Kỹ thuật ghép bước sóng quang
Trong các hệ thống thông tin sợi quang thông thường, mỗi sợi quang chỉ truyền tín hiệu từ một nguồn phát đến một bộ tách quang tại đầu thu, dẫn đến việc cần các sợi riêng biệt cho từng nguồn quang Tuy nhiên, do nguồn quang có độ rộng phổ hẹp, phương pháp này chỉ khai thác một phần nhỏ băng tần lớn của sợi quang, không tối ưu hóa hiệu suất đường truyền.
Kỹ thuật ghép bước sóng cho phép tăng dung lượng truyền dẫn của hệ thống bằng cách truyền đồng thời nhiều tín hiệu quang trên cùng một sợi quang Điều này được thực hiện nhờ vào việc sử dụng các bộ tách bước sóng tại phần thu, giúp tách biệt các tín hiệu quang riêng lẻ.
Nguyên lý cơ bản của ghép bước sóng quang
Nguyên lý cơ bản của ghép bước sóng quang (WDM) cho phép kết hợp các tín hiệu quang từ các nguồn phát khác nhau với các bước sóng 1, 2, , n vào cùng một sợi dẫn quang Tín hiệu được ghép lại thông qua bộ ghép kênh, đảm bảo suy hao nhỏ, trước khi được truyền đến phía thu Tại đầu thu, các bộ tách sóng sẽ phân tách các tín hiệu theo từng bước sóng riêng biệt sau khi qua bộ giải ghép Hệ thống WDM tận dụng hiệu quả băng rộng trong khu vực tổn hao thấp của sợi quang đơn mode, nâng cao dung lượng truyền dẫn và giảm chi phí dịch vụ xuống mức tối thiểu mà không cần biến đổi điện.
Hệ thống WDM tận dụng tiềm năng băng tần của sợi quang để truyền tải nhiều bước sóng ánh sáng khác nhau mà không gây nhiễu lẫn nhau Mỗi bước sóng tương ứng với một kênh quang trong sợi quang Công nghệ WDM đang phát triển theo xu hướng phân tách bước sóng kênh với kích thước rất nhỏ, chỉ từ 1 nm, dẫn đến các hệ thống ghép kênh theo bước sóng mật độ cao (DWDM) Trước đây, các thiết bị chỉ có khả năng xử lý từ 4 đến 16 kênh, với mỗi kênh hỗ trợ luồng dữ liệu đồng bộ tốc độ 2,5 Gbit/s cho tín hiệu mạng quang SDH/SONET Các nhà cung cấp WDM đã nhanh chóng phát triển thiết bị để đáp ứng nhu cầu này.
Hình 1 1: Mô tả tuyến thông tin quang có ghép bước sóng
Hệ thống truyền dẫn quang WDM (Wavelength Division Multiplexing) hiện nay có khả năng truyền tải dữ liệu vượt trội hơn so với các kênh quang truyền thống, với hàng trăm kênh sẵn sàng hoạt động, cung cấp tốc độ dữ liệu kết hợp lên đến hàng trăm Gbit/s và tiến tới Tbit/s trên một sợi quang Có hai hình thức cấu thành hệ thống WDM: hệ thống ghép bước sóng cùng hướng và hệ thống ghép bước sóng song hướng Hệ thống ghép bước sóng cùng hướng, như minh họa trong hình 1.2, sử dụng thiết bị ghép bước sóng để kết hợp các bước sóng khác nhau, sau đó truyền tải trên cùng một sợi quang và tách chúng thành các tia riêng biệt trước khi đưa vào bộ thu quang tương ứng.
Hệ thống ghép bước sóng song hướng, như thể hiện trong hình 1.3, cho phép các kênh quang với các bước sóng 1, 2, , n được tổ hợp và truyền dẫn trên một sợi quang qua bộ ghép/tách kênh Đồng thời, các bước sóng n+1, n+2, , 2n cũng được truyền dẫn theo chiều ngược lại trên cùng một sợi quang.
Một sợi dẫn quang Nguồn
Hình 1 2 :Hệ thống ghép bước sóng cùng hướng
Hệ thống ghép bước sóng song hướng yêu cầu bộ ghép kênh tại đầu phát để kết hợp tín hiệu quang từ nhiều nguồn vào một sợi dẫn quang chung Tại đầu thu, bộ tách kênh cần thiết để tách các kênh quang tương ứng Các tín hiệu quang thường không phát công suất đáng kể ngoài độ rộng phổ kênh đã định, do đó vấn đề xuyên kênh không đáng lo ngại ở đầu phát Tuy nhiên, bộ ghép kênh cần có suy hao thấp để giảm thiểu mất mát tín hiệu Bộ tách kênh cần có khả năng cách ly tốt giữa các kênh quang để ngăn chặn tín hiệu không mong muốn, yêu cầu thiết kế chính xác hoặc sử dụng bộ lọc quang ổn định với bước sóng cắt chính xác Nhờ đó, hệ thống WDM cùng hướng đã được ứng dụng và phát triển rộng rãi.
Hệ thống WDM song hướng yêu cầu phát triển và ứng dụng cao với cấu trúc phức tạp, đòi hỏi kỹ thuật nghiêm ngặt Các vấn đề quan trọng cần lưu ý bao gồm phản xạ quang, xuyên âm giữa các kênh và mức công suất truyền dẫn Ở phía phát, thiết bị ghép kênh cần có suy hao nhỏ từ nguồn quang đến đầu ra Phía thu yêu cầu bộ tách sóng quang phải nhạy với dải bước sóng rộng Việc tách kênh cần cách ly tốt giữa các bước sóng khác, yêu cầu thiết kế bộ tách kênh chính xác và bộ lọc quang với bước sóng cắt chính xác và dải làm việc ổn định Sử dụng bộ khuếch đại quang hai chiều giúp giảm số lượng bộ khuếch đại và tiết kiệm sợi quang.
Bất kỳ bộ ghép bước sóng nào cũng có thể hoạt động như một bộ giải ghép bước sóng Do đó, thuật ngữ “bộ ghép - Multiplexer” thường được sử dụng chung cho cả hai thiết bị, trừ khi cần phân biệt rõ ràng giữa bộ ghép và bộ giải ghép.
Thiết bị ghép bước sóng quang được phân loại thành ba loại chính: bộ ghép (MUX), bộ giải ghép (DEMUX) và bộ ghép giải ghép hỗn hợp (MUX-DEMUX) Bộ MUX và DEMUX thường được sử dụng cho các phương án truyền dẫn cùng hướng, trong khi bộ hỗn hợp được áp dụng cho truyền dẫn song hướng.
Các bộ ghép bước sóng trong kỹ thuật ghép bước sóng được phân loại nhƣ hình 1.5 vật liệu
Các bộ ghép b-ớc sóng
Các bộ phát thu nhiÒu b-íc
Các tín hiệu đ-ợc ghép
Các tín hiệu đ-ợc giải ghép
Hình 1 4 : Mô tả thiết bị ghép- giải ghép hỗn hợp(MUX-DEMUX)
Các bộ ghép bước sóng thụ động hiện nay chủ yếu bao gồm bộ vi quang học và bộ ghép sợi kiểu dẫn sóng Mỗi loại bộ ghép này đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với các ứng dụng khác nhau trong lĩnh vực quang học.
Các bộ vi quang học yêu cầu hệ thống ghép nối thấu kính để kết nối với sợi quang, nhưng việc định vị và ghép nối gặp khó khăn, đặc biệt với sợi đơn mode Mặc dù vậy, chúng cho phép chọn lựa đặc tính bộ lọc phong phú hơn Ngược lại, các bộ ghép sợi ít bị ảnh hưởng bởi những khó khăn này nhưng lại hạn chế trong việc lựa chọn đặc tính bộ lọc, như độ bằng phẳng của băng thông.
Có 3 tiêu chuẩn cơ bản để xác định đặc tính của các bộ ghép bước sóng là:
- Độ rộng phổ của kênh a) Suy hao xen:
Suy hao xen là lượng tổn hao công suất trong tuyến truyền dẫn quang, do sự bổ sung các bộ ghép bước sóng Khác với các coupler thông thường, suy hao xen được phân tích cho từng bước sóng riêng biệt.
I( i ), O( k ) là công suất tín hiệu được ghép ở trên đường chung
I k ( k ) là công suất tín hiệu bước sóng k đi vào cửa thứ k của bộ ghép, tín hiệu này đƣợc phát từ nguồn phát quang thứ k
O i ( i ) là công suất tín hiệu bước sóng i đi khỏi cổng thứ i của bộ tách
Suy hao trong hệ thống quang học chủ yếu xảy ra tại các điểm ghép nối của bộ ghép bước sóng, do hấp thụ hoặc phản xạ Mức độ ảnh hưởng của hai nguồn suy hao này đến hiệu suất của hệ thống phụ thuộc vào công nghệ chế tạo bộ ghép bước sóng được sử dụng.
Xuyên âm là hiện tượng rò rỉ tín hiệu giữa các kênh, dẫn đến gia tăng nhiễu nền và giảm tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) Hiện tượng này xuất phát từ nhiều yếu tố khác nhau.
- Do các đặc tính của bộ lọc không hoàn thiện
- Do phản xạ hay hội tụ không hoàn toàn làm các tia sáng bị tản mát
- Do phổ của các nguồn phát lấn lên nhau
Khi áp dụng công suất cao vào sợi quang, các hiệu ứng phi tuyến có thể xảy ra, dẫn đến việc tín hiệu từ kênh thứ i với bước sóng i có thể bị dò sang các kênh khác với bước sóng khác Trong một bộ giải ghép kênh lý tưởng, hiện tượng này không nên xảy ra, đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của tín hiệu truyền qua.
