì cần nên khai thác ưu điểm của sợi cáp G.655

2.2 Nguồn quang WDM

Cấu trúc của một hệ thống thông tin quang bao gồm nhiều thành phần cơ bản,một trong các thành phần cơ bản đó là nguồn quang tạo ra sóng mang quang.Nguồn quang trong hệ thống WDM không có gì khác với nguồn quang của hệthống thông tin quang khác, tuy nhiên nguồn quang được sử dụng trên tuyến truyền

dẫn tốc độ cao và rất cao, cụ thể trong hệ thống thông tin quang ghép kênh theobước sóng thường là Diode Laser (LD).

Các yêu cầu cơ bản của nguồn quang

Đơn mode: vì các lý do không tốt mà nguồn quang đa mode đem lại, rất nhiềulaser đơn mode được chế tạo như laser phản hồi phân phối và laser phản xạ Braggphân phối

Nhiễu thấp: có nhiều loại nhiễu trong thông tin quang như nhiễu pha, nhiễucường độ và nhiễu mode Nhiễu thấp rất quan trọng để giảm hệ số BER trong thôngtin

Phổ hẹp: phổ hẹp sẽ làm giảm nhiễu pha, từ đó dẫn đến giảm hiện tượnggiãn xung ánh sáng và vì vậy tăng được tốc độ truyền

Công suất ra lớn: công suất ra lớn làm tăng tỷ số Tín hiệu/Tạp âm và chophép truyền được cự ly xa hơn Để có được công suất cao, nguồn quang phải đượcthiết kế để có hiệu suất ghép cao

Dòng ngưỡng nhỏ: đối với các LD, hiện tượng laser chỉ có thể xảy ra khidòng thiên áp ngược lớn hơn một giá trị min gọi là dòng ngưỡng

Bước sóng: các sóng ánh sáng tại các bước sóng khác nhau có đặc tính lantruyền khác nhau

Độ rộng phổ điều chế lớn: trong thông tin quang có hai phương pháp điềuchế đó là điều chế trực tiếp và điều chế ngoài Điều chế trực tiếp thường được dùng,bởi vì nó đơn giản, phương pháp này sử dụng tín hiệu cần truyền để điều khiểnnguồn quang một cách trực tiếp

Độ giãn phổ nhỏ: khi một nguồn sáng được điều chế trực tiếp, phổ ra của nó

sẽ bị giãn (mở rộng), giãn phổ là do chiết suất khúc xạ ánh sáng của nguồn quang

Do phổ lớn sẽ làm tăng hiện tượng tán xạ xung nên nó cần được hạn chế

Độ tuyến tính: đối với thông tin tương tự, độ méo tín hiệu do sự không tuyếntính của nguồn sáng cần được giảm thiểu Độ không tuyến tính sẽ gây ra hiện tượngsóng và xuyên âm

Độ điều chỉnh được: đối với các ứng dụng như ghép kênh theo bước sóng,khả năng điều chỉnh được bước sóng của diode laser là rất cần thiết Một diodelaser điều chỉnh được có hai đầu mối hoặc nhiều hơn, cho phép người sử dụng điềuchỉnh được bước sóng ra Một LD điều chỉnh được gọi là tốt cần có vùng điềuchỉnh được tới vài ngàn GHz.

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

Bộ xen/rẽ quang được sử dụng trong các hệ thống WDM khi hệ thống đó cầntách ra hoặc ghép vào một hoặc nhiều kênh mà vẫn phải bảo toàn tính nguyên vẹncủa các kênh khác Vai trò của bộ xen/rẽ quang được làm rõ thông qua ví dụ sau:

Hình 2.2 Vai trò của bộ OADM

Xét một mạng gồm ba nút A, B, C Nút A trao đổi thông tin với nút C thôngqua nút B, giả thiết rằng, các tuyến liên kết hoàn toàn song công Giả sử yêu cầulưu lượng như sau: giữa A và B có một bước sóng, giữa A và C có ba bước sóng.Các hệ thống WDM điểm nối điểm được triển khai để cung cấp nhu cầu lưu lượngnày Có hai giải pháp như trong Hình 2.2

