Ứng dụng WDM trong mạng truyền dẫn

Ứng dụng WDM trong mạng truyền dẫn

Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục Mục lục i CHƯƠNG I 2 TổNG QUAN Về Hệ THốNG WDM 2 CáC THàNH PHầN TRONG Hệ THốNG WDM 12 Một số vấn đề công nghệ then chốt 47 Chơng iv 56 ứng dụng của hệ thống wdm 56 4.1 ứng dụng wdm trong mạng truyền dẫn 56 Nguyễn Tnành Chung D2001VT i Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 1. Tổng quan về hệ thống WDM CHƯƠNG I TổNG QUAN Về Hệ THốNG WDM 1.1 Giới thiệu chung Trong những năm gần đây, sự phát triển của các dịch vụ thoại và phi thoại mà đặc biệt là Internet cũng nh một số dịch vụ khác đã tạo ra một sự bùng nổ nhu cầu về dung lợng. Điều này đặt lên vai những nhà cung cấp dịch vụ đờng trục những khó khăn và thách thức mới. Kĩ thuật ghép kênh theo miền thời gian TDM đã giải quyết phần nào các yêu cầu trên nhng vẫn còn rất hạn chế. Trong thực tế, tốc độ của tín hiệu TDM thờng nhỏ hơn hoặc bằng 10Gb/s. Do ảnh hởng của hiện tợng tán sắc, hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang và tốc độ của các thành phần điện tử nên khi tăng tốc độ bit của một kênh TDM lên quá giới hạn này, chất lợng hệ thống không đảm bảo. Để thích ứng với sự tăng trởng không ngừng đó và thoả mãn yêu cầu tính linh hoạt của mạng, các công nghệ truyền dẫn khác nhau đã đợc nghiên cứu, triển khai thử nghiệm và đa vào ứng dụng, trong số đó phải kể đến công nghệ WDM, OTDM, Soliton Phơng pháp ghép kênh theo bớc sóng WDM(Wavelength Division Multiplexing) đã tận dụng hữu hiệu nguồn tài nguyên băng rộng trong khu vực tổn hao thấp của sợi quang đơn mode. Ghép kênh theo bớc sóng WDM nâng cao dung lợng truyền dẫn của hệ thống mà không cần phải tăng tốc độ của từng kênh trên mỗi bớc sóng. Do đó, WDM chính là giải pháp tiên tiến trong kĩ thuật thông tin quang, đáp ứng đợc nhu cầu truyền dẫn và cả những yêu cầu về chất lợng truyền dẫn của hệ thống. 1.1.1 Khái quát về WDM Trong hệ thống WDM, tín hiệu điện của từng kênh quang đợc điều chế với các sóng mang quang khác nhau. Sau đó, chúng đợc ghép lại và truyền trên cùng một sợi quang đến đầu thu. Phía thu thực hiện quá trình tách tín hiệu quang thành các kênh quang riêng biệt có bớc sóng khác nhau. Mỗi kênh này đợc đa đến một máy thu riêng. Công nghệ WDM cho phép khai thác đợc tiềm năng băng thông to lớn của sợi quang. Ví dụ, hàng trăm kênh 10Gb/s có thể truyền trên cùng một sợi quang. Khoảng cách giữa các kênh khoảng 50GHz. Dới đây là một tính toán cho thấy sự hấp dẫn của công nghệ WDM: Hình 1.1 chỉ ra hai cửa sổ truyền dẫn 1,3 và 1,5 cửa sợi quang. Mỗi cửa sổ có băng thông truyền dẫn(suy hao thấp) của sợi quang là rất lớn; Chỉ với riêng cửa sổ quang 1550 nm thì dải bớc sóng có thể sử dụng là 1500 nm 1600 nm, tơng ứng với dải tần rộng cỡ 12,5 THz !. Nguyễn Tnành Chung