Ttquang d Wdm

THONG TIN QUANG

TS Pham cong Hung

Mục lục

Mục lục các hình vẽ

Mục lục các bảng

Danh mục các từ viết tắt

Mở đầu

Chương I: tổng quan về hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng

(WDM) ........................................................................................................................ 1

I. Cấu trúc tổng quát của hệ thống thông tin quang .................................................... 1

II. Công nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM ........................................................ 2

III. Cấu trúc và các thành phần chính của hệ thống thông tin quang WDM .............. 8

IV. Khả năng ứng dụng công nghệ WDM trong mạng truyền tải............................... 9

Chương II: Kỹ thuật sợi quang ................................................................................. 15

I. Cơ sở quang học .................................................................................................... 16

II. Sự truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang............................................................... 17

III. Các dạng phân bố chiết suất trong sợi quang ...................................................... 17

III.1. Sợi quang có chiết suất nhảy bậc ............................................................ 17

III.2. Sợi quang có chiết suất giảm dần ............................................................ 18

III.3. Các dạng chiết suất khác ......................................................................... 18

IV. Các thông số của sợi quang................................................................................. 20

IV.1. Suy hao .................................................................................................... 20

IV.2. Tán sắc ..................................................................................................... 25

V. Các loại cáp quang trên thị trường được khuyến nghị sử dụng trong hệ thống

WDM ......................................................................................................................... 29

V.1. Sợi SSMF (single-mode optical fibre cable) hay sợi G.652 ..................... 30

V.2. Sợi DSF (dispersion-shifted single-mode optical fibre cable) hay sợi

G.653 ................................................................................................................ 31

V.3. Sợi CSF (cut-off shifted single-mode optical fibre cable) hay sợi G.654 33

V.4. Sợi NZ-DSF (non-zero dispersion shifted single-mode optical fibre cable)

hay sợi G.655 ................................................................................................... 33

VI. Các hiệu ứng trong sợi quang ............................................................................. 36

VI.1. Các hiệu ứng ảnh hưởng tới năng lượng của xung quang....................... 36

VI.2. Các hiệu ứng ảnh hưởng tới hình dạng xung quang ............................... 42

Chương III: Một số thiết bị của hệ thống thông tin quang WDM ............................ 47

I. Chuẩn nguồn quang WDM .................................................................................... 47

I.1. Các yêu cầu cơ bản của nguồn quang trong hệ thống thông tin quang ...... 48

I.2. Điot phát quang LD (Laser Diode) ............................................................ 49

I.3. Đặc tính kỹ thuật ........................................................................................ 50

I.4. Điều chế LD ở tần số cao ........................................................................... 54

II. Thiết bị khuếch đại quang sợi............................................................................... 55

II.1. Chức năng của bộ khuếch đại quang OA ................................................. 55

II.2. Nguyên lý hoạt động ................................................................................. 55

II.3. Khuếch đại quang sợi EDFA trong hệ thống WDM ................................. 57

II.4. Khuếch đại quang sợi thế hệ mới cho hệ thống WDM ............................. 61

II.5. Một số sản phẩm khuếch đại quang sợi thương mại của Nortel ............... 66

III. Thiết bị OADM ................................................................................................... 80

III.1. Các chức năng của OADM ...................................................................... 80

III.2. Các phần tử quang tiên tiến trong thiết bị OADM .................................. 80

III.3. OPM - module giám sát hệ thống trong OADM ..................................... 85

III.4. Module điều chỉnh cân bằng tán sắc DEM .............................................. 86

III.5. Một số sản phẩm OADM thương mại ..................................................... 87

IV. Thiết bị kết nối chéo OXC .................................................................................. 90

IV.1. Sự ra đời của công nghệ chuyển mạch quang hoàn toàn ........................ 90

IV.2. Thiết bị kết nối chéo quang OXC ........................................................... 93

Chương IV: ứng dụng wdm trong mạng đường trục việt nam ................................. 96

I. Các thành phần và hoạt động của mạng quang WDM .......................................... 96

I.1. Lớp mạng truyền tải ................................................................................... 96

I.2. Các phần tử của lớp quang ......................................................................... 96

I.3. Chức năng OAM&P lớp quang .................................................................. 99

I.4. Giải pháp kỹ thuật cho lớp quang ............................................................ 102

I.5. Xây dựng một kết nối quang .................................................................... 104

II. Mạng cáp quang đường trục 20Gbps ................................................................. 113

III. Tổ chức và định hướng cho cấu trúc mạng NGN của Việt Nam ...................... 134

III.1. Mục tiêu xây dựng mạng truyền tải đường trục, mạng truy nhập cho

NGN Việt Nam ............................................................................................... 135

III.2. Các yêu cầu của lớp truyền tải đường trục ............................................ 137

III.3. Đánh giá khả năng của hệ thống truyền dẫn quang đang sử dụng theo

hướng NGN .................................................................................................... 139

IV. Kết nối trong mạng truyền tải quang NGN ....................................................... 145

IV.1. Giải pháp kỹ thuật kết nối cơ bản ......................................................... 145

IV.2. Giao diện kết nối ................................................................................... 146

V. áp dụng tính toán thiết kế tuyến thông tin quang WDM trong mạng truyền tải

quang ....................................................................................................................... 148

V.1. Yêu cầu phát triển ................................................................................... 149

V.2. Thiết kế liên kết hệ thống WDM ............................................................ 151

Kết luận ................................................................................................................... 160

Tài liệu tham khảo ................................................................................................... 162

Mục lục các hình vẽ

Hình 1.1. Các thành phần cơ bản của tuyến thông tin cáp sợi quang ......................... 1

Hình 1.2. Nguyên lý cơ bản của hệ thống thông tin quang WDM ............................. 4

Hình 1.3. Khái quát ưu điểm của công nghệ WDM.................................................... 7

Hình 1.4. Biểu diễn cấu trúc của một tuyến WDM đơn giản. ..................................... 8

Hình 1.5. Vị trí của hệ thống WDM trong mạng truyền tải ........................................ 9

Hình 1.6. Hệ thống WDM kiểu tích hợp ................................................................... 11

Hình 1.7. Hệ thống WDM kiểu mở ........................................................................... 12

Hình 2.1. Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng ............................................................... 16

Hình 2.2. Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang ....................................... 17

Hình 2.3. Sự truyền ánh sáng trong sợi quang có chiết suất nhảy bậc (SI) .............. 18

Hình 2.4. Sự truyền ánh sáng trong sợi quang có chiết suất giảm dần (GI) ............. 18

Hình 2.5. Đường cong suy hao của sợi quang .......................................................... 21

Hình 2.6. Độ hấp thụ của các tạp chất kim loại ........................................................ 22

Hình 2.7. Sự suy hao hấp thụ của ion OH (với nồng độ 10-6) .................................. 23

Hình 2.8. Suy hao hấp thụ vùng cực tím và hồng ngoại ........................................... 23

Hình 2.9. Suy hao do tán xạ Rayleigh ....................................................................... 24

Hình 2.10. Suy hao do uốn cong thay đổi theo bán kính .......................................... 25

Hình 2.11. Dạng xung vào và ra ............................................................................... 26

Hình 2.12. Tán sắc (dmod) thay đổi theo chiết suất .................................................... 28

Hình 2.13. Tán sắc chất liệu (dmod), tán sắc dẫn sóng (dwg) và tán sắc thể thay đổi

theo bước sóng. ......................................................................................................... 29

Hình 2.14. Phân loại sợi quang theo tán sắc ............................................................. 36

Hình 2.15. Hiệu ứng tán xạ SRS ............................................................................... 38

Hình 2.16. Hiệu ứng trộn bốn bước sóng FWM. ...................................................... 40

Hình 2.17. Hiệu ứng điều chế dịch pha SPM ............................................................ 43

Hình 2.18. Ví dụ về dạng sóng bị suy hao bởi hiệu ứng SPM .................................. 44

Hình 2.19. Ví dụ về dạng sóng bị suy hao bởi hiệu ứng XPM ................................. 45

Hình 3.1. Quan hệ giữa công suất quang và dòng điện kích thích............................ 51

Hình 3.2. Phổ phát xạ của laser dạng thực tế ............................................................ 53

Hình 3.3. Phổ của laser DFB ..................................................................................... 53

Hình 3.4. Cơ chế bức xạ trong ba mức (a) và trong bốn mức (b) ............................. 56

Hình 3.5. Cấu trúc của khuếch đại quang sợi EDFA ................................................ 57

Hình 3.6. ứng dụng của EDFA .................................................................................. 58

Hình 3.7. Cấu hình EDTFA ....................................................................................... 61

Hình 3.8. Mô hình truyền dẫn WDM 160 kênh bước sóng cho cả hai băng truyền

dẫn C và L ................................................................................................................. 63

Hình 3.9. Cấu hình module khuếch đại quang MOR PLUS của Nortel. ................. 67

Hình 3.10. Khuếch đại MOR PLUS trong tuyến WDM ........................................... 68

Hình 3.11. Cấu hình kết cuối sử dụng thiết bị khuếch đại 1600G - band C ............. 68

Hình 3.12. Tiền khuếch đại EDFA (Pre-AMP) cho hai hướng. ................................ 71

Hình 3.13. Bộ khuếch đại công suất (Booster) EDFA .............................................. 72

Hình 3.14. Bộ khuếch đại EDFA kết hợp tiền khuếch đại và khuếch đại công suất . 73

Hình 3.15. Quá trình chuyển năng lượng diễn ra trong bộ khuếch đại Raman ........ 76

Hình 3.16. Cấu trúc bộ khuếch đại Raman ............................................................... 77

Hình 3.17. Băng tần và băng thông của khuếch đại Raman và EDFA ..................... 79

Hình 3.18. Thiết bị OADM ....................................................................................... 82

Hình 3.19. Cấu hình các module quang trong một thiết bị mạng quang ................. 83

Hình 3.20. Kiến trúc OADM xen rẽ n bước sóng sử dụng MOR PLUS .................. 87

Hình 3.21. Kiến trúc OADM xen rẽ 4 bước sóng sử dụng MOR PLUS .................. 88

Hình 3.22. Nguyên lý làm việc của chuyển mạch theo công nghệ Ink-jet ............... 92

Hình 3.23. OXC với ma trận chuyển mạch ............................................................... 94

Hình 3.24. OXC với chuyển mạch kiểu “one wavelength-per-card” ....................... 94

Hình 4.1. Lớp SONET và lớp quang của mạng truyền tải. ....................................... 99

Hình 4.2. Chức năng OAM&P lớp quang ............................................................... 101

Hình 4.3. Sơ đồ thiết kế kết nối............................................................................... 105

Hình 4.4. Cấu hình mạng đường trục 20Gbps của VTN......................................... 116

Hình 4.5. Các bước sóng sử dụng trong mạng đường trục 20 Gbps ...................... 117

của VTN .................................................................................................................. 117

Hình 4.6. Hệ thống DWDM của VTN .................................................................... 119

Hình 4.7. Đường đi của tín hiệu trong mạng DWDM. ........................................... 125

Hình 4.8. Chế độ bảo vệ chuyển mạch SNCP trong mạng DWDM. ...................... 129

Hình 4.9. Trạm đầu cuối Hà Nội ............................................................................. 131

Hình 4.10. Trạm đầu cuối Đà Nẵng ........................................................................ 134

Hình 4.11. Lớp chuyển tải trong cấu trúc NGN ...................................................... 137

Hình 4.12. Cấu hình tuyến cáp quang HNI - ĐNG - Tp HCM ............................... 151

Hình 4.13. Sơ đồ bù tán sắc và suy hao của hệ thống. ............................................ 153

Mục lục các bảng

Bảng 2.1. Bảng tổng kết về các loại sợi quang ......................................................... 46

Bảng 3.1. Tham số kỹ thuật EDFA - Pre-Amplifier .................................................. 71

Bảng 3.2. Chỉ tiêu của các bộ khuếch đại ................................................................. 72

Bảng 3.3. Tham số kỹ thuật của bộ khuếch đại Raman ............................................ 77

Bảng 3.4. Một số đặc tuyến quan trọng của các bộ khuếch đại Raman và EDFA .... 78

Bảng 4.1. Xây dựng một kết nối. ............................................................................ 104

Bảng 4.2. Bảng tính suy hao vượt quá. ................................................................... 106

Bảng 4.3. Suy hao bước tối đa cho phép giảm đi. .................................................. 107

Bảng 4.4. Quy tắc phân chia. .................................................................................. 107

Bảng 4.5. Suy hao khoảng cách tối đa cho phép và luật bù tán sắc cho 2-32 bước

sóng ứng dụng trên cáp NDSF, tốc độ kênh 10Gbps hoặc 2,5Gbps ....................... 112

Bảng 4.6. Các luật cho 32 bước sóng ứng dụng trên cáp NDSF, 10Gbps hoặc kênh

2,5/10Gbps, 2-32 bước sóng. .................................................................................. 113

Bảng 4.7. Dự báo lưu lượng .................................................................................... 149

Bảng 4.8. Các đặc điểm kỹ thuật của hệ thống WDM. ........................................... 151

Bảng 4.9. Bảng suy hao, EDFAs, DC của các đoạn cho 2,5Gbps một bước sóng . 156

Bảng 4.10. Bảng suy hao, EDFAs, DC của các đoạn cho 10Gbps một bước sóng 159

Danh mục các từ viết tắt

ADM Add/Drop Multiplexer Bộ ghép kênh xen/rẽ

AN Access Network Mạng truy nhập

ASE Amplifier Spontaneous Emission Bức xạ tự phát được khuếch đại

ATM Asynchronous Transfer Mode Kiểu truyền dẫn không đồng bộ

AWG Array Wave Grating Cách tử AWG

BA Booster Amplifier Bộ khuếch đại công suất đầu

phát

B-ISDN Broadband-Intergrated Service

Digital Network

Mạng số đa dịch vụ băng rộng

CPM Cross Phase Modulation Điều chế chéo pha

DC Dispersion Compensator Bộ bù tán sắc

DCF Dispersion Compensator Fiber Sợi bù tán sắc

DCG Dispersion Compensator Grating Cách tử bù tán sắc

DCM Dispersion Compensator Module Module bù tán sắc

DEM Dispersion Equalization Module Module điều chỉnh tán sắc

DEMUX DEMultiplexing Bộ tách kênh

DFB Distributed Feedback Phản hồi phân bố

DSF Dispersion Shifted Fiber Sợi tán sắc dịch chuyển

DXC Digital Cross Connect Bộ đấu chéo số

EDFA Erbium-Doped Fiber Amplifier Khuếch đại quang Erbium

EDSFA Erbium-Doped Silicon-based Fiber

Amplifier

Khuếch đại quang Erbium dựa

trên nền bán dẫn Silic

EDTFA Erbium-Doped Tellurite Fiber

Amplifier

Khuếch đại quang Erbium trên

nền bán dẫn Tellurium

FBG Fiber Bragg Grating Cách tử sợi Bragg

FEC Forward Error Correction Khối sửa lỗi trước

FR Frame Relay Chuyển tiếp khung

FWM Four Wave Mixing Hiệu ứng trộn bốn bước sóng

IP Internet Protocol Giao thức Internet

ITU International Telecommunication

Union

Hiệp hội viễn thông quốc tế

LA Line Amplifier Bộ khuếch đại đường truyền

LASER Light Amplication by Stimulate Emission of Radiation

LD Laser Diode

LH AMP Long Haul Amplifier Bộ khuếch đại Long Haul

LH RPT Long Haul Repeater Bộ lặp Long Haul

LOA Line Optical Amplifier Bộ khuếch đại quang đường

truyền

LTE Line Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối đường dây

MAN Metropolitan Area Network Mạng nội thị

MEM Micro-electromechanical Vi cơ điện

MI Modulation Instability Tính không ổn định của điều

chế

MOR Multi-wavelength Optical Repeater Trạm lặp đa kênh quang

MPLS Multi Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức

MS SPRING Multi Section-Share Protection Ring Ring bảo vệ luồng đoạn ghép

kênh

MSA Mid-stage Access Khối trung gian

EOL End-Of-Line Chỉ số chất lượng

MSP Multiplex Section Protection Bảo vệ đoạn ghép kênh

MUX Multiplexing Bộ ghép kênh

NDSF Non-Dispersion Shifted Fiber Sợi tán sắc dịch chuyển bằng

không

NF Noise Figure Hệ số tạp âm

NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau

NLE Non-Linear Effect Hiệu ứng không tuyến tính

NRZ Non Return to Zero

NZ-DSF Non-Zero Dispersion Shifted Fiber Sợi tán sắc dịch chuyển khác

không

OA Optical Amplifier Bộ khuếch đại quang

OADM Optical Add/Drop Multiplexer Bộ ghép kênh xen/rẽ quang

OAM Optical Amplifier Module Module khuếch đại quang

OC Optical Channel Kênh quang

ODEMUX Optical DEMultiplexing Bộ tách kênh quang

ODU Optical Demultiplexing Unit Đơn vị tách kênh quang

OL Optical Line Đường truyền quang

OM Optical Multiplex Bộ ghép kênh quang

OMU Optical Multiplexing Unit Đơn vị ghép kênh quang

OMUX Optical Multiplexing Bộ ghép kênh quang

OPM Optical Performance Monitor Thiết bị giám sát mạng quang

OSC Optical Supervisor/Service Channel Kênh giám sát quang

OTN Optical Transport Network Mạng truyền tải quang

OTPM Optical Translator Port Module Module cổng chuyển đổi quang

OTU Optical Translator Unit Đơn vị chuyển đổi quang

OXC Optical Cross Connect Bộ nối chéo quang

PA Pre-Amplifier Bộ tiền khuếch đại

PDH Plesiochronous Digital Hierarchy Phân cấp cận đồng bộ số

PDL Polarization Dependence Loss Suy hao phụ thuộc phân cực

PLC Planar Lightwave Circuit Vi mạch quang

PMD Polarization Mode Dispersion Tán sắc mode phân cực

PSTN Publish Service Transport Network Mạng dịch vụ công cộng

PTE Path Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối đường truyền

QOTU Quad Optical Translator Unit Đơn vị chuyển đổi quang mật

độ cao

REG Regenerator Trạm lặp (3R)

S/N Signal/Noise Tỷ số Tín hiệu/Tạp âm

SBS Stimulated Brillouin Scattering Tán xạ Brillouin

SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp đồng bộ số

SMF Single-Mode Fiber Sợi quang đơn mode

SNCP Sub-Network Connection Protection Bảo vệ mạch vòng thứ cấp

SOA Semiconductor Optical Amplifier Bộ khuếch đại quang bán dẫn

SONET Synchronous Optical NETwork Mạng quang đồng bộ

SPM Self Phase Modulation Điều chế tự dịch pha

SRS Stimulated Raman Scattering Tán xạ Raman

SSMF Standard Single Mode Fiber Sợi cáp quang đơn mode chuẩn

STE Section Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối đoạn

STM Synchronous Transport Module Module truyền tải đồng bộ

TMN Telecommunication Management

Network

Mạng quản lý viễn thông

VC Virtual Channel Kênh ảo

WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bước sóng

WT Wavelength Transponder Chuyển đổi bước sóng

XPM Cross Phase Modulation Điều chế pha chéo

Mở đầu

Trải qua gần 1/4 thế kỷ kể từ khi hệ thống truyền dẫn quang đầu tiên được

đưa vào khai thác trên mạng viễn thông, chúng ta đã có thể nhận thấy được phương

thức truyền dẫn này đã mang lại những khả năng to lớn trong việc truyền tải các

dịch vụ viễn thông ngày càng phong phú với một nhu cầu về lưu lượng ngày càng

lớn hơn, như các dịch vụ Internet, ISDN, B-ISDN, VLAN, CATV... Các hệ thống

thông tin quang với ưu điểm về băng thông, về cự ly, chất lượng thông tin không bị

ảnh hưởng của nhiễu sóng điện từ, khả năng bảo mật thông tin... đã ngày càng có

sức hấp dẫn mạnh mẽ đối với các nhà khai thác và cung cấp các dịch vụ viễn thông.

Trong những năm gần đây, gần như tất cả các tuyến truyền dẫn xuyên lục địa,

xuyên biển, tuyến đường trục (backbone network) đã được cáp quang hoá. Với

những tiến bộ vượt bậc trong công nghệ điện tử và điều khiển, công nghệ vật liệu

quang... đã làm tăng lên rất nhiều năng lực của một hệ thống thông tin quang, dung

lượng trên một tuyến đã lên tới cỡ Tbps đối với các hệ thống thử nghiệm; hàng trăm

Gbps đối với các hệ thống và sản phẩm mạng quang thương mại được đang được

chào bán và triển khai tại nhiều nước châu Âu, Bắc Mỹ, Nhật Bản...

Tuy nhiên, trong hệ thống thông tin điểm nối điểm thông thường trước đây,

một sợi quang chỉ truyền dẫn một bước sóng, với một nguồn phát quang ở phía phát,

một bộ tách sóng quang ở phía thu. Với một hệ thống như vậy, dải phổ của tín hiệu

quang truyền qua sợi thực tế rất hẹp so với dải thông mà các sợi truyền dẫn quang có

thể truyền dẫn với suy hao nhỏ (hình vẽ)

Suy

hao

0 1 2 3 4 5 6

Singl

Multi

Ph m t

Một ý tưởng hoàn toàn có lý khi cho rằng có thể truyền dẫn đồng thời nhiều

tín hiệu quang từ các nguồn quang khác nhau có các bước sóng phát khác nhau cho

các nguồn thông tin độc lập. Kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng WDM sẽ thực hiện

ý tưởng này, trong đó mỗi bước sóng có thể mang các kiểu lưu lượng khác nhau như

các tốc độ STM-n của SDH, ATM hoặc Ethernet Gigabit..., điều này có nghĩa là hệ

thống WDM có giao diện mở. Đặc điểm này làm cho WDM thích ứng linh hoạt

trong môi trường lưu lượng hoà trộn và mẫu lưu lượng thay đổi. Do đó, WDM trở

thành công nghệ tất yếu trong mạng truyền dẫn hay cụ thể hơn là công nghệ tạo ra

lớp mạng quang trong tương lai.

Hiện nay trên thế giới đã có nhiều nhà cung cấp thiết bị WDM như Siemens,

Alcatel, Nortel, Fujitsu..., việc lựa chọn thiết bị từ nhà cung cấp nào để sử dụng có

hiệu quả nhất đối với các tuyến thông tin đường trục quốc gia trên cơ sở mạng cũ

cũng là một vấn đề quan trọng cần phải đặt ra.

Trong khuôn khổ de tai này, xin trình bày một cách có hệ thống từ nguyên lý

cơ bản nhất của kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng, các thành phần chính của hệ

thống WDM như: sợi quang, bộ khuếch đại quang EDFA, bộ xen rẽ bước sóng

quang OADM, bộ đấu chéo quang OXC...và ứng dụng WDM trong mạng đường

trục của nước ta.

Nội dung của đồ án gồm 4 chương:

Chương I: Tổng quan về hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng.

Chương II: Kỹ thuật sợi quang.

Chương III: Một số thiết bị trong hệ thống thông tin quang WDM.

Chương IV

: ứng dụng WDM trong mạng đường trụyen Bac-Nam cua

Vietnam.

Ch� � ngCh� � ngCh� � ngCh� � ng IIII: : : : TTTTổng quan vng quan vng quan vng quan về hhhhệ ththththống th� ng ng th� ng ng th� ng ng th� ng tin quang WDMtin quang WDMtin quang WDMtin quang WDM

- 1 -

SS SS i i i i BBBBộ

Cac

Th

Ph

TraTraTraTram m m m Mach

Khuếc Đầu Khôi Khu c

BBBB thuthuthuthu

Ti n

Ngu n Mach Ti n BBBB phaphaphaphatttt MMMMối i i i BBBBộ

Chương I: tổng quan về hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước

sóng (WDM)

Ngày nay, các hệ thống truyền dẫn quang đã được ứng dụng rộng rãi trên thế

giới, chúng đáp ứng cả các tín hiệu tương tự và số, chúng cho phép truyền lưu lượng

các tín hiệu dịch vụ băng hẹp và băng rộng đáp ứng đầy đủ mọi yêu cầu của mạng

số hoá liên kết đa dịch vụ. Đây là những ưu điểm vượt trội của các hệ thống thông

tin quang để cho phép tiến tới xây dựng một mạng truyền dẫn hiện đại.

I. Cấu trúc tổng quát của hệ thống thông tin quang

Hình 1.1. Các thành phần cơ bản của tuyến thông tin cáp sợi quang


- 2 -

Các thành phần chính của tuyến gồm có phần phát quang, đường truyền cáp

sợi quang và phần thu quang. Phần phát quang được cấu tạo từ phần phát tín hiệu

quang và các mạch điện liên kết với nhau. Cáp sợi quang bao gồm các sợi quang và

các lớp vỏ bọc xung quanh để bảo vệ khỏi tác động có hại của môi trường bên

ngoài. Phần thu quang do bộ tách sóng quang và các mạch khuếch đại, tái tạo hợp

thành. Ngoài các thành phần chủ yếu này, tuyến thông tin quang còn có các bộ nối

quang, chia quang và các trạm lặp; tất cả tạo nên một tuyến thông tin quang hoàn

chỉnh như hình 1.1.

Khi khoảng cách truyền dẫn khá dài, tới một cự ly nào đó, tín hiệu quang

trong sợi bị suy hao khá nhiều thì cần thiết phải có trạm lặp quang trên tuyến. Cấu

trúc của thiết bị trạm lặp quang gồm có thiết bị phát và thiết bị thu ghép quay phần

điện vào nhau. Thiết bị thu ở trạm lặp sẽ thu tín hiệu quang yếu rồi tiến hành biến

đổi thành tín hiệu điện, khuếch đại tín hiệu này, sửa dạng và đưa vào đầu vào thiết bị

phát quang. Thiết bị phát quang thực hiện biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang

rồi phát tiếp vào đường truyền. Những năm gần đây, các bộ khuếch đại quang đã

được sử dụng để thay thế cho các thiết bị trạm lặp quang.

Nhìn chung, việc xây dựng hệ thống truyền dẫn quang cần phải tiến hành

thiết kế và lựa chọn cả thiết bị phát, thiết bị thu và cáp sợi quang. Mục tiêu để xây

dựng hệ thống truyền dẫn quang là phải đưa ra được cấu hình hệ thống thực tế có

chất lượng và hiệu quả. Để làm điều này, các tham số hệ thống cần phải thoả mãn

các tiêu chuẩn được qui định và nhất là phải tiến hành các phép đo kiểm tra các

thành phần của hệ thống.

II. Công nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM


- 3 -

Ghép kênh theo bước sóng (WDM) là công nghệ cơ bản để tạo nên mạng quang. Kỹ

thuật này tận dụng băng tần của sợi quang bằng cách truyền nhiều kênh bước sóng quang độc

lập và riêng rẽ trên cùng một sợi quang. Mỗi bước sóng biểu thị cho một kênh quang trong

sợi.

Một ví dụ điển hình để mô tả nguyên lý WDM đó là khi ta sử dụng TV. Khi

điều chỉnh bộ thu của TV chúng ta thu được nhiều kênh TV khác nhau. Mỗi kênh

được truyền ở một tần số vô tuyến khác nhau và chúng ta lựa chọn một trong số

chúng nhờ bộ điều chỉnh kênh (một mạch cộng hưởng trong TV). Tất nhiên, ở đây là

sóng vô tuyến còn trong hệ thống WDM là bước sóng quang. ở một góc độ nào đó,

không có sự khác biệt cơ bản nào giữa ghép kênh theo tần số (FDM) và ghép kênh

theo bước sóng (WDM).

Một cách nhìn khác đối với nguyên lý ghép bước sóng đó là xem mỗi kênh

bước sóng có một màu sắc khác nhau và như vậy tín hiệu truyền trên hệ thống

WDM sẽ giống như một chiếc cầu vồng. Mặc dù bước sóng ứng dụng trong thông

tin là những bước sóng không nhìn thấy, song đây là một cách thức rất trực quan để

mô tả nguyên lý này.

ở đầu phát, nhiều tín hiệu quang có bước sóng khác nhau được tổ hợp lại (ghép kênh)

để truyền đi trên một sợi quang. ở đầu thu, tín hiệu tổ hợp đó được phân rải ra (tách kênh),

khôi phục lại tín hiệu gốc rồi đưa vào các đầu cuối khác nhau. Mỗi bước sóng biểu thị cho

một kênh quang trong sợi. Tuy nhiên, để tránh xuyên nhiễu thì giữa các kênh phải có khoảng

cách nhất định. Khuyến nghị của G.692 của ITU-T đã đưa ra cụ thể các kênh bước sóng và

khoảng cách giữa các kênh này có thể lựa chọn ở các cấp độ 200GHz, 100GHz, 50GHz.


- 4 -

Hình 1.2. Nguyên lý cơ bản của hệ thống thông tin quang WDM

Có nhiều cách để tạo nên một hệ thống WDM chẳng hạn như sử dụng bước sóng

1310nm và bước sóng 1550nm hoặc 850nm và 1310nm. Khi số lượng các bước sóng được

ghép bằng hoặc nhiều hơn 8 thì ghép kênh được gọi là mật độ cao DWDM. Về nguyên lý

không có sự khác biệt nào giữa hai khái niệm trên, DWDM nói đến khoảng cách gần giữa

các kênh và chỉ ra một cách định tính số lượng kênh riêng rẽ (mật độ kênh) trong hệ thống.

Những kênh quang trong hệ thống DWDM thường nằm trong một cửa sổ bước sóng, chủ

yếu là 1550nm vì môi trường ứng dụng hệ thống này là mạng đường trục, cự ly truyền dẫn

dài và dung lượng lớn. Công nghệ hiện nay đã cho phép chế tạo phần tử và hệ thống DWDM

80 kênh với khoảng cách kênh rất nhỏ 0,5nm. Để thuận tiện, thuật ngữ WDM được dùng để

chỉ chung cho cả hai khái niệm WDM và DWDM.

Công nghệ WDM ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu tăng vọt về băng thông do sự

phát triển chưa từng thấy của mạng máy tính toàn cầu Internet, sự ra đời của các ứng

dụng và dịch vụ mới trên nền tảng Internet. Trước WDM, người ta tập chung mọi nỗ

lực để nâng cao tốc độ truyền dẫn của các hệ thống SDH nhưng kết quả thu được

không mang tính đột phá vì công nghệ xử lý tín hiệu điện tại tốc độ cao đã dần đến

giới hạn. Khi tốc độ đạt tới hàng chục Gbps bản thân các mạch điện tử không thể


- 5 -

đảm bảo đáp ứng được xung tín hiệu cực kỳ hẹp. Thêm vào đó, chi phí cho các giải

pháp trở nên tốn kém vì cơ cấu hoạt động khá phức tạp, đòi hỏi công nghệ rất cao.

Trong khi đó băng thông cực lớn của sợi quang mới được sử dụng một phần nhỏ.

Tuy nhiên, ghép kênh theo bước sóng WDM rất gần với nguyên lý ghép kênh theo

tần số FDM nhưng các hệ thống WDM chỉ được thương mại hoá khi một số công

nghệ xử lý tín hiệu quang trở nên chín muồi, trong đó phải kể đến thành công trong

chế tạo các laser phổ hẹp, các bộ lọc quang và đặc biệt là các bộ khuếch đại đường

truyền quang dải rộng (khuếch đại quang sợi EDFA, khuếch đại Raman).

Ưu điểm của công nghệ WDM:

So với công nghệ truyền dẫn đơn kênh quang, hệ thống WDM cho thấy

những ưu điểm nổi trội:

• 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). Hiện nay hệ thống WDM 80 bước sóng với mỗi bước sóng

mang tín hiệu TDM 2,5Gbps, tổng dung lượng hệ thống sẽ là 200Gbps đã được thử

nghiệm thành công. Trong khi đó thử nghiệm hệ thống TDM, tốc độ bit mới chỉ đạt

tới STM-256 (40Gbps).

• Loại bỏ yêu cầu khắt khe cũng như những khó khăn gặp phải với hệ thống

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


- 6 -

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 cấp dung 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 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 cắm thêm các card mới trong khi hệ thống vẫn

đang hoạt động (plug-in-play).

