WDM có khảnăng cung cấp dung lượng truyền dẫn lớn bằng cách ghép nhiều
bước sóng trên cùng sợi cáp, mỗi bước sóng được coi nhưmột liên kết vật lý giữa
các nút mạng. Theo cách này, dung lượng truyền dẫn của liên kết sẽtăng tỷlệvới
sốbước sóng ghép trên liên kết đó, nhưng giải pháp này vẫn không đủ đểgiải
quyết vấn đềnghẽn cổchai trong mạng khi lưu lượng bùng nổ.
Tuỳthuộc vào độlớn của mạng WDM, tổn thất lưu lượng do sựcốxảy ra trong
các thành phần của mạng cũng có mức độnghiêm trọng khác nhau. Đểkhắc phục
vấn đềnày, nhiều giải pháp đã được nghiên cứu trong đó có phương thức bảo vệ
và phương thức khôi phục. Phương thức bảo vệcho phép mạng hồi phục rất
nhanh nhờchuyển lưu lượng trên luồng quang hoạt động bịgián đoạn thông tin
sang luồng quang dựphòng, các luồng dựphòng này đã được chuẩn bịtừtrước
khi sựcốxảy ra. Nhờviệc chuẩn bịtrước luồng quang dựphòng mà phương thức
bảo vệcó thể đảm bảo khôi phục 100% khỏi sựcốvới điều kiện 2 sựcốkhông
xuất hiện đồng thời. Trong khi đó, phương thức khôi phục tìm cách xác định
đường đi và bước sóng cho tuyến dựphòng sau khi sựcốxảy ra. Bởi vậy, phương
thức khôi phục có thểkhông khắc phục được sựcốnếu thiếu tài nguyên, chẳng
hạn không có đủbước sóng cho tuyến dựphòng. Hơn thếnữa, phương thức khôi
phục có xu hướng tiêu tốn nhiều thời gian hơn đểkhắc phục sựcốnếu so sánh với
phương thức bảo vệ, đó là thời gian đểxác định tuyến dựphòng.
Xác định đường đi và gán bước sóng cho tuyến hoạt động/dựphòng được gọi là
phương thức thiết kếcấu hình mạng logic. Phần lớn các cách thức thông thường
đểthiết kếcấu hình mạng logic có bảo vệ/khôi phục mạng đều tập trung vào việc
giảm thiểu sốbước sóng cần sửdụng hoặc giảm thiếu xác suất từchối thiết lập
tuyến quang, trong đó xác suất này là xác suất mà các yêu cầu thiết lập tuyến
quang bịtừchối do thiếu tài nguyên mạng. Nhiều nghiên cứu đã được triển khai,
trong đó đa sốtập trung vào giảm bước sóng cần thiết bằng cách cho phép các
tuyến dựphòng dùng chung tài nguyên bước sóng, hoặc đưa ra khái niệm chất
lượng dịch vụ(QoS) của khảnăng hồi phục lỗi. Một sốnghiên cứu dựa trên mô
hình khôi phục lỗi theo xác suất trong đó chỉcó phần lưu lượng mà người dùng đã
xác định trước mới được khôi phục sau sựcố.
74 trang |
Chia sẻ: oanhnt | Lượt xem: 1711 | Lượt tải: 3
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng WDM, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Đồ án
Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng WDM.
1
MỞ ĐẦU
WDM có khả năng cung cấp dung lượng truyền dẫn lớn bằng cách ghép nhiều
bước sóng trên cùng sợi cáp, mỗi bước sóng được coi như một liên kết vật lý giữa
các nút mạng. Theo cách này, dung lượng truyền dẫn của liên kết sẽ tăng tỷ lệ với
số bước sóng ghép trên liên kết đó, nhưng giải pháp này vẫn không đủ để giải
quyết vấn đề nghẽn cổ chai trong mạng khi lưu lượng bùng nổ.
