Công nghệ WDMI đã và đang cung cấp cho mạng lưới khả năng truyền dẫn cao trên băng tần lớn sợi đơn mode, nhiều kênh quang truyền đồng thời trên một sợi, trong đó mỗi kênh tương đương một
MRR REREAD UR Exe hitBộ chuyển đổi bưUc sóngBộ chuyển đôi bước sóng là thiết bị đóng vai trò chuyển đổi tín hiệu có bước sóng đầu vào thành bước sóng khác ở đầu ra Trong hệ thống WDM, bộ chuyển đổi này mang lại nhiều ứng dụng hữu ích khác nhau.
- Tín hiệu có thể đi vào mạng với bước sóng không thích hợp khi truyền trong WDM
- Bộ chuyên đổi khi được trang bị trong các câu hình nút mạng WDM giúp sử dụng tài nguyên bước sóng hiệu quả hơn, linh động hơn
- _ Có 4 phương pháp chế tạo bộ chuyên đổi bước sóng:
Kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng (WDM) là một phương pháp truyền nhiều tín hiệu quang với các bước sóng khác nhau trên một sợi cáp quang Hệ thống WDM thường bao gồm ba phương pháp ghép kênh cơ bản: ghép kênh theo bước sóng thô, ghép kênh theo bước sóng bước sóng xung và ghép kênh theo phép giao thoa Mỗi phương pháp có những ưu nhược điểm riêng, phù hợp với các yêu cầu và ứng dụng cụ thể khác nhau.
Có 2 hình thức cầu thành hệ thống WDM: hệ thống đơn hướng và song hướng - _ Hệ thông đơn hướng: Tất cả các kênh cùng trên môtgsợi quang truyền dẫn theo cùng môthièu
- _ Hệ thống song hướng: Là các kênh quang trên môtpsợi quang sử dụng cho cả hai hướng truyền dẫn Hêp thống này giảm được số lượng bôp khuếch đại và đường dây Tuy nhiên, thường bị nhiễu kênh, ảnh hưởng phản xạ quang, trị số và loại hình xuyên âm đồng thời phải sử dụng bô khuếch đại quang hai chiêu lÍ[ _-_ rÌ
™ }-Hinh: anh hưởng của SRS: Nang luong t từ kênh {rr}
_®s}-bước sóng thấp toợS shaven sang enters 6 [me]
| song'éao hon oe ÀI,À2,23 :AN to} | mux i i EDI A EDFA i
= Hệ thống WDM đơn hướng ———tw ]
Gat E3 ÀI,A2.23 Ài rem) Le]
(2 }—— Ea : KT" 7HŠ ——L*s_ i MUX bay MiaDAflz2AN 2 n DE
= Hình 1.13: Hệ thống ghép bước sóng đơn hướng và song hướng Hệ thống WDM song hướng ——sw]
Với cùng số bước sóng N truyền được trên một sợi quang, mỗi hệ thống WDM và CWDM đều có những thế mạnh riêng Hệ thống WDM cho phép truyền nhiều bước sóng hơn trên cùng một sợi quang, cho phép tăng lưu lượng dữ liệu Trong khi đó, hệ thống CWDM có khoảng cách kênh rộng hơn, dẫn đến khả năng chịu nhiễu và đơn giản hóa triển khai Việc lựa chọn giữa WDM và CWDM phụ thuộc vào mục tiêu hiệu suất cụ thể của mạng và cân nhắc các ưu điểm và nhược điểm của mỗi hệ thống.
So với hệ thống song hướng, hệ thống đơn hướng có thể cung cấp dung lượng gấp đôi nhưng số sợi quang sử dụng cũng tăng gấp đôi Điều này là do hệ thống đơn hướng truyền tín hiệu chỉ theo một hướng, trong khi hệ thống song hướng truyền theo cả hai hướng, đòi hỏi số sợi quang nhiều hơn.
- _ Khi sự cô đứt cáp xảy ra, hệ thống song hướng không cần đến cơ chế chuyên mạch bảo vệ tự động APS (Automatic Protection-Switching) vì cả hai đầu của liên kết đều có khả năng nhận biết sự cố một cách tức thời
- _ Đứng về khía cạnh thiết kế mạng, hệ thống đơn hướng khó thiết kế hơn vì còn phải xét thêm các yếu tố như: vấn đề xuyên nhiễu do có nhiều bước sóng hơn trên một sợi quang, đảm bảo định tuyến và phân bố bước sóng sao cho hai chiều trên sợi quang không dùng chung một bước sóng
Các bộ khuếch đại trong hệ thống song hướng thường có cấu trúc phức tạp hơn trong hệ thống đơn hướng Tuy nhiên, do số bước sóng khuếch đại trong hệ thống song hướng giảm 1⁄2 theo mỗi chiều nên ở hệ thống song hướng, các bộ khuếch đại sẽ cho công suất quang ngõ ra lớn hơn so với ở hệ thông đơn hướng
2.2.Nguyên lý hoạt động Nguyên lý cơ bản của ghép kênh theo bước sóng là ghép tất cả các bước sóng khác nhau của môtmguôn phát quang vào cùng métpsoi dẫn quang nhờ bôpghép kênh MUX và truyền dẫn các bước sóng này trên cùng sợi quang Khi đến đầu thu, bô ptách kênh quang sẽ phân tách đề nhâi lại các bước sóng đó lÍ[ _-_ rÌ
Hệ thống WDM bao gồm: một hoặc nhiều bộ thu phát SR, EDFA để khuếch đại quang, sợi quang, bộ tách kênh và các bộ thu tương ứng (phía phát) Hệ thống còn có kênh tín hiệu điều khiển giám sát quang và hệ thống xử lý Mỗi thành phần trong hệ thống thực hiện những chức năng riêng biệt, góp phần tạo nên hệ thống hoạt động chính xác.