D2001VT 2 Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 1. Tổng quan về hệ thống WDM Sử dụng cho tốc độ truyền tin cỡ 10 Gbps thì chỉ cần sử dụng một phần rất nhỏ trong băng tần truyền dẫn này. Rõ ràng, có thể thấy dung lợng yêu cầu cỡ hàng trăm Gbps là hoàn toàn nằm trong khả năng của hệ thống WDM. Thêm vào đó, hệ thống còn rất mềm dẻo khi có các phần tử nh bộ tách ghép quang, bộ nối chéo quang, chuyển mạch quang, các bộ lọc quang thực hiện lựa chọn kênh động hoặc tĩnh Khái niệm về WDM đã đợc biết đến từ những năm 1980, khi mà hệ thống quang đã đợc bắt đầu thơng mại hóa. Dạng đơn giản nhất của WDM là truyền hai kênh tín hiệu trên hai cửa sổ khác nhau. Ví dụ, truyền trên hai bớc sóng 1,3àm và 1,55àm. Khi đó, khoảng cách giữa các kênh là 250nm. Sau đó, khoảng cách giữa các kênh giảm dần đi. Năm 1990, khoảng cách giữa các kênh chỉ còn nhỏ hơn 0,1nm. Trong suốt thập kỉ 90, hệ thống WDM đã đợc nhiều nớc trên thế giới quan tâm nghiên cứu. Hiện nay, kỹ thuật ghép kênh theo bớc sóng đã đợc ứng dụng ở nhiều nớc trên thế giới. ở nớc ta, Tổng công ty bu chính viễn thông Việt Nam quyết định nâng cấp tuyến truyền dẫn Bắc Nam bằng giải pháp ghép kênh theo bớc sóng. 1.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống tách/ghép kênh quang Sơ đồ khối tổng quát của một hệ thống truyền dẫn quang đơn hớng ghép kênh theo bớc sóng đợc mô tả nh hình 1.2. Nguyễn Tnành Chung D2001VT 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,5 1,6 Hình 1.1. Băng tần truyền dẫn của sợi quang là rất lớn! [dB] Băng tần cửa sổ 1550 nm [àm] Phổ của một nguồn quang Tx Tx OMUX ODMU X Rx Rx 1 2 , , n Sợi quang 1 n 1 n 1 1 n n Hình 1.2 Sơ đồ khối hệ thống WDM đơn h ớng 3 Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 1. Tổng quan về hệ thống WDM Tại mỗi bộ phát, tín hiệu điện của mỗi kênh quang đợc điều chế với sóng mang quang có độ rộng phổ rất hẹp. Tín hiệu quang tại đầu ra của mỗi bộ phát có bớc sóng khác nhau là n , 21 . Các kênh quang này đợc ghép với nhau nhờ bộ ghép kênh quang OMUX và truyền trên một sợi quang duy nhất đến đầu thu. Yêu cầu của bộ ghép kênh là phải có độ suy hao nhỏ để đảm bảo tín hiệu tới đầu ra của bộ ghép ít bị suy hao, giữa các kênh có khoảng bảo vệ nhất định để tránh gây nhiễu sang nhau. Tại phía thu, bộ ODMUX thực hiện quá trình tách tín hiệu thu đợc thành các kênh khác nhau. Mỗi kênh này tơng ứng với một bớc sóng. Mỗi kênh đợc đa đến một đầu thu riêng. Để tránh xuyên nhiễu giữa các kênh, yêu cầu thiết kế bộ giải ghép thật chính xác. Phần trên trình bày phơng án truyền dẫn ghép bớc sóng quang một hớng, tức là tín hiệu đợc ghép tại một đầu và tách tại đầu kia, tín hiệu truyền trên sợi quang theo một hớng. Ngoài ra ngời ta có thể thực hiện truyền dẫn ghép bớc sóng quang hai hớng trên cùng một sợi quang