Hệ thống ghép kênh đa bước sóng (hệ thống dwdm )

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH ***&*** NGUYỄN THỊ PHƯƠNG THẢO HỆ THỐNG GHÉP KÊNH ĐA BƯỚC SÓNG (HỆ THỐNG DWDM) Chuyên ngành: Quang học Mã số: 62.44.11.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa học: PGS_TS ĐINH XUÂNKHOA Vinh, 2007 MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN………………………………………………………… BẢNG TỪ VIẾT TẮT………………………………………………… PHẦN MỞ ĐẦU……………………………………………………… PHẦN NỘI DUNG……………………………………………………… Chương I HỆ THỐNG THÔNG TIN CƠ BẢN…………………… Truyền ánh sáng sợi quang………………………… 1.1.1 Phương trình truyền lan 1.1.2 Mode truyền lan - Số Mode truyền lan 1.1.3 Điều kiện lan truyền ánh sáng sợi quang………… 1.1.3.1 Điều kiện phản xạ tồn phần………………………… 1.1.3.2 Kích thước lõi đường kính mode………………… 1.1.3.3 Khẩu độ số……………………………………………… 1.2 Cấu tạo hệ thống thông tin quang 1.2.1 Phần tử phát xạ ánh sáng……………………………… 1.2.1.1 Diode laser (LD)……………………………………… 1.2.1.2 Diode phát quang(LED)……………………………… 1.2.2 Sợi quang 1.2.2.1 Cấu tạo sợi quang 1.2.2.2 Các loại sợi quang……………………………………… 1.2.2.3 Tính chất sợi quang……………………………… 1.2.2.4 Điều kiện truyền dẫn đơn mode……………………………… 1.2.3 Phần tử thu ánh sáng…………………………………… 1.2.3.1 Diode quang PIN ………………………………………………… 1.2.3.2 Diode quang kiểu APD ………………………………………… 1.3 Kết luận 1.1 Chương II 2.1 HỆ THỐNG GHÉP KÊNH ĐA BƯỚC SÓNG Giới thiệu chung DWDM………………………………… 2.1.1 Khái niệm DWDM…………………………………… 2.1.2 Mơ hình hệ thống DWDM……………………………… 2.1.3 Đặc điểm cơng nghệ DWDM………………… 2.2.1 Bộ ghép tách kênh quang ………………………… 7 11 11 14 15 16 17 20 23 23 24 25 27 28 28 30 33 36 36 36 36 38 39 2.2.1.1 Nguyên lý làm việc lăng kính…………………… 2.2.1.2 Nguyên lý làm việc cách tử tán xạ……………… 2.2.1.3 Bộ ghép tách kênh quang………………………… 2.2.2 Bộ xen rẽ quang (OADM)……………………………… 2.2.3 Bộ nối chéo quang OXC………………………………… 2.2.4 Bộ biến đổi bước sóng…………………………………… 2.2.5 Phần tử phát thu quang……………………………… 2.2.5.1 Bộ phát quang…………………………………………… 2.2.5.2 Bộ thu quang…………………………………………… 2.2.6 Bộ khuếch đại quang…………………………………… 2.2.6.1 Bơm chiều………………………………………… 2.2.6.2 Bơm ngược chiều……………………………………… 2.2.6.3 Bơm hai chiều…………………………………………… 2.3 40 41 43 44 47 49 51 51 53 55 55 56 56 Kết luận……………………………………………………… 64 MỘT VÀI HẠN CHẾ VÀ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC CỦA HỆ THỐNG GHÉP KÊNH DWDM 66 Chương3 3.1.1 Khoảng cách kênh bước sóng…………………………… 3.1.2 Vấn đề xuyên âm………………………………………… 3.1.3 Vấn đề suy hao…………………………………………… 3.1.4 Vấn đề tán sắc bù tán sắc…………………………… PHẦN KẾT LUẬN…………………………………………………… TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………… 66 69 70 70 74 LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành sâu sắc tới PGS-TS Đinh Xuân Khoa - Người định hướng đề tài hướng dẫn tận tình suốt q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Tôi xin cảm ơn thầy giáo PGS.TS Hồ Quang Quý, PGS.TS Vũ Ngọc Sáu góp ý, dẫn cho tơi q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Tơi xin cảm ơn thầy cô giáo khoa Vật Lý khoa đào tạo sau đại học trường Đại Học Vinh tạo điều kiện thuận lợi cho học tập, nghiên cứu trường đại học Vinh Xin cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp động viên, giúp đỡ tơi suốt q trình học tập nghiên cứu Vinh, năm 2007 Nguyễn Thị Phương Thảo BẢNG TỪ VIẾT TẮT ADM APD ASE Add/Drop