Chuyển mạch gói trong mạng quang WDM

Cùng với sự phát triển của xã hội thì nhu cầu của con người đối với việc trao đổi thông tin ngày càng cao.

Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói đầu Lời nói đầu Cùng với sự phát triển của xã hội thì nhu cầu của con người đối với việc trao đổi thông tin ngày càng cao. Để đáp ứng được nhu cầu đó, đòi hỏi đó mạng lưới viễn thông phải có tốc độ cao, dung lượng lớn. Kỹ thuật ghép kênh phân chia bước sóng WDM ra đời đã đáp ứng được một phần những đòi hỏi cấp thiết đó. Kỹ thuật ghép kênh bước sóng WDM có thể nâng dung lượng truyền dẫn của sợi quang lên rất cao. Đồng thời sự tăng trưởng với tốc độ nhanh chóng dung lượng của hệ thống truyền dẫn là sức ép và động lực mạnh cho sự phát triển hệ thống chuyển mạch. Quy mô của hệ thống chuyển mạch trong thông tin càng ngày càng lớn, tốc độ vận hành càng ngày càng cao. Nhưng mạng chuyển mạch điện tử và xử lý thông tin đã phát triển đến gần tốc độ giới hạn. Trong đó tham số cố hữu như RC, méo, trôi trượt, xuyên âm, tốc độ phản ứng chậm… là những khuyết điểm hạn chế đến việc nâng cao tốc độ chuyển mạch. Để giải quyết vấn đề này chuyển mạch quang với kỹ thuật quang điện tử đã ra đời. Ưu điểm của chuyển mạch quang là ở chỗ, khi tín hiệu quang đi qua bộ chuyển mạch, không cần chuyển đổi quang điện/điện quang, do đó nó không bị các thiết bị quang điện như máy đo kiểm, bộ điều chế… hạn chế tốc độ đáp ứng, đối với tốc độ bít và phương thức điều chế là trong suốt, có thể nâng rất cao thông lượng qua bộ chuyển mạch. Do tác dụng của linh kiện logic quang còn rất đơn giản, không thể hoàn thành chức năng xử lý logic phức tạp của bộ phận điều khiển, nên bộ chuyển mạch quang hiện nay vẫn còn phải điều khiển bằng tín hiệu điện, tức là chuyển mạch quang điều khiển điện. Mặt khác, mạng quang trong tương lai cần phải hỗ trợ dịch vụ truyền số liệu. Do đó, ý tưởng về chuyển mạch gói quang ra đời. Đây là một ý tưởng mới được đưa ra nhưng được tập chung nghiên cứu rất cẩn thận với rất nhiều ưu điểm như mạng thông tin toàn quang, có tốc độ cao, dung lượng lớn, trong suốt…. Với mục đích tìm hiểu một công nghệ mới, củng cố và phát triển các kiến thức đã lĩnh hội được trong quá trình nghiên cứu và học tập tại Học viện công nghệ Bưu chính Viễn thông em đã chọn đề tài tốt nghiệp của mình là: “Chuyển mạch gói trong mạng quang WDM”. Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu cuốn đồ án tốt nghiệp với đề tài đã chọn đã được hoàn thành với nội dung gồm 3 chương như sau: Ngô Đức Tiến, D2000VT 1 Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói đầu Chương 1: Giới thiệu chung về WDM. Chương 2: Các phần tử trong hệ thống WDM. Chương 3: Chuyển mạch gói trong mạng quang WDM. Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo TS. Bùi Trung Hiếu, người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em rất nhiều trong thời gian em thực hiện đề tài này. Em xin cảm ơn các thầy, cô giáo trong khoa Viễn Thông 1, các thầy cô đang công tác tại trung tâm đào tạo Bưu chính Viễn thông I đã giúp em thực hiện ước mơ bước vào những chân trời tri thức mới. Cảm ơn bạn bè và người thân đã luôn ủng hộ tôi trong quá trình học tập tại mái trường Học viện công nghệ Bưu chính Viễn thông. Mặc dù đã cố gằng rất nhiều trong thời gian hoàn thành cuốn đồ án này, nhưng do thời gian và trình độ có hạn nên cuốn đồ án này chắc chắn sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của thầy cô và bạn bè đồng nghiệp để cuốn đồ án này được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày 25 tháng 10 năm 2005 Sinh viên Ngô Đức Tiến Ngô Đức Tiến, D2000VT 2 Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về WDM CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ WDM 1.1 Nguyên lý cơ bản của WDM 1.1.1 Khái niệm về WDM a. Quá trình phát triển của WDM Khái niệm ghép kênh quang không phải là mới. Khái niệm này bắt đầu có từ những năm 1950. Có thể nói rằng ý tưởng về truyền nhiều tín hiệu quang là rất đơn giản và tự nhiên như là công nghệ truyền tín hiệu sử dụng trong viễn thông cổ điển với tín hiệu điện. Nhưng giải pháp cho các vấn đề công nghệ là rất khó khăn và nó cần thời gian dài phát triển để giải quyết các vần đề này. Khoảng 20 năm sau các linh kiện thực tế đầu tiên sử dụng cho ghép kênh đã được sản xuất và sử dụng ở Mỹ, Nhật, Châu Âu. Năm 1977 thiết bị thụ động WDM đầu tiên được phát triển bởi Tomlinson và Aumiller. b. WDM và TDM Một câu hỏi được đặt ra là ghép tín hiệu trong miền điện (TDM: Time Division Multiplexing) hay trong miền quang (FDM: Frequency Division Multiplexing) dễ hơn? Câu trả lời cho câu hỏi này không hề dễ dàng và giải pháp tối ưu chỉ có thể tìm thấy với tập hợp các công nghệ phức tạp. Với các dịch vụ tốc độ bit thấp (<2Mb/s) nói chung sẽ tốt hơn nếu ta sử dụng công nghệ TDM. Với tín hiệu chưa nén như truyền hình quảng bá chất lượng cao (HDTV: High Definition TeleVision) thì WDM lại có vẻ tốt hơn. Với công nghệ nén video băng tần yêu cầu đã được giảm xuống mức thấp nhất. Tuy nhiên vào thời điểm hiện nay, CATV và HDTV vẫn yêu cầu các băng tần tương ứng là 4 Mb/s và 25 Mb/s. Các ứng dụng như mạng video liên kết các trạm làm việc truyền tín hiệu từ trung tâm vô tuyến định tuyến các mạng video hội nghị, các hệ thống đào tạo video tương tác, các mạng dịch vụ thông tin đa chiều và mạng truyền số liệu giữa các máy tính, mạng số đa dịch vụ tích hợp (ISDN), các mạng băng rộng sẽ tiến đến sử dụng cả ghép kênh phân chia theo thời gian và ghép kênh phân chia theo bước sóng. Dự báo nhu cầu của thuê bao vào năm 2010 sẽ vào khoảng 100 Mb/s. Điều này sẽ không thể trở thành hiện thực nếu không phát triển mạng quang WDM. Một mạng thực tế thường được tạo nên bởi một tập các kiến trúc để tạo nên môi trường vật lý của mạng giữa các trạm. Cấu hình được gọi là ảo khi nó chỉ bao gồm Ngô Đức Tiến, D2000VT 3 Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về WDM các liên kết logic giữa các trạm. Một ví dụ về ứng dụng ghép kênh quang là tạo cấu hình mạng ảo theo yêu cầu. Cấu hình mạng có thể được thay đổi phụ thuộc vào cấu hình vật lý khi thay đổi tần số quang của đầu phát hay đầu thu. Trong các cấu trúc này các bộ đấu nối chéo WDM, các bộ định tuyến WDM và các bộ tách xen WDM trở nên rất quan trọng. 