Tuỳ thuộc vào độ lớn của mạng WDM, tổn thất lưu lượng do sự cố xảy ra trong
các thành phần của mạng cũng có mức độ nghiêm trọng khác nhau. Để khắc phục
vấn đề này, nhiều giải pháp đã được nghiên cứu trong đó có phương thức bảo vệ
và phương thức khôi phục. Phương thức bảo vệ cho phép mạng hồi phục rất
nhanh nhờ chuyển lưu lượng trên luồng quang hoạt động bị gián đoạn thông tin
sang luồng quang dự phòng, các luồng dự phòng này đã được chuẩn bị từ trước
khi sự cố xảy ra. Nhờ việc chuẩn bị trước luồng quang dự phòng mà phương thức
bảo vệ có thể đảm bảo khôi phục 100% khỏi sự cố với điều kiện 2 sự cố không
xuất hiện đồng thời. Trong khi đó, phương thức khôi phục tìm cách xác định
đường đi và bước sóng cho tuyến dự phòng sau khi sự cố xảy ra. Bởi vậy, phương
thức khôi phục có thể không khắc phục được sự cố nếu thiếu tài nguyên, chẳng
hạn không có đủ bước sóng cho tuyến dự phòng. Hơn thế nữa, phương thức khôi
phục có xu hướng tiêu tốn nhiều thời gian hơn để khắc phục sự cố nếu so sánh với
phương thức bảo vệ, đó là thời gian để xác định tuyến dự phòng.
Xác định đường đi và gán bước sóng cho tuyến hoạt động/dự phòng được gọi là
phương thức thiết kế cấu hình mạng logic. Phần lớn các cách thức thông thường
để thiết kế cấu hình mạng logic có bảo vệ/khôi phục mạng đều tập trung vào việc
giảm thiểu số bước sóng cần sử dụng hoặc giảm thiếu xác suất từ chối thiết lập
tuyến quang, trong đó xác suất này là xác suất mà các yêu cầu thiết lập tuyến
quang bị từ chối do thiếu tài nguyên mạng. Nhiều nghiên cứu đã được triển khai,
trong đó đa số tập trung vào giảm bước sóng cần thiết bằng cách cho phép các
tuyến dự phòng dùng chung tài nguyên bước sóng, hoặc đưa ra khái niệm chất
lượng dịch vụ (QoS) của khả năng hồi phục lỗi. Một số nghiên cứu dựa trên mô
hình khôi phục lỗi theo xác suất trong đó chỉ có phần lưu lượng mà người dùng đã
xác định trước mới được khôi phục sau sự cố.
Bài luận này giới thiệu chất lượng tin cậy QoR là đơn vị định lượng QoS mới để
dựa theo đó xây dựng các tuyến quang có độ tin cậy cao. Trong đề xuất QoR này,
việc xây dựng mạng có độ tin cậy cao quan trọng hơn rất nhiều so với việc sử
dụng hiệu quả tài nguyên mạng, đặc biệt khi mà số lượng bước sóng sử dụng
trong các mạng WDM hiện nay đang ngày càng tăng. Điều đó đồng nghĩa với
việc cần xây dựng một cấu hình topology logic có sử dụng tài nguyên bước sóng
thật sự hiệu quả để đảm bảo thời gian khôi phục sau sự cố cũng như đảm bảo khôi
phục 100% sự cố. Tiếp đó, bài luận đề xuất thuật toán thực nghiệm để thiết kế cấu
2
hình logic cho mạng thoả mãn yêu cầu QoR của từng kết nối và sau đó so sánh
với một vài thuật toán khác về mặt số lượng bước sóng cần thiết để xây dựng cấu
hình mạng thoả mãn yêu cầu QoR.
Trong phạm vi khuôn khổ có hạn, bài luận được tổ chức như sau:
- Chương 1 giới thiệu về nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng WDM.
- Chương 2 trình bày sơ lược về mạng quang định tuyến theo bước sóng hiện
đang được ứng dụng rộng rãi trong mạng truyền dẫn. Trong đó đề cập đến
các phần tử cấu thành, cũng như trình bày về các vấn đề liên quan đến việc
định tuyến và gán bước sóng trong mạng WDM.
- Chương 3 giới thiệu về cơ chế bảo vệ nâng cao độ an toàn trong mạng
quang.
- Chương 4 giới thiệu chỉ tiêu chất lượng tin cậy dựa trên mô hình thời gian
khôi phục cực đại, xây dựng bài toán thiết kế mạng đảm bảo an toàn và
trên cơ sở đó đề xuất thuật toán giải bài toán định tuyến và gán bước sóng
trong mạng WDM thoả mãn QoR yêu cầu
Các kết quả của bài luận góp phần vào việc giải quyết vấn đề đang nổi lên, đó là
xây dựng cấu hình mạng thoả mãn tiêu chuẩn tin cậy cho trước và hy vọng kết
quả này có thể áp dụng vào thực tế trong tương lai.
