Đồ án Hệ thống wdm

d¹ng tÝn hiÖu. Khi thay ®æi ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ tÝn hiÖu th× còng kh«ng cÇn thay ®æi bé khuÕch ®¹i. Víi hÖ thèng WDM, khuÕch ®¹i quang cho phÐp khuÕch ®¹i ®ång thêi c¸c kªnh quang trong toµn bé d¶i b­íc sãng.Do ®ã bé khuÕch ®¹i quang sîi chÝnh lµ ch×a kho¸ cho sù ph¸t triÓn cña tÊt c¶ c¸c m¹ng quang dung l­îng línvµ cã cù li xa. 2.3.2 Bé khuÕch ®¹i quang sîi EDFA Sù ra ®êi cña khuÕch ®¹i quang sîi lµ mét tiÕn bé rÊt lín trong lÜnh vùc c«ng nghÖ viÔn th«ng, ®¬n gi¶n ho¸ rÊt nhiÒu cho viÖc l¾p ®Æt c¸c m¹ng c¸p quang diÖn réng. HiÖn nay, c¸c bé khuÕch ®¹i quang sîi pha t¹p erbium EDFA ®­îc øng dông réng r·i h¬n c¶ do nã cã hÖ sè khuÕch ®¹i cao, c«ng suÊt lín vµ møc nhiÔu gÇn nh­ lÝ t­ëng, c«ng t¸c t¹i b­íc sãng 1550nm lµ b­íc sãng truyÒn dÉn tèi ­u ë hiÖn t¹i vµ t­¬ng lai, kÕt hîp dÔ dµng ®­îc víi sîi quang. EDFA kh«ng nh¹y c¶m víi hiÖu øng ph©n cùc vµ lo¹i trõ ®­îc nhiÔu xuyªn ©m gi÷a c¸c kªnh cã c¸c b­íc sãng kh¸c nhau. Víi nh÷ng kh¶ n¨ng to lín nh­ vËy, EDFA ®­îc coi nh­ lµ mét tr¹m lÆp thÕ hÖ míi, nã ®­îc øng dông réng r·i trong c¸c hÖ thèng viÔn th«ng hiÖn t¹i vµ t­¬ng lai. a) CÊu tróccña EDFA Bé khuÕch ®¹i quang sîi EDFA ®­îc cÊu tróc bëi mét ®o¹n sîi quang sîi pha t¹p Erbium cïng c¸c thµnh phÇn cÇn thiÕt kh¸c.C¸c thµnh phÇn nµy gåm c¸c thµnh phÇn thiÕt bÞ ghÐp thô ®éng WDM, bé c¸ch li quang Isolator vµ thiÕt bÞ tÝch cùc nh­ Laser b¬m…. Cã 3 lo¹i cÊu h×nh b¬m ,b¬m xu«i,b¬m ng­îc va b¬m c¶ hai h­íng.H×nh vÏ 2.30 a,b c m« t¶ cÊu tróc ®iÓn h×nh cña mæi lo¹i bé khuÕch ®¹i quang sîi. EDFA lµ mét ®o¹n sîi quang cã pha t¹p Ebium, thùc hiÖn chuyÓn ®æi n¨ng l­îng ph¸t x¹ cña nguån b¬m thµnh c«ng suÊt tÝn hiÖu. Nguån b¬m cña laser th­êng ë hai b­íc sãng 1480 nm vµ 980 nm. B¬m ë b­íc sãng 1480nm cã hiÖu suÊt thÊp h¬n so víi b­íc sãng 980 nm vµ møc ®é ®¶o mËt ®é còng thÊp h¬n. Tuy nhiªn, laser b¬m t¹i b­íc sãng 1480nm cã c«ng suÊt ph¸t lín h¬n so víi laser 980nm. EDFA th­êng cã d¶i b­íc sãng khuyÕch ®¹i lµ 30 ®Õn 35 nm (1535 nm-1565 nm). H×nh 2.30 C¸c cÊu h×nh b¬m TÝn hiÖu ra EDF Isolator Isolator Coupler WDM TÝn hiÖu vµo Dßng b¬m vµo vµo a) B¬m cïng chiÒu Isolator Coupler WDM EDF TÝn hiÖu ra Isolator TÝn hiÖu vµo Dßng b¬m vµo b) B¬m ng­îc chiÒu TÝn hiÖu vµo Coupler WDM Coupler WDM EDF Dßng b¬m vµo TÝn hiÖu ra Dßng b¬m vµo c) B¬m song h­íng Theo lý thuyÕt, hÖ sè nhiÔu cña EDFA ®¹t ®­îc giíi h¹n l­îng tö (giíi h¹n l­îng tö nµy g©y ra do ph¸t x¹ tù ph¸t). Thùc nghiÖm cho thÊy, hÖ sè nhiÔu cña bé khuÕch ®¹i ®¹t ®­îc lµ xÊp xØ 3dB, gi¸ trÞ thùc tÕ cã thÓ n»m trong d¶i 3,5¸6 dB. §é khuÕch ®¹i cña EDFA lµ cùc k× cao, G ®¹t tíi 45dB (tøc 10500lÇn) khi sö dông mét bé khuÕch ®¹i 2 tÇng. EDFA l¹i cã ®é nh¹y ph©n cùc thÊp, ®ã lµ mét ­u ®iÓm lín cña hÖ thèng c¸c bé khuÕch ®¹i m¾c chuçi. C¸c ®Æc tÝnh b·o hoµ tèt do c«ng suÊt b·o hoµ t¨ng tuyÕn tÝnh víi c«ng suÊt b¬m. Thêi gian sèng dµi ë tr¹ng th¸i kÝch thÝch (10 ms) cña c¸c ion Er3+ lµ ­u ®iÓm lín nhÊt cña EDFA so víi c¸c lo¹i bé khuÕch ®¹i kh¸c. Do tr¹ng th¸i kÝch thÝch cã thÓ tÝch luü c«ng suÊt b¬m trong mét thêi gian dµi, nªn c«ng suÊt b¬m yªu cÇu ®Ó gi÷ ®­îc møc n¨ng l­îng ®ñ lín trong mét bé khuÕch ®¹i th­êng rÊt thÊp, chØ 10mW ®Õn 20 mW ®Ó ®¹t ®­îc hÖ sè khuÕch ®¹i tÝn hiÖu 30 dB. Víi c¸c tÝn hiÖu ë c¸c b­íc sãng kh¸c nhau, sù xuyªn ©m ®a kªnh trong bé khuÕch ®¹i rÊt thÊp do thêi gian sèng ë c¸c tr¹ng th¸i kÝch thÝch dµi, mËt ®é h¹t ë tr¹ng th¸i kÝch thÝch kh«ng thÓ ®¸p øng víi nh÷ng thay ®æi tÝn hiÖu qu¸ nhanh tõ b­ãc sãng nµy xuyªn qua b­íc sãng kh¸c, ®Ó mang n¨ng l­îng tõ b­íc sãng nµy sang b­íc sãng kh¸c. Còng v× lý do nµy, EDFA lµ bé khuÕch ®¹i kh«ng mÐo, thËm chÝ trong tr­êng hîp b·o hoµ s©u. HiÓn nhiªn EDFA cã thÓ tÝch hîp trong mét m¹ng quang v× nã lµ mét thµnh phÇn cã cÊu t¹o dùa trªn mét ®o¹n sîi Silica. Nh­îc ®iÓm chÝnh cña EDFA, ®ã lµ phæ khuÕch ®¹i cña EDFA kh«ng b»ng ph¼ng mµ xuÊt hiÖn c¸c ®Ønh khuÕch ®¹i, hÖ sè khuÕch ®¹i kh«ng nh­ nhau ®èi víi mäi b­íc sãng. Tuú thuéc vµo yªu cÇu thiÕt kÕ hÖ thèng mµ bé khuÕch ®¹i cã thÓ ë vÞ trÝ kh¸c nhau trªn tuyÕn vµ cã yªu cÇu kü thuËt riªng (h×nh 2-30) - Bé khuÕch ®¹i c«ng suÊt BA (Booster Amplifier) Lµ thiÕt bÞ EDFA cã c«ng suÊt vµo lín,®­îc sö dông ngay sau Tx ®Ó t¨ng møc c«ng suÊt tÝn hiÖu.Do c«ng suÊt ra t­¬ng ®èi cao nªn cã thÓ bá qua t¹p ©m ASE. - Bé khuÕch ®¹i ®­êng d©y LA (Line Amplifier)Lµ thiÕt bÞ EDFA cã møc t¹p ©m thÊp, ®­îc sö dông trªn ®­êng truyÒn (gi÷a hai ®o¹n sîi quang) ®ª t¨ng chiÒu dµi kho¶ng lÆp.Yªu cÇu cã kh¶ n¨ng khuÕch ®¹i cã c«ng suÊt vµo nhá, c«ng suÊt ra lín vµ nhiÔu g©y ra nhá nhÊt. - Bé tiÒn khuÕch ®¹i PA (Pre – Amplifer) Lµ thiÕt bÞ EDFA cã møc t¹p ©m thÊp,®­îc sö dông ngay tr­íc Rx ®Ó t¨ng ®é nh¹y thu.§Ó ®¹i ®­îc møc t¹p ©m ASE thÊp,ng­êi ta sö dông c¸c bé läc quang b¨ng hÑp cã thªm chøc n¨ng ®iÒu chØnh b­íc sãng trung t©m theo b­íc sãng nguån ph¸t. BA MUX DMUX LA PA H×nh 2.31C¸c vÞ trÝ cña bé khuÕch ®¹i quang trªn tuyÕn th«ng tin quang B¶n th©n bé khuÕch ®¹i g©y ra nhiÔu cho hÖ thèng. Sau mçi bé khuÕch ®¹i tØ sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m gi¶m. Do ®ã, th­êng sau ba bé khuÕch ®¹i ph¶i ®Æt thªm bé lÆp ®Ó phôc håi tÝn hiÖu. 2.4 Bé thu quang Bé thu thùc hiÖn chøc n¨ng biÕn ®æi tÝn hiÖu quang thµnh ®iÖn. Bé thu ph¶i thÝch hîp víi bé ph¸t c¶ vÒ b­íc sãng sö dông vµ ph­¬ng thøc ®iÒu chÕ. §ång thêi bé thu ph¶i ®­îc thiÕt kÕ sao cho ®­a ra møc tÝn hiÖu phï hîp. Bé thu quang th­êng sö dông Photodiode lµm phÇn tö t¸ch sãng quang. Ngoµi ra cßn cã bé lµm ph¼ng ®¸p øng tÇn sè, bé khuÕch ®¹i, bé läc... §é phøc t¹p cña m¹ch gi¶i ®iÒu chÕ phô thuéc vµo ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ sö dông. Cã hai lo¹i Photodiode hay sö dông lµ PIN vµ ADP. Photodiode PIN cã yªu cÇu c«ng suÊt thÊp, nh­ng kÐm nhËy c¶m chØ ho¹t ®éng trªn mét d¶i tÇn sè hÑp vµ cÇn cã bé khuÕch ®¹i ë tr­íc. APD th­êng sö dông cho c¸c tuyÕn th«ng tin ®­êng dµi. Thµnh phÇn cÊu t¹o chÝnh cña Photodiode lµ mét sè líp tiÕp gi¸p p-n ph©n cùc ng­îc. Th«ng qua hiÖu øng quang ®iÖn mét photon ®i qua líp tiÕp gi¸p sÏ kÝch thÝch vµ t¸ch ra mét cÆp ®iÖn tö – lç trèng trong miÒn p (hoÆc n) cña hÖ thèng. C¸c ®iÖn tö ®­îc gi¶i phãng trong miÒn p sÏ ch¹y sang miÒn n (hoÆc c¸c lç trèng trong miÒn n sÏ ch¹y sang miÒn p). KÕt qu¶ lµ sÏ tån t¹i mét dßng ®iÖn ch¹y trªn m¹ch ngoµi. Mét trong nh÷ng tham sè quan träng cña bé thu lµ ®é nh¹y