Phân phát quang WDM Phần KĐ đường dây Phan thu quang WDM
| Hệ thông quản lý và giám sat mang WDM | Hình 1.14: Sơ đô nguyên lý của hệ thống WDM Sơ đồ nguyên lý của hệ thống được minh họa ở hình trên Ở đầu phát trước tiên tín hiệu đến từ thiết bị đầu cuối được bộ chuyên đôi bước sóng quang (OWT - Optical Wavelength Translators ) chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu quang có bước sóng theo chuân G.692, phù hợp với phố bước sóng quang WDM Sau đó các bước sóng WDM theo chuẩn G.692 sẽ được tập hợp thành tín hiệu quang tổng nhờ bộ ghép sóng quang, được khuếch đại qua các bộ khuếch đại công suất quang và phát lên sợi quang
Khi khoảng cách truyền dẫn giữa hai nút mạng quá lớn (lớn hơn 130km), tín hiệu quang cần được khuếch đại chuyến tiếp Ở đầu thu, bộ tiền khuếch đại sẽ khuếch đại tín hiệu quang tổng hợp (đang bị suy giảm nhiều về công suất), tiếp đó bộ tách sóng quang sẽ tách các tín hiệu có bước sóng nhất định ra khỏi tín hiệu quang tông hợp Bộ thu quang phải đảm bảo các yêu cầu về độ nhạy, công suất quá tải, chịu đựng tín hiệu quang có tạp âm, có khả năng khuếch đại băng rộng,
Chức năng chính của kênh tín hiệu quang giám sát là điều khiển và giám sát tinh hình truyền đẫn các kênh tín hiệu quang của hệ thống WDM Ở đầu phát, tín hiệu quang giám sát sẽ được hợp với tín hiệu quang tổng và đưa ra sợi quang Ở đầu thu, tín hiệu quang giám sát sẽ được tách ra khỏi tín hiệu quang tổng hợp Ở các byte đồng bộ
|] alll khung, byte nghiép ES NPR etn mao dau (overheard), mà mạng quản lý, sử mó Hệ thống @úùg Eagớifmang WDMI thụng qua lớp vật ly của kờnh tớn hiệu quang giám sát truyền các byte mảo đầu đến các nút quang trên mang WDM Nho vay hệ thống quản lý mạng WDM thực hiện các chức năng quản lý như: quản lý cấu hình, quan lý sự cố, quản lý tính năng, quản lý bảo mật, và kết nối với hệ thống quản lý cao cấp hơn TMN (quản lý mạng viễn thông)
3 Phân loại và cWc chuẩn của hệ thống WDM
Hé théng WDM bang tan réng (BWDM - Broad passband WDM)Hệ thống WDM mới nhất thực hiện truyền dẫn hai kênh bước sóng thuộc các cửa số truyền dẫn khác nhau Khoảng cách giữa các kênh trong hệ thống này lớn, vào khoảng vài trăm nm Hệ thống này có chi phí lắp đặt thấp nhưng dung lượng và khoảng cách truyền dẫn bị hạn chế.
Hệ thống WDM ghép mật dé thap (CWDM - Coarse WDM) Đây là hệ thống WDM ra đời từ đầu những năm 1990 cho phép ghép nhiều hơn 2bước sóng trên hệ thống Khoảng cách giữa các bước sóng khá lớn (cỡ 20 nm) ITUT đã đưa ra chuân G.694.2 quy định về khoảng cách các kênh, bước sóng trung tâm của hệ thống này như sau: - Khoảng cách các kênh: 2500 GHz - Bước sóng trung tâm:
1552.52 nm - Dải bước sóng hoạt động từ 1270nm đến 1610 nm
Hệ thống WDM ghép mật độ cao (DWDM - Dense WDM)Đây là hệ thông WDMI ra đời từ giữa những năm 1990 và cũng chính là các hệ thống
Hệ thống Multiplexing Chia theo Bước sóng (WDM) đang được triển khai rộng rãi trên toàn cầu, cho phép truyền nhiều bước sóng trên cùng một sợi quang với khoảng cách kênh hẹp chỉ 200 GHz hoặc 100 GHz.