3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ GHÉP KÊNH THEO BƯỚC
SÓNG WDM
1.1. Sự phát triển của truyền dẫn sợi quang.
Truyền dẫn sợi quang bắt đầu được áp dụng từ thế kỷ 19 và đã đáp ứng được nhu
cầu truyền đưa các dịch vụ hiện tại. Các hệ thống truyền dẫn sợi quang với các ưu
điểm về dung lượng truyền tải, băng thông, cự ly truyền dẫn lớn, tỷ lệ lỗi thấp,
tránh được giao thoa điện trường, khả năng bảo mật... đã ngày càng được nghiên
cứu phát triển và ứng dụng rộng rãi.
Trong truyền dẫn quang, người ta có xu hướng sử dụng những vùng phổ quang
nhất định, ở đó suy hao quang được tính toán là thấp nhất. Những vùng này,
thường được gọi là cửa sổ, nằm giữa các khu vực có độ hấp thụ ánh sáng cao. Ban
đầu, hệ thống thông tin quang hoạt động ở cửa sổ thứ nhất, khu vực bước sóng
xấp xỉ 850nm trước khi người ta nhận ra rằng ở cửa số thứ 2 (băng S), khu vực
bước sóng 1310nm, có hệ số suy hao thấp hơn và thấp hơn nữa ở khu vực cửa sổ
thứ 3 bước sóng 1550nm (băng C). Ngày nay, cửa sổ thứ tư (băng L) bước sóng
1625nm vẫn đang được nghiên cứu để ứng dụng. Bốn cửa sổ đã trình bày được
Hình 1.1. Vùng bước sóng
minh hoạ như trên hình 1.1
Công nghệ WDM được áp dụng đầu tiên vào đầu những năm 80’s sử dụng 2 bước
sóng cách nhau khá xa trong vùng 1310nm và 1550nm (hoặc 850nm hoặc
1310nm) và được gọi là WDM băng rộng. Vào đầu những năm 90’s, bắt đầu xuất
hiện công nghệ WDM thế hệ thứ 2, còn gọi là WDM băng hẹp, sử dụng từ 2 đến
8 kênh. Các kênh này thuộc cửa sổ 1550nm và cách nhau khoảng 400GHz. Đến
giữa những năm 90’s, các hệ thống WDM mật độ cao (DWDM) được phát triển
với 16 đến 40 kênh và khoảng cách mỗi kênh từ 100 đến 200 GHz. Cho đến cuối
thập kỷ 90, các hệ thống DWDM đã sử dụng tới 64 đến 160 kênh với khoảng
cách mỗi kênh là 50 thậm chí 25 GHz.
4
1.2. Công nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM.
1.2.1. Lớp quang
Trong hệ thống phân cấp mạng theo lớp, lớp quang có chức năng cung cấp dịch
vụ cho các lớp mạng cao hơn như SONET/SDH, IP, ATM... Có thể coi các lớp
này là các lớp khách hàng (client) còn lớp quang là lớp phục vụ (server).
Lớp quang được chia nhỏ thành các lớp con. Một định nghĩa về lớp con đã được
đề xuất tại khuyến nghị G.872, theo đó, lớp quang được chia thành 3 lớp con: lớp
kênh quang OCH, lớp đoạn ghép kênh quang OMS và lớp đoạn truyền dẫn quang
OTS như được chỉ ra trên hình vẽ.
Hình 1.2 Phân cấp mạng quang theo lớp
Hình 1.3. Kiến trúc mạng truyền tải quang
[3] Lớp kênh quang xử lý toàn trình mạng và vận chuyển một cách trong suốt các
tín hiệu khách hàng dưới nhiều khuôn dạng khác nhau (SDH, ATM, IP....) Lớp
này có các chức năng sau:
Lớp khách hàng (SONET/SDH), PDH...
Lớp kênh quang (OCH)
Lớp đoạn ghép kênh quang (OMS)
Lớp đoạn truyền dẫn quang (OTS)
Giao diện quang
Lớp quang
5
• Sắp xếp lại các kết nối kênh quang để việc định tuyến trong mạng mềm
dẻo.