Trong thực tế, luôn có một mức xuyên âm tồn tại, ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn của thiết bị Khả năng tách biệt các kênh khác nhau được diễn giải qua suy hao xuyên âm, được tính bằng đơn vị dB.
Tổng quan về DWDM
Công nghệ DWDM đã giải quyết vấn đề băng thông và phát triển hệ thống đa dịch vụ bằng cách ghép nhiều bước sóng trên cùng một sợi quang, cho phép truyền tải lưu lượng lên tới hàng Terabits/s So với công nghệ WDM trước đây, DWDM nổi bật với khả năng tăng số bước sóng ghép đáng kể Để đạt hiệu quả tối ưu, hệ thống DWDM yêu cầu các chức năng quang đặc biệt như độ linh hoạt cao, cấu trúc đấu chéo nhanh, bộ lọc và nguồn laser điều hưởng, bộ thu với tạp âm thấp và độ nhạy cao, cùng với các bộ nén xung, cân bằng quang, khuếch đại dải rộng tạp âm thấp và cảm biến quang nhạy.
Các hệ thống DWDM hiện nay hoạt động dựa trên các kênh bước sóng theo khuyến nghị của ITU-T, mang lại sự linh hoạt và mềm dẻo cho dịch vụ và băng thông Mỗi kênh bước sóng có khả năng truyền tải các loại lưu lượng khác nhau như SONET/SDH, ATM, tín hiệu thoại TDM và Internet Điểm nổi bật của DWDM là khả năng truyền tải ở nhiều tốc độ khác nhau, từ OC-N (OC-3 đến OC-768) cho đến Gigabit Ethernet.
Khi thiết kế hệ thống DWDM, người thiết kế cần xem xét số lượng bước sóng ghép trên sợi quang và tốc độ truyền tải, cũng như cách giám sát và quản lý các bước sóng Họ cũng phải đánh giá các loại lưu lượng khác nhau mà khách hàng yêu cầu, lựa chọn thuật toán và giao thức hiệu quả nhất, xác định độ dài chặng không cần khuếch đại, và lựa chọn bộ khuếch đại phù hợp với yêu cầu về hệ số khuếch đại và tạp âm Cuối cùng, để đảm bảo các giao diện của hệ thống đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế, người thiết kế cần nắm vững nguyên lý và cấu trúc hệ thống, đồng thời cập nhật các kỹ thuật mới để đưa ra giải pháp tối ưu cho hệ thống.
Dải bước sóng làm việc của DWDM
Các hệ thống thông tin quang thường hoạt động ở 3 cửa sổ quang mà tại đó tổn hao trên sợi quang thấp nhất đó là : 860 nm, 1310nm và 1550 nm [1,6]
Cửa sổ quang 860 nm là lựa chọn phổ biến cho sợi đa mode, với suy hao đường truyền khoảng 2dB/km, rất phù hợp cho các mạng truy nhập có khoảng cách ngắn.
Cửa sổ quang 1310 nm có dải bước sóng hoạt động từ 1260 nm đến 1360 nm, với tổn hao trung bình khoảng 0.3 dB/km đến 0.4 dB/km Cửa sổ này thường được ứng dụng trong các hệ thống truyền dẫn sử dụng tín hiệu STM-N (với N=1).
Khi các bộ khuếch đại quang EDFA và Raman hoạt động trong khoảng 1550 nm, cửa sổ này không còn phù hợp cho hệ thống DWDM.
Hình 2 1 :Phổ truyền dẫn của sợi quang
Cửa sổ quang 1550 nm cho thấy tổn hao thấp nhất và được ưu tiên sử dụng trong các hệ thống DWDM nhờ vào độ khuếch đại bằng phẳng lớn của các bộ khuếch đại quang EDFA Trong đó, băng C (1530 nm – 1565 nm) được áp dụng cho các hệ thống DWDM với dưới 40 bước sóng (khoảng cách 100 GHz) và dưới 80 bước sóng (khoảng cách 50 GHz), cùng với các hệ thống SDH Băng L (1565 nm - ) cũng được sử dụng trong các ứng dụng này.
1625 nm) dùng cho các hệ thống DWDM trên 80 bước sóng (khoảng cách giữa các bước sóng là 50 GHz).
Cấu hình mạng DWDM
Các topology mạng phổ biến hiện nay bao gồm topology điểm-điểm, vòng, lưới và hình sao Đặc tính của mỗi loại topology phụ thuộc vào nhiều yếu tố như số lượng node, dung lượng tối đa, khả năng khôi phục dịch vụ, độ tin cậy và quản lý băng thông Hiện tại, topology dạng vòng được ưa chuộng nhờ vào các mạng SONET/SDH đã được thiết lập trước đó, trong khi topology dạng lưới nổi bật với khả năng bảo vệ và phục hồi linh hoạt.
Topology DWDM điểm - điểm là công nghệ truyền tải dữ liệu lớn qua một sợi quang với nhiều bước sóng, từ 16 đến 40 bước sóng cho cự ly gần (vài kilomet) và tốc độ bit từ 1.25 Gb/s đến 10 Gb/s Hệ thống này có thể mở rộng từ 10km đến 1000km, sử dụng bộ khuếch đại quang để nâng cao tín hiệu Đối với cự ly xa (hàng trăm kilomet), số lượng bước sóng có thể lên tới 80 đến 160, với tốc độ bit từ 10 đến 40 Gb/s hoặc cao hơn, sử dụng sợi đơn mode để giảm suy hao.
- điểm có thêm các node trung gian ta sẽ có topology dạng chuỗi (chain) λ 1
Hình 2 2 : Topology dạng điểm - điểm
Theo quy định của ITU, lưới bước sóng tại tần số 100GHz được đặt trong dải tần 1550nm Tuy nhiên, một số quy định thiết bị cho thấy khoảng cách 50GHz và 25GHz là thích hợp cho các kênh kế cận Để tăng dải thông của EDFA, người ta sử dụng các bộ khuếch đại tầng kép kết hợp với các bộ lọc tầng trung gian.
Chuỗi topology là cấu hình mạng phát triển từ mạng điểm - điểm, giúp mở rộng khả năng truyền dẫn OADM (bộ ghép tách kênh) có chức năng tách ghép các kênh dịch vụ hoặc bước sóng từ dòng ghép DWDM Cấu hình DWDM mở không chỉ tăng cường khả năng truyền tải lưu lượng mà còn nâng cao độ mềm dẻo trong quá trình truyền thông tin.
Cấu hình Topology Ring là một giải pháp hiệu quả cho mạng viễn thông, đảm bảo tính chất thông tin Trong cấu hình này, các nút mạng được kết nối theo dạng vòng khép kín thông qua các tuyến điểm-điểm, thường sử dụng sợi dẫn quang Các trạm như A, B, C, D liên kết với nhau về mặt tín hiệu, với thiết bị xen/ rẽ kênh cung cấp các chức năng trong luồng tín hiệu STM-N Topology Ring được chia thành hai loại: ring một hướng và ring hai hướng Trong ring một hướng, một nửa lưu lượng được dành cho chức năng bảo vệ, trong khi ở ring hai hướng, một hướng dành cho lưu lượng và hướng còn lại cho chức năng bảo vệ.
Topology dạng vòng (RING) có nhiều loại khác nhau, tùy thuộc vào kích thước vòng, số lượng node quản lý và loại dịch vụ Vòng nhỏ, với chu vi vài kilomet, thường sử dụng tối thiểu 1 bước sóng cho mỗi node và có thể bổ sung thêm bước sóng dự phòng Tốc độ truyền tải trên mỗi node có thể dao động từ 2 đến 100 Mb/s Trong cấu trúc này, một node thường được thiết kế như một HUB, đảm nhiệm nhiều nhiệm vụ như điều khiển luồng, quản lý và kết nối các mạng khác, đồng thời thực hiện kết nối giữa các node trong cùng một vòng, đóng vai trò là điểm đầu và cuối của kênh giám sát.
Topology dạng vòng, hay còn gọi là RING, có kích thước lớn từ vài chục đến hàng trăm kilomet, cho phép quản lý nhiều node hơn Mỗi node có khả năng hạ xuống hoặc ghép lên một hoặc nhiều bước sóng, với số lượng tối đa là N bước sóng trên mỗi node Các bước sóng tách ghép có thể được điều khiển từ xa, yêu cầu tín hiệu phải được khuếch đại, cân bằng và định dạng lại xung Hệ thống thường bao gồm một hoặc nhiều kênh giám sát, phục vụ chung cho tất cả các node, mang thông tin về đặc tính, điều khiển, dự phòng, bảo trì và quản trị dữ liệu đến và đi tại mỗi node.
Trường hợp đặc biệt của topology dạng vòng chính là topology dạng lưới với đầy đủ các kết nối giữa các node
Những ưu điểm của DWDM
Công nghệ DWDM tối ưu hóa băng thông của sợi quang, cho phép khai thác khoảng 25 THz, từ đó nâng cao dung lượng truyền dẫn của hệ thống một cách hiệu quả.
Khoảng cách truyền rất xa: với EDFA và các công nghệ truyền dẫn khác, hệ thống DWDM có thể truyền tín hiệu ở một khoảng cách rất xa
Hệ thống DWDM cho phép truyền nhiều loại dịch vụ khác nhau như SDH, GE và ATM trên cùng một sợi cáp quang nhờ vào việc các bước sóng trong hệ thống hoạt động độc lập với nhau.
Hệ thống DWDM giúp giảm số lượng sợi quang cần thiết bằng cách ghép nhiều bước sóng tương ứng với nhiều kênh đơn trên một sợi cáp, từ đó tiết kiệm đáng kể cáp quang và giảm chi phí xây dựng đường dây.
Hệ thống DWDM cho phép nâng cấp và mở rộng mạng một cách dễ dàng nhờ khả năng truyền dữ liệu trên các kênh bước sóng khác nhau mà không cần xử lý dữ liệu trên từng kênh Việc mở rộng mạng chỉ cần ghép thêm các bước sóng mới, mang lại sự linh hoạt và hiệu quả cho hệ thống.
