Hiệu ứng quang được gọi là phi tuyến nếu các tham số của nó phụ thuộc vào cường độ ánh sáng(công suất).
Các hiệu ứng phi tuyến ảnh hưởng đến chất lượng của hệ thống DWDM (gây giới hạn công suất phát và số lượng kênh) có thể chia thành hai loại là hiệu ứng tán xạ và hiệu ứng Kerr.
31
a. Hiệu ứng tán xạ (bao gồm các hiệu ứng SBS và SRS):Phát sinh do tác động qua lại giữa các sóng ánh sáng với các phonon (rung động phân tử) trong môi trường sợi quang silica- một trong nhiều loại hiệu ứng tán xạ.Trong các hiệu ứng tán xạphi tuyến, năng lượng từmột sóng ánh sáng được chuyển sang một sóng ánh sáng khác có bước sóng dài hơn (hoặc năng lượng thấp hơn). Năng lượng mất đi bịhấp thụbởi các dao động phân tửhoặc các phonon (loại phonon liên quan đến sựkhác nhau giữa SBS và SRS). Sóng thứhai được gọi là sóng Stokes. Sóng thứnhất có thểgọi là sóng bơm(Pump) gây ra sựkhuếch đại sóng Stokes. Khi sóng bơm truyền trong sợi quang, nó bịmất nănglượng và sóng Stokes nhận thêm năng lượng. Trong trường hợp SBS, sóng bơm là sóng tín hiệu và sóng Stokes là sóng không mong muốn được tạo ra do quá trình tán xạ. Trong trường hợp SRS, sóng bơm là sóng có năng lượng cao và sóng Stokes là sóng tín hiệu được khuếch đại từsóng bơm.
- Hiệu ứng SBS (Stimulated Brillouin Scrattering) trong trường hợp SBS, các phonon liên quan đến sựtác động tán xạlà các phonon âmhọc và sựtương tác này xảy ra trên dải tần hẹp Δf = 20MHz ởbước sóng 1550nm. Sóng bơm và sóng Stokes truyền theo hai hướng ngược nhau. Do đó, SBS không gây ra bất kỳtác động qua lại nào giữa các bước sóng khác nhau khi mà khoảng cách bước sóng lớn hơn 20MHz. Tuy nhiên, SBS cũng có thểtạo nên sựméo khá quan trọng trong một kênh đơn lẻ. SBS tạo ra độlợi theo hướng ngược lại với hướng lan truyền tín hiệu, nói cách khác là hướng vềphía nguồn. Vì vậy, nó làm suy giảm tín hiệu được truyền cũng nhưtạo ra một tín hiệucó cường độmạnh vềhướng phát, nên phải dùng một bộcách ly đểbảo vệ.
- Hiệu ứng SRS (Stimulated Raman Scrattering) Nếu đưa vào trong sợi quang hai hay nhiều tín hiệu có bước sóng khác nhau thì SRS gây ra sựchuyển năng lượng từcác kênh có bước sóng thấp sang các kênh có bước sóng cao hơn.Không giống nhưSBS, SRS là một hiệu ứng băng rộng. Giá trị đỉnh của hệsố độlợi ởbước sóng 1550nm nhỏhơn nhiều so với độlợi của SBS. Tuy nhiên, các kênh cách nhau đến 15THz (125nm) sẽbịtác động của SRS. SRS gây ảnh hưởng trên cảhướng
32
truyền và hướng ngược lại. Mặc dù SRS giữa các kênh trong hệthống WDM ảnh hưởng xấu cho hệthống, SRS có thể được dùng đểkhuếch đại hệthống.
b. Hiệu ứng Kerr:
Gồm các hiệu ứng SPM, XPM, FWM:
- Hiệu ứng SPM (Self Phase Modulation) là hiện tượng khi cường độ quang đưa vào thay đổi, hiệu suất khúc xạ của sợi quang cũng thay đổi theo gây ra sự biến pha của sóng quang. Khi kết hợp với tán sắc của sợi quang sẽ dẫn đến phổ tần dãn rộng và tích lũy theo sự tăng lên của chiều dài. Sự biến đổi công suất quang càng nhanh thì biến đổi tần số quang càng lớn.