50 GHz và thậm chí là 25 GHz ITU- T đã đưa ra chuân G.692 quy định về khoảng cách các kênh, bước sóng trung tâm của hệ thống DWDM như sau:
- Khoảng cách các kênh: 100 GHz - Buoc song trung tam: 1552.52 nm - Vùng bước sóng hoạt động: Băng S, C, L, U
4.CWc thiết bị tron#°HỀWG ng nt
Bộ ghộp/tõ‹ngiứa4@‡\@fCoupler) là thiết bị quang dựng để kết hợp cỏc tớn hiệu truyền đến từ các sợi quang khác nhau Nếu Coupler chỉ cho phép ánh sáng truyền qua nó theo một chiêu, ta gọi là Coupler có hướng (directional coupler) Nếu nó cho phép ánh sáng đi theo 2 chiều, ta gọi là coupler song hướng (bidirectional coupler)
Cấu trúc cơ bản của một coupler gồm hai ống dẫn sóng (sợi quang) đơn mốt đặt song song cạnh nhau Khoảng cách của hai ống đẫn sóng hoặc sợi quang này phải đủ gan đề có thê xảy ra hiệu ứng cộng hưởng lan truyền từ sợi nảy sang sợi kia
(b) =\_7H —“ TT vộ ứọ | Olụ } ( OO )
=F hư SS Nung nong ‘© Ni Mat cat D Soi chay Vỏ đánh bóng hai lõi
Hình 1 15: (a) Hiệu ứng cộng hưởng công suất trong hai ống dân sóng đặt cạnh nhau và (b) ứng dụng làm coupler ghép/tách công suất Hình trên mô tả hoạt động của hiện tượng ghép/tách công suất qua hiện tượng cộng hưởng Tín hiệu quang đi vào cửa số 4 và lan truyền trong sợi quang phía dưới Dọc theo đường truyền quang, do hiệu ứng cộng hưởng, một phần công suất quang được truyền trên sợi thứ 2 Phần công suất này tiếp tục được truyền sang cho đến hết phần công suất trên sợi phía đưới Hiện tượng này tiếp tục lặp lại nhưng theo chiều ngược lại: Công suất truyền từ sợi phía trên xuống sợi phía dưới Quá trình này tiếp diễn ra dọc theo sợi quang tạo ra một “dao động” về công suất quang dọc theo chiều dài hai sợi Khoảng cách của nửa chu kỳ đao động này được gọi là chiều đài ghép công suất
Chiều dài này tỉ lệ thuận với khoảng cách giữa hai sợi quang
Coupler là linh kiện quang linh hoạt và có thế cho nhiều ứng dụng khác nhau: Bộ Coupler với tỉ số ghép ơ ~ I được đùng đề trích một phần nhỏ tín hiệu quang, phục vụ cho mục đích giám sát
Coupler còn là bớ ải ơ bÄ để tạo nên các thành phần quang khác, chẳng hạn như: Các bộ SER RRA ERE SRS 4 Saito! đa Mach-Zehnder MZI
MZI có thê đ@ópgEê@gjOffoat động như bộ lọc, MUX/DEMUX, chuyển mạch và bộ chuyên đổi bước sóng
Việc ghép hoặc tách bước sóng trên sợi quang cho phép phân bố công suất ánh sáng từ một đầu vào ra hai phần bằng nhau ở hai đầu ra Thiết bị thực hiện chức năng này được gọi là bộ ghép 2 x 2 ghép 50:50 hoặc bộ ghép 3dB Ứng dụng phổ biến nhất của bộ ghép 3dB là tạo nên bộ ghép n x n, cho phép ghép nhiều tín hiệu khác nhau vào một sợi quang.
Isolator là thiết bị không thuận ngược Nó chỉ truyền ánh sáng qua nó theo một chiều và ngăn không cho truyền theo chiều ngược lại Nó được dùng tại đầu ra của các thiết bị quang (bộ khuếch đại, nguồn phát laser) để ngăn quá trình phản xạ ngược trở lại các thiết bị đó, gây nhiễu và hư hại thiết bị
Bộ Isolator thường đứng trước đầu ra bộ khuếch đại quang hoặc nguồn phát laser để ngăn ánh sáng phản xạ ngược trở lại thiết bị gây nhiễu va có thê làm hư thiết bị
Chiêu thuận Bộ quay pha Bộ lọc aa Bộ lọc phân cực Faraday (quay 45°) (phân cực đứng) 2
D Hướng ¡ Petes : GD a én trường ,
E=—= ` điện trường Hướng cv điện trường
Hình l I6: Nguyên lÿ hoạt động của isolator Phân tử cơ bản của bộ isolator là bộ quay pha Faraday có đặc tính quay pha tín hiệu 45° bất kế ánh sáng đi vào theo chiều thuận hay ngược
Khi ánh sáng đi theo chiều thuận, nó sẽ đi qua bộ lọc phân cực (phân cực đứng) để rồi đi tiếp qua bộ quay pha Faraday Tại đó, ánh sáng sẽ được quay phân cực 45 độ và đi qua hoàn toàn bộ lọc phân cực đặt cùng hướng 45 độ phía sau.