Multiplexer Avalanche Photo Diode Amplifier Spontaneous Emission ATM Ansynchronous Transfer Mode AWG BA Array Wave Grating Booster Amplifier BER DCF DCG DCM DEM Bit Error Ratio Dispersion Compensated Fiber Dispersion Compensating Grating Dispersion Compensator Module Dispersion – Equalization Module DGD DSF DWDM DXC EDFA Differential Group Delay Dispersion Shifted fiber Density Wavelength Division Multiplexer Digital Cross – connect Erbium Doped Fiber Amplifier FBG FWM Fiber – Bragg Grating Four Wave Mixing IP ISDN LA Internet Protocol Intergrated Service Digital Network Line Amplifier LAN LTmcs Local Area Network Line Temination for multichannel system Long Wavelength Pass Filter Multichannel non_Regenarative Multi – Wavelength Optical Repeater Network access station Noise Figure Non – Linear Non regenarative Repeater Non – Return – to – Zero Optical Amplifier LWPF M_nREP MOR NAS NF NL NrREG NRZ OA : Bộ ghép kênh xen rẽ : Điốt thác lũ : Bức xạ tự phát khuếch đại : Kiểu truyền dẫn không đồng : Cách tử AWG : Bộ khuếch đại công suất đầu phát : Tỉ lệ lỗi bit : Sợi bù tán sắc : Cách tử bù tán sắc : Module bù tán sắc : Module điều chỉnh tán sắc : Trễ nhóm : Sợi tán sắc dịch chuyển : Ghép kênh theo bước sóng mật độ cao : Bộ đấu nối chéo : Khuếch đại quang Erbium : Cách tử sợi Bragg : Hiệu ứng trộn bốn bước sóng : Giao thức IP : Mạng đa dịch vụ số : Bộ khuếch đại đường truyền : Mạng nội : Kết cuối đường truyền cho hệ thống đa kênh : Lọc thơng bước sóng dài : Đa kênh không trạm lặp : Trạm lặp đa kênh quang : Hệ số tạp âm : Phi tuyến : Trạm lặp quang : Mã không trở : Khuếch đại quang OADM Optical Add/Drop Multiplexer OAS_m OC ODM OM OPM Optical Amplifier Section for multichannel system Optical Channel Optical Demultiplexer Optical Multiplexer Optical Performance Monitor OSC PA PDH PDL Optical Supervesor/Service Channel Preamplifer Plesiochronous Digital Hierarchy Polarization Depentend Loss PIN PLC PMD RCA REG RS RP SBS SDH SPRING SNR SOFT SONET SPM SRS STM SWPF Positive Intrinsic Nagative Planar Lightwave Circuit Polarization Mode Dispertion Routing and channel assignment Regenerator Regenerator Section Reception Processor Stimulated Brillouin Scattering Synchronous Digital Hierarchy Shared protection ring Signal to Noise Ratio Shared Optical Function Technology Synchronous Optical NETwork Self Phase Modulation Stimulated Ramman Scattering Synchronous Transport Module Short Wavelength Pass Filter TMN WDM Telecommunication Management Network Wavelength Division Multiplexer XPM Cross Phase Modulation : Bộ xen/rẽ bước sóng quang : Đoạn khuếch đại quang cho hệ thống đa kênh : Kênh quang : Tách bước sóng quang : Ghép bước sóng quang : Thiết bị giám sát mạng quang : Kênh giám sát quang : Bộ tiền khuếch đại : Phân cấp cận đồng : Suy hao phụ thuộc phân cực : Điốt PIN : Vi mạch quang : Tán sắc mode phân cực : Trạm lặp (3R) : Đoạn lặp (3R) : Tán xạ Brillouin : Phân cấp đồng số : Tỉ số tín hiệu tạp âm : Mạng quang đồng : Điều chế tự dịch pha : Tán xạ Ramman : Lọc thông bước sóng ngắn : Mạng quản lý viễn thơng : Ghép kênh theo bước sóng : Điều chế pha chéo MỞ ĐẦU Thế kỷ XX kỷ phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật Nằm phát triển đó, thơng tin quang có bước đột phá phát minh quan trọng: phát minh công nghệ Laser, phát minh công