• Quản lý băng tần hiệu quả và tái cấu hình mềm dẻo và linh hoạt

Nhờ việc định tuyến và phân bổ bước sóng trong mạng WDM nên nó có khả

năng quản lý hiệu quả băng tần truyền dẫn và cấu hình lại dịch vụ mạng trong chu

kỳ sống của hệ thống mà không cần đi lại cáp hoặc thiết kế lại mạng hiện tại.

• Giảm chi phí đầu tư mới.


- 7 -

Hình 1.3. Khái quát ưu điểm của công nghệ WDM

Nhược điểm của công nghệ WDM:

Bên cạnh những ưu điểm trên, WDM cũng bộc lộ một số mặt hạn chế nằm ở

ngay bản thân công nghệ. Đây cũng chính là những thách thức cho công nghệ này:

• Dung lượng hệ thống vẫn còn quá nhỏ bé so với băng tần sợi quang.

Công nghệ WDM ngày nay rất hiệu quả 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 và bảo dưỡng tăng do có nhiều hệ thống cùng hoạt

động hơn.


- 8 -

III. Cấu trúc và các thành phần chính của hệ thống thông tin quang WDM

Hình 1.4. Biểu diễn cấu trúc của một tuyến WDM đơn giản.

Một hệ thống WDM cũng giống như một hệ thống TDM truyền thống. Sự

khác nhau giữa 2 hệ thống này nằm ở số lượng các kênh tín hiệu đồng thời được

mang trên sợi quang.

Với một hệ thống TDM cơ bản thì chỉ có một tín hiệu quang duy nhất (một

kênh quang) còn hệ thống WDM lại có thể được coi như nhiều hệ thống TDM song

song sử dụng chung sợi và thiết bị. Về cơ bản, thành phần quang của một hệ thống

WDM được thể hiện như hình 1.4 gồm:

• Các bộ phát quang.

• Bộ ghép kênh/tách kênh quang.

• Một hoặc nhiều bộ khuếch đại đường truyền hoặc lặp.

Tx1Tx1Tx1Tx1 Tx2

Tx3

O/E/O λ1 ...

O/E/O ... λn

λ MUX

Rx1Rx1Rx1Rx1 Rx2

Rx3

λ DEMUX

Lối vào bộ thu Giao diện đa

kênh

OA Luồng quang

KĐQ

Lối ra bộ phát


- 9 -

• Các bộ xen rẽ kênh (ADM).

• Các thiết bị đấu chéo.

• Sợi quang (thường là cáp).

• Bộ thu quang (có số lượng bộ thu bằng số bộ phát).

IV. Khả năng ứng dụng công nghệ WDM trong mạng truyền tải

ứng dụng chủ yếu của công nghệ WDM trong mạng viễn thông được minh hoạ qua

vị trí của hệ thống WDM trong mạng truyền tải như trong hình 1.5. Trong đó quan hệ giữa

các công nghệ cho mạng truyền dẫn như PDH, SDH thậm chí cả ATM và WDM là quan hệ

giữa lớp client và lớp server.

Hình 1.5. Vị trí của hệ thống WDM trong mạng truyền tải

Lớp mạch điện (như ATM, IP…)

Lớp kênh SDH

Lớp kênh quang WDM

Bộ định tuyến IP

ATM

DXC ADM

OADM OXC Hệ thống WDM


- 10 -

Các tín hiệu SDH, PDH và ATM đại diện cho dịch vụ ở lớp client mà được mang trên

hệ thống WDM. Nếu xét đến khái niệm phân lớp mạng thì hệ thống WDM được xem như

lớp phương tiện vật lý, cùng với sợi quang tạo thành lớp kênh quang.

Dưới góc độ phát triển hệ thống thì WDM cùng với thiết bị xen/rẽ kênh

quang (OADM) và bộ nối chéo quang (OXC) sẽ tạo thành một lớp mạng quang. Sự

phát triển này tiến tới một mạng truyền dẫn sử dụng kênh bước sóng hay nói ngắn

gọn là lớp mạng quang ở dưới lớp client, tức là sẽ tách mạng truyền dẫn về topo

thành hai lớp quang và điện trong đó hệ thống WDM là hạt nhân của lớp mạng

quang.

Thực tế, có nhiều công nghệ hiện diện trong lớp mạng truyền tải cho nên

dưới góc độ truyền dẫn, các hệ thống WDM phải có khả năng thích ứng với mọi

dạng lớp trên. Hiện tại các hệ thống WDM vẫn được thiết kế chủ yếu để mang tín

hiệu SDH từ lớp client. Đây cũng là các hệ thống WDM hoàn thiện nhất. Đối với

các tín hiệu client khác như PDH, ATM, hay IP, giao diện của hệ thống WDM chưa

hoàn thiện. Đối với hệ thống WDM được phát triển để mang SDH, hiện đang có hai

xu hướng thực thi, đó là hệ thống WDM tích hợp và hệ thống WDM mở.

- Hệ thống WDM kiểu tích hợp

Hệ thống kiểu tích hợp là đầu cuối SDH phải thoả mãn giao diện quang

G.692, bao gồm bước sóng quang tiêu chuẩn và nguồn quang thoả mãn truyền dẫn

cự ly dài. Hệ thống SDH hiện nay (giao diện G.957) không yêu cầu 2 chỉ tiêu này,

tức là phải tích hợp bước sóng quang tiêu chuẩn và nguồn quang bị hạn chế bởi cự

ly tán sắc dài vào hệ thống SDH. Cấu tạo của toàn bộ hệ thống tương đối đơn giản,

không tăng thêm thiết bị dư thừa.


- 11 -

Đối với STM-n trong WDM kiểu tích hợp, thiết bị ADM và REG (trạm lặp)

đều phải có giao diện quang cần phù hợp với yêu cầu của hệ thống WDM để thoả

mãn nhu cầu của hệ thống như trong hình 1.6.

Hình 1.6. Hệ thống WDM kiểu tích hợp

- Hệ thống WDM kiểu mở:

Hệ thống WDM kiểu mở có bộ chuyển đổi bước sóng OTU ở đầu phát; tác

dụng của nó là chuyển đổi lại bước sóng quang theo yêu cầu nhất định trong khi

không biến đổi khuôn dạng số liệu tín hiệu quang ví dụ: kết cấu khung SDH để thoả

mãn yêu cầu thiết kế hệ thống WDM. ở đây, kiểu mở là trong cùng một hệ thống

WDM, có thể nối vào các hệ thống SDH của các nhà sản suất khác nhau, chuyển đổi

bước sóng không quy phạm SDH thành bước sóng tiêu chuẩn. Đầu ra OTU thoả

mãn giao diện G.692, tức bước sóng quang tiêu chuẩn và nguồn quang thoả mãn

truyền dẫn cự ly dài. Hệ thống WDM có OTU, không yêu cầu hệ thống SDH có giao

diện quang G.692 nữa. Có thể tiếp tục sử dụng thiết bị SDH phù hợp với giao diện

G.957, tiếp nhận các hệ thống SDH trước đây (hình 1.7).

EDFA EDFA . . .

S1

S2

SDH OTU

. . .

R1

R2

SDH OTU

G.957 G.957

G.957 G.957

MU

X

DE

MU

X

S1

SDH

SDH

M

UX

. . . .

S2

Sn

SDH

SDH

D

EM

UX

.

.

.

.

R1

R2

Rn

EDFA EDFA


- 12 -

Hình 1.7. Hệ thống WDM kiểu mở

Trong thực tế xây dựng, các nhà khai thác có thể căn cứ vào nhu cầu để chọn

hệ thống kiểu tích hợp hay kiểu mở. Như trong điều kiện hệ thống SDH của nhiều

nhà sản suất có thể chọn hệ thống mở, ngược lại chọn kiểu tích hợp để giảm giá

thành. Nhưng hiện nay ngày càng nhiều hệ thống WDM kiểu mở.

Giao diện chuẩn cho hệ thống WDM:

Trong thực tế, nhiều hệ thống WDM sẽ cùng liên kết hoạt động tạo ra mạng

truyền dẫn cung cấp dịch vụ bước sóng đầu cuối đến đầu cuối (mạng WDM hay

mạng quang). Để đảm bảo khả năng phối hợp hoạt động trên, các khái niệm, nguyên

tắc và chỉ tiêu cụ thể cần phải được đưa ra cho từng hoạt động của các phần tử

mạng. Tập hợp những thông số này tạo nên tiêu chuẩn cho hệ thống.

Tiêu chuẩn hoá các hệ thống và thiết bị WDM liên quan đến khái niệm liên

kết mạng, mục đích của nó là nhằm đảm bảo khả năng chuyển giao thông tin người

sử dụng và trao đổi thông tin quản lý giữa các phần tử mạng. ý nghĩa của liên kết


- 13 -

mạng là các thiết bị của các nhà cung cấp khác nhau trong một phân đoạn mạng hay

nói cách khác là phải bảo đảm tính tương hợp ngang trong mạng.

Khuyến nghị G.692 của ITU-T đưa ra tiêu chuẩn cho các hệ thống WDM

điểm-điểm cự ly lớn; tốc độ của từng kênh bước sóng là STM-4, STM-16 hoặc

STM-64; số kênh bước sóng 4, 8, 16 hoặc 32 kênh; loại sợi G.652, G.653, hoặc

G.655; khoảng cách cực đại của tuyến khi không dùng khuếch đại quang là 160km

và có sử dụng khuếch đại quang là 640km.

Các tiêu chuẩn liên quan đến hệ thống WDM

1) ITU-T G.872: kiến trúc của mạng truyền tải quang.

Khuyến nghị này qui định các chức năng của mạng truyền tải quang truyền

tải tín hiệu số, bao gồm:

- Kiến trúc chức năng truyền tải của mạng quang.

- Quản lý mạng quang.

- Các kỹ thuật hồi phục mạng quang.

2) ITU-T G.709: giao diện cho mạng truyền tải quang (OTN), khuyến nghị này :

- Phân cấp truyền tải quang (OTN)


- 14 -

- Chức năng của phần mào đầu trong việc hỗ trợ thông tin đa bước sóng.

- Cấu trúc khung.

- Tốc độ bit.

- Phương thức sắp xếp các tín hiệu client.

3) ITU-T G.959: giao diện vật lý của mạng truyền tải quang, khuyến nghị này

đưa ra các chỉ tiêu đối với giao diện kết nối mạng cho các mạng quang sử

dụng công nghệ WDM.

4) ITU-T G.692: giao diện quang cho hệ thống đa kênh quang sử dụng khuếch

đại quang.

5) ITU-T G.957: giao diện quang cho thiết bị và hệ thống SDH.

6) ITU-T G.691: giao diện quang cho hệ thống đơn kênh quang tốc độ STM-64,

STM-256 và các hệ thống SDH khác sử dụng khuếch đại quang.

Ch ng IICh ng IICh ng IICh ng II: : : : KyKyKyKy thuthuthuthuật st st st sợi quangi quangi quangi quang

- 15 -

Chương II: Kỹ thuật sợi quang

Sợi quang là một trong những thành phần quan trọng nhất của mạng. Nó là

phương tiện truyền dẫn vật lý. Sợi quang được chế tạo từ SiO2, một nguyên liệu rất

rẻ và phổ biến vì nó có trong cát thường. Sợi quang có ba cửa sổ truyền dẫn:

Vùng cửa sổ 1: người ta dùng LED chế tạo ra cửa sổ quang có bước sóng

850nm, mức suy hao 1=α dB/km, hệ số tán sắc lớn.

Vùng cửa sổ 2: ứng với bước sóng 1310nm, có hệ số suy hao 5,0=α dB/km,

hệ số tán sắc nhỏ 55,3 −=TSα ps/km.nm.

Vùng cửa sổ 3: ứng với bước sóng 1550nm, có hệ số suy hao nhỏ nhất

154,0=α dB/km. Với kỹ thuật cao có thể chế tạo được sợi quang đơn mode có

14,0=α dB/km.

Suy hao tại ba vùng cửa sổ này là thấp nhất. ở Việt Nam thường dùng vùng

cửa sổ thứ ba ( 1550=λ nm).

Ghép kênh theo bước sóng là công nghệ làm tăng dung lượng đường truyền

bằng cách tăng số kênh quang truyền trên sợi quang thay vì chỉ dùng một kênh

quang. Phương pháp này chủ yếu áp dụng trên các tuyến đường trục, có khoảng

cách truyền dẫn dài và dung lượng truyền dẫn đòi hỏi cao. Yêu cầu môi trường

truyền dẫn cho tuyến thông tin nhiều kênh và cự ly dài là:

• Hệ số suy hao nhỏ

• Hệ số tán sắc nhỏ


- 16 -

I. Cơ sở quang học

ánh sáng dùng trong thông tin quang nằm ở vùng cận hồng ngoại với bước

sóng từ 800nm đến 1600nm, đặc biệt có ba bước sóng thông dụng là 850nm,

1310nm, 1550nm.

- Chiết suất môi trường: V

Cn =

Trong đó: n là chiết suất môi trường.

C là vận tốc ánh sáng trong chân không, C=3.108 m/s.

Vì CV ≤ nên 1≥n

- Sự phản xạ toàn phần: định luật Snell: βα sinsin 21 nn =

Hình 2.1. Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng

Nếu 21 nn ≥ thì α ≤ β , nếu tăng α thì β cũng tăng theo và β luôn lớn hơn

α . Khi o90=β tức là song song với mặt tiếp giáp, thì α được gọi là góc tới hạn

Tia

Tia Tia

M i M i

1

11 2

23 3

β

α


- 17 -

Tα , nếu tiếp tục tăng sao cho Tαα > thì không còn tia khúc xạ mà chỉ còn tia phản

xạ, hiện tượng này gọi là sự phản xạ toàn phần.

Dựa vào công thức Snell có thể tính được góc tới hạn Tα :

1

2sinn

nT =α

II. Sự truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang

- Nguyên lý truyền dẫn chung:

ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần, sợi quang được chế tạo gồm một lõi

bằng thuỷ tinh có chiết suất n1 và một lớp bọc bằng thuỷ tinh có chiết suất n2 với

21 nn > , ánh sáng truyền trong lõi sợi quang sẽ phản xạ nhiều lần (phản xạ toàn phần)

trên mặt tiếp giáp giữa lõi và lớp vỏ bọc. Do đó, ánh sáng có thể truyền được trong

sợi có cự ly dài ngay cả khi sợi bị uốn cong với một độ cong có giới hạn.

Hình 2.2. Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang

III. Các dạng phân bố chiết suất trong sợi quang

III.1. Sợi quang có chiết suất nhảy bậc

Đây là loại sợi có cấu tạo đơn giản nhất với chiết suất của lõi và lớp vỏ bọc

khác nhau một cách rõ rệt như hình bậc thang. Các tia sáng từ nguồn quang phóng

vào đầu sợi với góc tới khác nhau sẽ truyền theo các con đường khác nhau.

nn n L p boc L p boc Loi

n n nn

nn


- 18 -

Hình 2.3. Sự truyền ánh sáng trong sợi quang có chiết suất nhảy bậc (SI)

Các tia sáng truyền trong lõi với cùng vận tốc: 1n

CV =

ở đây n1 không đổi mà chiều dài đường truyền khác nhau nên thời gian truyền

sẽ khác nhau trên cùng một chiều dài sợi. Điều này dẫn tới một hiện tượng khi đưa

một xung ánh sáng hẹp vào đầu sợi lại nhận được một xung ánh sáng rộng hơn ở

cuối sợi. Đây là hiện tượng tán sắc, do độ tán sắc lớn nên sợi SI không thể truyền

dẫn tín hiệu số tốc độ cao qua cự ly dài được. Nhược điểm này có thể khắc phục

được trong loại sợi có chiết suất giảm dần.

III.2. Sợi quang có chiết suất giảm dần

Sợi GI (Grade-Index) có dạng phân bố chiết suất lõi hình parabol, vì chiết

suất thay đổi một cách liên tục nên tia sáng truyền trong lõi bị uốn cong dần.

Hình 2.4. Sự truyền ánh sáng trong sợi quang có chiết suất giảm dần (GI)

Đường truyền của các tia sáng trong sợi GI cũng không bằng nhau nên vận

tốc truyền cũng thay đổi theo. Các tia truyền xa trục (đường truyền dài hơn) có vận

tốc truyền lớn hơn và ngược lại, các tia truyền gần trục (đường truyền ngắn hơn) có

vận tốc truyền nhỏ hơn. Tia truyền dọc theo trục có đường truyền ngắn nhất vì chiết

suất ở trục là lớn nhất. Nếu chế tạo chính xác sự phân bố chiết suất theo đường

parabol thì đường đi của các tia sáng có dạng hình sin và thời gian truyền của các tia

này là bằng nhau. Độ tán sắc của sợi GI nhỏ hơn nhiều so với sợi SI.

III.3. Các dạng chiết suất khác


- 19 -

Hai dạng chiết suất SI và GI được dùng phổ biến, ngoài ra còn có một số

dạng chiết suất khác nhằm đáp ứng các yêu cầu đặc biệt:

- Dạng giảm chiết suất lớp bọc:

Trong kỹ thuật chế tạo sợi quang, muốn thuỷ tinh có chiết suất lớn thì phải

pha thêm nhiều tạp chất nhưng điều này lại làm tăng suy hao. Dạng giảm chiết suất

lớp bọc nhằm đảm bảo độ chênh lệch chiết suất ∆ nhưng có chiết suất lõi n1 không

cao.

- Dạng dịch độ tán sắc:

Độ tán sắc tổng cộng của sợi quang triệt tiêu ở bước sóng gần 1310nm, có thể

dịch điểm độ tán sắc triệt tiêu đến bước sóng 1550nm bằng cách dùng sợi quang có

dạng chiết suất như hình vẽ:

- Dạng san bằng tán sắc:

Với mục đích giảm độ tán sắc của sợi quang trong một khoảng bước sóng,

đáp ứng cho kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng, thường dùng sợi quang có dạng

chiết suất như hình vẽ:


- 20 -

IV. Các thông số của sợi quang

Hai thông số quan trọng của một đường truyền dẫn là suy hao và giải thông.

IV.1. Suy hao

IV.1.1. Định nghĩa

Công suất quang truyền tải trong sợi cũng giảm dần theo cự ly với quy luật

hàm số mũ tương ứng như tín hiệu điện. Biểu thức của hàm số truyền công suất có

dạng:

z

ePzP 10)0()(α

×=

Trong đó: P(0): công suất ở đầu sợi (z=0)

P(z): công suất ở cự ly z tính từ đầu sợi

α : hệ số suy hao.

- Hệ số suy hao của sợi được tính theo công thức:

( )2

1lg10P

PdBA =

Trong đó: P1 = P(0): công suất đưa vào sợi.

P2 = P(1): công suất ở cuối sợi.

- Hệ số suy hao trung bình:

)(

)()/(

kmL

dBAkmdB =α

Trong đó: A: suy hao của sợi.

L: chiều dài của sợi.


- 21 -

Hình 2.5. Đường cong suy hao của sợi quang

IV.1.2. Các nguyên nhân gây tổn hao trên sợi quang

Công suất truyền trên sợi quang thất thoát do sự hấp thu của vật liệu, sự tán

xạ ánh sáng và sự khúc xạ chỗ sợi bị uốn cong.

IV.1.2.1. Suy hao do hấp thụ

• Sự hấp thụ của các tạp chất kim loại

Các tạp chất kim loại trong thuỷ tinh là một trong những nguồn hấp thụ năng

lượng ánh sáng, các tạp chất thường gặp là sắt (Fe), đồng (Cu), mangan (Mn),

choromiun (Cr), cobar (Co), niken (Ni).


- 22 -

Mức độ hấp thụ của từng tạp chất phụ thuộc vào nồng độ tạp chất và bước

sóng ánh sáng truyền qua nó. Với tạp chất một phần triệu thì độ hấp thụ của vài tạp

chất như hình 2.6.

Hình 2.6. Độ hấp thụ của các tạp chất kim loại

Để có được sợi quang có độ suy hao dưới 1dB/km cần phải có thuỷ tinh thật

tinh khiết với nồng độ tạp chất không quá một phần tỷ (10-9).

• Sự hấp thụ của ion OH:

Các liên kết giữa SiO2 và các ion OH của nước còn sót lại trong vật liệu khi

chế tạo sợi quang cũng tạo ra mật độ suy hao hấp thụ đáng kể (hình 2.7). Đặc biệt độ

hấp thụ tăng vọt ở các bước sóng gần 950nm, 1240nm và 1400nm.

Như vậy, độ ẩm cũng là một trong những nguyên nhân suy hao sợi quang.

600

500

C

F

Mn

500 600 800

(dB


- 23 -

Hình 2.7. Sự suy hao hấp thụ của ion OH (với nồng độ 10-6

)

• Sự hấp thụ bằng tia cực tím và hồng ngoại:

Ngay cả khi sợi quang được chế tạo từ thuỷ tinh có độ tinh khiết cao, sự hấp

thụ vẫn xảy ra. Bản thân thuỷ tinh tinh khiết cũng hấp thụ ánh sáng vùng cực tím và

hồng ngoại. Độ hấp thụ thay đổi theo bước sóng như hình 2.8.

Hình 2.8. Suy hao hấp thụ vùng cực tím và hồng ngoại

Sự hấp thụ trong vùng hồng ngoại gây trở ngại cho khuynh hướng sử dụng

các bước sóng dài trong thông tin quang.

α (dB/k 600 800 1000

α (dB/km) n

H p thu Hấp

600 800


- 24 -

IV.1.2.2. Suy hao do tán xạ

• Tán xạ Rayleigh:

Khi sóng điện từ truyền trong môi trường điện môi gặp những chỗ không

đồng nhất trong sợi quang do cách sắp xếp các phần tử thuỷ tinh, các khuyết tật như

bọt khí, các vết nứt sẽ xảy ra hiện tượng tán xạ. Khi kích thước của vùng không

đồng nhất vào khoảng một phần mười bước sóng thì chúng trở thành những nguồn

điểm để tán xạ. Các tia truyền qua những chỗ không đồng nhất này sẽ tạo ra nhiều

hướng, chỉ một phần năng lượng ánh sáng tiếp tục truyền theo hướng cũ, phần còn

lại truyền theo hướng khác thậm chí truyền ngược lại nguồn quang.

Độ tiêu hao do tán xạ Rayleigh tỷ lệ nghịch với luỹ thừa bậc 4 của bước sóng

( 4−λ ) nên giảm nhanh về phía bước sóng dài như hình 2.9

Hình 2.9. Suy hao do tán xạ Rayleigh

ở bước sóng 850nm, suy hao do tán xạ Rayleigh của sợi silicat khoảng

1dB/km - 2dB/km, ở bước sóng 1300nm suy hao chỉ khoảng 0,3dB/km và ở bước

sóng 1550nm suy hao này còn thấp nữa.

• Tán xạ do mặt phân cách giữa lõi và lớp không hoàn hảo

Khi tia sáng truyền đến những chỗ không hoàn hảo giữa lõi và lớp bọc, tia

sáng sẽ bị tán xạ. Lúc đó một tia tới sẽ có nhiều tia phản xạ với các góc phản xạ

0,7 0,8 0,9 1,0 1,1

α (dB/km


- 25 -

khác nhau. Những tia có góc phản xạ nhỏ hơn góc tới hạn sẽ khúc xạ lớp bọc và suy

hao dần.

IV.1.2.3. Suy hao bị uốn cong

• Vi uốn cong

Khi sợi quang bị chèn ép tạo nên những chỗ uốn cong nhỏ thì suy hao của

sợi cũng tăng lên. Suy hao này xuất hiện do tia sáng bị lệch trục khi đi qua những

chỗ vi uốn cong đó. Một cách chính xác hơn, sự phân bố trường bị xáo trộn khi đi

qua những chỗ uốn cong và dẫn tới sự phát xạ năng lượng ra khỏi sợi.

Đặc biệt là sợi đơn mode rất nhạy với những chỗ vi uốn cong nhất là về phía

bước sóng dài.

• Uốn cong

Khi sợi bị uốn cong với bán kính uốn cong càng nhỏ đi thì suy hao càng tăng

như hình 2.10

Hình 2.10. Suy hao do uốn cong thay đổi theo bán kính

IV.2. Tán sắc

α (dB/km)

n

100 10 20


- 26 -

Tương tự như tín hiệu điện, tín hiệu quang truyền qua sợi quang cũng bị biến

dạng. Hiện tượng này được gọi là tán sắc. Sự tán sắc làm méo dạng tín hiệu analog

và làm xung bị chồng lấp trong tín hiệu digital. Sự tán sắc làm hạn chế dải thông của

đường truyền dẫn quang (hình 2.11).

IV.2.1. Định nghĩa độ tán sắc

Hình 2.11. Dạng xung vào và ra

Độ tán sắc tổng cộng của sợi quang, ký hiệu D, đơn vị (S) được xác định bởi

công thức:

220 iD ττ −=

Trong đó: iτ , 0τ là độ rộng của xung vào và xung ra, đơn vị là (S).

l

d

l

d

t

Dispe

Different Different Different Different l

d

l

d

t

Dispe

tXung bi gian Xung g c v i t t


- 27 -

Độ tán sắc qua mỗi km được tính bằng đơn vị ns/km hoặc ps/km.

Đối với loại tán sắc do chất liệu người ta đánh giá độ tán sắc trên mỗi km sợi

ứng với mỗi nm của bề rộng phổ của nguồn quang lúc đó đơn vị được tính là

ps/nm.km.

IV.2.2. Các nguyên nhân gây tán sắc

Sợi quang đa mode có đầy đủ các thành phần tán sắc như sau:

- Tán sắc mode (mode dispersion): do năng lượng của ánh sáng phân tán

thành nhiều mode, mỗi mode lại truyền với vận tốc nhóm khác nhau nên thời gian

truyền khác nhau.

- Tán sắc thể (chromatic dispersion) bao gồm:

+Tán sắc chất liệu (material dispersion).

+Tán sắc dẫn sóng (waveguide dispersion).

Tán sắc thể nguyên nhân do tín hiệu quang truyền trên sợi không phải là đơn

sắc mà gồm một khoảng bước sóng nhất định. Mỗi bước sóng lại có vận tốc truyền

khác nhau nên thời gian truyền khác nhau.

IV.2.2.1. Tán sắc mode (modal dispersion)

Tán sắc mode là do ảnh hưởng của nhiều đường truyền. Hiện tượng này chỉ

xuất hiện ở sợi đa mode.

D

1,

0 1,6 1,8


- 28 -

Hình 2.12. Tán sắc (dmod) thay đổi theo chiết suất

Sự phụ thuộc của dmod vào số mũ trong hàm chiết suất g được biểu diễn trên

hình 2.12 qua đó ta thấy dmod đạt cực tiểu khi g ≈ 2 và dmod tăng khá nhanh khi có

giá trị khác 2 với hai phía.

IV.2.2.2. Tán sắc sắc thể

• Tán sắc chất liệu

Chiết suất của thuỷ tinh thay đổi theo bước sóng nên vận tốc truyền của ánh

sáng có bước sóng khác nhau cũng khác nhau. Đó là nguyên nhân gây nên tán sắc

chất liệu.

Về ý nghĩa vật lý, tán sắc do chất liệu cho biết mức độ nới rộng xung của mỗi

nm bề rộng phổ nguồn quang qua mỗi km sợi quang. Đơn vị của độ tán sắc do chất

liệu M là ps/nm.km. Sự biến thiên của tán sắc chất liệu M theo bước sóng λ như

hình 2.13.

16

12

d

1200 1300

Dma

Dchr=d


- 29 -

Hình 2.13. Tán sắc chất liệu (dmod), tán sắc dẫn sóng (dwg) và tán sắc thể thay đổi

theo bước sóng.

ở bước sóng 850nm, độ tán sắc cho chất liệu M khoảng 90 đến 120ps/nm.km.

Nếu sử dụng nguồn quang là LED có bề rộng phổ 50=∆λ nm thì độ nới rộng xung

quanh khi truyền qua mỗi km là:

Dmat = M . λ∆

Dmat = 100ps/nm.km x 50nm = 5ns/km.

Còn nếu nguồn quang là laser diode có 3=∆λ nm thì độ nới rộng xung chỉ

khoảng 0,3ns/km.

ở bước sóng 1300nm tán sắc do chất liệu bằng tán sắc ống dẫn sóng nhưng

ngược dấu nên tán sắc thể bằng không. Do đó bước sóng 1300nm thường được chọn

cho các đường truyền tốc độ cao.

ở bước sóng 1550nm độ tán sắc do chất liệu khoảng 20ps/nm.km.

• Tán sắc do tác dụng của ống dẫn sóng

Sự phân bố năng lượng ánh sáng trong sợi quang phụ thuộc vào bước sóng

gây nên sự tán sắc ống dẫn sóng. Tán sắc do ống dẫn sóng thay đổi theo bước sóng

như hình 2.13.

V. Các loại cáp quang trên thị trường được khuyến nghị sử dụng trong hệ

thống WDM


- 30 -

V.1. Sợi SSMF (single-mode optical fibre cable) hay sợi G.652

Sợi đơn mode là sợi truyền dẫn một mode ánh sáng. Loại này có được là do

đường kính lõi được giảm đến một kích thước mà nó chỉ cho phép truyền lan một

mode ánh sáng. Lõi của sợi đơn mode thường có đường kính 8µm - 10µm. Sợi

quang đơn mode có nhiều ưu điểm nổi bật so với so với sợi đa mode như suy hao

nhỏ và tán sắc cũng nhỏ hơn do không có tán sắc mode.

Sợi SSMF là cáp đơn mode có tán sắc gần bằng 0 trong vùng bước sóng

1310nm. Thời kỳ ban đầu, cáp này chế tạo ra nhằm mục đích tối ưu hoá sử dụng

khai thác ở vùng bước sóng này. Tuy nhiên, cáp G.652 có thể được sử dụng cả ở

vùng 1550nm. Khi hoạt động ở bước sóng 1550nm thì:

o Hệ số suy hao ~ 0,2dB/km (thực tế hiện nay cáp chế tạo được), (theo

khuyến nghị thì cao hơn, cụ thể là < 0,35dB/km - vì khuyến nghị thường đưa

ra tiêu chuẩn maximum).

o Hệ số tán sắc ~ 17ps/nm.km.

Các tuyến thông tin cáp sợi quang trên thế giới, hiện đang phổ biến sử dụng

loại cáp sợi quang đơn mode theo khuyến nghị G.652 của ITU-T.

Sợi G.652 được khuyến nghị dùng bước sóng ở cửa sổ thứ hai của sợi quang

(1310nm), và thực thế là nó tối ưu cho các hệ thống đơn bước sóng sử dụng bước

sóng ở vùng cửa sổ này do có hệ số tán sắc bé và hệ số suy hao chấp nhận được.

Tuy nhiên, nếu dùng sợi đơn mode thông thường (không dịch tán sắc) như đã

nêu ở trên mà áp dụng trong hệ thống WDM tại vùng bước sóng cửa sổ thứ ba

(1550nm) thì sẽ có một số nhược điểm:

• Vùng cửa sổ thứ hai có bước sóng 1310nm nhỏ, không ghép được nhiều

kênh.

• Suy hao đối với loại sợi này còn quá lớn.

• Các hiệu ứng phi tuyến ảnh hưởng đến dung lượng và cự ly truyền dẫn.


- 31 -

• Không phù hợp khi áp dụng trong hệ thống WDM có sử dụng bộ khuếch

đại quang sợi (EDFA), khi các bộ khuếch đại này hoạt động có hiệu quả tại

vùng cửa sổ thứ ba (1550nm).

Một hệ thống thông tin quang tốc độ bit cao, cự ly dài và hệ thống ghép kênh

theo bước sóng thường sử dụng khuếch đại quang, nên chọn bước sóng trung tâm

của laser diode nằm trong vùng cửa sổ thứ ba của sợi quang.

