Bộ chuyển đổi bước súng là thiết bị chuyển đổi tớn hiệu cú bước súng này ở đầu vào ra thành tớn hiệu cú bước súng khỏc ở đầu ra. éối với hệ thống WDM, bộ chuyển đổi bước súng cho nhiều ứng dụng hữu ớch khỏc nhau:
- Tớn hiệu cú thể đi vào mạng với bước súng khụng thớch hợp khi truyền trong mạng WDM. Chẳng hạn như hiện nay cỏc thiết bị WDM trờn thế giới đa số đều chỉ cú khả năng hoạt động trờn cỏc bước súng thuộc băng C và băng L, nhưng tớn hiệu SDH hoạt động với bước súng 1310 nm cú thể truyền trờn hệ thống WDM nhờ cỏc bộ chuyển đổi bước súng đặt ở biờn giới giữa mạng WDM và mạng SDH, chuyển đổi tớn hiệu từ bước súng 1310 nm sang tớn hiệu tương thớch với bước súng theo qui định ITU-T hoạt động ở vựng 1550 nm.
- Bộ chuyển đổi khi được trang bị trong cỏc cấu hỡnh nỳt mạng WDM giỳp sử dụng tài nguyờn bước súng hiệu quả hơn, linh động hơn. Cú bốn phương phỏp chế tạo bộ chuyển đổi bước súng: phương phỏp quang-điện, phương phỏp cửa quang, phương
phỏp giao thoa và phương phỏp trộn bước súng. Phương phỏp trộn bước súng là phương phỏp toàn quang, hoạt động hoàn toàn khụng dựa vào tớn hiệu điện, tuy nhiờn hiện tại cụng nghệ chế tạo theo phương phỏp này vẫn chưa đủ hoàn thiện để cú thể thương mại hoỏ.
2.5. Ưu điểm nhược điểm của cụng nghệ WDM
Cụng nghệ ghộp kờnh theo bước súng được đưa vào sử dụng đó thoả món được phần nào về vấn đề trao đổi thụng tin của con người, mặc dự vậy khụng cú hệ thống nào đạt được tất cả cỏc yờu tố. Cụng nghệ ghộp kờnh theo bước súng cũng khụng ngoại lệ, chỳng cũng cú những ưu và nhược điểm sau.
2.5.1. Ưu điểm
- Tận dụng tài nguyờn rất rộng của sợi quang
Cụng nghệ WDM tận dụng tài nguyờn to lớn của sợi quang (phần tổn hao thấp), làm cho dung lượng truyền dẫn của một sợi quang so với truyền dẫn đơn bước súng tăng vài chục lần đến vài trăm lần, từ đú tăng dung lượng truyền dẫn hạ giỏ thành, cú giỏ trị ứng dụng và kinh tế cao. Hiện nay hệ thống thụng tin sợi quang chỉ truyền dẫn trong một kờnh tớn hiệu bước súng, mà bản thõn sợi quang trong khu vực cú tổn hao thấp rất rộng, cú rất nhiều bước súng cú thể sử dụng như hiện nay, người ta sử dụng chỉ một bộ phận rất nhỏ trong tần phổ tổn hao thấp của sợi quang. Mặc dự sử dụng toàn bộ dải tần miền khuếch đại của bộ khuếch đại quang pha Erbium (EDFA) (1530 -1565nm) cũng chỉ chiếm độ 1/6 dải tần của nú. Cho nờn cụng nghệ WDM tận dụng độ rộng băng rất lớn của sợi quang đơn mode, do đú ở mức độ rất lớn đó giải quyết vấn đề dải tần truyền dẫn.
- Truyền dẫn đồng thời nhiều tớn hiệu
Vỡ trong cụng nghệ WDM sử dụng cỏc bước súng độc lập với nhau, do đú cú thể truyền dẫn những tớn hiệu cú đặc tớnh hoàn toàn khỏc nhau, thực hiện việc tổng hợp và chia cỏc tớn hiệu dịch vụ viễn thụng, bao gồm tớn hiệu số và tớn hiệu tương tự, tớn hiệu
PDH và tớn hiệu SDH, truyền dẫn tớn hiệu hỗn hợp đa phương tiện (như tiếng núi, hỡnh ảnh, số liệu, đồ hoạ, văn bản ...).
