(Đồ án tốt nghiệp) nghiên cứu một số kỹ thuật điều chế quang trong thông tin quang tốc độ cao

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Kỹ thuật điều chế tín hiệu quang mới giúp nâng cao tốc độ bit, dung lượng nhằmtăng hiệu quả ứng dụng trong các mạng truyền dẫn quang.. MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI Đề tài t

TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ TỐC ĐỘ CAO TRONG THÔNG TIN QUANG

GVHD: ThS HUỲNH TẤN DŨNG SVTH: LÂM TRẦN Ý VINH

MSSV: 11141325

SKL003812

Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2015

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Báo cáo đồ án tốt nghiệp

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ TỐC

ĐỘ CAO TRONG THÔNG TIN QUANG

MSSV : 11141325 Khoá : 2011-2015Ngành : Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử, Truyền Thông

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

*** Tp Hồ Chí Minh, ngày - tháng - năm 20… NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐ T NGHIỆP Họ và tên Sinh viên: Lâm Trần Ý Vinh MSSV: 11141325 Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử, Truyền Thông Lớp: 11141CLVT Giáo viên hướng dẫn: ĐT:

Ngày nhận đề tài: Ngày nộp đề tài:

1 Tên đề tài:

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

3 Nội dung thực hiện đề tài:

4 Sản phẩm:

TRƯỞNG NGÀNH

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Trang i

Báo cáo đồ án tốt nghiệp

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

*******

BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử, Truyền Thông

Tên đề tài:

Họ và tên Giáo viên hướng dẫn:

NHẬN XÉT 1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

2 Ưu điểm:

3 Khuyết điểm:

4 Đề nghị (Cho phép SV được bảo vệ hay không được bảo vệ)

5 Đánh giá loại:

6 Điểm:……….(Bằng chữ: )

Giáo viên hướng dẫn

(Ký & ghi rõ họ tên).

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

*******

BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử, Truyền Thông

Tên đề tài:

Họ và tên Giáo viên phản biện:

NHẬN XÉT 1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

2 Ưu điểm:

3 Khuyết điểm:

4 Đề nghị (Cho phép SV được bảo vệ hay không được bảo vệ)

5 Đánh giá loại:

6 Điểm:……….(Bằng chữ: )

Giáo viên phản biện

(Ký & ghi rõ họ tên)

Trang iii

Báo cáo đồ án tốt nghiệp

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên xin được gửi lời cám ơn chân thành và sâu sắc đến Thầy, Cô bộ môn Điện

tử viễn thông nói riêng và khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao nói chung đã tạo điềukiện và giúp đỡ trong quá trình học tập cũng như quá trình thực hiện đề tài ở trườngĐại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM

Kế tiếp là lời cám ơn chân thành đến Thầy trưởng ngành là Thầy: Nguyễn Ngô

Lâm đã chấp nhận và tạo điều kiện tốt nhất trong quá trình thực hiện đề tài Đặc

biệt là lời cám ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn là Thầy: Huỳnh Tấn Dũng đã

quan tâm giúp đỡ tận tình và tạo điều kiện tốt nhất trong quá trình thực hiện đề tàicũng như đưa ra các giải pháp và công nghệ giúp cho việc tiếp cận với mục tiêu vàđịnh hướng đề ra trở nên dễ dàng hơn

Tuy nhiên, thời gian thực hiện không nhiều và kiến thức có hạn Vì thế, trong quátrình thực hiện và viết báo cáo không tránh được những thiếu sót Vì vậy, cần những

ý kiến đóng góp, bổ sung cho hoàn thiện hơn từ sự góp ý chân thành của các Thầy,

Cô và các bạn để bài báo cáo được hoàn thiện hơn Một lần nữa xin cám ơn chânthành

Tp Hồ Chí Minh, Tháng Năm(Sinh viên thực hiện)

TÓM TẮT TIẾNG VIỆT

Đề tài nghiên cứu về vấn đề điều chế trong thông tin quang tốc độ cao Cụ thể

là các dạng điều chế quang như NRZ, RZ, CSRZ, DB, MD-RZ, DPSK, QPSK Từnhững dạng điều chế trên thì được đánh giá qua các ảnh hưởng tuyến tính và phituyến; ảnh hưởng tuyến tính như: tán sắc CD, tán sắc phân cực mode và ảnh hưởngphi tuyến như: Hiệu ứng phi tuyến liên quan đến chiết suất gồm: điều biến trị pha(SPM) điều biến pha chéo (XPM) và trộn bốn bước sóng (FWM) Cùng với đó, đềtài nghiên cứu còn đề cập đến vấn đề truyền dẫn sử dụng kỹ thuật ghép là DWDM

và các ảnh hưởng tuyến tính và phi tuyến đến chất lượng hệ thống Ngoài ra, các kỹthuật điều chế mà các nhà cung cấp thiết bị hiện nay sử dụng cũng được giới thiệu

Trang v

Báo cáo đồ án tốt nghiệp

TÓM TẮT TIẾNG ANH

The objective of the proposed research is investigate the performanceadvanced modulation formats This research focues on different modulation formatssuch as: NRZ, RZ, CSRZ, DB, MD-RZ, DPSK, QPSK and the transmissionmodulated signals over SMF has attracted significant attention due to a multitude offactors including high tolerance to linear and nonlinear impairments be come worse.These linear impairments include chromatic dispersion (CD) and polarization modedispersion (PMD); nonlinear impairments include self phase modulation (SPM),cross phase modulation (XPM) and four-wave mixing (FWM) In addition, theresearch also introduce about DWDM systems, linear and nonlinear impairmentquality system; the technologies of corporations has used advanced modulationformats to transmission solution