Mạng toàn quang đang trở thành xu hướng phát triển trong tương lai, tạo ra nền tảng cho việc kết nối các hệ thống WDM với bộ xen/rẽ quang (OADM) và thiết bị đấu chéo quang (OXC) Điều này cho phép thực hiện việc xen/rẽ và đấu chéo các kênh quang, đáp ứng linh hoạt và tin cậy cho các dịch vụ truyền tải trên các bước sóng quang Mạng toàn quang không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn thỏa mãn những yêu cầu ngày càng cao của xã hội thông tin trong việc cung cấp băng thông rộng.
CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG DWDM
Chương 2 đã giới thiệu tổng quan về công nghệ DWDM, nhấn mạnh những ưu điểm nổi bật và vai trò quan trọng của nó Để hiểu rõ hơn về công nghệ ghép kênh theo bước sóng mật độ cao DWDM, chương này sẽ phân tích cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các thành phần trong hệ thống DWDM.
Hình 3.1 là sơ đồ một tuyến DWDM điển hình với các thành phần cơ bản của hệ thống bao gồm:
- Các bộ chuyển đổi bước sóng (OTU)
- Các bộ tách ghép kênh quang (OMUX và ODMUX)
- Các bộ khuếch đại quang (OBA, OLA, OPA)
- Bộ xen/rẽ quang (OADM)
- Các module bù tán sắc (DCM)
OMUX OBA DCM OLA OADM OPA ODMUX
Hình 3 1 : Sơ đồ khối hệ thống DWDM
Bộ chuyển đổi bước sóng OTU
Nguyên lý hoạt động
OTU thực hiện chuyển đổi quang - điện (O/E) cho các tín hiệu quang ghép kênh theo khuyến nghị G.957, đồng thời tái tạo tín hiệu, khôi phục định thời và dữ liệu từ tín hiệu quang đã chuyển đổi Sau đó, OTU tiến hành chuyển đổi điện - quang (E/O) để tạo ra tín hiệu kênh quang DWDM, đảm bảo các tiêu chuẩn về bước sóng, độ tán sắc và công suất phát quang theo chuẩn G.692.
Hình 3 2 : Nguyên lý hoạt động của OTU
Sau khi chuyển đổi O/E nếu chỉ thực hiện tái tạo dạng tín hiệu, khôi phục định thời (thực hiện chức năng 2R: Reshape, Retiming) thì OTU thực
Phân loại và ứng dụng
OTU trong mạng DWDM được phân loại thành ba loại chính: OTUT, OTUR và OTUG, tùy thuộc vào vị trí của chúng trong hệ thống Mỗi loại OTU có những ứng dụng riêng biệt, như được minh họa trong hình vẽ.
Tín hiệu quang đầu ra
Tái tạo dạng tín hiệu, khôi phục định thời E/O
Tín hiệu quang đầu vào
Hình 3 3 : Ứng dụng của OTU
OTUT (OTU ở đầu phát) đóng vai trò quan trọng trong hệ thống viễn thông, nằm giữa các thiết bị của khách hàng và OMUX Nó thực hiện chuyển đổi tín hiệu quang từ phía khách hàng thành tín hiệu quang đầu ra theo chuẩn G.692 để đưa vào OMUX Ngoài chức năng chuyển đổi O/E và E/O, OTU còn tái tạo dạng tín hiệu, khôi phục định thời (chức năng 2R) và tìm byte B1, giúp giám sát lỗi bit cho từng đoạn lặp.
OTUR (OTU ở đầu thu) được đặt giữa ODMUX và các thiết bị của khách hàng, với tín hiệu quang đầu ra từ ODMUX đến OTUR phải tuân theo chuẩn G.692 OTUR có chức năng tương tự như OTUT, bao gồm chuyển đổi bước sóng, thực hiện chức năng 2R và tìm kiếm byte B1.
OTUG (OTU chuyển tiếp) được đặt giữa OMUX và ODMUX, với tín hiệu đầu vào và đầu ra tuân theo chuẩn G.692 OTUG không chỉ chuyển đổi giữa quang và điện (O/E, E/O) mà còn có khả năng tái tạo tín hiệu, khôi phục định thời và phục hồi dữ liệu (chức năng 3R) Do đó, OTUG tương đương với một bộ lặp thông thường và cũng có chức năng tìm byte B1.
Ghép kênh quang OMUX và tách kênh quang ODMUX
Phương pháp ghép kênh sử dụng các bộ lọc
Các thiết bị vi quang học thường được sản xuất dựa trên hai công nghệ khác nhau, đó là bộ tán sắc góc và các bộ lọc
Bộ lọc điện môi trong ghép kênh quang hoạt động dựa trên nguyên lý phản xạ tín hiệu tại một dải phổ nhất định, cho phép phần còn lại của phổ đi qua Yếu tố chính để thực hiện ghép kênh theo bước sóng là bộ lọc điện môi giao thoa, có cấu trúc đa lớp với các màng mỏng có chỉ số chiết suất cao và thấp xen kẽ Hầu hết các bộ lọc giao thoa hoạt động theo nguyên lý buồng cộng hưởng Fabry-Perot, bao gồm hai gương phản xạ song song, cách nhau bởi một lớp điện môi trong suốt Khi chùm tia sáng tác động lên thiết bị, hiện tượng giao thoa sẽ tạo ra phản xạ nhiều lần trong khoang cộng hưởng.
Sử dụng bộ lọc b Sử dụng bộ tán sắc
Hình 3 4 : Nguyên lý ghép/tách bước sóng
Theo đặc tính phổ thì có thể phân các bộ lọc giao thoa thành hai họ:
- Bộ lọc thông dải: được đặc trưng bởi bước sóng cắt c và có đáp ứng phổ thông thấp hoậc thông cao
- Bộ lọc băng thông: được đặc trưng bởi bước sóng trung tâm o và độ rộng băng của bộ lọc
Các bộ lọc thông dải có bước sóng cắt c, được cấu tạo từ các lớp điện môi có chiết suất cao (H) và thấp (L) xen kẽ trên một phiến đế, với độ dày lớp là /4 cho bộ lọc bậc 0 và 3/4 cho bộ lọc bậc 1 Cấu trúc thường gặp là (H/2 L H/2) k, yêu cầu có sườn dốc và độ phản xạ cao trong dải phổ tín hiệu, đồng thời truyền dẫn tốt phổ tín hiệu bù Bộ lọc này được sử dụng để ghép/tách hai bước sóng ở các cửa sổ truyền dẫn khác nhau như 850 và 1300nm, hoặc 1300 và 1550nm, phù hợp với nguồn sáng có độ rộng phổ lớn như LED, trong khi các nguồn hẹp như laser thường sử dụng bộ lọc băng thông.
Chiết suất cao Chiết suất thấp
Lớp phân cách trong suốt là yếu tố quan trọng giúp bộ lọc điều chỉnh sự chuyển dịch bước sóng do nhiệt độ Để đạt được hiệu quả tối ưu, bộ lọc cần được thiết kế với đặc tính phổ phẳng xung quanh bước sóng trung tâm, đồng thời đảm bảo sườn của đặc tính càng dốc càng tốt, nhằm ngăn ngừa hiện tượng xuyên kênh giữa các kênh lân cận.
Bộ lọc băng thông có bước sóng trung tâm 0 và độ rộng băng , phù hợp cho các nguồn phát phổ hẹp như laser Độ rộng dải thông có thể đạt được là / = 0.045, nhờ vào bộ lọc gồm 23 lớp điện môi và 3 hốc, sử dụng lớp chiết suất cao TiO2 (n = 2.45) và lớp chiết suất thấp SiO2 (n = 1.47) trên phiến có chiết suất n = 1.563.
Bộ lọc điện môi giao thoa sử dụng cấu trúc nhiều lớp có chiết suất cao thấp xen kẽ nhau, cho phép tạo ra hiện tượng giao thoa ánh sáng khi chùm tia sáng chạm vào thiết bị Nguyên lý hoạt động của nó dựa trên việc phản xạ nhiều lần trong khoang cộng hưởng Khi bề dày của lớp đệm là số nguyên lần của nửa bước sóng ánh sáng tới, giao thoa xếp chồng xảy ra, giúp bước sóng đó được truyền dẫn hiệu quả nhất Ngược lại, các chùm ánh sáng ở những bước sóng khác trong buồng cộng hưởng sẽ bị phản xạ hoàn toàn.
Hình 3 5 : Cấu trúc của bộ lọc điện môi giao thoa
Dưới đây ta xem xét một số thiết bị tách bước sóng dùng bộ lọc điện môi màng mỏng:
Bộ tách 2 bước sóng: λ 1 λ 1 , λ 2 Sợi quang
Thấu kính Kính lọc λ 2 b) Cấu hình khi thực hiện trong thực tế
Hình 3 6 : Cấu trúc bộ tách hai kênh sử dụng bộ lọc giao thoa
Bộ tách hai kênh có cấu trúc cơ bản như hình 3.6a, nhưng thực tế đơn giản hơn như hình 3.6b Các phần tử chuẩn trực và hội tụ sử dụng thấu kính GRIN 1/4 chu kỳ P Bộ lọc được thiết kế nhằm mục đích phát đi tín hiệu hiệu quả.
1 và phản xạ 2 sẽ đƣợc đặt giữa hai thấu kính.
Các thiết bị tách bước sóng được sử dụng phổ biến trong các hệ thống thông tin quang, đặc biệt là với các nguồn phát LED ở bước sóng 850 nm và 1300 nm, cũng như các nguồn phát phổ hẹp từ các tổ hợp bước sóng khác nhau.