- Xét tín hiệu ánHSãDp đi vao tềo chiều ngược Ảnh sáng đi qua bộ lọc phân cực 45o tiếp đó đi ESSA ERO HAAN Se AGRA IRS BER tục la phan cực ngang
Như vậy, tớn hiộfủỉĂdaeđnemày sẽ bị chặn lại bởi bộ lọc phõn cực đứng và khụng thờ đi qua b6 isolator
Dé tránh trường hợp tín hiệu đi vào theo chiều thuận có thê sẽ không đi qua được bộ isolator (hoặc mắt một phần năng lượng) do không phân cực đúng theo phương đứng, người ta sử dụng trước hết một bộ chia phân cực rồi xử lý trên hai nhánh song song va két hop chung lai voi nhau tai đầu ra Khi đó, bé isolator sé không phụ thuộc vào phân cực nữa
Bộ chia phân cực được làm từ vật liệu có tính chất lệch phân cue (birefringent) Ánh sáng di tir vat liệu đó ra ngoài không khí sẽ tách hai thành phần phân cực ra theo hai hướng Một thành phần sẽ khúc xạ ra khỏi vật liệu (vì chiết suất đối với thành phần nay la cố định) và một thành phần sẽ phản xạ trở lại vật liệu và đi ra theo một đường khác (vì chiết suất đối với thành phần này khác so với thành phần kia)
Circulator cũng thực hiện chức năng tương tự như bộ Isolator nhưng nó thường có nhiều công thường là 3 hoặc 4 cửa
Hình 1.17: Dạng điển hình của một circulator 3 công 4.3 Bộ lọc quang
Bộ lọc là thiết bị chỉ cho phép một kênh bước sóng đi qua, khóa đối với tất cả các kênh bước sóng khác Nguyên lý cơ bản nhất của bộ lọc là sự giao thoa giữa các tín hiệu, bước sóng hoạt động của bộ lọc sẽ được cộng pha nhiều lần khi đi qua nó, các kênh bước sóng khác, ngược lại sẽ bị triệt tiêu về pha Tùy thuộc vào khả năng điều chỉnh kênh bước sóng hoạt động, người ta chia bộ lọc làm hai loại: bộ lọc cố định và bộ lọc điều chỉnh được
4.4, BO ghép/tWeh Keith bulle sons
Hình: ảnh hưởng của SRS Năng lượng từ kênh
Nguyờn lýieớcđữngdbỏbửty¿R)ÿÃAtăngiiờrtoaeớtr như bộ Coupler Tuy nhiên, bộ cou a Tae Mite hiện ghép tách tín hiệu có cùng bước sóng, còn bộ MUX/DEMUX thực hiện ghép tách tín hiệu ở các bước sóng khác nhau
GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG WDMXuyên nhiễu a phe PANG i2043 Suy hao sóng cao hơn
3.1 Suy hao xen Suy hao xen là lượng công suất tôn hao trong các thiết bị ghép bước sóng quang WDM Suy hao này bao gồm suy hao do các điểm ghép nỗi các thiết bị WDMI với sợi và suy hao bản than các thiết bị ghép gây ra Vì vâu trong thực tế người thiết kế tuyến phải tính vài đB ở mỗi đầu Suy hao xen được diễn giải tương tự như suy hao đối với các bôIghép chung
3.2.Suy hao xuyên kênh Là hiện tượng tín hiệu của các kênh khác nhau tác động lẫn nhau gây ra suy hao
Nguyên nhân: khi các sóng mang quang của các kênh khác nhau được điều chế thì một số vạch phố của kênh này có thê nằm trong băng thông của kênh khác
4.EDFA (bộ khuếch đại quang) và môfWó vấn đề khi sử dung EDFA trong mang WDM
Trong cac hé phéng WDM co duong truyén dai, đê bù công suất suy hao do đường truyền gây ra, người ta sử đụng các EDFA mắc chuỗi để khuếch đại công suất
Tuy nhiên, khi sử dụng EDFA mắc chuỗi thì hêpthống WDM bị ảnh hưởng bởi nhiễu ASE tích lũy trên hê hồng và hiêp tượng làm nhọn hê gồ khuếch đại trên chuỗi.
