Chuyển mạch gói trong mạng quang WDM

Chuyển mạch gói trong mạng quang WDM.

Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói đầu Ngơ Đức Tiến, D2000VT 1 Lời nói đầu Cùng với sự phát triển của xã hội thì nhu cầu của con người đối với việc trao đổi thơng tin ngày càng cao. Để đáp ứng được nhu cầu đó, đòi hỏi đó mạng lưới viễn thơng 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 mơ của hệ thống chuyển mạch trong thơng tin càng ngày càng lớn, tốc độ vận hành càng ngày càng cao. Nhưng mạng chuyển mạch điện tử và xử lý thơng tin đã phát triển đến gần tốc độ giới hạn. Trong đó tham số cố hữu như RC, méo, trơi trượt, xun 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, khơng cần chuyển đổi quang điện/điện quang, do đó nó khơng 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 thơng lượng qua bộ chuyển mạch. Do tác dụng của linh kiện logic quang còn rất đơn giản, khơng thể hồn 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 thơng tin tồn quang, có tốc độ cao, dung lượng lớn, trong suốt…. Với mục đích tìm hiểu một cơng nghệ mới, củng cố và phát triển các kiến thức đã lĩnh hội được trong q trình nghiên cứu và học tập tại Học viện cơng nghệ Bưu chính Viễn thơng 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 hồn thành với nội dung gồm 3 chương như sau: THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói đầu Ngơ Đức Tiến, D2000VT 2 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, cơ giáo trong khoa Viễn Thơng 1, các thầy cơ đang cơng tác tại trung tâm đào tạo Bưu chính Viễn thơng I đã giúp em thực hiện ước mơ bước vào những chân trời tri thức mới. Cảm ơn bạn bè và người thân đã ln ủng hộ tơi trong q trình học tập tại mái trường Học viện cơng nghệ Bưu chính Viễn thơng. Mặc dù đã cố gằng rất nhiều trong thời gian hồn thành cuốn đồ án này, nhưng do thời gian và trình độ có hạn nên cuốn đồ án này chắc chắn sẽ khơng thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của thầy cơ và bạn bè đồng nghiệp để cuốn đồ án này được hồn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày 25 tháng 10 năm 2005 Sinh viên Ngơ Đức Tiến THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về WDM Ngơ Đức Tiến, D2000VT 3 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ WDM 1.1 Ngun lý cơ bản của WDM 1.1.1 Khái niệm về WDM a. Q trình phát triển của WDM Khái niệm ghép kênh quang khơng 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 cơng nghệ truyền tín hiệu sử dụng trong viễn thơng cổ điển với tín hiệu điện. Nhưng giải pháp cho các vấn đề cơng 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 khơng hề dễ dàng và giải pháp tối ưu chỉ có thể tìm thấy với tập hợp các cơng nghệ phức tạp. Với các dịch vụ tốc độ bit thấp (<2Mb/s) nói chung sẽ tốt hơn nếu ta sử dụng cơng 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 cơng nghệ nén video băng tần u cầu đã được giảm xuống mức thấp nhất. Tuy nhiên vào thời điểm hiện nay, CATV và HDTV vẫn u 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 vơ tuyến định tuyến các mạng video hội nghị, các hệ thống đào tạo video tương tác, các mạng dịch vụ thơng 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 th bao vào năm 2010 sẽ vào khoảng 100 Mb/s. Điều này sẽ khơng thể trở thành hiện thực nếu khơng phát triển mạng quang WDM. Một mạng thực tế thường được tạo nên bởi một tập các kiến trúc để tạo nên mơi trường vật lý của mạng giữa các trạm. Cấu hình được gọi là ảo khi nó chỉ bao gồm THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về WDM Ngơ Đức Tiến, D2000VT 4 các liên kết logic giữa các trạm. Một ví dụ về ứng dụng ghép kênh quang là tạo cấu hình mạng ảo theo u 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 Mơ 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 mơi trường truyền dẫn đã được lựa chọn trước. Đối với các hệ thống truyền dẫn lựa chọn sợi quang làm mơi trường truyền dẫn sẽ là rất tốn kém nếu khơng sử dụng hiệu quả băng thơng của sợi quang. Để tận dụng tốt băng thơng của sợi quang kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) đã ra đời và phát triển khơng ngừng trong nửa thế kỷ qua. Các hệ thống WDM cũng lần lượt được giới thiệu và phát triển trong các mạng viễn thơng thương mại. Mơ hình của hệ thống WDM và ngun 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 Rx N Tx N Tx N DE- MUX /MU X 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 THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về