CHƯƠNG 4 : BỘ THU QUANG
5.2. Nguyên lý ghép kênh theo bước sóng quang (WDM)
5.2.1. Sơ đồ khối tổng quát
a) Định nghĩa:
Ghép kênh theo bước sóng (WDM) là công nghệ truyền dẫn đồng thời nhiều bước sóng tín hiệu quang trong một sợi quang. Ở đầuphát, các tín hiệu quang có bước sóng khác nhau được ghép kênh để truyền đi trên một sợi quang. Ở đầu thu, tín hiệu tổ hợp đó được tách kênh khôi phục lại thành các tín hiệu gốc và đưa đến các thiết bị đầu cuối khác nhau.
Hình 5.2. Cấu trúc hệ thống WDM
Khối phát tín hiệu: Trong hệ thống WDM, nguồn phát quang được dùng là Laser. Hiện đã có một số loại nguồn phát như: Laser điều chỉnh được bước sóng (Tunable Laser), Laser đa bước sóng (Multiwavelength Laser)... Yêu cầu đối với nguồn phát Laser là phải có độ rộng phổ hẹp, bước sóng phát ra ổn định; mức công suất phát đỉnh, bước sóng trungtâm, độrộng phổ nằm trong giới hạn cho phép.
Khối ghép/tách tín hiệu (MUX/DEMUX): Ghép tín hiệu WDM là sự kết hợp một số nguồn sáng khác nhau thành một luồng tín hiệu ánh sáng tổng hợp để truyền dẫn qua sợi quang. Tách tín hiệu WDM là sự phân chia luồng ánh sáng tổng hợp đó thành các tín hiệu ánh sáng riêng rẽ tại mỗi cổng đầu ra bộ tách. Hiện tại đã có các bộ tách/ghép tín hiệu WDM như: bộ lọc màng mỏng điện môi, cách tử Bragg sợi, cách tử nhiễu xạ, linh kiện quang tổ hợp AWG, bộ lọc Fabry-Perot... Khi xét đến các bộ tách/ghép WDM, ta phải xét các tham số như: khoảng cách giữa các kênh, độ rộng băng tần của các kênh bước sóng, bước sóng trung tâm của kênh, tính đồng đều của kênh, các loại suy hao…
Truyền dẫn tín hiệu: Quá trình truyền dẫn tín hiệu trong sợi quang chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố: suy hao, tán sắc, các hiệu ứngphi tuyến... Mỗi vấn đề kể trên đều phụ thuộcrất nhiều vào yếu tố sợi quang (loại sợi quang, chất lượng sợi...).
Khối khuếch đại tín hiệu: dùng để bù suy hao trong quá trình truyền. Hệ thống WDM hiện tại chủ yếu sử dụng bộ khuếch đại quang sợi EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier). Tuy nhiên bộ khuếch đại Raman hiện nay cũng đã được sử dụng trên thực tế. Bộkhuếch đại cần có độ lợi đồng đều vớicác kênh bước sóng.
Khối thu tín hiệu: cũng sử dụng các bộ tách sóng quang như trong hệ thống thông tin quang thông thường: PIN, APD.
c) Phân loại hệ thống WDM:
Hệ thống WDM vềcơ bản chia làm 2 loại: hệ thống đơn hướng và song hướng như minh hoạ trên hình 5.3. Hệ thống đơn hướng chỉ truyền theo một chiều trên sợi
quang. Do vậy, để truyền thông tin giữa 2 điểm cần 2 sợi quang. Hệ thống WDM song hướng, ngược lại, truyền hai chiều trên một sợiquang nên chỉ cần một sợi quang để có thể trao đổi thông tin giữa2 điểm.
Hình 5.3. Phân loại hệ thống WDM
Cả hai hệ thống đều có những ưu nhược điểm riêng. Giả sử rằng công nghệ hiện tại chỉ cho phép truyền N bước sóng trên một sợi quang, so sánh hai hệ thống ta thấy:
• Xét về dung lượng, hệ thống đơn hướng có khả năng cung cấp dunglượng cao gấp đôi so với hệ thống song hướng. Ngược lại, số sợi quang cần dùng gấp đôi so với hệ thống song hướng.
