Nghiên cứu công nghệ truyền dẫn quang ghép kênh theo bước sóng wdm và những ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến lên hệ thống

Kỹ thuật này cho phép ghép các tín hiệu quang có b-ớc sóng khác nhau để truyền đi trên một sợi quang duy nhất và do vậy tăng dung l-ợng truyền dẫn trên hệ thống mà không cần phải tăng tố

Chuyªn ngµnh: ®iÖn tö viÔn th«ng

LuËn v¨n th¹c sÜ ®iÖn tö viÔn th«ng

Ng-êi h-íng dÉn Khoa häc

PGS: Vò QUÝ §IÒM

Hµ Néi - 2004

20

1.2.3.1 Bé t¸ch sãng photodiode PIN 21

2.3.1 M¸y ph¸t quang

39

2.3.4 PhÇn tö thu quang

2.3.9 Bộ đấu nối chéo quang

3.1 Giíi thiÖu chung

Trong mạng l-ới viễn thông, đ-ờng truyền là một trong những vấn đề quan trọng và luôn đ-ợc quan tâm hàng đầu của các nhà nghiên cứu về hệ thống viễn thông trên toàn thế giới Với sự phát triển mạnh mẽ của các dịch vụ thoại, phi thoại

và đặc biệt là Internet cũng nh- một số dịch vụ băng rộng khác đã tạo ra một sự bùng nổ về nhu cầu dung l-ợng truyền dẫn, việc nghiên cứu và tìm ra một giải pháp truyền dẫn phù hợp vẫn luôn là một bài toán mở cho tất cả các nhà nghiên cứu

Thông tin quang đã có những b-ớc phát triển nhảy vọt trong vài thập kỷ vừa qua đã có những tác động mạnh mẽ nh- là một cuộc cách mạng mới trong kỹ thuật viễn thông, nó đã đ-ợc thay thế cho các hệ thống cáp đồng, hay hệ thống viba… tr-ớc kia và ngày càng khẳng định đ-ợc -u thế của mình Đặc biệt, với sự ra

đời của Công nghệ truyền dẫn quang ghép kênh theo b-ớc sóng WDM (Wavelength Division Multiplexing) là giải pháp tiên tiến nhằm đáp ứng đ-ợc yêu cầu của các dịch vụ băng rộng cũng nh- đảm bảo đ-ợc những yêu cầu về chất l-ợng truyền dẫn Kỹ thuật này cho phép ghép các tín hiệu quang có b-ớc sóng khác nhau để truyền đi trên một sợi quang duy nhất và do vậy tăng dung l-ợng truyền dẫn trên hệ thống mà không cần phải tăng tốc độ của từng kênh trên mỗi b-ớc sóng

Bên cạnh lợi thế về dung l-ợng, WDM còn là b-ớc đầu tiên trên con đ-ờng tiến tới hiện thực hoá lớp mạng toàn quang ( all optical systems) Khái niệm toàn quang ở đây nhằm để chỉ nhà cung cấp dịch vụ có thể truy xuất l-u l-ợng trên giao diện quang tại các nút khác nhau Các b-ớc sóng quang có thể đ-ợc tách/ ghép vào đ-ờng truyền mà không cần phải thông qua các thiết bị đầu cuối phân cấp số

đồng bộ SDH (Synchronous Digital Hierarchy) Việc kết hợp giữa các bộ xen/ tách quang OADM (Optical Add/ Dropped Multiplexed) và các bộ đấu nối chéo quang

ly truyền dẫn xa, dung l-ợng lớn, mật độ ghép cao cũng đã nảy sinh ra nhiều vấn

đề cần quan tâm Đặc biệt là xuyên nhiễu giữa các kênh do các hiệu ứng phi tuyến gây ra trong sợi quang Nghiên cứu bản chất, tính toán đ-ợc mức độ ảnh h-ởng của các hiệu ứng phi tuyến và tìm các giải pháp để hạn chế ảnh h-ởng của chúng trong hệ thống thông tin quang WDM là một vấn đề cấp thiết

Luận án mà học viên đ-ợc giao với Đề tài ‘Nghiên cứu Công nghệ truyền

dẫn quang ghép kênh theo b-ớc sóng WDM và những ảnh h-ởng của các hiệu ứng phi tuyến lên hệ thống‘ đã cho học viên cơ hội nắm bắt sâu hơn những vấn

đề mà mình quan tâm

Sau một thời gian tìm hiểu tài liệu, bổ sung kiến thức và đặc biệt d-ới sự giúp đỡ chỉ bảo nhiệt tình, chu đáo của thầy giáo PGS Vũ Quí Điềm, tôi đã hoàn thành bản luận văn của mình với nội dung gồm 4 ch-ơng :

Ch-ơng 1 : Thông tin quang- Kỹ thuật ghép kênh trong thông tin quang Ch-ơng 2 : Ghép kênh quang theo b-ớc sóng

Ch-ơng 3 : Các hiệu ứng phi tuyến trong hệ thống WDM

Ch-ơng 4 : Hiệu ứng FWM và ph-ơng pháp đánh giá tổn thất công suất Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn sự h-ớng dẫn tận tình của thấy giáo

Vũ Quí Điềm, đồng nghiệp và bạn bè đã giúp đỡ tôi rất nhiều để tôi có thể hoàn thành bài luận văn của mình

CHƯƠNG I

THÔNG TIN QUANG - Kỹ THUậT GHéP KÊNH

TRONG THÔNG TIN QUANG.

1.1 Giới thiệu chung về hệ thống thông tin quang

1.1.1 Giới thiệu chung về hệ thống thông tin quang

Hệ thống thông tin đ-ợc hiểu một cách đơn giản là hệ thống để truyền thông tin từ nơi này đến nơi khác Khoảng cách giữa các nơi có thể là vài mét tới vài trăm kilomét, và thậm chí tới hàng chục ngàn kilomét Thông tin có thể

đ-ợc truyền qua các sóng điện với các dải tần số khác nhau từ vài Megahertz tới hàng trăm Terahertz Hệ thống thông tin quang sợi là hệ thống thông tin bằng sóng ánh sáng, và sử dụng các sợi quang để truyền thông tin Các hệ thống này đ-ợc phát triển rất nhanh và đang đ-ợc ứng dụng rộng rãi trên các mạng truyền dẫn từ những năm 1980 Trong những năm tới và t-ơng lai, các

hệ thống thông tin quang sợi - hay th-ờng gọi là các hệ thống thông tin quang vẫn là các hệ thống thông tin chủ đạo Chúng còn tiềm tàng khả năng rất lớn trong việc hiện đại hoá các mạng l-ới viễn thông trên thế giới

1.1.2 Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin quang

Từ xa x-a con ng-ời đã biết sử dụng ánh sáng để thông tin cho nhau Qua thời gian dài của lịch sử, phát triển nhân loại các hình thức thông tin phong phú dần và ngày cáng phát triển thành những hệ thống thông tin hiện