nghệ truyền ánh sáng qua sợi quang học… Cùng với phát minh ứng dụng điện - điện tử hình thành lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng mới: Hệ thống truyền thông tin sợi quang Với ưu điểm ưu việt mang tính đặc thù thông tin sợi quang, phương án truyền thông tin áp dụng rộng rãi Tương lai công nghệ thay cho phương tiện truyền thông hữu tuyến vô tuyến cũ Các phương tiện sơ khai thông tin quang khả nhận biết người chuyển động, hình dáng… vật thơng qua đơi mắt Tiếp hệ thống thơng tin đơn giản xuất đèn hải dăng đèn hiệu Đến năm 1791 VC.Chape phát minh máy báo điện quang Thiết bị sử dụng khí làm mơi trường truyền dẫn nên ảnh hưởng vào điều kiện thời tiết Để khắc phục hạn chế này, Marconi sáng chế máy điện báo vơ tuyến có khả thực thơng tin người gửi người nhận xa Đầu năm 1980, A.G.Bell- người phát minh hệ thống điện thoại nghĩ thiết bị quang thoại có khả biến đổi dao động máy hát thành ánh sáng Tuy nhiên, phát triển hệ thống bị bỏ bê xuất hệ thống vô tuyến Sự nghiên cứu đại thông tin quang bắt đầu phát minh thành công Laser năm 1960 khuyến nghị Kao Hockham năm 1966 chế tạo sợi quang có độ tổn thất thấp (Sợi quang dây nhỏ dẻo truyền ánh sáng nhìn thấy tia hồng ngoại, lõi có phần bao bọc xung quanh lõi Để ánh sáng phản xạ cách hồn tồn lõi chiết suất lõi phải lớn chiết suất vỏ Lõi áo làm thuỷ tinh hay chất dẻo (Silica), chất dẻo, kim loại, sợi quang kết tinh) Ngoài chúng phân loại thành loại sợi quang đơn mode sợi quang đa mode tương ứng với số lượng mode ánh sáng truyền qua sợi quang, phân loại sợi quang có số bước số lớp tuỳ theo hình dạng chiết suất phần lõi sợi quang) Bốn năm sau, Kapron chế tạo sợi quang suốt có độ suy hao truyền dẫn khoảng 20 dB/km Được cổ vũ thành công này, nhà khoa học khắp giới bắt đầu tiến hành nghiên cứu kết công nghệ giảm suy hao truyền dẫn, tăng giải thông, Laser bán dẫn… phát triển thành công năm 70 ( Như độ tổn thất sợi quang giảm đến 0,18dB/km ) Hơn năm 70 Laser bán dẫn có khả thực dao động liên tục nhiệt độ khai thác chế tạo Tuổi thọ ước lượng 100 năm Dựa công nghệ sợi quang Laser bán dẫn gửi lượng lớn thông tin (âm thanh, liệu…) đến địa điểm cách hàng 100km sợi quang có độ dày sợi tóc, khơng cần đến tái tạo Hiện hoạt động nghiên cứu nghiêm chỉnh tiến hành lĩnh vực gọi photon học- lĩnh vực tối quan trọng tất hệ thống thơng tin quang, có khả phát hiện, xử lý, trao đổi, truyền dẫn thơng tin ánh sáng Photon học có khả ứng dụng rộng rãi lĩnh vực điện tử viễn thông kỷ 21 Trong thông tin sợi quang, ưu điểm sau sợi quang sử dụng hiệu quả: độ suy hao truyền dẫn thấp băng thông lớn Thêm vào chúng sử dụng để thiết lập đường truyền dẫn nhẹ mỏng nhỏ, khơng có xun âm với đường sợi quang bên cạnh không chịu ảnh hưởng nhiễm cảm ứng sóng điện tử thực tế sợi quang phương tiện truyền dẫn thơng tin hiệu kinh tế có Trước hết có băng thơng lớn nên truyền khối lượng thơng tin lớn tín hiệu âm thanh, liệu tín hiệu hỗn hợp Bằng cách sử dụng sợi quang, thơng tin truyền đến địa điểm cách xa hàng 100km Thứ hai, sợi quang nhỏ nhẹ khơng xun âm nên lắp đặt dễ dàng thành phố, tàu thuỷ, máy bay, tồ nhà cao tầng mà khơng cần lắp đặt thêm đường ống bể cáp Thứ ba, sợi quang chế tạo từ chất điện không dẫn điện nên chúng không chịu ảnh hưởng can nhiễu sóng điện từ xung điện từ Vì chúng sử dụng để truyền dẫn mà khơng