Độ dịch pha 1 kênh :
Ф = ∫ ( − ) = ∫ ( ) = (3.5)
- Hiệu ứng XPM (Cross Phase Modulation), có nghĩa là trong hệ thống nhiều bước sóng vì hiệu suất khúc xạ biến đổi theo cường độ đầu vào dẫn đến pha của tín hiệu bị điều chếbởi công suất của kênh khác.
Độ dịch pha kênh thứ 1 bị ảnh hưởng bởi 2 kênh 2,3: Φ1= .Leff(P1+2P2+2P3)(3.6)
- Hiệu ứng FWM (Four Wave Mixing) xuất hiện khi có nhiều tín hiệu quang truyền dẫn hỗn hợp trên sợi quang làm xuất hiện bước sóng mới gây nên xuyên nhiễu làm hạn chế số bước sóng được sử dụng. Việc nảy sinh các hiệu ứng phi tuyến sẽ gây các hiệntượng xuyên âm giữa các kênh, suy giảm mức công suất tín hiệu của từng kênh dẫn đến suy giảm t số S/N, ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống.
Bằng việc đặt các bộ khuếch đại quang có thể làm nâng cao hiệu suất của tín hiệu quang để tách quang. Cường độ của sóng điện từ truyền qua sợi quang dẫn đến phi tuyến. Chiết suất có thành phần phi tuyến phụ thuộc vào mức tín hiệu. Phi tuyến tạo ra sự dịch pha phi tuyến ∅ .
33 ∅ = ̅ (3.7) ̅= (3.8) Trong đó: ̅là hệ số phi tuyến là hệ số vỏ
là diện tích mặt cắt ngang của lõi.
Kết luận chương:
Chương này chúng ta đã tìm hiểu các yêu tố ảnh hưởng tới chất lượng truyến DWDM.Các hiện tượng ảnh hưởng đến tín hiệu quang gồm có các hiện tượng tuyến tính và phi tuyến.
34
CHƯƠNG 4:CÁC THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG DWDM 4.1 Bộ phát đáp quang OTU
4.1.1 Vai trò và chức năng
OTU (Optical Transponder Unit) là thiết bị được sử dụng để thực hiện sửa dạng tín hiệu. Nó chuyển đổi những tín hiệu của các kênh quang đầu vào ở phía Client side thành các tín hiệu quang chuẩn theo khuyến nghị G.692 của ITU-T để có thể truyền trên hệ thống DWDM. OTU có ba chức năng chính: Tái tạo dạng xung (reshape), đồng bộ lại (retiming) và phát lại (regenerate). Ngoài ra, OTU còn có các chức năng phụ trợ như giám sát trạng thái và chất lượng tuyến, sửa lỗi, ...Đặc trưng của OTU là khối phát bước sóng chuẩn DWDM. Các yêu cầu đối với khối này như sau:
- Nguồn phát tiêu chuẩn: Băng hẹp, không có mode bên, tần số trung tâm ổn định tuân theo khuyến nghị của ITU-T.
- Nguồn phát với khả năng chịu tán sắc cao: Nguồn phát phải đảm bảo băng tần đủ hẹp để tín hiệu mức tán sắc khi truyền trong sợi quang đảm bảo yêu cầu của bộ thu.
4.1.2 Phân loại
Tùy vào công nghệ chế tạo, chức năng hoạt động, dịch vụ đầu cuối,... mà có thể chia OTU ra thành nhiều loại khác nhau. Về phía nhà khai thác mạng, có thể phân loại OTU theo các tiêu chí như sau:
- Phân loại theo chức năng sửa lỗi: Có hai loại sau:
1) OTU không có chức năng sửa lỗi: OTU không có chức năng sửa lỗi, chỉ đơn thuần làm nhiệm vụ truyền tải, chuyển đổi tín hiệu.
2) OTU có chức năng sửa lỗi: Ngoài chức năng chuyển đổi tín hiệu, OTU còn có sửa lỗi FEC (Forward Error Correction) nhằm giảm lỗi bit. OTU sửa lỗi có 3 loại.