-Thực hiện truyền dẫn hai chiều trờn một sợi quang
Do nhiều phương tiện thụng tin dựng phương thức hoàn toàn song cụng, nờn dựng cụng nghệ WDM cú thể tiết kiệm được lượng đầu tư lớn cho đường dõy.
-Nhiều ứng dụng
Căn cứ vào nhu cầu cụng nghệ WDM cú thể rất nhiều ứng dụng, như mạng đường trục đường dài, mạng phõn phối kiểu quảng bỏ, mạng cục bộ (LAN) nhiều đường địa chỉ..., do đú nú rất quan trọng với ứng dụng mạng.
-Tiết kiệm đầu tư cho đường dõy
Dựng cụng nghệ WDM cú thể ghộp kờnh N bước súng truyền dẫn trong sợi quang đơn mode, khi truyền dẫn đường dài dung lượng lớn cú thể tiết kiệm số lượng lớn sợi quang. Ngoài ra, thuận tiện cho việc mở rộng dung lượng hệ thống thụng tin sợi quang đó xõy dựng, chỉ cần hệ thống cũ thỡ cú thể tăng dung lượng mà khụng cần thay đổi nhiều đối với hệ thống cũ.
- Giảm yờu cầu siờu cao tốc đối với linh kiện
Do tốc độ truyền dẫn tăng lờn khụng ngừng, nờn tốc độ xử lý tương ứng của nhiều linh kiện cũng phải tăng. Sử dụng cụng nghệ WDM cú thể giảm yờu cầu rất cao đối với tớnh năng của một số linh kiện, đồng thời cú thể truyền dẫn dung lượng lớn.
- Tớnh linh hoạt, tớnh kinh tế và độ tin cậy cao
Sử dụng cụng nghệ WDM trong việc chọn đường, chuyển mạch và khụi phục mạng, từ đú cú một mạng trong suốt, linh hoạt, kinh tế và cú sức sống trong tương lai. Ghộp kờnh bước súng đối với khuụn dạng số lượng là trong suốt, tức là khụng cú quan hệ gỡ với tốc độ của tớn hiệu và phương thức điều chế về điện. Ghộp kờnh bước súng cũng là biện phỏp mở rộng và phỏt triển mạng lý tưởng, là cỏch thuận tiện để đưa vào dịch vụ băng rộng mới (vớ dụ IP,...). Thụng qua một bước súng phụ cú thể đưa vào mọi dịch vụ mới hoặc dung lượng mới mong muốn, vớ dụ hiện nay hoặc sau này thực hiện cụng nghệ truyền IP qua WDM.
2.5.2 Nhược điểm
- Vẫn chưa khai thỏc hết băng tần hoạt động cú thể của sợi quang (chỉ mới tận dụng được băng C và Băng L)
- Quỏ trỡnh khai thỏc và bảo dưỡng rất phức tạp
- Nếu hệ thống sợi quang đang sử dụng là sợi DSF theo chuẩn G.653 thỡ rất khú triển khai WDM vỡ xuất hiện hiện tượng trộn bốn bước súng khỏ gay gắt.
CHƯƠNG 3
NHỮNG VẤN ĐỀ KỸ THUẬT CẦN QUAN TÂM ĐỐI VỚI HỆ THỐNG WDM
Bất cứ một cụng nghệ nào cũng tồn tại những giới hạn và những vấn đề kỹ thuật. Khi triển khai cụng nghệ WDM vào mạng thụng tin quang, cần phải lưu ý một số vấn đề sau:
• Số kờnh được sử dụng và khoảng cỏch giữa cỏc kờnh
• Vấn đề ổn định bước súng của nguồn quang
• Vấn đề xuyờn nhiễu giữa cỏc kờnh
• Vấn đề tỏn sắc, bự tỏn sắc
• Quỹ cụng suất của hệ thống
• Ảnh hưởng của cỏc hiệu ứng phi tuyến
• EDFA và một số vấn đề khi sử dụng EDFA trong mạng WDM
Chương này sẽ lần lượt đề cập đến từng vấn đề, đồng thời đưa ra cỏc phương ỏn giải quyết cho từng trường hợp.