có tiếng ồn Điều có nghĩa lắp đặt với cáp điện lực sử dụng mơi trường phản ứng hạt nhân Thứ tư, nguyên liệu chủ yếu để sản xuất sợi quang cát chất dẻo - thứ rẻ đồng nhiều nên kinh tế cáp đồng trục nhiều Giá thành cáp sợi quang giảm nhanh công nghệ đưa Ngoài đề cập đặc trưng có độ tổn thất thấp, giá thành lắp đặt ban đầu giá thành bảo dưỡng sửa chữa thấp chúng cần tái tạo 10 Ngoài ưu điểm nêu sợi quang có độ an tồn tính bảo mật cao, tuổi thọ dài có khả đề kháng mơi trường cao Nó dễ bảo dưỡng, sửa chữa có độ tin cậy cao Hơn nữa, khơng bị rị rỉ tín hiệu dễ kéo dài cần chế tạo với giá thành thấp Nhờ ưu điểm sợi quang sử dụng mạng lưới điện thoại, phát truyền hình (dịch vụ băng rộng ) dễ sử dụng cho ISDN, điện lực, ứng dụng y tế quân sự, thiết bị đo Hệ thống truyền dẫn quang bao gồm phần tử phát xạ ánh sáng (nguồn sáng), sợi quang (môi trường truyền dẫn) phần tử thu để nhận ánh sáng truyền qua sợi quang Đầu phát nguồn laser, chùm tia hoạt động sóng mang Nguồn quang học thơng dụng thông tin quang laser diode LED Tại đầu cuối tuyến thông tin quang photodiode PIN APD, chúng biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện ( Chúng ta tìm hiểu cụ thể chương 1) Mặc dù, hệ thống thông tin sợi quang vượt trội so với hệ thống truyền thông tin cổ điển khả truyền dung lượng thông tin lớn, băng thông rộng Nhưng trước phát triển vũ bão Cơng nghệ thơng tin tồn cầu Cùng với nhu cầu sử dụng băng thông đường truyền tốc độ cao phục vụ lĩnh vực sống người xã hội: truy cập Internet, xem truyền hình băng thơng rộng, truyền thơng liên tỉnh - đa quốc gia…ngày phát triển Để đáp ứng tình hình chưa đời phương tiện truyền thông ưu việt sợi quang, đòi hỏi nhà nghiên cứu tiếp tục phát triển nghiên cứu sâu thông tin quang Nhằm mục đích tận dụng hết băng thơng truyền sợi quang Nhờ cơng nghệ ghép kênh bước sóng mật độ cao DWDM (Dense Wavelength Division Multiplex) đời 66 Hình 2.15 Các loại ứng dụng EDFA sử dụng mạng So với thiết bị đầu cuối thông thường, việc sử dụng thiết bị khuếch đại quang (BA, LA, PA) tăng quỹ công suất lên đáng kể Với phổ khuếch đại tương đối rộng (khoảng 35 nm) khả khuếch đại không phụ thuộc vào tốc độ dạng tín hiệu, sử dụng khuếch đại quang thuận lợi việc nâng cấp tuyến (tăng tốc độ thêm kênh bước sóng) Nhìn chung, sử dụng khuếch đại quang bù lại suy hao hệ thống hệ thống trước bị hạn chế suy hao lại bị hạn chế tán sắc Trong trường hợp đó, phải sử dụng số phương pháp để giảm bớt ảnh hưởng tán sắc, ví dụ sử dụng sợi bù tán sắc hay sử dụng nguồn phát có độ rộng phổ hẹp kết hợp với điều chế ngoài… Do đặc điểm khác loại thiết bị khuếch đại quang nên mức ưu tiên sử dụng loại có khác nhau: LA địi hỏi phải có kênh giám sát riêng, thêm điểm trung gian vào đường truyền làm cho việc bảo dưỡng trở lên phức tạp Do đó, mức ưu tiên sử dụng LA thấp nhất, trường hợp mà dùng BA PA mà không đáp ứng yêu cầu quỹ công suất yêu cầu sử dụng LA hệ thống Đơn giản sử dụng BA PA để tăng quỹ cơng suất Tuy nhiên, cấu hình PA phức tạp BA (vì phải sử dụng lọc 67 quang băng hẹp để loại bỏ bớt tạp âm ASE) nên BA PA BA ưu tiên sử dụng Một hạn chế EDFA hệ thống DWDM phổ khuếch đại khơng đồng đều, bước sóng khác khuếch đại với hệ số khác nhau, đặc biệt tồn đỉnh khuếch đại bước sóng 1530 nm Hơn nữa, trường hợp tuyến có sử dụng nhiều EDFA liên tiếp hình thành đỉnh