Nguồn phát quang là thiết bị tích cực nằm ở phía đầu phát của hệ thống truyền dẫn quang. Nguồn phát có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang, tín hiệu quang có thể đ-ợc điều chế ngoài bằng một sóng ánh sáng liên tục hoặc sử dụng các thiết bị phát ra ánh sáng điều chế trực tiếp.
Khi thiết kế hệ thống quang, nguồn phát quang luôn đ-ợc đặc biệt chú trọng. Các đặc tính của nó có ảnh h-ởng rất lớn đến hiệu quả cuối cùng của tuyến quang. Trong hệ thống truyền dẫn quang có hai loại thiết bị phát quang đ-ợc sử dụng là: Điốt phát quang (LED) và Điốt laser hay còn gọi là Laser bán dẫn (LD). LED là thiết bị có tốc độ t-ơng đối chậm, th-ờng đ-ợc sử dụng trong các ứng dụng có tốc độ d-ới 1Gbps và cho các hệ thống sử dụng sợi quang đa mode. Trái lại, các laser bán dẫn có đặc tính tốt hơn và đ-ợc sử dụng cho các ứng dụng đối với sợi quang đơn mode.
Thực tế hệ thống WDM sử dụng các laser bán dẫn đơn mode vì đó là nguồn phát quang thoả mãn đ-ợc hầu hết các yêu cầu về nguồn phát đối với hệ thống truyền tải quang sử dụng công nghệ WDM, cụ thể nh- sau:
Độ rộng phổ hẹp và phổ vạch: Nhìn chung hệ thống WDM cũng sử dụng
các nguồn phát giống nh- hệ thống truyền dẫn quang đơn kênh cự ly dài. Tuy nhiên
Formatted: Indent: Left: 0", First line: 0,5", Bulleted + Level: 1 + Aligned at: 0,25" + Tab after: 0,5" + Indent at: 0,5"
Formatted: Font: 13 pt
Formatted: Font: .VnArial Narrow
đối với WDM, ng-ời ta th-ờng sử dụng các loại laser DFB và DBR vì có duy nhất một vạch phổ trong dải phổ của nó. Độ rộng dải phổ tuỳ thuộc vào dung sai của các phần tử và số l-ợng kênh trong hệ thống.
Độ ổn định b-ớc sóng phát: Trong hệ thống WDM cần giảm thiểu sự thay
đổi của b-ớc sóng nguồn phát trong thời gian hoạt động để tránh đ-ợc những ảnh h-ởng không mong muốn đến chỉ tiêu hệ thống.
Khả chỉnh: các laser khả chỉnh có ý nghĩa rất lớn trong mạng truyền tải
quang t-ơng lai, đặc biệt là mạng quảng bá. Khả năng khả chỉnh của các bộ phát và thu ảnh h-ởng đến chỉ tiêu của toàn hệ thống.
Nguồn phát đa b-ớc sóng: Một trong các yêu cầu của mạng t-ơng lai là
khả năng đáp ứng nhanh đối với các nguồn khả chỉnh. Để thực hiện điều này có thể tích hợp nhiều laser có b-ớc sóng khác nhau trên cùng một nền. Do đó kiểu laser này đáp ứng đồng thời với nhiều b-ớc sóng và có khả năng điều chỉnh rất nhanh bằng cách lựa chọn b-ớc sóng phát.