đại nh-: thông tin viba, thông tin sợi quang, thông tin vệ tinh…các hệ thống sau kế thừa và phát triển những -u điểm của các hệ thống tr-ớc Chúng th-ờng

có cự ly thông tin xa hơn, tốc độ cao hơn, linh hoạt hơn, mềm dẻo hơn nhằm thoả mãn ngày càng tốt hơn nhu cầu thông tin của con ng-ời

Năm 1880 Alexander Graham Bell giới thiệu hệ thống photophone Đối với hệ thống này, tiếng nói có thể truyền bằng ánh sáng trong môi tr-ờng không khí mà không cần dây Tuy nhiên hệ thống này ch-a áp dụng trong thực tế vì có quá nhiều nguồn nhiễu làm giảm chất l-ợng đ-ờng tryền

Năm 1934 Norman R.French đ-a ra sáng chế về hệ thống thông tin quang với ph-ơng tiện truyền dẫn là các thanh thuỷ tinh

Năm 1958, Arthur Schawlow và Charles H.Townes, xây dựng phát triển LASER

Năm 1960, Theodor H.Mainman đ-a LASER vào hoạt động thành công

đã mở ra một thời kỳ mới có ý nghĩa rất to lớn trong lịch sử của Kỹ thuật thông tin quang Theo lý thuyết, nó cho phép con ng-ời thực hiện thông tin với l-ợng tin rất lớn v-ợt rất nhiều lần so với hệ thống viba hiện có

Thành phần đầu tiên quyết định sự ra đời của hệ thống thông tin quang

là sợi quang Các sợi quang lần đầu tiên đ-ợc chế tạo có suy hao rất lớn tới khoảng 1000dB/km Tiếp sau đó, năm 1960 Kao, Hockman và Werts đã nhận thấy rằng suy hao trong sợi quang chủ yếu là do tạp chất có trong vật liệu sợi

và chắc chắn sẽ tồn tại một dải b-ớc sóng nào đó trong dải b-ớc sóng truyền dẫn quang cho độ suy hao nhỏ Những nhận định này đã đ-ợc sáng tỏ khi Kapron, Keck và Maurer chế tạo thành công sợi thuỷ tinh có suy hao 20 dB/km tại Corning Glass vào năm 1970 Suy hao này cho phép tạo ra cự ly truyền dẫn t-ơng đ-ơng với các hệ thống truyền dẫn bằng cáp đồng Cho đến năm 1980, các hệ thống thông tin trên sợi dẫn quang đã đ-ợc phổ biến khá rộng với vùng b-ớc sóng làm việc 1300 nm Cho tới nay các sợi dẫn quang đã

đạt đ-ợc suy hao rất nhỏ, giá trị suy hao 0,154 dB/km tại b-ớc sóng 1550 nm

đã cho thấy sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ sợi quang Giá trị suy hao này đã gần đạt đến tính toán lý thuyết cho các sợi đơn mode 0,14 dB/km Các h-ớng nghiên cứu về công nghệ sợi quang còn cho biết rằng, suy hao sợi quang ở các b-ớc sóng dài hơn còn nhỏ hơn nữa Giá trị suy hao rất nhỏ ở

vùng b-ớc sóng 2550 nm, trên sợi Fluoride, giá trị suy hao tối thiểu ở sợi đặc biệt này đạt tới 0,01  0,001 dB/km

Nguồn phát quang ở thiết bị phát có thể sử dụng diode phát quang LED, hoặc LD Do -u điểm hơn hẳn so với LED, nên hàng loạt các công trình nghiên cứu về Laser đang đ-ợc phát triển mạnh mẽ, sự ra đời của Laser điều h-ởng ứng dụng trong các hệ thống thông tin quang sử dụng công nghệ WDM

là thành tựu rất đáng kể của loại nguồn phát này

Bộ tách quang ở thiết bị thu có thể là photodiode PIN và photodiode thác APD Photodiode thác APD có nhiều -u điểm hơn PIN nên đang đ-ợc sử dụng rộng rãi

Ngoài ra, với mong muốn quang hoá hoàn toàn mạng thông tin quang, các thử nghiệm và ứng dụng các thiết bị quang mới nh- thiết bị ghép kênh quang, thiết bị khuyếch đại quang, thiết bị chuyển đổi b-ớc sóng quang, thiết

bị chuyển mạch quang…đang đ-ợc tiến hành và sự thành công của nó sẽ là cuộc cách mạng rất lớn trong thông tin sợi quang

Hiện nay n-ớc ta đã đ-a hệ thống thông tin vào khai thác trên mạng l-ới, nó đã đ-ợc triển khai trong cả mạng thông tin đ-ờng dài, nội hạt, mạng truyền hình, các mạng diện rộng, và cả mạng nội bộ LAN Mạng cáp quang

đ-ờng trục Bắc Nam đang chuẩn bị đ-ợc nâng cấp lên dung l-ợng 20 Gb/s và cao hơn sử dụng công nghệ ghép kênh theo b-ớc sóng WDM

1.1.3 Các đặc điểm của mạng thông tin quang

Từ khi các hệ thống cáp sợi quang đ-ợc chính thức đ-a vào khai thác trên mạng viễn thông, mọi ng-ời đều thừa nhận rằng ph-ơng thức truyền dẫn quang đã thể hiện khả năng to lớn trong việc chuyển tải các dịch vụ viễn thông ngày càng phong phú và hiện đại của nhân loại Những -u điểm này là do các thành phần quang trong hệ thống thông tin quang có nhiều đặc tính v-ợt trội hơn các hệ thống thông tin khác

❖ Ưu điểm của sợi dẫn quang:

▪ Suy hao truyền dẫn nhỏ hơn rất nhiều so với cáp song hành hay cáp

đồng trục nên có cự ly truyền dẫn cao hơn

▪ Băng tần truyền dẫn rộng nên có thể truyền một khối l-ợng thông tin lớn nh- các tín hiệu âm thanh, dữ liệu và các tín hiệu hỗn hợp thông qua một

hệ thống có dải thông lên tới TeraHz Nó có khả năng đáp ứng đ-ợc các yêu cầu của mạng liên kết dịch vụ ISDN và B-ISDN

▪ Sợi quang nhỏ và nhẹ, không có xuyên âm Do vậy, chúng có thể

đ-ợc lắp đặt dễ dàng ở các thành phố, tàu thuỷ, máy bay và các toà nhà cao tầng không cần phải lắp thêm các đ-ờng ống và cống cáp

▪ Sợi quang đ-ợc chế tạo từ các chất liệu điện môi phi dẫn nên không

bị ảnh h-ởng bởi can nhiễu sóng điện từ Vì vậy chúng có thể đ-ợc lắp đặt cùng với cáp điện lực và có thể sử dụng trong môi tr-ờng phản ứng hạt nhân

▪ Có tính an toàn và bảo mật thông tin cao, có tuổi thọ dài và đề kháng môi tr-ờng lớn Dễ dàng bảo d-ỡng, sửa chữa và có độ tin cậy cao