1.1.2 Mô hình hệ thống WDM Nhiệm vụ của các hệ thống truyền dẫn nói chung là truyền tín hiệu qua một khoảng cách nhất định trên môi trường truyền dẫn đã được lựa chọn trước. Đối với các hệ thống truyền dẫn lựa chọn sợi quang làm môi trường truyền dẫn sẽ là rất tốn kém nếu không sử dụng hiệu quả băng thông của sợi quang. Để tận dụng tốt băng thông của sợi quang kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) đã ra đời và phát triển không ngừng trong nửa thế kỷ qua. Các hệ thống WDM cũng lần lượt được giới thiệu và phát triển trong các mạng viễn thông thương mại. Mô hình của hệ thống WDM và nguyên lý hoạt động của nó được chỉ ra trong hình vẽ sau đây. Hình 1.1. Hệ thống ghép kênh phân chia theo bước sóng quang Giả sử có các nguồn quang làm việc ở các bước sóng khác nhau λ 1 , λ 2 , ., λ n . Các tín hiệu quang ở các bước sóng khác nhau này sẽ được ghép vào cùng một sợi dẫn quang. Các tín hiệu có bước sóng khác nhau được ghép lại ở phía phát nhờ bộ ghép kênh (MUX), bộ ghép bước sóng phải đảm bảo có suy hao nhỏ và tín hiệu sau khi ghép sẽ được truyền dọc theo sợi quang tới phía thu. Các bộ tách sóng quang khác nhau ở phía đầu thu sẽ nhận lại các luồng tín hiệu với các bước sóng riêng rẽ này sau khi chúng qua bộ giải ghép bước sóng (DE-MUX). Ở phía phát, các thiết bị ghép kênh phải có suy hao nhỏ từ mỗi nguồn quang tới đầu ra của bộ ghép kênh. Ở phía thu các bộ tách sóng quang phải nhạy với độ rộng của các bước sóng quang. Khi thực hiện tách kênh cần phải thực hiện cách ly kênh Ngô Đức Tiến, D2000VT 4 Rx N Tx N Tx N DE- MUX/ MUX MUX/ DE- MUX Sợi dẫn quang λ 1 ,λ 2 , . λ N λ , 1 ,λ , 2 , . λ , N Rx N Kênh 1 Kênh 1 Kênh N Kênh N λ 1 λ , N λ , 1 λ N Tx N Kênh 1 Kênh 1 KênhN KênhN λ 1 λ , N λ , 1 Tx N Rx N Rx N λ N Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về WDM quang thật tốt với các bước sóng bằng cách thiết kế các bộ giải ghép kênh thật chính xác, các bộ lọc quang nếu được sử dụng phải có bước sóng cắt chính xác, dải làm việc thật ổn định. Có 2 phương án thiết lập hệ thống truyền dẫn sử dụng kỹ thuật ghép bước sóng quang là thiết lập hệ thống ghép kênh theo bước sóng quang một hướng và thiết lập hệ thống ghép kênh bước sóng quang theo hai hướng. Hình vẽ 1.1 chỉ ra một hệ thống ghép kênh theo bước sóng quang theo hai hướng, trong đó tại các đầu cuối có các thiết bị tách ghép kênh hỗn hợp. Trong hệ thống này λ 1 , λ 2 , ., λ N và λ’ 1 , λ’ 2 , ., λ’ n nằm trên một cửa sổ truyền dẫn nhưng thuộc hai giải tần số khác nhau. Còn trong trường hợp thiết lập hệ thống ghép kênh theo bước sóng quang một hướng thì tại các đầu cuối chỉ thực hiện một nhiệm vụ là ghép hoặc tách kênh. Trong hệ thống thông tin quang WDM có kỹ thuật ghép kênh bước sóng lỏng và kỹ thuật ghép kênh bước sóng chặt hay mật độ cao. CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) là kỹ thuật ghép kênh quang phân chia theo bước sóng lỏng trong đó khoảng cách giữa các bước sóng quang kề nhau lớn hơn 20 nm và tương ứng với nó là độ rộng phổ của