800 nm và 830 nm; 800 nm và 890 nm; 1200 nm và 1300 nm; hoặc 1300nm và 1550 nm vv , với suy hao xen nhỏ hơn 3dB và suy hao xuyên kênh cao hơn 25dB
Bộ tách lớn hơn 2 bước sóng:
Thiết bị này sử dụng các bộ lọc nối tiếp nhau, và mỗi bộ lọc cho đi qua một bước sóng và phản xạ các bước sóng còn lại
Hình 3 7 : Cấu trúc cơ bản của một bộ tách nhiều bước sóng λ 1 λ 1 , λ 2 λ 2
Hình 3 8 : Một bộ tách vi quang 5 kênh thực tế
Trong thực tế, thiết bị tách nhiều bước sóng không chỉ sử dụng bộ lọc mà còn có thấu kính và sợi quang Hình 3.8 minh họa bộ tách 5 bước sóng sử dụng thấu kính GRIN và khối thủy tinh trong suốt Ngoài ra, có thể tạo ra bộ tách kênh mà không cần các phần tử chuẩn trực hoặc thấu kính, bằng cách đặt các bộ lọc giao thoa một cách thích hợp trên từng đoạn và mài nhẵn đầu sợi.
Hình 3 9 : Cấu trúc cơ bản của bộ tách nhiều kênh sử dụng bộ lọc giao thoa gắn trực tiếp vào sợi
Thiết bị kết hợp ghép và tách bước sóng (OMUX-ODMUX): λ 1… λ 5 λ 2 λ 4
Sợi quang Thấu kính GRIN
Khối thủy tinh trong suốt
Hình 3 10 : Thiết bị OMUX – ODMUX 4 bước sóng
Hai bước sóng 0,81μm và 0,89μm từ các nguồn quang khác nhau được kết hợp thành một tia chung để truyền qua sợi quang Tại sợi quang, các bước sóng 1,2μm và 1,3μm được tách ra thành hai tia riêng biệt để đưa đến diode thu quang Thấu kính GRIN tại cổng vào sử dụng loại 1/4P phân kỳ, trong khi cổng ra sử dụng loại 1/4P hội tụ Ánh sáng phản xạ giữa các lớp phẳng song song chứa các bộ lọc nhiều lớp, chia ánh sáng thành hai vùng phổ khác nhau: bộ lọc bước sóng dài LWPF phản xạ 0,81μm và 0,89μm, còn bộ lọc bước sóng ngắn SWPF phản xạ 1,2μm và 1,3μm Các bộ lọc thông dải BPF sẽ phân tách các kênh riêng biệt: 0,81μm ra khỏi 0,89μm và 1,2μm ra khỏi 1,3μm, với độ rộng kênh lần lượt là 25nm và 32nm tại cửa sổ đầu tiên, và 47nm và 50nm tại cửa sổ thứ hai.
Một thí dụ khác của bộ OMUX-ODMUX dùng gương cầu lõm như hình 3.11
Hình 3 11 : Thiết bị MUX-DEMUX 3 bước sóng
Các đầu sợi quang được đặt trên mặt phẳng tiêu D, trong đó gương cầu lõm A phản xạ bước sóng 0,825 μm đến đầu ra Gương cầu lõm B phản xạ bước sóng 0,870 μm từ sợi chung vào và tới sợi ra Gương cầu lõm C phản xạ bước sóng 1,3 μm từ sợi chung vào và tới một sợi ra khác.
Phương pháp ghép kênh sử dụng cách tử nhiễu xạ
Do nhược điểm không tách được các tia sáng có bước sóng gần nhau, thấu kính hiện nay ít được sử dụng, thay vào đó là cách tử nhiễu xạ Các bộ tách/ghép bước sóng với bộ lọc không thể hoạt động hiệu quả khi số lượng kênh lớn và các bước sóng sát nhau Ưu điểm chính của cách tử nhiễu xạ là khả năng xử lý đồng thời tất cả các bước sóng, phù hợp cho các bộ tách ghép nhiều kênh Nguyên lý cơ bản của ghép bước sóng dựa trên hiện tượng góc nhiễu xạ phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng.
Cách tử nhiễu xạ là thiết bị quang thụ động, phân tán chùm sáng theo các hướng khác nhau dựa vào góc tới, bước sóng ánh sáng, và thiết kế của cách tử Mỗi cách tử có từ hàng chục đến hàng nghìn rãnh nhỏ trên 1mm, và số lượng rãnh trên một đơn vị chiều dài được gọi là hằng số cách tử.
Cách tử được chế tạo bằng cách sử dụng mũi kim cương nhọn để rạch những đường song song đều trên tấm thuỷ tinh phẳng Những chỗ bị rạch hoạt động như chắn sáng, trong khi những phần còn lại tạo ra khe sáng Phương pháp này được gọi là cách tử truyền xạ.
Khi ánh sáng đi qua các khe có kích thước khác nhau, như 0,870 μm và 1,3 μm, độ rộng của các khe cuối sẽ giảm so với khe đầu, dẫn đến việc mất một phần ánh sáng do phản xạ Thay vì sử dụng khe, phương pháp phản xạ qua bề mặt kim loại phủ trên thủy tinh tạo ra các chắn sáng Các lớp kim loại phủ, thường là bạc hoặc nhôm, rất mềm, giúp mũi kim cương không bị mòn nhanh Sự nhiễu xạ ánh sáng xảy ra tùy theo bước sóng, khiến cho chùm tia tới được tách ra theo nhiều hướng khác nhau Ngược lại, các ánh sáng đơn sắc từ nhiều hướng có thể được kết hợp lại thành một chùm sáng đồng hướng.
Hình 3 12 : Nguyên lý hoạt động của phương pháp sử dụng cách tử phản xạ
Hình 3 13 : Nguyên lý hoạt động của phương pháp sử dụng cách tử truyền xạ
Ta xét một dãy khe hở cách đều (chu kỳ cách tử là d):
Hình 3 14 : Tìm công thức cách tử
Khi đó hiệu quang trình giữa hai chấn động thứ cấp từ hai khe liên tiếp là:
= nd(sin - sin 0 ) (3.1) Trong đó : n là chiết suất của lớp quang phủ trên bề mặt cách tử
Với cách tử phản xạ :
= nd(sin + sin 0 ) (3.2) Khi tín hiệu từ hai khe liên tiếp mà cùng pha thì :
= m (3.3) ở đây m là số nguyên (bậc nhiễu xạ) Công thức cực đại chính là: nd(sin + sin 0 ) = m (3.4)
Khi mặt phẳng của các khe trùng với mặt phẳng cách tử, điều này dẫn đến sự trùng lặp của cực đại nhiễu xạ trung tâm với cực đại chính bậc không, khiến phần lớn năng lượng của chùm sáng dồn vào quang phổ bậc không, điều này gây bất lợi cho việc sử dụng cách tử Quang phổ bậc không (m=0) là vùng sáng chính giữa các bước sóng cho cực đại, trong khi cách tử hoạt động như gương phẳng, làm cho các bước sóng không được phân tách Để khắc phục tình trạng này, người ta nghiêng mặt phẳng của các khe so với mặt phẳng cách tử một góc α, tạo ra hiệu pha phụ giữa hai chấn động phản xạ, dẫn đến thuật ngữ cách tử pha.
Các tia tới và tia nhiễu xạ hình thành các góc i và i’ với pháp tuyến M của mặt phẳng mỗi khe, đồng thời tạo ra các góc θ và θ0 với pháp tuyến N của cách tử.
Cực đại nhiễu xạ trung tâm xảy ra theo phương i = -i’ Khi đó, ta có:
Nếu muốn cực đại chính bậc m khác 0, tức là:
Để góc tới của chùm sáng thoả mãn điều kiện (sinθ + sinθ₀) = mλ/nd (3.6), cần có cosi = cos(θ₀ - α) = mλ/2ndsinα (3.7) Khi đó, năng lượng chùm sáng sẽ tập trung vào cực đại chính bậc m, trong khi các cực đại khác sẽ bị áp đảo Cực đại chính bậc chỉ trùng với cực đại nhiễu xạ trung tâm theo công thức trên, tương ứng với một bước sóng λ nhất định.
Khi ánh sáng chiếu lên bề mặt cách tử, hiện tượng nhiễu xạ xảy ra khi tia sáng lệch khỏi phương truyền thẳng Đồng thời, hiện tượng giao thoa của các tia sáng phản xạ từ bề mặt cách tử cũng diễn ra, dẫn đến việc ánh sáng bị nhiễu xạ theo các góc riêng biệt, được mô tả bởi một công thức cụ thể.
Góc nhiễu xạ chịu ảnh hưởng rõ rệt từ bước sóng của ánh sáng tới Ngoài ra, biểu thức liên quan còn cho thấy sự tác động của bậc nhiễu xạ m, khoảng cách giữa các khe, chiết suất lớp phản xạ và góc tới 0 Những yếu tố này đều phụ thuộc vào công nghệ chế tạo cách tử.
3.2.2.2 Các bộ tách ghép bước sóng sử dụng cách tử
Các bộ ghép kênh hoặc tách kênh thường bao gồm ba thành phần chính: các phần tử vào và ra, bao gồm mảng sợi hoặc sợi truyền dẫn với các thành phần thu phát; phần tử hội tụ quang; và phần tử tán sắc góc.
Bộ ghép kênh Finke, như hình 3.16, có cấu hình đơn giản với mảng đầu sợi quang được đặt tại tiêu cự của thấu kính tròn Phần tử tán sắc góc nằm tại tiêu cự bên kia, cho phép bộ tách kênh thực hiện tách từ 4 đến 6 kênh với suy hao khoảng 1,2 đến 1,7 dB, và có triển vọng tách được tới 10 kênh.