m¸y thu. Nã lµ møc c«ng suÊt nhá nhÊt cña tÝn hiÖu tíi mµ m¸y thu vÉn thu ®­îc tÝn hiÖu vµ ®¹t ®­îc tû sè lçi BER yªu cÇu. 2.5 Sîi quang Sîi quang lµ thµnh phÇn rÊt quan träng. Trong hÖ thèng truyÒn dÉn quang, sîi quang ®ãng vai trß lµ ph­¬ng tiÖn truyÒn dÉn. HiÖn nay, sîi quang ®¬n mode tu©n theo khuyÕn nghÞ G 652 ®­îc sö dông nhiÒu nhÊt. Gi¸ trÞ t¸n s¾c kh«ng n»m ë b­íc sãng 1310 nm. ë vïng 1550nm t¸n s¾c rÊt lín, cì 18ps/nm.km. Tuy nhiªn, suy hao ë vïng b­íc sãng 1550 nm thÊp h¬n rÊt nhiÒu so víi vïng 1310nm, h¬n n÷a bé khuÕch ®¹i quang EDFA lµm viÖc t¹i vïng nµy, nªn sîi quang dÞch t¸n s¾c DSF (tu©n theo khuyÕn nghÞ G.653) ngµy cµng øng dông nhiÒu h¬n. Sîi quang dÞch t¸n s¾c cã t¸n s¾c b»ng kh«ng ë b­íc sãng 1550 nm. Sîi quang nµy phï hîp cho c¸c hÖ thèng ghÐp mËt ®é th­a, hoÆc hÖ thèng kªnh mËt ®é kh¸ cao, cù ly lín, nh­ng kh«ng thÝch hîp cho c¸c hÖ thèng ghÐp kªnh mËt ®é cao DWDM v× hiÖu øng trén tÇn 4 sãng x¶y ra rÊt m¹nh. Sîi quang NS-DSF (tu©n theo khuyÕn nghÞ G655) cã møc t¸n x¹ thÊp ë cöa sæ thø 3. Lo¹i sîi nµy rÊt phï hîp cho c«ng nghÖ DWDM cù ly dµi. 1300 1400 1500 1600 H×nh 2.32 T¸n s¾c cña mét sè lo¹i sîi quang Sîi quang G.655 Sîi quang G.653 Sîi quang G.652 B­íc sãng (nm) T¸n s¾c (ps/nm.km) 0 -10 -20 10 20 Ch­¬ng iii Mét sè vÊn ®Ò c«ng nghÖ then chèt HÖ thèng WDM cã ý nghÜa to lín ®èi víi viÖc x©y dùng m¹ng th«ng tin quang nh­ng hiÖn nay vÈn cßn mét sè vÊn ®Ò c«ng nghÖ.VÝ dô:yªu cÇu ®èi víi b­íc sãng vµ tÝnh æn ®Þnh cña nguån quang;tÝnh phi tuyÕn cña sîi quang h¹n chÕ rÊt nhiÒu c«ng suÊt ra cña bé khuyÕch ®¹i,hiÖu øng trén bèn b­íc sãng g©y ra xuyªn nhiÔu gi÷a c¸c kªnh;khi tèc ®é truyÒn dÉn cao ph¶i kh¾c phôc ¶nh h­ëng cña t¸n s¾c;vÊn ®Ò gi¸m s¸t bé khuyÕch ®¹i quang vv…D­íi ®©y ®Ò tµi sÏ giíi thiÖu nh÷ng vÊn ®Ò chÝnh sau. 3.1 æn ®Þnh b­íc sãng cña nguån quang Trong ®iÒu kiÖn ho¹t ®éng b×nh th­êng, c¸c nguån quang chÞu rÊt nhiÒu ®iÒu kiÖn bªn ngoµi t¸c ®éng còng nh­ c¸c ®iÒu kiÖn tõ bªn trong, vÝ dô nh­ c¸c thay ®æi ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é, sù t¸c ®éng cña nhiÔu, ®é giµ ho¸ c¸c linh kiÖn...C¸c sù t¸c ®éng ®ã g©y nªn nh÷ng thay ®æi kh«ng chØ vÒ c«ng suÊt mµ cßn thay ®æi vÒ b­íc sãng nguån quang Sù suy gi¶m c«ng suÊt sÏ lµm cho d¹ng h×nh m¾t cña tÝn hiÖu ë ®Çu thu bÞ thu hÑp l¹i, do ®ã sÏ lµm gi¶m chÊt l­îng BER cña hÖ thèng. C«ng suÊt tÝn hiÖu kh«ng æn ®Þnh còng khiÕn cho tuæi thä c¸c linh kiÖn lµm viÖc trong hÖ thèng kh«ng ®¶m b¶o, ®é tin cËy cña hÖ thèng gi¶m. B­íc sãng cña nguån quang kh«ng æn ®Þnh sÏ g©y ra nh÷ng ¶nh h­ëng hÕt søc nghiªm träng. C¸c kªnh quang do kh«ng æn ®Þnh tÇn sè sÏ dÞch chuyÓn sang c¸c tÇn sè kh¸c thuéc ph¹m vi cña kªnh quang kh¸c g©y ra xuyªn ©m. lóc ®ã, cã kªnh th× mÊt hoµn toµn tÝn hiÖu do tÇn sè bÞ lÖch khái b¨ng thu cña kªnh ®ã, cã kªnh th× bÞ xuyªn nhiÔu tõ kªnh kh¸c vµ còng kh«ng thÓ ®¶m b¶o chÊt l­îng. Trong tr­êng hîp toµn bé sè kªnh cña hÖ thèng mÊt æn ®Þnh, hÖ thèng sÏ mÊt hoµn toµn th«ng tin, hoÆc th«ng tin cã ®­îc nh­ng chØ lµ mét mí hçn ®én. V× vËy trong øng dông hÖ thèng WDM, yªu cÇu ®ång bé gi¸m s¸t b­íc sãng, æn ®Þnh b­íc sãng còng nh­ æn ®Þnh c«ng suÊt quang tõng b­íc sãng lu«n cÇn ph¶i ®­îc quan t©m ®Æc biÖt. §iÒu nµy cã nghÜa lµ hÖ thèng WDM ph¶i quy ®Þnh, ®iÒu chØnh chÝnh x¸c b­íc sãng cña nguån quang vµ c«ng suÊt tõng b­íc sãng. NÕu kh«ng, sù tr«i b­íc sãng do c¸c nguyªn nh©n sÏ lµm cho hÖ thèng kh«ng æn ®Þnh vµ kÐm tin cËy. HiÖn nay cã hai ph­¬ng ph¸p chñ yÕu ®Ó æn ®Þnh b­íc sãng cña nguån quang lµ: + Ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn ph¶n håi nhiÖt ®é : th«ng qua nhiÖt ®é cña bé kÝch quang ®Ó ®iÒu khiÓn, gi¸m s¸t m¹ch ®iÖn ®iÒu nhiÖt víi môc ®Ých ®iÒu khiÓn b­íc sãng vµ æn ®Þnh b­íc sãng. + Ph­¬ng ph¸p thø hai th«ng qua gi¸m s¸t b­íc sãng:thu«ng qua viÖc gi¸m s¸t b­íc sãng tÝn hiÖu quang ë ®Çu ra, dùa vµo sù chªnh lÖch trÞ sè gi÷a ®iÖn ¸p ®Çu ra (t¸ch ®­îc tõ tÝn hiÖu quang ®Çu ra nhê photodiode) vµ ®iÖn ¸p tham kh¶o tiªu chuÈn ®Ó ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é cña bé ph¸t quang, tõ ®ã æn ®Þnh ®­îc nguån quang. 3.2 ¶nh h­ëng cña t¸n s¾c sîi quang ®èi víi truyÒn dÉn T¸n s¾c lµ hiÖn t­îng nh÷ng sãng ¸nh s¸ng cã tÇn sè kh¸c nhau truyÒn dÉn víi tèc ®é kh¸c nhau trong cïng mét m«i tr­êng.T¸n s¾c lµ b¶n chÊt cña sîi quang,t¸n s¾c g©y ra hiÖn t­îng tr¶i réng(d·n xung)xung tÝn hiÖu,lµm cho biÕn d¹ng xung tÝn hiÖu trong khi truyÒn vµ tØ sè læi bÝt cao,do ®ã ¶nh h­ëng ®Õn tèc ®é truyÒn dÉn vµ kho¶ng c¸nh tr¹m lÆp.VÝ dô nh­ tuyÕn cã tèc ®é 10 Gbit/s sö dông sîi G.652,c«ng suÊt penalty lµ 1 dB tÝn hiÖu giíi h¹n t¸n s¾c cña nã lµ 80km.Bé khuyÕch ®¹i c¶i thiÖn kho¶ng c¸nh gi÷a c¸c tr¹m lÆp(bÞ giíi h¹n bëi suy hao)trªn tuyÕn rÊt nhiÒu.Nh­ng do nhu cÇu ngµy cµng lín vÒ c¸c dÞch vô míi cã tèc ®é cao nªn t¸n s¾c trë thµnh tham sè chÝnh giíi h¹n kh¶ n¨ng n©ng cao dung l­îng cña tuyÕn c¸p quang.ChÝnh v× vËy chóng ta cÇn ph¶i gi¶m ¶nh h­ëng cña t¸n s¾c. *C¸c gi¶i ph¸p gi¶m ¶nh h­ëng cña t¸n s¾c : + Sö dông c¸c nguån ph¸t cã ®é réng phæ hÑp kÕt hîp víi ®iÒu chÕ ngoµi. + Lùa chän sîi quang phï hîp. + Sö dông c¸c bé bï t¸n s¾c... Trong ph¹m vi ®Ò tµi nay em chØ ®Ò cËp ®Õn c¸c ph­¬ng ph¸p bï t¸n s¾c kh¶ thi trªn tuyÕn trôc B¾c –Nam. 3.2.1 Ph­¬ng ph¸p bï t¸n s¾c b»ng ®iÒu chÕ tù dÞch pha(SPM) a)Nguyªn lý cña kü thuËt bï t¸n s¾c b»ng ®iÒu chÕ tù dÞch pha T¸n s¾c sÏ g©y ra hiÖn t­îng dÞch tÇn tuyÕn tÝnh trong xung.MÆt kh¸c khi mét xung tÝn hiÖu cã c«ng suÊt P n»m trong ng­ìng phi tuyÕn cña sîi (®èi víi tr­êng hîp ®¬n kªnh P>18dB,®èi víi tr­êng hîp ®a kªnh th× P nhá h¬n vµ gi¶m khi sè kªnh khi sè kªnh truyÒn dÈn t¨ng), s­ên lªn cña xung bÞ dÞch vÒ phÝa b­íc sãng dµI cã hiÖu øng SPM vµ hiÖn t­îng nµy gäi lµ chirp phi tuyÕn. §èi víi c¸c sîi quang theo tiªu chuÈn G.652, G.653 sö dông trªn tuyÕn th× chirp phi tuyÕn nµy ng­îc víi chirp tuyÕn tÝnh. Xung sÏ bÞ chirp mét l­îng b»ng tæng hai chirp trªn. Nh­ vËy trong tr­êng hîp nµy xung ph¶i chÞu mét l­îng chirp b»ng chirp tuyÕn tÝnh trõ ®i chirp phi tuyÕn nªn xung d­êng nh­ ®· ®­îc hiÖu øng SPM “bï chirp do t¸n s¾c g©y ra”. Nh÷ng lý luËn trªn ®· ®­îc thö nghiÖm l¹i b»ng thùc nghiÖm truyÒn xung d¹ng Gauss ®é réng xung lµ 20ps, c«ng suÊt ®Ønh lµ 50mw. KÕt qu¶ thÝ nghiÖm ®­îc tr×nh bµy ë h×nh 3.1.H×nh nµy gåm 3 ®­êng biÓu diÓn ®é r«ng xung theo thêi gian truyÒn trong 3 tr­êng hîp t¸n s¾c kh¸c nhau vµ ta cã nhËn xÐt:tr­êng hîp sîi