• Khi sự cố đứt cáp xảy ra, hệ thống song hướng không cần đến cơ chế chuyển mạch bảo vệ tự động APS (Automatic Protection Switching) vì cả hai đầu của liên kết đều có khả năng nhận biết sự cố ngaylập tức.
• Về khía cạnh thiết kế mạng, hệ thống song hướng khó thiết kế hơn vì còn phải xét thêm các yếu tố như: vấn đề xuyên nhiễu do có nhiều bước sóng hơn trên một sợi quang, đảm bảo định tuyến và phân bố bước sóng sao cho hai chiều trên sợi quang không dùng chung mộtbước sóng…
• Các bộ khuếch đại trong hệ thống song hướng thường có cấu trúc phức tạp hơn trong hệ thống đơn hướng. Tuy nhiên, do số bước sóng khuếch đại trong hệ thống song hướng giảm ½ theo mỗi chiều nên ở hệ thống song hướng, các bộ khuếch đại sẽ cho công suất quang ngõ ra lớn hơn so với ở hệ thống đơn hướng.
5.2.2. Đặc điểm của hệ thống
a) Ưuđiểm:
Dung lượng truyền dẫn lớn: Hệ thống WDM có thể mang nhiều kênh quang, mỗi kênh quang ứng với tốc độ bit nào đó (TDM). Do đó hệ thống WDM có dung lượng truyền dẫn lớn hơn nhiều so với các hệ thống TDM. Hiện nay hệ thống WDM 80 bước sóng với mỗi bước sóng mang tín hiệu TDM 2,5Gbit/s, tổng dung lượng hệ thống sẽ là 200Gbit/s đã được thử nghiệm thành công. Trong khi đó thử nghiệm hệ thống TDM, tốc độ bit mới chỉ đạt tới STM-256 (40Gbit/s).
Loại bỏ yêu cầu khắt khe cũng như những khó khăn gặp phải với hệ thống TDM đơn kênh tốc độ cao: Không giống như TDM phải tăng tốc độ số liệu khi lưu lượng truyền dẫn tăng, WDM chỉ cần mang vài tín hiệu, mỗi tín hiệu ứng với một bước sóng riêng (kênh quang), do đó tốc độ từng kênh quang thấp. Điều này làm giảm đáng kể tác động bất lợi của các tham số truyền dẫn như tán sắc… Do đó tránh được sự phức tạp của các thiết bị TDM tốc độ cao.
Đáp ứng linh hoạt việc nâng cấpdung lượng hệ thống, thậm chí ngay cả khi hệ thống vẫn đang hoạt động: Kỹ thuật WDM cho phép tăng dung lượng của các mạng hiện có mà không phải lắp đặt thêm sợi quang mới (hay cáp quang). Bên cạnh đó nó cũng mở ra một thị trường mới đó là thuê kênh quang (hay bước sóng quang) ngoài việc thuê sợi hoặc cáp. Việc nâng cấp chỉ đơn giản là gắn thêm các Card mới trong khi hệ thống vẫn hoạt động (plug-n-play).
Quản lý băng tần hiệu quả và thiết lập lại cấu hình một cách mềm dẻo và linh hoạt: Việc định tuyến và phân bổ bước sóng trong mạng WDM cho phép quản lý hiệu quả băng tần truyền dẫn và thiết lập lại cấu hình dịch vụ mạng trong chu kỳ sống của hệ thống mà không cần thi công lại cáp hoặc thiết kếlại mạng hiện tại.
Giảm chi phí đầu tư mới.
b) Nhược điểm:
Dung lượng hệ thống vẫn còn quá nhỏ bé so với băng tần sợi quang: Công nghệ WDM ngày nay rất hiệuquả trong việc nâng cao dung lượng nhưng nó cũng chưa khai thác triệt để băng tần rộng lớn của sợi quang. Cho dù công nghệ còn phát triển nhưng dung lượng WDM cũng sẽ đạt đến giá trị tới hạn.
Chi phí cho khai thác tăng do có nhiều hệ thống cùng hoạt động hơn. Tuy nhiên, chi phí cho bảo dưỡng hệ thống WDM vẫn nhỏ hơn rất nhiều nếu so sánh với hệ thống TDM có dung lượng tương đương.