▪ Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất sợi quang là cát và chất dẻo là những thứ rẻ tiền so với nguyên liệu kim loại Giá thành của sợi quang sẽ giảm nhanh khi công nghệ chế tạo hoàn hảo

▪ Tính kinh tế và chất l-ợng tín hiệu cao

▪ Có khả năng truyền dẫn đồng thời nhiều loại tín hiệu trên cùng một sợi sử dụng WDM, tạo khả năng nâng cấp hệ thống rất lớn theo yêu cầu của con ngừơi

❖ Ưu điểm của thiết bị thu phát :

▪ Có khả năng điều chế tốc độ cao

▪ Kích th-ớc nhỏ, hiệu suất chuyển đổi E/O và O/E cao

Do các -u điểm trên mà các hệ thống thông tin quang nhanh chóng

đ-ợc áp dụng rộng rãi trên mạng l-ới Chúng có thể đ-ợc xây dựng làm các tuyến đ-ờng trục, trung kế, liên tỉnh, thuê bao kéo dài cho tới việc truy nhập

vào mạng thuê bao linh hoạt và đáp ứng mọi môi tr-ờng lắp đặt từ trong nhà, trong các cấu hình thiết bị cho tới xuyên lục địa v-ợt đại d-ơng vv… Các hệ thống thông tin quang cũng rất phù hợp cho các hệ thống truyền dẫn số không loại trừ tín hiệu d-ới dạng ghép kênh nào, theo các tiêu chuẩn Bắc Mỹ, Châu

Âu hay Nhật Bản

Hiện nay thông tin quang đã đ-ợc áp dụng rộng rãi trên thế giới, chúng đáp ứng cả tín hiệu t-ơng tự (analog) và tín hiệu số (digital), chúng cho phép truyền dẫn tất cả các dịch vụ băng hẹp và băng rộng, đáp ứng đầy đủ mọi yêu cầu của mạng số hoá liên kết đa dịch vụ (ISDN) Số l-ợng cáp quang hiện nay đ-ợc lắp đặt trên thế giới với số l-ợng rất lớn, ở đủ mọi tốc độ truyền dẫn với mọi cự ly khác nhau, các cấu trúc mạng đa mạng Nhiều n-ớc lấy cáp quang làm môi tr-ờng truyền dẫn chính trong mạng l-ới viễn thông của họ Các hệ thống thông tin quang sẽ là mũi đột phá về tốc độ, cự ly truyền dẫn và cấu hình linh hoạt cho các dịch vụ viễn thông cấp cao

1.2 Cấu trúc và các thành phần của tuyến truyền dẫn quang

Về cơ bản tổ chức hệ thống thông tin quang cũng t-ơng tự nh- các hệ thống thông tin khác nh- vô tuyến, vi ba, cáp kim loại và vệ tinh chỉ hơi khác

ở các hệ thống con về phần quang và môi tr-ờng truyền dẫn Một hệ thống thông tin quang bao gồm : phần phát quang, phần truyền dẫn quang- sợi quang và phần thu quang Mô hình của hệ thống thông tin quang đ-ợc mô tả ở hình 1.1

Phần phát bao gồm nguồn phát quang và các mạch điều khiển phát quang Phần thu quang bao gồm bộ tách sóng quang, mạch khuyếch đại điện

và mạch khôi phục tín hiệu Phần truyền dẫn quang bao gồm sợi quang, các

bộ nối, bộ chia, các trạm lặp, bộ khuếch đại quang, các trạm tách và ghép quang, trong đó sợi quang là thành phần quan trọng nhất

1.2.1 Nguồn phát quang

Trong thiết bị thông tin quang, nguồn phát quang là linh kiện thực hiện việc chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang trong dải b-ớc sóng truyền của sợi quang Diode phát quang LED và diode LASER (LD) là hai loại nguồn quang th-ờng đ-ợc dùng trong viễn thông Sau đây ta sẽ xét 2 loại nguồn quang này

1.2.1.1 Diode LASER

Laser là từ viết tắt của cụm từ (Light Amplication by Stimulate of Radiation) và có nhiều dạng với đủ mọi kích th-ớc từ nhỏ xíu cho tới rất lớn Chúng có ở dạng khí, chất lỏng, tinh thể hoặc bán dẫn Đối với các hệ thống thông tin quang, các nguồn Laser phát là các Laser bán dẫn và th-ờng là diode Laser Khi điện áp và dòng điện đặt vào tiếp giáp p-n càng lớn thì số nguyên

tử bị kích thích càng nhiều, công suất sóng bức xạ càng lớn Đây là quá trình

Nguồn phát quang

Trạm lặp

Tách sóng quang

Khôi phục tín hiệu

Bộ phát quang

Mạch

điều khiển

Bộ nối quang

Chỗ nối sợi quang

Sợi quang

Bộ tách hoặc ghép quang

Tới các thiết bị khác Khuếch

Bộ thu quang

Hình 1.1 Mô hình của hệ thống thông tin quang

Bộ thu quang

bức xạ ngẫu nhiên không đồng bộ nên ánh sáng là không kết hợp, lúc này ch-a xảy ra hiện t-ợng laser Muốn có Laser thì cần có buồng cộng h-ởng tạo thành từ các g-ơng phản xạ Bán dẫn là vật liệu có chiết suất lớn nên ng-ời ta mài nhẵn hai đầu tinh thể để tạo thành g-ơng phản xạ Lớp phân cách bề mặt tinh thể với không khí sẽ phản xạ ánh sáng để tạo ra buồng cộng h-ởng quang

Hoạt động của Laser là kết quả của 3 quá trình đó là hấp thụ photon, phát xạ tự phát và phát xạ kích thích Các loại Laser có thể khác nhau nh-ng nguyên lý cơ bản của chúng t-ơng tự nh- nhau Ba quá trình hoạt động của laser đ-ợc mô tả ở sơ đồ 2 mức năng l-ợng nh- trong hình 1.2

Trong đó, E1 là năng l-ợng trạng thái nền và E2 là năng l-ợng trạng thái kích thích Theo định luật Planck thì sự chuyển dịch giữa hai trạng thái này có liên quan tới quá trình hấp thụ hoặc phát xạ của các photon có năng l-ợng

hf12 = E2 – E1 Bình th-ờng hệ thống ở trạng thái nền Khi một photon có năng l-ợng hf12 tác động vào hệ thống thì một điện tử ở trạng thái E1 có thể hấp thụ năng l-ợng photon và đ-ợc kích thích lên trạng thái E2 nh- hình a Vì

đây là trạng thái không bền vững nên điện tử sẽ nhanh chóng quay lại trạng thái ban đầu nh- hình b và phát ra một photon có năng l-ợng hf12 nh- hình c

Điều này xảy ra mà không có sự kích thích bên ngoài nào đ-ợc gọi là phát xạ tự phát Phát xạ này đẳng h-ớng, có pha ngẫu nhiên và xuất hiện nh- một đầu ra Gaussian băng hẹp