cã t¸n s¾c ©m (®­êng nÐt ®øt) th× ®Çu tiªn xung co l¹i sau ®ã l¹i bÞ d·n réng ra rÊt nhanh,nhanh h¬n c¶ tr­êng hîp t¸n s¾c d­¬ng.Víi sîi cã hÖ sè t¸n s¾c D=-1ps/nm.km th× t¹i kho¶ng c¸ch cì 10km ®é réng xung ®¹t cùc tiÓu (cì 15 ps) nh­ng ë kho¶ng c¸ch 60 km th× ®é réng xung ®¹t 40 ps. §èi víi t¸n s¾c d­¬ng (®­êng liÒn nÐt t­¬ng øng lo¹i sîi G.652 vµ sîi G.653)th× ®µu tiªn xung l¹i vµ ®¹t cùc tiÓu sau mét kho¶ng truyÒn dÉn dµI cì 60 km.NÕu tiÕp tôc truyÒn thi xung sÏ bÞ d·n réng ra do c¸c hiÖu øng t¸n s¾c th«ng th­êng.VËy xung th truyÒn ë ng­ìng hi tuyÕn ë mét c«ng suÊt nµo ®ã cã thÓ lo¹i bá hoµn toµn t¸n s¾c. H×nh 3.1: Sù d·n xung do ¶nh h­ëng cña hiÖu øng SPM b) §¸nh gi¸ kh¶ n¨ng øng dông cña ph­¬ng ph¸p SPM. Trong thùc tÕ ®Ó øng dông hiÖu øng SPM vµo viÖc bï t¸n s¾c cho xung truyÒn dÉn ph¶I sö dông kü thuËt ph©n phèi t¸n s¾c tøc lµ kÕt hîp c¶ sîi t¸n s¾c d­¬ng vµ sîi t¸n s¾c ©m trªn tuyÕn. H×nh 3.2 lµ mét vÝ dô ph©n phèi t¸n s¾c ®Ó cã thÓ truyÒn dÉn trªn kho¶ng dµi.ë ®©y kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c bé khuyÕch ®¹i lµ 90 km,bao gåm 60 km sîi t¸n s¾c ©m (D=-1,75 ps/nm.km) vµ 30 km sîi t¸n s¾c d­¬ng (D=2 ps/nm.km ) tèc ®é truyÒn dÉn th«ng th­êng th× xung sÏ d·n tíi ®é réng 75 ps. H×nh 3.2: Ph­¬ng ph©n phèi t¸n s¾c *¦u ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p bï t¸n s¾c ®iÒu chÕ tù dÞch pha(SPM): - T¨ng ®¸ng kÓ kho¶ng c¸ch tr¹m lÆp nªn gi¶m sè tr¹m lÆp trªn tuyÕn. YÕu tè nµy còng gãp phÇn lµm gi¶m gi¸ thµnh thiÕt bÞ trªn tuyÕn. - Cho phÐp tËn dông sè sîi G.652 cã s½n trªn tuyÕn *Nh­îc ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p bï t¸n s¾c ®iÒu chÕ tù dÞch pha (SPM) - D¹ng xung yªu cÇu lµ RZ trong khi hiÖn nay d¹ng xung ®ang sö dông lµ NRZ. Nh­ vËy muèn sö dông kü thuËt bï t¸n s¾c nµy th× ph¶I thay d¹ng xung ®ang truyÒn trªn tuyÕn. - Cã thÓ x¶y ra hiÖn t­îng nÐn xung kh«ng mong muèn do dÔ bÞ “bï qu¸” - Ph­¬ng ph¸p nµy yªu cÇu ®é réng phæ lase ph¶I tèt. 3.2.3 Ph­¬ng ph¸p bï t¸n s¾c PDC a) Nguyªn lý cña ph­¬ng ph¸p bï t¸n s¾c PDC: Nguyªn lý c¬ b¶n cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ sö dông c¸c phÇn tö ®Ò bï t¸n s¾c, ch¼ng h¹n nh­ dïng c¸c sîi cã thiÕt kÕ ®Æc biÖt hoÆc c¸ch tõ sîi, bé kÕt hîp pha. HiÖn nay phÇn lín c¸c bé bï t¸n s¾c mµ thµnh phÇn c¬ b¶n lµ sîi quang cã thÓ bï ®­îc gi¸ trÞ cì 1500ps ë b­íc sãng 1550nm. Sau ®©y lµ ph­¬ng ph¸p bï t¸n s¾c b»ng phÇn tö thô ®éng ®iÓn h×nh: bï b»ng bé kÕt hîp pha quang (OPC). Trong ph­¬ng ph¸p nµy OPC sÏ bï cho c¶ t¸n s¾c d­¬ng vµ t¸n s¾c ©m. Qu¸ tr×nh bï t¸n s¾c kh«ng phô thuéc vµo qu¸ tr×nh ®iÒu biÕn quang. H×nh 3.3 ph­¬ng ph¸p bï t¸n s¾c OPC H×nh 3.3 minh ho¹ t¸n s¾c ®­îc bï. TÝn hiÖu Es cã c«ng suÊt quang P1 ®­îc ph¸t vµo ®o¹n sîi cã ®é dµi L1, t¸n s¾c D1 vµ hÖ sè phi tuyÕn . Bé bï pha sÏ thùc hiÖn biÕn ®æi hÖ thµnh sãng kÕt hîp pha Ec (). Ec cã c«ng suÊt quang P2 ®­îc ph¸t däc theo ®o¹n sîi cã ®é dµi L2, t¸n s¾c D2 vµ hÖ sè phi tuyÕn . T¸n s¾c sÏ ®­îc bï khi tû sè gi÷a t¸n s¾c vµ c­êng ®é hiÖu øng Kerr quang t¹i c¸c vÞ trÝ –L1 vµ L2 b»ng nhau. b) §¸nh gi¸ kh¶ n¨ng sö dông cña kü thuËt OPC ®Ó bï t¸n s¾c * ¦u ®iÓm: - ThiÕt bÞ bï t¸n s¾c hoµn toµn thô ®éng. - Bï ®­îc kho¶ng t¸n s¾c lín. * Nh­îc ®iÓm: - Suy hao cña bé bï t¸n s¾c lín vµ phô thuéc vµo kho¶ng t¸n s¾c ph¶i bï - Ph¶i gi¸m s¸t c«ng suÊt tÝn hiÖu truyÒn ®Ó tr¸nh c¸c hiÖn t­îng hiÖu øng. 3.2.4 Ph­¬ng ph¸p bï t¸n s¾c b»ng Pre-chirp (dÞch tÇn tr­íc) a) Nguyªn lý cña ph­¬ng ph¸p bï t¸n s¾c Pre-chirp. Nguyªn lý cña ph­¬ng ph¸p nµy thùc hiÖn dÞch phæ trong kho¶ng thêi gian cña xung quang. Nãi c¸ch kh¸c, Pre-chirp lµ sù s¾p ®Æt lai b­íc sãng sao cho ¸nh s¸ng cã b­íc sãng dµi h¬n b­íc sãng trung b×nh tËp trung ë s­ên lªn vµ ¸nh s¸ng cã b­íc sãng ng¾n h¬n b­íc sãng trung b×nh tËp trung ë s­ên xuèng cña xung tÝn hiÖu ph¸t. Khi tÝn hiÖu truyÒn trong sîi c¸c b­íc sãng dµI h¬n sÏ bÞ dÞch chuyÓn nhiÒu h¬n. Do vËy nÕu chän kho¶ng c¸ch truyÒn hîp lý th× xung sÏ kh«ng bÞ gi·n ë ®Çu thu, tøc lµ tr¸nh ®­îc ¶nh h­ëng cña t¸n s¾c. b) §¸nh gi¸ kh¶ n¨ng sö dông cña ph­¬ng ph¸p nµy. Ph­¬ng ph¸p nµy cã nh­îc ®iÓm lµ chØ bï ®­îc t¸n s¾c trong mét kho¶ng nhá. H¬n n÷a ®Ó sö dông ph­¬ng ph¸p nµy ®ßi hái kü thuËt ë phÝa ph¸t cao. Pre-chirp th­êng ®­îc kÕt hîp trong ®Çu ph¸t ®Ó bï mét phÇn chirp do nguån ph¸t g©y ra, do ®ã nã ph¶i kÕt hîp víi mét sè ph­¬ng ph¸p bï t¸n s¾c nh­ PDC, DST… Cho tÝn hiÖu truyÒn trªn tuyÕn th× míi bï hoµn toµn t¸n s¾c g©y ra trªn tuyÕn. 3.3 ¶nh h­ëng cña hiÖu øng phi tuyÕn ®Õn truyÒn dÉn Khi c«ng suÊt trong sîi quang nhá th× sîi quang ®­îc xem lµ m«i tr­êng tuyÕn tÝnh,tÝnh phi tuyÕn cña sîi quang(chñ yÕu do chiÕt suÊt) cã thÓ bá qua.Tuy nhiªn khi c«ng suÊt trong sîi quang v­ît qu¸ møc nµo ®ã ,tÝnh phi tuyÕn cña sîi quang sÏ ¶nh h­ëng tíi qu¸ tr×nh truyÒn dÉn tÝn hiÖu trong sîi quang.Khi ®ã xuÊt hiÖn hiÖu øng phi tuyÕn,nghÜa lµ suy hao vµ chiÕt suÊt phô thuéc c«ng suÊt tÝn hiÖu quang trong sîi.HiÖu øng phi tuyÕn sÏ g©y ra mét sè hiÖn t­îng nh­:xuyªn ©m gi÷a c¸c kªnh,suy gi¶m møc tÝn hiÖu cña tõng kªnh dÉn ®Õn suy gi¶m tØ sè S/N vv... 3.3.1 C¸c hiÖu øng phi tuyÕn trong hÖ thèng WDM Nh×n chung cã thÓ chia hiÖu øng phi tuyÕn thµnh hai lo¹i: - HiÖu øng t¸n x¹:bao gåm c¸c hiÖu øng t¸n x¹ Raman(SRS)vµ hiÖu øng t¸n x¹ Brillouin(SRB). - HiÖu øng liªn quan ®Õn chiÕt suÊt phô thuéc vµo c«ng suÊt quang:bao gåm c¸c hiÖu øng tù ®iÒu chÕ dÞch pha(SPM),®iÒu chÕ pha chÐo(XPM)vµ trén bèn b­íc sãng(FWM). *HiÖu øng Raman (SRS): lµ qu¸ tr×nh t¸n x¹ kh«ng ®µn håi, trong ®ã photon ¸nh s¸ng tíi chuyÓn mét phÇn n¨ng l­îng cña m×nh cho dao ®éng c¬ häc cña c¸c ph©n tö cÊu thµnh m«i tr­êng truyÒn dÉn, phÇn n¨ng l­îng cßn l¹i ®­îc ph¸t x¹ thµnh ¸nh s¸ng cã b­íc sãng dµi h¬n b­íc sãng tíi. B­íc sãng míi nµy ®­îc gäi lµ b­íc sãng Stoke. Khi ¸nh s¸ng truyÒn trong sîi cã c­êng ®é lín th× qu¸ tr×nh nµy trë thµnh qu¸ tr×nh kÝch thÝch, trong ®ã ¸nh s¸ng ®ãng vai trß sãng b¬m lµm cho phÇn n¨ng l­îng cña tÝn hiÖu chuyÓn vµo b­íc sãng Stoke. Trong ghÐp kªnh theo b­íc sãng, hiÖu øng SRS h¹n chÕ sè kªnh ghÐp, kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c b­íc sãng, c«ng suÊt ph¸t mçi kªnh vµ cù li truyÒn dÉn cña hÖ thèng. Ngoµi ra, nÕu b­íc sãng Stoke trïng víi c¸c b­íc sãng tÝn hiÖu sÏ g©y ra xuyªn ©m. HiÖu øng SRS tØ lÖ thuËn víi c«ng suÊt ¸nh s¸ng P vµ tØ lÖ nghÞch víi hiÖu dông cña lâi sîi quang. NÕu gäi sSRS lµ ¶nh h­ëng cña hiÖu øng SRS th× sSRS ~ P/Aeff *HiÖu øng SBS: còng t­¬ng tù nh­ hiÖu øng SRS. NghÜa lµ tù nã còng h×nh thµnh c¸c b­íc sãng Stoke. §iÓm kh¸c nhau gi÷a hai hiÖu øng nµy lµ hiÖu øng SBS liªn quan tíi c¸c photon ©m, cßn hiÖu øng SRS l¹i liªn quan ®Õn c¸c photon quang. Do cã sù kh¸c nhau ®ã mµ chóng cã ¶nh h­ëng kh¸c nhau ®Õn hÖ thèng ghÐp b­íc sãng quang. Trong t¸n x¹ SBS, mét phÇn ¸nh s¸ng bÞ t¸n x¹ do c¸c photon ©m vµ dÞch tíi b­íc sãng dµi h¬n. PhÇn ¸nh s¸ng t¸n x¹ ng­îc truyÒn theo sîi quang vµ nÕu c¸c b­íc sãng cña tÝn hiÖu chÝnh trong WDM cïng truyÒn theo mét h­íng th× hiÖu øng SBS kh«ng g©y xuyªn ©m gi÷a c¸c kªnh. TÊt nhiªn, nÕu truyÒn hai h­íng c¸c b­íc sãng trªn cïng mét sîi quang th× ¶nh h­ëng cña SBS lµ ®¸ng kÓ. ¶nh h­ëng cña SBS còng tØ lÖ thuËn víi c«ng suÊt tÝn hiÖu ¸nh s¸ng vµ tØ lÖ nghÞch víi Aeff cña lâi sîi. NÕu gäi sSBS lµ ¶nh h­ëng cña hiÖu øng SBS th× sSBS ~ P/Aeff. *HiÖu øngBrillouin (SPM): §ã lµ hiÖn t­îng khi c­êng ®é quang ®­a vµo thay ®æi, hiÖu suÊt khóc x¹ cña sîi quang còng biÕn ®æi theo, g©y sù biÕn ®æi pha cña sãng quang. Sau khi kÕt hîp víi t¸n s¾c cña sîi quang sÏ dÉn ®Õn tÇn phæ d·n réng vµ tÝch luü theo sù t¨ng lªn cña chiÒu dµi. Sù biÕn ®æi c«ng suÊt quang cµng nhanh th× biÕn ®æi tÇn sè quang còng cµng lín, g©y ¶nh h­ëng lín tíi hÖ thèng tèc ®é cao. HiÖu øng SPM lµ sù phô thuéc chiÕt suÊt cña lâi sîi vµo c­êng ®é ¸nh s¸ng truyÒn trong ®ã. n = no + n2I (3.1) Víi no lµ chiÕt suÊt tuyÕn tÝnh. n2 lµ hÖ sè chiÕt suÊt phi tuyÕn (n2 = 3,2.10-20 m2/W vµ phô thuéc vµo b­íc sãng ) I lµ c­êng ®é quang. Khi c­êng ®é quang ®ñ lín th× chiÕt suÊt phô thuéc vµo c­êng ®é quang tøc thêi. NÕu ¸nh s¸ng truyÒn trong sîi dµi L th× dÞch pha cña tÝn hiÖu quang sÏ bæ sung thªm mét l­îng lµ: fNL(t) = 2pn2LI(t)/l (3.2) §¹o hµm ph­¬ng tr×nh ®ã theo thêi gian ta nhËn ®­îc Dv(t) = df/dt = (2pn2L/l)(dI/dt) (3.3) BiÓu thøc 3.2, 3 .3 cho biÕt dÞch pha phô thuéc vµo c­êng ®é ¸nh s¸ng vµ hiÖn t­îng nµy gäi lµ tù ®iÒu chÕ pha. Nã cßn ®­îc xem nh­ hiÖn t­îng tù ®iÒu chÕ tÇn bæ xung, hay cßn gäi lµ chirp. §èi víi tr­êng quang cã c­êng ®é kh«ng ®æi, hiÖu øng SPM chØ lµm quay pha cña tr­êng quang do ®ã Ýt ¶nh h­ëng ®Õn chÊt l­îng cña hÖ thèng. Tuy nhiªn, ®èi víi c¸c tr­êng quang cã c­êng ®é thay ®æi (nh­ c¸c xung trong hÖ thèng th«ng tin sè) th× pha phi tuyÕn sÏ thay ®æi theo thêi gian nh­ c«ng thøc 1.3. Sù thay ®æi theo thêi gian còng cã nghÜa lµ trong xung tÝn hiÖu sÏ tån t¹i nhiÒu tÇn sè quang kh¸c víi tÇn sè trung t©m mét gi¸ trÞ lµ Df = (-1/2p)(df/dt) (3.4) HiÖn t­îng nµy gäi lµ hiÖn t­îng dÞch tÇn phi tuyÕn lµm cho s­ên sau cña xung dÞch ®Õn tÇn sè nhá h¬n tÇn sè trung t©m vµ s­ên tr­íc dÞch ®Õn tÇn sè lín h¬n tÇn sè trung t©m. §iÒu nµy cã nghÜa lµ phæ cña tÝn hiÖu bÞ d·n réng ra trong qu¸ tr×nh truyÒn. §èi víi hÖ thèng WDM, khi c¸c kªnh quang qu¸ gÇn nhau th× hiÖn t­îng d·n phæ do SPM g©y ra sÏ dÉn tíi giao thoa vµ nhiÔu gi÷a c¸c kªnh. ¶nh h­ëng cña hiÖu øng SPM còng tØ lÖ thuËn víi c«ng suÊt quang vµ tØ lÖ nghÞch víi tiÕt diÖn hiÖu dông cña sîi quang. *HiÖu øng ®iÒu chÕ pha chÐo(XPM):§èi víi hÖ thèng WDM th× chiÕt suÊt t¹i mét b­íc sãng nµo ®ã phô thuéc kh«ng nh÷ng vµo c­êng ®é quang cña b­íc sãng ®ã mµ cßn phô thuéc vµo c­êng ®é quang cña c¸c b­íc sãng kh¸c. Trong tr­êng hîp nµy, chiÕt suÊt phi tuyÕn øng víi b­íc sãng thø i sÏ lµ: DnNL = n2(Ii + 2N IiIj) (3.5) Trong ®ã N lµ tæng sè kªnh quang. Ii lµ c­êng ®é cña b­íc sãng thø i ®ang xÐt Ij lµ c­êng ®é quang cña b­íc sãng thø j l©n cËn. Trong ph­¬ng tr×nh 3.5 ta thÊy: Sè h¹ng thø nhÊt øng víi hiÖu øng SPM, sè h¹ng thø hai t­¬ng øng víi hiÖu øng XPM. NÕu gi¶ sö c«ng suÊt cña c¸c kªnh lµ nh­ nhau th× ¶nh h­ëng cña hiÖu øng XPM sÏ gÊp 2N lÇn hiÖu øng SPM. Do vËy, trong hÖ thèng WDM sö dông sîi ®¬n mode th«ng th­êng cã thÓ gi¶m hiÖu øng XPM b»ng c¸ch t¨ng kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c b­íc sãng ghÐp. *HiÖu øng trén bèn b­íc sãng (FWM): Trong hÖ thèng WDM, chiÕt suÊt phô thuéc c­êng ®é quang kh«ng chØ g©y ra hiÖn t­îng tù ®iÒu pha mµ cßn g©y ra hiÖn t­îng trén bèn sãng. Trong hiÖu øng nµy, 2 hoÆc 3 sãng quang cã tÇn sè kh¸c nhau sÏ t­¬ng t¸c víi nhau t¹o ra c¸c thµnh phÇn tÇn sè míi nh­ 2f1 – f2, f1 + f2 – f3, 2f2 – f3,... §©y gäi lµ trén bèn b­íc sãng, nghÜa lµ tõ c¸c tÇn sè ban ®Çu t¹o ra tÇn sè thø t­ cã tæ hîp lµ tõ c¸c tÇn sè trªn vµ n»m s¸t c¸c tÇn sè ®ã. Do viÖc t¹o ra tÇn sè míi tõ c¸c tÇn sè cò nªn c«ng suÊt c¸c tÇn sè cò sÏ gi¶m ®i ®¸ng kÓ. H¬n n÷a, khi kho¶ng c¸ch c¸c kªnh lµ b»ng nhau th× c¸c tÇn sè míi ®uîc t¹o ra sÏ r¬i vµo mét trong nh÷ng kªnh tÝn hiÖu vµ g©y nhiÔu, lµm suy gi¶m chÊt l­îng hÖ thèng.¶nh h­ëng cña hiÖu øng FWM cµng lín nÕu nh­ kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c kªnh trong hÖ thèngWDM cµng nhá còng nh­ khi kho¶ng c¸ch truyÒn dÉn vµ møc c«ng suÊt cña mçi kªnh lín. V× vËy, hiÖu øng FWM sÏ h¹n chÕ dung l­îng vµ cù li truyÒn dÉn. NÕu gäi sFWM lµ ¶nh h­ëng cña hiÖu øng FWM th× sFWM ~ P2/(Aeff2D2). víi D lµ hÖ sè t¸n s¾c cña sîi quang. Tæng sè c¸c thµnh phÇn míi ®­îc t¹o ra cã thÓ tÝnh nh­ sau: M = (N3 –N2)/2 (3.6) Trong ®ã N lµ sè kªnh ban ®Çu. 3.3.2 Gi¶i ph¸p kh¾c phôc hiÖu øng phi tuyÕn cña sîi quang Tõ ph©n tÝch trªn ta thÊy cã c¸c gi¶i ph¸p kh¾c phôc sau: + Lùa chän sîi quang phï hîp. +Gi¶m c«ng suÊt ph¸t cña c¸c kªnh... Khi sè kªnh tÝn hiÖu ë kho¶ng c¸nh tõ m­êi ®Õn vµi chôc kªnh th× ¶nh h­ëng cña hiÖu øng FWM lµ chÝnh.V× môc tiªu ®Æt ra lµ gi¶m ¶nh h­ëng cña hiÖu øng FWM.Cã 3 ph­¬ng ¸n: a)ph­¬ng ¸n t¹o kho¶ng c¸nh gi÷a c¸c kªnh tÝn hiÖu b»ng nhau: Ph­¬ng ¸n nµy cã kho¶ng c¸nh gi÷a c¸c kªnh b­íc sãng b»ng nhau vµ sö dông sîi quang NZ-DSF(G.655).Nh­ vËy võa gi¶m ¶nh h­ëng cña FWM,hç trî truyÒn dÉn nhiÒu kªnh,l¹i lµm cho t¸n s¾c ë vïng b­íc sãng 1550 nm kh«ng qu¸ lín(1-6ps/nm.km),thuËn lîi cho viÖc truyÒn tÝn hiÖu tèc ®é 10 Gbit/s.Ph­¬ng ¸n nµy sÏ lµm nÒn t¶ng cho c«ng nghÖ DWDM. b)ph­¬ng ¸n t¹o kho¶ng c¸nh gi÷a c¸c kªnh tÝn hiÖu kh«ng b»ng nhau: Ph­¬ng ¸n nµy lµm cho thµnhphÇn tÇn sè míi sinh ra bëi hiÖu øng FWM phÇn lín bªn ngoµi b¨ng th«ng cña bé läc.Tõ ®ã cã thÓ gi¶m ®­îc rÊt nhiÒu ¶nh h­ëng cña hiÖu øng FWM,n©ng cao c«ng suÊt quang tèi ®a cña c¸c kªnh. c)Ph­¬ng ¸n t¹o mét phÇn kho¶ng c¸nh gi÷a c¸c kªnh tÝn hiÖu b»ng nhau KhuyÕt ®iÓm chÝnh cña ph­¬ng ¸n b lµ chiÕm dông b¨ng tÇn qu¸ lín,gÊp 1,8lÇn so víi ph­¬ng ¸n c.V× b¨ng tÇn cña hÖ thèng thùc tÕ lµ cã h¹n,do ®ã ph­¬ng ¸n b kh«ng thÝch hîp víi hÖ thèng WDM cã sè kªnh b­íc sãng t­¬ng ®èi nhiÒu.Tõ ®ã ng­êi ta nghÜ ra ph­¬ng ¸n t¹o mét phÇn kho¶ng c¸nh gi÷a c¸c kªnh tÝn hiÖu b»ng nhau.Ph­¬ng ¸n nµy chiÕm b¨ng tÇn cña hÖ thèng chØ b»ng 58% ph­¬ng ¸n b,v× vËy sè l­îng b­íc sãng cã thÓ ghÐp t¨ng lªn rÊt nhiÒu. 