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP I

BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN II

BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN III

LỜI CẢM ƠN IV

TÓM TẮT TIẾNG VIỆT V

TÓM TẮT TIẾNG ANH VI

MỤC LỤC VII

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT IX

DANH MỤC BẢNG, BIỂU ĐỒ XI

DANH MỤC HÌNH XII

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1

1.1 LỜI MỞ ĐẦU 1

1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

1.3 MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI 1

1.4 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 2

1.5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2

1.5.1 Đối tượng đề tài 2

1.5.2 Phạm vi đề tài 2

1.6 PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN VÀ TÍNH THỰC TIỄN ĐỀ TÀI 2

1.6.1 Phương pháp tiếp cận 2

1.6.2 Tính thực tiễn 2

1.6.3 Kết quả mong muốn 2

1.7 BỐ CỤC TRÌNH BÀY 3

1.8 KẾT LUẬN 3

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 5

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 5

2.2 HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG TỐC ĐỘ CAO DWDM 5

2.2.1 Tổng quang về truyền dẫn cơ bản của mạng DWDM 5

2.2.2 Các thành phần chính của hệ thống DWDM 7

2.2.3 Một số yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống DWDM 18

2.2.4 Một số công nghệ áp dụng cho các hệ thống WDM đường trục 33

2.3 KẾT LUẬN VÀ TRÍCH DẪN TÀI LIỆU 36

CHƯƠNG 3 KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ QUANG 38

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG 38

3.2 CÁC DẠNG ĐIỀU CHẾ QUANG 39

3.2.1 Ask 39

3.2.2 FSK 40

3.2.3 PSK 42

3.2.4 PolSK 43

3.3 CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ 43

3.3.1 Điều chế điện – quang 43

3.3.2 Điều chế phase sử dụng MZM 47

3.4 CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU QUANG 52

3.4.1 Giới thiệu chung 52

3.4.2 Điều chế Non-return-to-zero On-Off Key (NRZ-OOK) 52

3.4.3 Điều chế Single SideBand và Vestigial Sideband 54

3.4.4 Điều chế Doubinary (DB, PSBT) 55

Trang vii

Báo cáo đồ án tốt nghiệp

3.4.5 Điều chế Modified duobinary (MDRZ) 57

3.4.6 Return-to-Zero On-Off Keying (RZ-OOK) 59

3.4.7 Điều chế Carier-Suppressed Return-to-Zero (CSRZ) 60

3.4.8 Điều chế Chirped Return-to-Zero (CRZ) 61

3.4.9 Điều chế Differential Binary Phase Shift Keying ( DBPSK or DPSK) 62

3.4.10 Điều chế Differential Quadrature Phase Shift Keying (DQPSK) 64

3.5 KẾT LUẬN VÀ TRÍCH DẪN 66

CHƯƠNG 4 KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ QUANG CỦA CÁC NHÀ CUNG CẤP THIẾT BỊ NỔI TIẾNG 67

4.1 GIỚI THIỆU CHUNG 67

4.2 FUJITSU 67

4.3 CIENA 68

4.4 ALCATEL 68

4.5 HUAWEI 69

4.6 KẾT LUẬN VÀ TRÍCH DẪN 69

CHƯƠNG 5 MÔ PHỎNG KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ QUANG TỐC ĐỘ CAO 70

5.1 GIỚI THIỆU CHUNG 70

5.2 GIỚI THIỆU CHUNG PHẦN MỀM OPTISYSTEM 70

5.1.1 Hướng dẫn sử dụng phần mềm 71

5.1.2 Giao diện người sử dụng 72

5.1.3 Yêu cầu 73

5.1.4 Công cụ thiết kế và chức năng 73

5.3 MÔ PHỎNG CÁC DẠNG TÍN HIỆU QUANG 76

5.3.1 Giới thiệu 76

5.4 ẢNH HƯỞNG CỦA TÁN SẮC 91

5.4.1 Tán sắc màu 91

5.4.2 Tán sắc phân cực mode 93

5.5 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 94

5.5 KẾT LUẬN 95

CHƯƠNG 6 SO SÁNH ĐÁNH GIÁ KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ QUANG TỐC ĐỘ CAO 96

6.1 ẢNH HƯỞNG CỦA TÁN SẮC 96

6.2 KHOẢNG CÁCH TRUYỀN DẪN 97

6.3 ẢNH HƯỞNG CỦA TÁN SẮC PHÂN CỰC MODE 98

6.4 NHẬN XÉT 99

6.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 100

CHƯƠNG 7 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 101

TÀI LIỆU THAM KHẢO 101

PHỤ LỤC 104

Trang ix

Báo cáo đồ án tốt nghiệp

Transmission

OADM

DANH MỤC BẢNG, BIỂU ĐỒ

Trang

Trang xi

Báo cáo đồ án tốt nghiệp

DANH MỤC HÌNH

Trang

Hình 2.3 Các loại chuyển đổi bước sóng

Hình 2.4 Nguyên lý hoạt động của bộ chuyển đổi

Hình 2.5 Biến đổi sóng bằng điều chế xuyên pha

sử dụng bộ khuếch đại quang bán dẫn có gắn bộ

Hình 2.6 Chuyển đổi bước sóng bằng cách trộn

Hình 2.7 Bộ tách/ghép kênh bước sóng quang.

(a) Sơ đồ khối bộ ghép kênh bước sóng (MUX)

(b) Sơ đồ khối bộ tách ghép kênh bước sóng (DEMUX)

Hình 2.8 Ghép tầng để tăng dung lượng ghép/tách các

kênh bước sóng (a) Ghép tầng theo từng bước băng bước sóng

Hình 2.11 Các kiến trúc khác nhau cho OADM.

(a) Dạng song song (b) Dạng song song theo băng

Hình 2.13 Các vấn đề cần xem xét trong thiết kế hệ thống

Hình 3.1 Điều chế sóng mang theo các dạng điều chế

Hình 3.7 Electroabsorption modulators. 43

Hình 3.8 Các loại công nghệ điều chế sử dụng cho các dạng điều chế:

Hình 3.25 Sơ đồ điều chế RZ:

Hình 3.27 Mô hình điều chế CSRZ (a): sơ đồ khối, (b) dạng tín hiệu. 59

Báo cáo đồ án tốt nghiệp

Hình 6.2 So sánh khoảng cách truyền dẫn đối với các mã điều chế. 95

Trang xv

Báo cáo đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây mạng viễn thông Việt Nam có nhiều phát triển đápứng nhu cầu ngày càng tăng của các dịch vụ viễn thông Tuy nhiên sự tăng trưởngđột biến trong nhu cầu về dịch vụ viễn thông nói riêng và cũng như dịch vụ viễnthông truyền tải mạng trục nói chung đang đặt ra những thách thức to lớn đối với hạtầng mạng truyền dẫn hiện nay Để đáp ứng yêu cầu đó thì mạng truyền dẫn quangđang và là thử thách đối với cơ sở hạ tầng truyền dẫn hiện nay

Sau sự ra đời của sợi quang đơn mode và các công nghệ liên quan trong truyềndẫn quang vào đầu những năm 1980, các mạng truyền dẫn quang đã có những pháttriển lớn, đánh dấu là sự phát triển của các hệ thống truyền dẫn quang là nhằm đápứng cho sự tăng trưởng đột biến của lưu lượng viễn thông đáp ứng cho toàn cầutrong nhiều năm qua Từ đó, vấn đề được đặt ra cho hệ thống quang luôn đượcnghiên cứu và khai thác Vì thế các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ hay dung lượng(đo bằng bit/s), và khoảng cách truyền của hệ thống (đo bằng tích hệ số khoảng cách