• Giám sát kênh quang để cho phép thực hiện các hoạt động khai thác và
quản lý ở mức mạng, chẳng hạn cung cấp kết nối, chất lượng dịch vụ
QoS....
Lớp đoạn ghép kênh quang tương ứng với một liên kết điểm-điểm trên tuyến của
1 kênh quang (bước sóng) và có các chức năng sau:
• Xử lý phần mào đầu đoạn để đảm bảo tính toàn vẹn của các thông tin đoạn
ghép kênh quang.
• Giám sát đoạn ghép kênh quang để cho phép thực hiện các hoạt động khai
thác và quản lý ở mức đoạn, chẳng hạn nâng cao an toàn đoạn ghép kênh.
Lớp đoạn truyền dẫn quang OTS tương ứng với chức năng truyền dẫn các tín hiệu
quang khác nhau trên phương tiện truyền dẫn quang.
1.2.2. Nguyên lý ghép bước sóng
a. Khái niệm
Ghép kênh theo bước sóng (WDM) là kỹ thuật truyền dẫn cơ bản để tạo nên mạng
quang. Kỹ thuật này sử dụng sợi quang (linh kiện quang) để mang nhiều kênh
quang độc lập và riêng rẽ. Mỗi bước sóng biểu thị cho một kênh quang trong sợi.
Ghép kênh theo bước sóng (WDM) là kỹ thuật truyền dẫn trên sợi quang sử dụng
các bước sóng ánh sáng để truyền dẫn số liệu song song theo bit hoặc nối tiếp
theo ký tự.
Qua quá trình phát triển công nghệ khái niệm WDM được thay bằng khái niệm
DWDM. Về nguyên lý không có sự khác biệt nào giữ 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 1550 nm 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 0,5 nm. Hệ thống thiết bị này đã được
thương mại hoá.
Ngày nay khi nói đến WDM người ta thường liên tưởng đến DWDM bởi vì sự
hiện diện khắp nơi của những sản phẩm thiết bị loại này. Để thuận tiện chúng ta
dùng thuật ngữ WDM để chỉ chung cho cả hai khái niệm. Trong trường hợp cần
có sự phân biệt giữa hai khái niệm này sẽ có phần chú thích kèm theo.
Như đã nói ở trên các hệ thống DWDM thường được ứng dụng trong cấp mạng
đường trục (mạng trung kế) xuất phát từ nhu cầu thực tế. Tuy nhiên cho đến nay
mặc dù chưa có tác động mạnh mẽ đến thị trường mạng nội hạt nhưng DWDM đã
chiếm được vị trí chắc chắn trong kế hoạch phát triển mạng tương lai của nhiều
nhà khai thác. Điều này là bởi, thứ nhất áp lực lớn từ các dịch vụ Multimedia và
đặc biệt là Internet đòi hỏi nhà cung cấp dịch vụ phải giải quyết bài toán dung
6
lượng truyền dẫn; thứ hai công nghệ chế tạo phần tử và thiết bị truyền dẫn quang
đã gần đạt tới sự hoàn thiện, hơn nữa do ứng dụng cho mạng nội hạt (khoảng cách
truyền dẫn thường ngắn) nên không đòi hỏi các phần tử quang phẩm chất cao bởi
vậy giá thành đã hạ xuống đáng kể.
b. Hệ thống WDM và các phần tử cấu thành
Hệ thống WDM hoàn toàn tương tự như hệ thống TDM truyền thống, nó bao
gồm: các bộ phát và thu ở hai phía, sợi quang và các bộ lặp ở giữa.
Sự khác biệt là ở chỗ hệ thống WDM truyền dẫn đồng thời nhiều kênh quang qua
sợi trong khi hệ thống TDM chỉ truyền dẫn duy nhất có một kênh. Chúng ta có thể
xem hệ thống WDM như là nhiều hệ thống TDM song song dùng chung sợi
quang và thiết bị.
Về cơ bản thành phần quang của hệ thống WDM bao gồm một hoặc nhiều nguồn
phát (laser), một bộ ghép kênh, một hoặc nhiều bộ khuếch đại quang (ví dụ
EDFA), khối xen/rẽ (OADM), sợi quang, một bộ tách kênh và các bộ thu tương
ứng với phía phát. Mỗi phần tử trên đây của hệ thống đều thực hiện những chức
năng xác định một cách chính xác.