Nhiễu ASE tích lãyOo} ay Ox Đủ Se a ce
Sơ đồ hệ khi sử dụng các EDFA mắc chuỗi
Do sự khuếch đại bức xạ tự phát, tại ngõ ra của mỗi bôp khuếch đại có mô thành nhiễu ASE ảnh hưởng đến hê phống Xét tại EDFA thứ ¡ nào đó thì công suất nhiễu tại ngõ ra như sau:
Trong đó: m, ngụ, G¡, Bọ lần lượt là số mode đường truyền của quá trình phân cực, hêp số phát xạ tự phát, hê gỗ khuếch đại của EDFA thứ ¡ và băng thông của bôp lọc quang thứ 1
Trong hé phéng co aE DEA RS chudi thi nhidu ASE xuat hiên tại ngõ ra của môp
~ Hinh:.anh h của s ae Na lu ng kênh, ` -Á
EDFA sẽ bị SHY ¿im REY Coie eet oft yaa a eine BRS tiến can dai tai cac EDFA tiép theo như tín hiện cao hơn
Tuy nhiên cử mỗi lần được khuếch đại, nhiễu nay lại được tích lũy thêm môpthành phần ASE mới do các bôp khuếch đại sinh ra Vậ pông công suất ASE tại đầu vào bôp giải phép WDM là:
Pasey = Pase + Pas ++ Pase = > Pise
Pose 14 thanh phân nhiêu thu được tại đâu vào b6 p giai ghép WDM chi do EDFA thir 1 gay ra
Từ các biếu thức trên suy ra công thức tông quát tính nhiễu tích lũy tai dau cudi hép thống các EDEA mắc chuỗi: k-2 Pisey ~ Ps Wt] 3 Po j 26/4)
Giả sử các phân đoạn có bôp khuếch đại cùng h&p khuếch đại và sử dụng củng môp bô học quang có băng thông B‹:
4.2 HiétVtwong lam hep pho khuéch dai
Hiéptuong lam nhon phé khuéch dai cua cdc bé pkhuéch dai khong str dung ky thud p cân bằng
Ta thấy đỉnh hê gố khuếch đại nằm gần 1558nm Trong hầu hết các hê phông có các bôp khuếch đại mắc chuỗi, sự bảo hòa tăng dan đọc theo chiều đài chuỗi khi công suất nhiễu ASE và công suất tín hiêptăng lên
Chính vì đăptính này của hê ghống các EDFA mắc chuỗi mà có môpvài bước sóng nằm trong đỉnh của phố khuếch đại( GPW- Gain Peak Wavelength) được khuếch đại mạnh còn các bước sóng năm ngoài vùng nảy sẽ suy giảm
Từ hiêpứng này, kế E81 có mắc chuỗi cần phải xác định được bước sóng tai dinh GPW nh lộ ot! an TP ASI RE BRS He aD toán số kênh và khoảng cỏch kờnh truĐŠfga6ọjg8.cũn phải làm giảm tỏc đụng của hờ p thong bang cach lam bằng phẳng phố khuếch đại( Gain Flattening)
Hiêp nay có ba kỹ thuâtlàm bằng phẳng phố khuếch đại:
- Glass Composition: đi vào đăptính bên trong của từng tầng khuếch đại đề định dạng cho phố khuếch đại
- Equalizers: sử dụng các thiết bị thụ đông hay tích cực từ bên ngoài để làm phẳng hê gỗ khuếch đại, các thiết bị này được đătyải rác dọc trên hê thông giữa các bô khuếch đạt
Bộ khuếch đại lai là kỹ thuật tạo ra các bộ khuếch đại có đặc tính khuếch đại phẳng bằng cách kết nối các bộ khuếch đại đơn dưới dạng nối tiếp và nhánh, kết hợp với việc lắp đặt các bộ cân bằng thụ động.
5 TWn sắc trong h&óủồng WDM Sau khi sử dụng EDFA trên tuyến thì vấn đề suy hao được giải quyết, cự ly truyền dẫn cũng tăng lên rõ rêp nhưng tong tan sac cũng tăng lên trong sợi quang đối với các hê phông truyền dẫn cự ly dài
Ban chat tan sac là sự giãn rôpg xung tín hiêpkhi truyền dẫn trên sợi quang Gây méo dạng tín hiệu làm bên thu khó khôi phục tín hiệu ( có thé dẫn đến sai lệch thông tin )
R ey F2 là su [km} on Đô bán sắc của sợi quang kí hiệp là D, và được xác định là:
D, =Œ¿ -1/) To, T1 : dO pony xung vao, ra [s]
Tan sac g6m: tan sac mode, tan sac vật liệu, tán sắc ông dẫn sóng vả tán sắc mode phân cực
5.1 TWn sac mode 124801 QUAN i204 Tan sac mod! lu fis? 438 SHAS Nag? ROR lồi của sợi, tán sắc mode tồn tại ở các s@6đg @a8lROWi các mode trong soi nay lan truyền theo các đường đi khác nhau có cự ly đường truyền khác nhau và do đó thời gian lan truyền giữa các mode là khác nhau gây ra giãn rộng xung khi tín hiệu đến bên thu
Nguyên nhân: Khi phóng ánh sáng vào sợi đa mode, năng lượng ánh sáng phân thành nhiều mode Mỗi mode lan truyền với vận tốc nhóm khác nhau nên thời gian lan truyền của chúng trong sợi khác nhau Chính sự khác nhau về thời gian lan truyền của các mode gây ra tán sắc mode.