L và dung lượng B)

Trong hệ thống truyền dẫn thì để đáp ứng được chất lượng đường truyền vớitốc độ cao thì ngoài yếu tố chất lượng sợi quang thì còn phụ thuộc vào nhà sản xuấtcũng như kỹ thuật về vật liệu chế tạo Vì thế, các thành phần trong hệ thống truyềndẫn luôn được nghiên cứu và phát triển để đáp ứng được cho nhu cầu hiện nay Đểđáp ứng được vấn đề đặt ra thì việc nghiên cứu về công nghệ điều chế tín hiệuquang nhằm mục đích đón đầu công nghệ với ưu điểm phù hợp với cơ sở hạ tầngviễn thông có sẵn đồng thời đáp ứng được các công nghệ mơi thích hợp, hiệu quảđảm bảo chất lượng và hiệu quả cho các thiết bị truyền dẫn quang

1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Kỹ thuật điều chế tín hiệu quang mới giúp nâng cao tốc độ bit, dung lượng nhằmtăng hiệu quả ứng dụng trong các mạng truyền dẫn quang

Từ đó, áp dụng các kỹ thuật này vào hệ thống truyền dẫn cáp quang thực tế sẽ tậndụng được nhiều ưu điểm và hiệu quả tốt hơn cho từng loại điều chế

Đánh giá được ưu-nhược điểm của các loại điều chế quang

1.3 MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI

Đề tài tìm hiểu một số kỹ thuật điều chế tín hiệu quang và một số kỹ thuậttruyền dẫn tiên tiến ứng dụng trong các hệ thống thông tin sợi quang thế hệ mới

- Hệ thống hóa những vấn đề lý thuyết cơ bản về điều chế và giải điều chế tín hiệu quang.

- Phân tích các đặc trưng kỹ thuật của các loại điều chế tín hiệu

- Ứng dụng các kỹ thuật điều chế và giải điều ché trong hệ thống thông tinquang

1.4 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

Nhiệm vụ nghiên cứu trong đề tài xoay quanh hai vấn đề sau:

- Mô hình kỹ thuật điều chế tín hiệu quang tốc độ cao

- Các kết quả mô phỏng, đánh giá chất lượng của các kỹ thuật này

1.5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

1.5.1 Đối tượng đề tài

Tìm hiểu các kỹ thuật điều chế trong hệ thống truyền dẫn sợi quang

1.5.2 Phạm vi đề tài

Nghiên cứu các hệ thống thông tin sợi quang tốc độ cao

Đề tài tập trung về vấn đề kỹ thuật điều chế và giải điều chế tín hiệu quang trong hệ thống thông tin sợi quang tốc độ cao

Nghiên cứu các kỹ thuật điều chế tốc độ cao trong hệ thống thông tin thựctiễn

1.6 PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN VÀ TÍNH THỰC TIỄN ĐỀ TÀI

- Tìm hiểu một số kỹ thuật điều chế sử dụng trong thực tiễn

- Sử dung phần mềm (Optisystem, Matlab, …) mô phỏng và đánh giá

1.6.3 Kết quả mong muốn

- Mô hình kỹ thuật điều chế tín hiệu quang tốc độ cao

- Các kết quả mô phỏng, đánh giá chất lượng của các kỹ thuật này

Trang 2

Báo cáo đồ án tốt nghiệp

1.7 BỐ CỤC TRÌNH BÀY

Đề tài được chia làm 7 chương chính như sau sau:

Chương 1: TỔNG QUAN

Chương 2: HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG.

Giới thiệu tổng quan về các khái niệm sử dụng trong thông tin quang DWDM.Chương này cho ta cái nhìn tổng quát về tán sắc, định nghĩa, phân loại và nhữngảnh hưởng chất lượng hệ thống như tán sắc, phi tuyến, xuyên kênh

Chương 3: KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ QUANG.

Giới thiệu những kỹ thuật điều chế tín hiệu quang, bắt đầu từ những kỹ thuậtđơn giản nhất trong những hệ thống truyền dẫn quang đầu tiên cho đến những kỹthuật hiện đại và phức tạp, trong đó chú trọng vào các kỹ thuật tiên tiến được ứngdụng cho các mạng truyền dẫn quang thế hệ mới có dung lượng lớn, khoảng cáchtruyền tải dài và cực dài

Chương 4: KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ QUANG CỦA CÁC NHÀ CUNG CẤP

THIẾT BỊ NỔI TIẾNG

Giới thiệu kỹ thuật điều chế quang trong tầm nhìn và lộ trình của các nhà cungcấp thiết bị nổi tiếng trên thế giới, với trọng tâm hướng vào những kỹ thuật tiên tiếnđảm bảo tốc độ truyền dẫn lớn cho từng kênh, tổng dung lượng lớn cho toàn hệthống và khoảng cách truyền dẫn lớn Chương này cũng phân tích những đặc điểmcủa các hệ thống truyền dẫn quang với góc độ là điều chế tín hiệu quang

Chương 5: MÔ PHỎNG KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ QUANG TỐC ĐỘ CAO.

Mô hình hóa các kỹ thuật điều chế từ lý thuyết sang mô hình phần mềm

Chương 6: SO SÁNH ĐÁNH GIÁ KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ QUANG TỐC ĐỘ

Trong phần này đề tài trình bày các vấn đề sau:

Với các nội dung đề ra thì phần này mang tính định hướng cho nội dung xuyênsuốt đề tài cũng như phương pháp tiếp cận đề tài Ngoài ra, việc giới hạn đề tài cũng

là một hướng mở để phát triển trong tương lai

Trang 4

Báo cáo đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG.