3.4 §é b»ng ph¼ng cña t¨ng Ých bé khuyÕch ®¹i quang sîi EDFA sö dông trong hÖ thèng WDM cã mét yªu cÇu ®Æc biÖt,®ã lµ t¨ng Ých b»ng ph¼ng.Nh­ ®· biÕt c¸c bé EDFA cã t¨ng Ých kh«ng ®ång ®Òu ,do ®ã c¸c b­íc sãng kh¸c nhau sÏ ®­îc t¨ng Ých víi c¸c hÖ sè kh¸c nhau. Qua nhiÒu tÇng khuyÕch ®¹i ,sai lÖch cña t¨ng Ých tÝch luü l¹i. §iÒu ®ã sÏ lµm gi¶m cÊp nghiªm träng SNR cña c¸c tÝn hiÖu cã b­íc sãng ë vïng hÖ sè t¨ng Ých thÊp.MÆt kh¸c nã cònh lµm t¨ng hiÖu øng phi tuyÕn cña c¸c tÝn hiÖu cã b­íc sãng ë vïng cã hÖ sè t¨ng Ých cao.Tãm l¹i lµm gi¶m chÊt l­îng cña hÖ thèng. Do ®ã môc tiªu ®Æt ra lµ cÇn chÕ t¹o c¸c bé EDFA cã hÖ sè t¨ng Ých ph¶i t­¬ng ®èi b»ng ph¼ng,®¶m b¶o chªnh lÖch t¨ng Ých trªn c¸c kªnh n»m trong ph¹m vi cho phÐp. 3.5 TÝch luü t¹p ©m khi dïng bé khuyÕch ®¹i quang EDFA nhiÒu tÇng VÒ lÝ luËn, hÖ sè t¹p ©m cña bé khuÕch ®¹i EDFA cã thÓ ®¹t tíi 3 dB (Th­êng th× trong thùc tÕ lµ cì 4 – 6 dB). §iÒu nµycã nghÜa lµ qua khuÕch ®¹i EDFA, SNR xÊu ®i Ýt nhÊt 1 tíi 2 lÇn. Møc ®é xÊu ®i cña SNR cã quan hÖ tíi sè l­îng bé khuÕch ®¹i EDFA nhiÒu tÇng vµ kho¶ng c¸ch ®o¹n sîi quang gi÷a c¸c bé khuÕch ®¹i víi nhau. Kho¶ng c¸ch cña ®o¹n sîi quang gi÷a c¸c bé khuÕch ®¹i cµng lín th× sù xÊu ®i cña SNR cµng nghiªm träng. Do ®ã khi x¸c ®Þnh tæng cù li truyÒn dÉn kh«ng cã bé chuyÓn tiÕp th× cÇn lµm cho ®é dµi cña chÆng nhá h¬n 120 km (t­¬ng ®­¬ng víi suy hao 33 dB) nh»m ®¶m b¶o tÝnh n¨ng truyÒn dÉn vÒ møc SNR. Ch­¬ng iv øng dông cña hÖ thèng wdm 4.1 øng dông wdm trong m¹ng truyÒn dÉn 4.1.1 TuyÕn truyÒn dÉn ®iÓm - ®iÓm dung l­îng cao Trong tuyÕn th«ng tin ®iÓm-®iÓm ®­êng dµi, tèc ®é cña mét kªnh th­êng nhá h¬n 10Gb/s. WDM cã vai trß t¨ng dung l­îng tuyÕn truyÒn dÉn. H×nh 4.1 chØ ra s¬ ®å khèi mét tuyÕn th«ng tin WDM. Mçi kªnh tÝn hiÖu ®iÖn ®­îc ®iÒu chÕ víi mét sãng mang riªng. Sau ®ã chóng ®­îc ghÐp l¹i vµ truyÒn ®Õn ®Çu thu. Gi¶ sö cã N kªnh víi tèc ®é B1 ,B2,...,BN ®­îc truyÒn ®ång thêi qua sîi quang cã chiÒu dµi L. TÝch tæng sè tèc ®é vµ kho¶ng c¸ch BL ®ùoc x¸c ®inh nh­ sau: Sîi quang l1 Tx Tx Tx Rx Rx Rx l2 ln l1 l2 ln H×nh 4.1 TuyÕn th«ng tin quang WDM ®iÓm -®iÓm ®¬n h­íng dung l­îng cao MUX DMUX BL= (B1 +B2+...+BN)L (4-1) Khi tèc ®é cña c¸c kªnh b»ng nhau, dung l­îng cña hÖ thèng t¨ng lªn N lÇn. N¨m 1985, BL ®¹t ®Õn 1,37Tb/s-km ë b­íc sãng 1500nm b»ng c¸ch ghÐp 10 kªnh 2Gb/s, chiÒu dµi tuyÕn 68,3 km, kho¶ng c¸ch kªnh 1,35nm. Do t¸n s¾c, gi¸ trÞ BL cña mét hÖ thèng ®¬n kªnh chØ nhá h¬n 1Tb/s-km. Dung l­îng cña mét tuyÕn WDM phô thuéc vµo kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c kªnh trong miÒn b­íc sãng. Kho¶ng c¸ch tèi thiÓu gi÷a c¸c kªnh bÞ giíi h¹n bëi xuyªn nhiÔu gi÷a c¸c kªnh. Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c kªnh th­êng lín h¬n bèn lÇn tèc ®é bÝt. ë cña sæ 1500nm, vïng suy hao thÊp cña sîi quang kho¶ng 120nm (h×nh 1.1). VÝ dô, ®èi víi c¸c kªnh cã tèc ®é 2,5Gb/s, kho¶ng c¸ch tèi thiÓu gi÷a c¸c kªnh lµ 10GHz hoÆc 0,1nm, ta cã thÓ ghÐp 1200 kªnh trªn b¨ng th«ng 120nm. Do ®ã, tæng dung l­îng lªn tíi 3Tb/s. NÕu mét tuyÕn th«ng tin kh«ng sö dông tr¹m lÆp ®iÖn hoÆc bé khuÕch ®¹i quang th× kho¶ng c¸ch truyÒn dÉn lµ 80km, BL hiÖu dông lµ 240Tb/s-km. Trong ®ã mét hÖ thèng quang ®¬n kªnh cã kh¶ n¨ng truyÒn tèc ®é bit 2,5 Gb/s, chiÒu dµi tuyÕn lµ 80 km th× BL lµ 0,2 Tb/s-km. Trong thùc tÕ, cã rÊt nhiÒu yÕu tè h¹n chÕ viÖc sö dông toµn bé cöa sæ suy hao thÊp cña sîi quang. VÝ dô, bé khuÕch ®¹i quang cã d¶i khuyÕch ®¹i ®ßng ®Òu thÊp, ®iÒu nµy giíi h¹n sè l­îng kªnh truyÒn trªn sîi quang. B¨ng th«ng cña EDFA th­êng tõ 30 ®Õn 35 nm, ngay c¶ khi sö dung c«ng nghÖ lµm ph¼ng hÖ sè khuyÕch ®¹i. Mét sè yÕu tè kh¸c còng lµm h¹n chÕ sè l­îng kªnh lµ ®é æn ®Þnh vµ kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh cña laser ph©n bè håi tiÕp, sù suy gi¶m tÝn hiÖu trong qu¸ tr×nh truyÒn dÉn g©y ra bëi hiÖu øng phi tuyÕn, nhiÔu xuyªn kªnh trong qu¸ tr×nh ghÐp kªnh. HiÖn nay cã rÊt nhiÒu øng dông cña hÖ thèng th«ng tin quang WDM ®iÓm-®iÓm dung l­îng cao ë cÊp ®é thùc nghiÖm. Dùa vµo kho¶ng c¸ch truyÒn, cã thÓ chia hÖ thèng WDM thùc nghiÖm thµnh hai lo¹i, lo¹i cã kho¶ng c¸ch truyÒn cì 100 km vµ lo¹i trªn 1000 km. N¨m 1985 ®· tån t¹i hÖ thèng tin quang WDM thùc nghiÖm gåm 10 kªnh 2Gb/s vµ kho¶ng c¸ch truyÒn kh«ng dïng tr¹m lÆp lµ 68,3 km. N¨m 1995 hÖ thèng th«ng tin quang WDM dung l­îng 340 Gb/s ra ®êi b»ng c¸ch ghÐp 17 kªnh tèc ®é 20 Gb/s vµ kho¶ng c¸ch truyÒn 150 km. Nh­ng ngay trong n¨m nµy ®· cã ba hÖ thèng WDM thùc nghiÖm kh¸c ra ®êi víi dung l­îng trªn 1 Tb/s. Thø nhÊt lµ hÖ thèng WDM 55 kªnh, kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c kªnh 0,8 nm, tèc ®é mçi kªnh 20 Gb/s vµ kho¶ng c¸ch truyÒn 150 km, sö dông 2 bé khuyÕch ®¹i. Do ®ã, dung l­îng hÖ thèng lµ 1,1 Tb/s vµ BL b»ng 165 Tb/s-km. Thø hai lµ hÖ thèng 50 kªnh, mçi kªnh cã tèc ®é 20 Gb/s, kho¶ng c¸ch truyÒn lµ 55 km. Thø ba lµ hÖ thèng ghÐp 10 kªnh 100Gb/s víi kho¶ng c¸ch truyÒn 55 km. HÖ thèng nµy sö dung kÜ thuËt WDM kÕt hîp víi TDM (mçi kªnh 100 Gb/s ®­îc t¹o thµnh b»ng c¸ch ghÐp 10 kªnh 10Gb/s theo kÜ thuËt TDM). §Õn cuèi n¨m 1996 ®· xuÊt hiÖn hÖ thèng cã dung l­îng 2,64 Tb/s b»ng c¸ch ghÐp 132 kªnh, kho¶ng c¸ch kªnh 0.27 nm. B¶ng 4.1 liÖt kª mét sè hÖ thèng WDM thùc nghiÖm tr­íc n¨m 1995. B¶ng 4.1 Mét sè hÖ thèng WDM thùc nghiÖm Sè kªnh N Tèc ®é bit B(Gb/s) Dung ­îng N.B(Gb/s) Kho¶ng c¸ch L (km) NBL (Tb/s-km) 10 100 1000 40 40 16 10 160 531 85 32 10 320 640 205 32 5 160 9300 1488 50 20 1000 55 55 55 20 1100 150 165 132 20 2640 120 317 Nhãm thø hai trong hÖ thèng WDM thùc nghiÖm cã kho¶ng c¸ch truyÒn trªn 1000km. Nhãm nµy ®­îc chia lµm hai lo¹i, m¹ng ®­êng th¼ng vµ m¹ng vßng. N¨m 1994 tuyÕn quang ®­êng th¼ng 40 Gb/s víi kho¶ng c¸ch truyÒn 1420 km ®· ra ®êi. HÖ thèng nµy ®­îc t¹o thµnh tõ viÖc ghÐp 16 kªnh 2,5 Gb/s vµ cã kho¶ng c¸ch gi÷a hai bé khuyÕch ®¹i lµ 100km. TiÕp theo ®ã lµ hµng lo¹t c¸c hÖ thèng míi ra ®êi cã dung l­îng vµ kho¶ng c¸ch truyÒn t¨ng lªn. Trong mét thÝ nghiªm ®· t¹o ra hÖ thèng 20 Gb/s (ghÐp 8 kªnh 2,5 Gb/s), kho¶ng c¸ch truyÒn 6000 km, kho¶ng c¸ch gi÷a hai bé khuyÕch ®¹i lµ 75 km. Mét thÝ nghiÖm kh¸c