Điện tử cũng có thể sinh ra để tạo ra một h-ớng dịch chuyển đi xuống

từ mức kích thích tới mức nền nhờ có sự kích thích bên ngoài Trong hình c, nếu một photon có năng l-ợng hf12 tác động vào hệ thống trong khi điện tử vẫn còn ở trạng thái kích thích của nó, thì điện tử sẽ đ-ợc kích thích ngay lập tức để rơi xuống trạng thái nền và cho ra photon có năng l-ợng hf12 Photon

đ-ợc phát ra này có pha là pha của photon tới và sự bức xạ ở đây là sự phát xạ kích thích

ở điều kiện cân bằng nhiệt, mật độ các điện tử đ-ợc kích thích là rất nhỏ, cho nên hầu hết các photon tới trên hệ thống đều bị hấp thụ và phát xạ kích thích là hầu nh- không có Phát xạ kích thích sẽ v-ợt qua đ-ợc sự hấp thụ chỉ khi nào tích lũy ở trong trạng thái kích thích lớn hơn trạng thái nền Điều này đ-ợc gọi là nghịch đảo tích lũy Vì đây không phải là điều kiện cân bằng cho nên nghịch tích lũy đ-ợc thực hiện bằng quá trình bơm Trong laser bán dẫn nghịch đảo tích lũy đ-ợc thực hiện bằng cách phun các điện tử vào trong vật liệu tại tiếp điểm thiết bị để lấp các trạng thái năng l-ợng thấp hơn của vùng dẫn

1.2.1.2 Diode phát quang LED

Nh- đã nói ở trên, do quá trình bức xạ tự nhiên không đồng bộ khi có

điện áp và dòng điện đặt vào tiếp giáp p-n tạo ra ánh sáng đây chính là ánh sáng của diode phát quang LED Diode phát quang LED (Light Emitting Diode) là một loại nguồn phát quang dùng rất phù hợp cho các hệ thống thông tin quang có tốc độ không quá 200 Mbps sử dụng sợi dẫn đa mode Tuy nhiên ngày nay trong phòng thí nghiệm ng-ời ta có thể sử dụng cả ở tốc độ bit tới

565 Mbps do có sự cải tiến với tốc độ công nghệ cao

Để sử dụng tốt cho các hệ thống thông tin quang, LED phải có công suất bức xạ cao, thời gian đáp ứng nhanh và hiệu suất l-ợng tử cao Sự bức xạ của nó là công suất quang phát xạ theo góc trên một đơn vị diện tích của bề mặt phát và đ-ợc tính bằng Watt Chính công suất bức xạ cao sẽ tạo nên điều

kiÖn cho viÖc ghÐp gi÷a sîi quang vµ LED dÔ dµng vµ ®-a ra ®-îc c«ng suÊt ph¸t

ra tõ ®Çu sîi lín

CÊu tróc LED cã hai kiÓu ®-îc sö dông réng r·i lµ cÊu tróc tiÕp gi¸p thuÇn nhÊt vµ cÊu tróc tiÕp gi¸p dÞ thÓ kÐp mang l¹i hiÖu qu¶ cao h¬n so víi cÊu tróc tiÕp gi¸p thuÇn nhÊt vµ nã ®-îc sö dông nhiÒu nhÊt CÊu tróc cña nã

Vïng dÉn sãng

N¨ng l-îng

®iÖn tö

ChØ sè chiÕt suÊt

hf = 820 nm a)

b)

quan sát với pháp tuyến của bề mặt Công suất giảm xuống 50% so với đỉnh khi

 = 600

Cấu trúc của LED phát cạnh gồm một vùng tiếp giáp tích cực có vai trò

là nguồn phát ánh sáng không tích cực nh-ng lại cao hơn chỉ số chiết suất của các vật liệu bao quanh (hình 1.5), cấu trúc này hình thành một kênh dẫn sóng

để h-ớng sự phản xạ ánh sáng về phía lõi

Các dải tiễp xúc đối với LED phát cạnh phải có độ rộng từ 50 đến 70

m Độ dài của vùng tích cực th-ờng là 100 đến 150m Để t-ơng đ-ơng với lõi sợi dẫn quang có đ-ờng kính nhỏ ( 50m đến 100m) Mẫu phát của LED phát cạnh có định h-ớng tốt hơn so với LED phát mặt

Các diode phát cạnh (ELED – Edge emitting LED) có độ tin cậy để bảo đảm duy trì chất l-ợng thông tin tốt Các mức công suất đ-ợc ghép đối với ELED th-ờng nằm trong khoảng từ 2 đến 10m ở điều kiện nhiệt độ phòng

Có một số loại đặc biệt có thể tạo ra công suất lớn hơn do sự phát xạ cực khỏe

Hình 1.4 Cấu trúc của LED phát mặt

Kim loại

Lớp cấu trúc dị thể kép

Tuy nhiên công suất riêng này cũng có sự ràng buộc với cả điều kiện nhiệt độ thay đổi

Tốc độ điều biến phụ thuộc vào cấu trúc nguồn phát LED và các điều kiện điều khiển Các thiết bị hiện có trên thị tr-ờng hiện nay đạt tốc độ 200 Mbps, một số thực nghiệm đ-ợc tiến hành với nguồn phát ELED đạt tới 565 Mbps và thậm chí kể cả tới 1,2 Gbps

Các loại LED phát mặt (SLED-Surface emitting LED) cũng đã đ-ợc sử dụng với sợi đơn mode Ưu điểm của loại này có liên kết đơn giản Nh-ợc

điểm chính của SLED là công suất ghép vào sợi t-ơng đối thấp (khoảng 1,5

w khi làm việc ở tốc độ 565 Mbps) và độ rộng phổ khá rộng

So sánh hai nguồn phát LED và LD ta thấy LD có công suất phát lớn hơn, ánh sáng có tính kết hợp và bức xạ trong laser là bức xạ c-ỡng bức trong khi LED có công suất phát nhỏ hơn, ánh sáng không kết hợp do quá trình bức

Hình 1.5 Cấu trúc dị thể kép của LED phát cạnh

cách điện Các lớp dị thể kép

ánh sáng ra

xạ là ngẫu nhiên tự phát Tuy nhiên LED lại có -u điểm là cấu tạo đơn giản công suất phát ít phụ thuộc vào nhiệt độ

Một số thực nghiệm và ứng dụng LED với sợi dẫn quang đơn mode đã thu đ-ợc kết quả đáng chú ý Các thực nghiệm đã đạt đ-ợc độ dài lên tới 9,6

Km với tốc độ 2 Gbps và 100 Km với tốc độ 16 Mbps Độ dài tuyến ở đây bị giới hạn là vì quĩ công suất và tán sắc gây ra