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Giới thiệu về công nghệ ghép kênh theo bước sóng quang (DWDM) là mộtgiải pháp hoàn hảo cho phép tận dụng hữu hiệu băng thông rộng lớn của sợi quang,nâng cao dung lượng truyền dẫn Ở phần này, chúng ta cũng tìm hiểu về các nguyên

lý cơ bản của DWDM

Bên cạnh đó chúng ta sẽ làm rõ một số thuộc tính ảnh hưởng đến thông tinquang tốc độ cao là suy hao, tán sắc, các hiện tượng phi tuyến các hiện tượng phituyến bao gồm tán xạ do kích thích Brilloion (SBS), tán xạ do kích thích Raman(SRS), hiệu ứng tự điều pha (SPM), hiệu ứng điều chế xuyên pha (CPM), và hiệuứng trộn bước sóng (FWM) Cùng với đó là các linh kiện được sử dụng trong hệthống thông tin quang tốc độ cao

Tóm lại, ở chương này chúng ta sẽ tìm hiểu 3 phần:

2.2 HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG TỐC ĐỘ CAO DWDM

2.2.1 Tổng quang về truyền dẫn cơ bản của mạng DWDM

DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) là một công nghệ ghépkênh theo bước sóng WDM (Wavelength Division Multiplexing) với số bước sónglớn trong một băng tần hạn chế Hệ thống ghép kênh DWDM hiện tại hoạt động ởbăng C hoặc băng L (Bảng 2.1), dung lượng 32 hoặc 40 kênh, khoảng kênh 0,4 nm

và tốc độ tới 10G Các bước sóng được chuẩn hóa theo khuyến nghị ITU-T G.692(Bảng 2.2) Hiện tại, hệ thống DWDM đã nghiên cứu thử nghiệm với dung lượngkênh được nâng đến 40G hoặc số lượng kênh được nâng đến 80

Bảng 2.1 Phân chia băng tần quang.

(nm)

- Mạng nội vùng (Metropolitan)

Sử dụng các hệ thống DWDM khoảng cách trung bình để kết nối giữa cácđiểm tập trung lưu lượng trong một vùng Các mạng metro cũng được xây dựngdạng hình vòng hoặc hình lưới để tăng khả năng bảo vệ lưu lượng

Báo cáo đồ án tốt nghiệp

dụng công nghệ DWDM, dung lượng truyền dẫn trên mỗi sợi quang được tăng lênrất nhiều lần mà không cần tăng tốc độ bit

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

Các hệ thống DWDM được xây dựng trên cơ sở ghép và tách các tín hiệuquang theo bước sóng và việc ghép tách này độc lập với tốc độ truyền dẫn vàphương thức điều chế Vì thế, các hệ thống này trong suốt đối với tốc độ dữ liệu vàkhuôn dạng dữ liệu Vì thế, có thể truyền các tín hiệu với các đặc điểm truyền dẫnkhác hẳn nhau, có thể tổng hợp và tách các tín hiệu điện khác nhau bao gồm các tínhiệu số và các tín hiệu tương tự, các tín hiệu PDH và các tín hiệu SDH,.v.v

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

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

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

So với các mạng truyền thống sử dụng phương thức TDM điện, mạng DWDM

có cấu trúc cực kỳ đơn giản và các lớp mạng được phân tách rõ ràng Lớp thấp nhấtcủa mạng là lớp toàn quang tính từ đầu vào bộ ghép tới đầu ra bộ tách kênh bướcsóng bao gồm các bộ khuyếch đại, bù tán sắc và các thành phần ở trên đoạn đườngtruyền Lớp này là được xây dựng cố định với từng mạng và có chi phí rất thấp Lớpdịch vụ mức cao hơn bao gồm các bộ phát quang Các bộ phát quang làm nhiệm vụgom các dữ liệu cần truyền và phát tại các bước sóng chuẩn hóa của hệ thống Việcthay đổi dung lượng, thêm bớt dịch vụ được thực hiện bằng cách thay đổi hoặc thêmbớt các bộ phát Do đó, mạng DWDM đáp ứng tốt về khả năng linh hoạt và tiếtkiệm chi phí Do đặc điểm trong suốt với tín hiệu truyền nên độ tin cậy của mạngcao hơn hẳn so với các mạng TDM

- Tương thích với chuyển mạch quang hoàn toàn

Theo dự đoán, có thể thực hiện được mạng chuyển mạch hoàn toàn quangtrong tương lai, việc xử lý như xen/rẽ và kết nối của tất cả các dịch vụ viễn thông cóthể được thực hiện bằng cách thay đổi và điều chỉnh các bước sóng tín hiệu quang

Vì vậy, DWDM là công nghệ cơ sở để thực hiện mạng hoàn toàn quang Hơn nữa,các hệ thống DWDM có thể tương thích với các mạng hoàn toàn quang trong tươnglai Hoàn toàn có thể thực hiện mạng hoàn toàn quang trong suốt và có độ tin cậycao trên cơ sở hệ thống DWDM hiện tại

2.2.2 Các thành phần chính của hệ thống DWDM

2.2.2.1 Thiết bị đầu cuối quang (OLT)

OLT (Optical Line Terminal) là thiết bị khá đơn giản trong mạng truyền dẫnWDM OLT có trong các mô hình mạng điểm – điểm, thực hiện ghép tín hiệu ở đầuphát và truyền đi trên sợi quang, giải ghép ở đầu thu và chuyển các tín hiệu thànhphần đến phía đầu cuối

OLT bao gồm 3 thành phần chính là: chuyển đổi tín hiệu (Transponder), ghépbước sóng (Wavelength Multiplexer) và khuếch đại quang (Optical Amplifier)

Chức năng:

- Chuyển đổi tín hiệu

Chuyển đổi tín hiệu sang bước sóng, mức công suất và các thông số quang phùhợp với yêu cầu của kênh quang

Thêm vào hoặc trích ra các tín hiệu dẫn để có thể quản lý tín hiệu truyền đi tại lớp kênh quang

Giám sát BER của tín hiệu truyền trong tín hiệu điên và tín hiệu quang tại đầu vào (ingress) và đầu ra (outgress) của nó

- Chức năng ghép bước sóng

Bộ ghép bước sóng ghép các tín hiệu thuộc các bước sóng khác nhau tươngthích với chuẩn ITU-T thành tín hiệu để truyền đi trên một sợi quang

- Chức năng khuếch đại tín hiệu

Sử dụng cấu hình EDFA (Erbium Dope Fiber Amplifier) khuếch đại cho côngsuất hướng phát (boster amplifier) và cấu hình EDFA tiền khuếch đại (Preamplifier)cho hướng thu

Hình 2.2 Mô hình OLT.