khuếch đại khác xung quanh bước sóng 1558 nm Như vậy, với nhiều EDFA liên tiếp đường truyền, dải phổ khuếch đại bị thu hẹp lại Hiện nay, để cân hệ số khuếch đại EDFA sử dụng số phương pháp sau: Sử dụng lọc để suy hao tín hiệu đỉnh khuếch đại: Xung quanh bước sóng 1558 nm (trong trường hợp có sử dụng nhiều EDFA liên tiếp đường truyền) Hoặc điều chỉnh mức cơng suất đầu vào bước sóng cho đầu thu, mức công suất tất bước sóng Ngồi ra, trường hợp sử dụng nhiều EDFA liên tiếp đường truyền, vấn đề cần phải xem xét tạp âm ASE khuếch đại quang: Tạp âm ASE khuếch đại quang phía trước khuếch đại khuếch đại quang phía sau Sự khuếch đại tích luỹ tạp âm làm cho tỷ số S/N bị suy giảm nghiêm trọng Nếu mức cơng suất tín hiệu vào q thấp, tạp âm ASE làm cho tỷ số S/N bị giảm xuống mức cho phép Tuy nhiên, mức cơng suất tín hiệu vào q cao tín hiệu kết hợp với ASE gây tượng bão hoà khuếch đại 68 2.3 Kết luận: Trong tồn chương chúng tơi tìm hiểu nghiên cứu vấn đề sau: -Khái niệm hệ thống ghép kênh DWDM, mơ hình nguyên lý hoạt động hệ thống, đặc điểm hệ thống -Các phần tử có hệ thống: phần tử phát, phần tử thu, khuyếch đại đường truyền phương tiện truyền thông tin sợi quang giống hệ thống thông tin quang Ngồi hệ thống ghép kênh DWDM cịn có phần tử đặc trưng khác như: Phần tử tách ghép bước sóng cần truyền ( nguyên lý làm việc lăng kính, cách tử), xen rẽ quang(OADM), phần tử đấu chéo (OXC), chuyển bước sóng Nghiên cứu số ảnh hưởng hạn chế, nguyên nhân gây hạn chế truyền thơng tin hệ thống DWDM – Tìm hiểu cách khắc phục hạn chế nhiệm vụ chương 3_ “Hạn chế hệ thống DWDM vài giải pháp khắc phục " 69 MéT Ch-¬ng Số VấN Đề HạN CHế CủA CÔNG NGHệ Dwdm HƯ thèng DWDM cã ý nghÜa to lín ®èi víi thiết lập mạng thông tin nh-ng tồn số vấn đề công nghệ Nó ảnh h-ởng đến chất l-ợng nh- khả công nghệ DWDM 3.1 Khoảng cách kênh b-ớc sóng - Vấn đề xuyên âm kênh 3.1.1 Khoảng cách kênh b-ớc sóng Một yếu tố quan trọng cần phải xem xét hệ thống sử dụng kênh b-ớc sóng, cần l-u ý số kênh b-ớc sóng cực đại sử dụng đ-ợc phụ thuộc vào yếu tố sau: 3.1.1.1) Khả công nghệ có thành phần quang hệ thống, cụ thể là: - Băng tần sợi quang - Khả tách ghép thiết bị DWDM 3.1.1.2) Khoảng cách kênh b-ớc sóng Một số yếu tố ảnh h-ởng đến khoảng cách bao gồm: - Tốc độ truyền dẫn kênh 70 - Quỹ công suất quang - ảnh h-ởng hiệu ứng phi tuyến - Độ rộng phổ nguồn phát - Khả tách ghép thiết bị DWDM Mặc dù cửa sổ truyền dẫn vùng b-ớc sóng 1550nm có độ rộng khoảng 100nm, nh-ng dải khuếch đại khuếch đại quang có độ rộng khoảng 35nm (theo quy định ITU T dải khuếch đại từ b-ớc sóng 1530nm đến 1565nm) băng C; băng L từ 1570nm đến 1603nm với thiết bị DWDM gần đây; nên thực tế, hệ thống DWDM tận dụng hết băng tần sợi quang Với mật độ kênh lớn đòi hỏi thành phần quang tuyến phải có chất l-ợng cao Để tránh xuyên âm kênh đòi hỏi phải có nguồn phát ổn định thu có độ chọn lọc b-ớc sóng cao Bất kì dịch tần (chirping) nguồn phát làm dÃn phổ sang kênh lân cận 3.1.2 Xác định độ rộng phổ yêu cầu nguồn phát Việc chọn độ rộng phổ nguồn phát nhằm đảm bảo cho kênh b-ớc sóng hoạt ®éng mét c¸ch ®éc lËp víi nhau, nãi kh¸c ®i tránh t-ợng chồng phổ phía thu kênh lân cận Khoảng cách 71 kênh phụ thuộc vào đặc tính thiết bị DWDM nh- Mux/ DEMux, bé läc, ®é réng phỉ cđa nguồn phát độ dung sai nh- mức độ ổn định thiết bị Về chất, việc