còng t¹o ra hÖ thèng 40 Gb/s (ghÐp 8 kªnh 5 Gb/s), kho¶ng c¸ch truyÒn 4500 km vµ sö dông m· RZ ®Ó c¶i thiÖn tØ sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m. N¨m 1996 ®· cho ra ®êi hÖ thèng WDM thùc nghiÖm dung l­îng 320 Gb/s (ghÐp 16 kªnh 20 Gb/s) ®é dµi tuyÕn 531 km. §èi víi lo¹i loop vßng sîi quang ®· tån t¹i hÖ thèng 100 Gb/s (ghÐp 20 kªnh 5 Gb/s) truyÒn v­ît ®¹i d­¬ng víi kho¶ng c¸ch 9100 km. HÖ thèng nµy cã sö dông thªm kÜ thuËt ngÉu nhiªn ho¸ ph©n cùc vµ söa lçi tr­íc. Nh­ vËy víi sù ra ®êi cña hÖ thèng WDM, dung l­îng cña hÖ thèng th«ng tin quang t¨ng lªn rÊt nhiÒu. Mét sè hÖ thèng WDM ®· ®­îc triÓn khai trong thùc tÕ. N¨m 1995, hÖ thèng WDM 4 kªnh, mçi kªnh cã tèc ®é 2,5 Gb/s ®· ®­îc th­¬ng m¹i ho¸. §Õn n¨m 1996, hÖ thèng WDM dung l­îng 40 Gb/s (ghÐp 16 kªnh 2,5 Gb/s) b¾t ®Çu ®­îc th­¬ng m¹i ho¸. HÖ thèng nµy sö dông d¶i b¨ng tÇn 12nm ë b­íc sãng 1550 nm vµ kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c kªnh 0,8 nm. §Õn n¨m 1997 ®· tån t¹i tuyÕn th«ng tin quang 80 Gb/s tiÕp ®ã lµ hÖ thèng 160 Gb/s (ghÐp 16 kªnh 10 Gb/s). KÜ thuËt WDM ®· t¹o ra mét cuéc c¸ch m¹ng trong hÖ thèng th«ng tin quang. 4.1.2 M¹ng qu¶ng b¸ Trong m¹ng qu¶ng b¸, nhiÒu kªnh tÝn hiÖu ®­îc ghÐp l¹i vµ truyÒn tíi mét nhãm thuª bao. T¹i mçi thuª bao, bé thu thùc hiÖn chøc n¨ng lùa chän mét kªnh thÝch hîp th«ng qua viÖc t¸ch kªnh. M¹ng truyÒn h×nh c¸p CATV lµ mét vÝ dô cña m¹ng qu¶ng b¸. NhiÒu kªnh truyÒn h×nh ®­îc ghÐp l¹i vµ ®­a tíi mét bus quang chung, sau ®ã ph©n phèi tíi tõng thuª bao riªng biÖt. H×nh 4.2 lµ s¬ ®å cña m¹ng WDM qu¶ng b¸ sö dông sao qu¶ng b¸. Mçi kªnh tÝn hiÖu ®­îc ®iÒu chÕ víi mét b­íc sãng riªng. C¸c kªnh nµy ®­îc ghÐp víi nhau nhê mét coupler quang thô ®éng vµ ®­îc ph©n phèi ®ång ®Òu tíi tÊt c¶ c¸c bé thu. Mçi thuª bao nhËn ®­îc toµn bé dung l­¬ng cña hÖ thèng vµ lùa chän mét kªnh thÝch hîp. M¹ng nµy cßn ®­¬c gäi lµ m¹ng ph¸t qu¶ng b¸ vµ thu lùa chän. NÕu hÖ thèng th«ng tin quang sö dông kÜ thuËt t¸ch sãng coherent th× phÝa thu cã thÓ lùa chän kªnh b»ng c¸ch thay ®æi b¨ng th«ng bé läc trung tÇn hoÆc ®iÒu chØnh tÇn sè dao ®éng néi. NÕu hÖ thèng sö dông kÜ thuËt t¸ch sãng trùc tiÕp th× ta dïng c¸c bé läc quang ®Ó lùa chän b­íc sãng cÇn thiÕt. HiÖn nay tån t¹i rÊt nhiÒu øng dông cña m¹ng qu¶ng b¸ ë cÊp ®é thÝ nghiÖm. GÇn ®©y cã mét thÝ nghiÖm vÒ sao qu¶ng b¸ 8x8 ®Ó ph©n phèi 7 kªnh tÝn hiÖu, kho¶ng c¸ch c¸c kªnh 15 nm. Mçi bé thu cã mét bé läc kh¶ chØnh b¨ng th«ng 10 nm vµ d¶i ®iÒu chØnh 400 nm. Ngoµi ra cßn mét sè thÝ nghiÖm kh¸c sö dông kÜ thuËt t¸ch sãng coherent, thùc hiÖn ghÐp 10 kªnh quang 70Gb/s, vµ kho¶ng c¸ch kªnh 6GHz. ThÝ nghiÖm nµy sö dông sao qu¶ng b¸ 128 x128 ®Ó ®­a tÝn hiÖu tíi nhiÒu thuª bao kh¸c nhau. l1 1 2 . . N l2 lN l1,l2,...lN Bé ph¸t Bé thu kh¶ chØnh Saoqu¶ng b¸ H×nh 4.2 M¹ng WDM qu¶ng b¸ h×nh sao Trong m¹ng qu¶ng b¸, cã hai vÊn ®Ò cÇn ®­îc quan t©m lµ suy hao ph©n bè vµ suy hao xen. Suy hao ph©n bè lµ do tÝn hiÖu trªn ®­êng truyÒn ®­îc chia ®Òu tíi tÊt c¶ c¸c thuª bao. Mçi thuª bao nhËn mét phÇn c«ng suÊt cña tÝn hiÖu tæng. Suy hao ph©n bè t¨ng khi N t¨ng, do ®ã nã giíi h¹n N nhá h¬n 100 nÕu kh«ng sö dông c¸c bé khuÕch ®¹i quang ®Ó bï suy hao. §èi víi sao qu¶ng b¸ Nx N, suy hao ph©n bè gi¶m vµ c«ng suÊt tÝn hiÖu mµ mçi thuª bao nhËn ®­îc lµ: PR =(PT /N) (1- d) log2N (1-CL) (4-2) Trong ®ã: PT lµ c«ng suÊt truyÒn trung b×nh cña tÝn hiÖu d lµ suy hao xen cña mçi coupler cÊu t¹o nªn sao qu¶ng b¸ CL lµ c¸c lo¹i suy hao kh¸c nh­ suy hao sîi quang, suy hao connector C«ng suÊt nhËn ®­îc PR ph¶i lín h¬n ®é nh¹y m¸y thu Prec .Prec ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau: Prec= NP hn B (4-3) Trong ®ã: NP lµ sè l­îng photon trung b×nh trªn mét bit t¹i møc c«ng suÊt vµo b»ng ®é nh¹y m¸y thu. B lµ tèc ®é bit cña mçi kªnh tÝn hiÖu. Tõ c«ng thøc (4-2),(4-3) vµ gi¶ thiÕt PR = Prec ta cã: (4-4) H×nh 4.3 §å thÞ biÓu diÔn sù phô thuéc cña BN vµo sè l­îng kªnh N Tõ c«ng thøc (4-4) ta cã thÓ dù b¸o dung l­îng cña m¹ng qu¶ng b¸. Trong m¸y thu coherent NP = 1000, c«ng suÊt truyÒn lín nhÊt PT = 1mW, ë b­íc sãng 1550 nm n¨ng l­îng photon hn = 0,8 eV. Gi¶ sö suy hao coupler vµ c¸c suy hao kh¸c ®Òu b»ng kh«ng. Khi ®ã, B.N = 78 Tb/s. Trong tr­êng hîp t¸ch sãng trùc tiÕp NP =100 th× B.N = 7,8 Tb/s. Trong thøc tÕ, gi¸ trÞ B.N th­êng nhá h¬n v× lu«n tån t¹i suy hao coupler, mét sè suy hao kh¸c vµ c«ng suÊt ph¸t quang còng nhá h¬n. H×nh 4.3 chØ ra sù phô thuéc cña B.N vµo sè l­îng kªnh N cña hai ph­¬ng ph¸p t¸ch sãng coherent vµ t¸ch sãng trùc tiÕp. B.N = 10 Tb/s trong tr­êng hîp lÝ t­ëng kh«ng cã suy hao cña coupler quang (®­êng 1). Khi lÊy d = 0.05 (suy hao cña coupler b»ng 0,2dB) ta ®­îc ®­êng 2. Hai ®­êng cong 3 vµ 4 biÓu diÔn B.N trong tr­êng hîp thùc tÕ. C¸c ®­êng ®øt nÐt biÓu diÔn B.N víi c¸c tèc ®é bit cè ®Þnh. Tõ ®å thÞ ta cã, khi B =622Mb/s vµ t¸ch sãng trùc tiÕp th× B.N= 1Tb/s, N =1600. Khi t¸ch sãng coherent th× B.N = 3 Tb/s vµ N =4800. Ta cã thÓ kh¾c phôc c¸c ¶nh h­ëng cña suy hao ph©n bè b»ng c¸ch sö dông c¸c bé khuyÕch ®¹i quang. N¨m 1990 cã mét thÝ nghiÖm sö dông hai bé khuyÕch ®¹i quang EDFA trong m¹ng qu¶ng b¸, m¹ng nµy cã dung l­îng kho¶ng 39,5 triÖu thuª bao. Bé khuyÕch ®¹i cã chøc n¨ng bï phÇn n¨ng l­îng bÞ suy hao do ph©n bè, ®¶m b¶o c«ng suÊt tÝn hiÖu t¹i mçi thuª bao lµ ®ñ lín. Ngoµi ra, cßn mét hÖ thèng thÝ nghiÖm n÷a cã sè thuª bao lµ 43,8 triÖu, dung l­îng cña hÖ thèng 39,81Gb/s vµ kho¶ng c¸ch truyÒn dÉn lµ 507km. 4.2 øng dông cña WDM trong m¹ng ®a truy nhËp 4.2.1 Më ®Çu Trong thùc tÕ cã rÊt nhiÒu kiÓu ®a truy nhËp kh¸c nhau nh­ TDMA, CDMA, FDMA, WDMA. C¸c kÜ thuËt nµy dùa vµo tµi nguyªn thêi gian, kh«ng gian, tÇn sè vµ b­íc sãng ®Ó ph©n phèi tÝn hiÖu tõ tr¹m thu tíi tr¹m ph¸t. M¹ng WDM ®a truy nhËp cßn gäi lµ m¹ng quang ®a truy nhËp theo b­íc sãng (WDMA). §iÓm kh¸c biÖt lín nhÊt gi÷a m¹ng quang ®a truy nhËp vµ m¹ng qu¶ng b¸ lµ m¹ng ®a truy nhËp cã kh¶ n¨ng ®¸p øng truy nhËp song h­íng cña mét thuª bao bÊt k×. Mçi thuª bao cã thÓ thu/ph¸t tÝn hiÖu tõ/tíi bÊt k× mét thuª bao kh¸c. Trong m¹ng WDMA, b¨ng th«ng réng cña sîi quang ®­îc chia thµnh c¸c kho¶ng nhá, mçi kho¶ng nµy mang mét kªnh quang riªng biÖt. C¸c kªnh nµy ®­îc truyÒn ®ång thêi trªn cïng mét sîi quang. Kho¶ng c¸ch tèi thiÓu gi÷a hai b­íc sãng cì 0,4 ®Õn 0,8 nm. Mçi b­íc sãng nµy cã thÓ mang mét kªnh tÝn hiÖu cã tèc ®é lªn tíi Gb/s. H×nh 4.4 m« t¶ s¬ ®å khèi cña mét m¹ng truyÒn