3.1. Số kờnh được sử dụng và khoảng cỏch giữa cỏc kờnh
Một trong cỏc yếu tố quan trọng cần phải xem xột là hệ thống sẽ sử dụng bao nhiờu kờnh và số kờnh cực đại cú thể sử dụng là bao nhiờu. Số kờnh cực đại của hệ thống phụ thuộc vào:
khả năng cụng nghệ hiện cú đối với cỏc thành phần quang của hệ thống, cụ thể là:
• Băng tần của sợi quang
khoảng cỏch giữa cỏc kờnh, một số yếu tố ảnh hưởng đến khoảng cỏch này là:
• Tốc độ truyền dẫn của từng kờnh
• Quỹ cụng suất quang
• Ảnh hưởng của cỏc hiệu ứng phi tuyến
• Độ rộng phổ của nguồn phỏt
• Khả năng tỏch/ghộp của cỏc thiết bị WDM
Khoảng cỏch kờnh là độ rộng tần số tiờu chuẩn giữa cỏc kờnh gần nhau. Việc phõn bổ kờnh một cỏch hợp lý trong dải băng tần cú hạn giỳp cho việc nõng cao hiệu suất sử dụng tài nguyờn dải tần và giảm ảnh hưởng phi tuyến tớnh giữa cỏc kờnh gần nhau. Sử dụng khoảng cỏch kờnh khụng đều nhau để hạn chế hiệu ứng trộn tần bốn súng trong sợi quang. Dưới đõy chỉ đề cập đến hệ thống cú khoảng cỏch kờnh đều nhau.
Nếu gọi ∆λ là khoảng cỏch giữa cỏc kờnh, ta cú:
f
∆ = λ2
λ
∆
c (3.1)
Như vậy, tại bước súng λ = 1550 nm, với ∆λ = 35 nm xột đối với riờng băng C thỡ ta sẽ cú ∆f = 4,37.1012 Hz = 4370 GHz. Giả sử tốc độ truyền dẫn của từng kờnh là 2,5 GHz, theo định lý Nyquist, phổ cơ sở của tớn hiệu là 2.2,5 = 5 GHz. Khi đú số kờnh bước súng cực đại cú thể đạt được là N = ∆f /5 = 874 kờnh trong dải băng tần của bộ khuếch đại quang (OFA). Đõy là số kờnh cực đại tớnh theo lý thuyết đối với băng C. Tuy nhiờn với mật độ kờnh càng lớn đũi hỏi cỏc thành phần quang trờn tuyến phải cú chất lượng càng cao. Để trỏnh xuyờn õm giữa cỏc kờnh này cần phải cú cỏc nguồn phỏt quang rất ổn định và cỏc bộ thu quang cú độ chọn lọc bước súng cao, bất kỳ sự dịch tần nào của nguồn phỏt cũng cú thể làm gión phổ sang kờnh lõn cận.
Tần số trung tõm danh định là tần số tương ứng với mỗi kờnh quang trong hệ thống ghộp kờnh quang. Để đảm bảo tớnh tương thớch giữa cỏc hệ thúng thống WDM khỏc nhau, cần
phải chuẩn hoỏ tần số trung tõm của cỏc kờnh, ITU-T đưa ra quy định về khoảng cỏch tối thiểu giữa cỏc kờnh là 100 GHz (xấp xỉ bằng 0,8 nm) với tần số chuẩn là 193,1 THz (mặc dự đó đưa ra cỏc sản phẩm mà khoảng cỏch giữa cỏc kờnh là 50 GHz, song cỏc sản phẩm thương mại vẫn chủ yếu theo quy định của ITU-T đó nờu).