Các b-ớc sóng đối với nguồn phát laser cho hệ thống WDM điểm- điểm với khoảng cách b-ớc sóng là 100GHz và b-ớc sóng trung tâm là 1553.52nm đ-ợc định
ngiã bởi chuẩn G.692 của ITU-T nh- thể hiện ở bảng 2.1 (23) d-ới đây:
Bảng 2.1: Các b-ớc sóng của hệ thống WDM [12] S TT Tần số (THz) B-ớc sóng (nm) Tần số (THz) B-ớc sóng (nm) Tần số (THz) B-ớc sóng (nm) 0 1 196.1 1528.77 194.6 1540.56 193.1 1552.52 1 2 196.0 1529.55 194.5 1541.35 193.0 1553.33 2 3 195.9 1530.33 194.4 1542.14 192.9 1554.13 3 4 195.8 1531.12 194.3 1542.94 192.8 1554.94 4 5 195.7 1531.19 194.2 1543.73 192.7 1555.75 5 6 195.6 1532.68 194.1 1544.53 192.6 1556.56 6 7 195.5 1533.47 194.0 1545.32 192.5 1557.36 7 8 195.4 1534.25 193.9 1546.12 192.4 1558.17
Formatted: Line spacing: single
Formatted: Line spacing: single
Formatted: Line spacing: single
Formatted: Line spacing: single
Formatted: Line spacing: single
Formatted: Line spacing: single
Formatted: Line spacing: single
Formatted: Line spacing: single
Formatted: Font: 13 pt
Formatted: Font: .VnArial Narrow 8 9 195.3 1535.04 193.8 1546.92 192.3 1558.98 9 10 195.2 1535.82 193.7 1547.72 192.2 1559.79 1 11 195.1 1536.61 193.6 1548.51 192.1 1560.61 1 12 195.0 1537.40 193.5 1549.32 192.0 1561.42 1 13 194.9 1538.19 193.4 1550.12 191.9 1562.23 1 14 194.8 1538.98 193.3 1550.92 191.8 1563.05 1 15 194.7 1539.77 193.2 1551.72 191.7 1563.86 2.1.2. Sợi quang
Nhiệm vụ chính của sợi quang chính là môi tr-ờng truyền ánh sáng với độ
suy hao rất nhỏ. Sợi quang đ-ợc chế tạo từ SiO2, một nguyên liệu rất rẻ và phổ biến
vì nó có trong cát th-ờng. Sợi quang có 3 của sổ truyền dẫn ứng với ba b-ớc sóng 850nm, 1300nm, 1550nm vì suy hao tại 3 vùng của sổ này là thấp nhất. Các mạng
viễn thông tại Việt Nam th-ờng dùng vùng cửa sổ thứ ba (=1550nm).
Thông th-ờng sợi quang sử dụng trong các hệ thống thông tin quang nói chung bao gồm một số loại cơ bản sau: sợi SMF, sợi DFS, sợi NDSF và sợi NZ- DSF.
Sợi SMF
Các tham số của sợi SMF đ-ợc chỉ rõ trong bảng 2.2 (20) d-ới đây:
Bảng 2.2: Các tham số của sợi SMF [9]
Các tham số Giá trị
Formatted: Line spacing: single
Formatted: Line spacing: single
Formatted: Line spacing: single
Formatted: Line spacing: single
Formatted: Line spacing: single
Formatted: Line spacing: single
Formatted: Font: 13 pt
Formatted: Font: .VnArial Narrow
Đ-ờng kính tr-ờng mode tại 1310nm (9 10m)10% Đ-ờng kính vỏ phản xạ 1253m Độ đồng tâm của tr-ờng mode tại
b-ớc sóng 1550nm
1m
Độ không tròn đều của tr-ờng mode Rất nhỏ, không ảnh h-ởng đến lan truyền và đấu nối tín hiệu
Độ không tròn đều của vỏ phản xạ 2% Suy hao uốn cong tại b-ớc sóng 1550nm
1dB khi uốn cong 100 vòng với bán kính uốn cong 37.5nm Hệ số suy hao 0.5dB/km ở vùng b-ớc sóng 1310nm 0.3 dB/km ở vùng b-ớc sóng 1550nm Hệ số tán sắc 3.5 ps/nm.km ở vùng b-ớc sóng (1285-1330nm) 6 ps/nm.km ở vùng b-ớc sóng (1270- 1340nm) 20 ps/nm.km ở vùng b-ớc sóng 1550nm
Dạng mặt cắt chiết suất Th-ờng có dạng mặt cắt chiết suất phân bậc.