dÉn quang ®a truy nhËp ph©n chia theo b­íc sãng. H×nh 4.4 S¬ ®å khèi m¹ng truyÒn dÉn quang ®a truy nhËp ph©n chia theo b­íc sãng Node 1 Node 3 Node 2 Node N Coupler NxN C¸c kªnh quang tõ c¸c nót kh¸c nhau ®­îc ghÐp víi nhau nhê mét coupler quang N xN. Bé ghÐp trén tÊt c¶ c¸c tÝn hiÖu ®Õn vµ chia ®Òu c«ng suÊt tíi c¸c bé thu. KÕt qu¶ lµ, tÝn hiÖu tõ tÊt c¶ c¸c cæng vµo cã thÓ ®­îc thu tõ c¸c cæng ra bÊt k×. HÖ thèng cã sù chia sÎ b­íc sãng, tõ mét nót bÊt k× cã thÓ thu ®­îc kªnh chung trong m«i tr­êng chia sÎ. TÊt c¶ c¸c kªnh ®­îc ph¸t vµo m«i tr­êng chia sÎ (coupler sao) vµ mçi nót thu tÝn hiÖu cña tÊt c¶ c¸c nót cßn l¹i trªn m¹ng. M«i tr­êng chia sÎ cã cÊu tróc m¹ng sao, bus hoÆc m¹ng ring, kÕt nèi tÊt c¶ c¸c nót víi nhau. Mçi nót thu tÝn hiÖu mong muèn b»ng ph­¬ng ph¸p t¸ch sãng trùc tiÕp hoÆc coherent. Mçi nót thu/ph¸t tÇn sè cè ®Þnh hoÆc thay ®æi. Do ®ã, viÖc triÓn khai m¹ng WDMA ®ßi hái c¸c thµnh phÇn quang cã kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh b­íc sãng nh­ laser ph¸t kh¶ chØnh, bé läc quang kh¶ chØnh. C¸c thµnh phÇn nµy x©y dùng nªn c¸c bé thu ph¸t quang cã kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh b­íc sãng ë mçi nót m¹ng. M¹ng WDMA cã hai vÊn ®Ò cÇn ®­îc quan t©m. §ã lµ tèc ®é ®iÒu chØnh b­íc sãng vµ giao thøc m¹ng. Tèc ®é ®iÒu chØnh b­íc sãng ph¶i nhanh ®Ó ®¸p øng yªu cÇu cña m¹ng, ®Æc biÖt trong m¹ng chuyÓn m¹ch gãi. Ngoµi ra, giao thøc ®­îc triÓn khai trong m¹ng ph¶i ®¶m b¶o kÕt nèi ngang hµng c¸c kªnh tÝn hiÖu kh¸c nhau. M¹ng WDMA cã hai cÊu h×nh c¬ b¶n lµ WDMA ®¬n chÆng (single hop) vµ WDMA ®a chÆng (multi hop). 4.2.2 M¹ng WDMA ®¬n chÆng Trong m¹ng WDMA ®¬n chÆng mçi nót ®Òu cã kh¶ n¨ng kÕt nèi trùc tiÕp ®Õn tÊt c¶ c¸c nót kh¸c. D÷ liÖu ®­îc ph¸t ®i d­íi d¹ng ¸nh s¸ng vµ ®­îc truyÒn trùc tiÕp ®Õn nót ®Ých mµ kh«ng ph¶i chuyÓn vÒ d¹ng tÝn hiÖu ®iÖn. §Ó mét gãi d÷ liÖu ®­îc truyÒn, tr­íc hÕt nã ®­îc ph¸t vµo m¹ng nhê mét laser ph¸t. T¹i nót ®Ých bé thu quang ph¶i ®iÒu chØnh b­íc sãng sao cho trïng víi b­íc sãng ph¸t. Khi ®ã, gãi tin ®­îc truyÒn qua m¹ng tíi nót ®Ých. M¹ng WDMA ®¬n chÆng cã thÓ chia lµm hai lo¹i, ph¸t qu¶ng b¸ thu lùa chän vµ m¹ng WDMA ®Þnh tuyÕn theo b­íc sãng. Trong m¹ng WDMA ®¬n chÆng ph¸t qu¶ng b¸ thu lùa chän, d÷ liÖu t¹i c¸c nót ph¸t ra ®­îc ghÐp l¹i vµ ph¸t qu¶ng b¸ tíi tÊt c¸c nót kh¸c trong m¹ng. PhÝa thu lùa chän kªnh tÝn hiÖu mong muèn dùa vµo b­íc sãng. Cã bèn lo¹i m¹ng WDMA ph¸t qu¶ng b¸ thu lùa chän, ph¸t thay ®æi thu cè ®Þnh (TT-FR), ph¸t cè ®Þnh thu thay ®æi (FT-TR), c¶ ph¸t vµ thu cïng thay ®æi (TT-TR) vµ c¶ ph¸t vµ thu cè dÞnh (FT-FR). M¹ng WDMA ®¬n chÆng sö dông c¸c bé ®Þnh tuyÕn theo b­íc sãng hoÆc ma trËn chuyÓn m¹ch kh«ng gian b­íc sãng. Trong thùc tÕ, cã rÊt nhiÒu øng dông cña m¹ng WDMA ®¬n chÆng ë cÊp ®é thùc nghiÖm hoÆc thùc tÕ. Mét sè øng dông cña m¹ng WDMA lµ m¹ng quang thô ®éng PON (telephone PON vµ Broad PON), m¹ng Lambdanet, m¹ng quang thô ®éng PPL, m¹ng Rainbow. M¹ng Lambdanet lµ m¹ng quang ®Çu tiªn ®­îc triÓn khai cÊp ®é thÝ nghiÖm. CÊu tróc m¹ng nµy ®­îc cho nh­ h×nh 4.5 Coupler Sao NxN Giao diÖn ®iÖn Laser Tx l1 Bé thu WDM DEMUX Giao diÖn ®iÖn Laser Tx l2 Bé thu WDM DEMUX Nót 4 Nót 3 Nót N H×nh 4.5 CÊu tróc m¹ng Lambdanet Nót 1 Nót 2 M¹ng Lambdanet lµ m¹ng ph¸t qu¶ng b¸ thu lùa chän h×nh sao FT-FR. Trong m¹ng nµy sö dông mét coupler h×nh sao N xN ®Ó ph©n phèi tÝn hiÖu tíi tÊt c¶ c¸c nót. Mçi nót cã mét bé ph¸t riªng ë b­íc sãng x¸c ®Þnh vµ N bé thu ho¹t ®éng ë N b­íc sãng kh¸c nhau (N lµ sè ng­êi sö dông hay sè nót), mçi nót nhËn toµn bé l­u l­îng cña m¹ng. Do ®ã, m¹ng nµy kh«ng bÞ t¾c nghÏn mµ truyÒn tÝn hiÖu trong suèt kh«ng phô thuéc vµo tèc ®é bit vµ ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ. Nh÷ng ng­êi sö dông kh¸c nhau cã thÓ truyÒn tÝn hiÖu cã tèc ®é bit kh¸c nhau vµ d¹ng ®iÒu chÕ kh¸c nhau, cã thÓ truyÒn tÝn hiÖu sè hoÆc tÝn hiÖu t­¬ng tù. V× vËy m¹ng Lambdanet rÊt linh ho¹t vµ thÝch hîp cho nhiÒu lo¹i øng dông kh¸c nhau. Ta cã thÓ truyÒn tÝn hiÖu tho¹i trong cïng mét c¬ quan. N¨m 1987 ®· cã mét thÝ nghiÖm vÒ m¹ng 18 kªnh tèc ®é bit mét kªnh lµ 1,5 Gb/s, dung l­îng hÖ thèng lµ 27 Gb/s. Mçi kªnh cã thÓ truyÒn ë kho¶ng c¸ch 57,8 km. Nh­îc ®iÓm cña m¹ng Lambdanet lµ sè l­îng ng­êi sö dông bÞ giíi h¹n bëi sè l­îng b­íc sãng. Ngoµi ra, mçi nót cÇn cã rÊt nhiÒu bé thu (b»ng sè l­îng ng­êi sö dông). Do ®ã rÊt tèn kÐm khi ®Çu t­ phÇn cøng cho hÖ thèng Khi sö dông bé thu kh¶ chØnh vµo m¹ng Lambdanet lµm gi¶m gi¸ thµnh vµ ®é phøc t¹p cña hÖ thèng. M¹ng nh­ vËy ®­îc gäi lµ m¹ng Rainbow. M¹ng nµy cã kh¶ n¨ng kÕt nèi 32 nót, mçi kªnh cã tèc ®é 1Gb/s vµ kho¶ng c¸ch truyÒn tõ 10 ®Õn 20 km. M¹ng sö dông coupler sao thô ®éng (h×nh 4.5) ®Ó kÕt nèi nhiÒu m¸y tÝnh. Bé läc quang kh¶ chØnh läc ra b­íc sãng thÝch hîp cho mçi nót. H¹n chÕ cña m¹ng Rainbow lµ tèc ®é ®iÒu chØnh cña bé thu chËm., kh«ng thÓ ®¸p øng cho m¹ng chuyÓn m¹ch gãi. C¸c m¹ng WDM sö dông coupler sao thô ®éng ®­îc gäi lµ m¹ng quang thô ®éng (PON). Mçi nót thu toµn bé l­u l­îng. PON mang tÝn hiÖu quang tíi tËn nhµ. H×nh 4.6 chØ ra s¬ ®å khèi cña m¹ng vßng quang thô ®éng, b­íc sãng quang ®­îc dïng ®Ó ®Þnh tuyÕn tÝn hiÖu trªn m¹ng vßng néi h¹t. Tr¹m trung t©m cã N bé ph¸t ë c¸c b­íc sãng l1,, l2... lN vµ N bé thu ho¹t ®éng ë c¸c b­íc sãng lN+1,, lN+2... l2N (N lµ sè thuª bao). T¹i mçi thuª bao thu vµ ph¸t ë c¸c b­íc sãng riªng. Tr¹m xa ghÐp tÝn hiÖu tõ c¸c thuª bao vµ göi tíi tr¹m trung t©m. Tr¹m xa lµ thiÕt bÞ thô ®éng nªn tèn Ýt chi phÝ b¶o d­ìng. Bé chuyÓn m¹ch ë tr¹m xa ®Þnh tuyÕn tÝn hiÖu dùa vµo b­íc sãng. N¨m 1996, m¹ng vßng néi h¹t ®­îc thiÕt kÕ nh­ lµ mét m¹ng quang thô ®éng PON. Môc ®Ých cña viÖc nµy lµ cung cÊp kh¶ n¨ng truy nhËp b¨ng th«ng réng cña mçi kh¸ch hµng vµ ph©n ph¸t tÝn hiÖu h×nh ¶nh video, d÷ liÖu theo yªu cÇu mµ vÉn ®¶m b¶o gi¸ thµnh thÊp. Ngoµi ra ng­êi ta cßn sö dông c«ng nghÖ c¾t phæ LED ®Ó t¹o ra c¸c b­íc sang cho hÖ thèng WDM H×nh 4.6 S¬ ®å khèi cña m¹ng vßng quang thô ®éng néi h¹t Tr¹m trung t©m l1 SW I TCH N Bé ph¸t MUX/ DMUX N Bé thu MUX/ DMUX Thuª bao 1 Thuª bao 2 Thuª bao N lN+1 l2 lN+2 lN l2N Tr¹m xa Sîi quang 4.2.3 M¹ng WDMA ®a chÆng Trong m¹ng ®a chÆng, mét kªnh quang ®­îc chuyÓn ®i tõ mét nót ph¶i ®­îc chuyÓn qua mét sè nót trung gian. Mçi nót thu/ph¸t quang cña m¹ng WDMA ®a chÆng cã mét sè bé thu ph¸t quang cã thÓ thu ph¸t mét vµi b­íc sãng nhÊt ®Þnh. KÕt nèi trùc tiÕp x¶y ra khi b­íc