Trong một hệ thống WDM số lượng bước súng khụng thể quỏ nhiều, bởi vỡ điều khiển và giỏm sỏt đối với cỏc bước súng này là một vấn đề phức tạp, cú thể quy định trị số lớn nhất đối với số lượng bước súng của hệ thống từ gúc độ kinh tế và cụng nghệ. Tất cả cỏc bước súng đều phải nằm ở phần tương đối bằng phẳng trờn đường cong tăng ớch của bộ khuếch đại quang, để cho hệ số tăng ớch của cỏc kờnh khi đi qua bộ khuếch đại quang là gần như nhau, điều này tiện lợi cho thiết kế hệ thống. Đối với bộ khuếch đại sợi quang pha trộn erbium, phần tương đối bằng phẳng của đường cong tăng ớch là từ 1540 nm đến 1560 nm. Một hệ thống WDM 16 kờnh và 8 kờnh trờn thực tế cú bảng phõn phối kờnh như dưới đõy:
Bảng 3.1. Tần số trung tõm của hệ thống WDM cú 16 kờnh và 8 kờnh Thứ tự Tần số trung tõm (THz) Bước súng (nm) 1 192 1560,61 * 2 192 1559,79 3 192 1558,98 * 4 192 1558,17 5 192 1557,36 * 6 192 1556,55 7 192 1555,75 * 8 192 1554,94 9 192 1554,13 * 10 193 1553,33 11 193 1552,52 * 12 193 1551,72
13 193 1550,92 *
14 193 1550,12
15 193 1549,32 *
16 193 1548,51
(Bước súng trung tõm của 8 kờnh trong hệ thống 8 kờnh chọn cỏc giỏ trị bước súng cú dấu *)
3.2. Ổn định bước súng của nguồn quang và độ rộng phổ của nguồn phỏta. Ổn định bước súng của nguồn quang a. Ổn định bước súng của nguồn quang
Trong hệ thống WDM, phải quy định và điều chỉnh chớnh xỏc bước súng của nguồn quang, nếu khụng, sự trụi bước súng do cỏc nguyờn nhõn sẽ làm cho hệ thống khụng ổn định hay kộm tin cậy. Hiện nay chủ yếu dựng hai phương phỏp điều khiển nguồn quang: thứ nhất là phương phỏp điều khiển phản hồi thụng qua nhiệt độ chip của bộ kớch quang để điều khiển giỏm sỏt mạch điện điều nhiệt với mục đớch điều khiển bước súng và ổn định bước súng; thứ hai là phương phỏp điều khiển phản hồi thụng qua việc giỏm sỏt bước súng tớn hiệu quang ở đầu ra, dựa vào sự trờnh lệnh trị số giữa điện ỏp đầu ra và điện ỏp tham khảo tiờu chuẩn để điều khiển nhiệt độ của bộ kớch quang, hỡnh thành kết cấu khộp kớn chốt vào bước súng trung tõm.
b. Yờu cầu độ rộng phổ của nguồn phỏt
Việc chọn độ rộng phổ của nguồn phỏt nhằm đảm bảo cho cỏc kờnh hoạt động một cỏch độc lập với nhau hay nú cỏch khỏc là trỏnh hiện tượng chồng phổ ở phớa thu giữa cỏc kờnh lõn cận. Băng thụng của sợi quang rất rộng nờn số lượng kờnh ghộp được rất lớn (ở cả hai cửa sổ truyền dẫn). Tuy nhiờn, trong thực tế cỏc hệ thống WDM thường đi liền với cỏc bộ khuếch đại quang sợi, làm việc chỉ ở vựng cửa sổ 1550 nm, nờn băng tần của hệ thống WDM bị giới hạn bởi băng tần của bộ khuếch đại (từ 1530 nm đến 1565 nm cho băng C; từ 1570 đến 1603 nm cho băng L). Như vậy một vấn đề đặt ra khi ghộp là khoảng cỏch ghộp giữa cỏc bước súng phải thoả món được yờu cầu trỏnh chồng
phổ của cỏc kờnh lõn cận ở phớa thu, khoảng cỏch này phụ thuộc vào độ rộng phổ của nguồn phỏt, phụ thuộc vào cỏc ảnh hưởng như: tỏn sắc sợi, cỏc hiệu ứng phi tuyến...