Hình 3 16 :Sơ đồ bộ ghép kênh sử dụng cách tử của Finke
Bộ tách Littrow, như hình 3.17, bao gồm cấu trúc cơ bản và cấu trúc thực tế sử dụng thấu kính GRIN-rod cho bộ tách 2 kênh Trong cấu hình này, tín hiệu ánh sáng vào và ra khỏi bộ ghép chỉ cần một thấu kính, có thể là thấu kính chuẩn trực hoặc thấu kính GRIN, hoặc sử dụng cách tử phẳng với gương cầu.
Cách tử Đầu mảng sợi λ 1, λ 2, λ 3, λ 4 λ 1 λ 2 λ 3 λ 4
Lăng kính chuẩn trực Cách tử
Đầu mảng các sợi quang được đặt trước một khe quang khắc trên mặt cách tử phản xạ phẳng Gương cầu lõm giúp thay đổi hướng tia đa bước sóng phân kỳ thành tia song song quay trở lại cách tử Khi tia này đến cách tử, nó sẽ bị tán sắc và phản xạ trở lại gương, tạo ảnh trên vùng mảng sợi quang tùy thuộc vào từng bước sóng Cấu trúc này có hệ số hội tụ và truyền đạt bằng 1, mang lại hiệu suất ghép cao, đặc biệt khi sử dụng gương parabol với quang sai gần như bằng 0.
Số lượng kênh ghép trong thiết bị phụ thuộc vào phổ nguồn quang, với khả năng ghép 6 kênh cho nguồn LED và 22 kênh cho nguồn Laser từ năm 1993 Bằng cách áp dụng kỹ thuật cắt phổ cho nguồn LED, số kênh ghép có thể tăng lên 49 kênh Đối với nguồn đơn sắc, suy hao xen của thiết bị ghép rất thấp (< 2 dB) và có thể đạt 0,5 dB cho thiết bị đơn mode trong khoảng bước sóng 1540nm đến 1560nm.
Hình 3 18 : Bộ tách sử dụng cách tử nhiễu xạ Planar và gương lòng chảo
Cách tử lòng chảo hoạt động dựa trên nguyên lý phản xạ, với góc chiếu sáng được tính toán tương tự như trong trường hợp phản xạ phẳng Theo lý thuyết, góc chiếu sáng của cách tử cần được điều chỉnh liên tục để duy trì hằng số giữa pháp tuyến và mỗi bề mặt.
Hình 3 19 : Cách tử lòng chảo
Phương pháp ghép sợi
Các thành phần thiết bị vi quang được sử dụng phổ biến cho sợi đa mode nhưng gặp khó khăn khi áp dụng cho sợi đơn mode do quá trình xử lý chùm sáng trải qua nhiều giai đoạn như phản xạ, chuẩn trực và hội tụ, dẫn đến quang sai và suy hao tín hiệu Thiết bị DWDM ghép sợi đơn mode là lựa chọn tối ưu hơn, giúp tránh quang sai, giảm độ trễ và suy hao tín hiệu do các quá trình xử lý chùm sáng gây ra.
Nguyên lý hoạt động: khi lõi các sợi quang đặt gần nhau thì công suất quang từ một sợi sẽ chuyển vào các sợi khác
Trong trường hợp hai lõi sợi quang đơn mode có kích thước và đặc tính quang tương tự nằm song song trong cùng một vỏ, khi một lõi truyền tín hiệu quang, hệ số ghép của lõi thứ hai có thể được xác định thông qua một biểu thức cụ thể.
(3.9) d - khoảng cách giữa 2 tần số n 1 - hệ số chiết suất của lõi n 2 - hệ số chiết suất của vỏ
K 1 2 - hàm Bessel bậc nhất loại hai - thành phần dọc của véc tơ truyền lan mode = 1 – n 2 /n Hệ số chiết suất tương đối
U = a[(2n 1 /) 2 - 2 ] 1/2 Hằng số truyền lan ngang trong lõi sợi
W = a[ 2 – (2n 2 /) 2 ] 1/2 Độ suy biến tốc độ của trường trong vỏ
Hệ số ghép phụ thuộc vào các đặc tính hình học, quang học (chiết suất) và bước sóng (thông qua các yếu tố V, U, W) Khi bước sóng được cố định, việc giảm khoảng cách d sẽ dẫn đến việc tăng hệ số ghép Ngược lại, nếu khoảng cách d được giữ cố định, hệ số ghép sẽ tăng khi tần số chuẩn hoá giảm, do sự phân bố trường mode có xu hướng dãn rộng tới vùng vỏ.
Các thiết bị DWDM ghép sợi có thể có hai dạng, đó là: nung nóng chảy các sợi kề nhau và mài ghép chỗ tiếp xúc giữa các sợi
3.2.3.1 Phương pháp ghép xoắn sợi
Hình 3 21 : Phương pháp nóng chảy
Các sợi sau khi được bện sẽ được đặt dưới nguồn nhiệt có điều khiển, giúp chúng đạt trạng thái mềm dẻo Tiếp theo, lực kéo và xoắn sẽ được áp dụng để các lõi sợi ghép lại gần nhau Bằng cách điều chỉnh các yếu tố như nhiệt độ, vùng đốt nóng, và lực kéo, chúng ta có thể thay đổi kích cỡ, hình dạng và độ dài của vùng ghép, từ đó ảnh hưởng đến đặc tính của sợi.
Vùng xoắn nóng chảy vỏ sợi cho thấy rằng khi chiều dài phần ghép tăng lên, khả năng tách biệt các bước sóng gần nhau cũng được cải thiện.
Trong cấu trúc nóng chảy, đoạn ghép được kéo dài cho đến khi đạt được giá trị ghép yêu cầu ở các bước sóng xác định Chẳng hạn, ghép nóng chảy ở 1300/1500 nm có độ dài ghép 20 nm và suy hao xen nhỏ khoảng 0.04 dB.
Hình 3 22 : Phương pháp mài ghép
Phương pháp mài ghép sử dụng hai sợi quang được đặt trong các rãnh cong của hai khối thạch anh Sau đó, quá trình mài diễn ra cho đến khi các lõi của sợi quang gần như lộ ra và được tiếp xúc với nhau qua một lớp dầu hoặc epoxy.
Sự ghép nối có thể thực hiện được bằng cách điều chỉnh khoảng cách giữa hai sợi hoặc sử dụng vật liệu có chiết suất khác nhau Hệ số ghép nối có thể đạt giá trị tuỳ ý, với ưu điểm nổi bật của phương pháp mài ghép là khả năng điều chỉnh vị trí tương đối giữa hai sợi Mặc dù phương pháp nóng chảy giúp giảm chi phí, nhưng việc kết hợp cả hai phương pháp sẽ mang lại hiệu quả tối ưu Đối với việc ghép nhiều hơn hai bước sóng, cần thực hiện ghép nối tiếp các bộ ghép, như minh họa trong hình 3.23 với ba mối ghép nối tiếp ở các bước sóng khác nhau.
1320 nm, 1280 nm, 1240 nm và 1200 nm
Hình 3 23 : Bộ ghép kênh 4 bước sóng bằng phương pháp nóng chảy nối tiếp các sợi đơn mode
3.2.3.3 Nhược điểm của phương pháp ghép sợi
Băng thông của các bộ ghép bước sóng sử dụng phương pháp ghép sợi có đặc tính gần giống hình sin, gây khó khăn trong việc lựa chọn bước sóng cho nguồn quang Do đó, việc sử dụng LED trong các phương pháp này là không khả thi do phổ của chúng quá rộng Chỉ các laser có độ rộng phổ hẹp mới được áp dụng để giảm thiểu suy hao và hiện tượng xuyên âm giữa các kênh.
3.2.4 Các bộ tách ghép trên cơ sở mạch tổ hợp quang điện OEI
Mạch OEI (tích hợp quang điện) có khả năng chế tạo thiết bị DWDM thông qua nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm ghép định hướng, sử dụng cách tử và buồng cộng hưởng quang học.
Các cấu trúc có chu kỳ như các cách tử là lựa chọn phổ biến cho các bộ lọc có tính chọn lọc cao, đặc biệt trong các cấu trúc Laser DBR Những bộ lọc này được sử dụng để tách biệt các bước sóng khác nhau Các bộ lọc có độ rộng băng rất hẹp theo giải pháp này được gọi là cách tử dẫn sóng theo hàng AWG.
AWG, hay bộ lọc ánh sáng đơn sắc sử dụng cách tử, là một thành phần tương tự nhưng được thiết kế dưới dạng khối dẫn sóng đặc Nó bao gồm nhiều luồng dẫn sóng với chiều dài khác nhau, cho phép phân tách ánh sáng một cách hiệu quả.
Sự giao thoa của ánh sáng qua bộ dẫn sóng AWG tạo ra đặc tính lọc độc đáo AWG, với vai trò là thiết bị dẫn sóng, dễ dàng kết nối với sợi quang hoặc các thiết bị dẫn sóng khác Quá trình chế tạo AWG được thực hiện một cách hoàn chỉnh.
Laser λ1, λ2, λ3, λ4 tương tự như các mạch tích hợp điện Bộ AWG với các thành phần cố định và không nhạy cảm với dao động bên ngoài đã trở thành công nghệ chủ yếu trong các bộ tách/ghép kênh của hệ thống DWDM.
Bộ ghép kênh bước sóng AWG bao gồm các thành phần chính như AWG, dẫn sóng đầu vào (input waveguides), dẫn sóng đầu ra (output waveguides), và hai tấm dẫn sóng hội tụ hình quạt (Slab waveguides) được tích hợp trên một lớp đế đơn.