Trang 8

Báo cáo đồ án tốt nghiệp

Ngoài ra, OLT còn có chức năng ghép/tách kênh giám sát OSC (OpticalSupervisory Channel) Kênh giám sát được truyền trên một bước sóng khác vớibước sóng truyền tín hiệu Vai trò của OSC là để giám sát hoạt động của các bộkhuếch đại quang dọc theo một liên kết quang và thực hiện các chức năng quản lýkhác

2.2.2.2.Bộ chuyển đổi bước sóng

Bộ chuyển đổi bước sóng là thiết bị chuyển đổi tín hiệu có bước sóng này ởđầu ra thành tín hiệu có bước sóng khác Bộ chuyển đổi bước sóng được sử dụngtrong các trường hợp như:

- Tín hiệu có thể đi vào mạng với bước sóng không thích hợp khi truyền trong mạng Ví dụ, chuyển đổi bước sóng 1310 nm sang bước sóng 1550 nm để phù hợp với ITU-T

- Bộ chuyển đổi khi được trang bị các cấu hình nút mạng giúp sử dụng tài nguyên bước sóng hiệu quả và linh động hơn

Có 4 phương pháp chế tạo bộ chuyển đổi bước sóng: phương pháp quang-điện,phương pháp cửa quang, phương pháp giao thoa và phương pháp trộn bước sóng.Phương pháp trộn bước sóng là phương pháp toàn quang, tuy nhiên hiện tại côngnghệ chế tạo theo phương pháp này vẫn chưa đủ hoàn thiện để có thể thương mạihóa

 Phương pháp quang điện

Phương pháp này được sử dụng phổ biến hiện nay Tín hiệu đầu vào trước hếtđược chuyển sang dạng tín hiệu điện, tái tạo lại và sau đó được một bộ phát laser phát bước sóng khác Có 3 loại tái tạo là:

- Tái tạo 1R: đầu Thu chuyển đổi tín hiệu đầu vào từ dạng photon ánh sáng sang

các hạt điện tử, sau đó các hạt điện tử được khuếch đại bởi một bộ khuếchđại tương tự RF (Radio Frequency) và phát ra tia laser với bước sóng thích hợp

- Tái tạo 2R: phương pháp này chỉ áp dụng khi tín hiệu đầu vào là tín hiệu số Tín hiệu được sửa lại xung (Reshaped) nhờ cho đi qua cổng logic, không thực hiện đồng

bộ lại tín hiệu (Retimed) nên phương pháp này sinh hiện tượng trễ

- Tái tạo 3R: thực hiện đồng thời việc sửa dáng xung và đồng bộ lại cho tín hiệugiảm được các hiện tượng ảnh hưởng đến chất lượng như: phi tuyến tính, tán sắc, nhiễu

bộ khuếch đại… tuy nhiên giới hạn về luồng tín hiệu và thiết bị sử dụng

Trang 9

Hình 2.3 Các loại chuyển đổi bước sóng quang điện: (a) 1R; (b) 2R; (c) 3R.

 Phương pháp cửa quang

Phương pháp chế tạo các bộ chuyển đổi bước sóng dùng phương pháp cửaquang tận dụng tính chất của một số thiết bị quang có đặc tính đầu rất hay đổi theocường độ tín hiệu Sự thay đổi này được chuyển đến tín hiệu chưa được điều chế,gọi là tín hiệu dò (Probe Signal) cấu hình cho đi qua thiết bị Tại đầu ra, tín hiệu dòmang thông tin chứa trong tín hiệu đầu vào Các thiết bị chế tạo theo phương phápnày thường thuộc dạng đầu vào thay đổi đầu-đầu ra cố định, hoặc ngược lại

Trang 10

Báo cáo đồ án tốt nghiệp

Hình 2.4 Nguyên lý hoạt động của bộ chuyển đổi bước sóng chế tạo theo phương

pháp cửa quang

Kỹ thuật chính của phương pháp này là điều chế chéo độ lợi CGM (Cross-gainModulation), tận dụng hiệu ứng phi tuyến trong một bộ khuếch đại quang bán dẫnSOA (Semiconductor optical amplifiers), tận dụng tính chất của SOA là có độ lợithay đổi theo cường độ tín hiệu đi vào Nguyên lý hoạt động của một thiết bị SOAđược cấu hình làm bộ chuyển đổi bước sóng

Kỹ thuật chính của phương pháp này là điều chế chéo pha Khi cường độ sóngmang trong bộ khuếch đại thay đổi cùng với tín hiệu đầu vào nó làm thay đổi chiếtsuất của môi trường độ lợi, dẫn đến thay đổi pha của tín hiệu dò Hiện tượng điềuchế pha kiểu này có thể chuyển sang điều chế biên độ bằng cách dùng bộ lọc Mach-Zehnder Trong đó, cả hai nhánh của bộ lọc Mach-Zehnder đều có cùng chiều dài,mỗi nhánh dùng kết hợp với bộ khuếch đại SOA Tại đầu vào của bộ lọc Mach-Zehnder dùng bộ coupler tách tín hiệu đi theo hai nhánh của bộ lọc theo tỉ lệ khôngđều nhau Do cường độ tín hiệu đi trên mỗi nhánh không đều nhau nên khi đi quacác bộ SOA sẽ bị dịch pha các lượng không giống nhau Nguyên lý hoạt động củaMZI, sự lệch pha giữa hai tín hiệu này được chuyển đến một tín hiệu điều chế biên

độ ở đầu ra truyền với bước sóng khác

Hình 2.5 Biến đổi sóng bằng điều chế xuyên pha sử dụng bộ khuếch đại quang bán

dẫn có gắn bộ lọc Mach-Zender bên trong

Phương pháp này dựa trên trộn bốn bước sóng, trong đó nếu có ba bước sóng

f1,f2,f3 cùng truyền trong sợi quang thì theo hiện tượng phi tuyến tính sẽ xuất hiệnsóng ảnh hưởng do hiệu ứng phi tuyến tính được tính là f1+f2+f3 Ứng dụng cho bộchuyển đổi bước sóng khi f1=f2 và sau đó cho qua bộ khuếch đại SOA Giả sử sóngvào kí hiệu là fs và sóng dò là fp, bộ khuếch đại SOA được cấu hình sao cho mộttrong hai bước sóng sinh do hiện tượng FWM 2fp-fs và 2fs-fp nằm trong băng thônghoạt động của tín hiệu, khi đó ta thực hiện được chức năng chuyển đổi bước sóng

Ưu điểm của phương pháp chế tạo này là tính trong suốt đối với các định dạngtín hiệu, nghĩa là có thể hoạt động với nhiều tốc độ bit khác nhau Tuy nhiên, nhượcđiểm là khi khoảng cách giữa bước sóng tín hiệu fs và bước sóng dò fp tăng thì hiệuquả chuyển đổi bước sóng sẽ giảm