Sử dụng loại sợi SMF cho phép đạt tới cự ly gần 100km tại tốc độ STM-16 mà không cần sử dụng các bộ bù tán sắc. Tuy nhiên, với tốc độ STM-64 nếu sử dụng laọi sợi này thì chỉ đạt đ-ợc khoảng cách cỡ 60km nếu không sử dụng các bộ bù tán sắc. Cũng vì tán sắc lớn tại vùng b-ớc sóng 1550 nm nên hiệu ứng FWM không xảy ra trong sợi SMF.
Sợi DSF
Formatted: Font: 13 pt
Formatted: Font: .VnArial Narrow
Các tham số Giá trị
Đ-ờng kính tr-ờng mode tại 1550nm (7 8.3m)10% Đ-ờng kính vỏ phản xạ 1252.4m Độ đồng tâm của tr-ờng mode tại
b-ớc sóng 1550nm
1m
Độ không tròn đều của tr-ờng mode Rất nhỏ, không ảnh h-ởng đến lan truyền và đấu nối tín hiệu
Độ không tròn đều của vỏ phản xạ 2% Suy hao uốn cong tại b-ớc sóng 1550nm
0.5dB khi uốn cong 100 vòng với bán kính uốn cong 37.5nm
Hệ số suy hao 0.35dB/km ở vùng b-ớc sóng 1550nm
0.5dB/km ở vùng b-ớc sóng 1300nm Hệ số tán sắc 3.5 ps/nm.km ở vùng b-ớc sóng (1285-
1330nm)
Loại sợi này đặc biệt phù hợp với các hệ thống đơn kênh, cự ly dài, dung l-ợng lớn. Tuy nhiên loại sợi này đ-ợc khuyến nghị là không sử dụng cho các hệ thống WDM. Trong tr-ờng hợp tuyến đang sử dụng sợi này, muốn nâng cấp tăng dung l-ợng bằng kỹ thuật WDM thì phải chọn vùng b-ớc sóng có tán sắc đủ nhỏ (nh-ng không bằng không) để tránh hiệu ứng FWD. Điều này làm hạn chế khả năng tăng dung l-ợng củ hệ thống.
Sợi NDSF
Sợi quang đơn mode loại này gọi là sợi quang có tán sắc không dịch chuyển (NDSF). Nh-ợc điểm của sợi NDSF là có một b-ớc sóng hoạt động cho tán sắc đơn
sắc không ( gọi là 0) ở b-ớc sóng 1310 nm. B-ớc sóng truyền dẫn sử dụng bộ
khuếch đại EDFA bị ảnh h-ởng của tán sắc đơn sắc đáng kể vì vậy phải bù tán tán
sắc. Phạm vi suy hao từ 0,21 0,25 dB/km.
Sợi NZ-DSF
Formatted: Font: 13 pt
Formatted: Font: .VnArial Narrow
Các tham số Giá trị
Đ-ờng kính tr-ờng mode tại 1550nm
(8 11m)10% Đ-ờng kính vỏ phản xạ 1252m Độ đồng tâm của tr-ờng mode tại
b-ớc sóng 1550nm
1m Độ không tròn đều của tr-ờng
mode
Rất nhỏ, không ảnh h-ởng đến lan truyền và đấu nối tín hiệu
Độ không tròn đều của vỏ phản xạ 2% Suy hao uốn cong tại b-ớc sóng 1550nm
0.5dB khi uốn cong 100 vòng với bán kính uốn cong 37.5nm Hệ số suy hao 0.35dB/km ở vùng b-ớc sóng 1550nm Hệ số tán sắc 3.5 ps/nm.km DminDmã6 ps/nm.km và 1530nmminmã1565nm Tán sắc mode phân cực 0.5 ps/nm.km
Tán sắc của sợi này đủ nhỏ để cho phép truyền với tốc độ 10Gbps trên khoảng cách 300- 400km mà không cần bù tán sắc nh-ng cũng đủ lớn để giảm ảnh h-ởng của FWM trong dải băng của EDFA. Vì vậy sợi này đặc biệt thích hợp cho các hệ thống WDM tốc độ cao, cự ly truyền dẫn lớn.