nh hình 1.3. Trong hệ thống truyền dẫn hai hớng, n kênh quang có bớc sóng 1 n đợc ghép lại và truyền đi theo một hớng, n kênh quang khác có bớc sóng n+1 2n đ- ợc ghép lại và truyền đi theo hớng ngợc lại trên cùng sợi quang. Phơng pháp này yêu cầu rất nghiêm ngặt về độ rộng phổ của từng kênh và chất lợng của bộ tách kênh. Trong hệ thống mà các bớc sóng của các kênh quang cách xa nhau, thờng thuộc các cửa sổ khác nhau, đợc gọi là ghép tha SWDM (Sparse Wavelength Division Multiplexing). Hệ thống có khoảng cách giữa các kênh quang rất nhỏ, các kênh quang có bớc sóng gần nhau đợc gọi là hệ thống ghép kênh mật độ cao DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing). Khi đó vấn đề trở nên phức tạp hơn nhiều và yêu cầu về chất lợng các thành phần trong hệ thống quang rất cao. Nguyễn Tnành Chung D2001VT Tx Tx Rx Rx MUX/ DMUX MUX/ DMUX Rx Rx Tx Tx 1 n 1 1 1 n n n n 21 nn 21 + 1 n n2 1+n 1 n 1+n n2 Hình 1.3 Sơ đồ khối hệ thống WDM hai h ớng 4 Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 1. Tổng quan về hệ thống WDM 1.1.3 Đặc điểm của hệ thống WDM 1.1.3.1 Tận dụng tài nguyên Công nghệ WDM tận dụng tài nguyên băng thông truyền dẫn to lớn của sợi quang, làm cho dung lợng truyền dẫn của sợi quang so với truyền dẫn bớc sóng đơn tăng từ vài lần tới hàng trăm lần, từ đó tăng dung lợng của sợi quang, hạ giá thành hệ thống. Hiện nay, dải tần truyền dẫn có suy hao thấp của sợi quang mới chỉ đợc sử dụng một phần rất nhỏ. Nếu ứng dụng công nghệ WDM thì hiệu quả tận dụng băng tần sợi quang trong vấn đề truyền dẫn quả là hết sức to lớn. Dùng công nghệ WDM có thể ghép N bớc sóng truyền dẫn trong sợi quang đơn mode và có thể truyền dẫn hoàn toàn song công. Do vậy, khi truyền dẫn thông tin đờng dài với dung lợng lớn, có thể tiết kiệm số lợng lớn sợi quang. Thêm vào đó là khả năng mở rộng dung lợng cho hệ thống quang đã xây dựng. Chỉ cần hệ thống cũ có độ d công suất tơng đối lớn thì có thể tăng thêm dung l- ợng mà không cần thay đổi nhiều đối với hệ thống cũ. 1.1.3.2 Đồng thời truyền dẫn nhiều tín hiệu Vì trong công nghệ WDM sử dụng các bớc sóng độc lập với nhau, do đó có thể truyền dẫn những tín hiệu có đặc tính hoàn toàn khác nhau, thực hiện việc tổng hợp và phân chia các dịch vụ viễn thông, bao gồm tín hiệu số và tín hiệu t- ơng tự, tín hiệu PDH và tín hiệu SDH, truyền dẫn tín hiệu đa phơng tiện (thoại, số liệu, đồ hoạ, ảnh động). 