Trang 12

Báo cáo đồ án tốt nghiệp

Hình 2.6 Chuyển đổi bước sóng bằng cách trộn bốn bước sóng trong bộ khuếch đại

quang

2.2.2.3 Bộ ghép/tách kênh bước sóng

Bộ ghép/tách kênh bước sóng, cùng với bộ kết nối chéo quang, là thiết bịquang trọng cấu thành nên hệ thống Khi dùng kết hợp với bộ kết nối chéo quangOXC (Optical Crossconnect) sẽ hình thành nên mạng truyền tải quang, có khả năngtruyền tải đồng thời và trong suốt mọi loại hình dịch vụ Bộ ghép/tách kênh hoạtđộng trên nhiều kênh bước song liên tục Nguyên lý hoạt động của bộMUX/DEMUX là ghép tách tín hiệu ở các bước sóng khác nhau

Hình 2.7 Bộ tách/ghép kênh bước sóng quang (a) Sơ đồ khối bộ ghép kênh bước

sóng (MUX) (b) Sơ đồ khối bộ tách ghép kênh bước sóng (DEMUX) (c) Các

thông số đặc trưng của bộ MUX/DEMUX

Với nhu cầu về dung lượng ngày càng cao trong khi công nghệ chế tạo sợiquang còn những giới hạn nhất định, làm hạn chế tốc độ truyền dẫn một kênh bướcsóng Điều đó đòi hỏi phải tăng số lượng kênh bước sóng truyền trên một sợi quang,

có nghĩa là số lượng kênh mà bộ MUX/DEMUX xử lý phải tăng lên Trong khicông nghệ chế tạo phần tử cơ bản vẫn còn giới hạn ở số lượng kênh bước sóng cóthể xử lý thì giải pháp ghép tầng được xem là giải pháp hợp lý nhất

a Ghép tầng nối tiếp đơn kênh (Serial)

Trong phương pháp này thực hiện ghép n tầng, mỗi tầng chỉ thực hiện

ghép/tách một kênh bước sóng

Ưu điểm lớn nhất là số bước sóng xử lý có thể thay đổi linh động bằng cách thêm/bớt số bộ lọc ghép vào

Nhược điểm chính là chỉ có thể tăng lên đến một số lượng bước sóng nào đó

mà thôi, do đó suy hao xen sẽ tăng gần như tuyến tính

Hình 2.8 Ghép tầng để tăng dung lượng ghép/tách các kênh bước sóng (a) Ghép

tầng theo từng bước băng bước sóng (b) Ghép tầng đan xen chẵn lẻ

Tất cả các bước sóng đều được tách đồng thời trong một tầng duy nhất

Ưu điểm của phương pháp này suy hao xen nhỏ, tính đồng nhất của suy hao tốt hơn

Nhược điểm lá số kênh được tách bị hạn chế do công nghệ sản xuất

c Ghép tầng theo từng băng sóng (Multistage Banding)

Phương pháp này thực hiện với n/m tầng, mỗi tầng tách/ghép m kênh bướcsóng thuộc cùng một băng sóng (thông thường m=4 hoặc m=8, số lượng kênh bướcsóng trong một băng sóng là do nhà sản xuất thiết bị qui định) Yêu cầu đối vớiphương pháp này là có dải bước sóng hoạt động rất rộng

Trang 14

Báo cáo đồ án tốt nghiệp

Ưu điểm: Hạn chế được suy hao thêm vào m lần so với phương pháp ghép

tầng nối tiếp Cấu trúc này có thể mở rộng thêm nhiều tầng Cấu trúc có dạngmôdun nên ở tầng cuối có thể chỉ dùng một băng

Nhược điểm: Phí phạm tài nguyên bước sóng do phải chứa khoảng cách rộng

giữa các băng sóng

Có thể áp dụng với hai tầng hoặc nhiều hơn Tầng đầu làm nhiệm vụ ghép/táchcác kênh bước sóng chẵn, lẻ ra làm thành hai băng, đưa đến tầng hai Tiếp theo, tầnghai có thể thực hiện chức năng tương tự như tầng một hoặc thực hiện ghép/táchriêng ra thành các kênh riêng lẻ

Ưu điểm của phương pháp này là càng về tầng cuối, không cần phải dùng các

bộ lọc có độ chính xác cao do khoảng cách giữa các kênh bước sóng cần xử lý ởtầng sau sẽ càng rộng ra

2.2.2.4 Bộ khuếch đại đường quang (OLA)

Các bộ khuếch đại OLA (Optical Line Amplifier) được dùng ở giữa các liênkết quang với những khoảng cách bằng nhau (trên thực tế là khoảng 100-200km).Thành phần cơ bản là các bộ khuếch đại quang mắc nối tiếp với nhau, giữa cácchặng độ lợi có thể là bộ bù tán sắc (dispersion compensasor) để bù tán sắc tích lũydọc theo tuyến quang

Hình 2.9 Sơ đồ khối của một bộ khuếch đại đường dây quang điển hình.

Trên hình vẽ chỉ vẽ một hướng Bộ khuếch đại sử dụng nhiều tầng khuếch đạiErbium và bao gồm độ bù tán sắc (tùy chọn) và các OADM giữa các tầng khuếchđại Bộ bơm Raman có thể dùng để cung cấp thêm độ khuếch đại Raman cho đoạnsợi quang OSC được tách ra tại đầu vào và kết cuối, và xen vào tại ngõ ra

Bộ OLA còn có các thiết bị thực hiện chức năng tách/ghép kênh giám sátOSC Tại đầu vào khi chưa qua các khối độ lợi, kênh giám sát OSC được lọc lại vàđưa vào đầu thu OSC Tiếp đến, sau khi khuếch đại các kênh tín hiệu thuộc cácbước sóng khác nhau, kênh OSC được ghép chung vào với các kênh tín hiệu vàtruyền đi Như vậy, kênh OSC không được khuếch đại bởi các OLA Bộ OLA cũng

có thể được cấu hình gồm bộ khuếch đại Raman thực hiện chức năng khuếch đạiphân bố (Distributed Amplifier) bằng cách cấu hình tại đầu vào của nó nguồn bơmRaman có công suất quang lớn, bơm ngược chiều với chiều tín hiệu vào.