Cú thể xem hệ thống WDM như là sự xếp chồng của cỏc hệ thống truyền dẫn đơn kờnh khi khoảng cỏch giữa cỏc kờnh đủ lớn và cụng suất phỏt hợp lý. Mối quan hệ giữa phổ của tớn hiệu phớa thu với phổ của tớn hiệu phớa phỏt được thể hiện bởi tham số đặc trưng cho sự gión phổ, ký kiệu là ∆; độ rộng băng tần tớn hiệu truyền dẫn ký hiệu là B; độ tỏn sắc tương ứng với khoảng cỏch truyền ký hiệu là D. Gọi ξ là hệ số đặc trưng cho sự tương tỏc giữa nguồn phỏt và sợi quang, ta cú:
ξ = B.D.∆. (3.2) Từ cụng thức trờn cú thể tớnh được độ gión rộng phổ nguồn phỏt:
∆ = ξ/B.D. (3.3)
Với độ gión rộng phổ này và khoảng cỏch kờnh bước súng chọ theo bảng tần số trung tõm (bảng 3.1) ta tỡm được độ rộng phổ yờu cầu của nguồn phỏt.
3.3. xuyờn nhiễu giữa cỏc kờnh
Xuyờn nhiễu giữa cỏc kờnh trong sợi quang ảnh hưởng tới độ nhạy của mỏy
thu, chớnh vỡ vậy cú ảnh hưởng lớn đến chất lượng của hệ thống WDM. Cú thể chia ra làm hai loại xuyờn nhiễu chớnh sau đõy:
- Xuyờn nhiễu tuyến tớnh: do đặc tớnh khụng lý tưởng của cỏc thiết bị tỏch kờnh, mức xuyờn nhiễu này chủ yếu phụ thuộc vào kiểu thiết bị tỏch kờnh được sử dụng cũng như khoảng cỏch giữa cỏc kờnh.
- Xuyờn nhiễu phi tuyến: chủ yếu do cỏc hiệu ứng phi tuyến của sợi quang gõy nờn
3.4. Suy hao quỹ cụng suất của hệ thống WDM
Trong bất kỳ hệ thống số nào thỡ vấn đề quan trọng là phải đảm bảo được tỷ số tớn hiệu trờn tạp õm (S/N) sao cho đầu thu cú thể thu được tớn hiệu với một mức BER cho phộp. Giả sử mỏy phỏt phỏt tớn hiệu đi tới phớa thu với một mức cụng suất Pph nhất định, cụng suất của tớn hiệu sẽ bị suy giảm dần trờn đường truyền dẫn do rất nhiều
nguyờn nhõn như: suy hao do bản thõn sợi quang gõy ra, suy hao do cỏc thành phần quang thụ động...cự ly truyền dẫn càng dài thỡ cụng suất tớn hiệu bị suy hao càng nhiều, nếu suy hao quỏ lớn làm cho cụng suất tớn hiệu đến được mỏy thu nhỏ hơn cụng suất ngưỡng thu nhỏ nhất (Pthu min) cho phộp thỡ thụng tin truyền đi sẽ bị mất. Để mỏy thu thu được thụng tin thỡ cụng suất tớn hiệu đến mỏy thu phải nằm trong dải cụng suất của mỏy thu.
Pmỏy phỏt = Pphỏt + Pdự trữ (3.4) Pthu min < P phỏt - Ptổng suy hao < Pthu max (3.5) Như vậy để đảm bảo được thụng tin thỡ cụng suất phỏt phải càng lớn khi cự ly truyền dẫn càng lớn. Để khắc phục điều này người ta sử dụng bộ lặp tớn hiệu trờn đường truyền. Trước đõy khi chưa cú bộ khuếch đại quang, suy hao tớn hiệu trờn đường truyền sẽ được bự lại thụng qua việc sử dụng cỏc trạm lặp điện 3R, quỏ trỡnh này được thực hiện tương đối phức tạp. Đầu tiờn, phải tỏch tất cả cỏc kờnh (nhờ thiết bị DEMUX), biến đổi cỏc kờnh tớn hiệu quang này thành cỏc kờnh tớn hiệu điện, thực hiện khuếch đại từng kờnh, biến đổi từng kờnh trở lại tớn hiệu quang, sau đú mới thực hiện ghộp cỏc kờnh tớn hiệu quang này lại với nhau (nhờ thiết bị MUX), điều này làm cho việc tớnh toỏn, thiết kế tuyến thụng tin quang gặp nhiều khú khăn.
Việc sử dụng cỏc trạm lặp điện 3R khụng những làm cho số lượng thiết bị trờn