một kênh là 2500 GHz. Bước sóng của laser thay đổi theo nhiệt độ nhưng đối với kỹ thuật này không cần bộ làm mát vì khoảng cách giữa các bước sóng kề nhau lớn. Kỹ thuật CWDM mang lại hiệu quả kinh tế cao đối với hệ thống yêu cầu ghép ít bước sóng. Khi dung lượng của hệ thống tăng lên thì số kênh ghép trong sợi quang tăng lên. Điều này đã làm cho kỹ thuật ghép kênh CWDM khó có thể đáp ứng được nhu cầu và kỹ thuật ghép kênh DWDM ra đời. DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) là kỹ thuật ghép kênh quang phân chia theo bước sóng chặt trong đó khoảng cách giữa các bước sóng kề nhau được truyền trên sợi quang là 0,8 nm. Với khoảng cách này tại vùng tần số 1550 nm độ rộng phổ của mỗi kênh tương ứng vào khoảng 100 GHz. Khi độ rộng phổ của bước sóng giảm xuống thì rất nhiều các yêu cầu đưa ra cần được giải quyết như: Nhiệt độ của laser phát phải ổn định, các thiết bị tách ghép phải hoạt động chính xác hơn… Những yêu cầu này đã làm cho giá thành của các phần tử trong mạng tăng lên và giá thành của hệ thống DWDM tăng lên rất nhiều so với hệ thống thông tin quang CWDM. Bảng 1.1 So sánh CWDM và DWDM Danh mục CWDM DWDM Khoảng cách bước sóng ~20 nm ~0,8 nm Ngô Đức Tiến, D2000VT 5 Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về WDM Khoảng cách kênh 2500 GHz 100GHz Điều khiển môi trường Không Có Nguồn laser DFB (không làm mát) DFB (làm mát) Tốc độ dữ liệu/kênh 2,5 Gbit/s 10 Gbit/s Tốc độ bit tập trung 40 Gbit/s 320 Gbit/s Giá thành/kênh Thấp Cao 1.2Ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến trong hệ thống WDM Trong hệ thống thông tin quang, các hiệu ứng phi tuyến sẽ xảy ra khi công suất của tín hiệu trong sợi quang vượt quá một mức nào đó. Đối với các hệ thống WDM thì mức công suất này cao hơn nhiều so với các hệ thống đơn kênh. Việc nảy sinh các hiệu ứng phi tuyến sẽ gây ra một số hiện tượng như: Xuyên âm giữa các kênh, suy giảm mức công suất tín hiệu của từng kênh dẫn đến suy giảm tỷ số S/N . Các hiệu ứng phi tuyến ảnh hưởng đến chất lượng của hệ thống WDM chủ yếu gồm: Hiệu ứng SPM, XPM, FWM, SBS và SBR. Các hiệu ứng này có thể chia thành hai loại: Hiệu ứng tán xạ: Bao gồm các hiệu ứng SBS và SBR. Các hiệu ứng liên quan đến hiệu ứng Kerr: Bao gồm hiệu ứng SPM, XPM và FWM. 1.2.1 Hiệu ứng tán xạ a. Hiệu ứng SBR Hiệu ứng Raman là kết quả của quá trình tán xạ không đàn hồi mà trong đó photon ánh sáng tới chuyển một phần năng lượng của mình cho dao động cơ học của các phân tử cấu thành môi trường truyền dẫn và phần năng lượng còn lại được phát xạ thành ánh sáng có bước sóng lớn hơn bước sóng của ánh sáng tới (ánh sáng với bước sóng mới này được gọi là ánh sáng Stoke). Khi ánh sáng tín hiệu truyền trong sợi quang có cường độ lớn, quá trình này trở thành quá trình kích thích (được gọi là SRS) mà trong đó ánh sáng tín hiệu đóng vai trò sóng bơm (gọi là bơm Raman) làm cho phần lớn năng lượng của tín hiệu được chuyển tới bước sóng Stoke. Nếu gọi P s (L) là công suất của bước sóng Stoke trong sợi quang thì: P s (L)= P 0 exp (g r P 0 L/K.S eff ) (1.5) Trong đó: P 0 là công suất đưa