Như chúng ta đã biết hệ thống truyền dẫn là những hệ thống tương tác, nghĩa là
tại mỗi đầu sẽ thực hiện chức năng phát tín hiệu đi (hướng đi) và nhận về tín hiệu
về (hướng về). Trong hệ thống WDM, tính tương tác sẽ được thực hiện qua môi
trường sợi quang. Người ta chia hệ thống WDM thành hai kiểu:
- Hệ thống ghép bước sóng một hướng: Sử dụng mỗi sợi quang cho từng
hướng truyền dẫn.
Hình 1.4. Hệ thống ghép bước sóng một hướng
- Hệ thống ghép bước sóng hai hướng: Sử dụng một sợi quang chung cho cả
hai hướng truyền dẫn.
Hình 1.5.Hệ thống ghép bước sóng hai hướng
c. Ưu nhược điểm của công nghệ WDM
So với hệ thống truyền dẫn đơn kênh quang, hệ thống WDM cho thấy những ưu
điểm nổi trội:
Tx1
Tx2
TxN
λ1
λ2
λN
Rx1
Rx2
RxN
λ1
λ2
λN λ1, λ2 ... λN
M
U
X
D
E
M
U
X
EDFA EDFA
λ1, λ2 ... λN
Tx1
Tx2
TxN
λ1
λ2
λN
Rx1
Rx2
RxN
λ1
λ2
λN λ1, λ2 ... λN
M
U
X
D
E
M
U
X
EDFA EDFA
7
- Dung lượng truyền dẫn lớn: Hệ thống WDM có thể mang nhiều kênh
quang, mỗi kênh quang ứng với tốc độ bit nào đó (TDM). Do đó hệ thống
WDM có dung lượng truyền dẫn lớn hơn nhiều so với các hệ thống TDM.
Hiện nay hệ thống WDM 80 bước sóng với mỗi bước sóng mang tín hiệu
TDM 2,5Gbit/s, tổng dung lượng hệ thống sẽ là 200Gbit/s đã được thử
nghiệm thành công. Trong khi đó thử nghiệm hệ thống TDM, tốc độ bit
mới chỉ đạt tới STM-256 (40Gbit/s).
- Loại bỏ yêu cầu khắt khe cũng như những khó khăn gặp phải với hệ thống
TDM đơn kênh tốc độ cao: Không giống như TDM phải tăng tốc độ số liệu
khi lưu lượng truyền dẫn tăng, WDM chỉ cần mang vài tín hiệu, mỗi tín
hiệu ứng với một bước sóng riêng (kênh quang), do đó tốc độ từng kênh
quang thấp. Điều này làm giảm đáng kể tác động bất lợi của các tham số
truyền dẫn như tán sắc… Do đó tránh được sự phức tạp của các thiết bị
TDM tốc độ cao.
- Đáp ứng linh hoạt việc nâng 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 đặt thêm sợi quang mới
(hay cáp quang). Bên cạnh đó nó cũng mở ra một thị trường mới đó là thuê
kênh quang (hay bước sóng quang) ngoài việc thuê sợi hoặc cáp. Việc nâng
cấp chỉ đơn giản là gắn thêm các Card mới trong khi hệ thống vẫn hoạt
động (plug-n-play).
- Quản lý băng tần hiệu quả và thiết lập lại cấu hình một cách mềm dẻo và
linh hoạt: Việc định tuyến và phân bổ bước sóng trong mạng WDM cho
phép quản lý hiệu quả băng tần truyền dẫn và thiết lập lại cấu hình dịch vụ
mạng trong chu kỳ sống của hệ thống mà không cần thi công lại cáp hoặc
thiết kế lại mạng hiện tại.
- Giảm chi phí đầu tư mới.
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 những dung lượng WDM cũng sẽ đạt đến giá trị
tới hạn.
- Chi phí cho khai thác tăng do có nhiều hệ thống cùng hoạt động hơn. Tuy
nhiên, chi phí cho bảo dưỡng hệ thống WDM vẫn nhỏ hơn rất nhiều nếu so
sánh với hệ thống TDM có dung lượng tương đương.