1.2.2 Sợi dẫn quang

Sợi quang là một môi tr-ờng truyền dẫn đóng vai trò chủ đạo trong hệ thống thông tin quang Việc nghiên cứu chế tạo quang sợi có đặc tính suy hao

và tán sắc tối -u đang đ-ợc quan tâm đặc biệt

Cáp quang, hay còn gọi là cáp sợi quang bao gồm hai thành phần chính

là sợi quang và các lớp bọc cáp Sợi quang hay còn gọi là sợi dẫn quang là thành phần chính của cáp có chức năng truyền dẫn sóng ánh sáng Các lớp bọc sợi để tạo thành cáp quang có chức năng chính là bảo vệ sợi khỏi bị tác động

từ các yếu tố bên ngoài Mỗi một loại cáp có cấu trúc lớp bọc khác nhau phù hợp với từng môi tr-ờng lắp đặt cáp

Cấu trúc mặt cắt ngang của sợi quang đ-ợc biểu diễn trên hình sau :

- Lõi sợi (Core): thông th-ờng làm bằng thuỷ tinh hay chất dẻo có chiết suất n1

Hình 1.6 Mặt cắt ngang của sợi quang

lõi sợi

Lớp vỏ lớp bọc sơ cấp

- Lớp bọc (clading): bao bọc quanh lõi có chiết suất n2 và bắt buộc (n2 <

n1) nhỏ hơn chiết suất của lõi để giữ ánh sáng tập trung trong lõi nhờ phản xạ toàn phần giữa lõi và lớp bọc Lớp bọc này có thể làm bằng thuỷ tinh hay chất dẻo trong suốt

- Lớp bọc sơ cấp (Primary coating): có tác dụng bảo vệ sợi quang chống lại sự xâm nhập của hơi n-ớc, tránh bị trầy x-ớc gây nên những vết nứt

và làm giảm ảnh h-ởng uốn vi cong Chiết suất của lớp vỏ bọc sơ cấp lớn hơn chiết suất của lớp bọc nhằm tránh hiện t-ợng có phản xạ toàn phần trên bề mặt giao tiếp giữa lớp vỏ bọc sơ cấp và lớp bọc, do đó loại bỏ đ-ợc các tia truyền trong lớp bọc

Cũng nh- cáp đồng, cáp sợi quang đ-ợc khai thác với nhiều điều kiện lắp đặt khác nhau Chúng có thể đ-ợc treo ngoài trời, chôn trực tiếp d-ới đất, kéo trong cống, đặt d-ới biển Tùy thuộc vào các điều kiện lắp đặt khác nhau

mà độ dài chế tạo của cáp cũng khác nhau, có thể dài từ vài trăm mét tới vài kilomét Các mối hàn sẽ kết nối các tuyến cáp lại với nhau thành một tuyến cáp hoàn chỉnh

D-ới đây ta sẽ tìm hiểu kỹ về nguyên lý truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang, cũng nh- tìm hiểu về cấu trúc và cách phân loại sợi quang trong thực tế

1.2.2.1 Bản chất và nguyên lý truyến dẫn ánh sáng trong sợi quang

Nguyên lý cơ bản của truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang là dựa vào hiện t-ợng phản xạ toàn phần của tia sáng tại mặt phân cách giữa hai môi tr-ờng, khi nó đi từ môi tr-ờng có chiết suất quang lớn hơn sang môi tr-ờng

có chiết suất quang nhỏ hơn (hình 1.7)

Cho một tia sáng đi từ môi tr-ờng có chiết suất n1 sang môi tr-ờng có chiết suất n2 < n1 Tia tới (tia 1) hợp với pháp tuyến P của mặt phân cách hai môi tr-ờng có góc tới  Khi sang môi tr-ờng thứ hai, tia sáng bị khúc xạ và hợp với pháp tuyến góc , quan hệ của các góc  và  với các chiết suất n1 và

n2 tuân theo định luật khúc xạ của Snelious

Nh- vậy điều kiện xẩy ra hiện t-ợng phản xạ toàn phần là:

- Tia sáng đi từ môi tr-ờng chiết quang hơn sang môi tr-ờng kém chiết quang hơn

- Góc tới của tia sáng phải lớn hơn góc tới hạn ( > T)

Các định luật phản xạ và khúc xạ ánh sáng ở trên là nguyên lý cơ bản

áp dụng cho việc truyền ánh sáng trong sợi dẫn quang Trong sợi dẫn quang các tín hiệu ánh sáng đ-ợc truyền dựa trên phản xạ toàn phần

1.2.2.2 Cấu tạo và phân loại sợi quang

Sợi quang có cấu trúc nh- một ống dẫn sóng hoạt động ở dải tần số quang, nó có dạng hình trụ và có chức năng dẫn ánh sáng lan truyền theo

u q u a n

g

h-ớng song song với trục của nó Để đảm bảo sự lan truyền của ánh sáng trong sợi, cấu trúc cơ bản của nó gồm có một lõi hình trụ làm bằng vật liệu thuỷ tinh có chỉ số chiết suất n1 và bao quanh lõi là lớp vỏ phản xạ hình ống đồng tâm với lõi

có chiết suất n2 < n1

Sự lan truyền của ánh sáng dọc theo sợi đ-ợc mô tả d-ới dạng các sóng

điện từ truyền dẫn gọi là một mẫu các tr-ờng điện từ và tr-ờng từ đ-ợc lặp đi lặp lại dọc theo sợi ở các khoảng cách t-ơng đ-ơng b-ớc sóng Chỉ có một số mode riêng nào đó là có khả năng truyền theo suốt chiều dài sợi trong số nhiều mode đ-ợc ghép vào đầu sợi Lớp vỏ phản xạ không là môi tr-ờng truyền ánh sáng nh-ng nó là môi tr-ờng tạo ra ranh giới với lớp vỏ và có tác dụng ngăn chặn các tác động cơ học vào sợi, gia c-ờng thêm cho sợi, bảo vệ sợi khỏi cọ sát bề mặt Lớp vỏ này cũng tạo điều kiện để bọc cáp sau này

Sợi quang đ-ợc phân loại theo nhiều cách nh- phân loại theo chiết suất khúc xạ, mode truyền dẫn, theo vật liệu điện môi sử dụng…

• Theo dạng phân bố chiết suất

o Sợi có chiết suất chỉ số phân bậc SI

o Sợi có chỉ số chiết suất Gradient GI

• Theo mode truyền dẫn

o Sợi đơn mode (Single mode)

o Sợi đa mode (multi mode)

• Theo cấu trúc vật liệu

o Sợi thủy tinh

o Sợi lõi thủy tinh

o Sợi thuỷ tinh nhiều thành phần

o Sợi chất dẻo

Sau đây là cấu trúc các loại sợi quang phân chia theo mode truyền dẫn :

Sau đây là một số loại sợi quang thông dụng đang đ-ợc ứng dụng trong các

Sợi đơn mode

- Sợi SMF (theo ITU G.652)

Bảng tham số kỹ thuật sợi SMF

suất phân bậc

Sử dụng loại sợi SMF cho phép đạt tới cự ly  1000 km tại tốc độ

STM-16 mà không cần dùng các bộ bù tán sắc Tuy nhiên với tốc độ STM-64 nếu sử dụng loại sợi này thì chỉ đạt đ-ợc khoảng cách  60 km nếu không sử dụng bộ

bù tán sắc

- Sợi DSF (theo ITU G.653)