Cho tới nay, người ta đã thiết kế và chế tạo được hai loại sợi quang mới dùng

khá hiệu quả trong các hệ thống thông tin quang, đó là sợi quang đơn mode tán sắc

dịch chuyển DSF (Dispersion-Shifted Fiber) và sợi quang đơn mode tán sắc dịch

chuyển không bằng không hay tán sắc dịch chuyển khác không NZ-DSF (Non-zero

Dispersion-Shifted Fiber).

V.2. Sợi DSF (dispersion-shifted single-mode optical fibre cable) hay sợi G.653

Sau khi cáp G.652 được chế tạo thì thấy rằng:

Nếu truyền tại cửa sổ 1310nm thì tuy tán sắc gần bằng 0, nhưng lại có suy

hao quá lớn ( ~ 0.4dB/km). Còn nếu truyền tại bước sóng 1550nm thì tuy có suy hao

nhỏ nhưng lại có tán sắc lớn 17ps/nm.km.

Muốn truyền dẫn tại cửa sổ 1550nm vừa có suy hao nhỏ, đồng thời lại vừa

muốn có tán sắc ~ 0, người ta nghĩ ra cáp G.653 bằng cách pha thêm một số tạp chất

vào sợi. Kết quả sợi G.653 ra đời, sợi quang này tận dụng được ưu điểm của hai

vùng cửa sổ quang, đó là hệ số suy hao của vùng cửa sổ thứ hai có bước sóng trung

tâm là 1310nm và hệ số tán sắc vùng cửa sổ thứ ba có bước sóng trung tâm là

1550nm, với suy hao sợi thực tế ~ 0.2dB/km đồng thời có tán sắc không (theo lý

thuyết) khi truyền dẫn tại cửa sổ 1550nm. Đó là nguyên nhân vì sao gọi sợi G.653

này là sợi tán sắc dịch chuyển.

DSF là sợi quang đơn mode dịch tán sắc có tính năng tốt nhất ở bước sóng

1550nm. Sợi này còn được sử dụng tối ưu cho các bước sóng nằm xung quanh vùng

1550nm (1525nm - 1575nm). Bằng cách thay đổi sự phân bố khúc xạ làm cho điểm


- 32 -

sáng bằng không dịch từ cửa sổ 1310nm tới khu vực bước sóng làm việc 1550nm.

Sợi này cũng có thể dùng cho vùng bước sóng 1310nm (1285nm - 1340nm).

Đặc tính suy hao của sợi DSF cũng giống như sợi đơn mode không dịch tán

sắc, nhưng tối ưu tán sắc tại bước sóng 1550nm. Tại bước sóng này suy hao và tán

sắc của sợi DSF là bé nhất. Sợi quang đơn mode DSF có suy hao nhỏ, giới hạn suy

hao điển hình là (0,17dB/km - 0,25dB/km) và tán sắc cũng nhỏ cho nên rất hiệu quả

cho việc ứng dụng vào các hệ thống thông tin quang hoạt động ở vùng bước sóng

1550nm hoặc là các hệ thống sử dụng khuếch đại quang sợi EDFA (Erbium-doped

Fiber Amplifier), trong đó hiệu quả nhất là đối với các hệ thống đơn kênh quang.

Tuy nhiên, cáp này chỉ thích hợp truyền dẫn những luồng quang bình thường,

không phải ghép kênh quang tốc độ cao. Khi có ghép kênh, nhất là ghép DWM như

hiện nay, chính việc có tán sắc ~ 0 tại cửa sổ 1550nm đã làm cho hiệu ứng phi tuyến

trộn bốn bước sóng (FWM - Four Wave Mixing) tăng rất mạnh (nếu ghép càng

nhiều kênh gần nhau với khoảng cách đều giữa các kênh như ngày nay thì càng bị

ảnh hưởng). Vì hạn chế khả năng ghép kênh DWDM như vậy nên đây là nguyên

nhân chính làm loại cáp này bây giờ được sử dụng rất ít.

Hiệu ứng không tuyến tính sử dụng DSF

Khi dùng sợi DSF có sử dụng EDFA để kéo dài cự ly truyền dẫn, vì mật độ

công suất quang truyền dẫn trong sợi quang tăng lên rất nhiều dẫn đến hiệu ứng phi

tuyến tính, sẽ làm giảm tính năng chất lượng của hệ thống, nhất là khi ứng dụng

trong hệ thống WDM sẽ xuất hiện hiệu ứng trộn tần bốn sóng (FWM-Four Wave

Mixing). FWM là một quá trình vật lý khi có nhiều tần số sóng quang công suất rất

lớn cùng truyền dẫn trên sợi quang, do hiệu ứng phi tuyến tính gây ra sự trao đổi

năng lượng giữa các bước sóng. Giả thiết sóng quang có ba tần số là f1, f2, f3 cùng

truyền trong sợi quang sẽ gây ra sóng quang thứ tư có tần số là f4, 3214 ffff −+= ,

do đó có công suất kênh tín hiệu tương đối lớn có thể chuyển dịch tới trường quang

mới thông qua FWM. Kiểu chuyển dịch năng lượng như vậy dẫn tới suy giảm công

suất quang trong kênh tín hiệu, gây ra xuyên nhiễu giữa các kênh với nhau.


- 33 -

Với sợi DSF, bước sóng có tán sắc bằng không là 1550nm, EDFA cũng thích

nghi với bước sóng đó (1550nm), công tác tại bước sóng này thì tán sắc bằng không

nhưng đối với WDM, các sóng quang tác dụng lẫn nhau truyền cùng pha sẽ làm cho

FWM càng nghiêm trọng, bước sóng tự nó sinh ra giống như bước sóng truyền dẫn

nào đó. Vì vậy, để khắc phục nhược điểm của sợi DSF khi sử dụng trong hệ thống

WDM, một sợi quang mới ra đời đó là sợi quang biến đổi tán sắc khác không (NZ-

DSF).

V.3. Sợi CSF (cut-off shifted single-mode optical fibre cable) hay sợi G.654

Cáp này lại có tán sắc 0≈D tại cửa sổ 1310nm, và tại cửa sổ 1550nm là

D~20ps/nm.km. Nhưng nó lại có suy hao tối thiểu tại cửa sổ 1550nm (theo khuyến

nghị phải < 0,22dB/km). Trên thực tế, các hãng có thể chế tạo ra cáp có suy hao nhỏ

hơn. Nói chung, đây là loại chế tạo ra không có dịch chuyển tán sắc (về mặt này nó

giống sợi G.652). Ngoài ra cố gắng làm giảm cực tiểu suy hao trong vùng 1550nm

để kéo dài truyền dẫn, nhất là với cáp quang biển. Một ưu điểm nổi trội nữa là cáp

này mở rộng băng thông hoạt động sang cả vùng băng thông quang L, tức là mở

rộng phổ truyền dẫn sang tới bước sóng 1625nm.

V.4. Sợi NZ-DSF (non-zero dispersion shifted single-mode optical fibre cable) hay

sợi G.655

Ngày nay với sự phát triển ưu thế của ghép kênh theo tần số quang mật độ

cao, kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM ra đời thể hiện khả năng

truyền nhiều bước sóng trên một sợi quang, lúc này đáp ứng phi tuyến của sợi quang

lại cần phải xem xét kỹ lưỡng. Đáp ứng phi tuyến này gây ra thêm một loạt các hiệu

ứng phi tuyến như hiệu ứng trộn bốn sóng FWM, tự điều chế pha SPM (Self Phase

Modulation), điều chế chéo pha XPM (Cross Phase Modulation). Trong các hiệu

ứng này, hiệu ứng FWM gây ra nhiều phiền phức hơn cả. Do hiệu suất của hiệu ứng

FWM phụ thuộc vào tán sắc của sợi quang cho nên sợi tán sắc dịch chuyển DSF

không thích hợp với các hệ thống WDM có dung lượng lớn và cự ly xa. Để giải

quyết vấn đề này thì sợi NZ-DSF đã ra đời nhằm chống lại giới hạn FWM của DSF

để đảm bảo cho tất cả các kênh có các tốc độ khác nhau trong sợi quang. Đặc tính


- 34 -

suy hao của sợi này tương tự như sợi đơn mode thông thường SMF, nhưng điểm nổi

bật của nó là có tán sắc nhỏ nhưng khác không với giá trị tiêu biểu là 0,1ps/km.nm ≤

Dmin ≤ Dmax ≤ 6ps/km.nm trong vùng bước sóng 1530nm - 1565nm nhưng không

được bằng 0 tại vùng cửa sổ 1550nm (non-zero dispersion shifted có ý nghĩa như

vậy). Do đó, ít nhất nó khác các sợi khác ở chỗ, nó được tối ưu hoá chống lại các

hiệu ứng phi tuyến (nhất là FWM), để có thể truyền dẫn cho hệ thống DWDM. Băng

thông quy định theo khuyến nghị là băng C (1530nm - 1565nm) nhưng lại cho phép

mở rộng sang cả băng L thì càng tốt, tức là khuyến khích chế tạo mở rộng phổ

truyền dẫn sang tới bước sóng 1625nm.

Có hai loại sợi NZ-DSF là loại +NZ-DSF và loại -NZ-DSF. Loại sợi +NZ-

DSF có điểm tán sắc bằng không nằm ở vùng bước sóng nhỏ hơn 1500nm. Loại sợi

-NZ-DSF có điểm tán sắc bằng không nằm ở vùng bước sóng lớn hơn 1600nm.

Ngoài ra còn có loại sợi NZ-DSF có hai điểm tán sắc bằng không thuộc loại sợi tán

sắc phẳng. Loại sợi này rất khó chế tạo và người ta cũng ít sản xuất loại sợi này.

Ngoài các ưu điểm về suy hao và tán sắc như đã phân tích ở trên, sợi NZ-

DSF còn có các đặc điểm rất mạnh khác như khả năng giảm ảnh hưởng của các hiệu

ứng phi tuyến và giảm tán sắc phân cực mode. Nhìn chung, các sợi quang được thiết

kế để dịch chuyển tán sắc thường có diện tích hiệu dụng Aeff khoảng 50µm2 -

60µm2. Trong khi đó, ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến lại tỷ lệ nghịch với Aeff

đối với các hiệu ứng tán xạ Brillouin được kích thích SBS (Stimulated Brillouin

Scattering), tán xạ Raman SRS (Stimulated Raman Scattering), điều chế tự dịch pha

SPM (Self Phase Modulation), FWM; còn ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến lại

tỷ lệ nghịch với (Aeff)2 đối với các hiệu ứng điều chế chéo pha XPM (Cross Phase

Modulation). Do đó, để giảm ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến thì phải tăng

diện tích hiệu dụng của sợi. Các sợi NZ-DSF đã sử dụng cơ chế này để nâng cao

năng lực ứng dụng của chúng. Cũng vì vậy mà sợi cho phép có thể tiếp nhận công

suất tín hiệu quang lớn hơn và làm cho cự ly truyền dẫn càng dài thêm, làm giảm

tổng số thiết bị sử dụng trên tuyến.


- 35 -

Có nhiều cách gọi tên sợi của các hãng nhưng tựu chung đều nằm trong các

loại cáp này. 04 sợi LEAF của cáp đường mòn HCM cũng thuộc loại G.655, còn lại

tất cả cáp quang đơn mode của Việt Nam hiện đang khai thác là sợi G.652. Nói

chung, sợi G.652 có ưu điểm là giá thành rẻ, sợi G.652 chế tạo gần đây theo công

nghệ mới còn hạn chế được rất nhiều tán sắc mode phân cực PMD. Hơn nữa PMD

cũng chỉ nên quan tâm với tốc độ bước sóng 10Gbps trở lên mà thôi. Trừ trường hợp

cáp quá lỗi, còn với thông số chuẩn hiện nay, bước sóng 2,5Gbps không cần quan

tâm tới PMD. Một số kết quả đo thực nghiệm với cáp Marconi quốc lộ 1A và nhiều

cáp khác cho thấy PMD rất đạt khi truyền dẫn ở tốc độ 2,5Gbps/bước sóng. Việc

dịch chuyển 500kV sang Hưng Yên ở Ring 1 là do suy hao quá lớn và do các yếu tố

khác chứ không phải PMD. Chỉ riêng có một số cáp của GSC là không đạt về PMD,

lớn hơn quá nhiều so với tiêu chuẩn thông thường. Trường hợp đặc biệt này là ngoại

lệ thì có thể lưu ý.

Sau khi đưa ra các ưu, nhược điểm của các loại sợi cáp thì mạng viễn thông

đường trục của Việt Nam đang dùng cáp theo chuẩn G.652 là phù hợp bởi vì yếu tố

giá thành. Riêng cáp đường mòn Hồ Chí Minh bao gồm 04 sợi G.655 và 16 sợi

G.652 được sử dụng như một thử nghiệm ban đầu và với tuyến đặc biệt quan trọng

như đường trục. Trong tương lai để đáp ứng nhu phát triển mạnh của mạng viễn

thông, các tuyến thông tin trọng điểm DWDM nên sử dụng cáp G.655.


- 36 -

Hình 2.14. Phân loại sợi quang theo tán sắc

VI. Các hiệu ứng trong sợi quang

Mỗi kênh trong đường truyền ghép kênh theo bước sóng mật độ cao

(DWDM) là một dãy xung. Trong một khoảng thời gian xác định, mỗi xung quang

bao gồm một giới hạn các bước sóng phân bố xung quanh một giá trị bước sóng

trung tâm. Bước sóng trung tâm này tương ứng với một kênh DWDM riêng. Tín

hiệu tổng trong sợi quang sau đó là sự kết hợp của tất cả các kênh được ghép trong

sợi quang.

Khi truyền trong sợi quang, hình dạng và biên độ xung bị biến đổi do các

hiệu ứng khác nhau được sinh ra từ các đặc tính vật lý của vật liệu cáp sợi quang.

Phần này nói về các đặc tính này và ảnh hưởng của chúng tới xung quang.

VI.1. Các hiệu ứng ảnh hưởng tới năng lượng của xung quang

Năng lượng xung bị ảnh hưởng bởi suy hao cáp sợi quang và bốn hiệu ứng

không tuyến tính sau:

� Hiệu ứng tán xạ Brillouin (SBS).


- 37 -

� Hiệu ứng tán xạ Raman (SRS).

� Hiệu ứng trộn bốn bước sóng (FWM).

� Tính không ổn định của điều chế (MI).

Sự ảnh hưởng của các hiệu ứng này tuỳ thuộc vào năng lượng tập trung trong

các vùng hiệu ứng của sợi quang.

VI.1.1. Suy hao quang

Suy hao quang gây ra sự tắt dần của xung quang khi truyền trong sợi quang.

Ví dụ, suy hao của sợi NDSF tại bước sóng 1550nm nằm trong khoảng 0,21dB/km -

0,25dB/km. Suy hao cũng phụ thuộc vào bước sóng. Các kênh DWDM khác nhau

có suy hao khác nhau. Bộ khuếch đại quang được sử dụng để mở rộng giới hạn của

đường truyền quang bằng cách khuếch đại tín hiệu đã bị suy hao.

VI.1.2. Hiệu ứng tán xạ Raman (SRS-Stimulated Raman Scattering)

Hiệu ứng tán xạ Raman là kết quả của quá trình tán xạ không đàn hồi mà

trong đó photon của ánh sáng tới chuyển một phần năng lượng của mình cho dao

động cơ học của các phần tử cấu thành môi trường truyền dẫn và phần năng lượng

còn lại được phát xạ thành ánh sáng có bước sóng lớn hơn bước sóng của ánh sáng

tới (ánh sáng với bước sóng mới này được gọi là ánh sáng Stoke). Khi ánh sáng tín

hiệu truyền trong sợi quang có cường độ lớn, quá trình này trở thành quá trình kích

thích (được gọi là SRS) mà trong đó ánh sáng tín hiệu đóng vai trò sóng (gọi là bơm

Raman) làm cho phần lớn năng lượng của tín hiệu được chuyển tới bước sóng Stoke.

SRS sinh ra bởi sự chuyển động của các phân tử, sự chuyển động này là do

mật độ năng lượng cao trong lõi sợi quang. Sự chuyển động này được đề cập tới như

là các phonon ánh sáng tán xạ ánh sáng theo cả hướng tới và hướng phản xạ trở lại.

ánh sáng tán xạ được phát ra ở tần số thấp (bước sóng dài) hơn tín hiệu tới.

Trong hệ thống DWDM, SRS sẽ sinh ra năng lượng chuyển đổi những kênh

có bước sóng ngắn hơn thành các kênh có bước sóng dài hơn do đó tạo ra phổ

nghiêng. Sự suy hao năng lượng trong các kênh có bước sóng nhỏ hơn sẽ làm giảm


- 38 -

hiệu suất truyền của chúng.Tuy nhiên, do hệ số khuếch đại Raman nhỏ nên phổ

nghiêng này có thể được bù bằng cách sử dụng kỹ thuật cân bằng phù hợp (hình

2.15).

Hình 2.15. Hiệu ứng tán xạ SRS

VI.1.3. Hiệu ứng tán xạ Brillouin (SBS-Stimulated Brillouin Scattering)

Hiệu ứng SBS là hiệu ứng tương tự như hiệu ứng SRS, tức là có sự tạo thành

của bước sóng Stoke với bước sóng dài hơn bước sóng của ánh sáng tới . Điểm khác

nhau chính của hai hiệu ứng này là: hiệu ứng SBS liên quan đến các phonon âm học,

còn hiệu ứng SRS liên quan đến các phonon quang. Chính do sự khác biệt này mà

hai hiệu ứng có những ảnh hưởng khác nhau đến hệ thống WDM. Trong hiệu ứng

này, một phần ánh sáng bị tán xạ do các phonon âm học và làm cho phần ánh sáng

bị tán xạ này dịch tới bước sóng dài hơn (tương đương với độ dịch tần là khoảng

11GHz tại bước sóng 1550nm). Tuy nhiên chỉ có phần ánh sáng bị tán xạ theo chiều

ngược trở lại (tức là ngược chiều với chiều truyền tín hiệu) mới có thể được truyền

đi ở trong sợi quang. Vì vậy, trong hệ thống WDM khi tất cả các kênh đều cùng

truyền theo một hướng thì hiệu ứng SBS không gây xuyên âm giữa các kênh.

Các hiệu ứng ngược của SBS trên mạng quang là đáng kể. SBS làm suy yếu

năng lượng tín hiệu tới, năng lượng này làm giảm khoảng cách khẩu độ sợi quang

cho phép. Hệ số khuếch đại Brillouin cao hơn nhiều so với các hiệu ứng phi tuyến

khác. Do đó, trong điều kiện thuận lợi, SBS có thể xuất hiện ở ngưỡng thấp (năng

ED

ffff ffff


- 39 -

lượng thấp). Tuy nhiên, việc mở rộng phổ thực sự làm giảm SBS khi năng lượng

được trải rộng tới phạm vi phổ rộng hơn.

Sự bất lợi liên quan tới SBS có thể được tối thiểu hóa bằng cách giữ năng

lượng SBS dưới mức ngưỡng SBS, mức ngưỡng này phụ thuộc vào kích thước của

lõi sợi quang. Vì SBS là hiệu ứng băng hẹp nên nó cũng có thể hòa sắc với nguồn để

giảm sự bất lợi này. Độ lệch tần số của sự hoà sắc phải đủ để tăng ngưỡng SBS,

nhưng cũng phải đủ nhỏ để không làm tăng độ tán sắc.

Tuy nhiên, ngưỡng SRS cao hơn so với ngưỡng SBS, thậm chí hiệu ứng này

có ảnh hưởng đáng kể tới hầu hết các ứng dụng, mạng Nortel đã phát triển đặc tính

phần mềm bù SRS để tối thiểu hoá ảnh hưởng của nó.

VI.1.4. Hiệu ứng trộn bốn bước sóng (FWM-Four Wave Mixing)

Hiện tượng chiết suất phi tuyến còn gây ra một hiệu ứng khác trong sợi đơn

mode, đó là hiệu ứng FWM. Trong hiệu ứng này, 2 hoặc 3 sóng quang với các tần số

khác nhau sẽ tương tác với nhau tạo ra các thành phần tần số mới. Tương tác này có

thể xuất hiện giữa các bước sóng của tín hiệu trong hệ thống WDM, hoặc giữa bước

sóng tín hiệu với tạp âm ASE của các bộ khuếch đại quang, cũng như giữa các mode

chính và các mode bên của một kênh tín hiệu (hình 2.16).

Do đặc tính vật lý của sợi quang (cụ thể là sự phân cực không tuyến tính

trong vật liệu sợi quang), các kênh DWDM tập trung tại các tần số quang nωω ,...,1

tương tác với nhau để tạo ra sóng quang mới. ảnh hưởng của các hiệu ứng này độc

lập với tốc độ bit và phụ thuộc vào khoảng cách giữa các kênh DWDM và sự tán xạ

trong sợi quang.

Theo quan điểm cơ lượng tử, thì hiệu ứng FWM là hiệu ứng mà trong đó có

sự phá huỷ photon ở một số bước sóng và tạo ra một số photon ở các bước sóng mới

sao cho vẫn bảo toàn về năng lượng và động lượng.

Tương tự như SRS, sự suy hao liên quan tới FWM tăng khi tán xạ giảm đi

trong đường truyền. Sự tán xạ thấp dẫn tới các bước sóng truyền với tốc độ như


- 40 -

nhau, tạo ra điều kiện phối hợp pha, làm tăng sự tương tác giữa các xung quang. Do

đó, FWM có thể rất quan trọng trong sợi quang NZ-DSF và DSF bởi vì các bước

sóng tán xạ không của chúng xấp xỉ hoặc bằng nhau trong băng thông các kênh

DWDM. Giảm khoảng cách giữa các kênh cũng gây ra nhiều ảnh hưởng do FWM.

Giả sử có 3 bước sóng với tần số kji ωωω ,, thì tổ hợp tần số mới tạo ra sẽ là

những tần số ijkω thoả mãn:

kjiijk ωωωω −+=

Hình 2.16. Hiệu ứng trộn bốn bước sóng FWM.

Vì trong sợi quang tồn tại tán sắc nên điều kiện phù hợp về pha rất khó xảy

ra. Tuy nhiên, với môi trường truyền dẫn là loại sợi có tán sắc thấp và khoảng cách

truyền dẫn là tương đối lớn và các kênh gần nhau thì điều kiện này có thể coi là xấp

xỉ đạt được:

- Do việc tạo ra các tần số mới là tổ hợp của các tần số tín hiệu nên hiệu ứng

FWM sẽ làm giảm công suất của các kênh tín hiệu trong hệ thống WDM. Hơn


- 41 -

nữa nếu khoảng cách giữa các kênh là bằng nhau thì những tần số mới được tạo ra

có thể rơi vào các kênh tín hiệu, gây xuyên âm giữa các kênh, làm suy giảm chất

lượng của hệ thống.

- Sự suy giảm công suất sẽ làm cho dạng hình mắt của tín hiệu ở đầu thu bị thu

hẹp lại do đó sẽ làm giảm chất lượng BER của hệ thống. Vì các hệ thống WDM

chủ yếu làm việc ở cửa sổ bước sóng 1550nm và do tán sắc của sợi quang đơn

mode thông thường (sợi G.652) tại cửa sổ này là khoảng 18ps/nm.km, còn tán sắc

của sợi tán sắc dịch chuyển (sợi G.653) là 0ps/nm.km (< 3ps/nm.km) nên hệ

thống WDM làm việc trên sợi đơn mode chuẩn thông thường (SSMF) sẽ ít bị ảnh

hưởng bởi hiệu ứng FWM hơn hệ thống WDM làm việc trên sợi tán sắc dịch

chuyển (DSF).

- ảnh hưởng của hiệu ứng FWM càng lớn nếu như khoảng cách giữa các kênh

trong hệ thống WDM càng nhỏ cũng như khi khoảng cách truyền dẫn và mức

công suất của mỗi kênh lớn. Vì vậy, hiệu ứng FWM sẽ hạn chế dung lượng và cự

ly truyền dẫn của hệ thống WDM.

Đối với các hệ thống làm việc trên sợi G.652, tại vùng bước sóng 1550nm sẽ

không bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng FWM (do tán sắc của sợi quang tại bước sóng này

tương đối lớn, khoảng 18ps/nm.km).

Giải pháp để giảm FWM là phải chọn lựa cẩn thận các tần số trung tâm của

kênh DWDM để tránh khoảng cách bằng nhau giữa các kênh, làm giảm nhiễu và vì

vậy làm giảm ảnh hưởng của FWM trên đường truyền.

VI.1.5. Tính không ổn định của điều chế (MI-Modulation Instability)

Hiệu ứng phi tuyến (NLE - Non-Linear Effect) là sự không ổn định ảnh

hưởng tới cả hình dạng xung và mật độ xung, là kết quả của sự tác động lẫn nhau

giữa NLE và hiệu ứng tán xạ dương. Nhiễu trong sợi quang sẽ được khuếch đại tới

một mức độ nào đó. Cuối cùng, kênh DWDM hoạt động như một bơm khuếch đại


- 42 -

nhiễu trong giới hạn tần số xấp xỉ tần số bơm. Hiệu ứng cuối cùng là tán xạ xung,

hiệu ứng này làm giảm tối đa khoảng cách đường truyền. MI được tối thiểu hoá nhờ

bù tán sắc phù hợp.

VI.2. Các hiệu ứng ảnh hưởng tới hình dạng xung quang

Các hiệu ứng này có thể làm tăng hoặc giảm độ rộng xung. Khi độ rộng xung

lớn hơn khoảng bit sẽ gây ra nhiễu xuyên biểu tượng, làm giảm hiệu suất của hệ

thống. Tán xạ màu và tán xạ phân cực mode là hai đặc tính sợi quang làm thay đổi

dạng xung. Hai hiệu ứng phi tuyến cũng làm thay đổi hình dạng xung đó là: hiệu

ứng tự điều chế pha (SPM- Self-Phase Modulation) và điều chế chéo pha (XPM

hoặc CPM - Cross-Phase Modulation).

Các hiệu ứng này có ảnh hưởng lớn hơn đối với hệ thống 10Gbps. Kênh

2,5Gbps có độ rộng bit dài hơn (khoảng 0,4ns) so với 0,1ns trong các kênh 10Gbps.

Do đó, đường truyền 10Gbps phải được thiết kế với sự bù tán sắc chính xác để tránh

sự giảm hiệu suất của đường truyền.

VI.2.1. Tự điều chế pha (SPM - Self-Phase Modulation)

Hiệu ứng SPM thuộc loại hiệu ứng Kerr, tức là hiệu ứng trong đó chiết suất

của môi trường truyền dẫn thay đổi theo cường độ ánh sáng truyền.

Hiện tượng này còn gọi là hiện tượng dịch tần phi tuyến làm cho sườn sau

của xung dịch đến tần số 0γγ < và sườn trước của xung dịch đến tần số 0γγ > . Điều

này cũng có nghĩa là phổ của tín hiệu đã bị giãn trong quá trình truyền. Trong hệ

thống WDM, đặc biệt khi khoảng cách giữa các kênh gần nhau, hiện tượng giãn phổ

do SPM có thể dẫn đến giao thoa gây nhiễu giữa các kênh (hình 2.17).

Hơn nữa, nếu xét đến ảnh hưởng của tán sắc thì sẽ thấy dạng xung bị biến đổi

theo dọc sợi. Nếu gọi D là hệ số tán sắc của sợi, thì:


- 43 -

- Với D < 0: thành phần tần số cao ( 0γγ > ) sẽ lan truyền nhanh hơn thành phần

tần số thấp ( 0γγ < ). Do đó xung bị giãn ra.

- Với D > 0: thành phần tần số cao ( 0γγ > ) sẽ lan truyền chậm hơn thành phần

tần số thấp ( 0γγ < ) làm cho xung bị co lại (nguyên lý soliton). Tuy nhiên, việc

tạo ra soliton phải được kiểm soát, nếu không sẽ có hiện tượng lúc đầu xung co

lại, sau đó lại giãn ra rất nhanh.

Hình 2.17. Hiệu ứng điều chế dịch pha SPM

SPM xảy ra do chỉ số khúc xạ của sợi quang phụ thuộc vào năng lượng trên

mỗi kênh. Sự thay đổi chỉ số khúc xạ sẽ gây ra sự dịch pha tỉ lệ thuận với mật độ

xung. Do mật độ xung không cố định trong một khoảng thời gian, nên các phần khác

nhau của xung có độ dịch pha khác nhau, gây ra chirp.


- 44 -

Hình 2.18. Ví dụ về dạng sóng bị suy hao bởi hiệu ứng SPM

VI.2.2. Điều chế chéo pha (XPM hoặc CPM - Cross-Phase Modulation)

Điều chế chéo pha gây ra chirp tương tự như SPM. Tuy nhiên mức chirp tăng

bởi sự tác động lẫn nhau của các xung trong các kênh DWDM khác nhau trong hệ

thống. Hai xung chồng chéo nhau trong sợi quang gây ra sự tăng cục bộ về mặt năng

lượng, làm thay đổi chỉ số khúc xạ. Do đó, hai xung này và chirp làm tăng ảnh

hưởng sinh ra bởi SPM.

Trong phương tiện tán xạ, méo xung cũng tăng lên. Tuy nhiên, méo cục bộ

cao cũng giảm ảnh hưởng của XPM vì xác suất hai xung trùng nhau trên một

khoảng cách dài bị giảm đi. Bằng cách giảm tán xạ gây ra bởi xung, bù tán xạ được

thêm vào luồng của sợi quang cũng làm giảm hiệu ứng mở rộng gây ra bởi sự tác

động lẫn nhau giữa XPM và tán xạ. Chúng ta cần phải chú ý tới sự cân bằng giữa

các hiệu ứng này.

Khi thiết kế đường truyền DWDM, chúng ta phải chú ý tới biên độ của sự

hiệu chỉnh méo cung cấp bởi các module bù cũng như sự sắp đặt chúng trên đường

truyền.


- 45 -

Hình 2.19. Ví dụ về dạng sóng bị suy hao bởi hiệu ứng XPM

NDSF NZ-DSF LEAF

PMD Polarization Mode Dispersion

(tolerance)

worse

DSF

Core

l l l l Dispersion (tolerance)

XPM Cross Phase Modulation

(tolerance)

FWM Four Wave Mixing

(tolerance)

Launch Power

80 50-55 80

1310 nm

>1560nm

< 1530 nm or > 1560 nm

better

50-55

1550 nm <1530nm

Corning LSF

Lucent’s Truewave

(critical problem with WDM)


- 46 -

Bảng 2.1. Bảng tổng kết về các loại sợi quang

Ch ng IIICh ng IIICh ng IIICh ng III: : : : MMMMột st st st số thithithithiết bit bit bit bi trong htrong htrong htrong hệ ththththống ng ng ng th� ng tin quang WDMth� ng tin quang WDMth� ng tin quang WDMth� ng tin quang WDM

- 47 -

Chương III: Một số thiết bị của hệ thống thông tin quang

WDM

Trong khoảng 2 thập kỷ, công nghệ truyền dẫn quang WDM đã có sự phát

triển vượt bậc nhờ công nghệ chế tạo thiết bị hay cụ thể là công nghệ chế tạo linh

kiện quang, góp phần tạo nên các hệ thống truyền dẫn WDM dung lượng lớn như

ngày nay. Theo thời gian xuất phát từ những yêu cầu thực tế các hệ thống WDM

ngày càng trở nên phức tạp. ở một góc độ nào đó, có thể nói rằng sự phức tạp trong

hệ thống WDM nằm tại chính những chức năng thiết bị. Nhờ có chức năng này mà

cấu hình hệ thống WDM chuyển từ đơn giản như cấu hình điểm - điểm sang những

cấu hình phức tạp như ring và mesh.

Phần này sẽ trình bày về mặt lý thuyết một số thiết bị, hay phần tử mạng quan

trọng của hệ thống truyền dẫn WDM như: EDFA, OADM, OXC…và một số sản

phẩm thương mại cụ thể của Nortel, hãng cung cấp thiết bị cho việc triển khai truyền

dẫn WDM cho tuyến trục B - N của nước ta.