ghép b-ớc sóng khác sợi quang dựa nguyên tắc ghép kênh theo tần số Các kênh khác làm việc số quang khác băng thông sợi quang Theo lý thuyết băng thông sợi quang rộng nên số l-ợng kênh b-ớc sóng ghép đ-ợc lớn (ở hai cửa sổ truyền dẫn) Tuy nhiên thực tế hệ thống DWDM th-ờng liền với khuếch đại quang sợi làm việc cửa sổ b-ớc sóng 1550 nm Vì băng tần sợi quang bị giới hạn băng tần khuếch đại (từ 1530 nm 1565 nm cho băng C; từ 1570 nm 1603 nm cho băng L) Nh- vậy, vấn đề đặt ghép khoảng cách b-ớc sóng phải thoả mÃn đ-ợc yêu cầu tránh cộng phổ kênh lân cận phía thu Khoảng cách phụ thuộc vào đặc tính phổ nguồn phát ảnh h-ởng khác đ-ờng truyền nh- tán sắc sợi, hiƯu øng phi tun Mét c¸ch lý t-ëng, cã thĨ xem hƯ thèng DWDM nhlµ sù xÕp chång cđa hệ thống truyền dẫn đơn kênh khoảng cách kênh b-ớc sóng đủ lớn công suất phát hợp lý Mối quan hệ phổ công suất phía thu với phổ công suất nguồn phát đ-ợc thể 72 tham số đặc tr-ng cho giÃn phổ, kí hiệu , băng tần tín hiệu B bù tán sắc D Nếu gọi hệ số đặc tr-ng cho t-ơng tác nguồn phát sỵi quang, chóng ta sÏ cã biĨu thøc =B.D.RMS (3.1) đây: - B độ rộng băng tần tín hiệu truyền dẫn - D độ tán sắc t-ơng ứng với khoảng cách truyền dẫn - RMS độ giÃn rộng phổ tính theo bậc hai Đối với mà hệ thống khác hệ số khác Từ công thức ta tính đ-ợc độ rộng phổ nguồn phát ứng với độ tán sắc D RMS=/B.D (3.2) Từ ta thấy tính độ rộng phổ giá trị 20 dB độ rộng phổ là: 73 20dB=6,07RMS (3.3) Nh- vậy, từ độ rộng phổ khoảng cách kênh b-ớc sóng chọn theo băng dễ dàng tìm đ-ợc độ rộng phổ yêu cầu nguồn phát 3.1.3 Vấn đề xuyên âm Một yêu tố ảnh h-ởng lớn đến chất l-ợng hệ thống DWDM xuyên âm kênh b-ớc sóng Trong hệ thống DWDM, xuyên ©m cã thĨ mét sè nguyªn nh©n g©y nªn, nh-ng chia làm hai loại sau: - Xuyên âm tuyến tính: đặc tính không lý t-ởng thiết bị tách kênh Mức độ xuyên âm chủ yếu phụ thuộc vào kiểu thiết bị tách sóng đ-ợc sử dụng nh- khoảng cách kênh Thực tế khoảng cách kênh lại đ-ợc xác định thiết bị tách kênh mức xuyên âm cho phép - Xuyên âm phi tuyến: chủ yếu hiệu ứng phi tuyến gây nên 3.2 VÊn ®Ị suy hao 74 Trong bÊt kú hƯ thèng vấn đề quan trọng phải đảm bảo đ-ợc tỉ số S/ N cho đầu thu thu đ-ợc tín hiệu với mức BER cho phép Tr-ớc ch-a có khuếch đại quang, suy hao tín hiệu đ-ờng truyền (do suy hao sợi quang, suy hao hàn nối, suy hao thành phần quang thụ động ) đ-ợc bù lại thông qua việc sử dụng trạm lặp 3R, trình thực t-ơng đối phức tạp Tuy nhiên, khuếch đại quang đời, việc đảm bảo quỹ công suất cho hệ thống không khó khăn nữa, vấn đề quan trọng thiết kế bố trí khuếch đại quang cho thích hợp 3.3 Vấn đề tán sắc bù tán sắc Bản chất tán sắc giÃn phổ xung tín hiệu truyền dẫn sợi quang Tán sắc tổng cộng bao gồm tán sắc mode, tán sắc vật liệu tán sắc ống dẫn sóng Tán sắc mode tồn truyền dẫn sợi đa mode, mode lan truyền với đ-ờng khác nhau, làm cho cự ly truyền dẫn thời gian lan truyền khác mode Tán sắc vật liƯu lµ mét hµm cđa b-íc sãng vµ sù thay ®ỉi vỊ chØ sè chiÕt st cđa vËt liƯu làm lõi sợi, nên tạo phụ thuộc b-ớc sóng vào vận tốc nhóm 75 Tán sắc dẫn sóng: sợi đơn mode giữ đ-ợc 80% l-ợng lõi, 20% l-ợng xung quanh lan truyền vỏ nhanh lan truyền lõi Tán sắc dẫn sóng phụ thc vµo h»ng sè lan trun , vµ  lµ số a/ Các ph-ơng pháp sử dụng để giảm bớt ảnh h-ởng tán sắc bao gồm: làm hẹp độ rộng phổ nguồn phát sử dụng ph-ơng