+ OTU có chức năng sửa lỗi bằng FEC thông thường.
+ OTU có chức năng s
-Phân loại theo dị
1) OTU hỗ trợ dịch v 2) OTU hỗ trợ dịch v Giga Ethernet.
-Ngoài ra người ta còn phân lo
4.1.3 Sơ đồ khối và nguyên lý hoSơ đồ khối Sơ đồ khối
Bộ phát đáp OTU s
Chức năng các khối thu quang, các kh thông. Khối sửa lỗi và giám sát có hai ch
và mào đầu.
Hình 4.1: Sơ đ
+ Khối phát tín hi khối phát tín hiệu quang là kh không chuẩn hóa. Khối phát tín hi diện client side, có chức năng phát tín hi
35
c năng sửa lỗi bằng EFEC (Enhance FEC – FEC tăng cư
ịch vụ đầu cuối: Có hai loại phổ biến sau:
ch vụ SDH phía đầu cuối ở các tốc độ STM-1/4/16/64
ch vụ Ethernet, chủ yếu là hỗ trợ dịch vụ 1Giga Ethernet, 10
i ta còn phân loại OUT theovị trí trong hệ thống và theo c
i và nguyên lý hoạt động
phát đáp OTU sửa lỗi có sơ đồ chức năng được trình bày trên hình i thu quang, các khối phát quang và khối điề
i và giám sát có hai chức năng: Sửa lỗi FEC, Giám sát ch
: Sơ đồ khối chức năng của OTU có FEC, [3]
i phát tín hiệu quang: Có chức năng phát tín hiệu quang, có hai lo u quang là khối phát bước sóng chuẩn hóa và khối phát bư
i phát tín hiệu quang không chuẩn hóa là kh c năng phát tín hiệu quang tại bước sóng thích h
FEC tăng cường).
1/4/16/64. 1Giga Ethernet, 10
ng và theo cấu tạo.
c trình bày trên hình 4.1. ều khiển truyền Giám sát chất lượng
, [3]
u quang, có hai loại i phát bước sóng n hóa là khối phát tại giao c sóng thích hợp với giao
36
diện mạng ngoài và không theo chuẩn hóa của hệ thống DWDM. Khối phát tín hiệu quang bước sóng chuẩn hóa là khối phát tại giao diện network side, có chức năng phát ra tín hiệu quang nằm trong bộ giá trị bước sóng chuẩn hóa DWDM theo khuyến nghị ITU-T G.692, G.694.1 để phù hợp với bộ ghép kênh theo bước sóng.
+ Khối giám sát chất lượng và byte mào đầu: Có chức năng xử lý các thông số chất lượng dịch vụ và giám sát byte mào đầu thu được. Các thông tin sau khi được xử lý được đẩy tới khối điều khiển và truyền thông.
+ Khối điều khiển và truyền thông: Có hai chức năng: 1) Nhận lệnh từ phần mềm NE và điều khiển các khối chức năng và gửi thông tin phản hồi. 2) Nhận các thông tin từ khối giám sát chất lượng và byte mào đầu, nhận biết tín hiệu báo lỗi từ các khối chức năng trong hệ thống. Sau đó, đưa ra cảnh báo về phần mềm NE và từ đó chuyển về hệ thống quản lý mạng.
+ Khối thu tín hiệu quang: Có chức năng thu tín hiệu quang trên dải rộng.
Nguyên lý hoạt động
Theo hướng phát, luồng thông tin từ mạng ngoài phía khách hàng cần truyền được đưa vào khối thu tín hiệu quang của giao diện client side để khôi phục luồng thông tin ban đầu. Luồng tin thu được tiếp tục được chuyển đến khối sửa lỗi và giám sát mào đầu để tính toán bit dư và chèn thêm mã hóa FEC vào luồng tín hiệu. Luồng tín hiệu đầu ra được đưa đến khối phát bước sóng chuẩn hóa để chuyển hóa thành tín hiệu quang có bước sóng chuẩn hóa DWDM phù hợp với bộ ghép kênh bước sóng.