Khuếch đại Raman
Khuếch đại Raman khác với EDFA, nơi khuếch đại xảy ra nhờ sự tương tác phi tuyến giữa tín hiệu và laser bơm trong cùng một sợi quang Có hai loại khuếch đại Raman: kiểu phân phối và kiểu tập trung Khuếch đại Raman kiểu phân phối sử dụng sợi quang truyền dẫn làm môi trường khuếch đại bằng cách ghép thêm bước sóng bơm vào với bước sóng tín hiệu Ngược lại, khuếch đại Raman kiểu tập trung sử dụng một sợi quang riêng, ngắn hơn để thực hiện chức năng khuếch đại Sợi quang khuếch đại Raman thường có độ phi tuyến cao với lõi nhỏ, giúp tăng cường sự tương tác giữa bước sóng bơm vào và tín hiệu, từ đó giảm chiều dài sợi quang cần thiết.
Laser bơm vào sợi quang có thể kết hợp tín hiệu theo cùng một hướng, ngược lại hoặc cả hai Việc bơm theo hướng ngược lại là phương pháp phổ biến nhằm giảm thiểu nhiễu từ ánh sáng bơm vào đối với tín hiệu.
Yêu cầu công suất bơm laser cho khuếch đại Raman cao hơn so với khuếch đại EDFA, với mức tối thiểu là 500 mW cho khuếch đại phân phối và trên 1W cho khuếch đại tập trung Khuếch đại Raman nổi bật nhờ khả năng khuếch đại phân phối trên sợi quang, giúp tăng chiều dài chặng giữa bộ khuếch đại và bộ lặp Băng thông của khuếch đại Raman được xác định bởi bước sóng bơm, mang lại khả năng khuếch đại linh hoạt hơn so với các kiểu khuếch đại khác, vốn phụ thuộc nhiều vào chất thêm và thiết kế thiết bị.
Các đặc tính của khuếch đại Raman:
- Khuếch đại phân phối với NF thấp và cải thiện đáng kể OSNR;
- Với cùng một hệ số OSNR nó có thể giảm công suất phát và giảm đến mức tối thiểu ảnh hưởng phi tuyến;
- Khuếch đại Raman có thể thực hiện khuếch đại cho tất cả các bước sóng, làm việc như một bộ khuếch đại toàn dải (băng C và L);
- Có hệ số khuếch đại phẳng Dải bước sóng khuếch đại phụ thuộc vào những bước sóng được bơm vào
- Yêu cầu công suất bơm của nguồn laser cao hơn
Hệ số khuếch đại thấp yêu cầu kết hợp với EDFA để tối ưu hóa độ khuếch đại, đảm bảo bù suy hao trong quá trình truyền dẫn và tại các node Ứng dụng này giúp nâng cao hiệu suất hệ thống truyền thông.
Hệ thống DWDM trên 40G chỉ sử dụng khuếch đại EDFA sẽ gặp phải vấn đề tích tụ tạp âm ASE, ảnh hưởng đến hiệu suất Khuếch đại Raman, với ưu điểm tạp âm thấp và không gây suy hao khi loại bỏ bơm laser, mang lại hiệu quả lâu dài hơn Do đó, sự kết hợp giữa EDFA và khuếch đại Raman là cần thiết để tối ưu hóa công nghệ khuếch đại quang cho các hệ thống truyền dẫn 40G hoặc những khoảng cách rất xa.
Bộ xen/rẽ kênh quang OADM
OADM là thiết bị quan trọng trong các hệ thống ghép kênh phân chia theo bước sóng, cho phép hạ một kênh bước sóng từ sợi quang để định tuyến tín hiệu sang mạng khác hoặc ghép thêm nhiều bước sóng vào luồng tín hiệu quang Thiết bị này cũng có thể được coi là một dạng đấu nối chéo quang.
Hình 3 31 : Cấu trúc chung của một bộ OADM
Chức năng xen/rẽ trong mạng cho phép trao đổi tín hiệu một cách đơn giản, hỗ trợ cấu trúc mạng hình sao và vòng trong mạng sợi quang Việc tách ghép quang giúp mạng hoạt động một cách trong suốt với các dạng mã tín hiệu, chỉ phụ thuộc vào bước sóng chứa tín hiệu mà không bị ảnh hưởng bởi dạng mã tín hiệu.
Một bộ OADM truyền thống bao gồm ba phần chính: bộ tách kênh quang, bộ ghép kênh quang và phương thức cấu hình lại đường dẫn giữa chúng để thêm hoặc bỏ tín hiệu Bộ tách kênh sử dụng bộ lọc để tách bước sóng cần thiết và đưa đến cổng Việc cấu hình lại có thể thực hiện qua panel đấu nối sợi quang hoặc chuyển mạch quang, hướng các bước sóng đến bộ ghép kênh hoặc các cổng drop Bộ ghép kênh sẽ kết hợp các bước sóng còn lại với những bước sóng được đưa vào từ cổng add OADM có khả năng cấu hình lại từ xa được gọi là ROADM (Reconfigurable OADM), trong khi OADM không có chức năng này được gọi là FOADM (fixed OADM).
OADM cố định là thiết bị quang tách và ghép kênh đã được cấu hình sẵn, độc lập về giao thức và có giá thành thấp Việc quản lý mạng trở nên đơn giản hơn vì các kênh tách và ghép đã được xác định trước, với suy hao tổng khoảng 4 - 6 dB có thể được bù đắp bởi khuếch đại Tuy nhiên, OADM cố định không còn phù hợp cho các mạng có lưu lượng truyền dẫn thay đổi thường xuyên giữa các node do thiếu tính linh hoạt và mềm dẻo.
Cấu trúc OADM có thể cấu hình lại, như được thể hiện trong Hình 3.33, sử dụng hai bộ chuyển mạch quang để ghép và tách các bước sóng theo nhu cầu.
Hình 3 33 : OADM có thể cấu hình lại
ROADM này có thể tách hoặc ghép các kênh quang trên đường truyền
DWDM có khả năng tùy chỉnh theo yêu cầu của từng node trong mạng, cho phép điều chỉnh số kênh tách/ghép qua phần mềm từ xa Hệ thống vi mạch điện tử hỗ trợ chuyển mạch, đồng thời cho phép nâng cấp hoặc giảm số kênh xen/rẽ trên mỗi OADM.
Một OADM lý tưởng sẽ có những đặc điểm sau:
- Có khả năng cấu hình để ghép/tách một số lớn lưu lượng
Người dùng có thể lựa chọn các kênh đặc biệt để rớt hoặc xen kẽ, và thực hiện việc này dưới sự điều khiển từ xa thông qua phần mềm Điều này bao gồm việc sử dụng các bộ tiếp sóng mà không làm ảnh hưởng đến hoạt động của các kênh hiện có.
- Không đòi hỏi người dùng phải lên kế hoạch trước những kênh có thể lấy đƣợc ở một nút riêng biệt.
- Duy trì một suy hao cố định thấp bất kể có bao nhiêu kênh đƣợc ghép/tách
Các module bù tán sắc DCM
Suy hao sợi và hiệu ứng tán sắc đều ảnh hưởng đến khoảng cách truyền trong tuyến thông tin quang Trong quá trình truyền dẫn quang, tán sắc tăng theo độ dài và độ rộng phổ của nguồn quang, dẫn đến méo xung và nhiễu giữa các ký tự.
Thiết bị bù tán sắc được thiết kế để cung cấp một mức tán sắc đối lập nhằm điều chỉnh sự giãn xung của ánh sáng Hai loại thiết bị bù tán sắc phổ biến hiện nay là sợi bù tán sắc và cách tử bù tán sắc.
Sợi bù tán sắc (DCF - Dispersion Compensate Fiber) là loại sợi quang đặc biệt với hệ số tán sắc không âm ở bước sóng 1550nm, đạt khoảng 80 ps/(nm.km) Nhờ vào đặc tính này, 1 km sợi DCF có khả năng bù tán sắc cho 5 km sợi đơn mode (SMF - Single Mode Fiber), trong khi hệ số tán sắc của sợi SMF chỉ là 17 ps/(nm.km).
Hệ số tán sắc của sợi DCF biến đổi theo tần số tương tự như sợi SMF, dẫn đến khả năng bù tán sắc kém khi dải tần số được mở rộng Ngoài ra, suy hao của sợi DCF là khoảng 0,6 dBm/km, cao hơn so với sợi SMF.
Cách tử bù tán sắc Bragg
Sử dụng cách tử Bragg (BFG - Bragg Fiber Grating) là một lựa chọn hiệu quả để bù tán sắc với suy hao thấp Tuy nhiên, BFG hoạt động ở chế độ phản xạ, do đó cần sử dụng Circulator quang hoặc coupler quang để tách tín hiệu đầu vào và đầu ra Hiện tại, dải băng tần bù tán sắc của BFG chỉ đạt vài trăm GHz, hẹp hơn so với DCF Mặc dù băng thông có thể mở rộng hơn khi sử dụng các tử dài hoặc cách tử thay thế, nhưng việc cần thêm Circulator quang hoặc coupler quang vẫn là một trở ngại đáng lưu ý.
Phổ xung quang chứa nhiều bước sóng khác nhau, dẫn đến hiện tượng tán sắc khi truyền qua sợi quang, trong đó bước sóng ngắn di chuyển nhanh hơn bước sóng dài Hiện tượng này làm giãn phổ xung quang và có thể gây ra hiện tượng xuyên kênh sang các kênh lân cận Mặc dù đã có nhiều giải pháp bù tán sắc như sử dụng sợi bù tán sắc DCF, nhưng phương pháp này vẫn tồn tại nhiều nhược điểm như gây suy hao lớn và tạo ra các hiệu ứng phi tuyến khác.
Hình 3 34 : Nguyên lý bù tán sắc của cách tử Bragg
Bước cách tử trong cách tử bù tán sắc phản xạ các bước sóng chậm trước khi các bước sóng nhanh đến cuối cách tử sợi Module bù tán sắc này giúp co xung đã bị giãn rộng trước khi truyền đi hoặc xử lý Độ dài cách tử sợi càng lớn thì mức bù tán sắc càng cao, mở rộng phổ thiết bị hoạt động Nếu quá trình chế tạo sợi không đạt yêu cầu, hiện tượng nhấp nhô có thể xảy ra, gây ảnh hưởng đến việc bù tán sắc của tín hiệu quang.