1.1.3.3 Nhiều ứng dụng Căn cứ vào nhu cầu, công nghệ WDM có thể có rất nhiều ứng dụng nh trong mạng đờng trục, mạng phân phối kiểu quảng bá, mạng cục bộ nhiều đờng, nhiều địa chỉ, bởi thế nó rất quan trọng trong các ứng dụng mạng. 1.1.3.4 Giảm yêu cầu siêu cao tốc đối với linh kiện Tốc độ truyền dẫn tăng lên không ngừng do vậy mà tốc độ xử lí tơng ứng của nhiều linh kiện quang điện tăng lên theo nhng không đáp ứng đợc đủ. Sủ dụng công nghệ WDM có thể giảm yêu cầu quá cao về tốc độ đối với linh kiện mà vẫn có thể đáp ứng dung lợng lớn. 1.1.3.5 Kênh truyền dẫn IP Ghép kênh bớc sóng đối với khuôn dạng số liệu là trong suốt, tức là không hề có quan hệ gì với tốc độ của tín hiệu và phơng thức điều chế tín hiệu xét trên phơng diện điện. Ghép kênh bớc sóng cũng là biện pháp mở rộng và phát triển mạng lí tởng, là cách thuận tiện để đa vào dịch vụ băng rộng mới (ví dụ nh IP). Chỉ cần dùng thêm một bớc sóng là có thể tăng thêm một dịch vụ mới hoặc dung lợng mới mong muốn . Nguyễn Tnành Chung D2001VT 5 Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 1. Tổng quan về hệ thống WDM 1.2 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 kênh ghép, suy hao xen, suy hao xuyên kênh, độ rộng kênh. Trong đó, ba tham số suy hao xen, suy hao xuyên kênh, độ rộng kênh là ba tham số mô tả đặc tính của bộ ghép/tách kênh. 1.2.1 Suy hao xen Suy hao xen đợc xác định là lợng công suất tổn hao sinh ra trong tuyến truyền dẫn quang do tuyến có thêm các thiết bị tách/ghép kênh quang. Suy hao này bao gồm suy hao do các điểm nối ghép thiết bị WDM với sợi và suy hao do bản thân thiết bị ghép gây ra. Vì vậy, trong thực tế ngời thiết kế tuyến phải tính cho vài dB ở mỗi đầu. Suy hao xen đợc diễn giải tơng tự nh suy hao đối với các bộ tách/ghép hỗn hợp (MUX/DMUX) nhng cần lu ý trong WDM là xét cho một bớc sóng đặc trng. Suy hao xen đợc xác định nh sau: - Đối với OMUX: )( )( lg10 ii i i I O L = (dB) (1-1) - Đối với ODMUX )( )( lg10 i ii i I O L = (dB) (1-2) Trong đó: I( i ) và O( i ) tơng ứng là công suất các tín hiệu quang tại đầu vào và đầu ra bộ ODMUX và bộ OMUX. I i ( i ) là công suất tín hiệu tại đầu vào thứ i củabộ ghép O i ( i ) là công suất tín hiệu tại đầu ra thứ i của bộ tách Tham số suy hao xen luôn đợc các nhà chế tạo cho biết đối với từng kênh quang của thiết bị. 1.2.2 Suy hao xuyên kênh Khi thực hiện ghép các kênh quang có bớc sóng khác nhau để truyền trên cùng một sợi quang thì một phần tín hiệu của kênh này ghép sang vùng phổ của kênh khác. Do đó khi tách kênh sẽ có sự rò công suất tín hiệu từ kênh thứ i có b- ớc sóng thứ i có bớc sóng i sang các kênh có bớc sóng khác với i .Ngày cả trong trờng hợp ghép kênh hoàn hảo,ở các bộ tách ghép thực tế luôn có hiện tợng rò công suất tín hiệu từ một kênh sang kênh khác.Hiện tợng này gọi là xuyên kênh . Nguyễn Tnành Chung D2001VT 6 Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 1. Tổng quan về hệ thống WDM Hình 1.4 Xuênh âm trong hệ trong hê thuống Trong thực tế luôn tồn tại hiện tợng xuyên kênh và làm giảm chất lợng truyền dẫn. Ngời ta đa ra tham số suy hao xuyên kênh để đặc trng cho khả năng tách các kênh khác nhau và đợc tính bằng dB nh sau: - Đối với bộ tách kênh: 