2.1.3. Thiết bị thu quang
Tại phía đầu thu của hệ thống, chúng ta cần phải có thiết bị để chuyển đổi chùm ánh sáng thu đ-ợc thành tín hiệu điện. Các bộ thu quang cần phải thoả mãn một số yêu cầu khắt khe để đạt đ-ợc hiệu quả làm việc mong muốn. Các yêu cầu đó là: độ nhạy thu cao đối với dải rộng các b-ớc sóng truyền dẫn, mức nhiễu thấp, giá thành đảm bảo và có thời gian làm việc dài. Cũng nh- các hệ thống quang khác, hệ thống WDM sử dụng các bộ tách quang là PIN và APD. Hai đặc tính quan trọng
nhất của bộ tách quang PIN là hiệu suất l-ợng tử (QE) và độ đáp ứng. Hiệu suất
l-ợng tử là tỷ lệ số electron thu đ-ợc tại vùng chuyển tiếp và số photon tới. Hiệu suất l-ợng tử tuyệt đối là 1 nếu có 1 photon tới thì giải phóng 1 electron. QE cũng
Formatted: Font: 13 pt
Formatted: Font: .VnArial Narrow
phụ thuộc vào b-ớc sóng hoạt động. Độ đáp ứng của PIN có thể đ-ợc biểu diễn
thông qua b-ớc sóng theo công thức d-ới đây:
Ampe Watt
hc e
R /
(2.1) Giá trị điển hình của độ đáp ứng R là 0.65 A/W đối với PIN dùng silic tại b-ớc sóng 850nm và 0.45 A/W đối với PIN dùng Germanium tại b-ớc sóng 1310nm.
Dạng cơ bản của một APD là một photodiode PIN có thể hiệu ng-ợc rất lớn (th-ờng khoảng 50V). Khi sử dụng APD, các tham số ta cần phải quan tâm đó là: độ nhạy, tốc độ hoạt động, tích độ tăng ích, băng tần và nhiễu.
2.1.4. Thiết bị tách/ ghép kênh quang
Thiết bị tách ghép kênh quang (Optical Terminal Multiplex- OTM) đ-ợc biểu diễn nh- trong hình vẽ 1.4. ch1 ch2 chN 1…N ch1 ch2 chN 1…N
Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý thiết bị tách ghép kênh quang.
OTM là một phần tử mạng hai chiều. Trong h-ớng truyền đi, nó có khả năng tiếp nhận N kênh quang, mỗi kênh có một mức công suất tín hiệu quang và tỷ số SNR theo chỉ tiêu kỹ thuật đã xác định. OTM xác định b-ớc sóng cho từng kênh quang tại đầu vào theo các b-ớc sóng đã đ-ợc định nghĩa từ tr-ớc, và đầu ra thiết bị này chứa tín hiệu ghép kênh bao gồm N b-ớc sóng (sóng mang). Tín hiệu đầu ra đặc tr-ng bởi băng tần quang tổng, công suất quang tổng, công suất mang trên mỗi sóng mang và tỷ số SNR của mỗi sóng mang.
Formatted: Font: 13 pt
Formatted: Font: .VnArial Narrow
Trong h-ớng thu, bộ OTM nhận tín hiệu ghép kênh theo b-ớc sóng, tách tín hiệu đó thành các sóng mang nh- ở đầu vào bộ ghép kênh, và đ-a N kênh quang đó tới các đầu ra riêng biệt.
B-ớc sóng của từng kênh quang có thể thay đổi so với khi nó đ-ợc chèn vào hay tách ra từ các bộ ghép/tách kênh. Vì thế, trong OTM có thể cần đến một bộ chuyển đổi b-ớc sóng. Điều này đặc biệt có ý nghĩa nếu có một số hệ thống SDH cùng tồn tại (giao diện quang G.957) đ-ợc ghép kênh cùng với nhau, trong tr-ờng hợp đó, các b-ớc sóng của một vài hệ thống sẽ phải thay đổi cho phù hợp để đ-a vào các kênh của OTM. Hiện tại với công nghệ này, việc thay đổi b-ớc sóng đ-ợc thực hiện chủ yếu nhờ bộ chuyển đổi O/E/O. Các bộ chuyển đổi b-ớc sóng photonic ít
đ-ợc sử dụng hơn. Thay đổi b-ớc sóng có thể đ-ợc thực hiện nhờ bộ chuyển đổi
đứng độc lập, tách biệt với bộ ghép kênh của nó. Các chức năng khác có thể có của OTM là:
Bù tán sắc.