2.2.2.5 Bộ xen rớt quang (OADM)

Bộ ghép xen/rớt quang OADM (Optical Add/Drop Multiplexer) thường đượcdùng trong các mạng quang đô thị và mạng quang đường dài vì nó cho hiệu quảkinh tế cao đặc biệt đối với cấu hình mạng tuyến tính, cấu hình mạng vòng (Ring).Chức năng của bộ ghép xen/rớt quang là nó được cấu hình để xen/rớt một sốkênh bước sóng, các kênh bước sóng còn lại được cấu hình cho đi xuyên qua (passthrough)

Hình 2.10 Mô hình OADM (a) Giải pháp dùng cho hệ thống điểm nối điểm (b)

OADM tại B

Có ba cấu trúc cho OADM: cấu trúc song song, cấu trúc nối tiếp và cấu trúcxen/rớt theo băng sóng Ngoài ra còn có OADM cấu hình được sử dụng các phầnmềm hỗ trợ để đạt hiệu quả cao hơn nhưng chưa được sử dụng thực tế

Trong cấu trúc song song, tất cả các kênh tín hiệu đều được giải ghép kênh.Sau đó, một số kênh tùy ý được cấu hình rớt, các kênh còn lại đi xuyên qua Nhưvậy số lượng kênh thực hiện xen/rớt, cụ thể kênh nào thực hiện xen/rớt là cố định.OADM chế tạo theo cấu trúc song song sẽ không tạo nhiều ràng buộc khi thiết lập

Trang 16

Báo cáo đồ án tốt nghiệp

một đường quang giữa các nút trong mạng Việc xen/rớt không làm gián đoạn cáckênh đang hoạt động Tuy nhiên, so với điều kiện thực tế, cấu trúc này sẽ khôngmang tính kinh tế do số lượng kênh xen/ rớt tại mỗi nút thường không đáng kể sovới số lượng kênh truyền

b Cấu trúc song song theo băng (theo môdun)

Để tăng tính kinh tế hơn, cấu trúc song song có thể thay đổi bằng cách thiết kếtheo từng môdun Quá trình MUX/DEMUX tín hiệu theo 2 tầng Tầng thứ nhấtMUX tín hiệu từ sợi quang đi vào ra thành các băng sóng riêng biệt và tầng thứ haiMUX tín hiệu thuộc các băng sóng ra thành các tín hiệu bước sóng riêng rẽ Vì vậy,giúp tăng hiệu quả sử dụng bộ MUX/DEMUX cao hơn và cho ra độ suy hao giữacác kênh bước sóng đồng nhất hơn

c Cấu trúc nối tiếp

Trong cấu trúc nối tiếp, một kênh đơn thực hiện rớt và xen từ tập hợp các kênh

đi vào OADM Ta gọi thiết bị này là OADM kênh đơn SC-OADM (single OADM).SC-OADM là yếu tố cơ bản cấu thành nên hệ thống OADM hoàn chỉnh bằng cáchghép nối tiếp nhiều SC-OADM Tuy nhiên, suy hao thêm vào lớn do mắc nối tiếpnhiều chặng Việc xen/rớt các kênh mới sẽ làm gián đoạn các kênh khác Do đó cần

có kế hoạch phân bố bước sóng trước để hạn chế việc gián đoạn này

Hình 2.11 Các kiến trúc khác nhau cho OADM (a) Dạng song song (b) Dạng song

song theo băng (c) dạng nối tiếp (d) Dạng tách băng

d Cấu trúc xen/rớt theo băng sóng

Một nhóm cố định kênh bước sóng được thực hiện xen/rớt tại mỗi nút mạng OADM Các kênh được thiết lập thực hiện xen/rớt là các kênh liên tiếp nhau trong

một băng sóng, sẽ được lọc bởi một bộ lọc có băng thông là dải bước sóng Sau đó,chúng được đưa lên mức ghép kênh cao hơn và từ đó giải ghép kênh thành các kênhbước sóng riêng lẻ Đây là cấu trúc trung hòa giữa cấu trúc song song và nối tiếp Sốlượng tối đa kênh bước sóng xen/rớt là tùy thuộc vào băng thông của bộ lọc Tuynhiên, số lượng các kênh xen/rớt là bao nhiêu cũng không ảnh hưởng đến quá trìnhtính toán các đường quang khác truyền trong mạng và độ suy hao của tín hiệu khi điqua OADM Mặc khác cấu trúc này phức tạp.

Bảng 2.2 So sánh giữa các cấu trúc OADM.

băng

- Số kênh được sử dụng và khoảng cách giữa các kênh

- Vấn đề ổn định bước sóng của nguồn quang

- Vấn đề tán sắc, bù tán sắc

Trang 18

Báo cáo đồ án tốt nghiệp

- Ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến

2.2.3.1 Số kênh sử dụng và khoảng cách giữa các kênh

Một trong các yếu tố quan trọng cần phải xem xét là hệ thống sử dụng baonhiêu kênh và số kênh cực đại có thể sử dụng là bao nhiêu Số kênh cực đại của hệthống phụ thuộc vào:

2.2.3.1.1 Khả năng công nghệ hiện có đối với các thành phần quang của hệ thống

- Khả năng tách/ghép của các thiết bị WDM

2.2.3.1.2 Khoảng cách giữa các kênh, một số yếu tố ảnh hưởng đến khoảng cách.

- Ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến

- Khả năng tách/ghép của các thiết bị WDM

Trong một hệ thống WDM số lượng bước sóng không thể quá nhiều, bởi vìđiều khiển và giám sát đối với các bước sóng này là một vấn đề phức tạp, có thể quyđịnh trị số lớn nhất đối với số lượng 9 bước sóng của hệ thống từ góc độ kinh tế vàcông nghệ Tất cả các bước sóng đều phải nằm ở phần tương đối bằng phẳng trênđường cong tăng ích của bộ khuếch đại quang, để cho hệ số tăng ích của các kênhkhi đi qua bộ khuếch đại quang là gần như nhau, điều này tiện lợi cho thiết kế hệthống Đối với bộ khuếch đại sợi quang pha trộn Erbium, phần tương đối bằngphẳng của đường cong tăng ích là từ 1540 nm đến 1560 nm

2.2.3.2 Vấn đề ổn định bước sóng của nguồn quang và yêu cầu độ rộng của nguồn phát

2.2.3.2.1 Ổn định bước sóng của nguồn quang

Trong hệ thống WDM, phải quy định và điều chỉnh chính xác bước sóng củanguồn quang, nếu không sự trôi bước sóng do các nguyên nhân sẽ làm cho hệ thốngkhông ổn định hay kém tin cậy

Hiện nay chủ yếu dùng hai phương pháp điều khiển nguồn quang: thứ nhất làphương pháp điều khiển phản hồi thông qua nhiệt độ chip của bộ kích quang để điềukhiển giám sát mạch điện điều nhiệt với mục đích điều khiển bước sóng và ổn địnhbước sóng; thứ hai là phương pháp điều khiển phản hồi thông qua việc giám sátbước sóng tín hiệu quang ở đầu ra, dựa vào sự chênh lệnh trị số giữa điện áp đầu

ra và điện áp tham khảo tiêu chuẩn để điều khiển nhiệt độ của bộ kích quang, hìnhthành kết cấu khép kín chốt vào bước sóng trung tâm.