1, ( ) ( ) 10log ( ) n i k k k i i i U D I = = (dB) (1_3) Trong trờng hợp lý tởng, tại cửa ra thứ i chỉ có bớc sóng i , nhng do có hiện tợng xuyên kênh, tại cửa ra thứ i có tín hiệu rò từ các kênh khác. U i ( k ) và P i ( j ) là công suất tín hiệu không mong muốn ở bớc sóng k và j tại cửa ra thứ i. Trong thiết bị ghép/tách kênh hỗn hợp, việc xác định suy hao xuyên kênh cũng đợc áp dụng nh bộ tách kênh. ở trờng hợp này phải xem xét cả hai loại xuyên kênh, xuyên kênh đầu gần và xuyên kênh đầu xa (hình 1.4). Xuyên kênh đầu xa là do các kênh khác đợc ghép đi vào đờng truyền gây ra. Ví dụ, U i ( k ) là xuyên nhiễu do kênh quang có bớc sóng k tại đầu ra thứ i. Xuyên kênh đầu gần là do các kênh khác ở đầu vào sinh ra. Ví dụ, P i ( j ) là xuyên nhiễu do kênh I j ( j ) gây ra trên kênh ra thứ i. Khi đa ra sản phẩm, các nhà chế tạo cũng phải cho biết suy hao kênh đỗi với từng kênh của thiết bị. Nguyễn Tnành Chung D2001VT 7 Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 1. Tổng quan về hệ thống WDM 1.2.3 Độ rộng kênh và khoảng cách kênh Độ rộng kênh ( i ) là dải bớc sóng đợc định ra cho từng kênh quang. Độ rộng kênh bằng tổng độ rộng phổ của nguồn và khoảng phòng vệ của kênh. Bớc sóng trung tâm của nguồn quang phải nằm giữa dải bớc sóng này. Khoảng cách kênh là khoảng cách giữa hai bớc sóng trung tâm của hai kênh quang kề nhau. Nếu độ rộng kênh của các kênh quang bằng nhau thì độ rộng kênh chính bằng khoảng cách kênh. Khoảng cách tối thiểu giữa các kênh bị giới hạn bởi xuyên nhiễu giữa các kênh. Khoảng cách giữa các kênh thờng lớn hơn bốn lần tốc độ bit. Nếu nguồn phát quang là các diode laser thì các độ rộng kênh yêu cầu khoảng nm để đảm bảo không bị xuyên nhiễu giữa các kênh do sự bất ổn của các nguồn phát gây ra. Đối với nguồn phát quang là các diode phát quang LED, yêu cầu độ rộng kênh phải lớn hơn 10 đến 20 lần, vì độ rộng phổ của loại nguồn này rộng hơn. 1.2.4 Số lợng kênh Trong hệ thống WDM, mỗi bớc sóng đợc coi tơng ứng với một kênh quang. Số lợng kênh bằng số lợng các bớc sóng đợc ghép lại để truyền trên cùng một sợi quang đến đầu thu. Tham số này phụ thuộc vào độ rộng băng tần truyền dẫn của sợi quang mà hệ thống sử dụng và độ rộng kênh. Giả sử các kênh quang cần truyền trong hệ thống có độ rộng phổ bằng nhau và bằng i (nm) tính ở mức 3 dB. Nh trên đã nói, để tránh hiện tợng xuyên kênh cần 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: i = i + i (1-4) Giả sử băng thông sử dụng cho hệ thống WDM là . Khi đó số lợng kênh tối đa của hệ thống WDM là: Nguyễn Tnành Chung D2001VT Hình 1.5. Khoảng cách kênh và độ rộng kênh Khoảng cách kênh Độ rộng kênh P 1 2 3 8 Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 1. Tổng quan về hệ thống WDM + = = iii n ''' (1-5) Trong các hệ thống điện, chất lợng bộ lọc rất