Điều chỉnh mức công suất (khuếch đại/ suy giảm).
Chèn, tách, và xử lý các thông tin mào đầu của lớp kênh quang (nếu cần đến
giao diện thích nghi quang, ví dụ: G.957 hoặc G.mcs).
Tách, chèn và xử lý các thông tin mào đầu của đoạn truyền dẫn quang.
Hỗ trợ các kênh giám sát và kênh thông tin ng-ời sử dụng.
Kiểm soát tín hiệu quang.
Các chức năng tách/ghép kênh có thể sử dụng các bộ lọc băng hẹp nh-: Bộ lọc màng mỏng điện môi, cách tử sợi Bragg, cách tử nhiễu xạ, linh kiện quang tổ hợp (AWG), bộ lọc Fabry- Perot. Khi xem xét đến các bộ tách ghép kênh chúng ta cần l-u ý đến các thông số nh-: khoảng cách giữa các kênh, độ rộng băng tần của kênh b-ớc sóng, b-ớc sóng trung tâm của kênh, tính đồng đều của kênh, suy hao xen, suy hao phản xạ Bragg, xuyên âm đầu gần đầu xa.
2.1.5. Thiết bị khuyếch đại quang
Trong các hệ thống truyền dẫn quang, việc sử dụng các bộ khuyếch đại quang là hết sức quan trọng. Khi truyền dẫn trong môi tr-ờng sợi quang, ta gặp phải hạn chế về sự suy giảm công suất tín hiệu khi truyền dẫn và tán sắc của ánh sáng chính vì vậy mà tín hiệu không thể truyền dẫn với một khoảng cách xa. Khuyếch đại quang đ-ợc sử dụng để tăng c-ờng khoảng cách truyền dẫn, đồng thời làm giảm
Formatted: Font: 13 pt
Formatted: Font: .VnArial Narrow
thiểu hiện t-ợng tán sắc. Các bộ khuyếch đại quang có thể khuyếch đại tất cả các b-ớc sóng cùng một lúc mà không cần phải thực hiện chuyển đổi quang- điện- quang. Bên cạnh việc sử dụng các bộ khuyếch đại quang trên các tuyến quang, ta cũng có thể sử dụng khuyếch đại sau khi tín hiệu đã đ-ợc ghép kênh hay tr-ớc khi tín hiệu đ-ợc phân kênh. Ngày nay, các bộ khuyếch đại EDFA và RAMAN đ-ợc sử dụng phổ biến trong các hệ thống WDM. Chính sự phát triển và các -u điểm của EDFA nh- đã thoả luận ở ch-ơng II của luận văn này, nên nó đ-ợc sử dụng chủ yếu
trong các hệ thống WDM.
Tuỳ theo chức năng mà ng-ời ta chia các bộ khuyếch đại quang thành 3 loại: Khuyếch đại công suất, khuyếch đại đ-ờng dây, tiền khuyếch đại nh- thể hiện ở hình 2.2.
Bộ khuyếch đại công suất (BA) thực hiện khuyếch đại của bộ phát
tr-ớc khi đ-a vào trong sợi. Bộ khuyếch đại công suất làm tăng công suất của tín hiệu quang đến mức cao nhất để tăng khoảng cách truyền. Yêu cầu chính cuả bộ khuyếch đại này là tạo ra công suất tín hiệu đầu ra là cực đại. BA là thiết bị EDFA có công suất bão hoà lớn đ-ợc sử dụng ngay sau Tx để tăng mức công suất tín hiệu. Do mức công suất ra t-ơng đối cao nên tạp âm ASE có thể bỏ qua và do đó đối với BA không đòi hỏi phải có các yêu cầu nghiêm ngặt trong việc sử dụng các bộ lọc tạp âm. Tuy nhiên, với mức công suất ra cao, việc sử dụng BA có thể gây nên một số