Công suất của tín hiệu sẽ bị suy giảm dần trên đường truyền dẫn do rất nhiều nguyên nhân như: suy hao do bản thân sợi quang gây ra, do mối hàn, khớp nối, do các thành phần quang thụ động... Cự ly truyền dẫn càng dài thì công suất tín hiệu bị suy hao càng, công suất tín hiệu đến nhỏ hơn độ nhạy thu thì sẽ gây nên lỗi bit. Suy hao là tham số cần quan tâm nhất khi thiết kế mạng truyền dẫn quang. Trong mạng DWDM, công suất tín hiệu bị suy hao chủ yếu do bản thân sợi quang. Suy hao trong sợi quang có các nguyên ngân như do hấp thụ, do tán xạ tuyến tính và do uốn cong. Hình 2.16 biểu diễn đặc tính các da ̣ng suy hao theo bước sóng trong sợi quang làm bằng thuỷ tinh tha ̣ch anh pha GeO2 [18].
46
Dựa theo đặc tính suy hao trên người ta nhận thấy vùng có suy hao thấp nhất là dải bước sóng 1500 - 1700 nm (cửa sổ bước sóng 3), bước sóng trung tâm 1550 nm, hệ số suy hao 0,15 - 0,25 dB/km. Đây là vùng bước sóng được sử dụng chủ yếu trong các hệ thống thông tin quang DWDM.
Tuy nhiên, ngoài suy hao do sợi quang mà còn do suy hao xen trong các thiết bị thụ động DWDM. Ví dụ một bộ tách/ghép kênh quang AWG có suy hao xen 5 dB, nếu một tín truyền qua một nút ROADM PLC thì phải đi qua 2 bộ AWG sẽ bị suy hao 10 dB. Đồng thời các bộ splitter và VOA cũng làm suy hao thêm khoảng 3-5 dB nữa. Bảng 2.2 thống kê suy hao xen của một số thiết bị trong mạng DWDM [2].
Thành phần Suy hao xen
Bộ nối 0,25 dB Mối hàn 0,25 dB Coupler 2x2 3 dB MUX/DEMUX (AWG) 5 dB FOADM 2 dB ROADM 10 dB
OXC 3 dB ( chưa tính suy hao AWG)
Bảng 2.2: Suy hao xen của các thiết bị ở bước sóng 1550 nm
Với các bộ ROADM, suy hao xen không cố định mà phụ thuộc chủ yếu vào kiến trúc và loại thành phần được tích hợp. Ví dụ: ROADM PLC có suy hao xen tương đương với ROADM WSS có ít hơn 6 port, vì ROADM WSS có suy hao do các bộ splitter 1:N lớn nhưng bù lại các bộ tách/ghép quang không gian và chuyển mạch MEMS có suy hao thấp. ROADM đa bậc sử dụng các bộ splitter 1:8 và bộ WSS 8x1 thì suy hao xen lớn hơn so với ROADM 2 bậc sử dụng một splitter 1:2 và một bộ WSS 2x1 cho mỗi hướng truyền. Với một kiến trúc nút cụ thể và bộ splitter có suy hao không đổi, thì suy hao xen ROADM sẽ thay đổi theo đặc tính suy hao của WSS.
47
Quỹ công suất được đưa ra để đảm bảo công suất quang tới bộ thu đủ để duy trì hiệu năng tin cậy trong suốt thời gian hệ thống hoạt động. Quỹ công suất có công thức:
Pb = PS – PR – LC – LM (2.1) Trong đó PS là công suất nguồn phát quang (dBm)
PR là độ nhạy thu (dBm)
LC là suy hao các mối ghép, mối hàn (dB)
LM là suy hao dự phòng cho thiết bị (dB) Khoảng cách tối đa của tuyến L là :
L (km) = Pb
αc = Ps−PR−LC−LM
αf+αs+αm (2.2)
Trong đó αc là hệ số suy hao trung bình của tuyến (dB/km)
αf là hệ số suy hao sợi quang (dB/km)
αs là hệ số suy hao trung bình của mối hàn (dB/km)
αm là hệ số suy hao dự phòng cho cáp (dB/km)
Các hiện tượng như tán sắc ánh sáng, phân cực hoặc phi tuyến cũng có thể được định lượng hoá theo dB. Khi đó cần phải có dự phòng khi thiết kế hệ thống. Dự phòng do tán sắc sợi quang khoảng 1 dB, PMD là 0,5 dB, các hiện tượng phi tuyến là 0,5 dB và suy hao phụ thuộc phân cực PDL khoảng 0,3 dB.
Khi chiều dài truyền dẫn thiết kế lớn hơn chiều dài cho phép L, khi đó cần phải bù suy hao bằng các bộ khuếch đại được đặt tại các nút mạng như ROADM hoặc OLA. Một nút ROADM điển hình thường yêu cầu có 2 bộ khuếch đại. Bộ PA để bù suy hao do chiều dài sợi quang chặng trước đó. Bộ khuếch đại công suất BA được đặt trước sợi quang đầu ra của bộ ROADM, làm nhiệm vụ bù suy hao do các thành phần như bộ MUX/DEMUX, coupler/splitter, các bộ chuyển mạch…; đồng thời cũng cấp một công suất quang đủ lớn để truyền vào sợi quang. Với cấu hình nút mạng và
48
các đặc tính suy hao của bộ ROADM 8 bậc hiện nay, thì bộ khuếch đại BA thường yêu cầu độ lợi khoảng 19 dB (9 dB cho suy hao splitter, 6 dB cho WSS và 3 dB cho bộ cân bằng công suất quang). Vì suy hao trong một nút gần như không đổi nên bộ khuếch đại BA được thiết kế có độ lợi cố định hoặc có thể thay đổi một chút. Ngược lại, bộ khuếch đại PA thường yêu cầu độ lợi lớn hơn, thường là 25 dB hoặc cao hơn, để bù suy hao cho chặng khoảng 80 km trở lên. Hơn nữa, suy hao sợi quang cũng thay đổi từ chặng này tới chẳng khác, nên độ lợi bộ PA phải thay đổi tương ứng.