tốt nên khoảng bảo vệ ( i ) thờng nhỏ hơn độ rộng phổ của kênh. Nhng trong hệ thống quang, do hạn chế của bộ lọc nên khoảng bảo vệ ( i ) yêu cầu rất lớn. i thờng đợc yêu cầu lớn gấp bốn lần i . Theo khuyến nghị của ITU-T, độ rộng kênh khoảng 100GHz. Hiện nay một số nớc đã sản xuất đợc hệ thống thông tin quang WDM có i = 50GHz mà vẫn đảm bảo chất lợng. Băng thông sử dụng cho hệ thống WDM () nằm trong vùng cửa sổ suy hao thấp của sợi quang. Băng thông này cũng đợc tính ở mức suy hao 3 dB. Trong thực tế ta không thể sử dụng đợc toàn bộ dải băng này, có rất nhiều yếu tố hạn chế việc sử dụng toàn bộ cửa sổ suy hao thấp. Ví dụ, khi trên tuyến có sử dụng bộ khuếch đại quang. Bộ khuếch đại có dải khuếch đại nhỏ. Điều này giới hạn số lợng kênh truyền trên sợi quang. Băng thông của EDFA thờng là 30ữ35nm, ngay cả khi sử dụng các công nghệ làm phẳng phổ khuếch đại. Một số yếu tố khác cũng hạn chế số lợng kênh, đó là độ ổn định và khả năng điều chỉnh của laser, sự suy 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 lợng kênh càng lớn thì dung lợng truyền dẫn càng tăng, nhng hệ thống cũng trở nên phức tạp, yêu cầu chất lợng của các thành phần trong hệ thống cao hơn và phải đặc biệt quan tâm đến hiện tợng xuyên kênh, suy hao do thiết bị WDM gây ra. Đối với một dung lợng định trớc, việc tăng số lợng kênh sẽ làm giảm số sợi sử dụng hoặc tốc độ truyền dẫn nền. Đây là mối tơng quan cần quan tâm khi áp dụng xây dựng hoặc nâng cấp các tuyến truyền dẫn quang. 1.3 ứng dụng WDM Nói chung WDM đã đợc ứng dụng rất nhiều cho các tuyến truyền dẫn cáp sơi quang đờng dài trong lục địa, xuyên lục địa, các tuyến quang biển nội vùng cũng nh liên vùng, các tuyến quang xuyên châu lục Nó đợc lựa chọn nh một giải pháp duy nhất mà cho hiệu quả cao cả về mặt kĩ thuật cũng nh kinh tế. Có thể kể ra rất nhiều tuyến truyền dẫn cáp sợi quang đã ứng dụng công nghệ WDM trên thế giới (SEA-ME-WE 3, SAT, NPC). Dới đây là một số tuyến truyền dẫn cáp sợi quang điển hình có sử dụng WDM trong khu vực Châu á: BIMPP-GUAM: Dự án tuyến thông tin quang này nhằm kết nối Brunei, Indonesia, Malaysia, Philippines, quần đảo Palau và Guam (Hoa Kì). Tuyến truyền dẫn này hoạt động nh một mạng khu vực và có thể dự phòng cho các Nguyễn Tnành Chung D2001VT 9 Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 1. Tổng quan về hệ thống WDM mạng lân cận nh mạng nội vùng Malaysia, mạng SEA-ME-WE 3 mở rộng. Để đáp ứng mục tiêu này, ngời ta đã phân bổ một số bớc sóng đảm bảo việc dự phòng và một số bớc sóng phục vụ các kết nối giữa các quốc gia trên tuyến. Trên hình 1.6 là sơ đồ tuyến nối của BIMPP-GUAM . SEA-ME-WE 3 và phần mở rộng: Tuyến thông tin quang này nối từ Châu âu xuyên qua Địa Trung Hải tới Đông Nam á (hình 1.7). Nó có 6 trạm đầu cuối trải dài trên 38.000 km (với hơn 