Theo hướng thu, tín hiệu quang bước sóng chuẩn hóa từ bộ tách kênh bước sóng quang được đưa đến khối thu tín hiệu quang giao diện network để khôi phục luồng thông tin ban đầu. Luồng thông tin thu được tiếp tục được chuyển đến khối sửa lỗi và giám sát để sửa lỗi bằng phương thức FEC. Luồng tin sau khi được sửa lỗi được đưa đến khối phát bước sóng không chuẩn hóa của giao diện client side để chuyển thành tín hiệu quang phù hợp với thiết bị mạng ngoài.
37
Khối sửa lỗi và giám sát đọc và phân tích phần mào đầu của các dòng tín hiệu khôi phục được để nhận biết trạng thái và chất lượng đường truyền. Thông tin này được chuyển đến đến khối điều khiển và truyền thông. Các lỗi phát sinh trong quá trình hoạt động của các khối chức năng cũng được thông báo đến khối điều khiển và truyền thông. Khối điều khiển và truyền thông có 2 chức năng: Điều khiển hoạt động của các khối và gửi thông tin về cấu hình, trạng thái, các phản hồi về phần mềm NE định kỳ và theo yêu cầu.
4.2 Bộ ghép kênh quang OMU
4.2.1 Vai trò và chức năng
Vai trò: OMU nằm ở đầu phát của tuyến DWDM, có vai trò ghép tín hiệu
quang để truyền trên cùng một sợi quang.Đôi khi, OMU cũng phục vụ cho mục đích
tái tạo tín hiệu hoặc chuyển tiếp tín hiệu.
Chức năng:OMU có chức năng ghép các kênh quang phân chia theo bước
sóng. Ngoài ra, OMU còn có các chức năng phụ trợ như điều chỉnh công suất từng kênh, giám sát công suất, trích một phần tín hiệu ghép tổng cho mục đích đo kiểm,
giám sát,... 4.2.2 Phân loại
Có thể phân loại OMU theo các tiêu chí sau:
1) Phân loại theo dung lượng bộ ghép: 40 bước sóng và 80 bước sóng.
2) Phân loại theo chức năng điều chỉnh công suất: Có hai loại: có và không điều chỉnh công suất từng kênh.
3) Phân loại theo nguyên lý cơ sở: Có các loại thông dụng như sau: + Cách tử nhiễu xạ.
+ Cách tử dàn ống dẫn sóng. + Bộ lọc bằng film mỏng.
38
4.2.3 Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động Sơ đồ khối Sơ đồ khối
Hình 4.2 biểu diễn sơ đồ khối chức năng của bộ ghép kênh quang theo bước sóng có thể điều chỉnh công suất từng kênh và có hệ thống giám sát công suất quang tích hợp.
Cấu tạo của bộ ghép kênh quang theo bước sóng bao gồm: Khối ghép kênh quang theo bước sóng, các khối suy hao điều chỉnh được,bộ chia quang,khối giám sát công suất quang,khối điều khiển và truyền thông.
Hình 4.2: Sơ đồ khối chức năng của bộ ghép kênh quang, [3] Nguyên lý hoạt động
Mỗi bước sóng trên từng kênh riêng biệt được đưa qua bộ ghép bước sóng MUX để ghép thành tín hiệu ghép kênh tổng, tín hiệu ghép tổng tại đầu ra của khối MUX đi qua một bộ chia công suất quang thụ động để tách một phần tín hiệu với công xuất nhỏ đưa tới khối giám sát công suất quang, phần tín hiệu có công xuất lớn được đưa tới lối ra.
Khối giám sát công suất quang làm nhiệm vụ giám sát công xuất luồng tổng của tín hiệu đầu ra thông qua phần tín hiệu được tách từ bộ chia. Khối giám sát công suất quang cung cấp một đầu ra giám sát quang, trích từ tín hiệu ghép tổng, để phục
39
vụ cho mục đích đo kiểm. Khối điều khiển và truyền thông làm nhiệm vụ giao tiếp với hệ thống quản lý mạng NMS: Nhận lệnh từ NMS, điều khiển các thành phần trong bộ ghép kênh và gửi kết quả giám sát công suất, cấu hình, trạng thái về NMS.