pháp bù tán sắc nh-: -Dùng sợi G.653 (sợi có tán sắc cửa sổ truyền dẫn 1550 nm) -Bù tán sắc thành phần bù tán sắc thụ động (bộ kết hợp quay pha b-ớc sóng sợi tán sắc âm) Tuy nhiªn, viƯc sư dơng kÜ tht DWDM cịng cã thĨ coi ph-ơng pháp giảm ảnh h-ởng tán sắc Đó sử dụng kĩ thuật DWDM cho phép tăng dung l-ợng hệ thống mà tăng tốc độ truyền dẫn kênh tín hiệu Do đó, không xảy hiệu ứng phi tuyến làm tăng ảnh h-ởng tán sắc, điển hình hiệu ứng XPM giới hạn khoảng cách truyền dẫn tán sắc gây hệ thống DWDM coi nh- giống với hệ thống đơn kênh TDM có tốc độ tốc độ kênh b-íc sãng hƯ thèng DWDM C¸c hƯ thèng trun dẫn TDM nh- DWDM bị ảnh h-ởng nhiều loại tán sắc khác, 76 tăng tốc độ truyền dẫn hệ thống phải quan tâm đến ảnh h-ởng tán sắc mode phân cực (PMD) ảnh h-ởng th-ờng đ-ợc bỏ qua hệ thống tốc độ thấp *) Khái niệm tán sắc mode phân cực PMD Tán sắc mode phân cực (PMD) thuộc tính sợi quang đơn mode thành phần hợp thành l-ợng tín hiệu b-ớc sóng đ-ợc phân tích thành mode phân cực trực giao cã vËn tèc trun kh¸c Do vËn tèc cđa hai mode chênh đôi chút nên thời gian truyền qua khoảng cách khác đ-ợc gọi trễ nhóm (DGD) Vì vậy, PMD làm giÃn rộng xung tín hiệu gây nên suy giảm dung l-ợng truyền dẫn Về ph-ơng diện này, ảnh h-ởng tán sắc mode phân cực giống nh- ảnh h-ởng tán sắc nhiên có điểm khác biệt lớn, là: tán sắc t-ợng t-ơng đối ổn định Trong đó, PMD sợi đơn mode b-ớc sóng không ổn định Ngoài ảnh h-ởng phải kể đến suy hao phụ thuộc phân cực (PLD) thành phần hợp thành PLD phân biệt thay đổi phân cực thành phần c-ờng độ đ-ợc tách tõ tÝn hiƯu mong mn th«ng qua sù suy hao trạng thái phân cực có chọn lọc 77 Nguyên nhân: cấu trúc không hoàn hảo sợi quang nh- thành phần quang hợp thành nên có khác biệt chiết suất cặp trạng thái phân cực trực giao, đ-ợc gọi l-ỡng chiết Sự khác biệt chiết suất sinh độ chênh lệch thời gian truyền sóng mode phân cực Trong sợi đơn mode, t-ợng bắt nguồn từ không tròn ovan lõi sợi theo cách: ống dẫn sóng ovan (vốn có tính l-ỡng chiết) tr-ờng lực căng học tạo nên lõi ovan gồm l-ỡng chiết phụ Nhìn chung, ¶nh h-ëng cđa èng dÉn sãng ovan cã vai trò lớn sợi PMD thấp Sự l-ỡng chiết vật liệu suốt giống nh- thạch anh đ-ợc tạo từ cấu trúc tinh thể cân xứng Và nh- vậy, PMD thành phần quang sinh từ l-ỡng chiết thành phần thành phần quang hợp thành Tín hiệu truyền đ-ờng song song có độ dài quang khác sinh t-ợng trễ nhóm Sự phân cực sợi đặc tr-ng cho l-ỡng chiết lực học Nhiều phần tử thuỷ tinh đ-ợc chop vào lớp vỏ sợi lõi xuất tr-ờng lực không đối xứng dọc theo chiều dài sợi Khi ánh sáng phân cực bị ghép đoạn sợi tr-ờng điện đầu ánh sáng đầu vào đ-ợc phân tích thành module phân cực trực 78 giao với tốc độ truyền khác Các module phân cực đ-ợc trì dọc theo sợi l-ợng chúng không bị ghép Ngoài nguyên nhân l-ỡng chiết sinh uốn cong sợi Sự uốn cong làm thay đổi mật độ phân tử cấu trúc sợi, làm cho hệ số khúc xạ đối xứng Tuy nhiên, l-ỡng chiết uốn cong nguyên nhân chủ yếu sinh PMD PHẦN KẾT LUẬN Trong trình tìm hiểu khái quát hệ thống thông tin DWDM, rút số sau: Hệ thống thông tin quang hệ thống phương tiện sử dụng để truyền tin cáp sợi quang, phương thức truyền ánh sáng mang thông tin Hệ thống thông tin quang có ưu điểm bật so với hệ thống truyền thơng tin thơng dụng khác tính bảo mật, băng thông truyền lớn, độ ổn định cao (không bị nhiễu), cự