20.000 km biển), có 27 điểm xen rẽ (ADM) và hơn 40 điểm cập bờ. Dung lơng của tuyến này là 8 x 2,5 Gbps, sử dụng công nghệ WDM truyền đồng thời 8 bớc sóng (mỗi bớc sóng mang dung lợng 2,5 Gbps) trên hai đôi sợi quang. Phần mở rộng của SEA-ME-WE 3 triển khai tại Châu á nhằm kết nối hơn 10 quốc gia từ Singapore tới Nhật Bản và Hàn Quốc với các nhánh xen rẽ là Malaysia, Brunei, Việt Nam, Hồng Kông, Ma Cao, Đài Loan, Trung Quốc và Philippines. Nguyễn Tnành Chung D2001VT Palau (Quần đảo Caroline) Guam (USA) Indonesia Malaysia Brunei Philippin e Hình 1.6 Tuyến thông tin quang BIMPP-GUAM Hình 1.7 Tuyến thông tin quang SEA-ME-WE 3 và phần mở rộng Keoja Okinawa Th ợng hải Ma cao Hồngcông Shantou Fengshan Toucheng Batangas Brunei Đà nẵng Mersin g Singapore Phần mở rộng SEA-ME-WE 3 SEA-ME-WE 3 10 [...]... 11 Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 2 Các thành phần trong hệ thống WDM CHƯƠNG 2 CáC THàNH PHầN TRONG Hệ THốNG WDM Giới thiệu chung Các thành phần trong hệ thống WDM cần phải đợc chuẩn hóa Thông thờng các kênh khác nhau (bớc sóng khác nhau) trong hệ thống WDM phải đợc truyền dẫn nh nhau trong toàn tuyến quang Điều này có nghĩa là các thành phần trong mạng quang (nguồn quang, bộ ghép, bộ tách, bộ khuếch... dụng lăng kính trong trờng hợp tách các bớc sóng ở hai cửa sổ truyền dẫn khác nhau (ví dụ ở hai bớc sóng 1300nm và 1550 nm) Do đó, hiện nay lăng kính không đợc sử dụng nữa Thay vào đó ngời ta sử dụng cách tử làm phần tử tán sắc góc Lăng kính có mức độ tán sắc thấp, khó tách đợc các bớc sóng gần nhau Vì vậy, ngời ta chỉ có thể sử dụng lăng kính trong trờng hợp tách các bớc sóng ở hai cửa sổ truyền dẫn. .. Bộ lọc này có công suất tiêu thụ thấp và giá thành hạ Tốc độ của bộ lọc đủ lớn, có khả năng ứng dụng trong chuyển mạch gói tốc độ cao của mạng WDM quảng bá và lựa chọn 2.2.2.4 Mắc nối tầng các bộ lọc Fabry-Perot Khi số lợng kênh trong hệ thống WDM tăng lên (do nhu cầu dung lợng tăng), yêu cầu độ mịn F hiệu dụng của bộ lọc tăng lên Có nhiều phơng pháp để tăng F của bộ lọc Thứ nhất, ta cải thiện chất... 0 1 1 +j = 1 2 +j 1 e j 2 f + 1 j (e j 2 f 1) (2-4) Trong đó là thời gian trễ do bộ tạo trễ gây ra: = L L.n Leff = = v c c (2-5) Trong nhiều ứng dụng, bộ lọc Mach-Zender chỉ sử dụng một đầu vào, ví dụ đầu vào 1 Khi đó hàm truyền đạt vector trờng điện từ của bộ lọc là: H 31 ( f ) 1 j (e j 2 f 1) = H 41 ( f ) 2 j e j 2 f + 1 (2-6) Hàm truyền đạt công suất của bộ lọc: 2 H 31 ( f ) P31 ( f )... MPN Nhiễu thấp rất quan trọng để đạt đợc mức BER thấp trong truyền thông số, đảm bảo chất lợng dịch vụ tốt Trên cơ sở các yêu cầu nói trên, ngời ta tiến hành nghiên cứu, triển khai thực nghiệm và đa vào ứng dụng các loại nguồn quang mà có thể đáp ứng đợc phần nào hoặc toàn bộ các yêu cấu khắt khe đó Các loại nguồn