vào sợi tại bước sóng tín hiệu. Ngô Đức Tiến, D2000VT 6 Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về WDM g r là hệ số khuếch đại Raman. K là hệ số đặc trưng cho mối quan hệ về phân cực giữa tín hiệu, bước sóng Stoke và phân cực của sợi. Đối với sợi thông thường thì K≈2. Công thức trên có thể dùng để tính toán mức công suất P 0 mà tại đó hiệu ứng SBR ảnh hưởng lớn đến hệ thống, được gọi là ngưỡng Raman (P 0 th ) (P 0 th là công suất của tín hiệu đầu vào mà ứng với nó, công suất của bước sóng Stoke và của bước sóng tín hiệu tại đầu ra là bằng nhau). P 0 th ≈ 32 S eff .(L.g r ) (1.6) Từ công thức 1.6 người ta tính toán được rằng, đối với hệ thống đơn kênh để hiệu ứng SRR có thể ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống thì mức công suất P 0 phải lớn hơn 1W (nếu như hệ thống không sử dụng khuếch đại quang trên đường truyền). Tuy nhiên trong hệ thống WDM thì mức công suất này sẽ thấp hơn nhiều vì có hiện tượng khuếch đại đối với các bước sóng lớn, trong khi đó công suất của các kênh có bước sóng ngắn hơn lại bị giảm đi (do đã chuyển một phần năng lượng cho các bước sóng lớn) làm suy giảm hệ số S/N, ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống. Để đảm bảo suy giảm S/N không nhỏ hơn 0,5 dB thì mức công suất của từng kênh phải thoả mãn (theo lý thuyết của Chraplyvy). Với N là số kênh bước sóng. ∆f là khoảng cách giữa các kênh bước sóng. Như vậy, trong hệ thống WDM hiệu ứng này cũng hạn chế số kênh bước sóng, khoảng cách giữa các kênh, công suất của từng kênh và tổng chiều dài của hệ thống. Hơn nữa, nếu như bước sóng mới tạo ra lại trùng với kênh tín hiệu thì hiệu ứng này cũng gây xuyên âm giữa các kênh. b. Hiệu ứng SBS Hiệu ứng SBS là hiệu ứng tương tự như hiệu ứng SRR, tức là có sự tạo thành của bước sóng Stoke có bước sóng dài hơn bước sóng tới. Điểm khác nhau chính của hai hiệu ứng này là: Hiệu ứng SBR liên quan đến các photon âm học còn hiệu ứng SBS liên quan đến các photon quang. Chính do sự khác biệt này mà hai hiệu Ngô Đức Tiến, D2000VT 7 fLNN P eff ∆− × < .)1( 1028,10 21 12 (1.7) Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về WDM ứng có những ảnh hưởng khác nhau đến hệ thống WDM. Trong hiệu ứng này, một phần ánh sáng bị tán xạ do các photon âm học và làm cho phần ánh sáng bị tán xạ này dịch tới bước sóng dài hơn (tương đương với độ dịch tần là khoảng 11 GHz tại bước sóng 1550 nm). Tuy nhiên chỉ có phần ánh sáng bị tán xạ theo chiều ngược trở lại (tức là ngược chiều với chiều truyền tín hiệu) mới có thể truyền đi ở trong sợi quang, vì vậy trong hệ thống WDM khi tất cả các kênh đều cùng truyền theo một hướng thì hiệu ứng SBS không gây xuyên âm giữa các kênh. Trong tất cả các hiệu ứng phi tuyến thì ngưỡng công suất để xảy ra hiệu ứng SBS là thấp nhất, chỉ khoảng vài mW. Tuy nhiên hiệu ứng SBS với ∆V B /∆V laser (∆V b là băng tần khuếch đại Brillouin, ∆V laser là độ rộng phổ của laser) và băng tần khuếch đại Brillouin là rất hẹp (chỉ khoảng 10-100 MHz) nên hiệu ứng này cũng khó xảy ra. Chỉ các hệ thống với nguồn phát có độ rộng phổ rất hẹp thì mới có