WDM Ngơ Đức Tiến, D2000VT 5 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 thơng 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 khơng 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 u 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 u 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 u 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 thơng tin quang CWDM. Bảng 1.1 So sánh CWDM và DWDM Danh mục CWDM DWDM Khoảng cách bước sóng ~20 nm ~0,8 nm THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về WDM Ngơ Đức Tiến, D2000VT 6 Khoảng cách kênh 2500 GHz 100GHz Điều khiển mơi trường Khơng Có Nguồn laser DFB (khơng 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 1.2 Ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến trong hệ thống WDM Trong hệ thống thơng tin quang, các hiệu ứng phi tuyến sẽ xảy ra khi cơng suất của tín hiệu trong sợi quang vượt q một mức nào đó. Đối với các hệ thống WDM thì mức cơng 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: Xun âm giữa các kênh, suy giảm mức cơng 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 q trình tán xạ khơng 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 mơi 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, q trình này trở thành q 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 cơng 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 cơng suất đưa vào sợi tại bước sóng tín hiệu. THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về WDM Ngơ Đức Tiến, D2000VT 7 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 thơng thường thì K≈2. Cơng thức trên có thể dùng để tính tốn mức cơng 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 cơng suất của tín hiệu đầu vào mà ứng với nó, cơng 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 cơng thức 1.6 người ta tính tốn được rằng, đối với hệ thống đơn kênh để hiệu ứng SRR có thể ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống thì mức cơng suất P 0 phải lớn hơn 1W (nếu như hệ thống khơng sử dụng khuếch đại quang trên đường truyền). Tuy nhiên trong hệ thống WDM thì mức cơng suất này sẽ thấp hơn nhiều vì có hiện tượng khuếch đại đối với các bước sóng lớn, trong khi đó cơng 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 khơng nhỏ hơn 0,5 dB thì mức cơng 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, cơng 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 xun 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 fLNN P eff ∆− × < .)1( 1028,10 21 12 (1.7) THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về WDM Ngơ Đức Tiến, D2000VT 8 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 khơng gây xun âm giữa các kênh. Trong tất cả các hiệu ứng phi tuyến thì ngưỡng cơng 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 tốn được mức cơng 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 thơng 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 cơng suất của từng kênh và khoảng cách giữa các kênh trong hệ thống WDM. Hiệu ứng này khơng phụ thuộc vào số kênh của hệ thống. 1.2.2 Hiệu ứng Kerr quang Kerr là hiệu ứng trong đó chiết suất của mơi trường truyền dẫn thay đổi theo cường độ ánh sáng truyền. THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về WDM Ngơ Đức Tiến, D2000VT 9 a. Hiệu ứng SPM Hiệu ứng SPM thuộc loại hiệu ứng Kerr, tức là hiệu ứng trong đó chiết suất của mơi 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 khơng 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 q 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 khơng 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 cơng thức (1.11) ứng với hiệu ứng SPM, số hạng thứ hai tương ứng với hiệu ứng XPM. Nếu giả sử cơng suất của các kênh là như nhau thì ảnh hưởng của hiệu ứng XPM sẽ gấp 2N lần hiệu ứng SPM. NL const EnnL nL φ λ π λ π φ += + == )(2 2 2 20 (1.9) THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về WDM Ngơ Đức Tiến, D2000VT 10 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 tồn về năng lượng. Hiệu suất của q 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 tồn). Về mặt tốn 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 mơi 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 cơng 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 xun âm giữa các kênh, làm suy giảm chất lượng của hệ thống. Sự suy giảm cơng 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 thơng 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 THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN [...]