I. Chuẩn nguồn quang WDM

Cấu trúc của một hệ thống thông tin quang bao gồm nhiều thành phần cơ bản,

một trong các thành phần cơ bản đó là nguồn quang tạo ra sóng mang quang. Nguồn

quang trong hệ thống WDM không có gì khác với nguồn quang của hệ thống thông

tin quang khác, tuy nhiên nguồn quang được sử dụng trên tuyến truyền dẫn tốc độ

cao và rất cao cụ thể trong hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng

thường là diode

laser (LD).


- 48 -

I.1. Các yêu cầu cơ bản của nguồn quang trong hệ thống thông tin quang

Một sóng mang được biểu diễn bởi biên độ, tần số và pha như sau:

( ) ( )φω += tAtC ccos

Với A là biên độ, cω là tần số và φ là pha. Tuy nhiên trong thực tế đầu ra của

một nguồn quang có dạng như sau:

( ) ( )[ ]∑ +=i

iici ttAtC φω ,cos

Trong đó mỗi sóng mang tại tần số ic,ω đại diện cho mode dài, ( )tiφ là nhiễu

pha. Sóng mang biên độ lớn nhất được gọi là mode chính và các sóng khác gọi là

mode bên. Một nguồn quang có nhiều mode sẽ không tốt cho thông tin quang bởi

chúng tạo ra hiện tượng tán sắc và nhiễu pha. Để thiết kế được một hệ thống tốt, các

yêu cầu về nguồn quang cần được chú ý:

� Đơn mode: vì các lý do không tốt mà nguồn quang đa mode đem lại,

rất nhiều laser đơn mode được chế tạo như laser phản hồi phân phối và laser phản

xạ Bragg phân phối.

� Nhiễu thấp: có nhiều loại nhiễu trong thông tin quang như nhiễu pha,

nhiễu cường độ và nhiễu mode. Nhiễu thấp rất quan trọng để giảm hệ số BER

trong thông tin.

� Phổ hẹp: phổ hẹp sẽ làm giảm nhiễu pha, từ đó dẫn đến giảm hiện

tượng giãn xung ánh sáng và vì vậy tăng được tốc độ truyền.

� Công suất ra lớn: công suất ra lớn làm tăng tỷ số Tín hiệu/Tạp âm và

cho phép truyền được cự ly xa hơn. Để có được công suất cao, nguồn quang phải

được thiết kế để có hiệu suất ghép cao.

� Dòng ngưỡng nhỏ: đối với các LD, hiện tượng laser chỉ có thể xảy ra

khi dòng thiên áp ngược lớn hơn một giá trị min gọi là dòng ngưỡng.


- 49 -

� Bước sóng: các sóng ánh sáng tại các bước sóng khác nhau có đặc tính

lan truyền khác nhau.

� Độ rộng phổ điều chế lớn: trong thông tin quang có hai phương pháp

điều chế đó là điều chế trực tiếp và điều chế ngoài. Điều chế trực tiếp thường

được dùng bởi vì nó đơn giản, phương pháp này sử dụng tín hiệu cần truyền để

điều khiển nguồn quang một cách trực tiếp.

� Độ giãn phổ nhỏ: khi một nguồn sáng được điều chế trực tiếp, phổ ra

của nó sẽ bị giãn (mở rộng), giãn phổ là do chiết suất khúc xạ ánh sáng của nguồn

quang. Do phổ lớn sẽ làm tăng hiện tượng tán xạ xung nên nó cần được hạn chế.

� Độ tuyến tính: đối với thông tin tương tự, độ méo tín hiệu do sự không

tuyến tính của nguồn sáng cần được giảm thiểu. Độ không tuyến tính sẽ gây ra

hiện tượng sóng hài và xuyên âm.

� Độ điều chỉnh được: đối với các ứng dụng như ghép kênh theo bước

sóng, khả năng điều chỉnh được bước sóng của diode laser là rất cần thiết. Một

diode laser điều chỉnh được có hai đầu mối hoặc nhiều hơn, cho phép người sử

dụng điều chỉnh được bước sóng ra. Một LD điều chỉnh được gọi là tốt cần có

vùng điều chỉnh được tới vài ngàn GHz

I.2. Điot phát quang LD (Laser Diode)

Laser được viết từ Light Amplication by Stimulate Emission of Radiation và

có nhiều dạng với đủ mọi kích thước từ nhỏ xíu (như các hạt ngô, thóc,…) cho tới

rất lớn như một căn phòng. Chúng có ở dạng khí, chất lỏng, tinh thể hoặc bán dẫn.

Đối với các hệ thống thông tin quang, các nguồn phát laser là các laser bán dẫn và

thường là diode laser (LD). Các loại laser có thể khác nhau nhưng nguyên lý hoạt

động cơ bản là giống nhau. Hoạt động của laser là kết quả của ba quá trình, đó là

hấp thụ photon, bức xạ tự phát, và bức xạ kích thích.

E1 là năng lượng trạng thái đất (nền) và E2 là năng lượng trạng thái kích

thích. Theo định luật Planck thì sự chuyển dịch giữa hai trạng thái này có liên quan


- 50 -

tới quá trình hấp thụ hoặc phát xạ của các photon có năng lượng 12 EEh −=γ . Bình

thường, hệ thống ở trạng thái đất. Khi một photon có năng lượng γh tác động vào

hệ thống thì một điện tử ở trạng thái E1 có thể hấp thụ năng lượng photon và được

kích thích lên trạng thái E2. Vì đây là trạng thái không bền vững nên điện tử sẽ

nhanh chóng quay lại trạng thái ban đầu, vì thế phát ra một năng lượng có năng

lượng γh . Điều này xảy ra mà không có sự kích thích bên ngoài nào và được gọi là

phát xạ tự phát. Phát xạ này đẳng hướng, có pha ngẫu nhiên và xuất hiện như một

đầu ra Gausian băng hẹp.

Điện tử cũng có thể được sinh ra để tạo ra một hướng chuyển dịch đi xuống

từ mức kích thích tới mức nền nhờ có sự kích thích bên ngoài, nếu một photon có

năng lượng γh tác động vào hệ thống trong khi điện tử vẫn còn ở trạng thái kích

thích của nó thì điện tử sẽ được kích thích ngay lập tức để rơi xuống trạng thái nền

và cho ra photon có năng lượng γh . Photon được phát ra này có pha là pha của

photon tới và sự bức xạ được gọi là bức xạ kích thích.

ở điều kiện cân bằng nhiệt, mật độ các điện tử được kích thích là rất nhỏ, cho

nên hầu hết các photon tới trên hệ thống đều bị hấp thụ và phát xạ kích thích hầu

như không có. Phát xạ kích thích sẽ vượt qua được sự hấp thụ chỉ khi nào tích luỹ ở

trên trạng thái kích thích lớn hơn ở trạng thái đất. Điều này được gọi là nghịch đảo

tích luỹ. Vì đây không phải là điều kiện cân bằng cho nên nghịch đảo tích luỹ được

thực hiện bằng kỹ thuật bơm. Trong laser bán dẫn, nghịch đảo tích luỹ được tiến

hành bằng cách phun các điện tử vào trong vật liệu tại tiếp điểm thiết bị để lấp các

trạng thái năng lượng thấp hơn của vùng dẫn.

I.3. Đặc tính kỹ thuật

• Thông số điện:

- Dòng điện ngưỡng:


- 51 -

Khi dòng điện kích thích cho laser có trị số nhỏ, laser hoạt động ở chế độ

phát xạ tự phát nên công suất phát rất thấp. Khi được kích thích với dòng điện lớn,

laser hoạt động ở chế độ kích thích công suất quang tăng nhanh theo dòng kích thích

(hình 3.1).

Hình 3.1. Quan hệ giữa công suất quang và dòng điện kích thích.

Dòng ngưỡng của laser thay đổi theo nhiệt độ. Đối với những laser đời cũ,

dòng ngưỡng có giá trị từ 50mA - 100mA. Những laser đời mới dòng ngưỡng chỉ

trong khoảng 10mA - 20mA.

- Dòng điện kích thích: từ vài chục đến vài trăm mA tuỳ theo loại.

- Điện áp sụt trên laser: từ 1,5V - 2,5V

• Công suất phát:

Công suất phát của laser từ 1mW - 10mW, đối với những laser đời mới có thể

lên đến 50mW hay hơn nữa.

• Góc phát sáng:

Góc phát sáng của laser theo phương ngang của lớp tích cực chỉ trong khoảng

5o ÷ 10o, còn theo phương vuông góc với lớp tích cực góc phát có thể lên đến 40o.

0 5 1

P

1 2 I(mDong

LASE

LED

T1 T1T2 T2�


- 52 -

Như vậy, mặt bao của góc phát không phải là mặt nón tròn xoay mà là mặt nón hình

elip

• Hiệu suất ghép:

Laser có vùng phát sáng nhỏ, góc phát sáng hẹp nên có hiệu suất ghép ánh

sáng vào sợi quang cao.

- Trung bình hiệu suất ghép của laser trong khoảng:

30% - 50%: đối với sợi đơn mode (SM).

60% - 90%: đối với sợi đa mode (MM).

Để tăng hiệu suất ghép, người ta có thể tạo thêm các chi tiết phụ giữa nguồn

quang và sợi quang như đặt thêm thấu kính giữa nguồn quang và sợi quang, tạo đầu

sợi quang có dạng mặt cầu...

• Độ rộng phổ:

Dạng phổ phát xạ của laser là tổng hợp đặc tuyến khuếch đại (do bề rộng khe

năng lượng thay đổi) và đặc tuyến chọn lọc của hốc cộng hưởng quang (phụ thuộc

vào chiều dài hốc). So với LED thì phổ phát xạ của laser rất hẹp, trong khoảng từ

1nm - 4nm (hình 3.2).

P(m

-

0 ∆λ=1nm

λ λ


- 53 -

Hình 3.2. Phổ phát xạ của laser dạng thực tế

Dạng phổ gồm nhiều vạch rời rạc nên được gọi là phổ của laser đa mode.

Người ta có khuynh hướng chế tạo laser có phổ ngày càng hẹp để giảm tán sắc chất

liệu khi sử dụng bước sóng 1550nm.

- Laser hồi tiếp phân bố DFB: thay thế cho các mặt phản xạ ở hai đầu là một

chuỗi gợn sóng trên lớp bán dẫn làm nền chỉ phản xạ những bước sóng nhất định do

đó gần như chỉ có một bước sóng được cộng hưởng và khuếch đại. Phổ của laser

DFB rất hẹp chỉ vào khoảng 0,1nm - 0,2nm. Phổ của laser DFB có dạng: (hình 3.3)

Hình 3.3. Phổ của laser DFB

- Laser hốc ghép C_cubed: hai chíp laser rời được ghép quang với nhau

nhưng cách ly về điện để đạt được sự giới hạn bước sóng phát.

- Laser hốc ngoài (external Cavity): là loại laser có mặt phản xạ bên ngoài

thay vì tráng mặt phản xạ trong laser thông thường.

• Thời gian chuyển lên:

< 0,1nm1nm

o λ


- 54 -

Thời gian để công suất quang tăng từ 10% - 90% mức công suất xác lập của

laser là rất nhanh, thông thường không quá 1ns.

• ảnh hưởng nhiệt độ:

Khi nhiệt độ thay đổi dòng ngưỡng của laser thay đổi do đó công suất phát ra

cũng thay đổi nếu giữ nguyên dòng điện kích thích. Khi nhiệt độ tăng thì dòng

ngưỡng cũng tăng theo dạng hàm mũ của sự gia tăng nhiệt độ. Trung bình độ gia

tăng dòng ngưỡng vào khoảng +1%/oC. Ngoài ra khi nhiệt độ thay đổi thì công suất

phát ra cũng thay đổi nhưng mức độ ảnh hưởng rất thấp.

I.4. Điều chế LD ở tần số cao

Hiện nay có hai phương pháp điều chế LD nhằm thay đổi công suất quang

đầu ra là điều chế xung dùng cho các hệ thống thông tin quang truyền dẫn số và điều

chế biên độ dùng cho các hệ thống thông tin truyền dẫn tín hiệu analog.

Một trong những ưu điểm có ý nghĩa nhất của LD là nó có thể được điều chế

trực tiếp nhờ thay đổi dòng cấp cho laser. Vì LD có thời gian đáp ứng nhanh cho

nên cho phép thực hiện điều chế ở tần số cao. Tần số điều chế bị giới hạn bởi hai cơ

chế khác nhau. Trước hết phải kể đến giới hạn điện tử do các phần tử tạp ký sinh.

Điều này thường được nói tới ở những điện trở nối tiếp và điện dung song song có

trong dây dẫn kim loại. Cơ chế thứ hai cơ bản hơn có liên quan tới đặc tính động của

laser, nảy sinh ra tần số cộng hưởng trong dải GHz. Tần số này tỷ lệ với căn bậc hai

công suất đầu ra. Hằng số tỷ lệ phụ thuộc vào số các tham số trong nội tại laser và

có thể được cải thiện trong thiết kế laser. Khi sử dụng LD cho các hệ thống truyền

dẫn tốc độ cao, tần số điều chế có thể không lớn hơn tần số tạo dao động tích thoát

của trường laser. Dao động tích thoát phụ thuộc vào cả thời gian sống tự phát SPτ và

thời gian sống photon phτ , đây là các tham số làm giới hạn tốc độ điều biến của

laser. Về lý thuyết, dao động tích thoát xảy ra xấp xỉ tại:


- 55 -

2/1

2/11

)(

1

2

1

−=

thphSP I

If

ττπ

Với SPτ vào khoảng 1ns và phτ khoảng 2ps đối với laser dài 300 µ m, thì lúc

mà dòng phun lớn gấp hai lần dòng ngưỡng Ith, tần số điều chế lớn nhất khoảng vài

GHz.

Dải động laser cũng có thể chịu ảnh hưởng từ các hiệu ứng quang phi tuyến,

điều này đặc biệt quan trọng khi LD phát công suất cao.

II. Thiết bị khuếch đại quang sợi

II.1. Chức năng của bộ khuếch đại quang OA

- Bù tán sắc (tái tạo dạng tín hiệu). Vì vậy, OA trở thành bộ lặp 2R (re-shape).

- Hiệu chỉnh mức công suất hay băng tần khuếch đại.

- Tách, chèn và xử lý các thông tin mào đầu truyền dẫn đoạn quang.

- Hỗ trợ kênh giám sát và kênh mang thông tin người sử dụng.

- Kiểm soát tín hiệu quang.

- Chống sự tăng vọt trong tín hiệu quang.

II.2. Nguyên lý hoạt động

Khuếch đại quang sợi hiện nay chủ yếu dùng sợi pha tạp Erbium, viết tắt là

EDFA (Erbium-Dopped Fiber Amplifier). Nguyên lý khuếch đại được thực hiện nhờ

cơ chế bức xạ trong ba mức hoặc bốn mức như hình 3.4:

λ b� m

λ E EE E

EEE

Ph n Ph n

Ph n


- 56 -

Hình 3.4. Cơ chế bức xạ trong ba mức (a) và trong bốn mức (b)

EDFA có cấu trúc là một đoạn sợi quang mà lõi của chúng được cấy Er3+ với

nồng độ ít hơn 0,1%. Khi một nguồn bơm photon bước sóng 980nm hoặc 1480nm

được bơm vào lõi sợi đặc biệt này, các ion Er3+ sẽ hấp thụ các photon đó một điện tử

của nó chuyển mức năng lượng từ mức cơ bản E1 lên mức kích thích E2; do tồn tại

một mức năng lượng siêu bền E3 ở giữa nên các điện tử này chuyển xuống mức

năng lượng E3 theo cơ chế phân rã không bức xạ (thả không bức xạ xuống E3), sau

một khoảng thời gian 10ns, điện tử được kích thích này rơi trở lại mức E1, và phát

xạ ra photon.

Hiện tượng bức xạ bình thường có thể là bức xạ tự phát (là cơ chế bình

thường khi điện tử nhảy mức năng lượng) hoặc bức xạ sẽ xảy ra mạnh theo cơ chế

bức xạ kích thích; tức là do sự có mặt của các photon mang năng lượng bằng với

năng lượng dịch chuyển mức của các điện tử (trong EDFA thì đó là photon của tín

hiệu được khuếch đại) sẽ kích thích sự phát xạ và tạo ra thêm nhiều photon tỷ lệ với

số photon của chùm sáng. Nho tap Erbium, bức xạ này ở vùng bước sóng 1550nm.

Nhờ vậy, tín hiệu được khuếch đại khi đi qua sợi pha tạp Erbium.


- 57 -

Hình 3.5. Cấu trúc của khuếch đại quang sợi EDFA

Hình 3.5 là cấu trúc của một khuếch đại quang sợi EDFA và đường đặc tính

phổ khuếch đại của nó, bơm laser có thể hoạt động ở hai bước sóng 980nm hoặc

1480nm thì hiệu suất bơm hiệu quả nhất. Các bộ cách ly quang có nhiện vụ chống

phản xạ tín hiệu, chỉ cho phép truyền dẫn quang đơn hướng. WDM Coupler dùng để

ghép tín hiệu bước sóng bơm và tín hiệu cần khuếch đại vào sợi Erbium

II.3. Khuếch đại quang sợi EDFA trong hệ thống WDM

Tin hi u

WDWDWDWD

IsoIsoIsoIso

WDWDWDWD

IsoIsoIsoIso

TTTTCouCouCouCou

WDM Isolator

WDM Isolator

Tap coupler Tap

coupler

Pump laser Tin hi u

EDF


- 58 -

Có ba ứng dụng chính của EDFA, đó là: Khuếch đại công suất (Booster

Amplifier - BA), tiền khuếch đại (Pre-amplifier - PA) và khuếch đại đường truyền

(Line Amplifier - LA) (hình 3.6).

Hình 3.6. ứng dụng của EDFA

• BA là thiết bị EDFA có công suất bão hoà lớn được sử dụng ngay sau Tx để

tăng mức công suất tín hiệu. Do mức công suất ra tương 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 hiện tượng phi tuyến. Các chức năng OAM đối với

BA có thể tách riêng hoặc chung với Tx. BA có thể tích hợp với Tx (gọi là OAT)

hoặc tách riêng với Tx.

• PA là thiết bị EDFA có mức tạp âm rất thấp, được sử dụng ngay trước bộ thu

Rx để tăng độ nhạy thu. Sử dụng PA, độ nhạy thu được tăng lên đáng kể. Các chức

năng OAM đối với BA có thể tách riêng hoặc chung với Rx. Để đạt được mức tạp

âm ASE thấp, người ta thường sử dụng các bộ lọc quang băng hẹp (nên sử dụng các

loại bộ lọc có khả năng điều chỉnh bước sóng trung tâm theo bước sóng của nguồn

phát). PA có thể tích hợp với Rx (gọi là OAR) hoặc tách riêng với Rx.


- 59 -

• LA là thiết bị EDFA có mức tạp âm thấp được sử dụng trên đường truyền

(giữa hai đoạn sợi quang) để tăng chiều dài khoảng lặp. Tuỳ theo chiều dài tuyến mà

LA có thể được dùng để thay thế một số hay tất cả các trạm lặp trên tuyến. Đối với

các hệ thống có sử dụng LA đòi hỏi phải có một kênh thông tin riêng để thực hiện

việc cảnh báo, giám sát và điều khiển các LA. Kênh giám sát này (OSC - Optical

Supervisor Channel) không được quá gần với sóng bơm cũng như kênh tín hiệu để

tránh ảnh hưởng giữa các kênh này. Tại mỗi LA, kênh giám sát này được chèn thêm

các thông tin mới (về trạng thái của LA, các thông tin về cảnh báo), sau đó lại được

phát lại vào đường truyền. Về mặt lý thuyết, khoảng cách truyền dẫn lớn (cỡ vài

nghìn km) có thể đạt được bằng cách chèn thêm các LA vào đường truyền. Tuy

nhiên, trong trường hợp trên tuyến có nhiều LA liên tiếp nhau, chất lượng hệ thống

có thể suy giảm nghiêm trọng do các hiện tượng như: tích luỹ tạp âm, sự phụ thuộc

của phổ khuếch đại vào tổng hệ số khuếch đại, ảnh hưởng của tán sắc, phân cực và

các hiệu ứng phi tuyến. Đặc biệt là việc hình thành đỉnh khuếch đại xung quanh một

bước sóng nào đó dẫn đến việc thu hẹp dải phổ khuếch đại của LA.

So với thiết bị đầu cuối thông thường, việc sử dụng các thiết bị khuếch đại

quang (BA, LA, PA) sẽ tăng quỹ công suất lên đáng kể. Với phổ khuếch đại tương

đối rộng (khoảng 35nm), khả năng khuếch đại không phụ thuộc vào tốc độ và dạng

tín hiệu, sử dụng khuếch đại quang rất thuận lợi trong việc nâng cấp tuyến (tăng tốc

độ hoặc thêm kênh bước sóng).

Nhìn chung, sử dụng khuếch đại quang có thể bù lại suy hao trong hệ thống,

như vậy những hệ thống trước đây bị hạn chế về suy hao thì nay có thể lại bị hạn chế

về tán sắc. Trong trường hợp đó, phải sử dụng một số phương pháp để giảm bớt ảnh

hưởng của tán sắc, ví dụ như sử dụng sợi bù tán sắc hay sử dụng các nguồn phát có

độ rộng phổ hẹp kết hợp với điều chế ngoài…

Do đặc điểm khác nhau của các loại thiết bị khuếch đại quang nên mức ưu

tiên sử dụng đối với từng loại cũng có khác nhau:


- 60 -

� LA đòi hỏi phải có một kênh giám sát riêng, hơn nữa thêm các điểm trung

gian vào trên đường truyền cũng làm cho việc bảo dưỡng trở nên phức tạp hơn. Do

đó, mức ưu tiên sử dụng đối với LA là thấp nhất, chỉ trong trường hợp khi mà dùng

cả BA và PA mà vẫn không đáp ứng nổi yêu cầu về quỹ công suất thì mới sử dụng

LA.

� Đơn giản nhất là sử dụng BA và PA để tăng quỹ công suất. Tuy nhiên, do

cấu hình của PA phức tạp hơn BA (vì phải sử dụng các bộ lọc quang băng hẹp để

loại bỏ bớt tạp âm ASE) nên giữa BA và PA thì BA vẫn được ưu tiên sử dụng hơn.

Một trong các hạn chế của EDFA đối với hệ thống WDM là phổ khuếch đại

không đồng đều, các bước sóng khác nhau sẽ được khuếch đại với các hệ số khác

nhau, đặc biệt là sự tồn tại của đỉnh khuếch đại tại bước sóng 1530nm. Hơn nữa,

trong trường hợp trên tuyến có sử dụng nhiều EDFA liên tiếp thì sẽ hình thành một

đỉnh khuếch đại khác xung quanh bước sóng 1558nm. Như vậy, với nhiều EDFA

liên tiếp trên đường truyền, dải phổ khuếch đại sẽ bị thu hẹp lại (có thể là từ 35nm

giảm xuống còn 10nm hoặc hơn nữa tuỳ thuộc vào số bộ khuếch đại liên tiếp nhau).

Hiện nay, để cân bằng hệ số khuếch đại của EDFA có thể sử dụng một số

phương pháp sau:

� Sử dụng bộ lọc để suy hao tín hiệu tại đỉnh khuếch đại xung quanh bước

sóng 1530nm, và xung quanh bước sóng 1558nm (trong trường hợp có sử dụng

nhiều EDFA liên tiếp trên đường truyền) .

� Điều chỉnh mức công suất đầu vào của các bước sóng sao cho tại đầu thu

mức công suất của tất cả các bước sóng này là như nhau.

Ngoài ra, trong trường hợp sử dụng nhiều EDFA liên tiếp trên đường truyền,

một vấn đề nữa cũng cần phải xem xét là tạp âm ASE trong bộ khuếch đại quang:

tạp âm ASE trong bộ khuếch đại quang phía trước sẽ được khuếch đại bởi bộ khuếch

đại quang phía sau. Sự khuếch đại và tích luỹ tạp âm này sẽ làm cho tỷ số S/N của

hệ thống bị suy giảm nghiêm trọng. Nếu mức công suất tín hiệu vào là quá thấp, tạp


- 61 -

âm ASE có thể làm cho tỷ số S/N bị giảm xuống dưới mức cho phép. Tuy nhiên, nếu

mức công suất tín hiệu vào là quá cao thì tín hiệu này kết hợp với ASE có thể gây

hiện tượng bão hoà ở bộ khuếch đại.

Theo tạp chí Lightwave tháng 11 năm 1999, đã có một cải tiến đáng kể trong

việc san bằng và mở rộng phổ khuếch đại của bộ khuếch đại quang. Đó là sự ra đời

của bộ khuếch đại có tên là EDTFA (Erbium-Doped Tellurite-based Fiber Amplifier)

có cấu hình như hình 3.7.

Về bản chất thì EDTFA giống như EDFA hay EDSFA, chỉ khác là EDSFA

dựa trên nền bán dẫn Silic, còn EDTFA dựa trên nền bán dẫn Telurrium. EDTFA cho

phép mở rộng phổ khuếch đại lên tới 90nm, từ bước sóng 1530nm - 1620nm (so với

35nm của EDSFA)

Hình 3.7. Cấu hình EDTFA

II.4. Khuếch đại quang sợi thế hệ mới cho hệ thống WDM


- 62 -

Mặc dù EDFA đã có rất nhiều triển vọng và ứng dụng trong mạng quang hiện

nay nhưng chúng vẫn chưa thể đáp ứng được hết các yêu cầu về độ rộng phổ và độ

phẳng của phổ khuếch đại. Nói chung chúng có độ rộng phổ hầu hết cỡ độ 35nm (từ

1530nm - 1565nm), nên gọi băng phổ này là băng C (Conventional). Với những

công nghệ mới ra đời trong thị trường WDM, như các module laser DFB độ rộng

phổ cực hẹp, các module quang WDM với khoảng cách kênh bước sóng rất nhỏ, các

loại sợi quang mới (sợi tán sắc cân bằng, tán sắc dịch chuyển không…) tất cả đều

đòi hỏi tới một xu hướng vô cùng tận về độ rộng phổ băng tần khuếch đại.

Điều này đòi hỏi phải cho ra đời các EDFA thế hệ mới với phổ rộng hơn. Sự

ra đời của EDFA băng L (băng rộng: extend band) đã phá bỏ rào cản về băng tần và

mở ra một cửa sổ truyền dẫn WDM mới tại vùng bước sóng 1590nm. Loại thiết bị

khuếch đại mới này đã giúp giảm thiểu đi các vấn đề nảy sinh đối với mạng truyền

dẫn WDM dùng sợi tán sắc dịch chuyển mà ở đó, vấn đề xuyên kênh tăng rất nhanh

bởi tán sắc và khoảng cách kênh bước sóng gần nhau tại vùng bước sóng 1550nm.

Nó cũng tạo thêm một cửa sổ truyền dẫn mới với 80 kênh bước sóng và khoảng cách

kênh bước sóng là 50GHz cho hệ thống truyền dẫn WDM.


- 63 -

BA

b¨ng L

MUX

LA

b¨ng C

PA b¨ng C

DEMUX

MUX

LA

b¨ng L

PA b¨ng L

DEMUX

BA

b¨ng C

Module ph t cã BA Module khuÕch ®¹ i kiÓu LA Module thu cã BA

Hình 3.8. Mô hình truyền dẫn WDM 160 kênh bước sóng cho cả hai băng truyền

dẫn C và L

Như trên đã phân tích, những tham số quan trọng của một module EDFA là

độ khuếch đại G và mức tạp âm NF; không thể tránh khỏi việc các bộ khuếch đại

gây nên nhiễu và tích luỹ suốt hệ thống. Độ suy giảm tỷ số SNR gây ra bởi các bộ

khuếch đại cần được xem xét một cách nghiêm ngặt, đặc biệt là khi khuếch đại tín

hiệu thấp

II.4.1. Vấn đề chia sẻ photon

Trong hệ thống truyền dẫn WDM, kênh bước sóng nào kích thích được nhiều

photon xuống trạng thái bị kích thích của chúng thì sẽ đạt được độ khuếch đại lớn


- 64 -

nhất. Tuy nhiên điều này còn được quyết định bởi: sự phát xạ chéo - xác suất kích

thích photon - của các kênh bước sóng khác, mức độ đảo ngược mật độ, cường độ

của tín hiệu, độ dài của sợi Erbium.

Rõ ràng là đối với các ứng dụng WDM, cần phải đạt được độ khuếch đại và

mức tạp âm đều nhau cho mọi kênh bước sóng qua module khuếch đại, các module

này phải được thiết kế sao cho đáp ứng phổ khuếch đại của nó đối với từng kênh

bước sóng không bị ảnh hưởng bởi đầu vào (công suất hay bước sóng) của các kênh

bước sóng cùng được truyền dẫn trên sợi. Nếu không, khi có những tương tác kiểu

như vậy thì chỉ cần một sự thay đổi của một kênh bước sóng cũng sẽ dẫn tới những

ảnh hưởng ngoài mong muốn về độ khuếch đại và mức tạp âm NF của các kênh

bước sóng còn lại và do đó, hoạt động của hệ thống sẽ có vấn đề.

Nói cách khác, tất cả các kênh bước sóng phải được khuếch đại độc lập và

đồng nhất. Với những yêu cầu kỹ thuật mới nảy sinh này, module khuếch đại quang

sợi trong hệ thống truyền dẫn WDM sẽ phải thích ứng với các chỉ tiêu hết sức khắt

khe về độ bằng phẳng của phổ khuếch đại đa kênh, độ dốc sườn đặc tuyến khuếch

đại, các đáp ứng xen/rẽ kênh.

Sự thay đổi độ khuếch đại là vấn đề phức tạp đầu tiên gặp phải khi thiết kế

một module khuếch đại, tính chất vật lý của sợi Erbium đã cho thấy mức cạnh tranh

trong việc kích thích các photon đối với tất cả các kênh là không công bằng.

Do đặc tính khuếch đại không đồng đều, thế hệ đầu tiên của các hệ thống

truyền dẫn WDM đã phải chọn hoạt động tại vùng, xung quanh bước sóng từ

1540nm - 1565nm của băng C.

Tại băng L, từ bước sóng 1565nm - 1605nm, có thể được chia ra thành hai

băng nhỏ theo một cách chính xác giống như ở băng C, với vùng bước sóng không

ổn định tương ứng tại điểm phát xạ 1570nm.


- 65 -

II.4.2. Yêu cầu về mức công suất - giám sát thiết bị khuếch đại WDM

Để đạt được độ đồng nhất về phổ khuếch đại đối với mọi bước sóng cần được

khuếch đại, các loại thiết bị khuếch đại WDM có phổ khuếch đại bằng phẳng chủ

động và thụ động sẽ sớm phải được đưa ra thị trường. Các loại thiết bị khuếch đại

thụ động thường sử dụng các bộ lọc có phổ san bằng, sẽ làm suy giảm nhiều hơn đối

với các kênh bước sóng có mức công suất vào lớn hơn, nhằm đạt được độ cân bằng

về khuếch đại giữa các kênh. Thế nhưng công suất ra yêu cầu vẫn phải lớn cho toàn

bộ băng được khuếch đại, do vậy vẫn phải yêu cầu có một công suất bơm đủ lớn để

đạt được sự hài hoà giữa độ phẳng khuếch đại giữa các kênh và mức khuếch đại yêu

cầu. Vấn đề là đặt các bộ lọc làm phẳng ở đâu trong module khuếch đại, nếu đặt ở

đầu ra của bộ khuếch đại thì sẽ có sự lãng phí về công suất bơm, nếu đặt ở đầu vào

bộ khuếch đại thì lại làm ảnh hưởng tới NF của thiết bị.

Trong nhiều trường hợp, công suất vào của bộ khuếch đại WDM của kênh

không phải là hằng số. Nếu một số kênh bước sóng nào đó đã đi qua các bộ định

tuyến, OADM… thì công suất của kênh đó sẽ khác với công suất của các kênh khác

tại đầu vào của bộ khuếch đại WDM. Nhưng yêu cầu tại đầu ra của bộ khuếch đại

WDM là công suất các kênh được khuếch đại phải xấp xỉ nhau và không được phụ

thuộc vào mức công suất vào của từng kênh hay số kênh được khuếch đại, để đảm

bảo tỉ số S/N của hệ thống. Do đó, các bộ khuếch đại quang sử dụng trong hệ thống

WDM cần có độ khuếch đại phải điều chỉnh được mà không gây ảnh hưởng chéo lên

các kênh khác.