Suy hao của module bù tán sắc chủ yếu do suy hao cố định của circulator và điểm ghép nối ( 15dB do vậy tín hiệu chặng này đảm bảo đƣợc thu tốt sau khuếch đại
- Tính giá trị tán sắc PMD
PMD 1 = 0,2 ps km 105 km = 2,05ps Trị số tán sắc của chặng PMD 1 = 2,05ps < 10ps đảm bảo cho hệ thống hoạt động tốt ở tốc độ 10Gbps
Chặng Nho Quan - Nghĩa Đàn : mạch 2 sử dụng sợi quang G.655
- Tính suy hao đường truyền
Chặng này có chiều dài 148km, sử dụng sợi quang G.655 có 50 mối hàn và 2 connector Suy hao đường truyền của chặng là :
L = 148 km x 0,25 dB/km + 50 x 0.05dB + 2x 0.5dB + 3dB = 43.5 dB
- Tính giá trị tán sắc sợi quang
Giá trị tán sắc của chặng là :
D = 148 km x 4 ps/nm.km = 592 ps/nm
- Xác định quỹ công suất, cấu hình khuếch đại và bù tán sắc
Trạm Nho Quan là trạm OLA, chỉ sử dụng card khuếch đại đường dây LALIC Tại Nghĩa Đàn, công suất thu đƣợc của mỗi kênh sẽ là :
P out = P in – (suy hao đường dây) + (hệ số khuếch đại của card LALIC) Với: P in = - 18dBm
Suy hao đường dây (148km) = 43.5 dB
Hệ số khuyếch đại G 2 của card LALIC = 38dB (max 38dB) Nhƣ vậy: P out = -18dBm - 43.5dB + 38dB = - 23,5dB
Với P out = -23,5dB nằm trong khoảng độ nhạy thu của card LALIC, tín hiệu đến Nghĩa Đàn vẫn được thu tốt Để đảm bảo thu tín hiệu tốt, tán sắc tuyến phải nhỏ hơn giới hạn tán sắc của OTU, với giới hạn này là 1500ps/nm cho tuyến cự ly dài Tán sắc của chặng là 592ps/nm, nhỏ hơn giới hạn của OTU, do đó không cần thêm các module bù tán sắc DCM.
Theo công thức 5.2 thì OSNR 2 = P out - L - NF - 10lgN - 10lg (hf)
= -23,5dB - 43,5dB - 5dB - 0 - 10lg(6,626 10 -34 1,935.10 14 12,5.10 9 ) = 16 dB
OSNR 2 = 16dB > 15dB do vậy tín hiệu chặng này đảm bảo đƣợc thu tốt sau khuếch đại
- Tính giá trị tán sắc PMD
PMD 2 = 0,2 ps km 148 km = 2,43ps Trị số tán sắc của chặng PMD 2 = 2,43ps < 10ps đảm bảo cho hệ thống hoạt động tốt ở tốc độ 10Gbps
Chặng Nghĩa Đàn - Hà Tĩnh : mạch 2 sử dụng sợi quang G.655
- Tính suy hao đường truyền
Chặng này có chiều dài 148km, sử dụng sợi quang G.655 có 50 mối hàn và 2 connector Suy hao đường truyền của chặng là :
L = 148 km x 0,25 dB/km + 50 x 0.05dB + 2x 0.5dB + 3dB = 43.5 dB
- Tính giá trị tán sắc sợi quang
Giá trị tán sắc của chặng là :
D = 148 km x 4 ps/nm.km = 592 ps/nm
- Xác định quỹ công suất, cấu hình khuếch đại và bù tán sắc
Tại Hà Tĩnh, công suất thu đƣợc của mỗi kênh sẽ là :
P out = P in – (suy hao đường dây) + (hệ số khuếch đại OLA) Với: P in = - 23,5dBm
Suy hao đường dây (148km) = 43.5 dB
Hệ số khuyếch đại G 3 của card LALIC = 38dB (max 38dB) Nhƣ vậy: P out = -23,5dBm - 43.5dB + 38dB = - 29dB
Công suất thu được trên mỗi kênh tại Hà Tĩnh là -29dB, không nằm trong độ nhạy thu OPA (-27dB đến -16dB), dẫn đến tín hiệu không được thu tốt Nguyên nhân chính là do công suất P in = -23,5dB của chặng này quá nhỏ, kết hợp với khoảng cách tuyến dài gây suy hao lớn Để đảm bảo công suất tới trạm, cần có giải pháp cải thiện.
Hà Tĩnh vẫn nằm trong độ nhạy của thiết bị thu, do đó cần thay trạm khuếch đại tại Nghĩa Đàn bằng trạm lặp OEO (opto-electro-opto) với chức năng 3R (reshape, reamplify, retiming) Công suất P in của trạm lặp sẽ là 0dBm Với khoảng cách 148km từ Nghĩa Đàn đến Hà Tĩnh, cần sử dụng thêm bộ khuếch đại công suất OBA, và card LALBC sẽ được sử dụng cho khuếch đại công suất khoảng cách dài Tại Hà Tĩnh, công suất thu được tại mỗi kênh sẽ được cải thiện đáng kể.
P out = P in – (suy hao đường dây) + (hệ số khuếch đại) Với: P in = 0 dBm
Suy hao đường dây (148km) = 43.5 dB
Hệ số khuyếch đại của card LALBC đạt 30dB, tối đa là 38dB, dẫn đến P out = 0dBm – 43,5dB + 30dB = -13,5dB Để thu tín hiệu tốt tại đầu thu, tán sắc tuyến cần nhỏ hơn giới hạn tán sắc của OTU, với giới hạn là 1500ps/nm Do tán sắc của chặng chỉ là 592ps/nm, nhỏ hơn giới hạn này, nên không cần bổ sung các module bù tán sắc DCM.
Theo công thức 5.2 thì OSNR 3 = P out - L - NF - 10lgN - 10lg (hf) OSNR 3 = -13,5dB - 43,5dB - 5dB - 0 - 10lg(6,626 10 -34 1,935.10 14 12,5.10 9 )
= 26 dB OSNR 3 = 26 dB > 15dB do vậy tín hiệu chặng này đảm bảo đƣợc thu tốt sau khuếch đại
- Tính giá trị tán sắc PMD
PMD 3 = 0,2 ps km 148 km = 2,43ps
Trị số tán sắc của chặng PMD 2 = 2,43ps < 10ps đảm bảo cho hệ thống hoạt động tốt ở tốc độ 10Gbps
Tuyến Hà Nội - Hà Tĩnh Theo công thức 5.3, giá trị OSNR của tuyến có giá trị bằng:
OSNR 1 = 32 dB ( = 10 3,2 = 1584,89) OSNR 2 = 16 dB (= 10 1,6 = 39,81) OSNR 3 = 26dB (= 10 2,6 = 398,11)
Giá trị tán sắc PMD của tuyến = 0 , 2 ( ps km ) 401 ( km ) 4 ps
Giá trị OSNR và PMD của tuyến đều đáp ứng đƣợc yêu cầu của hệ thống DWDM, đảm bảo cho hệ thống hoạt động tốt ở tốc độ 10Gbps
Dựa vào những số liệu đã tính toán ở trên, cấu hình tuyến Hà Nội – Hà Tĩnh được thiết kế như hình 5.8 ở dưới
Hình 5 8 : Sơ đồ tuyến Hà Nội - Hà Tĩnh
Tính tương tự với các chặng còn lại, ta có được kết quả như các bảng 5.1, 5.2 và 5.3
Số mối hàn Connector Suy hao Dự phòng suy hao
Tổng suy hao Tán sắc
1 Hà Nội - Hòa Bình G.652 85 29 4 27.25 dB 3 30.25 dB 1870 ps/nm
2 Hòa Bình - Nho Quan G.652 105 35 2 32.15 dB 3 35.15 dB 2310 ps/nm
3 Nho Quan - N1 G.652 69 23 2 21.47 dB 3 24.47 dB 1518 ps/nm
5 N2 - Hà Tĩnh G.652 120 40 2 36.6 dB 3 39.6 dB 2640 ps/nm
6 Hà Tĩnh - N3 G.652 118 40 2 36.04 dB 3 39.04 dB 2596 ps/nm
9 N5 - Đà Nẵng G.652 69 23 2 21.47 dB 3 24.47 dB 1518 ps/nm
10 Đà Nẵng - N6 G.652 110 37 2 33.65 dB 3 36.65 dB 2420 ps/nm
12 N7 - Plei Ku G.652 55 19 2 17.35 dB 3 20.35 dB 1210 ps/nm
13 Plei Ku - N8 G.652 67 23 2 20.91 dB 3 23.91 dB 1474 ps/nm
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
STT Tuyến sợi (km) hàn Connector Suy hao suy hao hao Tán sắc
17 N11- HCM G.652 80 27 2 24.75 dB 3 27.75 dB 1760 ps/nm
18 Hà Nội - Nho Quan G.655 105 35 4 30 dB 3 33 dB 420 ps/nm
19 Nho Quan - R1 G.655 148 50 2 40.5 dB 3 43.5 dB 592 ps/nm
20 R1 - Hà Tĩnh G.655 148 50 2 40.5 dB 3 43.5 dB 592 ps/nm
21 Hà Tĩnh - R2 G.655 118 40 2 32.5 dB 3 35.5 dB 472 ps/nm
24 R4 - Đà Nẵng G.655 53 18 2 15.15 dB 3 18.15 dB 212 ps/nm
25 Đà Nẵng - Dốc Sỏi G.655 108 36 2 29.8 dB 3 32.8 dB 432 ps/nm
26 Dốc Sỏi - Kon Tum G.655 147 49 2 40.2 dB 3 43.2 dB 588 ps/nm
27 Kon Tum - Plei Ku G.655 40 14 2 11.7 dB 3 14.7 dB 160 ps/nm
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
STT Tuyến sợi (km) hàn Connector Suy hao suy hao hao Tán sắc
28 Plei Ku - N12 G.655 165 55 2 45 dB 3 48 dB 660 ps/nm
31 N14 - Tân Định G.655 80 27 2 22.35 dB 3 25.35 dB 320 ps/nm
32 Tân Định – Tp.HCM G.655 60 20 4 18 dB 3 21 dB 240 ps/nm
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
Cự ly (km) L (dB) OSNRi
1 Hà Nội - Hòa Bình G.652 85 30.25 dB 32.8
2 Hòa Bình - Nho Quan G.652 105 35.15 dB 27.9
18 Hà Nội - Nho Quan G.655 105 33 dB 32
25 Đà Nẵng - Dốc Sỏi G.655 108 32.8 dB 30.2
26 Dốc Sỏi - Kon Tum G.655 147 43.2 dB 19.8
27 Kon Tum - Plei Ku G.655 40 14.7 dB 48.3
Cự ly (km) L (dB) OSNRi
32 Tân Định - Tp HCM G.655 60 20 dB 43.0
Bảng 5.2 : Bảng tính toán OSNR trên từng đoạn và trên toàn tuyến
Tỷ số OSNR trên từng đoạn đều 15 dB đảm bảo cho việc sử dụng công nghệ DWDM trên đường trục mạch 1,2
Tính toán tán sắc PMD đối với đường trục mạch 1,2: Đoạn L(km) PMD Đường trục mạch 1
Hà Nội - Hà Tĩnh 499 6.70 ps
Hà Tĩnh - Đà Nẵng 426 6.19 ps Đà Nẵng - Plei Ku 275 4.97 ps
Plei Ku - HCM 537 6.95 ps Đường trục mạch 2
Hà Nội - Hà Tĩnh 401 4.00 ps
Hà Tĩnh - Đà Nẵng 410 4.05 ps Đà Nẵng - Plei Ku 295 3.44 ps
Bảng 5.3: Bảng tính toán tán sắc PMD khi dùng DWDM trên đường trục 1, 2
Các chỉ số tán sắc trên các đoạn của đường trục DWDM đều < 10 ps đảm bảo cho hệ thống hoạt động đƣợc ở tốc độ 10 Gbit/s.