TWn sắc vôllê kTán sắc vật liệu : Chỉ số chiết suất trong sợi quang thay đôi theo bước sóng đã gây ra tán sắc vật liệu
Nguyên nhân: Do sự chênh lệch của các vận tốc nhóm của các thành phần phổ khác nhau trong sợi Hiện tượng này xảy ra khi vận tốc pha của một sóng phăng lan truyền trong môi trường điện môi biến đôi không tuyến tính với bước sóng
5.3 TWn sac ống dẫn sóng Do sợi quang đơn mode chỉ giữ được khoảng 80% năng lượng ở trong lõi , còn 20% năng lượng ánh sáng truyền trong vỏ sợi nhanh hơn năng lượng truyền trong lõi Tán sắc dẫn sóng phụ thuộc vào hằng số lan truyền j( B là hàm của a/o , với a là bán kính lõi và œ là bước sóng công tác ) Tán sắc ống đẫn sóng thường được bỏ qua trong sợi đa mode nhưng lại cần được quan tâm trong sợi đơn mode
5.4.TWn sắc mode phân cực Là một thuộc tính của sợi quang đơn mode và các thành phần hợp thành, trong đó năng lượng tín hiệu của bất kỳ bước sóng nào cũng được phân tích thành hai mode phân cực trực giao và vận tốc truyền khác nhau
Nguyên nhân: do cấu trúc không hoàn hảo của sợi quang cũng như các thành phần các thành phân quang hợp thành
5.5 CWc phuong phWp han ché anh hưởng của tWn sắc - _ Làm hẹp đô pông phố nguồn phát
- _ Sử dụng các biêppháp bù tán sắc như:
+ Sử dụng sợi G.653( sợi có mức tán sac nhé tai 1550nm) + Bủ tán sắc bằng phương pháp điều chế tự dịch pha SPM
+ Ba tan BOC oP tse
T tua ARATE uye ữ ai tị Nước
CWe hid WaenshéaayanHiệu ứng quang gọi là phi tuyến nếu các tham số của nó phụ thuộc vào cường độ của ánh sáng
Các hiệu ứng phi tuyến có thê chia làm các loại sau: ® Do hiéu tng cua tan xa:
- Tan xa bi kich thich brillouin (SBS) - Tan xa bi kich thich Raman (SRS) ® Do ảnh hưởng của khúc xa:
- Tw diéu ché pha (SPM)
- Piéu ché pha chéo (XPM)
- Trén tan bén song (FWM)
6.1 TWn xa kich thich Raman SRS( Simulated Raman Scattering) Hiệu ứng Raman là hiện tượng tán xạ mà khi các photon ánh sáng tới truyền một phần năng lượng của nó cho các phần tử môi trường và phần năng lượng còn lại phát xạ thành ánh sáng có bước sóng lớn hơn ánh sáng tới
Khi ánh sáng tín hiệu truyền trong sợi quang có cường độ lớn, quá trình này trở thành quá trình kích thích mà trong đó ánh sáng tín hiệu đóng vai trò bơm, chuyên năng lượng cho sóng Stoke
Hình: ảnh hưởng của SRS Năng lượng từ kênh bước sóng thâp được chuyên sang kênh bước sóng cao hơn
Do đó, các photo của bước sóng thấp hơn có năng lượng cao hơn Sự chuyển năng lượng từ tín hiệu bước sóng thấp sang tín hiệu bước sóng cao tương ứng với sự sinh ra các photon năng lượng thấp từ các photon năng lượng cao hơn
Công thức tính công sả We SoHE Stoke: bước sống thắp eae HAE if use
Trong đó, sức mạnh tín hiệu vào tỷ lệ nghịch với diện tích hiệu dụng của vùng lõi (Serr) và tỷ lệ thuận với bước sóng Stokes của tín hiệu (g) Đặc trưng K* mô tả mối quan hệ phân cực giữa tín hiệu vào, bước sóng Stokes và phân cực của sợi quang, thường có giá trị K* = 2.
L : chiều dài sợi 6.2 TWn xa kich thich brilloum SBS (Stimulated Brillouin Scattering)
Là hiện tượng suy giảm tín hiệu được truyền, tạo ra một tín hiệu có cường độ mạnh về phía phát
Nguyên nhân: Do sóng bơm và sóng stoke tạo ra độ lợi theo hướng ngược lại với hướng lan truyền của tín hiệu về phía nguồn
Công thức tính ngưỡng cho SBS: P„sss=4.4x104”Aˆ^œAf (watts) Trong đó d :đường kính lõi sợi quang( ¡ưn)
:hệ số suy hao (đB/km) :bước sóng hoạt động(ưn) Af :độ rộng phô của nguồn quang (GHz) 6.3 Hiệu ứng tự điều chế pha SPM( Self Phase Modulation)
SPM là hiệu ứng xảy ra khi cường độ quang ra vào thay đổi, hiệu suất khúc xạ sợi quang cũng biến đôi theo Nói cách khác là chiết suất của môi trường truyền dẫn thay đổi theo cường độ ánh sáng truyền trong đó
Công thức tính độ dịch pha phi tuyến là: ®=(3œ/§cn)yx:”E?L.z Sự thay đổi tần số này được gọi là chirping, là một dạng điều chế xảy ra do sự dịch pha gây ra bởi chính xung ánh sáng.