Điều này đòi hỏi các bộ khuếch đại quang thế hệ mới phải có tính năng mới.

Đó là hệ số khuếch đại G sẽ là một hàm đa biến với các biến số là bước sóng và

công suất của các bước sóng đó. Hàm này sẽ được thiết kế điều khiển bằng phần

mềm, có đáp ứng thời gian thực đối với các thông số của bộ khuếch đại… Khi tất cả

các kênh đầu vào có mức tín hiệu như nhau, phần mềm nhúng trong bộ khuếch đại

sẽ tự động nhận biết và phát ra tín hiệu điều khiển trạng thái để đạt được mức


- 66 -

khuếch đại không đổi. Khi có đột biến mức tín hiệu đầu vào, phần mềm sẽ phải có

đáp ứng điều khiển một vài các thông số của thiết bị để đạt được sự hiệu chỉnh mức

khuếch đại phù hợp, làm sao để đầu ra bộ khuếch đại vẫn có được độ phẳng và đồng

nhất mức công suất ra.

Với sự gia tăng số bước sóng được chuyển qua và được khuếch đại đã lên tới

con số 160 kênh bước sóng thì số bơm laser cần thiết để đảm bảo yêu cầu về công

suất cho một lượng lớn các kênh sẽ càng nhiều, mỗi bơm laser đó đều cần được

giám sát về dòng bơm, nhiệt độ làm việc… và luôn cần được giám sát hiệu chỉnh để

đạt được độ phẳng phổ khuếch đại, thời gian đáp ứng… và cũng như mọi thiết bị

mạng khác, ADM, DEM, OXC…, khuếch đại quang cũng cần được quản lý và giám

sát chặt chẽ.

II.5. Một số sản phẩm khuếch đại quang sợi thương mại của Nortel

Hiện nay, việc triển khai truyền dẫn WDM cho tuyến trục B - N dùng toàn

thiết bị do Nortel cung cấp. Các sản phẩm quang WDM của Nortel được phát triển

độc lập, tuỳ theo các ứng dụng riêng rẽ mà các module này có thể được ghép hợp

với nhau một cách linh hoạt để tạo thành cấu hình phù hợp nhất. Sau đây giới thiệu

về các bộ khuếch đại quang sợi MOR/MOR PLUS (Multi-wavelength Optical

Repeater) và sản phẩm khuếch đại quang OPTera 1600G:

MOR:

MOR được thiết kế tối ưu làm việc trong chế độ hai hướng có thể đáp ứng tới

16 bước sóng trên một sợi quang. Bơm laser của MOR làm việc ở bước sóng

980nm; có thể là bơm kép nếu cần công suất lớn. Đặc tuyến khuếch đại bằng phẳng,

có thể điều chỉnh hệ số khuếch đại theo mỗi hướng, MOR có thể làm việc đồng thời

như BA, LA, hoặc PA. MOR cung cấp chức năng giám sát tại lớp quang để giám sát

từng bước sóng riêng rẽ, do vậy kiểm soát được tỷ số SNR cho từng bước sóng tại

đầu thu. Kênh giám sát OSC (Optical Service Channel) có bước sóng 1510nm, hoạt


- 67 -

động ngoài cùng khuếch đại của EDFA, không tải lưu lượng, đây là bước sóng phù

hợp với khuyến nghị G.692 để có suy hao tối thiểu trên đường truyền.

Hình 3.9. Cấu hình module khuếch đại quang MOR PLUS của Nortel.

MOR PLUS là kiểu khuếch đại quang hai tầng có thể đạt đến khả năng phục

vụ cho 32 kênh bước sóng, tốc độ mỗi kênh từ 2,5Gbps - 10Gbps, có khả năng bù

tán sắc cho từng bước sóng riêng rẽ. MOR PLUS đáp ứng cho nhu cầu xen rẽ ở các

nút dọc tuyến đường dài vì nó có khả năng bù suy hao xen cũng như các ảnh hưởng

khác của các thiết bị vào giữa hai tầng khuếch đại như module bù tán sắc DCM, các

module xen rẽ bước sóng…

Sau đây là một sơ đồ tuyến DWDM điển hình ứng dụng MOR PLUS .


- 68 -

Hình 3.10. Khuếch đại MOR PLUS trong tuyến WDM

OPTera 1600G

Hình 3.11. Cấu hình kết cuối sử dụng thiết bị khuếch đại 1600G - band C


- 69 -

Khuếch đại quang OPTera 1600G là một sản phẩm kế thừa và phát triển hoàn

hảo cấu hình MOR PLUS của Nortel, dung lượng đáp ứng được của sản phẩm này

lên tới 1,6Tbps, khuếch đại 160 bước sóng, 80 bước sóng tại băng C 1530nm -

1561nm; thêm 80 bước sóng tại băng L từ 1570nm - 1603nm; khoảng cách kênh

bước sóng là 100GHz nếu truyền đơn hướng, 50GHz nếu truyền song hướng cho

phép cấu hình sử dụng đơn hướng trên hai sợi hoặc song hướng trên 1 sợi

OPTera 1600G cũng như MOR PLUS, có thể cấu hình sử dụng như một BA,

LA hay PA; cấu hình khuếch đại hai tầng, cho phép xen giữa hai tầng các thiết bị

quang khác như DCM, OADM, OXC… OPTera 1600G sử dụng hai kênh OSC,

bước sóng là 1510nm và 1625nm.

Trong mạng DWDM, bộ khuếch đại đường truyền chủ yếu sử dụng bộ

khuếch đại EDFA hai tầng. Nhờ sự phát triển của công nghệ khuếch đại quang hai

tầng mà người ta có thể ghép thiết bị này khá dễ dàng vào đoạn giữa hai tầng khuếch

đại quang mở rộng chức năng cho bộ khuếch đại quang và biến nó trở thành trạm

xen/rẽ phục vụ cho nhu cầu xen/rẽ một phần nhỏ lưu lượng trong luồng quang tổng.

Do vậy, thiết bị này còn được gọi là bộ tách ghép các luồng quang cố định (Fixed

optical add/drop Multiplexer). Thuật ngữ cố định ở đây có nghĩa là chỉ có thể

tách/ghép những bước sóng quang đã được chỉ định mà thôi. Số lượng bước sóng

được tách/ghép này phụ thuộc khả năng của từng hãng. Sử dụng một tầng khuếch

đại trong WDM thì EDFA sẽ nhanh chóng chuyển sang trạng thái bão hoà làm hệ số

khuếch đại giảm. Nếu lợi dụng đặc tính này mà bố trí thành hai tầng khuếch đại

trong đó ở giữa là các thiết bị gây suy hao như bộ lọc quang, bộ bù tán sắc… thì các

suy hao này khiến tín hiệu quang đầu vào bộ khuếch đại thứ hai giảm đi nên giữ

được hệ số khuếch đại quang cao cho bộ EDFA thứ hai. Sự ra đời của khuếch đại

quang hai tầng chủ yếu nhằm phục vụ cho hệ thống WDM thế hệ hai đa điểm - đa

điểm. Ngoài ra nó còn giúp tăng chất lượng tín hiệu quang khi qua bộ khuếch đại

cũng như tăng tính hiệu quả của mạng.


- 70 -

Bề ngoài khuếch đại quang 2 tầng EDFA không có sự thay đổi lớn so với bộ

khuếch đại quang một tầng vì nó là sự ghép hợp hai bộ khuếch đại quang một tầng

nhưng thực ra kỹ thuật ghép hợp này khiến cho không những giảm được nhiễu mà

còn tăng được công suất quang phát ra, giảm được số lượng bộ khuếch đại quang

làm việc độc lập.

+ ở tầng thứ nhất, bộ khuếch đại quang EDFA có chức năng như một bộ tiền

khuếch đại PA (Dual Amplifier) (hình 3.12), bước sóng bơm là 980nm nhằm giảm

tối thiểu ảnh hưởng của nhiễu trong tín hiệu đầu vào. Nhờ sử dụng bước sóng bơm

980nm (10dB/mW) mà NF (Noise Figure) đạt xấp xỉ 4dB ở tầng 1. Hiệu suất bơm

của bước sóng 980nm cao hơn so với bước sóng 1480nm (6dB/mW). Do đó, công

suất quang ra của EDFA bơm ở bước sóng 980nm có thể đạt cao như của EDFA bơm

ở bước sóng 1480nm mà NF lại nhỏ hơn. Tuy nhiên, ở tầng 1 được thiết kế như một

PA nên công suất ra không cần lớn chủ yếu cần NF nhỏ. Các bộ khuếch đại quang

thường được bơm ở bước sóng 1480nm vì laser ở bước sóng này rẻ hơn so với laser

phát ở bước sóng 980nm. Nhờ có sự phát triển của công nghệ cũng như yêu cầu chặt

chẽ về chất lượng khuếch đại quang trong hệ thống WDM mà ngày nay bước sóng

bơm 980nm đang được sử dụng phổ biến hơn với giá thành hạ. Cấu trúc cụ thể bộ

tiền khuếch đại như hình 3.12. Bộ khuếch đại kép tín hiệu vào ra theo hai hướng với

mỗi hướng có các cổng MON-1, MON-2 của bộ ghép nội (Internal Tap Coupler) đưa

ra 2% công suất tín hiệu để giám sát và đo kiểm; các cổng UPA-1, UPA-2 của bộ

ghép WDM (WDM Coupler) rẽ các kênh OSC để giám sát mạng lưới.


- 71 -

Hình 3.12. Tiền khuếch đại EDFA (Pre-AMP) cho hai hướng.

Chỉ tiêu Tiền khuếch đại kép

(Dual Amplifier)

Băng tần khuếch đại 1530nm - 1563nm

Công suất ra lớn nhất 15,5dBm

Hệ số khuếch đại 19,5dB

Sự khác nhau lớn nhất của hệ số khuếch đại 2dB

Hệ số nhiễu lớn nhất 5,5dB

Bảng 3.1. Tham số kỹ thuật EDFA - Pre-Amplifier

+ ở tầng thứ hai của bộ khuếch đại EDFA được thiết kế như một bộ khuếch đại

công suất BA (Booster Amplifier) hình 3.13, bước sóng bơm 1480nm. Công suất

quang ra khỏi BA có thể đạt cực đại +17dBm với NF < 6dB. Nếu lắp thêm một

module bơm phụ nữa (bơm kép) thì công suất quang ra có thể đạt tới +20dBm.

Thậm chí vẫn sử dụng bơm 980nm ở tầng thứ hai này để đạt NF nhỏ, làm tăng chiều

dài khoảng lặp.


- 72 -

Hình 3.13. Bộ khuếch đại công suất (Booster) EDFA

Giữa hai tầng còn được lắp thêm bộ lọc nhiễu giúp cho đặc tuyến EDFA được

bằng phẳng trong cả băng thông (1530nm - 1565nm). Khác với Dual Amplifier,

Booster Amplifier chỉ có một tầng khuếch đại công suất ra lớn để phát đi. Cổng

MON của bộ ghép nội (Internal Tap Coupler) đưa ra 2% công suất tín hiệu để giám

sát để đo kiểm. Cổng UPB của bộ ghép WDM (WDM Coupler) xen các kênh OSC

để giám sát mạng lưới.

Chỉ tiêu Booster 18 Booster 21

Băng tần khuếch đại 1530nm - 1563nm

Công suất ra lớn nhất 18dBm 21dBm

Hệ số khuếch đại 14,5dB 17,5dB

Sự khác nhau lớn nhất của hệ số khuếch đại 2dB

Hệ số nhiễu lớn nhất 7,5dB

Bảng 3.2. Chỉ tiêu của các bộ khuếch đại


- 73 -

Bộ khuếch đại EDFA trong mạng DWDM thường sử dụng kết hợp hai bộ tiền

khuếch đại PA và khuếch đại BA như hình 3.14. Mục đích để có công suất ra lớn

(18dB hoặc 21dB) nhưng ít bị nhiễu và tạp âm

Hình 3.14. Bộ khuếch đại EDFA kết hợp tiền khuếch đại và khuếch đại công suất

ứng dụng khuếch đại quang hai tầng tại trạm xen/rẽ

- Thông thường, hệ thống thiết bị WDM được định sẵn trước các chỉ tiêu ghi

trong lý lịch thiết bị, trong đó quan trọng nhất là quỹ công suất (span budget). Khi

thiết kế tuyến WDM trong những mạng cụ thể, nếu sử dụng khuếch đại quang một

tầng ta phải tính toán xem nên đặt nó ở đâu thì phù hợp để có thể bù suy hao của

thiết bị thụ động hoặc suy hao do bộ bù tán sắc gây ra. Do đó, ta phải tính toán lại

quỹ công suất phân bổ suy hao cho toàn tuyến.

- Khuếch đại quang 2 tầng là lựa chọn thích hợp cho các ứng dụng xen/rẽ (còn

gọi là mid-stage access) cũng như trong hệ thống STM-64 vì nó cho phép xen vào

giữa hai tầng các thiết bị khác như OADM, bộ bù tán sắc DCM, bộ lọc mà không


- 74 -

làm ảnh hưởng đến việc thiết kế tuyến. Suy hao xen cho phép của các thiết bị này có

thể đạt đến 9dB. Điều này giúp cho việc thiết kế tuyến trở nên đơn giản hơn.

Để dễ so sánh về chi phí ta có thể xét ví dụ sau:

Giả sử cần thiết kế một tuyến dài khoảng 400km, không có trạm xen/rẽ ở

giữa (tương tự trên đường dây 500kV), 16 bước sóng trên đường truyền, mỗi bước

sóng mang một tín hiệu STM-64, sợi G.652. Giả thiết sợi có suy hao 0,22dB/km và

tán sắc 18ps/nm.km. Hệ thống STM-64 chấp nhận được lượng tán sắc tối đa là

2200ps/nm.

Khoảng cách bị giới hạn bởi tán sắc là giống nhau cho cả EDFA 1 tầng và 2

tầng = 400km x 18ps/nm.km = 7200ps/nm.

Như vậy, cần phải bù một lượng tán sắc = 7200 - 2200 = 5000ps/nm.

Giả thiết mỗi bộ bù tán sắc (DCM) bù được 1000ps/nm tức là cần 5 bộ DCM

với suy hao xen của mỗi bộ là 6dB.

Suy hao toàn tuyến = 400km x 0,22dB/km = 88dB

Coi như đây là tuyến mới tức là khoảng cách giữa các chặng là như nhau. Với

tuyến này, EDFA 1 tầng cung cấp quỹ công suất là: 4 x 22dB = 88dB.

Dễ thấy nếu tính đến suy hao xen của DCM ở mỗi chặng để bù tán sắc thì

quỹ suy hao bây giờ là: 88dB + 5 x 6dB = 118dB.

Với lượng suy hao lớn như vậy các EDFA 1 tầng không thể bù dù có một

trạm lặp đa kênh ở giữa tuyến. Chi phí cho trạm lặp này khá cao vì phải thực hiện

tách/ghép lại toàn bộ các bước sóng, mỗi bước sóng cần một trạm lặp 3R để sửa lại

dạng tín hiệu.


- 75 -

Nếu sử dụng khuếch đại quang 2 tầng, tại mỗi trạm lặp (quang) có thể cải

thiện được thêm 1,9dB cho công suất phát do thiết kế của EDFA hai tầng giảm được

nhiễu ASE. 1,9dB dôi ra sẽ được dùng làm dự phòng cho mỗi chặng. Lợi điểm quan

trọng khác của EDFA hai tầng là ta có thể thêm các bộ DCM vào giữa hai tầng mà

không ảnh hưởng tới quỹ công suất, tức là vẫn giữ nguyên 4 x 22dB, không cần

dùng trạm lặp đa kênh 3R nữa.

Tóm lại, số lượng module EDFA tăng lên trong thiết kế 2 tầng không ảnh

hưởng đáng kể đến những lợi ích cả về kinh tế lẫn kỹ thuật khác mà nó đem lại.

Giữa các trạm trong mạng DWDM của VTN thường sử dụng bộ khuếch đại

EDFA nhưng trên tuyến truyền dẫn Vinh - Ròn (khoảng cách 154km) sử dụng công

nghệ khuếch đại Raman. Đây là công nghệ lần đầu tiên được áp dụng trên mạng

đường trục của Việt Nam.

Khuếch đại Raman dựa trên cơ sở tán xạ Raman (SRS), một hiệu ứng phi

tuyến trong truyền dẫn cáp quang, là kết quả khuếch đại tín hiệu nếu bơm các sóng

quang với đúng bước sóng và công suất vào của sợi quang.

Trong bộ khuếch đại Raman quá trình chuyển năng lượng diễn ra như hình 3.15


- 76 -

Hình 3.15. Quá trình chuyển năng lượng diễn ra trong bộ khuếch đại Raman

Cấu trúc của khuếch đại Raman (hình 3.16)


- 77 -

Hình 3.16. Cấu trúc bộ khuếch đại Raman

Tham số kỹ thuật Raman Amplifier (bảng 3.3)

Chỉ tiêu DRA-A DRA-B

Sóng bơm 1420nm - 1500nm

Hệ số khuếch đại 0,0dB - 20,0 dB

Bảng 3.3. Tham số kỹ thuật của bộ khuếch đại Raman

Các bộ khuếch đại Raman có một số ưu điểm so với EDFA:

- Tạp âm thấp

- Cấu trúc đơn giản, khuếch đại tín hiệu trực tiếp đạt được trong sợi quang

và không cần truyền dẫn trong môi trường đặc biệt.


- 78 -

- Dễ chọn băng tần tín hiệu khi mà hệ số khuếch đại Raman chỉ phụ thuộc

vào bước sóng bơm.

- Có thể đạt được băng thông rộng nhờ kết hợp vài bơm sóng hiệu ứng

khuếch đại Raman.

Bảng 3.4 đưa ra so sánh một số đặc tuyến quan trọng của các bộ khuếch đại

Raman và EDFA:

Đặc tuyến EDFA Raman

Băng tần Phụ thuộc chất kích tạp Phụ thuộc bước sóng bơm

Băng thông 20nm - 48nm 48nm

Hệ số khuếch đại > 20dB phụ thuộc vào độ ion tập

trung, chiều dài sợi và cấu hình

bơm

0dB - 20dB phụ thuộc vào

mật độ bơm và ảnh hưởng

chiều dài sợi

Công suất max Phụ thuộc hệ số khuếch đại và

hằng số vật liệu

Xấp xỉ bằng công suất bơm

Bước sóng bơm 980nm hoặc 1480nm Nhỏ hơn đỉnh tín hiệu cần

khuếch đại 100nm

Bảng 3.4. Một số đặc tuyến quan trọng của các bộ khuếch đại Raman và EDFA

Từ hình 3.17 ta thấy đặc tuyến khuếch đại Raman tương đối bằng phẳng và

có dải thông rộng hơn khuếch đại EDFA.


- 79 -

Hình 3.17. Băng tần và băng thông của khuếch đại Raman và EDFA

Tuy nhiên ngoài các ưu điểm, khuếch đại Raman còn có một số nhược điểm

như không chỉ yêu cầu công suất bơm lớn mà một vài kênh WDM cung cấp công

suất để khuếch đại cho các kênh khác. Kết quả là thay đổi công suất giữa các kênh

WDM cung cấp công suất, vì vậy dẫn đến xuyên âm làm suy giảm tín hiệu. Ngoài

ra, khuếch đại Raman cho hệ số khuếch đại thấp.

ứng dụng khác của hiệu ứng Raman là kết hợp đặc tuyến khuếch đại

EDFA/Raman tạo ra một hệ số khuếch đại bằng phẳng trên dải băng thông rộng. Các

bộ lặp được thiết kế để bù hệ số khuếch đại EDFA không bằng phẳng với các hệ số

Raman phức tạp. Bơm nhiều bước sóng được sử dụng để cho dạng hệ số khuếch đại

Raman gần giống với dạng hệ số khuếch đại EDFA.


- 80 -

III. Thiết bị OADM

III.1. Các chức năng của OADM

• Bù tán sắc.

• Điều chỉnh mức công suất (khuếch đại/suy hao).

• Chèn, tách và xử lý các thông tin mào đầu của ghép kênh phân đoạn quang.

• Tách, chèn, và xử lý các thông tin mào đầu của truyền dẫn phân đoạn quang.

• Hỗ trợ kênh giám sát và các kênh thông tin người sử dụng.

• Kiểm soát tín hiệu quang

III.2. Các phần tử quang tiên tiến trong thiết bị OADM

Các mạng quang hiện đại phải có khả năng tự khôi phục sự cố một cách hoạt

bát, có khả năng chuyển mạch bảo vệ tự động hoàn toàn và độ tin cậy cao nếu xét tại

lớp quang vật lý. Để thực hiện được điều này, mạng quang cần có các chức năng

giám sát và định tuyến kênh hết sức chặt chẽ và phải được tiến hành ở tốc độ cao.

Cho dù mạng quang có cấu hình từ đơn giản, như cấu hình điểm - điểm, đến

cấu hình phức tạp, như cấu hình mạch vòng, cấu hình mesh… thì mọi phần tử của

mạng đó đều phải được cấu hình sao cho có thể tiến hành được các chức năng như

giám sát, tối ưu hoá hoạt động, định tuyến quang… Trong các chức năng này bao

gồm:

� Chức năng giám sát sẽ do các phần tử OPM (Optical Performance Monitor)

thực hiện.

� Tối ưu hóa sẽ do các phần tử như module điều chỉnh tán sắc DEM (chromatic

Disperation Equalizier Module) và PMD (Polarization MODE), thực hiện để tối

ưu hoá các đặc tính tín hiệu quang trên đường truyền

� Chức năng định tuyến sẽ do các thiết bị như OXC (Optical Cross Connect)

thực hiện, bao gồm: cấu hình lại đường mạng, định tuyến… để làm cân bằng dung


- 81 -

lượng các đường, các kênh…, khởi tạo các chuyển mạch quang bảo vệ và ngăn

ngừa các sự cố…

� Chức năng xen rẽ do OADM (Optical Add-Drop Multiplexer) thực hiện xen

rẽ bước sóng, chia tách lưu lượng theo yêu cầu cho từng nút xen rẽ, giống như vai

trò của ADM trong mạng SDH

III.2.1. Các node xen rẽ ADM thông thường hướng tới OADM

Về bản chất, ADM là một phần tử của kiến trúc mạng quang thực hiện việc

cấu hình lưu lượng theo kiểu đơn hướng hoặc đa hướng. Kiến trúc hiện đang tồn tại

của ADM dựa trên các thiết bị SONET/SDH ADM, sử dụng bộ ghép kênh điện thực

hiện việc ghép kênh TDM để kết hợp hoặc tách các luồng tín hiệu với các tốc độ

chuẩn của SONET hoặc SDH vào luồng chính hoặc từ luồng chính ra, chỉ có các

luồng dữ liệu cần thiết mới được truy nhập và bị tách, và dữ liệu mới được chèn vào

luồng với tất cả tối đa dung lượng còn lại cho phép của mạng; sau đó lưu lượng này

được chuyển tới node tiếp theo.

Với sự xuất hiện của công nghệ WDM, đặc biệt là DWDM, nhiều bước sóng

quang mang tin tức được truyền đi cùng trên một sợi thì thiết bị OADM trở nên

quan trọng hơn và tốt nhất là xem xét nó trong lớp quang vật lý. Trong các thiết bị

OADM, dữ liệu cần tách ghép được truy nhập thông qua việc lọc lấy một bước sóng

quang từ luồng tín hiệu đa bước sóng trên sợi quang tại node hoặc một sóng mang

quang được ghép vào luồng tín hiệu trên sợi tại mode đó.

Trong mạng quang WDM, thiết bị OADM coi như là trong suốt đối với toàn

bộ lưu lượng thuộc các kênh bước sóng mà không có nhu cầu tách hoặc ghép. Mỗi

kênh bước sóng (tương ứng với các tốc độ chuẩn khác nhau của SONET/SDH) có

thể được tách hoặc ghép mà không cần đến các tín hiệu tách ghép TDM trong lớp

điện.

hoankim

Highlight


- 82 -

Một tính năng khác của thiết bị tách ghép bước sóng là nhờ nó mà các nhà

cung cấp dịch vụ có thể cho thuê một bước sóng mang nào đó (giống như cho thuê

kênh/luồng sóng mang), nó sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn việc cho thuê cả

một sợi quang.

Một yêu cầu toàn diện hơn đối với thiết bị OADM là các tín hiệu sóng mang

quang WDM phải được khuếch đại, được phát và định tuyến, nói tóm lại là hầu hết

các chức năng chính của mạng quang được thực hiện tại các node OADM. Do đó,

mô hình chung của trạm xen rẽ gồm các phần tử trong mạng quang như OADM điều

chỉnh được, các module bù tán sắc điều chỉnh theo từng kênh được, các thiết bị giám

sát hoạt động của mạng… (hình 3.18). Những module này thích hợp với hệ thống

nhúng bởi tính gọn nhẹ, chắc chắn. Hơn nữa, bởi vì mỗi module này sử dụng sợi

cách tử Bragg (FBG), hay các bộ định tuyến bước sóng AWG như là thành phần

công nghệ chính nên chúng có được ưu điểm của thiết bị xen như suy hao xen nhỏ

và là các thiết bị tích hợp nhỏ gọn.

Hình 3.18. Thiết bị OADM

III.2.2. Các module xen rẽ quang điều khiển được bước sóng xen rẽ


- 83 -

Một thiết bị OADM như hình 3.19 dưới đây có thể cho phép xen hoặc rẽ một

kênh bước sóng đơn hoặc nhiều kênh bước sóng đồng thời.

Trong tương lai, khi vai trò của lớp chuyển mạch định tuyến được chuyển dần

cho lớp quang (hiện nay lớp điện vẫn đóng vai trò chính để chuyển mạch, các tín

hiệu quang được chuyển thành tín hiệu điện, thực hiện chuyển mạch ATM hoặc định

tuyến IP, rồi được chuyển lại thành tín hiệu quang và truyền đi) thì thiết bị OADM

cần thiết phải trải qua một quá trình chuyển giao mềm giữa một cấu hình tĩnh

(passive) như hiện nay sang một cấu hình động (dynamic hoặc active). Tức là các

thiết bị OADM phải có thể cấu hình lại được, có thể điều khiển một cách chủ động

các tính năng như các thiết bị có đặc tính động.

Hình 3.19. Cấu hình các module quang trong một thiết bị mạng quang

Khi đó, các thiết bị OADM này sẽ cho phép lớp quản lý mạng có thể cấu hình

lại luồng và lưu lượng sang một bước sóng mang khác nếu chẳng may mạng có sự

cố tại một nhánh nào đó, do đó tránh bị ngắt quãng dịch vụ hoặc thông tin hoặc giả


- 84 -

chỉ là để cân bằng lưu lượng giữa các nhánh của mạng để đạt được hiệu quả cao

nhất của mạng lưới, nhờ đó cải thiện hiệu quả truyền thông.

Các mô hình OADM hiện tại chủ yếu dựa trên các công nghệ như: các bộ lọc

điện môi mỏng, các bộ lọc quang - âm học điều chỉnh được, các bộ dịch pha định

tuyến bước sóng AWG, hoặc sợi cách tử Bragg FBG.

Với các bộ lọc điện môi, các thiết bị OADM đạt được khoảng cách kênh

bước sóng khoảng 100GHz và lớn hơn, nhưng với khoảng cách kênh ghép là 50GHz

thì khó có thể chế tạo với các bộ lọc điện môi vì không thể đạt được đầy đủ các yêu

cầu về độ dốc và tần số trung tâm của phổ băng tần cần thiết. Các bộ lọc quang - âm

học mặc dù có ưu điểm là phạm vi điều chỉnh bước sóng rộng song lại bị hạn chế

bởi các đặc tính không thích hợp của bộ lọc băng thông. Các bộ dịch pha bước sóng

AWG mặc dù là ứng cử cho các hệ thống có mật độ kênh bước sóng lớn nhưng

chúng vẫn có suy hao xen lớn và đặc tính về phổ băng thông chưa thật hoàn hảo.

Cách tử Bragg cũng là một triển vọng tốt cho các thiết bị WDM, nhờ công nghệ chế

tạo mới, các kỹ thuật điều khiển mới, cách tử Bragg đã được chế tạo trong các bộ

tách/ghép bước sóng khoảng cách kênh 50GHz với suy hao thấp, đặc tính phổ bộ lọc

tương đối tốt.

Để có thể truy nhập bất kỳ kênh bước sóng nào một cách linh hoạt trong dải

khuếch đại của bộ khuếch đại quang sợi EDFA, sẽ cần có 8 bộ điều chỉnh bước sóng

(kiểu cách tử sợi Bragg hoặc AWG) trong mỗi thiết bị OADM. 8 bộ này được đặt

giữa từng đôi một của các cổng ra của Circulator, sẽ tạo thành module OADM điều

khiển xen/rẽ bước sóng với bốn cổng chức năng như sau: cổng luồng dữ liệu vào,

cổng ra, cửa rẽ (tách), cửa xen (ghép). Với module loại này, suy hao xen đối với

từng cổng (cửa) chỉ nhỏ hơn 2dB. Sự phụ thuộc giữa bước sóng và độ bằng phẳng

của bộ lọc băng thông cỡ nhỏ hơn 0,05dB; suy hao phụ thuộc phân cực nhỏ hơn

0,2dB; các chỉ tiêu về tán sắc gây ra bởi thiết bị nằm trong giới hạn cho phép. Hơn


- 85 -

nữa, tán sắc mode phân cực PMD của thiết bị OADM loại này thấp, bởi vì tán sắc

gây ra bởi cách tử sợi có thể kiểm soát được đạt đủ nhỏ trong dải thông của bộ lọc.

III.3. OPM - module giám sát hệ thống trong OADM

Một module OPM có thể được triển khai tại trạm xen/rẽ, để giám sát xem quá

trình tái cấu hình của OADM có thành công, hoặc xem quá trình làm cân bằng lưu

lượng trên mạng khi đi qua node có thành công hay không. Module OPM này làm

việc ở lớp quang, chúng đo các thông số quan trọng của các kênh bước sóng như:

bước sóng làm việc, công suất của kênh, tỷ số S/N, số lượng kênh đang hoạt động,

khoảng cách giữa các kênh, công suất tương đối giữa các kênh, độ khuếch đại và độ

gợn khuếch đại đạt được (nếu hệ thống sử dụng khuếch đại quang đường truyền).

Thực hiện giám sát tỉ số BER, tỉ số S/N để can thiệp vào việc hiệu chỉnh các tỉ số

trên giữa các chặng.

Tầm quan trọng của OPM đòi hỏi chúng phải có độ tin cậy cao, có khả năng

làm việc trong một giới hạn rộng về môi trường, phải có tốc độ xử lý thật cao để các

bản tin của nó mang tính thời sự đối với việc quản lý mạng. Chính vì vậy, việc tính

toán thiết kế để có vị trí thích hợp cho OPM trên mạng là hết sức quan trọng.

Về mặt công nghệ:

Nói chung, một OPM thực chất như một máy phân tích quang phổ. Để đo và

xử lý phổ của nguồn tín hiệu, người ta có thể dùng các phần tử quang tán sắc (cách

tử) hoặc các bộ lọc thông băng hẹp (lọc điện môi - lọc âm học - lọc Fabry Perot). Có

một vài công nghệ đang cạnh tranh nhau trong việc chế tạo thiết bị lõi cho OPM đã

đạt được những yêu cầu nghiêm ngặt của thiết bị. Đó là các thiết kế dựa trên: cách

tử lớn trong các máy phân tích quang phổ truyền thống, cách tử nhiều màu kết hợp

với các ma trận dò tuyến tính, các bộ lọc Fabry-Perot băng hẹp điều chỉnh được,

cách tử sợi Bragg băng thông hẹp điều chỉnh được, trong đó công nghệ sử dụng các


- 86 -

bộ lọc Fabry-Perot băng hẹp điều chỉnh được được ưu dùng hơn cả. Có rất nhiều nhà

cung cấp thiết bị sử dụng bộ lọc Fabry-Perot.