Bảng tham số kỹ thuật sợi DSF

Rất nhỏ, không ảnh h-ởng đến lan truyền của tín hiệu và đấu nối sợi Của vỏ phản xạ  2%

Suy hao uốn cong tại b-ớc sóng

- Sợi NZ-DSF (theo ITU G.655)

Bảng tham số kỹ thuật sợi NZ-DSF

Suy hao uốn cong tại b-ớc sóng

Tán sắc của loại sợi này đủ nhỏ để cho phép truyền dẫn với tốc độ 10 Gb/s trên khoảng cách 300-400 km mà không cần bù tán sắc nh-ng cũng đủ lớn để giảm ảnh h-ởng của FWM trong dải băng của EDFA (từ 1530 – 1560 nm) Vì vậy loại sợi này đặc biệt thích hợp với các hệ thống WDM tốc độ cao, cự ly truyền dẫn lớn

Sợi quang đ-ợc sử dụng nhiều nhất hiện nay là sợi quang đơn mode tiêu chuẩn G.652 Giá trị tán sắc bằng không của sợi này nằm tại b-ớc sóng 1310 nm

Tuy nhiên do suy hao tại b-ớc sóng 1550 nm thấp hơn nhiều so với vùng 1310 nm, hơn nữa các bộ khuyếch đại EDFA làm việc tại vùng này nên sợi quang có tán sắc dịch chuyển DSF ngày càng đ-ợc ứng dụng nhiều hơn Sợi DSF có tán sắc bằng không tại b-ớc sóng 1550 nm (G.653) rất phù hợp với các hệ thống đơn kênh, tốc

độ cao, cự ly lớn hoặc hệ thống ghép b-ớc sóng th-a SDWM nh-ng không phù hợp với hệ thống DWDM do hiệu ứng trộn bốn b-ớc sóng FWM xảy ra rất nghiêm trọng Sợi quang mới NZ-DSF có mức tán sắc thấp ở cửa sổ sóng thứ 3 Loại sợi này rất phù hợp với hệ thống DWDM có cự ly dài Hiện nay nhiều hãng

đang thiết kế chế tạo cáp quang sợi có độ tinh khiết cao, giảm đ-ợc hấp thụ phân

tử n-ớc tại vùng 1400 nm để cung cấp cho các tuyến thông tin cự ly dài hoặc tuyến cáp quang biển

1.2.3 Bộ thu quang

Bộ thu quang có nhiệm vụ tách ánh sáng ra từ tuyến sợi quang và biến

đổi thành tín hiệu điện, rồi sau đó tiếp tục xử lý để khôi phục lại thông tin đã

đ-ợc đ-a vào đầu phát

Cấu trúc cơ bản của bộ thu quang trong hệ thống truyền dẫn số đ-ợc chỉ

Khuếch

đại

Bộ cân bằng

Bộ lọc

Mạch quyết

định

Khôi phục Clock

Tín hiệu

điện ra

AGC Tín hiệu

quang vào

Trong đó, bộ tách quang biến đổi công suất quang thành tín hiệu dòng

điện Bộ khuyếch đại điện áp biến dòng này thành tín hiệu điện áp có mức phù hợp với mạch sau Bộ khuyếch đại chính tiếp tục khuyếch đại mức điện áp của tín hiệu, đồng thời bộ AGC tự động điều chỉnh mức điện đảm bảo mức ra ổn

định Bộ cân bằng có nhiệm vụ bù lại biến đổi về biên độ và pha của tín hiệu

do các tụ phía tr-ớc gây ra Bộ lọc giới hạn băng tần của máy thu để cho mức nhiễu do bộ tách quang, bộ khuyếch đại tác dụng vào tín hiệu ra là bé nhất Bộ trích thời gian có nhiệm vụ tách lấy xung clock từ nguồn tín hiệu và đ-ợc dùng để tái tạo lại tín hiệu số trong mạch quyết định

Công suất quan trọng nhất của bộ thu quang là độ nhạy thu, độ nhạy thu

là mức công suất quang nhỏ nhất có thể thu đ-ợc mà vẫn đảm bảo đ-ợc tỷ lệ lỗi bít cho tr-ớc

Bộ tách quang (Photo detector) có vai trò quan trọng trong hệ thống thông tin quang Trong phần này ta sẽ đi sâu về nguyên tắc hoạt động cũng nh- giới thiệu về các bộ diode tách quang đang sử dụng phổ biến Trong hệ thống thông tin quang hiện nay sử dụng chủ yếu là hai loại Diode quang là Diode pin và diode quang thác APD, cả hai loại đều sử dụng hiệu ứng quang nội xảy ra ở vùng lân cận tiếp giáp P-N

1.2.3.1 Bộ tách sóng photodiode PIN

Cấu tạo của diode PIN gồm 3 lớp bán dẫn P-I-N, trong đó lớp I (Intrisic) là lớp bán dẫn không pha tạp chất hoặc pha với nồng độ rất thấp

Quá trình hấp thụ photon để tách ra các điện tử và lỗ trống xảy ra trong lớp

I Lớp I càng dày thì hiệu suất l-ợng tử càng cao nh-ng đồng thời thời gian để các hạt mang photon trôi qua tiếp giáp phân cực càng lâu hơn, điều này làm hạn chế tốc độ đáp ứng của photodiode PIN

Đặc tuyến I-V của photodiode PIN đ-ợc thể hiện trên hình 1.10

Qua đặc tuyến ta thấy :

- Khi photodiode phân cực ng-ợc thì dòng photon ra tỷ lệ vói công suất quang tới, ta nói photodiode hoạt động ở chế độ quang dẫn (photoconductive)

- Khi công suất quang tới đủ lớn thì sẽ xuất hiện hiện t-ợng phi tuyến, dòng photon ra gần nh- không đổi khi công suất quang tới tăng Để đảm bảo photodiode hoạt động tuyến tính thì công suất quang tới phải nhỏ hơn Pomax

L

B P

o

rR

V r

ứng dụng hiệu ứng nhân điện tử trong bán dẫn, ng-ời ta chế tạo APD 4 lớp

P+P-PN- Trong đó, lớp P+ và N- là hai lớp bán dẫn có nồng độ tạp chất rất cao, còn

P – là lớp bán dẫn có nồng độ tạp chất rất thấp

D-ới tác dụng của nguồn phân cực ng-ợc, sự phân bố c-ờng điện tr-ờng trong các lớp bán dẫn nh- hình vẽ 1.11 Trong đó điện tr-ờng trong vùng tiếp giáp

PN- cao nhất, qua trình nhân điện tử xảy ra trong vùng này, vùng này gọi là vùng thác lũ