6.4 Hiệu ứng điều chế pha chéo XPM ( Cross Phase Modulation) SPM là giới hạn phi tuyến chủ yếu trong hệ thống đơn kênh Trong hệ thống đa kênh độ dịch pha của một kênh sẽ phụ thuộc vào cường độ của chính kênh đó mà còn phụ thuộc vào cường độ của những kênh còn lại Hiện tượng nảy gọi là điều chế xuyên pha CPM Đi=yxLea(Pi+2P;+2P›)
Trong đó Đụ : : kêu in pink a ƯỞC Song các, SH ASHE HR S Nang lượng từ kênh tiên sang kênh bước byoe try Pa dung của một xung yxx : hệ số truyền pha phí tuyến
6.5 Hiệu ứng trộn bốn bưUc sóng FWM( Four Wave Mixing)
Hiện tượng chiết suất phi tuyến còn gây ra một hiệu ứng khác trong sợi đơn mode, đó là hiệu ứng FWM Trong hiệu ứng này, nhiều tín hiệu quang có cường độ tương đối mạnh sẽ tương tác với này có thê xảy ra giữa các thành phần tần số mới Sự tương tác này có thể xảy ra giữa các bước sóng của tín hiệu trong hệ thống WDM, hoặc giữa bước sóng tín hiệu với bức xạ phát được khuếch đại ASE của các bộ khuếch đại quang, cting như g1ữa mode chính và mode bên của I kênh tín hiệu
Giả sử cú 3 bước súng my, 0Ă, ứ, tương tỏc với nhau thỡ sẽ tạo ra 1 tần số mới là tạ
Pix la công suất của bước Dik
Trong đó h_: là hiệu suất của qua trinh FWM c : van téc ctia anh sang Serr: dién tich hiéu dung vung 161 P;, P;, Py: la cong suất tương ứng x`_: là độ cảm phi tuyến bậc 3
Hình: ảnh hưởng của SRS Năng lượng từ kênh bước sóng thâp được chuyên sang kênh bước sóng cao hơn.
CHƯƠNG 3: ƯU DIEM, HAN CHE VA UNG DUNG CUA GHEP KENH THEO1.Ưu điểm của ghép kênh theo bưUc sóng WDM
1.1 TâwW dụng tài nguyên dải tần rất rôđe của sợi quang Công nghệ WDM tận dụng tài nguyên băng tần rộng lớn của sợi quang (đoạn sóng tốn hao thấp), làm cho đung lượng truyền dẫn của một sợi quang so với truyền dẫn bước sóng đơn tăng từ vài lần đến vài chục lần Từ đó tăng dung lượng truyền dẫn của một sợi quang, hạ giá thành, có giá trị ứng đụng và giá trị kinh tế rất lớn Hiện nay, hệ thống thông tin sợi quang chỉ truyền dẫn trong một kênh tín hiệu bước sóng, mà bản thân sợi quang trong khu vực bước sóng có tốn hao thấp rất rộng, có rất nhiều bước sóng có thế sử dụng nhưng hiện nay người ta chỉ sử dụng một bộ phận rất nhỏ trong tần phô hao thấp của sợi quang Mặc dù cũng sử dụng toàn bộ dải tần khuếch đại của bộ khuếch đại sợi quang trộn Erbium (EDFA) (1530 ~ 1565), nhưng cũng chỉ chiếm 1⁄4 dai tần của nó Cho nên công nghệ WDM tận dụng băng tần rất lớn của sợi quang đơn mode, do đó ở mức độ cao đã giải quyết vấn đề truyền dẫn
1.2 Truyền dẫn nhiều tín hiệu Vì trong công nghệ WDM sử dụng các bước sóng độc lập với nhau, do đó có thế truyền dẫn các tín hiệu có đặc tính hoản toàn khác nhau, thực hiện việc tông hợp và chia các tín hiệu dịch vụ viễn thông, bao gồm tín hiệu số và tín hiệu tương tự, tín hiệu PDH va tin hiéu SDH, truyén dan hén hợp tín hiệu da phương tiện (như âm tần, thị tần, số liệu, văn bản, đồ họa, )
1.3 Thực hiện truyền dẫn hai chiều trên một sợi Do các phương tiện thông tin đều dùng phương thức hoàn toàn song công, vì vậy dùng công nghệ WDM có thê tiết kiệm được lượng đầu tư lớn cho đường dây Căn cứ vào nhu cầu, công nghé WDM co thé co rat nhiều ứng dụng như: mạng đường trục,
|] alll mang phan phéi kidu'tiang ba Indie cục bộ (LAN) nhiều đường địa chỉ do đó rất zHÌnh:,ảnh,hưởng của SRS Năng lượng từ kênh quan trong dope oe ate chuyển sang kênh bước 1.4 Tiết kiệneđâo $@&qœh@Wlường dây