III.4. Module điều chỉnh cân bằng tán sắc DEM

Việc định tuyến, cấu hình lại lưu lượng giữa các bước sóng truyền trên sợi

quang hoặc giữa các bước sóng trên các sợi quang của mạch vòng… luôn đòi hỏi

nhà khai thác quan tâm đến vấn đề tán sắc của từng kênh bước sóng, tỉ số SNR…

Chúng nhất thiết phải được hiệu chỉnh để phù hợp với tuyến lưu lượng mới mà nó

tham gia.

Có thể có nhiều cách để hiệu chỉnh công suất và tỉ số SNR. Đơn giản nhất là

thực hiện hiệu chỉnh hệ số suy giảm hoặc hệ số khuếch đại quang cho từng kênh đối

với bộ khuếch đại quang đường truyền. Tuy nhiên, vấn đề tán sắc có thể chỉ được

điều chỉnh cho từng kênh bước sóng và đòi hỏi thiết bị điều chỉnh tán sắc được kiểm

soát từ xa, có khả năng quản lý vấn đề tán sắc của các kênh bước sóng đã được

chuyển đổi lưu lượng. Kết quả là các module kiểu như vậy sẽ cho phép các kênh

quang duy trì độ tán sắc ở mức cho phép cho dù chúng có bị chuyển mạch hoặc định

tuyến sang bước sóng quang khác.

Các module điều chỉnh tán sắc có thể tạo ra từ cách tử điều chỉnh độ bù tán

sắc băng hẹp DCG được đặt trong lõi sợi. Những thiết bị này hứa hẹn những triển

vọng tốt như: gọn nhẹ, có thể chế tạo như một card mạng, hơn nữa tính ổn định cao

và khả năng tái cấu hình được của DCG làm cho chúng trở thành thiết bị lý tưởng

của các mạng quang.

Các DCG sử dụng trong các module điều chỉnh tán sắc DEM được thiết kế

bằng phương pháp mặt nạ pha chụp ảnh laser mẫu (holographically patterned phase

masks) độ dài 10cm, phương pháp vẫn hay sử dụng để sản suất cách tử sợi Bragg

chất lượng cao. Tán sắc của DCG được điều chỉnh theo độ thay đổi của chirp tuyến

tính trong cách tử sợi. Sản phẩm đạt được dải tán sắc từ -1270ps/nm đến -


- 87 -

420ps/nm, suy hao xen của toàn bộ thiết bị chỉ khoảng 1,8dB tại mức tán sắc -

1300ps/nm, làm cho DCG trở thành sản phẩm nhiều hứa hẹn của thiết bị mạng

quang.

III.5. Một số sản phẩm OADM thương mại

III.5.1. Nortel - thiết bị xen rẽ cấu hình MOR/MOR PLUS

MOR/MOR PLUS dạng hai tầng cho phép cấu hình thêm module OADM

giữa hai tầng khuếch đại. Sau đây là một số cấu hình xen rẽ mà Nortel thiết lập:

Hình 3.20. Kiến trúc OADM xen rẽ n bước sóng sử dụng MOR PLUS


- 88 -

Hình 3.21. Kiến trúc OADM xen rẽ 4 bước sóng sử dụng MOR PLUS

III.5.2. Lucent - WavestarTM

OLS 40 G

WavestarTM OLS 40G là một thiết bị OADM có tính năng mềm dẻo, độ tin

cậy cao, kết hợp cả chức năng thiết bị đầu cuối WDM và chức năng ghép tách bước

sóng, là thiết bị kiểu T16 λ , tốc độ 40Gbps. Cấu trúc chính của nó gồm: đơn vị ghép

kênh quang (OMU) và đơn vị tách kênh quang (ODU), bao gồm cả chức năng OA tự

động cho phép tăng cường tín hiệu quang, cho phép gia tăng số bước quang (span)

giữa hai nút đầu cuối là 8 span.

Tính năng kỹ thuật của thiết bị

- Tách/ghép kênh quang (OMU/ODU)


- 89 -

- Có hai tuỳ chọn cho OMU trong WaveStar OLS 40G:

o 505A (8 bước sóng)

o 506A (16 bước sóng)

- Có ba tuỳ chọn cho ODU trong WaveStar OLS 40 G:

o 605A (8 bước sóng).

o 606A (16 bước sóng; không có kênh giám sát tại đầu ra).

o 606B (16 bước sóng; có kênh giám sát tại đầu ra).

- Optical Amplifier (OA)

o Có màn hiển thị giám sát công suất.

o Điều khiển công suất bơm, do đó điều khiển mức khuếch đại OA.

o Cung cấp tín hiệu giám sát các cổng vào - ra, tách - ghép bước sóng.

o Điều khiển nhiệt độ cho OMU và ODU.

o Đơn vị chuyển đổi quang (OTU). Các chức năng của OTU bao gồm:

� Chuyển đổi O - E.

� Giám sát lỗi.

� Đơn vị chuyển đổi quang mật độ cao (QOTU). Mỗi card mạch

QOTU chiếm hai khe OUT trong một giá OT và tối đa 4 module

cổng chuyển đổi quang (OTPMs) OC-3/STM-1, OC-12/STM-4,

hoặc 150Mbps - 750Mbps. Các OTPM được đặt riêng biệt trong các

cổng 1, 2, 3, 4 của QOTU

� Điều khiển phức tạp.

III.5.3. Fujitsu - FlashwaveTM

320G

FlashwaveTM320G thực tế là một sản phẩm trạm đầu cuối WDM, có thể kết

hợp tối đa 32 bước sóng, mỗi bước sóng mang tín hiệu 10Gbps.


- 90 -

IV. Thiết bị kết nối chéo OXC

IV.1. Sự ra đời của công nghệ chuyển mạch quang hoàn toàn

Với tiềm năng về tốc độ, dung lượng ngày càng tăng, lại do vấn đề cạnh tranh

giữa các nhà cung cấp thiết bị và dịch vụ, các module thiết bị quang - điện - quang

(O/E/O) ngày nay khó có thể đáp ứng được những đòi hỏi về tốc độ, băng thông…

của một mạng mới dựa trên công nghệ DWDM. Hơn nữa, với tốc độ của luồng dữ

liệu cao thì giá thành của các module thiết bị quang - điện trở nên rất đắt, bởi vì thực

tế các IC thực hiện chuyển mạch điện ở khoảng tốc độ 10Gbps - 40Gbps là rất khó,

mặt khác, với một môi trường mạng đa lớp như hiện nay, các tốc độ rất khác nhau

thì cũng làm nảy sinh các vấn đề.

Vấn đề sẽ được giải quyết trong tương lai khi mà sẽ có nhiều chức năng

mạng được thực thi tại lớp quang nhưng những chức năng này lại đòi hỏi tất cả các

phần tử mạng phải được quang hoá, ví dụ như các module OXC đa giao thức, thiết

bị OADM có thể cấu hình từ xa, các chuyển mạch bảo vệ quang… Những phần tử

như vậy cùng với công nghệ DWDM sẽ hứa hẹn một cuộc cách mạng trong lĩnh vực

truyền thông siêu tốc.

Một mạng hoàn toàn quang như vậy sẽ loại bỏ những cản trở và tạo ra nhiều

dịch vụ mới, mang lại lợi ích cho cả nhà cung cấp dịch vụ và khách hàng. Ví dụ,

một dịch vụ cho thuê kênh bước sóng chẳng hạn, xa hơn nữa sẽ có thể có hàng ngàn

bước sóng được định tuyến trên mạng từ desktop này đến desktop kia, giảm thiểu

chi phí cho các bộ biến đổi O/E/O.

Nhưng vấn đề mấu chốt là công nghệ chuyển mạch hoàn toàn quang phải

được hoàn thiện, rất nhiều kiến trúc khá phức tạp đã được đề xuất cho công nghệ

chuyển mạch quang, có thể xem xét đến những công nghệ sau:

� Công nghệ quang - cơ.


- 91 -

� Công nghệ lái tia.

� Công nghệ vi cơ điện (MEM).

� LiNbO3.

� Công nghệ bán dẫn (InP).

� Công nghệ khuếch đại quang bán dẫn (SOA).

� Công nghệ quang nhiệt polyme.

� Công nghệ quang nhiệt Silic.

� Công nghệ PLC kết hợp với thermal ink-jet - Silica Planar Lightwave

Circuits.

Mỗi loại đều có những ưu, nhược điểm riêng. Tuy nhiên chưa có công nghệ

nào đáp ứng được toàn bộ các nhu cầu ứng dụng của một hệ thống toàn quang. Sau

đây chúng ta xem xét qua hai công nghệ nổi bật đang được xúc tiến thương mại hoá.

PLC kết hợp với thermal ink-jet - Silica Planar Lightwave Circuits

Công nghệ cho phép tạo ra những module chuyển mạch cơ bản nhất hoàn

toàn quang. Cơ chế chuyển mạch bao gồm một số bộ dẫn sóng Si (Silica

Waveguide) giao nhau. Tại mỗi chỗ giao nhau, một rãnh được khắc vào bộ dẫn sóng.

Rãnh đó được phủ đầy một lớp chất lỏng mà có thể cho phép dẫn ánh sáng trong

một số điều kiện nhất định. Để dẫn ánh sáng, bơm nhiệt lúc đó đóng vai trò một

phần tử chip Silic điều khiển ma trận, sẽ tạo ra một bong bóng trong chất lỏng trên

tại chỗ tiếp xúc nhau của waveguide đầu vào và waveguide đầu ra mong muốn.

Phản xạ tín hiệu quang như ở hình 3.22.


- 92 -

Hình 3.22. Nguyên lý làm việc của chuyển mạch theo công nghệ Ink-jet

Với cấu trúc và nguyên lý làm việc như vậy, thiết bị có thể đạt được các chỉ

tiêu kỹ thuật của một chuyển mạch quang:

• Chuyển mạch thứ cấp 10ms cho các ứng dụng chuyển mạch bảo vệ

quang.

• ít hoặc không gây suy hao phụ thuộc phân cực PDL và tán sắc mode phân

cực PMD.

• Trong suốt với mọi tốc độ bit và mọi giao thức.

• ổn định và tin cậy cao hơn các công nghệ chuyển mạch quang khác.

Việc đáp ứng được tốc độ chuyển mạch thứ cấp 10ms và đạt được số cổng

ghép nhiều với suy hao thấp, thông thường một chuyển mạch vuông 32 * 32 sẽ gây

tổn hao xấu nhất cho một đường từ sợi - sợi là khoảng 7,5dB, không có sự phân cực,

không có sự phụ thuộc vào tốc độ bit và mức xuyên âm đo được chỉ khoảng thấp

hơn -50dB.

Thiết bị này đảm đương được nhiều chức năng trong bối cảnh một mạng

truyền thông ngày càng rộng lớn. Vấn đề thành phẩm và kết gắn các sợi cáp với thiết


- 93 -

bị đối với các công nghệ chuyển mạch hoàn toàn quang khác vẫn là khó khăn thì với

công nghệ này, tất cả sợi đều được gắn vào các cổng của chuyển mạch theo một tiến

trình bình thường, công nghệ vi mạch quang Planar đang là hứa hẹn nhất.

IV.2. Thiết bị kết nối chéo quang OXC

OXC thực hiện các chức năng sau đây: ghép và tách kênh, ghép kênh xen rẽ,

chuyển mạch không gian và có thể là cả chuyển đổi bước sóng. Điều này cho phép

thực hiện nối xuyên các tín hiệu quang giữa các sợi đầu vào và đầu ra (có thể nối

xuyên giữa bước sóng vào và bước sóng ra) (hình 3.23)

Một trong những ứng dụng quan trọng của chuyển mạch hoàn toàn quang là

module thiết bị kết nối chéo quang OXC. OXC là một kết cấu chuyển mạch động

với nhiệm vụ kết nối bất cứ một sợi quang của M sợi đầu vào với bất cứ một sợi

quang nào của N sợi đầu ra trong hệ thống WDM, đóng vai trò vừa là một thiết bị

định tuyến bước sóng quang, vừa là thiết bị chuyển mạch bảo vệ quang, kết nối các

vòng Ring…

TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn

Ma trËn chuyÓn m¹ ch

λλλλ 1

λλλλ

®Çu ra 1

®Çu ra n

®Çu vµo 1

®Çu vµo n n


- 94 -

Hình 3.23. OXC với ma trận chuyển mạch

Vấn đề là các cách thực hiện để có một OXC cỡ lớn, non-blocking trong mọi

cấu hình mạng. Hình 3.24 minh hoạ một cách tiếp cận vấn đề trên theo kiểu mỗi

bước sóng một card (one wavelength-per-card). Nếu N là số lượng sợi và M là số

bước sóng thì một kiến trúc kiểu “one wavelength-per-card” đơn tầng sẽ cần M

module chuyển mạch vuông cấp N x N.

Hình 3.24. OXC với chuyển mạch kiểu “one wavelength-per-card”

Các bộ đấu chéo quang này hoạt động như các bộ DXC quang có khả năng

đấu chéo các bước sóng quang khác nhau. Thiết bị loại này đáp ứng được cho việc

phải xử lý dung lượng cực lớn một cách mềm dẻo, phục vụ cho nhu cầu tiến tới

mạng truyền dẫn quang hoàn toàn.


- 95 -

Loại thiết bị kể trên hiện đang trong quá trình nghiên cứu, thử nghiệm. Theo

các chuyên gia thì thiết bị này đang trong quá trình tiến tới thương mại hoá, cùng

với xu hướng ra đời của một mạng truyền dẫn hoàn toàn quang.

Ch ng IVCh ng IVCh ng IVCh ng IV: : : : ứng dung dung dung du ng WDM trong mang WDM trong mang WDM trong mang WDM trong ma ng ng ng ng đường ng ng ng trutrutrutru c Vic Vic Vic Việt Namt Namt Namt Nam

- 96 -

Chương IV: ứng dụng wdm trong mạng đường trục việt

nam

Mạng đường trục của Việt Nam phát triển công nghệ WDM dựa trên các thiết

bị đã có của Nortel. Vì vậy chương này viết dựa trên thiết bị Nortel đã triển khai và

hoạt động ổn định trên tuyến đường trục Bắc - Nam.

I. Các thành phần và hoạt động của mạng quang WDM

Phần này cung cấp tổng quan về các thành phần và hoạt động của một mạng

quang. Bao gồm các thành phần:

• Lớp mạng truyền tải.

• Các phần tử của lớp quang.

• Chức năng OAM&P lớp quang.

I.1. Lớp mạng truyền tải

Một lớp mạng truyền tải có hai lớp chức năng riêng biệt:

• Lớp SONET/SDH (Mạng quang đồng bộ/phân cấp số đồng bộ) đóng gói

dữ liệu tải tin SONET/SDH để truyền tải.

• Lớp quang (cũng gọi là lớp ánh sáng) truyền tải dữ liệu tải tin.

Lớp SONET/SDH bao gồm các thiết bị đầu cuối đường dây, đoạn và tuyến

(LTE, STE và PTE) có dạng liên kết điểm - điểm giữa các phần tử mạng

SONET/SDH. Lớp quang xác định các thiết bị quang được yêu cầu để kết nối các

phần tử SONET/SDH và truyền tải tải tin SONET/SDH giữa các LTE và STE.

I.2. Các phần tử của lớp quang


- 97 -

Có bốn phần tử được tổ chức phân cấp theo dạng các lớp quang. Chúng bao

gồm từ dạng nhỏ nhất đến lớn nhất:

• Các thành phần quang.

• Các khối cấu trúc chức năng.

• Các bước quang.

• Các liên kết quang

• Sợi quang.

I.2.1. Các thành phần quang

Các thành phần quang bao gồm thiết bị vật lý thực hiện cả hai chức năng chủ

động và thụ động. Bao gồm các thiết bị:

• Các thiết bị khuếch đại quang.

• Các bộ ghép kênh phân chia theo bước sóng mật độ cao (DWDM).

• Các bộ xen/rẽ quang.

• Các khối bù tán sắc.

I.2.2. Các khối cấu trúc chức năng

Các khối cấu trúc chức năng thường gắn liền với các địa điểm địa lý, thích

hợp với việc kết hợp các thành phần quang khác nhau được liệt kê ở trên. Ví dụ, các

phần tử khuếch đại và các bộ ghép kênh xen/rẽ có thể kết hợp thành một khối

OADM.

I.2.3. Bước quang

Bước quang hoặc các đoạn truyền quang được tạo ra khi hai khối cấu trúc

chức năng được kết nối qua một thiết bị cáp quang. Phạm vi bước sóng quang nằm


- 98 -

trong khoảng 30km - 120km và đòi hỏi khuếch đại bước sóng tín hiệu vào và ra để

bù suy hao.

I.2.4. Liên kết quang

Liên kết quang hoặc các đoạn ghép kênh quang được cấu trúc bởi một vài

liên kết bước với nhau. Danh giới của một liên kết quang được định nghĩa bởi các

giao diện phần tử mạng SONET/SDH nhất là các bộ phát và thu. Một liên kết quang

chứa đựng một vài kênh DWDM hoặc một vài kênh quang. Hai kênh quang truyền

ngược nhau tạo thành một kênh truyền dẫn hai hướng SONET/SDH.

Nhiều liên kết quang được ghép từ các liên kết quang như liên kết 8 bước

sóng hoặc 16 bước sóng DWDM. Chức năng biến đổi của một ứng dụng có thể thực

hiện được ví dụ như chỉ dùng một tải tin OC-192 hoặc ghép OC-192 từ OC-48 hoặc

tạo ra bằng khả năng xen rẽ quang.

Tất cả các liên kết quang tạo thành một lớp quang, có chức năng và hợp lý

riêng biệt so với lớp SONET/SDH. Hình 4.1 chỉ ra các phần tử của lớp quang, lớp

SONET/SDH và các điểm giao diện :


- 99 -

Hình 4.1. Lớp SONET và lớp quang của mạng truyền tải.

I.3. Chức năng OAM&P lớp quang

Việc phân chia chức năng giữa lớp SONET/SDH và lớp quang, suy cho cùng

là các chức năng vận hành, quản lý, bảo dưỡng và giám sát. Mỗi lớp có OAM&P

riêng, được quản lý bởi khối điều khiển hoạt động (OPC).

Sự khác nhau giữa lớp SONET/SDH và lớp quang OAM&P được mô tả

trong :

• Thiết bị và cấu trúc hỗ trợ.

• Quản lý OPC của chức năng OAM&P.

• Giám sát và bảo dưỡng.


- 100 -

I.3.1. Thiết bị và cấu trúc hỗ trợ

Chức năng OAM&P của lớp quang và lớp SONET/SDH được sử dụng để

quản lý và bảo dưỡng các phần tử mạng trong phạm vi điều khiển của chúng.

Chức năng OAM&P lớp SONET/SDH giám sát và bảo dưỡng cấu trúc mạng

điểm - điểm, mạng vòng SONET/SDH, các khối cấu trúc của OPC và liên kết các

thành phần mạng SONET/SDH trong phạm vi điều khiển của nó.

Chức năng OAM&P lớp quang giám sát và bảo dưỡng các liên kết khuếch đại

DWDM, các khối cấu trúc của OPC và các phần tử mạng MOR PLUS/DWDM

trong phạm vi điều khiển của nó.

I.3.2. Quản lý OPC của chức năng OAM&P

OPC cung cấp chức năng tập trung dữ liệu, quản lý phần mềm và đầy đủ

chức năng OAM&P cho các phần tử mạng. Sự khác nhau giữa các mức hệ thống

chức năng trong lớp SONET/SDH và lớp quang được chỉ ra trong hình 4.2. Với bốn

bước sóng, 2 bước quang, liên kết quang DWDM kết nối các thành phần mạng

SONET/SDH minh họa mối quan hệ giữa lớp SONET/SDH và chức năng OAM&P

lớp quang.

Trong hình 4.2, các phần tử mạng lớp SONET/SDH có thể là các ADM trong

mạng vòng hoặc các node trong mạng tuyến tính. Các phần tử mạng lớp quang là

các bộ khuếch đại MOR PLUS, cấu hình như là bộ tiền khuếch đại, khuếch đại công

suất hoặc khuếch đại tuyến tính trong OPTera Long Haul 1600. Một OPC OPTera

Long Haul 1600 chuyên dụng được yêu cầu để giám sát và bảo dưỡng các phần tử

mạng lớp quang.


- 101 -

ở các giao diện lớp quang và giao diện lớp SONET/SDH, OPC giống nhau có

thể giám sát và bảo dưỡng cả các phần tử mạng OPTera Long Haul 1600 của lớp

SONET/SDH và bộ khuếch đại MOR PLUS của lớp quang

Hình 4.2. Chức năng OAM&P lớp quang

I.3.3. Giám sát và bảo dưỡng

Sự tách biệt cuối cùng giữa lớp SONET/SDH và lớp quang OAM&P là chiến

lược giám sát và bảo dưỡng của chúng. Phân cấp cảnh báo của lớp SONET/SDH

đưa ra các cảnh báo chuẩn như AIS, RFI. Byte thông tin được truyền qua tuyến,

đoạn đường trong phần mào đầu của tải tin SONET/SDH.

Lớp quang không có phần mào đầu, sử dụng DCC để mang thông tin trong

kênh dịch vụ quang (OSC) và tín hiệu gốc analog từ bộ phát DWDM. Các tín hiệu

analog thường được sử dụng để giám sát các mức như là công suất vào, ra trên một


- 102 -

kênh tín hiệu ở vị trí MOR PLUS ở trong đường phản xạ tín hiệu. Cảnh báo được

đưa ra khi công suất vào giảm dưới ngưỡng đặt ra hoặc các phản xạ cao được phát

hiện.

Với hệ thống giám sát và bảo dưỡng, các kênh giao tiếp DCC chuẩn được sử

dụng. ở các vị trí xa như các bộ khuếch đại đường truyền, các tín hiệu quang ngoài

băng tạo ra một kênh OSC truyền hai hướng giữa các MOR PLUS. OSC mô phỏng

chức năng DCC và cho phép một OAM&P tương đương truy nhập với nhiệm vụ

như nâng cấp phần mềm và thu nhận cảnh báo.

I.4. Giải pháp kỹ thuật cho lớp quang

Giải pháp lớp quang chứa đựng một số thành phần kỹ thuật thiết lập tách rời

với mạng SONET/SDH truyền thống. Các ứng dụng lớp quang với khoảng cách

giữa các kênh quang là 100GHz, mạng Nortel phân chia như sau:

I.4.1. Các bộ phát DWDM và chuyển đổi bước sóng

Đối với các hệ thống SONET, mạng Nortel đưa ra các bộ phát DWDM ở hai

tốc độ 2,5Gbps và 10Gbps cho tối đa 32 bước sóng.

I.4.2. Các bộ khuếch đại MOR PLUS

Các bộ khuếch đại MOR PLUS được cải tiến từ bộ khuếch đại MOR có thể

khuếch đại tối đa 32 kênh quang. MOR PLUS là bộ khuếch đại đường dây cơ sở cho

100GHz, 32 bước sóng ứng dụng và cung cấp một chức năng truy nhập trạng thái

trung gian nơi có thể thêm vào một phần tử mạng như là các DCM hoặc các bộ ghép

kênh xen/rẽ làm tăng khả năng linh hoạt, giảm liên kết giữa các bộ ghép, không giới

hạn phạm vi kết nối quang. Nó có thể xem như:


- 103 -

- Nhiều hơn một phần tử trên một kết nối không ảnh hưởng đến kết nối.

- Tăng dải động ở điểm tiền khuếch đại.

- Cấu trúc một băng truy nhập cải thiện phạm vi trên một số kiểu sợi quang.

I.4.3. Bộ ghép kênh DWDM

Bộ ghép kênh DWDM ghép và tách kênh quang vào và ra của một sợi quang.

Những bộ ghép này chứa đựng các bộ lọc thụ động được xếp như thành phần quang

đứng độc lập, với mỗi cổng là một kênh DWDM và một cổng chung kết nối tới giá

quang. Nó cũng bao gồm giám sát, thay đổi suy hao quang để điều chỉnh công suất

thu và mở rộng cổng để nâng cấp.

I.4.4. Nâng cấp bộ ghép băng C và băng L

Nâng cấp bộ ghép băng C và băng L là kết hợp ba cổng hoặc bốn cổng thiết

bị riêng lẻ hoặc kết hợp các bước sóng băng C sử dụng trong các hệ thống MOR và

các bước sóng băng C/băng L OPTera Long Haul và kèm theo OSC.

I.4.5. Các bộ ghép OADM

Bộ ghép OADM lựa chọn xen rẽ các kênh DWDM và đấu thẳng các kênh

quang khác trong một kết nối quang. Cấu hình này cho phép tăng kết nối và linh

hoạt hơn.

I.4.6. Khối bù tán sắc DCM


- 104 -

Các bộ DCM sử dụng bộ đếm thành phần tán sắc trong các hệ thống truyền

dẫn khoảng cách lớn. DCM chứa bộ bù tán sắc quang để khôi phục lại xung quang

bị tán sắc. Các xung quang cần được khôi phục lại sau khi chúng được mở rộng khi

truyền qua chiều dài sợi quang.

I.5. Xây dựng một kết nối quang

Phần dưới đây đưa ra tất cả các bước để thiết kế một kết nối quang theo các

quy tắc và ứng dụng các thiết bị DWDM đã được trình bày ở trên. Các yêu cầu của

kết nối :

� Loại sợi: NDSF

� Tốc độ kênh dữ liệu: 10Gbps.

� Số kênh tối đa: 32

ở đây đưa ra một thí dụ về tuyến quang 3 bước, 4 trạm với các cự ly như

trong bảng 4.1. Hình 4.3 là kết nối thực tế.

Số

bước

Suy hao bước

đo được [dB]

Chiều

dài [km] Chú ý

1 25,5 100 Các giá đấu dây được thiết lập ở

cả hai phía của bước

2 26.5 106 Không có giá đấu dây được thiết

lập ở cả hai phía của bước.

3 14 52 Một giá đấu dây được thiết lập ở

phía RED Demux/BLUE Mux

Tổng 66 258

Bảng 4.1. Xây dựng một kết nối.


- 105 -

Hình 4.3. Sơ đồ thiết kế kết nối.

1. Vì kết nối yêu cầu thiết kế 32 bước sóng nên các kiểu ứng dụng được lựa chọn

phải bao gồm các bộ khuếch đại MOR PLUS.

2. Loại sợi là NDSF, tất cả các kênh có tốc độ 10Gbps và tối đa 32 kênh. Xác định

theo bảng 4.5 hỗ trợ cho kết nối thực tế. Số bước, suy hao bước, giới hạn cửa sổ

hoạt động phải phù hợp với các yêu cầu kết nối thực tế. Theo như bảng 4.5, ba

bước kết nối được hỗ trợ với cự ly hoạt động. Cự ly 251km - 263km phù hợp với

yêu cầu. Suy hao tối đa cho phép là 25dB.

3. Cho bước đầu tiên, các giá đấu dây được thiết lập ở cả hai phía của bước. Tuy

nhiên hai bước cuối có một hoặc không có giá đấu dây được thiết lập ở cả hai

phía. Theo quy tắc giá đấu dây và sử dụng bảng 4.5, suy hao bước tối đa cho

phép và tổng suy hao bước được tính theo bảng 4.2.

4. Không có bộ ghép kênh xen/rẽ nào được yêu cầu trong thiết kế này.

5. Bước số ba phải được đệm để phù hợp với suy hao bước tối thiểu cho phép là

17dB. Bộ đệm 3dB phải được chèn trong bước này.

6. Không có bước nào mất nhiều hơn 2dB suy hao bước tối đa cho phép theo bảng

4.2. Tổng suy hao vượt quá là 2,5dB. Theo quy tắc suy hao vượt quá, suy hao


- 106 -

bước tối đa cho phép phải giảm đi 1dB khi tổng suy hao vượt quá >2dB và

<4dB. Suy hao bước tối đa cho phép được chỉ ra theo bảng 4.3. Tổng suy hao kết

nối thực tế là 69dB (bao gồm cả 3dB cho bộ đệm ở bước 3), nhỏ hơn so với tổng

suy hao cho phép trong bảng 4.3, vì vậy kết nối thiết kế là hợp lý.

Số

bước

Suy hao

bước tối đa

cho phép

[km]

Suy hao vượt

quá trên mỗi

bước [dB] Chú ý

1 25 25,5 - 25 = 0,5

Suy hao bước tối đa cho phép trong bảng

4.5 không được giảm vì các giá đấu dây

được thiết lập ở cả hai phía.

2 24,5 26,5 - 24,5 = 2 Theo quy tắc giá đấu dây, suy hao bước tối

đa cho phép trong bảng 4.5 giảm 0,5dB.

3 24,5 17 - 24,5 = âm

= 0

Theo quy tắc giá đấu dây, suy hao bước tối


Tổng suy hao

vượt quá: 2,5

Theo quy tắc giá đấu dây, suy hao bước tối


Bảng 4.2. Bảng tính suy hao vượt quá.

Số bước

Suy hao bước

tối đa cho phép

giảm đi [dB]

Suy hao kết nối

đo được [dB] Chú ý

1 24 25,5 Suy hao bước tối đa

cho phép giảm được

giảm đi 1dB 2 23,5 26,5

3 23,5 17 (với đệm)


- 107 -

Tổng suy hao cho

phép [dB] 71

Tổng suy hao kết

nối thực tế [dB] 69

Bảng 4.3. Suy hao bước tối đa cho phép giảm đi.

7. Vị trí khối DCM, bộ khuếch đại, bộ đệm ở phía Mux/Demux và phía khuếch đại

đường dây MSA được xác định theo luật sợi NDSF:

- Vị trí khối DCM

• 1 DCM 100: tất cả các bộ khuếch đại trong băng RED.

• 1 DCM 80: bộ khuếch đại gần nhất với BLUE Tx và 1 DCM 100 cho

các bộ khuếch đại khác băng BLUE.

- Phân chia bộ khuếch đại theo bảng 4.4.

Số

bước

Khuếch đại công

suất

Khuếch đại đường MOR

PLUS Tiền khuếch đại

MOR PLUS Tiền MSA Công suất MSA

RED BLUE Hai băng RED BLUE RED BLUE

1 5,5/16 5,5/16 3,0/15 5,5/16 5,5/16 7,0/15 7,0/15

2&3 5,0/16 5,0/16 3,0/15 5,0/16 5,0/16 7,0/15 7,0/15

Bảng 4.4. Quy tắc phân chia.


- 108 -

Giá trị phân chia cho bộ tiền khuếch đại MOR PLUS hoặc cuối khuếch đại

công suất MOR PLUS trong bước 2 & 3 được giảm 0,5dB.

8. Thiết kế nối được hoàn thành.

Ngoài ra khi xây dựng một kết nối phải quan tâm đến việc đảm bảo hiệu suất

truyền quang

Khi truyền dẫn tốc độ OC-48, OC-192 và các hệ thống SDH cho ứng dụng 32

bước sóng được quy định liên quan với thông số hoạt động EOL (End-Of-Life).

Thông số EOL bao gồm khấu hao hệ thống, thiết bị, tuổi thọ trong chu kỳ 10 năm.

Kết nối được đảm bảo với tỷ số lỗi bit EOL BER = 10-12 trong tất cả các kênh

DWDM. Đối với hệ thống 10Gbps, khối sửa lỗi trước FEC được sử dụng để đảm

bảo EOL BER = 10-15. FEC cũng có thể cung cấp EOL BER = 10-12 bằng cách tăng

suy hao tối đa trên mỗi bước.

Để đảm bảo kết nối quang, phải tuân theo các yêu cầu:

• Sử dụng các khối quang phù hợp như bộ phát, ghép, DCM, khuếch đại, thu.

• Thiết kế kết nối quang theo các khuyến nghị.

• Thiết lập kết nối quang theo hệ thống và có các thủ tục kiểm tra.