... ph n t trong h th ng WDM nh tuy n l i tín hi u Tính ph c t p và tin c y c a h th ng òi h i ngày càng cao Vì v y kh năng chuy n m ch d dàng là y u t r t quan tr ng i v i các m ng quang hi n i Do ó, các b n i chéo quang OXC r t c n thi t trong các m ng quang hi n t i và trong tương lai B n i chéo quang dùng hốn i các tín hi u kênh quang gi a các s i v i nhau B n i chéo quang có th ư c mơ t như trong hình... s i quang pha Erbium (EDFA) ã làm gi m s tr m l p trên tuy n r t nhi u, v i kh năng khu ch i ng th i nhi u bư c sóng, EDFA c bi t thích h p v i các h th ng WDM EDFA có ba k t c u cơ b n - Bơm cùng chi u: Tín hi u quang và tín hi u bơm ư c ưa vào s i quang pha Erbium trên cùng m t hư ng B ph i ghép quang u vào tín hi u quang B cách ly quang B l c quang EDF Bơm quang u ra tín hi u quang B cách ly quang. .. u quang và tín hi u bơm ư c ưa vào s i quang pha Erbium t hai hư ng khác nhau, còn g i là bơm sau EDF u vào tín hi u quang B cách ly quang B ph i ghép quang Bơm quang B l c quang u ra tín hi u quang B cách ly quang Hình 2.17 Bơm ngư c chi u - Bơm hai chi u: K t c u Ngơ c Ti n, D2000VT ng th i bơm cùng chi u và ngư c chi u 34 THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN án t t nghi p ih c Các ph n t trong h th ng WDM. .. sóng (circulator) và cách t s i quang (fiber grating)-cách t Bragg Trong ó b quay pha quang có thi t k g n gi ng v i b cách ly quang (optical isolator) Các bư c sóng c n tách/xen s ư c b cách t s i quang ph n x l i a vòng t i l i ra/vào c a b quay pha Các bư c sóng khác v n i qua bình thư ng M t cách t s i quang là thi t b giao thoa quang ư c thi t k ngay bên trong m t s i quang N u m t s i thu tinh ư... có vài thi t b quang cũng như m t hay m t s s i quang, các b khu ch i quang, các b tách ghép quang, các b l c quang, coupler… Ngơ c Ti n, D2000VT 11 THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN án t t nghi p CH 1 ih c Gi i thi u chung v WDM λ1 λ1 LD CH 2 λ2 LD CH N LD MUX λN OADM A λ1 ,λ2 ,λN λ2 Fiber Fiber Fiber A λ1 ,λ2 ,λN DeMUX λk λN LD: Diode Laser Re: B thu quang A: B khuy ch i quang Fiber: S i quang CH 1 Re... i bư c sóng quang u tiên, m i tín hi u quang t m t s i ư c phân chia v i s nhánh b ng t ng s kênh quang c n l y t i u ra nh b spliter Sau ó chúng ư c ưa t i các b chuy n m ch quang l y ra tín hi u quang c n thi t Tín hi u quang ư c ch n Ngơ c Ti n, D2000VT 28 THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN án t t nghi p ih c Các ph n t trong h th ng WDM ra l i ti p t c qua b ch n bư c sóng, tách ra ư c kênh quang u c u... u v t li u m i ư c tìm th y, phát tri n và ng d ng vào các m ng thơng tin quang i u này ã t o ra m t cu c cách m ng th c s trong q trình phát tri n c a cơng ngh truy n d n quang Chương 2 s trình bày v các ph n t s d ng trong m ng thơng tin quang WDM và các k thu t s d ng trong các thi t b ó 2.1 Các b l c quang Có 2 lo i b l c quang, ó là b l c có bư c sóng c nh, hay còn g i là b ch n bư c sóng và b... s i quang c Ti n, D2000VT 21 THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN án t t nghi p 2.2.3 ih c Các ph n t trong h th ng WDM B ghép và tách kênh quang A n2>n1 λ1 λ2 n1 λ1 + λ1 + + λN λn n2 S i quang Th u kính B Lăng kính Hình 2.7 S d ng lăng kính Ngơ c Ti n, D2000VT C Th u kính Các s i quang tách bư c sóng 22 THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN án t t nghi p ih c Các ph n t trong h th ng WDM Thơng thư ng b ghép kênh quang. .. D2000VT ng th i bơm cùng chi u và ngư c chi u 34 THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN án t t nghi p ih c Các ph n t trong h th ng WDM B ph i ghép quang u vào tín hi u quang B cách ly quang EDF Bơm quang B ph i ghép quang Bơm quang B l c quang u ra tín hi u quang B cách ly quang Hình 2.18 Bơm hai chi u EDFA có ba ng d ng chính là: Khu ch (PA) và khu ch i ư ng truy n (LA) i cơng su t (BA), ti n khu ch i - BA... sóng ho t u ng như m t b AWG 2.6 B n i chéo quang OXC Vi c chuy n m ch trong các tín hi u quang trư c ây liên quan i tín hi u quang thành tín hi u i n, và l i bi n quang i tín hi u i n thành tín hi u ti p t c truy n t i các m ng khác Q trình này là r t ph c t p, chi phí cao, làm h n ch t c chuy n m ch và gi m kh năng ho t WDM Chuy n m ch s d ng trong các m ng WDM Ngơ n vi c bi n c Ti n, D2000VT ng c a