Dùng công nghệ WDMI có thế ghép kênh N bước sóng truyền dẫn trong sợi quang đơn mode, khi truyền dẫn đường dài dung lượng lớn có thê tiết kiệm số lượng lớn sợi quang Ngoài ra, để thuận tiện cho việc mở rộng dung lượng hệ thống thông tin sợi quang đã xây dựng, chỉ cần hệ thống cũ có độ dư công suất tương đối lớn thì có thế tăng thêm dung lượng mà không cần phải thay đôi nhiều với hệ thống cũ Bên cạnh đó nó cũng mở ra một thị trường mới đó là thuê kênh quang, ngoài việc thuê sợi hoặc thuê cáp Việc nâng cấp chỉ đơn giản là căm thêm Card mới trong khi hệ thống vẫn đang hoạt động
1.5 Giảm yêu cầu siêu cao tốc đối vUi linh kiện Tốc độ truyền dẫn tăng lên không ngừng, khi đó tốc độ tương ứng của nhiều linh kiện quang điện tất nhiên không đủ Việc sử dụng công nghệ WDM có thể giảm yêu cầu rất cao đối với tính năng của một số linh kiện, đồng thời lại có thể truyền dẫn lớn
1.6 Tính linh hoạt, tính kinh tế và độ tin cậy cao của cấu hình mạng Ghép kênh bước sóng cũng là biện pháp mở rộng và phát triển mạng lý tưởng, là cách thuận tiện để đưa vào dịch vụ băng thông mới (ví dụ IP) Thông qua việc tăng thêm một bước sóng phụ để đưa vào mọi dịch vụ mới hoặc dung lượng mới mong muốn, (ví dụ hiện nay thực hiện công nghệ IP trên WDMI) Sử dụng công nghệ WDM trong việc chọn đường, chuyển mạch và khôi phục mạng, từ đó có một mạng trong suốt, linh hoạt, kinh tế và có sức sống trong tương lai
2.Hạn chế của ghép kênh theo bưUc sóng WDM 2.1 Dung lượng hệ thống vẫn còn quW nhỏ bé so vUi băng tần Sợi quang
Công nghệ WDM ngày nay rất hiệu quả trong việc nâng cao dung lượng nhưng nó cũng chưa khai thác triệt để băng tần rộng lớn của sợi quang Cho đủ công nghệ còn phát triển nhưng dung lượng WDMI cũng sẽ đạt đến giới han
2.2 Chỉ phí tăng do có nhiều hệ thống cùng hoạt động hơn (tuy nhiên chỉ phí cho việc bảo dưỡng hệ thống WDMI vẫn nhỏ hơn rất nhiều nếu so sánh với hệ thông TDM có cùng dung lượng tương đương)
3.Ứng dụng của nhận Tài i theo bitUc sóng WDM Công nghệ Đà Ta dott IETS tệ Lê Fie Nace Ht il te ke Ee lĩnh vực truyền thông quang Hiện n8ón®@6aœBBfnày đã được ứng dụng ở nhiều quốc gia trên thế giới, nâng cao đáng kế dung lượng của hệ thống, đáp ứng được nhu cầu trao đổi thông tin của con người Kỹ thuật WDM được ứng dụng nhiều trong thực tế như hệ thống điểm - điểm dung lượng lớn, mạng phân bố và quảng bá, mạng WDMI đa truy nhập
3.1 Hệ thống điểm - điểm dung lượng IUn Trong tuyến thông tin quang điểm - điểm đường dài, tốc độ của một kênh thường nhỏ hơn 10 Gb/s do ảnh hưởng của tán sắc trong sợi quang Công nghệ WDMI có tác dụng làm tăng dung lượng tuyến truyền dẫn À À
Hình 3.1: Tuyến thông tin quang WDM điểm - điểm
3.2 Mạng phân bố và quảng bW
Trong mạng quảng bá hoặc phân bố tín hiệu sẽ có một tín hiệu đa kênh WDM được truyền tới các thuê bao Tại mỗi thuê bao đầu thu có nhiệm vụ lựa chọn kênh thích hợp thông qua việc tách kênh
3.3 Mạng đa truy nhập Trên thực tế, có nhiều kiểu đa truy nhập khác nhau như đa truy nhập phân chia theo thời gian, đa truy nhập phân chia theo tần số, đa truy nhập phân chia theo mã, đã truy nhập phân chia theo không gian, đa truy nhập phân chia theo bước sóng WDMA (WDM Access) Mạng WIDMA còn gọi là mạng quang đa truy nhập theo bước sóng