sãng ®­îc ®Þnh tr­íc t¹i nót ®Ých trïng víi mét trong nh÷ng b­íc sãng ®­îc ®Þnh tr­íc ë nót ph¸t. KÕt nèi gi÷a hai nót bÊt k× ®­îc ®Þnh tuyÕn qua c¸c nót trung gian. T¹i mçi nót trung gian, d÷ liÖu ®­îc chuyÓn thµnh tÝn hiÖu ®iÖn. §Þa chØ ®Ých cña gãi ®­îc gi¶i m· vµ xö lÝ d­íi d¹ng ®iÖn. Sau ®ã, gãi tin l¹i ®­îc chuyÓn thµnh tÝn hiÖu quang cã b­íc sãng thÝch hîp chuyÓn tíi nót ®Ých hay nót trung gian kÕ tiÕp. Qu¸ tr×nh ®­îc lÆp l¹i cho tíi ®Ých. Do vËy, gãi tin ®­îc chuyÓn qua nhiÒu chÆng, gãi tin ph¶i qua mét sè nót trung gian tr­íc khi ®i tíi nót ®Ých cuèi cïng. Sè l­îng nót trung gian phô thuéc vµo thiÕt kÕ vµ qui m« m¹ng. H×nh 4.7 chØ ra mét vÝ dô cña m¹ng ®a chÆng cã 8 nót. Gi¶ sö gãi tin ®­îc truyÒn tõ nót 1 tíi nót 3. Ta kh«ng thÓ thiÕt lËp ®­îc kÕt nèi trùc tiÕp gi÷a hai nót nµy. Do ®ã, gãi tin ph¶i qua mét sè nót trung gian. Gi¶ sö nót 1 ph¸t ®i gãi tin ë b­íc sãng l2 , gãi tin ®­îc chuyÓn tíi nót 6. T¹i nót 6 cã qu¸ tr×nh biÕn ®æi quang ®iÖn, sö dông b­íc sãng l11 ®Ó truyÒn tíi nót 3. H­íng ®i nµy gåm hai chÆng. Ngoµi ra, gãi tin cã thÓ ®i theo c¸c h­íng kh¸c víi sè chÆng lín h¬n hoÆc b»ng. T R T R T R T R T R R T R T T R l1, l2 l9, l13 Coupler sao NxN l9,l10 l1,l5 l3, l4 l10, l14 l5, l6 l11, l15 l7, l6 l12, l16 l2, l6 l11, l10 l13, l14 l3, l7 l15, l16 l8, l4 l11 l2 Nót 1 Nót 2 Nót 8 Nót 4 Nót 6 Nót 5 H×nh 4.7 Mét m¹ng ®a chÆng 8 nót Mét ­u ®iÓm c¬ b¶n cña m¹ng ®a chÆng so víi m¹ng ®¬n chÆng lµ kh«ng nhÊt thiÕt ph¶i cã thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn kªnh v× mçi nót m¹ng ho¹t ®éng nh­ mét tr¹m lÆp vµ cã nhiÖm vô quyÕt ®Þnh nhËn gãi tin hay chuyÓn gãi tin ®i tiÕp tíi c¸c nót kh¸c trong m¹ng. KÕt nèi trong m¹ng ®a chÆng ®­îc thùc hiÖn linh ho¹t b»ng nhiÒu c¸ch kh¸c nhau, b»ng nh÷ng con ®­êng kh¸c nhau. ChÝnh v× vËy, m¹ng ®a chÆng gi¶m ®­îc hiÖn t­îng t¾c nghÏn ®­êng truyÒn so víi m¹ng ®¬n chÆng. Nót 3 Nót 7 HiÖn nay cã mét sè cÊu tróc cña m¹ng WDMA ®a chÆng. VÝ dô, m¹ng ®a chÆng cã cÊu tróc h×nh ®a diÖn. CÊu tróc nµy th­êng ®­îc sö dông ®Ó ghÐp nhiÒu bé xö lý cña mét m¸y tÝnh lín. Trong m¹ng ®a chÆng 8 nót th× 8 nót nµy n»m ë 8 gãc cña h×nh lËp ph­¬ng. Trong m¹ng N nót (N =2m) th× mçi nót ®­îc ®Æt t¹i mét ®Ønh cña h×nh ®a diÖn. Mçi nót ®­îc nèi trùc tiÕp víi m nót kh¸c. Khi truyÒn tÝn hiÖu tõ mét chÆng tíi mét chÆng kh¸c qua nhiÒu nhÊt m chÆng. Sè l­îng chÆng trung b×nh ph¶i qua lµ m/2. Mçi nót cÇn cã m bé thu. Ta cã thÓ sö dông mét sè kÜ thuËt kh¸c ®Ó gi¶m sè bé thu. Nh­ng khi ®ã sè chÆng trung b×nh l¹i t¨ng lªn. Mét sè m¹ng WDMA ®a chÆng ®­îc triÓn khai ë cÊp ®é thùc nghiªm nh­ m¹ng Teranet hoÆc Starnet. M¹ng Teranet lµ m¹ng thùc nghiÖm ®­îc triÓn khai ë tr­êng ®¹i häc Columbia d­íi d¹ng truyÒn m¹ch tÕ bµo ATM 1Gb/s hoÆc chuyÓn m¹ch kªnh 1Gb/s. H×nh 4.8 m« t¶ s¬ ®å khèi chøc n¨ng cña mét nót trong m¹ng Teranet. l1 l1 l1 l2 ChuyÓn m¹ch ATM 3x3 l1, l2,... lN l1 l2 Tõ ®Çu ra cña nót kh¸c l1, l2,... lN §Õn ®Çu vµo cña nót kh¸c Bé ®iÒu chÕ RF kh¶ chØnh Laser DBF l3 l4 H×nh 4.8 S¬ ®å khèi chøc n¨ng cña mét nót trong m¹ng Teranet. ThiÕt bÞ thu quang cña mét nót gåm bé läc quang kh¶ chØnh ®Æt tr­íc mét photodiode vµ mét bé läc trung tÇn cã tÇn sè cè ®Þnh. ThiÕt bÞ thu quang lµ laser DFB cã b­íc sãng ®Þnh tr­íc. ThiÕt bÞ chuyÓn m¹ch lµ ma trËn chuyÓn m¹ch ®iÖn 3 x3, tèc ®é cæng vµo ra lµ 1 Gb/s. Ma trËn chuyÓn m¹ch ®Þnh tuyÕn gãi tin tíi mét cæng ra thÝch hîp tuú thuéc vµo ®Þa chØ ®Ých cña gãi tin. M¹ng Starnet lµ m¹ng LAN WDMA Coherent ®­îc x©y dùng ë tr­êng ®¹i häc Standford hÖ thèng nµy hç trî c¶ m¹ng WDMA ®¬n chÆng chuyÓn m¹ch kªnh vµ ®a chÆng chuyÓn m¹ch gãi 100Mb/s. Mçi nót cã mét bé ph¸t vµ hai bé thu. HÖ thèng ho¹t ®éng ë b­íc sãng trung t©m 1319nm, sîi quang ®¬n mode, kho¶ng c¸ch truyÒn 2km, c«ng suÊt dù tr÷ 10dB, tØ lÖ lçi bit 10-9 4.3 øng dông cña WDM trong m¹ng chuyÓn m¹ch quang HiÖn nay, sù ph¸t triÓn cña c¸c dÞch vô tho¹i vµ phi tho¹i mµ ®Æc biÖt lµ Internet còng nh­ mét sè dÞch vô b¨ng réng kh¸c ®· t¹o ra sù bïng næ nhu cÇu vÒ dung l­îng. Kü thuËt WDM ra ®êi ®· gi¶i quyÕt ®­îc vÊn ®Ò trªn. Nh­ phÇn trªn ®· ®Ò cËp, kü thuËt WDM ®· ®­îc øng dông trong m¹ng truyÒn dÉn vµ m¹ng truy nhËp. Ng­êi ta ®· sö dông tµi nguyªn b¨ng th«ng to lín cña sîi quang ®Ó truyÒn nhiÒu kªnh quang trªn cïng sîi quang. Mét sîi quang cã thÓ truyÒn dÉn th«ng tin sè tíi hµng chôc Gb/s. Sù t¨ng tr­ëng víi tèc ®é nhanh chãng dung l­îng cña hÖ thèng truyÒn dÉn lµ søc Ðp vµ ®éng lùc m¹nh cho sù ph¸t triÓn cña hÖ thèng chuyÓn m¹ch. HÖ thèng chuyÓn m¹ch trong m¹ng th«ng tin cã qui m« yªu cÇu ngµy cµng lín vµ tèc ®é ngµy cµng ph¶i cao. HÇu hÕt c¸c m¹ng hiÖn nay ®Òu sö dông c¸c tr­êng chuyÓn m¹ch ®iÖn vµ chØ sö dông sîi quang nh­ ph­¬ng tiÖn truyÒn dÉn. ChuyÓn m¹ch ®­îc thùc hiÖn th«ng qua qu¸ tr×nh biÕn ®æi tÝn hiÖu quang thµnh d¹ng tÝn hiÖu ®iÖn ban ®Çu vµ sau ®ã l¹i biÕn ®æi ng­îc l¹i. ChuyÓn m¹ch ®iÖn cã nh­îc ®iÓm lµ c¸c linh kiÖn ®iÖn kh«ng cho phÐp kÕt nèi d¶i b¨ng réng cña sîi quang vµ t¹o thªm trÔ do cã biÕn ®æi quang ®iÖn t¹i c¸c nót trung gian. §Ó gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò nµy, c¸c nhµ nghiªn cøu b¾t ®Çu ®­a kü thuËt quang tö vµo hÖ thèng chuyÓn m¹ch, thùc hiÖn chuyÓn m¹ch quang. ChuyÓn m¹ch quang cã kh¶ n¨ng chuyÓn m¹ch c¸c luång d÷ liÖu quang mµ kh«ng cÇn biÕn ®æi quang ®iÖn. Do ®ã, nã kh«ng bÞ c¸c linh kiÖn chuyÓn m¹ch ®iÖn tö h¹n chÕ tèc ®é. Ngoµi ra, chuyÓn m¹ch quang kh«ng phô thuéc vµo tèc ®é vµ ph­¬ng thøc ®iÕu chÕ cña tÝn hiÖu, cã c«ng suÊt tiªu thô thÊp. Song kü thuËt chuyÓn m¹ch quang cßn tån t¹i rÊt nhiÒu khã kh¨n trong viÖc ®­a vµo øng dông thùc tÕ. PhÇn kÕt nèi thiÕt bÞ chuyÓn m¹ch víi sîi ra vµ sîi vµo rÊt phøc t¹p. ThiÕt bÞ ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn ph©n cùc nghiªm ngÆt. Do t¸c dông cña linh kiÖn logic quang cßn rÊt ®¬n gi¶n, kh«ng thÓ hoµn thµnh chøc n¨ng xö lÝ logic phøc t¹p cña bé phËn ®iÒu khiÓn, nªn bé chuyÓn m¹ch quang ®iÖn hiÖn nay vÉn cßn ph¶i ®iÒu khiÓn b»ng tÝn hiÖu ®iÖn. Cã ba lo¹i chuyÓn m¹ch quang lµ chuyÓn m¹ch quang theo kh«ng gian, chuyÓn m¹ch quang theo thêi gian vµ chuyÓn m¹ch quang theo b­íc sãng. §Æc ®iÓm cña ba ph­¬ng ph¸p nµy kh¸c nhau, møc ®é khã dÔ khi thùc hiÖn chuyÓn m¹ch còng kh¸c nhau. NÕu tÝn hiÖu quang cïng lóc sö dông hai trong ba ph­¬ng ph¸p chuyÓn m¹ch trªn th× ta cã chuyÓn m¹ch hçn hîp. Trong ®ã, ph­¬ng ph¸p chuyÓn m¹ch kh«ng gian b­íc sãng lµ phæ biÕn nhÊt.