Hình 1.10 Đặc tuyến I-V của photodiode

u qu an

g

Khi có ánh sáng chiếu vào, các photon bị hấp thụ trong lớp P – và tạo các cặp điện tử và lỗ trống Lỗ trống di chuyển về phía P+, còn điện tử chuyển về phía tiếp giáp PN- Điện tr-ờng cao trong vùng PN- sẽ tăng và cho điện tử Điện tử va chạm vào các nguyên tử của tinh thể bán dẫn tạo ra các cặp điện tử lỗ trống mới (gọi là sự ion hoá do va chạm) Các điện tử thứ cấp mới đ-ợc tạo ra lại có khả năng gây ra sự ion hoá do va chạm Quá trình tiếp diễn và số l-ợng các hạt tải điện tăng rất lớn Hiện t-ợng này gọi là hiệu ứng thác

Nh- vậy trong APD dòng quang điện đã đ-ợc nhân lên M lần, với M số

điện tử thứ cấp phát sinh ứng với một điện tử sơ cấp

Hệ số nhân M thay đổi theo nhiệt độ và điện áp phân cực nên giữ cho hệ số nhân M ổn định rất khó

Giá trị trung bình của hệ số nhân M đựơc tính :

IM : là giá trị trung bình của dòng đầu ra tổng đã đ-ợc nhân

Hình 1.11 Sự phân bố c-ờng điện tr-ờng trong APD

IP : là dòng photon khi không có hiệu ứng thác

Nếu vùng thác càng rộng thì hệ số M càng lớn nh-ng khi đó thời gian trôi qua của điện tử càng lâu nên tốc độ hoạt động của APD giảm

Đáp ứng của photodiode thác :

Và dòng quang điện do APD tạo ra sẽ là :

Po : là công suất quang tới

 : là hiệu suất l-ợng tử khi không có hiệu ứng thác

r : là đáp ứng khi không có hiệu ứng thác

1.3 Các kỹ thuật ghép kênh quang

Để tăng dung l-ợng thông tin trong hệ thống thông tin quang, ngoài các

kỹ thuật ghép kênh điện ta có thể sử dụng các kỹ thuật ghép kênh quang nh- : ghép kênh theo thời gian OTDM (Optical Time Division Multiplexing) ghép kênh theo tần số OFDM (Optical Frequency Division Multiplexing) và công nghệ ghép kênh heo b-ớc sóng WDM ( Wavelength Division Multiplexing)

1.3.1 Kỹ thuật ghép kênh quang theo thời gian OTDM

Nguyên lý của OTDM đ-ợc mô tả trên hình 1.12:

KĐ

Quang

Ghép quang

Tách kênh

Phát xung nhịp

Sợi quang Tín hiệu

Hình 1.12 Nguyên lý ghép kênh quang OTDM

Chuỗi xung quang đ-ợc phát ra từ nguồn phát, qua khuyếch đại đến mức cần thiết, đ-ợc chia thành N luồng Mỗi luồng đ-ợc điều chế tín hiệu từ các kênh t-ơng ứng nhờ bộ điều chế ngoài với tốc độ B Gb/s Sau đó tín hiệu

đ-ợc truyền thẳng qua một luồng, các luồng còn lại lần l-ợt qua các khâu trễ thời gian theo xung nhịp để dịch các khe thời gian t-ơng ứng cho việc ghép kênh quang Tín hiệu quang sau khi ghép sẽ có tốc độ là NxB Gb/s đ-ợc khuyếch đại và phát vào sợi quang Phía thu thực hiện tách kênh và khôi phục xung nhịp để đ-a ra các kênh quang riêng rẽ nh- ở đầu vào bộ ghép kênh ở phía phát Bộ phát xung nhịp điều khiển các thiết bị quang để tạo ra dịch pha tín hiệu

Nguồn phát quang cho kỹ thuật ghép kênh quang theo thời gian OTDM th-ờng là các laser phát xung rất hẹp ở tốc độ cao, b-ớc sóng làm việc th-ờng trong vùng 1550 nm do có suy hao nhỏ nhất và phù hợp với các bộ khuyếch

đại quang sợi sử dụng trong hệ thống

Để giảm tán sắc trên đ-ờng truyền th-ờng thực hiện truyền dẫn soliton kết hợp với các bộ khuyếch đại quang, sửa dạng xung Khi truyền dẫn soliton, khoảng lặp của hệ thống OTDM có thể đ-ợc tăng lên rất lớn nhờ kỹ thuật điều khiển soliton thông qua các bộ lọc dẫn hoặc định thời tích cực Các bộ lọc dẫn

áp dụng cho tr-ờng hợp có hiệu ứng Godon-Haus gây ra tr-ợt jitter, còn việc

định lại thời gian tích cực có thể loại bỏ đ-ợc tr-ợt jitter trong mọi tr-ờng hợp

1.3.2 Kỹ thuật ghép kênh quang theo tần số OFDM

ở kỹ thuật ghép kênh theo tần số quang, dải tần của sóng quang đ-ợc chia thành một số kênh thông tin riêng biệt, các kênh quang t-ơng ứng với các tần số mang khác nhau sẽ đ-ợc biến đổi thành các luồng song song cùng truyền đồng thời trên một sợi quang

Sóng quang có tần số rất cao tới hơn 200000 GHz nên có tiềm năng thông tin rất lớn Hơn nữa, sợi dẫn quang lại có suy hao nhỏ trong dải b-ớc sóng từ 800 đến 1800 nm t-ơng đ-ơng với dải tần 200000 GHz Vì thế có thể

thực hiện truyền trên sợi quang một số l-ợng lớn các kênh ghép theo tần số và mỗi kênh quang riêng biệt có dải tần rộng Ví dụ trong dải thông 200000 GHz của sợi quang có vùng tần số nằm trong dải 12500 GHz từ b-ớc sóng 1500 nm

đến 1600 nm có độ suy hao nhỏ nhất, có thể ghép theo tần số tới 1000 kênh quang với khoảng cách kênh 10 GHz, tốc độ truyền dẫn mỗi kênh lớn hơn 1 Gb/s, dung l-ợng tổng cộng trên sợi lớn hơn 1Tb/s

Nguyên lý ghép kênh quang theo tần số đ-ợc miêu tả theo hình 1.13

Các nguồn phát quang sử dụng cho kỹ thuật ghép kênh quang theo tần

số phải có tần số rất ổn định, các bộ khuyếch đại quang dải rộng phải đảm bảo khuyếch đại đồng đều tất cả các kênh Các thiết bị quang thụ động sử dụng để kết hợp các tín hiệu OFDM riêng rẽ cũng rất quan trọng, th-ờng phải sử dụng các bộ lọc quang thật chính xác Các bộ lọc quang 100 kênh hiện nay có thể tạo đ-ợc khoảng cách kênh từ 5 đến 10 GHz Việc biến đổi tần số quang đ-ợc thực hiện nhờ hiệu ứng quang phi tuyến của các vật liệu bán dẫn hoặc các vật liệu điện môi Dải dịch tần số quang hiện nay có thể đạt đ-ợc khoảng 1000 GHz

P O W E R D R I V E R

1.3.3 Kỹ thuật ghép kênh quang theo b-ớc sóng

Công nghệ ghép kênh theo b-ớc sóng thực hiện ghép các b-ớc sóng quang khác nhau và truyền đi trên một sợi quang duy nhất nh- mô tả trên hình 1.14 :