thể ảnh hưởng bởi hiệu ứng SBS. Người ta tính toán được mức công suất ngưỡng đối với hiệu ứng SBS như sau: Beff pueff VgL VVKA P ∆× ∆+∆ < )( 21 (1.8) Trong đó: g là hệ số khuếch đại Brillouin. A eff là vùng lõi hiệu dụng. K đặc trưng cho mối quan hệ về phân cực giữa tín hiệu, bước sóng Stoke và phân cực của sợi. Đối với sợi thông thường thì K≈2. ∆V B là băng tần khuếch đại Brillouin. ∆V P là độ rộng phổ của tín hiệu. Như vậy hiệu ứng SBS sẽ ảnh hưởng đến mức công suất của từng kênh và khoảng cách giữa các kênh trong hệ thống WDM. Hiệu ứng này không phụ thuộc vào số kênh của hệ thống. 1.2.2 Hiệu ứng Kerr quang Kerr là hiệu ứng trong đó chiết suất của môi trường truyền dẫn thay đổi theo cường độ ánh sáng truyền. Ngô Đức Tiến, D2000VT 8 Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về WDM a. Hiệu ứng SPM Hiệu ứng SPM thuộc loại hiệu ứng Kerr, tức là hiệu ứng trong đó chiết suất của môi trường truyền dẫn thay đổi theo cường độ ánh sáng truyền. Hiện tượng này tạo nên sự dịch pha phi tuyến φ NL của trường quang khi lan truyền trong sợi quang. Giả sử bỏ qua suy hao quang thì sau khoảng cách L, pha của trường quang sẽ là: Đối với trường quang có cường độ không đổi hiệu ứng SPM chỉ làm quay pha của trường quang, do đó ít ảnh hưởng đến chất lượng của hệ thống. Tuy nhiên đối với các trường quang có cường độ thay đổi thì pha phi tuyến φ NL sẽ thay đổi theo thời gian. Sự thay đổi theo thời gian này cũng có nghĩa là trong xung tín hiệu sẽ tồn tại nhiều tần số quang khác với tần số trung tâm v 0 một giá trị là δv NL : δv NL =(1/2π)(δφ NL /δt) (1.10) Hiện tượng này còn gọi là hiện tượng dịch tần phi tuyến làm cho sườn sau của xung dịch đến tần số v<v 0 và sườn trước của xung dịch đến tần số v>v 0 . Điều này cũng có nghĩa là phổ của tín hiệu đã bị dãn trong quá trình truyền. Trong hệ thống WDM, đặc biệt khi khoảng cách giữa các kênh gần nhau, hiện tượng dãn phổ do SPM có thể dẫn đến giao thoa gây nhiễu giữa các kênh. b. Hiệu ứng XPM Đối với hệ thống WDM, hệ số chiết suất tại một bước sóng nào đó không chỉ phụ thuộc vào cường độ của sóng đó mà còn phụ thuộc vào cường độ của các bước sóng khác lan truyền trong sợi. Trong trường hợp này chiết suất phi tuyến ứng với bước sóng thứ i sẽ là: ∆n NL =n 2 {|E i | 2 + 2Σ|E j | 2 } (1.11) Với: N là tổng số kênh quang. E i là cường độ trường quang của bước sóng thứ i. Số hạng thứ nhất trong công thức (1.11) ứng với hiệu ứng SPM, số hạng thứ hai tương ứng với hiệu ứng XPM. Nếu giả sử công suất của các kênh là như nhau thì ảnh hưởng của hiệu ứng XPM sẽ gấp 2N lần hiệu ứng SPM. Ngô Đức Tiến, D2000VT 9 NL const EnnL nL φ λ π λ π φ += + == )(2 2 2 20 (1.9) Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về WDM c. Hiệu ứng FWM 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, hai hoặc ba sóng quang với các tần số khác nhau sẽ tương tác với nhau tạo ra các thành phần tần số mới. Tương tác này có thể xuất hiện giữa các bước sóng của tín hiệu trong hệ thống DWDM, hoặc giữa các bước sóng tín hiệu với tạp âm của các bộ khuếch đại quang. Giả sử có ba bước sóng với tần số