2.2.3.2.2.Yêu cầu độ rộng của nguồn phát

Việc chọn độ rộng phổ của nguồn phát nhằm đảm bảo cho các kênh hoạt độngmột cách độc lập với nhau hay nói cách khác là tránh hiện tượng chồng phổ ở phíathu giữa các kênh lân cận

Tán sắc vật liệu là một hàm của bước sóng và do sự thay đổi về chỉ số chiết

suất của vật liệu, nên nó làm cho bước sóng phụ thuộc vào vận tốc nhóm

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

trong lõi, vì vậy còn 20% năng lượng xung lan truyền trong vỏ nhanh hơn lan

truyền trong lõi Tán sắc này phụ thuộc vào hằng số lan truyền β, và β là hàm của a



2.2.3.3.2 Các phương pháp chính để giảm sự ảnh hưởng của sự tán sắc

Để giảm ảnh hưởng của tán sắc gồm có phương pháp làm hẹp độ rộng phổ

nguồn tín hiệu và phương pháp bù tán sắc như:

 Sử dụng sợi quang G.653 (sợi có mức tán sắc tại 1550 nm)

 Bù tán sắc bằng phương pháp điều biến dịch pha SPM

 Bù tán sắc bằng các thành phần tán sắc thụ động (bộ kết hợp quay pha

bước sóng và sợi tán sắc âm)

 Bù tán sắc bằng các thiết bị dịch tần trước (pre – chirp)

 Bù tán sắc bằng kỹ thuật DST (Dispersion Supported Trans-mission)

 Bù tán sắc bằng các module DCM sử dụng cách tử Bragg

Ta cũng có thể coi kỹ thuật WDM là một phương pháp giảm ảnh hưởng củatán sắc Do sử dụng kỹ thuật WDM cho phép tăng dung lượng của hệ thống màkhông phải tăng tốc độ truyền dẫn của kênh tin hiệu

Trang 20

Báo cáo đồ án tốt nghiệp

Do đó, nếu không xảy ra các hiệu ứng phi tuyến làm tăng ảnh hưởng của tánsắc, điển hình là hiệu ứng XPM, thì giới hạn khoảng cách truyền dẫn do tán sắc gây

ra đối với hệ thống WDM có thể coi giống với hệ thống TDM đơn kênh có tốc độbằng tốc độ của một kênh bước sóng trong hệ thống WDM

Tóm lại, vấn đề tán sắc ảnh hưởng nghiêm trọng trong hệ thống thông tinquang cự ly xa Ảnh hưởng của tán sắc càng nghiêm trọng hơn khi tín hiệu quangđược khuếch đại nhiều lần lặp sử dụng các bộ khuếch đại đường truyền LA Trong

hệ thống nhiều kênh WDM ảnh hưởng của tán sắc không đều giữa bước sóng (độdốc tán sắc) Khắc phục tán sắc là vấn đề cơ bản cần giải quyết trong thiết kế hệthống thông tin quang WDM cự ly lớn

2.2.3.4 Vấn đề xuyên kênh

Vấn đề quan trọng khác trong thiết kế hệ thống WDM là giải quyết xuyênkênh Đặc tính của hệ thống sẽ bị suy giảm khi có hiện tượng xuyên kênh, nghĩa làhiện tượng dẫn đến một phần công suất của kênh này chuyển sang kênh khác Có sựchuyển đổi đó là do ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến bên trong sợi quang, hiệntượng này được gọi là xuyên kênh phi tuyến vì nó phụ thuộc vào bản chất truyềndẫn phi tuyến của kênh thông tin quang

Tuy nhiên, xuyên kênh cũng xảy ra ngay cả khi kênh là tuyến tính hoàn toàn;trường hợp này là do tính không hoàn hảo của các phần tử WDM khác nhau như: bộlọc quang, bộ giải ghép kênh và các bộ chuyển mạch Dưới đây sẽ đi sâu phân tíchhai loại xuyên kênh

2.2.3.4.1 Xuyên kênh tuyến tính

Xuyên kênh tuyến tính có thể chia thành hai loại phụ thuộc vào nguồn gốc của

nó Các bộ lọc quang và các bộ tách kênh thường để rò một phần công suất tín hiệusang các kênh lân cận, xen vào quá trình tách sóng Xuyên kênh này gọi là xuyênkênh không đồng nhất bước sóng (hay còn gọi là xuyên kênh ngoài băng), và dotính không kết hợp của nó, nên nó ít ảnh hưởng hơn so với xuyên kênh đồng kênh(hay còn gọi là xuyên kênh trong băng), xảy ra khi định tuyến tín hiệu WDM từnhiều nút mạng Ta sẽ xem xét chi tiết hơn hai loại xuyên kênh tuyến tính thườnggặp:

 Xuyên kênh gây ra do bộ lọc:

Ta hãy xét trường hợp hệ thống trong đó sử dụng một bộ lọc quang có thể điềuchỉnh được để chọn ra một kênh trong số N kênh tới Nếu bộ lọc quang cho quakênh thứ m, thì công suất quang tới được bộ tách sóng có thể được tính [1]:

N

P  Pm   Tnm Pn (1.4)

n m

Với Pm là công suất của kênh thứ m và Tnm là hệ số truyền dẫn của bộ lọc chokênh n khi kênh m được chọn, Pn là công suất của kênh n Xuyên kênh này xảy ranếu Tnm ≠ 0 với n ≠ m Đây là loại xuyên kênh ngoài băng vì nó thuộc về tín hiệunằm ngoài dải phổ mà kênh được tách ra.

Để đánh giá sự tác động của xuyên kênh lên chức năng hệ thống, ta xét việcđền bù công suất được xác định khi tăng thêm công suất tại bộ thu để hạn chế sựảnh hưởng của xuyên kênh Dòng photo được phát ra tương ứng với công suấtquang tới được xác định [1]:

m m là đáp ứng bộ tách sóng quang cho kênh thứ m tại tần số

là hiệu suất lượng tử mà nó có thể khác nhau đối với các kênh khác nhau

Thành phần Ix biểu thị xuyên kênh thêm vào dòng I của bộ thu Giá trị của nó phụthuộc vào dạng bit và đạt cực đại khi tất cả các kênh đều mang các bit “1” (đây làtrường hợp xấu nhất)

Phương pháp đơn giản để tính mức thiệt thòi công suất xuyên kênh là đưa vào

độ khép hình mắt Thực tế, Ich tăng lên để duy trì chất lượng hệ thống Hệ số tăng 

Trường quang tổng chỉ bao hàm xuyên kênh trong băng được tính [2]:

Trang 22