Giải pháp 1: Có hai hệ thống điểm nối điểm, một giữa A và B, một giữa B và C.Mỗi liên kết điểm-điểm sử dụng một thiết bị đầu cuối OLT ở cuối liên kết (thiết bịđầu cuối đường quang OLT-Optical Line Terminator là thiết bị được dùng ở đầu

Add/Drop a

Add/Drop

b

cuối của một liên kết điểm nối điểm để ghép và giải ghép các bước sóng Mỗi nútcó bốn bước sóng, do đó cần có bốn bộ tiếp sóng Nhưng chỉ có một bước sóng làdành cho nút B, các bộ tiếp sóng còn lại dùng để liên lạc giữa nút A và C Vì vậy,

sẽ có sáu trong tám bộ tiếp sóng ở nút B được dùng để điều khiển lưu lượng nên rấttốn kém Giải pháp 1 được trình bày trong Hình 2.2(a)

Giải pháp 2: không sử dụng hệ thống WDM điểm nối điểm mà sử dụng mạngđịnh tuyến bước sóng Ở mỗi nút A và C sử dụng một OLT, nút B sử dụng thiết bịxen/rẽ quang OADM Bộ OADM sẽ tách lấy một trong bốn bước sóng của node B,

ba bước sóng còn lại đi xuyên qua miền quang mà không cần các bộ tiếp sóng, nhưvậy, chỉ cần sử dụng hai bộ tiếp sóng chứ không cần tám bộ tiếp sóng như ở giảipháp 1, nên giảm được chi phí Giải pháp 2 được minh họa trong Hình 2.2(b)

Bộ OADM có nhiều kiến trúc được đề xuất để xây dựng, trong đó kỹ thuật đơngiản nhất là sử dụng một hoặc nhiều bộ lọc, bộ MUX/DEMUX Nhưng có hai cấutrúc chung sau: cấu trúc song song và cấu trúc nối tiếp

Bộ ghép tín hiệu (Coupler)

Bộ ghép tín hiệu (Coupler) là thiết bị quang dùng để kết hợp các tín hiệutruyền đến từ các sợi quang khác nhau Nếu Coupler chỉ cho ánh sáng truyền quanó theo một chiều thì được gọi là Couper đơn hướng, nếu Coupler cho phép ánhsáng đi qua nó theo hai chiều thì được gọi là Coupler song hướng

Coupler thông dụng nhất là Coupler FTB, được chế tạo bằng phương pháp kéonóng chảy: làm nóng chảy hai sợi quang cạnh nhau và kéo dài phần nóng chảythành dạng cấu trúc thắt làm hai phần, tín hiệu từ mỗi sợi được ghép lại với nhau vàchia đều đến các cổng ra Một Coupler 2×2 đặc trưng bởi tỷ số ghép α (0<α<1), α là

tỷ lệ công suất ánh sáng ngõ vào 1 đến ngõ ra 1 so với tổng công suất ánh sáng vàongõ vào 1 Phần tỷ lệ (1- α) công suất ánh sáng còn lại của ngõ vào 1 sẽ đượctruyền đến ngõ ra 2

Coupler lựa chọn bước sóng khi α phụ thuộc vào bước sóng và ngược lại,khi α không phụ thuộc vào bước sóng thì Coupler không phụ thuộc vào bước sóng

Coupler hình sao N×N được tạo thành bằng cách kết nối các Coupler 3 dB(Coupler 3 dB là coupler 2×2 khi α = 1/2, nó chia đều công suất tín hiệu ngõ vàothành hai phần bằng nhau ở hai ngõ ra) như Hình 2.3.

Hình 2.3: Bộ ghép hình sao

2.3.1 Nguyên lý hoạt động

Khi hai sợi quang được đặt cạnh nhau, ánh sáng sẽ được ghép từ sợi này sangsợi kia và ngược lại Đó là do quá trình truyền mode ánh sáng trên sợi quang quavùng ghép sẽ khác so với truyền trên sợi quang đơn Khi đó, toàn bộ ánh sáng thuộcmột sợi quang sẽ được ghép hoàn toàn sang sợi quang ghép với nó, phần ánh sángnày lại tiếp tục được ghép ngược trở lại sang sợi quang ban đầu theo chu kỳ tuầnhoàn khép kín Kết quả là cường độ trường điện từ ở đầu ra của bộ ghép E o1, Eo2

được tính theo cường độ trường điện từ đầu vào Ei1, 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

4