Các thông số được giám sát, cảnh báo, điều khiển như sau: - Giám sát các thông số chất lượng:
+ Công suất tổng đầu ra.
+ Nhiệt độ làm việc của các ống dẫn sóng (AWG). - Cảnh báo:
+ Cảnh báo khi không có tín hiệu quang đầu ra. + Cảnh báo khi tín hiệu đầu ra quá thấp.
+ Cảnh báo quá ngưỡng nhiệt độ làm việc. - Điều khiển:
+ Cấu hình ngưỡng làm việc. + Upgrade firmware trực tuyến. 4.3 Bộ tách kênh quang ODU
4.3.1 Vai trò và chức năng
Vai trò:ODU nằm ở đầu thu của tuyến DWDM, có vai trò tách luồng tín hiệu
tách luồng quang ghép kênh tổng thành các kênh bước sóng đơn. Trong mạng DWDM tích hợp, ODU nằm ở biên mạng DWDM. Về phía client, ODU giao tiếp trực tiếp với các mạng khác. Về phía mạng, ODU kết nối với đầu ra các bộ khuếch đại hoặc giao tiếp trực tiếp với khối giao tiếp đường truyền (trong trường hợp tuyến ngắn). Trong mạng DWDM mở, về phía client, ODU kết nối với đầu thu các các OTU, về phía mạng, ODU kết nối với đầu ra bộ khuếch đại hoặc giao tiếp trực tiếp với khối giao tiếp đường truyền (trong trường hợp tuyến ngắn). Đôi khi, ODU cũng
40
Chức năng:ODU có chức năng tách các kênh quang phân chia theo bước
sóng. Ngoài ra, ODU còn có các chức năng phụ trợ như giám sát công suất đầu vào,
trích một phần tín hiệu ghép kênh tổng cho mục đích đo kiểm, giám sát,... 4.3.2 Phân loại
1) Phân loại theo dung lượng bộ tách: 40 bước sóng và 80 bước sóng. 2) Phân loại theo nguyên lý cơ sở: Có các loại thông dụng như sau: + Cách tử nhiễu xạ.
+ Cách tử dàn ống dẫn sóng. + Bộ lọc bằng film mỏng.
+ Hệ thống xoay vòng quang kết hợp FBG.
+ Hệ thống Mach-Zehnder Interferometer kết hợp với FBG.
4.3.3 Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động Sơ đồ khối Sơ đồ khối
Hình 4.3 biểu diễn sơ đồ khối chức năng của bộ tách kênh quang theo bước sóng có hệ thống giám sát công suất quang tích hợp.
Cấu tạo của bộ tách kênh quang theo bước sóng bao gồm: + Khối tách kênh quang theo bước sóng.
+ Bộ chia quang giám sát.
+ Khối giám sát công suất quang. + Khối điều khiển và truyền thông.
41
Hình 4.3: Sơ đồ khối chức năng của bộ tách kênh quang. [3] Nguyên lý hoạt động
Luồng tín hiệu ghép kênh tổng đầu vào được đưa qua một bộ chia công suất quang thụ động để tách một phần tín hiệu với công xuất nhỏ đưa tới khối giám sát công suất quang, phần tín hiệu có công xuất lớn được đưa tới bộ tách quang theo bước sóng để tách thành các kênh bước sóng đơn.
Khối giám sát công suất quang làm nhiệm vụ giám sát công xuất luồng tổng của tín hiệu đầu vào thông qua phần tín hiệu được tách từ bộ chia. Khối giám sát công suất quang cung cấp một đầu ra giám sát quang, trích từ tín hiệu ghép tổng, để phục vụ cho mục đích đo kiểm. Khối điều khiển và truyền thông làm nhiệm vụ giao tiếp với hệ thống quản lý mạng NMS: nhận lệnh từ NMS, điều khiển các thành phần trong bộ tách kênh và gửi kết quả giám sát công suất, cấu hình, trạng thái về NMS.