Thiết bị của hệ thống
Để triển khai giải pháp tổ chức mạng hiệu quả, cần trang bị thêm 29 thiết bị quang ghép kênh theo công nghệ DWDM, với cấu trúc 04 bước sóng, mỗi bước sóng có dung lượng 10 Gbps, cho đường trục mạch 1,2.
- 02 thiết bị quang ghép kênh theo bước sóng DWDM cấu hình đầu cuối OTM tại Hà Nội và Tp Hồ Chí Minh
- 03 thiết bị quang ghép kênh theo bước sóng DWDM cấu hình xen rẽ bước sóng OADM tại: Hà Tĩnh, Đà Nẵng, Plei Ku
- 01 thiết bị quang ghép kênh theo bước sóng DWDM cấu hình tái tạo tín hiệu REG tại : trạm lặp quang N12
- 23 thiết bị quang ghép kênh theo bước sóng DWDM cấu hình khuếch đại quang OLA dọc theo hệ thống đường trục mạch 1,2
Trên trục mạch 3, 25 thiết bị thông tin quang STM-64 sẽ được lắp đặt để thiết lập tuyến thông tin liên tỉnh Các nút quan trọng như Hà Nội, Hà Tĩnh, Đà Nẵng, Plei Ku và Tp Hồ Chí Minh sẽ được kết nối với hệ thống quang DWDM trên đường dây 500kV, nhằm tạo ra sự dự phòng cho toàn bộ hệ thống.
Thiết bị quang DWDM hoạt động ở bước sóng 1550 nm, cung cấp tốc độ 10 Gbit/s cho mỗi bước sóng Nó tương thích với cáp quang theo tiêu chuẩn ITU-T G.652 và G.655, giúp tối ưu hóa hiệu suất truyền dẫn trong hệ thống.
Thiết bị quang DWDM hỗ trợ mở rộng dung lượng lên đến 40 bước sóng với tốc độ 10 Gbps, trong đó cấu hình ban đầu yêu cầu 4 x 10 Gbps Các thiết bị DWDM đi kèm với kênh giám sát quang (OSC) và tuân thủ các tiêu chuẩn cũng như khuyến nghị của ITU-T.
Yêu cầu đối với thiết bị:
- Thiết bị DWDM phải phù hợp với các loại cáp quang G.652 và G.655 theo chuẩn ITU-T
- Cửa sổ bước sóng làm việc của DWDM: Bước sóng làm việc của DWDM phải nằm trong khoảng từ 1530 nm đến 1565 nm (C Band)
Khoảng cách giữa các kênh sóng phải lớn hơn 100 nm, và các bước sóng làm việc cần tuân thủ bảng khuyến nghị G694.1 của ITU-T.
- Thiết bị DWDM phải đảm bảo tỉ lệ lỗi bit BER 10 -12 khi sử dụng đến 40 bước sóng
- Tần số tham chiếu tuyệt đối AFR (Absolute Frequency Reference) đối với mỗi kênh phải gần bằng tần số cơ sở 193.1 THz
- Khoảng cách tần số giữa các kênh liền kề là 100GHz
- Độ lệch tần số trung tâm cực đại đối với mỗi kênh phải bé hơn ± 12.5 GHz (khoảng 0.1 nm)
- Độ ổn định bước sóng hoạt động đối với mỗi kênh phải bé hơn ± 0.01 nm/1 năm
- Các tần số và bước sóng tương ứng của 40 kênh (C band) cho hệ thống DWDM
Thiết bị phải có khả năng thực hiện các cơ chế bảo vệ:
1: N Cơ chế bảo vệ kênh (optical channel protection)
1+1 Cơ chế bảo vệ OTU (OTU Units protection)
1+1 Cơ chế bảo vệ đường quang (optical line protection)
Và các cơ chế bảo vệ khác
Chức năng giám sát bảo dưỡng, báo cảnh và khai thác hệ thống - OAM
Thiết bị cần tự động hỗ trợ các chức năng OAM quan trọng, bao gồm giám sát chất lượng hệ thống đang hoạt động, theo dõi phổ kênh quang và giám sát chất lượng sợi quang.
Thiết bị DWDM cần được giám sát theo thời gian thực tại mọi node mạng từ NMS, bao gồm các thông số như công suất quang, bước sóng hoạt động, OSNR và độ lệch tần số trung tâm cho tất cả các kênh đang sử dụng.
Yêu cầu đối với thiết bị OADM:
- Sẵn sàng chuyển thành cấu hình R-OADM (Reconfigurable-OADM) mà không gián đoạn/ngừng cung cấp dịch vụ
- Thực hiện tái định thời, tái khuyếch đại, tái tạo tín hiệu - 3R
- Tối thiểu số hướng làm việc với cấu hình R-OADM là 4
- Số bước sóng xen rẽ tại node có thể tăng giảm theo yêu cầu
- Xen rẽ và tái tạo các bước sóng
Yêu cầu đối với thiết bị khuếch đại quang - OLA
- Thiết bị khuếch đại quang (bao gồm cả BA, PA) sử dụng trong hệ thống DWDM tuân thủ theo tiêu chuẩn ITU-T G.663 và các tiêu chuẩn khác của ITU-T
- Thiết bị phải đảm bảo được tỷ lệ lỗi bit khi gia tăng số bước sóng sử dụng
- Thiết bị phải cung cấp đƣợc bộ khuếch đại Raman đảm bảo hệ thống sử dụng ở khoảng cách xa và làm giảm tỷ số OSNR của chặng
Thiết bị cần có khả năng tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại để thích ứng với sự thay đổi số lượng bước sóng.
Yêu cầu đối với bộ tách/ghép kênh quang (Optical MUX/DEMUX):
- Các thông số yêu cầu đối với OM: tuân thủ các tiêu chuẩn ITU-T G.681, G.709, G.872 và các tiêu chuẩn khác của ITU-T
- Có khả năng ghép 40 bước sóng, mỗi bước sóng có tốc độ 10 Gbps (Trong giai đoạn này sử dụng 04 bước sóng 10 Gbps)
- Hoạt động các bước sóng tuân thủ theo dải tần tiêu chuẩn ITU-T G.694.1
Thông số Đơn vị Giá trị yêu cầu
Adjacent Channel Isolation Range dB > 22 Non-Adjacent Channel Isolation Range dB > 25 Maximum Channel Insert Loss Difference dB < 3
Bảng 5.4.1: Các thông số cơ bản đối với OM
Thông số Đơn vị Giá trị yêu cầu
Optical Reflection Coefficient dB < - 40 Adjacent Channel Isolation Range dB > 22 Non-Adjacent Channel Isolation Range dB > 25
Maximum Channel Insert Loss Difference dB < 3
Bảng 5.4.2: Các thông số cơ bản đối với OD
Yêu cầu đối với bộ khuyếch đại quang - Optical Amplifier
- Các bộ khuyếch đại quang (gồm OBA, OPA, OLA) sử dụng trong hệ thống DWDM phải tuân theo khuyến nghị G.663 và các khuyến nghị liên quan của ITU-T
- Các thông số yêu cầu đối với OA [8]
Thông số Đơn vị Giá trị yêu cầu
Maximum total output power dBm +20
Input optical return loss dB >40
Output optical return loss dB >40
Gain response when channel adding/removing ms