ly truyền xa Hiện tại, chưa có phương tiện truyền dẫn thơng tin khác thay sợi quang vấn đề Để truyền ánh sáng ống dẫn quang phẳng góc tới lớn góc tới hạn (chùm tia phản xạ hồn tồn) Ngồi ra, cịn phải thỏa mãn số điều kiện như: Để thu nhận ánh sáng cách hiệu quả, lõi phải rộng nguồn sáng Ánh sáng phải vào lõi với góc quét  i thoả mãn : 79 NA  Sin i  n12  n 22 n (Khẩu độ số) Ghép kênh theo bước sóng DWDM cơng nghệ mang tính chất đột phá lĩnh vực truyền thơng tin cáp sợi quang Ngoài ưu việt truyền thơng tin cáp sợi quang mạng lại, cịn tận dụng tối đa băng thông (khả truyền thơng tin) truyền sợi quang Cũng hệ thống thông tin quang bản, hệ thống DWDM sử dụng cáp sợi quang làm môi trường truyền dẫn, đầu thu đầu phát Tuy nhiên, hệ thống thông tin phát thường gồm laser hồi tiếp phân bố DFB, sau điều chế ( thường bên máy phát laser) cịn hệ thống DWDM gói phát gồm nhiều phát laser, nhiều ghép kênh, khuếch đại cơng suất… Ngồi hệ thống DWDM cịn có ghép tách kênh Bộ ghép kênh quang nhận tín hiệu từ nhiều nguồn sáng khác ( có tần số sóng khác nhau) kết chúng lại thành tia sáng để truyền vào sợi quang Bộ tách kênh có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ sợi quang tách chúng thành tín hiệu tần số khác Bộ tách/ghép kênh thụ động hoạt động dựa nguyên lý hoạt động lăng kính cách tử Các hạn chế hệ thống truyền thông tin cáp sợi quang nói chung (cả DWDM) là: Suy hao đường truyền (Attenuation) Tán sắc ánh sáng (Dispersion) Ngồi cịn có ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến nhiễu xuyên âm 3.1 Suy hao đường truyền gây ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu thu phản ánh tỷ số S/N (Signal / Noise) Hạn chế khắc phục cách đặt trạm lặp - tái tạo lại tín hiệu sau tín hiệu bị suy giảm 80 3.2 Đối với hệ thống DWDM, tính chất tán sắc ánh sáng biểu rõ Do có nhiều bước sóng truyền lúc với tượng giãn phổ xung tín hiệu ánh sáng đầu thu dẫn đến nhiễu phổ tín Điều khắc phục cách bù tán sắc phương pháp khác đề cập 3.3 Nhiễu xuyên âm tượng bước sóng ánh sáng gần có phổ trùm lên Điều ảnh hưởng đến tỷ số S/N, nghĩa ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu Tính chất khắc phục cách quy hoạch lại khoảng cách kênh hay nói cách khác bước sóng Điều nhà khoa học nghiên cứu quy chuẩn quốc tế ITUT DWDM Tóm lại, hiểu rõ chất hệ thống DWDM nghiên cứu sâu hạn chế ánh hưởng đến DWDM hồn tồn làm chủ cơng nghệ truyền dẫn DWDM Cơng nghệ mà hồn tồn dựa vào tính chất vật lý quang học Trong khuôn khổ hạn chế đề tài này, nhiều nguyên nhân người viết chưa thể nghiên cứu cách tỉ mỉ yếu tố hạn chế hệ thống thông tin DWDM mà dừng lại việc nghiên cứu cách khái quát khía cạnh nói Đây đề tài mở, chờ đợi nghiên cứu để nghiên cứu chi tiết tỉ mỉ hơn./ ... Vậy cơng nghệ DWDM gì? Chúng ta tìm hiểu khn khổ chương II_HỆ THỐNG GHÉP KÊNH ĐA BƯỚC SÓNG DWDM 40 Chương II HỆ THỐNG GHÉP KÊNH ĐA BƯỚC SÓNG ( Hệ thống DWDM) 2.1 Giới thiệu chung DWDM (Dense... thuật ghép bước sóng quang thiết lập hệ thống ghép kênh theo bước sóng quang hướng thiết lập hệ thống ghép kênh bước sóng quang theo hai hướng Hình vẽ 2.1 hệ thống ghép kênh theo bước sóng quang... " Hệ thống thông tin " - Giới thiệu tổng quan khái niệm hệ thống thông tin quang, thành phần có hệ thống Chương II: "Hệ thống ghép kênh đa bước sóng" - Giới thiệu hệ thống ghép kênh đa bước sóng