ω i , ω J , ω k thì tổ hợp tần số mới tạo ra sẽ là những tần số ω ijk thoả mãn: ω ij k =ω i + ω J - ω k (1.12) Theo quan điểm cơ lượng tử, thì hiệu ứng FWM là hiệu ứng mà trong đó có sự phá huỷ photon ở một số bước sóng và tạo ra một số photon ở các bước sóng mới sao cho vẫn bảo toàn về năng lượng. Hiệu suất của quá trình FWM phụ thuộc vào điều kiện phù hợp về pha. Hiệu ứng FWM xảy ra mạnh chỉ khi điều kiện này được thoả mãn (tức là động lượng của photon được bảo toàn). Về mặt toán học thì điều kiện này có thể được biểu thị như sau: β(ω ijk )= β(ω i ) + β(ω j ) - β(ω k ) (1.13) Vì trong sợi quang tồn tại tán sắc nên điều kiện phù hợp về pha rất khó xảy ra. Tuy nhiên, với môi trường truyền dẫn là loại sợi có tán sắc thấp và khoảng cách truyền dẫn là tương đối lớn và các kênh gần nhau thì điều kiện này có thể coi là xấp xỉ đạt được. Do việc tạo ra các tần số mới là tổ hợp của các tần số tín hiệu nên hiệu ứng FWM sẽ làm giảm công suất của các kênh tín hiệu trong hệ thống WDM. Hơn nữa, nếu khoảng cách giữa các kênh là bằng nhau thì những tần số mới được tạo ra có thể rơi vào các kênh tín hiệu với xác suất rất lớn, gây xuyên âm giữa các kênh, làm suy giảm chất lượng của hệ thống. Sự suy giảm công suất sẽ làm cho dạng hình cắt của tín hiệu ở đầu thu bị thu hẹp lại do đó làm giảm chất lượng của hệ thống. Vì các hệ thống WDM chủ yếu làm việc ở cửa sổ bước sóng 1550 nm và do tán sắc của sợi quang đơn mode thông thường (sợi G.652) tại cửa sổ này là khoảng 18 ps/nm.km, còn tán sắc của sợi tán sắc dịch chuyển (sợi G. 653) là ≈0 (<3ps/nm.km) nên hệ thống WDM làm việc trên Ngô Đức Tiến, D2000VT 10 [...]... về WDM sợi đơn mode thông thường sẽ ít bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng FWM hơn hệ thống WDM làm việc trên sợi tán sắc dịch chuyển Ảnh hưởng của hiệu ứng FWM càng lớn nếu như khoảng cách giữa các kênh trong hệ thống WDM càng nhỏ cũng như khoảng cách truyền dẫn và mức công suất của mỗi kênh lớn Vì vậy hiệu ứng FWM sẽ hạn chế dung lượng và cự ly truyền dẫn của hệ thống WDM 1.3 Các cấu hình mạng WDM Các mạng. .. có vài thiết bị quang cũng như một hay một số sợi quang, các bộ khuếch đại quang, các bộ tách ghép quang, các bộ lọc quang, coupler… Ngô Đức Tiến, D2000VT 11 Đồ án tốt nghiệp đại học CH 1 LD CH 2 LD Giới thiệu chung về WDM λ1 λ1 λ2 CH N λN LD MUX OADM A λ1 ,λ2 ,λN A λ1 ,λ2 ,λN λk 1 λ2 Fiber Fiber Fiber DeMUX λN 1 LD: Diode Laser Re: Bộ thu quang A: Bộ khuyếch đại quang Fiber: Sợi quang CH 1 Re CH... truyền quang giữa các node với loại lưu lượng trên kênh đó Tại một node OADM một hoặc nhiều tần số quang được tách ra và xen vào trong khi số còn lại được truyền xuyên qua Mặc dù vậy khi số lượng node OADM tăng lên thì tín hiệu không thể tránh khỏi tổn hao và vì vậy sẽ yêu cầu thêm các bộ khuếch đại Số lượng node trong mạng Ring thông thường nhỏ hơn số lượng bước sóng được ghép trong sợi quang Trong mạng. .. kênh quang vào thời điểm đó là không hề dễ dàng do những khó khăn về công nghệ Trong những năm gần đây công nghệ vật liệu phát triển rất nhanh, đã có rất nhiều vật liệu mới được