quang đó đợc trình bày chi tiết trong phần (2.1.2), (2.1.3) dới đây 2.1.2 Nguyên lí Bragg... Chơng 2 Các thành phần trong hệ thống WDM dn/dT.L.T (2-16) Trong đó: dn/dT là hằng số nhiệt quang của ống dẫn sóng L là chiều dài của bộ nung nóng T nhiệt độ tăng lên Với SiO2 thì dn/dT = 1x10-5 Ví dụ, một bộ lọc có L = 10mm, T=7,8oC, chiều dài quang học tăng lên 0,78cm Tại bớc sóng =1550 nm thì pha tăng lên tơng ứng là Năng lợng kích thích để pha tăng lên là 0,5W Thời gian đáp ứng để nâng pha hoặc... tam giác ) Nguyễn Tnành Chung D2001VT 13 Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 2 Các thành phần trong hệ thống WDM 1 B 1 1 A B 2 A a a Hình 2.1 Nguyên lí phản xạ Bragg Trong hình, ta thấy: A+B=m u Trong đó (2.1) m là số nguyên chẵn A là chu kì cách tử u = / n là bớc sóng trong chất môi giới là bớc sóng quang trong không khí n là hệ số khúc xạ tơng đơng Biến đổi một chút ta có thể đợc: A(1+sin)= m ... quang 17 Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 2 Các thành phần trong hệ thống WDM 2.2.1.2 Một số đặc tính của bộ lọc quang Mach-Zender Bộ lọc quang Mach-Zender gồm 3 thành phần mắc nối tiếp nhau là coupler 3dB đầu vào 2 nhánh ống dẫn sóng và coupler 3dB đầu ra Gọi [P], [D], [Q] lần lợt là ma trận truyền tơng ứng với 3 thành phần trên Nh vậy ma trận truyền đạt của bộ lọc là: H 31 ( f ) H 32 ( f ) =[P][D][Q]... của hệ thống đợc biểu diễn nh hình 2.6C Nguyễn Tnành Chung D2001VT 20 Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 2 Các thành phần trong hệ thống WDM Hình 2.7 là đồ thị hàm truyền công suất của thiết bị lọc gồm nhiều bộ lọc Mach-Zender đợc nối tầng trong trờng hợp M=2, 3, 4 Hình 2.7 Đồ thị hàm truyền công suất của thiết bị lọc gồm nhiều bộ lọc Mach-Zender mắc nối tầng Cổng vào Hình 2.8 Bộ lọc 1 kênh từ 128 kênh... trớc hàm truyền đạt của bộ lọc Mach-Zender là : T(f)=cos2( f.Leff /c) = cos2(2 f /c nL/2) Bộ lọc sẽ đa ra kênh có bớc sóng thoả mãn: nL = k Do đó: =n.L /k (2-15) Trong đó k là số nguyên dơng Do đó, bớc sóng trung tâm của bộ lọc là một hàm của chiết suất ống dẫn sóng n và độ chênh lệch chiều dài hai ống dẫn sóng L Vì L là cố định nên muốn tạo thành bộ lọc khả chỉnh, cần thay đổi chiết suất ống dẫn sóng . này thì nguồn phát laser phải là nguồn đơn mode (nh các loại laser hồi tiếp phân bố, laser hai khoang cộng hởng, laser phản hồi phân bố). - Dòng ngỡng thấp: Đối với laser , phát xạ kích thích. laser DFB và DBR. 2.1.3 LASER hồi tiếp phân bố (DFB) a) Kết cấu: Laser DFB không phải dựa vào khoang F-P để dao động kích quang mà dựa vào lới quang phân bố khoảng cách theo chiều dọc đều nhau,. động đơn mode dọc dải hẹp: Do chu kỳ cách từ(A) trong bộ phát quang DBF rất nhỏ,nên hình thành khoang cộng hởng kiểu nhỏ, đối với bớc sóng có tính lựa chon tốt làm cho giới hạn tăng ích của mode