Giả sử có các nguồn phát quang làm việc ở các b-ớc sóng 1, 2… N

trong một dải b-ớc sóng công tác Các tín hiệu có b-ớc sóng khác nhau sẽ

đ-ợc ghép lại ở phía phát nhờ bộ ghép kênh theo b-ớc sóng Bộ ghép kênh theo b-ớc sóng phải đảm bảo có độ suy hao nhỏ và tín hiệu sau khi đ-ợc ghép theo b-ớc sóng sẽ truyền dọc theo sợi quang tới phía thu Các bộ tách sóng quang khác nhau sẽ nhận lại các luồng tín hiệu với các b-ớc sóng riêng rẽ sau khi đ-ợc đi qua bộ giải ghép kênh b-ớc sóng và thu lại đ-ợc tín hiệu nh- là ở phía phát

Trong ch-ơng II ta lần l-ợt xem xét cấu tạo và chức năng của từng thành phần quan trọng của hệ thống WDM

1.3.4 Đánh giá -u nh-ợc điểm của hệ thống WDM so với hệ thống TDM

Kỹ thuật ghép kênh TDM và WDM đều nhằm mục đích tăng dung l-ợng của hệ thống Tuy nhiên có thể so sánh -u nh-ợc điểm của chúng dựa trên các chỉ tiêu : độ linh hoạt của thiết kế tuyến, tốc độ và tỷ lệ lỗi bit BER

Về độ linh hoạt của thiết kế tuyến:

TDM có thể thiết kế đối với các tuyến khác nhau phục vụ nhiều loại ứng dụng khác nhau Do vậy TDM rất phù hợp với những ứng dụng cho một

số tuyến logic mà tất cả có cùng loại l-u l-ợng với cùng một khe thời gian

Bộ ghép kênh

Bộ giải ghép kênh

định tr-ớc Bởi vậy nó có -u thế về đơn giản trong thiết kế và quản lý, đồng thời giá thành bảo d-ỡng thấp WDM cung cấp các kênh độc lập, do vậy nó linh hoạt hơn TDM Tuy nhiên, đặc điểm về l-u l-ợng của từng kênh là khác nhau do vậy việc thiết kế và lắp đặt khá phức tạp Việc kết nối nhiều l-u l-ợng khác nhau : Các mạng LAN, các tín hiệu Video số, tín hiệu kiểm tra có thể thực hiện dễ dàng Dễ lắp đặt thêm kênh mới vào cấu hình WDM hiện có

Về tốc độ

Để đạt đ-ợc cùng một dung l-ợng, có thể so sánh WDM với TDM nh- sau :

- Do sử dụng tốc độ bit thấp hơn trên mỗi kênh nên do đó hạn chế đ-ợc

ảnh h-ởng của tán sắc Đối với các hệ thống WDM ghép tốc độ bit nhỏ hơn 2,5 Gb/s ảnh h-ởng của tán sắc mode phân cực PMD ( Polarization Mode Dispersion) không đáng kể

- Dễ dàng mở rộng dung l-ợng hệ thống bằng cách lắp đặt thêm các modul và ghép thêm các b-ớc sóng mới

- Các hệ thống ghép mật độ cao DWDM có thể xem nh- là các hệ thống trong suốt Điều này cho phép các b-ớc sóng có thể truyền với các tốc độ bit khác nhau với các định dạng giao thức khác nhau

- WDM thuận tiện hơn so với TDM khi thiết kế những mạng l-ới phức tạp

- WDM là công nghệ cơ bản cho mạng toàn quang trong t-ơng lai

Tuy nhiên, bên cạnh đó hệ thống WDM cũng có những nh-ợc điểm khi

so sánh với hệ thống TDM :

- Các hệ thống WDM th-ờng không phù hợp khi sử dụng sợi quang dịch tán sắc DSF do hiệu ứng phi tuyến FWM gây ra những méo dạng tín hiệu rất mạnh trên loại sợi này

- Hệ thống WDM yêu cầu có những thiết bị đầu cuối riêng rẽ đối với từng kênh, bao gồm cả những nguồn thu và phát quang đắt tiền Hệ thống

TDM chỉ cần có một thiết bị đầu cuói duy nhất, tuy nhiên thiết bị này cần phải

có những phần tử điện cần thiết để ghép và tách các luồng tốc độ thấp

- Trong hệ thống WDM, khả năng giám sát và quản lý mạng l-ới là thấp hơn so với hệ thống TDM Khó xác định đ-ợc định dạng thực tế tín hiệu cũng nh- tốc độ bít thực tế trên từng kênh Mặt khác không thể giám sát đ-ợc các tham số nh- : tỷ lệ lỗi bít, tỷ lệ lỗi khung trong luồng số liệu Mặc dù các thông số này đ-ợc kiểm soát ngay tại những thiết bị khác kết nối tới hệ thống WDM Điều này đôi khi cũng tạo khó khăn khi phải xác định lỗi xảy ra trong

hệ thống WDM hay trong thiết bị phía sau nó

1.4 Kết luận

Hệ thống thông tin quang cũng t-ơng tự nh- các hệ thống thông tin khác, thực hiện đầy đủ các chức năng của một hệ thống thông tin: truyền, phát và nhận tín hiệu đảm bảo việc truyền thông tin một cách trung thực qua

hệ thống cáp sợi quang

Cùng với sự phát triển của kỹ thuật thông tin quang, các thiết bị quang nh- : các phần tử phát quang, phần tử thu quang và các thiết bị khác để đảm bảo chỉ tiêu chất l-ợng thông tin cần thiết cũng đã đ-ợc cải tiến và phát triển một cách mạnh mẽ cả về ph-ơng diện kỹ thuật cũng nh- ph-ơng diện hình thức Các hệ thống quang thế hệ mới dựa trên cách tử quang cũng đã xuất hiện và

đóng vai trò quang trọng trong việc thiết kế và thực hiện mạng ghép kênh b-ớc sóng WDM

Để tăng dung l-ợng thông tin quang, có thể áp dụng các ph-ơng pháp ghép kênh quang Lợi thế của kỹ thuật thông tin quang là có thể ghép kênh tín hiệu quang, thực hiện trực tiếp với tín hiệu quang mà không cần phải qua quá trình biến đổi điện Ngoài ra, kỹ thuật ghép kênh quang còn có khả năng tạo

đ-ợc những hệ thống thông tin quang tốc độ rất lớn mà các mạch điện không thể thực hiện đ-ợc Đối với hệ thống thông tin quang có thể sử dụng một trong các ph-ơng pháp ghép kênh quang : OTDM, OFDM, WDM Với kỹ thuật

ghép kênh theo b-ớc sóng WDM, ta có thể nâng cao dung l-ợng thông tin của

hệ thống mà không cần phải tăng thêm số sợi cáp quang và có thể sử dụng một số thiết bị đã có của mạng truyền dẫn quang