tìm thấy, phát triển và ứng dụng vào các mạng thông tin quang Điều này đã tạo ra một cuộc cách mạng thực sự trong quá trình phát triển của công nghệ truyền dẫn quang Chương 2 sẽ trình bày về các phần tử sử dụng trong mạng thông... trên cùng một sợi quang Ngô Đức Tiến, D2000VT 21 Đồ án tốt nghiệp đại học 2.2.3 Các phần tử trong hệ thống WDM Bộ ghép và tách kênh quang A n1 n2>n1 λ1 λ2 λ1 + λ1 + + λN Sợi quang Thấu kính B n2 Lăng kính λn C Thấu kính Các sợi quang Hình 2.7 Sử dụng lăng kính để tách bước sóng Ngô Đức Tiến, D2000VT 22 Đồ án tốt nghiệp đại học Các phần tử trong hệ thống WDM Thông thường bộ ghép kênh quang bao gồm một... rẽ rất cần cho mạng diện rộng và mạng thành phố khi một hay một số kênh cần được tách ra trong khi các kênh khác trong đường truyền vẫn giữ nguyên Kênh đầu vào λ1λ2 λn λx Rẽ kênh Bộ xen rẽ Kênh đầu ra quang λ1λ2 λn OADM Xen kênh λx Hình 2.9 Bộ xen rẽ quang OADM Ngô Đức Tiến, D2000VT 23 Đồ án tốt nghiệp đại học Các phần tử trong hệ thống WDM - Phần tử thứ nhất được sử dụng làm bộ xen rẽ quang là bộ định... (circulator) và cách tử sợi quang (fiber grating)-cách tử Bragg Trong đó bộ quay pha quang có thiết kế gần giống với bộ cách ly quang (optical isolator) Các bước sóng cần tách/xen sẽ được bộ cách tử sợi quang phản xạ lại đa vòng tới lối ra/vào của bộ quay pha Các bước sóng khác vẫn đi qua bình thường Một cách tử sợi quang là thiết bị giao thoa quang được thiết kế ngay bên trong một sợi quang Nếu một sợi thuỷ... rộng rãi trong các hệ thống thông tin quang có tính thương mại λ1 λ2 λ3 Sợi quang λ4 λ1 λ4 Bộ lọc Hình 2.2 Cấu trúc bộ tách/ghép kênh dùng bộ lọc điện môi gắn trực tiếp trên sợi Ngô Đức Tiến, D2000VT 15 Đồ án tốt nghiệp đại học Các phần tử trong hệ thống WDM Thiết bị lọc điện môi đa lớp có thể ghép trực tiếp giữa các sợi quang, hoặc sử dụng hệ thống hội tụ quang Hình 2.2 là một ví dụ về ghép sợi quang. .. B 2 Data N : Biến đổi điện quang 1 2 : Biến đổi quang điện Hình vẽ 1.4 Cấu hình mạng Ring có các kênh được quản lý bởi trạm hub Ngô Đức Tiến, D2000VT 13 Đồ án tốt nghiệp đại học Các phần tử trong hệ thống WDM CHƯƠNG 2 CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG WDM Chương 1 của cuốn đồ án này đã trình bày tổng quan về quá trình hình thành, phát triển của kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng quang và một số khái niệm liên... xen rẽ quang (OADM) Các bộ xen rẽ quang được dùng để liên kết nhiều tín hiệu vào trong một đường truyền đơn hoặc để tách các tín hiệu sau khi truyền như trong hình 2.9 Trong rất nhiều phần tử của mạng, một phần tử có thể không muốn liên kết hoặc tháo toàn bộ cấu trúc kênh mà chỉ đơn thuần xen hoặc rẽ một hay một số kênh Một bộ ghép quang thực hiện chức năng này không cần phải biến đổi tín hiệu trong . này chuyển mạch quang với kỹ thuật quang điện tử đã ra đời. Ưu điểm của chuyển mạch quang là ở chỗ, khi tín hiệu quang đi qua bộ chuyển mạch, không cần chuyển. Chương 1: Giới thiệu chung về WDM. Chương 2: Các phần tử trong hệ thống WDM. Chương 3: Chuyển mạch gói trong mạng quang WDM. Em xin được gửi lời cảm ơn