Cùng với phương pháp như vậy, bảng 4.5 sau đây là khuyến nghị của Nortel

về sử dụng các bộ khuếch đại và DCM cho các bước cự ly khác nhau từ 57km -

419km ở hai dải bước sóng RED và BLUE. Thiết bị theo chuẩn sản phẩm của

Nortel.

Số

bước Suy hao bước và luật bù tán sắc

Suy hao Cự ly DCM (chú ý 1)


- 109 -

bước tối

đa cho

phép

hoạt

động

[km]

Trên 32 λ Băng RED Băng BLUE

1 29

57- 86 1 DCM 300N@Tx Không

84-117 2 DCM 300N@Tx

1 DCM 300N@Rx 2 DCM 300N@Tx

2 27

114-135 1 DCM 60 @ khuếch đại

đường

1 DCM 60 @ khuếch

đại đường

132-172 1 DCM 100 @ khuếch đại

đường

1 DCM 80 @ khuếch

đại đường

169-205

1 DCM 300N@Tx

1 DCM 100 @ khuếch đại

đường

1 DCM 300N@Rx

1 DCM 300N@Tx

1 DCM 100 @ khuếch

đại đường

3 25

183-207


đường gần với RED Tx


đường khác

1 DCM 80 @ tất cả

khuếch đại đường

207-233

1 DCM 80 @ tất cả khuếch

đại đường

1 DCM 60 @ khuếch

đại đường gần nhất với

BLUE Tx

1 DCM 80 @ khuếch

đại đường khác

232-251


đường gần nhất với RED Tx


đường khác




- 110 -

251-263


đại đường

1 DCM 80 @ khuếch


BLUE Tx



263-270


đại đường

1 DCM 100N@Rx

1 DCM 80+1 DCM

100N@ khuếch đại

đường gần nhất với

BLUE Tx



4 23

237-272

1 DCM 60 @ hai khuếch đại

đường đầu tiên gần nhất với

RED Tx


đường gần nhất RED Rx

1 DCM 60@ tất cả


264-296


đường gần nhất RED Tx

1 DCM 80 @ hai khuếch đại

đường cuối cùng

1 DCM 60 @ hai

khuếch đại đường đầu

tiên gần nhất với

BLUE Tx

1 DCM 80 @ khuếch

đại đường cuối cùng

288-311 1 DCM 80@ tất cả khuếch

đại đường

1 DCM 60 @ hai

khuếch đại đường đầu

tiên gần nhất với

BLUE Tx



306-334 1 DCM 60 + 1 DCM 100N 1 DCM 60 @ hai


- 111 -

@ khuếch đại đường gần

nhất với RED Tx


đường khác

khuếch đại đường gần

nhất với BLUE Tx

1 DCM 80@ khuếch

đại đường trung tâm



334-348 1 DCM 100@ tất cả khuếch

đại đường

1 DCM 60 @ khuếch


BLUE Tx

1 DCM 100 @ hai

khuếch đại đường cuối

cùng

348-364

1 DCM 100@ tất cả khuếch

đại đường

1 DCM 100N @ Rx

1 DCM 80 @ khuếch


BLUE Tx

1 DCM100 @ hai


cùng

362-376



1 DCM 300N @ Rx

1 DCM 80 + 1 DCM

100N@ khuếch đại

đường gần nhất với

BLUE Tx

1 DCM 100 @ hai


cùng

374-384

1 DCM 100 @ hai khuếch

đại đường đầu tiên gần nhất

với RED Tx

1 DCM 100 + 1 DCM 100 N




- 112 -

@ khuếch đại đường cuối

cùng

1 DCM 300N @ Rx

5

(chú

ý 2)

21 407-414


đường gần nhất với RED Tx


khác



6 21 474-491


đại đường

1 DCM 300 N @ Rx

1 DCM 60 @ khuếch


BLUE Tx

1 DCM 80 @ khuếch

đại khác

Chú ý 1:

@Tx: các DCM được khởi tạo giữa phần Tx của bộ ghép PBA và MOR PLUS BLUE

trong kết nối ở BLUE Mux/RED Demux đối với băng BLUE hoặc giữa phần Tx của bộ

ghép PBA và MOR PLUS RED trong kết nối ở RED Mux/BLUE Demux.

@Rx: các DCM được khởi tạo giữa phần Rx của bộ ghép PBA và MOR PLUS BLUE

ngoài kết nối ở RED Mux/BLUE Demux đối với băng BLUE hoặc giữa phần Rx của

bộ ghép PBA và MOR PLUS RED ngoài kết nối ở BLUE Mux/RED Demux.

Chú ý 2: hệ thống này yêu cầu một suy hao MSA giữa 12-13dB cho băng BLUE. Luật

suy hao MSA áp dụng cho 1-4 và 6 bước liên kết cho băng BLUE và 1 - 6 liên kết cho

băng RED

Bảng 4.5. Suy hao khoảng cách tối đa cho phép và luật bù tán sắc cho 2 - 32 bước

sóng ứng dụng trên cáp NDSF, tốc độ kênh 10Gbps hoặc 2,5Gbps

Số

bước

Khuếch đại đỉnh/Tổng công suất ra (dB) 2 - 32 λ

Khuếch đại công

suất

Khuếch đại đường MOR

PLUS

Tiền khuếch đại

MOR PLUS


- 113 -

Tiền MSA Công suất MSA

RED BLUE Hai băng RED BLUE RED BLUE

1 4,5/16 5,5/16 - - - 7,0/15 7,0/15

2 4,5/16 5,5/16 3,0/15 4,5/16 5,5/16 7,0/15 7,0/15

3 5,5/16 5,5/16 3,0/15 5,5/16 5,5/16 7,0/15 7,0/15

4 5,5/16 5,5/16 3,0/15 5,5/16 5,5/16 7,0/15 7,0/15

5 4,5/16 4,5/16 3,0/15 4,5/16 4,5/16 7,0/15 7,0/15

6 4,5/16 4,5/16 3,0/15 4,5/16 4,5/16 7,0/15 7,0/15

Bảng 4.6. Các luật cho 32 bước sóng ứng dụng trên cáp NDSF, 10Gbps hoặc kênh

2,5/10Gbps, 2 - 32 bước sóng.

II. Mạng cáp quang đường trục 20Gbps

Tuyến cáp quang đường trục 20Gbps Hà Nội - Tp Hồ Chí Minh là một hệ

thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng. Tuyến truyền dẫn này đi theo hai

hướng: dọc quốc lộ 1A và trên đường dây điện 500kV, cáp quang trên tuyến là cáp

quang đơn mode theo khuyến nghị G.652. Đây là tuyến có cấu hình mạng Ring

được giám sát, quản lý, điều khiển với 4 vòng Ring con (hình 4.4).

- Ring 1: Hà Nội - Vinh

- Ring 2: Vinh - Đà Nẵng

- Ring 3: Đà Nẵng - Quy Nhơn

- Ring 4: Quy Nhơn - Tp Hồ Chí Minh


- 114 -

Trong đó, nửa vòng Ring trên đường cáp quang theo tuyến đường dây điện

lực chủ yếu làm đường dự phòng bảo vệ cho lưu lượng thông tin trên đường quốc lộ

1A. Khác với các hệ thống truyền dẫn trước đây (các Ring của mạng kết nối với

nhau bằng tín hiệu điện), mạng DWDM của VTN liên kết các Ring bằng tín hiệu

quang. Các node liên kết giữa các Ring trên mạng là: Vinh, Đà Nẵng, Quy Nhơn.

Mạng đường trục của VTN có dung lượng 20Gbps: thực hiện ghép 8 bước

sóng (sử dụng băng C), mỗi bước sóng có dung lượng 2,5Gbps. Tuy nhiên, hiện nay

trên tuyến sử dụng ghép 6 bước sóng do đó dung lượng thực tế của hệ thống là

15Gbps nhưng hệ thống cho phép ghép tối đa 32 bước sóng.

Ch ng IVCh ng IVCh ng IVCh ng IV: : : : ứng dung dung dung dung WDM trong mang WDM trong mang WDM trong mang WDM trong mang ng ng ng đường trung trung trung truc Vic Vic Vic Việt Namt Namt Namt Nam

- 115 -

Hinh 4.4: HHHH thththth ng DWDM cung DWDM cung DWDM cung DWDM cua a a a


- 116 -

Hình 4.4. Cấu hình mạng đường trục 20Gbps của VTN

DX NE 20004 - HCM

DX NE 20005 BMT

1 - 1548.51 = NTCA 72UL 2 - 1549.32 = NTCA 72JK 3 - 1550.12 = NTCA 72JL

4 - 1552.52 = NTCA 72KK

DX NE 20001 - Vinh G7/2 G5/2 G21 G23 G3/2 G1/2 G7/1 G5/1 G3/1 G1/1

G2/2 G8/1 G6/1 G4/1 G2/1 G8/2 G6/2 G22 G24 G4/2

G11 G10 G9 G8 G7 G6

RPT - NE 10006

AMP-NE 10004/G51B

G18 G19 G20 G21 G22 G23

RPT - NE 10006

AMP-NE 10005/G52B

G5 G4 G3 G2 G1 G0

RPT - NE 10006

AMP-NE 10004/G02B

DX NE 20002 - Danang G7/1 G5/1 G3/1 G1/1 G21 G23 G25 G27 G8/1 G6/1 G4/1 G2/1 G22 G24 G26 G28

G12 G13 G14 G15 G16 G17

RPT - NE 10006

AMP-NE 10005/G01B

G5 G4 G3 G2 G1 G0

RPT - NE 10014

AMP-NE 10012/G02B

G12 G13 G14 G15 G16 G17

RPT - NE 10014

AMP-NE 10013/G01B

G18 G19 G20 G21 G22 G23

RPT - NE 10014

AMP-NE 10013/G52B

G11 G10 G9 G8 G7 G6

RPT - NE 10014

AMP-NE 10012/G51B

DX NE 20003 - Quy Nhon G1/2 G7/1 G5/1 G3/1 G1/1 G2/2 G8/1 G6/1 G4/1 G2/1 G8/2 G6/2 G22 G24 G4/2

G7/2 G5/2 G21 G23 G3/2 G7/1 G5/1 G3/1 G1/1 G8/1 G6/1 G4/1 G2/1

G5 G4 G3 G2 G1 G0 RPT - NE 10032 AMP-NE 10030/G01B

G11 G10 G9 G8 G7 G6 RPT - NE 10032 AMP-NE 10030/G52B G12 G13 G14 G15 G16 G17

RPT - NE 10020

AMP-NE 10019/G01B


- 117 -

Hình 4.5. Các bước sóng sử dụng trong mạng đường trục 20 Gbps

của VTN


- 118 - Line Amplifier Site Terminal Site OADM Site

Ha

511

7

117

11

5 1 7 6 18

6T. N.

Nam Thanh

9

9

7

R Đông R.

DA DA DA DA HANOHANOHANOHANO

Phước K.T

D.Ro L.KT.

VINVINVINVIN5

1

D. Q. HUEHUEHUEHUE

1

1

An

Ple


- 119 -

Hình 4.6. Hệ thống DWDM của VTN


- 120 -

QUY QUY QUY QUY

An

3

3

7

1195111

HCHCHCHC

Pl

N.

B.

P.T

D.N

T.

P.N

M.T

CAN CAN CAN CAN 7

1

B.M.THB.M.THB.M.THB.M.TH

8 1 1 81

P.RAP.RAP.RAP.RA

M.T

X.

B.DUOB.DUOB.DUOB.DUO

N.TRAN.TRAN.TRAN.TRA


- 121 -

Hình 4.6. Hệ thống DWDM của VTN


122

Ta xét cụ thể Ring 1: Hà Nội – Vinh (hình 4.4)

Hệ thống của chúng ta là hệ thống thông tin hai chiều nhưng không trên cùng

một sợi quang, có nghĩa là chúng ta sử dụng hai sợi quang để truyền tín hiệu, một

cho chiều đi và một cho chiều về, bước sóng tín hiệu sợi đi cũng như sợi về nhưng

kênh nghiệp vụ trên hai đường là khác nhau: đối với chiều xuất phát (ở Hà Nội) sử

dụng kênh nghiệp vụ có bước sóng 1510nm (OSC1), còn chiều ngược lại kênh

nghiệp vụ có bước sóng là 1615nm (OSC 2).

Tín hiệu được truyền đi theo một đường vòng để đề phòng trường hợp xấu

xảy ra như đứt cáp quang. Trên tuyến có sử dụng nhiều trạm lặp, tại các trạm lặp này

tín hiệu sẽ được khuếch đại lên nhờ bộ khuếch đại EDFA. Ví dụ như từ Hà Nội tới

Ninh Bình (96km) chúng ta có một trạm khuếch đại, rồi từ Ninh Bình tới Thanh Hoá

(63km) chúng ta lại có một bộ khuếch đại tiếp theo và lần lượt cho tới Vinh. Hướng

Nam Định, Hưng Yên chúng ta đều có các trạm lặp. Những trạm này được xây dựng

trên cơ sở thực tế của từng khu vực và dựa vào đường quang (độ suy hao công suất

của tín hiệu) mà tín hiệu truyền.

Mỗi luồng thông tin SDH 2,5Gbps sẽ được chuyển đổi thành một tín hiệu

quang tương ứng với một bước sóng, sau đó được khuếch đại với công suất đủ lớn

để truyền đi.

Sự phân bố bước sóng cụ thể trên mạng DWDM

* Hà Nội - Đà Nẵng: sử dụng bước sóng 1 ( 1λ :1548,51nm)


123

* Hà Nội - Tp Hồ Chí Minh: sử dụng bước sóng 2, 3 ( 2λ : 1549,32nm, 3λ :

1550,12nm).

* Hà Nội - Vinh, Đà Nẵng - Nha Trang, Đà Nẵng - Quy Nhơn…: sử dụng bước

sóng 4 ( 4λ : 1552nm)

* Bước sóng 5 và 6 hiện đang sử dụng cho NGN đi Đà Nẵng và Hồ Chí Minh.

Ta thấy các bước sóng mà hệ thống mạng DWDM của VTN sử dụng đều tuân

thủ theo các tiêu chí sau:

- Tuân thủ lưới bước sóng G.652, G.653 của ITU: khoảng cách kênh là

100GHz, phù hợp với hệ thống 8 kênh hoặc nhiều hơn. Mạng DWDM của VTN

hiện đang sử dụng các bước sóng trong băng C, gồm hai dải sau:

• Module 1: 1546,92; 1547,72; 1548,51; 1549,32; 1550,12; 1550,92;

1551,72; 1552,52; 1553,33; 1554,13.

• Module 2: 1554,94; 1555,75; 1556,55; 1557,36; 1558,17; 1558,98;

1559,79; 1560,61; 1561,42; 1562,23.

- Có căn cứ theo đường đặc tuyến của bộ khuếch đại quang EDFA: các bước

sóng đều nằm ở cửa sổ thứ 3, có hệ số khuếch đại lớn và tương đối bằng phẳng.


124

- Tránh ảnh hưởng xấu của các hiệu ứng phi tuyến.

Ta xét cụ thể đường đi của tín hiệu trong mạng DWDM trong hình 4.7


125

Hình 4.7. Đường đi của tín hiệu trong mạng DWDM.

Các luồng tín hiệu 2Mbps được ghép thành luồng tín hiệu STM-4 qua thiết bị

TN-4T , tiếp đó tín hiệu sẽ được ghép lên tốc độ 2,5Gbps qua OM4200 (ghép tối đa

2

TN4 OM4

MSP

QLQLQLQL

HYN, HYN, HYN, HYN,

MSP

OMXOMXOMXOMX

ODEMUXODEMUXODEMUXODEMUX

LH OMUXOMUXOMUXOMUX

ODEMUXODEMUXODEMUXODEMUX

LH

LH

DWDM


126

4xSTM-4). Các luồng tín hiệu 2,5Gbps được nối chéo qua qua bộ nối chéo số DXC.

Các tín hiệu qua DXC đều có chung một bước sóng là 1310nm, sau khi qua bộ

chuyển đổi bước sóng LH RPT (LH RPT có chức năng như bộ chuyển đổi bước

sóng WT), tín hiệu được biến đổi thành các bước sóng khác nhau, mỗi bước sóng

mang dung lượng 2,5Gbps. Các bước sóng khác nhau này sẽ được ghép thành luồng

tín hiệu tổng qua bộ ghép/tách kênh quang OMUX/ODEMUX. Cuối cùng, tín hiệu

tổng này được khuếch đại với công suất đủ lớn bởi bộ khuếch đại EDFA và truyền đi

theo hai hướng: quốc lộ 1A và hướng 500kV.

Mạng DWDM của VTN chia thành các Ring, sử dụng chế độ bảo vệ SNCP

(Sub-Network Connection Protection), trong đó các thiết bị OM4200, OM4150,

TN4T bảo vệ theo cơ chế MSP1+1. Bao gồm các thiếtbị:

� Thiết bị lớp WDM

- OPTera LH1600

• Trạm lặp Repeater, bộ chuyển đổi bước sóng WT (Wavelength

Transponder)

• Ghép/tách kênh quang OMUX/ODEMUX, xen/rẽ kênh quang OADM.

• Khuếch đại đường truyền LOA.

- Khuếch đại đường truyền LOA: EDFA, Raman (đoạn Vinh-Ròn)


127

� Thiết bị lớp SDH

- OM4200, OM4150, TN4T.

- DXC: kết nối các Ring với nhau.

Với chế độ chuyển mạch bảo vệ SNCP, thông tin được truyền theo vòng kín

ở cả hai hướng cho phép bảo vệ đến cấp STM-1. Khi vận hành bình thường, tuyến

thông tin được chọn từ đường làm việc có chất lượng tốt hơn nhưng với bất cứ một

lỗi đường truyền nào, tuyến bảo vệ sẽ được lựa chọn.

Ví dụ ta xét vòng Ring Vinh - Huế - Đà Nẵng (hình 4.8), tín hiệu được truyền

đi theo cả hai hướng, tín hiệu lấy chính trên cáp QL1A tức là tín hiệu đi theo đường

từ Vinh qua Huế đến Đà Nẵng, đường bảo vệ trên cáp 500kV Vinh - Đà Nẵng. Khi

có sự cố xảy ra trên đoạn QL1A, đoạn Vinh - Huế - Đà Nẵng (như xảy ra đứt cáp,

thu lỗi hoặc có suy hao lớn trên đường truyền...), tín hiệu làm việc sẽ tự động

chuyển mạch sang đường bảo vệ 500kV Vinh - Đà Nẵng để đảm bảo an toàn thông

tin trên mạng lưới.


128

Đến Đà Nẵng

Đấu chéo (Cross-Connect) Điểm chuyển bảo vệ

tại đầu thu 1 2

Đến Huế Sau Đà Nẵng VINH

HUE

DA NANG

1

Cáp QL1A

Đường bảo vệ

2

1 1

2 2

Cáp 500kV

Đường chính DXC


129

Hình 4.8. Chế độ bảo vệ chuyển mạch SNCP trong mạng DWDM.

Trong mạng DWDM, bộ khuếch đại đường truyền chủ yếu sử dụng bộ

khuếch đại EDFA hai tầng. Nhờ sự phát triển của công nghệ khuếch đại quang hai

tầng mà người ta có thể ghép thiết bị này khá dễ dàng vào đoạn giữa hai tầng khuếch

đại quang, mở rộng chức năng cho bộ khuếch đại quang và biến nó trở thành trạm

xen/rẽ phục vụ cho nhu cầu xen/rẽ một phần nhỏ lưu lượng trong luồng quang tổng,

chỉ có thể tách/ghép những bước sóng quang đã được chỉ định. Số lượng bước sóng

được tách/ghép này phụ thuộc khả năng của từng hãng.

Sơ đồ cụ thể một số trạm trong mạng

a) Trạm đầu cuối Hà Nội (hình 4.9)

Trạm đầu cuối Hà Nội với vai trò là một trạm đầu mối gồm đầy đủ các thiết

bị: OM4200, DXC, LH (Long Haul), OMUX/ODEMUX. Thiết bị nối chéo số DXC

làm nhiệm vụ nối chéo các luồng tín hiệu số 2,5Gbps từ các thiết bị OM4200. Tín

hiệu sau khi nối chéo được đưa tới thiết bị chuyển đổi bước sóng WT. Các bước

sóng đầu ra qua OMUX/ODEMUX ghép thành tín hiệu tổng, sau đó được khuếch

đại và truyền đi theo hai hướng QL1A (Lower Link) đi Hưng Yên và 500kV (Upper

Link) đi Ninh Bình.


130

CCCC OOOO NNNN NNNN EEEE

Upper Upper Upper Upper

Lower Lower Lower Lower

Upper Upper Upper Upper

OMOMOMOM OMOMOMOM OMOMOMOM OMOMOMOM VinVinVinVin


131

Hình 4.9. Trạm đầu cuối Hà Nội

b) Trạm Đà Nẵng (hình 4.10)

Trạm Đà Nẵng kết nối hai Ring (Ring 2 và Ring 3) thông qua thiết bị DXC.

Ngoài nhiệm vụ chuyển tiếp các luồng tín hiệu (bước sóng 2 và 3) giữa Hà Nội – tp

Hồ Chí Minh, Đà Nẵng còn có chức năng của một trạm đầu cuối: xen rẽ các luồng

tín hiệu trên bước sóng 1 từ Hà Nội và trên bước sóng 4 giữa Đà Nẵng - Huế, Đà


132

Nẵng - Nha Trang, Đà Nẵng - Quy Nhơn, Đà Nẵng - Gia Lai.


133 UUUUppppppppeeeerrrr UUUUppppppppeeeerrrr


134

Hình 4.10. Trạm đầu cuối Đà Nẵng

III. Tổ chức và định hướng cho cấu trúc mạng NGN của Việt Nam

Từ những kết quả thu được trong quá trình phân tích ở các phần trên, phần

này của đồ án trình bày những đề xuất trong việc xây dựng truyền tải theo hướng

phát triển mạng NGN của Việt Nam.

Để đáp ứng các yêu cầu về cơ sở hạ tầng viễn thông quốc gia, cấu trúc mạng

viễn thống định hướng NGN Việt Nam được xây dựng cần hướng tới các mục tiêu

cụ thể sau đây:

Đáp ứng nhu cầu cung cấp các dịch vụ viễn thông hiện nay và các loại dịch

vụ viễn thông thế hệ mới bao gồm: các dịch vụ cơ bản, các dịch vụ gia tăng, các

dịch vụ truyền số liệu, Internet cố định và di động, đa phương tiện. Cụ thể là các loại

dịch vụ viễn thông như ATM, IP, FR, X25…

Mạng có cấu trúc đơn giản: giảm tối đa cấp chuyển chuyển mạch và chuyển

tiếp truyền dẫn, nâng cao hiệu quả sử dụng, chất lượng mạng lưới và giảm thiểu các

chi phí khai thác và bảo dưỡng.

Độ linh hoạt, tính sãn sàng cao và hiệu năng mạng: tiến tới tích hợp mạng

thoại và số liệu trên mạng đường trục băng rộng, cấu trúc mạng phải có độ linh hoạt

cao, đảm bảo an toàn mạng lưới và chất lượng dịch vụ, dễ dàng mở rộng dung

lượng, triển khai dịch vụ mới. Việc thay đổi cấu trúc mạng hiện tại được tiến hành

từng bước theo điều kiện thực tế cho phép. Tận dụng tối đa các thiết bị trên mạng

PSTN hiện có để phát triển dịch vụ B-ISDN, đáp ứng nhu cầu dịch vụ Internet, dịch


135

vụ IP, ATM…

III.1. Mục tiêu xây dựng mạng truyền tải đường trục, mạng truy nhập cho NGN

Việt Nam

Cấu trúc mạng viễn thông thế hệ sau NGN Việt Nam được xem xét phân tích

ở hai góc độ: cấu trúc vật lý và cấu trúc chức năng.

Xét về cấu trúc vật lý, mạng viễn thông NGN được phân thành hai lớp: lớp

lõi/ lớp chuyển tải và lớp truy nhập. Cụ thể:

Lớp lõi/ lớp chuyển tải bao gồm các hệ thống truyền dẫn và hệ thống chuyển

mạch như sau:

• Các tuyến truyền dẫn liên vùng, các tuyến truyền dẫn trung kế kết nối các

node chuyển mạch vùng.

• Các node chuyển mạch cổng quốc tế (gateway), các node chuyển mạch

liên vùng (toll) và các node chuyển mạch vùng.

Lớp truy nhập bao gồm:

• Hữu tuyến: các hệ thống truy nhập cáp đồng, cáp quang…

• Vô tuyến: thông tin di động, truy nhập vô tuyến cố định.

Xét về mặt chức năng, cấu trúc chức năng của mạng NGN được phân thành 5

lớp:

• Lớp chuyển tải (Transport)


136

• Lớp truy nhập (Access)

• Lớp điều khiển (Control)

• Lớp dịch vụ ứng dụng (Service/Application)

• Lớp quản lý (Management)

Trong mạng này, cấu trúc lớp truyền tải đóng một vai trò then chốt có chức

năng chuyển tải toàn bộ lưu lượng được yêu cầu với chất lượng dịch vụ tốt nhất. Vị

trí của lớp truyền tải nhằm đáp ứng cho NGN có thể mô tả như như hình 4.11 bao

gồm các hệ thống chuyển mạch và truyền dẫn nhằm thực hiện các chức năng chuyển

mạch, định tuyến và truyền các dịch vụ giữa các thuê bao của lớp truy nhập dưới sự

điều khiển của lớp điều khiển. Mạng hiện có đã tồn tại một mạng truyền tải với khả

năng tiềm tàng cho tương lai bao gồm các nút chuyển mạch và mạng truyền dẫn

quang. Khi tiến tới cấu trúc NGN, mạng truyền tải này cần phải có một cấu trúc phù

hợp trên cơ sở của mạng hiện có.


137

Hình 4.11. Lớp chuyển tải trong cấu trúc NGN

III.2. Các yêu cầu của lớp truyền tải đường trục

Nhìn chung, các lớp chuyển tải đều có các yêu cầu đặt ra nhưng lớp chuyển

tải đường trục nhằm thoả mãn yêu cầu cho mạng thế hệ sau sẽ có các yêu cầu riêng

biệt đặc thù của chúng. Bởi vì chúng có một vai trò cực kỳ quan trọng là thường

xuyên truyền tải một lưu lượng rất lớn thông tin trên khoảng cách xa nên yêu cầu đặt

ra thường khắt khe hơn. Căn cứ vào cấu trúc và yêu cầu chung về lớp truyền tải của

mạng NGN, vào hiện trạng mạng truyền dẫn đường trục quốc gia và dựa trên tính

khả thi của các công nghệ truyền dẫn có thể triển khai trong thời gian tới; mạng


138

truyền dẫn đường trục quốc gia cần phải đáp ứng các yêu cầu sau đây:

• Một trong các mục tiêu quan trọng của mạng đường trục thế hệ sau là phải

thực sự trở thành một cơ sở hạ tầng thống nhất, có khả năng truyền tải nhiều loại

hình dịch vụ, phù hợp để đáp ứng được sự phát triển dịch vụ sau này. Vì vậy, mạng

truyền tải đường trục phải có khả năng tải tín hiệu dưới dạng gói.

• Để tạo thuận lợi trong việc phát triển dịch vụ sau này, yêu cầu quan trọng

nhất đối với lớp truyền tải là tính thông suốt (service transparency), tức là khả năng

truyền các tín hiệu của khách hàng trên đó mà không xử lý, không cần biết nội dung

của tín hiệu đó là gì.

Như vậy có thể nhận thấy rằng mạng truyền tải đường trục thế hệ sau chính là

sự kết nối các thiết bị chuyển mạch và định tuyến gói bằng mạng truyền dẫn được

xây dựng dựa trên công nghệ SDH và công nghệ quang (cụ thể là công nghệ WDM).

Bên cạnh những yêu cầu trên thì mạng truyền tải đường trục còn phải đảm

bảo:

• Mạng được áp dụng công nghệ tiên tiến nhưng phải đảm bảo có cấu trúc đơn

giản và có hiệu quả, không phức tạp nhiều cấp.

• Cấu trúc mạng phải đảm bảo tính linh hoạt và độ sẵn sàng cao: có khả năng

ứng phó nhanh và kịp thời khi có sự cố. Dễ dàng nâng cấp, mở rộng dung lượng và

triển khai dịch vụ.

• Bảo đảm chất lượng truyền dẫn cho mọi dịch vụ.

• Đủ năng lực để truyền tải dung lượng lớn thông suốt: truyền được lưu lượng

lớn mà không tắc nghẽn.

• Có độ an toàn cao: cấu trúc kết hợp với công nghệ áp dụng phải có độ an toàn


139

cao trong các tình huống.

• Mạng phải đảm bảo thuận tiện trong quản lý khai thác và khắc phục sự cố.

• Cấu trúc mạng phải đảm bảo tính kế thừa và tận dụng triệt để mạng truyền

dẫn hiện có. Đầu tư cho mạng phải hợp lý và hiệu quả kinh tế.

III.3. Đánh giá khả năng của hệ thống truyền dẫn quang đang sử dụng theo

hướng NGN

Về cấu hình tuyến truyền dẫn quang đường trục Bắc - Nam: tuyến được xây

dựng rất kịp thời nhằm đáp ứng nhu cầu truyền tải lưu lượng lớn từ Bắc tới Nam với

chất lượng và đảm bảo tin cậy. Mặt khác, đây cũng là tuyến truyền dẫn quang với

quy mô lớn đầu tiên nước ta và được áp dụng công nghệ truyền dẫn tiên tiến nhằm

làm nền tảng vững chắc cho việc phát triển mạng truyền dẫn những năm sau. Sau

gần 10 năm khai thác, có thể đánh giá sơ lược tại thời điểm hiện tại như sau:

- Tuyến sử dụng công nghệ truyền dẫn SDH với cấu hình Ring là hợp lý để bảo vệ

toàn bộ lưu lượng khi có sự cố trên cáp hay tại một nút nào đó. Vì vậy, cấu hình

tuyến có thể phát triển tiếp cận với mạng truyền dẫn cho mạng NGN.

- Xét tổng quát các yếu tố đối với mạng đường trục thì kiểu MS SPRING có nhiều

ưu điểm. Do vậy, kiểu bảo vệ MS SPRING 2 sợi trên tuyến đường trục của Việt

Nam là hợp lý (thực tế thì việc áp dụng cấu hình bảo vệ phụ thuộc vào nhiều yếu tố

như dung lượng Ring, khả năng xen rẽ, khả năng truyền dung lượng phụ, tính đơn

giản của cơ chế bảo vệ, số nút tối đa trên một Ring...). Khả năng bảo vệ của tuyến là

phù hợp và không ảnh hưởng gì tới mạng sau này khi nâng cấp lên hệ thống ghép


140

kênh quang WDM. Điều này có thể duy trì trong việc nâng cấp mạng tiếp theo cho

mạng NGN.

Có thể coi tuyến WDM là sự xếp chồng các tuyến SDH độc lập lên nhau. Do

đó cơ chế bảo vệ của từng tuyến SDH vẫn hoạt động độc lập. Như vậy, việc ghép

các tín hiệu SDH 2,5Gbps bằng kỹ thuật WDM không làm ảnh hưởng cơ chế bảo vệ

mạng.

Tuy nhiên, có một số điểm cần thảo luận khi xem xét tới việc tiếp cận NGN

của cấu hình mạng hiện tại:

• Tuyến đã đưa vào khai thác gần 10 năm cho nên cần phải tính thời gian sống

có hiệu quả của tuyến.

• Cấu hình Ring được kết nối với nhau thông qua các ADM back – to - back đã

không phát huy được tính linh hoạt và an toàn của cấu hình Ring trong mạng sau

này.

• Việc kết nối chưa quán triệt sự đồng bộ thống nhất trên quan điểm an toàn

mạng mà đôi khi chỉ thiên về đảm bảo truyền tải lưu lượng giữa các vùng. Chỉ có

Ring 3 và Ring 4 là kết nối tại 2 nút để tạo ra cấu trúc độc lập với nhau về mặt vật

lý.

Về cáp quang được lắp đặt trên tuyến đường trục: nhìn chung, cáp sử dụng

trên tuyến tuy có khác nhau về dạng sản phẩm do xuất phát từ tính đầu tư và các nhà

cung cấp khác nhau, nhưng có chung các đặc điểm sau:

- Các loại cáp quang sử dụng trên toàn tuyến đường trục đều sử dụng sợi đơn


141

mode tiêu chuẩn G.652 theo ITU-T. Chất lượng sợi theo đo đạc vẫn thoả mãn các

chỉ tiêu theo tiêu chuẩn cáp sợi quang của ngành bưu điện.

- Tuyến đường trục đang được nâng cấp lên tốc độ 8 x 2,5Gbps sử dụng công

nghệ WDM. Với việc áp dụng công nghệ ghép bước sóng quang như vậy thì sử

dụng sợi đơn mode hiện nay vẫn hợp lý. Với tốc độ 2,5Gbps cho mỗi luồng mà

không cần bù tán sắc vì khoảng lặp đạt được đối với tốc độ 2,5Gbps và 8 x

2,5Gbps dùng kỹ thuật WDM là như nhau. Do đó vẫn có thể tiếp tục sử dụng loại

sợi hiện tại khi nâng cấp tuyến đường trục trong một thời gian nhất định.

- Tuy nhiên cáp quang trên tuyến 1A đã được khai thác lâu, và cần xem xét lại

chất lượng cả về suy hao và tán sắc sợi cũng như các măng sông mối hàn, trong khi

đó tuổi thọ đang ngắn lại với một quỹ thời gian khai thác có hiệu quả hạn hẹp

thêm. Điều này làm trở ngại cho việc tiến tới nâng cấp thành một mạng truyền tải

mới với mong muốn có năng lực mạnh hơn nhiều lần.

- Trong trường hợp tốc độ bit của một kênh quang được nâng cấp lên tới

10Gbps thì cần có phương án bù tán sắc và sử dụng EDFA cho phù hợp, vì khi đó

tán sắc và quỹ công suất giữa các trạm ADM thay đổi rất nhiều.

Về thiết bị trên tuyến đường trục: thiết bị được lắp đặt trên tuyến quốc lộ 1A

được lắp đặt cùng với việc triển khai tuyến và đã được phục vụ tốt trên mạng kể từ

khi tuyến được đưa vào khai thác và có các đặc điểm tích cực sau:


142

- Thiết bị được cung cấp đồng bộ do một nhà cung cấp Nortel.

- Các thiết bị TN-16X đều có khả năng nâng cấp cấu hình để có thể kết nối tại

các cổng nhánh lên tới 16 STM-1 nên tại bất cứ nút nào đều có thể đáp ứng cho

nhu cầu xen rẽ lên tới 16 STM-1 bằng cách bổ xung TN-1X.

- Quỹ công suất cực đại cho mỗi đoạn truyền dẫn quang là 37dB.

- Giao diện quang STM-16 (không có EDFA) phù hợp với việc ghép WDM

nếu sử dụng thiết bị WDM của hãng khác.

- Chất lượng mạng: theo thiết kế BER đạt ≤ 10-10 trong thực tế chỉ tiêu này

đang được nghiên cứu và cải thiện tốt hơn.

Tuy nhiên trong thời gian qua, việc nâng cấp để hoàn thiện thiết bị chưa thực

hiện triệt để do công nghệ lúc ban đầu chưa hoàn thiện. Điều đó dẫn tới không phát

huy được điểm mạnh của SDH.

Việc đưa thiết bị vào làm việc trong môi trường IP cần được làm rõ xem khả

năng thiết bị có đáp ứng được hay không và cần phải nâng cấp hệ thống thiết bị này.

Do thiết bị từ nhiều nhà cung cấp khác nhau, các hệ thống thiết bị này có các

cấu hình khác. Vì thế mà việc quản lý có một số bất cập, khó cho việc quản lý tập


143

trung và tiến tới mạng TMN (Telecommunication Management Network). Nói

chung, tính không đồng bộ về công nghệ thiết bị làm ảnh hưởng nhiều đến việc nâng

cấp mạng lên NGN.

Về hệ thống truyền tải quang liên tỉnh: do nghành có chủ trương sớm và kịp

thời trong việc hiện đại hoá mạng lưới nên mạng cáp quang liên tỉnh được triển khai

khá nhanh và hiệu quả. Điều này một mặt đáp ứng nhu cầu gia tăng dịch vụ và nâng

cao chất lượng mạng lưới.

Hệ thống cáp quang liên tỉnh phần lớn sử dụng công nghệ SDH với tốc độ

STM-4 và STM-16 có độ linh hoạt và khả năng nâng cấp cao.

Các tuyến cáp quang liên tỉnh đã triển khai có trọng điểm tại các vùng có lưu

lượng cao. Tuy nhiên, hiện nay vẫn tồn tại một số tuyến liên tỉnh còn sử dụng công

nghệ PDH. Có thể coi đây là phần làm trễ việc nâng cấp mạng toàn diện theo hướng

NGN.

Cấu hình của nhiều tuyến còn ở dạng điểm - điểm nhưng thiết bị lại sử dụng

công nghệ SDH. Một số có cấu hình Ring nhưng lại không theo đường vật lý, điều

này làm giảm độ an toàn của tuyến. Như vậy, nếu xét về tương lai dưới góc độ mạng

được nâng cấp lên NGN sẽ rất bất cập.

Các hệ thống thiết bị SDH và PDH thuộc mạng liên tỉnh hầu như hoạt động

không hiệu quả trong môi trường IP

Về khả năng truyền tải lưu lượng: căn cứ vào sự tăng lưu lượng truyền dẫn

thông qua dự báo nhu cầu, đồng thời dựa theo hiện trạng thực tiễn của mạng truyền


144

dẫn có thể thấy như sau:

- Hệ thống truyền dẫn quang của cả đường trục và liên tỉnh đóng vai trò then

chốt và chủ đạo trong việc truyền tải lưu lượng giữa hai khu vực Bắc và Nam.

- Chất lượng của một số tuyến và tại một số thời điểm đạt yêu cầu quốc tế và

khá ổn định, bảo đảm chất lượng tín hiệu và dịch vụ tốt. Hầu như không có sự cố

nào đáng tiếc xảy ra đối với mạng truyền dẫn đường trục loại trừ một số rất ít sự cố

đứt cáp do thiên tai hoặc cố ý phá hoại được xử lý ngay.

Để tính đến khả năng nâng cấp mạng đường trục theo mạng thế hệ sau NGN,

có thể thấy rằng: nếu chỉ căn cứ vào nhu cầu lưu lượng cần truyền thì cấu hình hiện

tại của tuyến trục cáp quang Bắc - Nam hoàn toàn có thể đảm bảo truyền tải lưu

lượng tới năm 2010 khi mà chỉ nâng cấp tuyến này theo công nghệ WDM với 8

bước sóng, tốc độ 2,5Gbps. Tuy nhiên, do yêu cầu và mục tiêu của NGN, mạng hiện

tại có những vấn đề sau:

• Do cấu trúc mạng mà việc phân tải lưu lượng chưa tối ưu.

• Chất lượng truyền dẫn trên mạng đường trục nhìn chung chưa đủ đảm bảo

tạo ra một cơ sở hạ tầng vững chắc về chất lượng để chuyển trực tiếp sang NGN.

• Tính chưa hoàn thiện của công nghệ thiết bị hiện có và chưa hợp lý trong

việc sử dụng trang thiết bị trên tuyến và cấu hình có thể tạo ra hạn chế băng tần

truyền dẫn.

• Nếu để đáp ứng được chức năng truyền tải của NGN thì công nghệ các thiết


145

bị chưa đáp ứng được cho mục tiêu là mạng đơn giản nhưng thoả mãn đầy đủ

yêu cầu của các loại hình dịch vụ.

• Khả năng truyền tải các luồng lớn còn hạn chế do sự phức tạp của quá trình

truyền tải lưu lượng .

• Mạng chưa thực sự sẵn sàng cho việc truyền các dịch vụ trong môi trường

IP và IN.

• Vấn đề an toàn mạng là yếu tố quan trọng trong NGN và mạng hiện tại chưa

thể hiện được tính bảo an linh hoạt cho các luồng lưu lượng lớn.

• Quản lý mạng hiện tại không thể hiện được năng lực để áp dụng cho mạng

NGN trong thời gian tới.

Thực chất, khả năng truyền tải lưu lượng của mạng truyền dẫn theo NGN còn

tuỳ thuộc vào cấu hình và công nghệ áp dụng chứ không chỉ đơn giản phụ thuộc vào

dung lượng hệ thống (tốc độ bit tổng). Vì vậy, tối ưu cấu hình mạng truyền tải cũng

là tăng khả năng truyền tải lưu lượng.

IV. Kết nối trong mạng truyền tải quang NGN

Phần này đưa ra các giải pháp kết nối điển hình trong cấu trúc mạng NGN

theo loại kết nối và khu vực ứng dụng trên cơ sở lộ trình chuyển đổi NGN, phù hợp

với mạng truyền dẫn quang hiện có và xu thế phát triển mạng quang trên thế giới.

IV.1. Giải pháp kỹ thuật kết nối cơ bản

Các kết nối của truyền dẫn cung cấp cho lớp chuyển mạch trong cấu trúc

NGN có đặc điểm sau:


146

Cấp đường trục

Core - Core: cấu trúc dạng lưới đầy đủ giữa các core 5 vùng, được tải trên hệ

thống đường trục Bắc - Nam SDH 2,5Gbps và hệ thống 20Gbps trên công nghệ

WDM.

Core - TGW và kết nối với cổng quốc tế TDM. Kết nối này có đặc điểm chủ

yếu giữa các trạm gần nhau của VTN và VTI và có các giao diện TDM thông

thường nên kết nối này sử dụng các hệ thống truyền dẫn hiện tại là phù hợp.

Edge - Core: cấu trúc dạng hub đơn và kép giữa các edge đến 1 hoặc 2 core

trong một vùng. Các kết nối này cũng có hai loại phân biệt: nội đài và liên đài.

Cấp vùng và truy nhập

Edge - Edge: giữa các biên với nhau có cấu trúc lưới.

Giữa AN và edge: dạng hub đơn và kép giữa các AN đến một hoặc nhiều

edge.

IV.2. Giao diện kết nối

Đối với các giao diện nội đài (giao diện trực tiếp giữa các router và TGW)

Do khoảng cách kết nối ngắn giữa các thiết bị router và TGW, cho nên sử

dụng các giao diện trực tiếp sẽ hiệu quả hơn việc sử dụng thông qua lớp truyền dẫn

quang chẳng hạn giao diện của thiết bị router như: Gb hay 10Gb Ethernet

điện/quang; hoặc STM-1/4/16 điện/quang. Nếu router chỉ có giao diện điện thì có


147

thể sử dụng các bộ chuyển đổi E/O (Modem quang hay Media Converter) với chi

phí rất thấp so với hệ thống truyền dẫn.

Đối với hệ thống truyền dẫn quang hiện có:

Trong quá trình chuyển đổi NGN, việc tận dụng tối đa hệ thống truyền dẫn

hiện có là rất cần thiết nhằm giảm đáng kể chi phí đầu tư xây dựng mạng. Do vậy,

trong giai đoạn đầu mạng truyền dẫn quang hiện tại có thể cung cấp phương tiện

truyền dẫn cho kết nối của mạng chuyển mạch gói tương tự như sau:

- Cấp đường trục giữa Core - Core sử dụng giao diện luồng STM-1 và thiết

bị router cung cấp giao diện STM-1 với cấu trúc VC-4, sử dụng các lớp giao

thức IP/ATM/VC-4/STM-1 hoặc thông qua giao thức PPP hoặc RPR với cấu

trúc IP/MPLS over STM-1.

- Cấp vùng, Edge - Edge và Edge - Core sử dụng giao diện E3/DS3 (VC3).

Thiết bị router sử dụng giao diện PDH có cấu trúc giao thức IP/PPP/PDH.

- Cấp truy nhập giữa nút truy nhập đến edge sử dụng cấp giao diện n x E1.

Thiết bị router sử dụng giao diện PDH có cấu trúc giao thức IP/PPP/PDH.

Khi có nâng cấp và triển khai các hệ thống truyền dẫn mới


148

Sử dụng sợi mới để triển khai các hệ thống truyền dẫn quang công nghệ mới

như POS, RPR, WDM và cần cung cấp các giao diện chuẩn với thiết bị router như ở

trên: GbE, 10GbE hoặc STM-n.

Đối với mạng truyền dẫn có khoảng cách nút nhỏ (< 80km) trong cấp vùng,

MAN và truy nhập giữa E và AN thì nên triển khai hệ thống chuyển mạch đủ lớn cỡ

STM-1/4/16 để giảm thiểu chi phí thiết bị và phức tạp của hệ thống, nên tích hợp

phần truyền dẫn và chuyển mạch trong cùng thiết bị sử dụng các công nghệ POS,

RPR.

Đối với cấp đường trục, hệ thống nâng cấp 20Gbps WDM sau này cung cấp

giao diện kênh quang trong suốt với lớp trên. Tuy nhiên, để kết nối giữa thiết bị

router với hệ thống WDM cần bộ tách sóng (transponder) để phù hợp với kế hoạch

phân bổ bước sóng của hệ thống WDM (nếu cùng hãng thì transponder được tích

hợp trong WDM). Ngoài ra, có thể sử dụng các bộ ghép kênh để chuyển đổi giữa

giao diện GbE sang tốc độ STM-16 của hệ thống WDM.

V. áp dụng tính toán thiết kế tuyến thông tin quang WDM trong mạng truyền

tải quang

Mô tả thiết kế hệ thống WDM mạng tuyến dài khoảng 900km x 2 có khả

năng phát triển đến 32 bước sóng 10Gbps với cáp SMF có sẵn dùng khuếch đại

quang sợi (EDFAs), bù tán sắc (DCF), OADM để ghép xen/tách đến các khu vực địa

phương, bộ OXC trong các kỹ thuật ghép đấu chéo đường quang tại nút đấu chuyển


149

các Ring trục chính.

V.1. Yêu cầu phát triển

Dự báo lưu lượng truyền thông :

2005 (E1) HN ĐN Tp. HCM Miền Bắc Miền Trung Miền Nam

HN 817 123 245 368 41 41

ĐN 32 158 48 8 63 8

TP HCM 363 242 1211 61 121 424

Miền Bắc 343 62 93 623 31 62

Miền Trung 128 321 128 32 641 32

Miền Nam 334 111 556 56 56 1112

2010 (E1) HN ĐN TP. HCM Miền Bắc Miền Trung Miền Nam

HN 1389 208 417 625 69 69

ĐN 51 253 76 13 101 13

TP HCM 654 436 2180 109 218 763

Miền Bắc 480 87 131 872 44 87

Miền Trung 179 449 179 45 897 45

Miền Nam 500 167 834 83 83 1668

Bảng 4.7. Dự báo lưu lượng truyền thông

Đến năm 2005:

STM 1 = 63 E1


150

STM 4 = 252 E1

STM 16 = 1008 E1

STM 64 = 4032 E1

Tổng lưu lượng Bắc đi Nam: 859 E1

Tổng lưu lượng Nam đi Bắc: 1503 E1

Đến năm 2010:

Tổng lưu lượng Bắc đi Nam: 1202 E1

Tổng lưu lượng Nam đi Bắc: 3351 E1

Bùng nổ Internet, truyền hình, âm nhạc, phân phối phần mềm…: 6701 E1

Để đáp ứng nhu cầu dịch vụ viễn thông cho những năm đầu thế kỷ mới cần

dự phòng cho nhu cầu phát triển nên đặt mục tiêu dung lượng là 20Gbps.

Các đặc điểm kỹ thuật của hệ thống WDM được miêu tả ở bảng 4.8.

Loại Tuyến dài (Longhaul)

Bước sóng ghép 1 - 32

Dãy bước sóng (nm) 1535,82 - 1560,61/(không gian 0,8nm)

Sợi SMF

Tốc độ tín hiệu 10Gbps hoặc 2,5Gbps

Dạng tín hiệu Scrambled NRZ

Khoảng cách cực đại 900km (09 x 100km)

Độ tăng ích hệ thống ≈ 25,5dB x 8

Bù tán sắc DC: Dispersion Compensator

BER <1E-15


151

Giám sát Kênh giám sát quang (OSC)

Bảng 4.8. Các đặc điểm kỹ thuật của hệ thống WDM.

V.2. Thiết kế liên kết hệ thống WDM

Thiết kế:

Thiết kế liên kết hệ thống giữa Hà Nội - Đà Nẵng (14 đoạn đi 792km, 14

đoạn về 885km), Đà

Nẵng - Tp Hồ Chí Minh (17 đoạn đi 968km, 14 đoạn về 916 km) cho thấy ở

hình 4.12.

Hình 4.12. Cấu hình tuyến cáp quang HNI - ĐNG - Tp HCM

Thiết kế hệ thống hai hướng hai đường sử dụng một cáp đơn mode chuẩn


152

(SMF, Df = 17ps/nm/km) đoạn HN - ĐNG, đoạn ĐNG - Tp HCM làm tương tự đấu

chuyển hai đoạn bằng OXC có bộ tái tạo tín hiệu. Tán sắc màu D tại bước sóng

1550nm được bù đầy đủ bằng module sợi bù tán sắc (DCF, Dc = -100ps/nm/km).

Suy giảm của SMF và DCF được bù bằng 08 bộ khuếch đại đường truyền

quang (EDFAs) và bộ khuếch đại thu. Do đó, liên kết là trong suốt quang trong

phạm vi băng rộng khuếch đại của EDFAs. Các module DCF được đặt trước EDFAs

để cực tiểu hoá phi tuyến các méo tín hiệu.

Kết quả tính toán:

Hệ thống hai hướng hai đường sử dụng một cáp đơn mode chuẩn (SMF, Df =

17ps/nm/km), khoảng cách đường 792km (đoạn Hà Nội - Đà Nẵng). Tán sắc màu D

tại bước sóng 1550nm được bù đầy đủ bằng module sợi bù tán sắc (DCF, Dc = -100

ps/nm/km). Liên kết được làm cho 14 đoạn. Các đoạn lớn hơn 100km cần phải chia

lại do suy hao cáp lớn (> 0,2dB/km do đã được xây dựng từ năm 1991, hàn nối

nhiều), hệ thống WDM sử dụng tốc độ bit 2,5Gbps sẽ phù hợp hơn nhưng khi dung

lượng cao trên 100Gbps thì dùng 10Gbps sẽ kinh tế hơn, vì băng C + L có phân cách

bước sóng 0,4nm, công nghệ mới đắt hơn rất nhiều khi dùng 10Gbps băng C có

phân cách 0,8nm. Vì khoảng đoạn là từ 40km - 100km, nên bảng dưới đây cho thấy

kết quả tính toán chiều dài sợi quang bù tán sắc (DCF) là Lc(km) và tăng ích

G1(dB) và G2(dB) của bộ khuếch đại EDFAs.


153

Hình 4.13. Sơ đồ bù tán sắc và suy hao của hệ thống.

SMF: Sợi đơn mode (G.652)

Df = +17ps/nm/km

fα = 0,2 - 0,3dB/km

DCF: Sợi bù tán sắc

Dc = -100ps/nm/km

cα = 0,5dB/km

Tính độ dài của sợi quang bù tán sắc:

Lc = (Lf * Df)/Dc

Bộ tiền khuếch đại (Pre Amplifier - PA):

G1 = 13dB

Bộ khuếch đại công suất (Booster Amplifier - BA):


154

G2 = G1 - fα * Lf - Lc * cα

Bảng 4.9 là suy hao, EDFAs, DC của các khoảng truyền hiện tại cho 2,5Gbps

một bước sóng. Tuy dùng 2,5Gbps WDM có thể đạt được khoảng cách xung quanh

100km nhưng dung lượng cao trong truyền dữ liệu dùng khoảng dưới 100km an

toàn và chất lượng cao hơn.

Đoạn Hà Nội - Đà Nẵng

STT Khoảng truyền Lf Lc G1 G2

Tổng Hà Nội-Đà Nẵng 792

1 Hà Nội-Ninh Bình 96 16,3 13 19,2

2 Ninh Bình-Thanh Hoá 63 10,7 13 8,1

3 Thanh Hoá-Vinh 144 24,5 13 35,2

4 Vinh-Hà Tĩnh 50 8,5 13 3,8

5 Hà Tĩnh-Ròn 97 16,5 13 19,5

6 Ròn-Đồng Hới 63 10,7 13 8,1

7 Đồng Hới-Đông Hà 97 16,5 13 19,5

8 Đông Hà-Huế 73 12,4 13 11,5

9 Huế-Đà Nẵng 109 18,5 13 23,5

10 Đà Nẵng-R11 78 13,3 13 13,1

11 R11-R9 120 20,4 13 27,2

12 R9-R7 116 19,7 13 25,9


155

13 R7-Hà Tĩnh 500kV 124 21,1 13 28,5

14 Hà Tĩnh 500kV-R4 131 22,3 13 30,9

15 R4-R2 121 20,6 13 27,5

16 R2-Hoà Bình 500kV 120 20,4 13 27,2

17 Hoà Bình 500kV-Hà Nội 75 12,8 13 12,1

Tổng Đà Nẵng-Hà Nội 885

Đoạn Đà Nẵng-Tp Hồ Chí Minh


Tổng Đà Nẵng-Tp Hồ Chí Minh 968

1 Đà Nẵng-Tam Kỳ 72 12,2 13 11.1

2 Tam Kỳ-Quảng Ngãi 70 11,9 13 10,5

3 Quảng Ngãi-Laikhan 101 17,2 13 20,8

4 Laikhan- Quy nhon

81 13,8 13 14,1

5 Quy nhon – An khe 67 11,4 13 9,4

6 An Khê-Tuy Hoà 47 8,0 13 2,7

7 Tuy Hoà-Nha Trang 120 20,4 13 27,2

8 Nha Trang-Phan Rang 108 18,4 13 23,2

9 Phan Rang-Nuimot 58 9,9 13 6,4

10 Nuimot-Phan Thiết 94 16,0 13 18,5

11 Phan Thiết-Biên Hoà 117 19,9 13 26,2

12 Biên Hoà-Tp Hồ Chí Minh 33 5,6 13 1,1

13 Tp Hồ Chí Minh-Bình Dương 55 9,4 13 5,4

14 Bình Dương-Bình Phước 85 14,5 13 15,5


156

15 Bình Phước-Đăc Nông 121 20,6 13 27,5

16 Đắc Nông-BMThuật 130 22,1 13 30,6

17 BMThuật-Pnhon 131 22,3 13 30,9

18 Pnhon-Pleicu 81 13,8 13 14,1

19 Pleicu-Kontum 50 8,5 13 3,8

10 Kontum-R13 135 23,0 13 32,2

21 R13-Đà Nẵng 128 21,8 13 29,9

Tổng Tp Hồ Chí Minh-Đà Nẵng 916

Bảng 4.9. Bảng suy hao, EDFAs, DC của các đoạn cho 2,5Gbps một bước sóng

Dùng tái tạo tín hiệu tại Đà Nẵng cho phép truyền đến Tp Hồ Chí Minh

nhưng mạng không trong suốt gây khó khăn cho quản lý mạng, muốn trong suốt,

dùng khuếch đại Raman nhưng sẽ tốn kém hơn do công nghệ mới và phải dùng sợi

tán sắc dương và âm (-D và +D) nhiều.

Bảng 4.10 là tính toán các tham số bộ khuếch đại EDFAs, bù tán sắc DCF

cho hệ thống WDM - 10Gbps sau khi đã chia khoảng dưới 100km. Tại đoạn Biên

Hoà - Tp Hồ Chí Minh sẽ dùng bộ suy hao vì khoảng truyền quá ngắn (33km) mặc

dù khuếch đại EDFA có tự động điều chỉnh nhưng khoảng khuếch đại quá nhỏ

(6,7dB).

Đoạn Hà Nội - Đà Nẵng


Tổng Hà Nội-Đà Nẵng (km) 792

1 Hà Nội-Phủ Lý 54 9,2 13 5,1


157

2 Phủ Lý-Ninh Bình 42 7,1 13 1,1

3 Ninh Bình-Thanh Hoá 63 10,7 13 8,1

4 Thanh Hoá-Thanh Hoá1 74 12,6 13 11,8

5 Thanh Hoá1-Vinh 70 11,9 13 10,5

6 Vinh-Hà Tĩnh 50 8,5 13 3,8

7 Hà Tĩnh-Hà Tĩnh1 47 8,0 13 2,7

8 Hà Tĩnh-Ròn 50 8,5 13 3,8

9 Ròn-Đồng Hới 63 10,7 13 8,1

10 Đồng Hới-Đồng Hới1 47 8,0 13 2,7

11 Đồng Hới1-Đông Hà 50 8,5 13 3,8

12 Đông Hà-Huế 73 12.4 13 11,5

13 Huế-Hải Vân 60 10,2 13 7,1

14 Hải Vân-Đà Nẵng 49 8,3 13 3,4

15 Đà Nẵng-R11 78 13,3 13 13,1

16 R11-R19 60 10,2 13 7,1

17 R19-R9 60 10,2 13 7,1

18 R9-R97 60 10,2 13 7,1

19 R97-R7 56 9,5 13 5,8

20 R7-R7H 60 10,2 13 7,1

21 R7H-Hà Tĩnh 500kV 64 10,9 13 8,4

22 Hà Tĩnh 500kV-R4H 61 10,4 13 7,4

23 R4H-R4 70 11,9 13 10,5

24 R4-R42 60 10,2 13 7,1

25 R42-R2 61 10,4 13 7,4

26 R2-RHb 60 10,2 13 7,1


158

27 RHb-Hoà Bình 500kV 60 10,2 13 7,1

28 Hoà Bình 500kV-Hà Nội 75 12,8 13 12,1

Tổng Đà Nẵng-Hà Nội (km) 885

Đoạn Đà Nẵng-Tp Hồ Chí Minh


Tổng Đà Nẵng-Tp Hồ Chí Minh 968

1 Đà Nẵng-Tam Kỳ 72 12,2 13 11,1

2 Tam Kỳ-Quảng Ngãi 70 11,9 13 10,5

3 Quảng Ngãi-Laikhan 50 8,5 13 3,8

4 Laikhan-Laikhan1 51 8,7 13 4,1

5 Laikhan1-Quy Nhơn 81 13,8 13 14,1

6 Quy Nhơn-An Khê 67 11,4 13 9,4

7 An Khê-Tuy Hoà 47 8,0 13 2,7

8 Tuy Hoà-Tuy Hoà1 60 10,2 13 7,1

9 Tuy Hoà1-Nha Trang 60 10,2 13 7,1

10 Nha Trang-Phan Rang 50 8,5 13 3,8

11 Phan Rang-Phan Rang1 58 9,9 13 6,4

12 Phan Rang1-Nuimot 58 9,9 13 6,4

13 Nuimot-Phan Thiết1 50 8,5 13 3,8

14 Phan Thiết1-Phan Thiết 44 7,5 13 1,7

15 Phan Thiết-Biên Hoà1 57 9,7 13 6,1

16 Biên Hoà1-Biên Hoà 60 10,2 13 7,1

17 Biên Hoà-Tp Hồ Chí Minh 33 5,6 13 1,1

18 Tp Hồ Chí Minh-Bình Dương 55 9,4 13 5,4

19 Bình Dương-Bình Phước 85 14,5 13 15,5


159

20 Bình Phước-Bình Phước1 60 10,2 13 7,1

21 Bình Phước1-Đắc Nông 61 10,4 13 7,4

22 Đắc Nông-BMThuật1 60 10,2 13 7,1

23 BMThuật1- BMThuật 70 11,9 13 10,5

24 BMThuật1-Pnhon1 61 10,4 13 7,4

25 Pnhon1-Pnhon 70 11,9 13 10,5

26 Pnhon-Pleycu 81 13,8 13 14,1

27 Pleycu-Kontum1 50 8,5 13 3,8

28 Kontum1-Kontum 65 11,1 13 8,8

29 Kontum-R13 70 11,9 13 10,5

30 R13-Đà Nẵng1 60 10,2 13 7,1

31 Đà Nẵng1-Đà Nẵng 68 11,6 13 9,8

Tổng Tp Hồ Chí Minh-Đà Nẵng 916

Bảng 4.10. Bảng suy hao, EDFAs, DC của các đoạn cho 10Gbps một bước sóng

160

Kết luận

Kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng mật độ cao DWDM hiện đang được áp

dụng rộng rãi trên toàn thế giới và sẽ trở thành phương tiện để thúc đẩy sự phát triển

của kỹ thuật thông tin quang trong tương lai bởi vì chi phí đầu tư và tính ổn định của

nó có nhiều điểm hơn hẳn so với ghép kênh truyền thống TDM, nhất là khi mà nhu

cầu về dung lượng ngày càng cao như hiện nay. Kỹ thuật DWDM có thể ghép nhiều

bước sóng trong dải 1550 nm, tận dụng được băng thông rất rộng và khả năng

truyền dẫn của sợi quang, từ đó nâng cao được dung lượng truyền dẫn trên sợi

quang, đáp ứng được những yêu cầu về truyền dẫn tốc độ cao.

Khi nâng cấp một hệ thống thông tin quang theo công nghệ WDM, có rất

nhiều vấn đề cần phải xem xét, như nhu cầu về dung lượng, cấu hình hợp lý và cấu

hình tối ưu… Vấn đề về mật độ ghép bước sóng, mặc dù ITU-T đã ban hành chuẩn

về tần số và khoảng cách ghép giữa các kênh, nhưng nó đã trở nên lạc hậu so với các

công nghệ tách/ghép bước sóng hiện nay, khi mà khoảng cách ghép giữa các bước

sóng trong hệ thống WDM đã giảm xuống chỉ còn 25 GHz.

Công nghệ khuếch đại quang sợi ra đời, đã mở ra một chặng mới cho thông

tin quang nói chung và cho thông tin WDM nói riêng, giải quyết được vấn đề về suy

hao, quỹ công suất mà không cần các bộ lặp 3R cồng kềnh, chi phí lớn và chỉ đáp

ứng được tốc độ thông tin thấp. Thêm vào đó, các module bù tán sắc DCM được đưa

vào các thiết bị WDM, đã làm cho hệ thống WDM càng có thêm nhiều hứa hẹn. Khi

đó mỗi kênh bước sóng có thể đạt đến tốc độ 10 Gbps hoặc hơn nữa, nhờ vậy có thể

đạt được tốc độ Tbps trên một sợi đơn mode SSMF thông thường.

Mạng đường trục của VTN ứng dụng công nghệ DWDM hiện tại ghép 8

bước sóng (đã sử dụng 6 bước sóng). Trong tương lai sẽ nâng cấp lên 16 bước sóng,

161

thậm chí có thể mở rộng tối đa 32 bước sóng. Vì vậy, nghiên cứu về công nghệ

WDM là rất thiết thực và có tính thực tế cao.

ở Việt Nam, chúng ta đã nâng cấp dung lượng đường trục Hà Nội - Tp Hồ

Chí Minh lên tốc độ 20 Gbps sử dụng kỹ thuật WDM. Việc triển khai kỹ thuật này

trong mạng truyền dẫn sẽ được thúc đẩy nhanh chóng trên mọi tuyến đường trục và

cả các tuyến nội tỉnh, tại những nơi nhu cầu lưu lượng đang gia tăng nhanh chóng.

162

Tài liệu tham khảo

1. TS. Phạm Công Hùng, bài giảng “Ghép kênh quang theo bước sóng

DWDM”, Hà Nội 2002.

2. TS. Vũ Văn San, Hệ thống thông tin quang, Hà Nội, 2003.

3. Biswanath Mukherjee, “Optical communication network”, Mc Graw-Hill,

1997.

4. Djafark. Mynbaev, “Fiber optic communication technology”, 2002

5. Matthew N. O. SADIKU, “Optical and wireless communications - NGN”,

CRC Press, 2003.

6. http://www.nortelnetworks.com

7. http://www.lucent-optical.com

8. http://www.fne.fujitsu.com

Ttquang d Wdm

Documents

Transcript of Ttquang d Wdm