1.2.3. Các thành phần cơ bản trong hệ thống WDM
1.2.3.1. Nguồn phát
a. Yêu cầu đối với nguồn phát
8
- Độ rộng phổ hẹp và phổ vạch: Nhìn chung, hệ thống WDM cũng sử dụng
các nguồn phát giống như đối với hệ thống truyền dẫn đơn kênh cự ly dài.
Tuy nhiên trong trường hợp này chúng ta sử dụng loại Laser DFB hoặc
DBR có duy nhất một vạch phổ trong dải phổ của nó. Độ rộng phổ tuỳ
thuộc vào số lượng kênh trong hệ thống và dung sai của các phần tử.
- Độ ổn định bước sóng phát: Trong hệ thống WDM cần giảm thiểu sự thay
đổi bước sóng nguồn phát trong suốt thời gian hoạt động để tránh được
những ảnh hưởng không mong muốn đến chỉ tiêu hệ thống.
- Nguyên nhân của hiện tượng này là do mức năng lượng cao trong hốc cộng
hưởng của Laser và trên bề mặt phản xạ sẽ sinh ra sự thăng giáng vật liệu
trong suốt thời gian hoạt động và gây nên sự trôi bước sóng phát.
- Khả chỉnh: Laser khả chỉnh có nghĩa rất lớn trong mạng quang tương lai,
đặc biệt trong mạng quảng bá. Khả năng điều chỉnh của bộ phát lẫn bộ thu
ảnh hưởng đến chỉ tiêu của toàn bộ hệ thống.
- Trong các hệ thống WDM hiện nay không đòi hỏi sử dụng các bộ phát thu
khả chỉnh. Tuy nhiên do các nhà máy sản xuất linh kiện này chỉ chế tạo ở
một số hữu hạn bước sóng nên để đảm bảo tính đa dạng trong việc chọn
lựa bước sóng hoạt động thì có bộ phát khả chỉnh, hơn nữa điều này còn
giải quyết được vấn đề trôi bước sóng.
- Laser đa bước sóng: Một trong những yêu cầu của mạng quang tương lai là
khả năng đáp ứng nhanh đối với những nguồn khả chỉnh. Để thực hiện điều
này có thể tích hợp nhiều Laser có bước sóng khác nhau trên cùng một nền.
Do đó kiểu Laser này cho phép hoạt động đồng thời với nhiều bước sóng
và có khả năng điều chỉnh rất nhanh (bằng cách lựa chọn bước sóng phát).
b. Các loại nguồn phát được sử dụng hiện nay
Nguồn phát quang thường được sử dụng hiện nay là điode phát quang (LED) hoặc
Laser bán dẫn (LD).
1.2.3.2.Phần tử tách ghép bước sóng
Các phần tử tách ghép bước sóng có các tham số cơ bản sau:
- Bước sóng trung tâm: Đối với cách tử là bước sóng tại trung tâm của băng
phản xạ, còn đối với các bộ lọc là bước sóng nằm giữa hai bước sóng ở 2
cạnh của băng.
- Băng tần: Băng tần đặc trưng cho dải bước sóng phản xạ đối với cách tử và
dải bước sóng lọc đặc trưng bởi khoảng cách (theo thiết kế) giữa các cạnh
bộ lọc.
- Đỉnh phản xạ: Đỉnh phản xạ định nghĩa cho cách tử, tương ứng lượng ánh
sáng phản xạ tại bước sóng trung tâm
- Bước sóng danh định: Bước sóng danh định sử dụng cho bộ lọc, được qui
định từ nhà sản xuất. Bước sóng trung tâm thực tế thường là khác bước
sóng này
9
- Suy hao xen: Suy hao xen là lượng tổn hao công suất trên tuyến truyền dẫn
quang do sự xuất hiện của các bộ ghép bước sóng. Lượng tổn hao này gồm
hai loại:
• Suy hao sinh ra tại các điểm ghép nối giữa bộ ghép bước sóng với các
phần tử quang điện
• Tổn hao do chính bản thân các bộ ghép bước sóng
Trong WDM thì tổn hao do ghép nối chiếm ưu thế đặc biệt khi sử dụng các
thiết bị vi quang học và sợi SM. Tổn hao của bộ ghép bước sóng thứ i được
tính như sau:
Φ
Φ=
oi
ii
iL log10 [dB] (1.1)
trong đó: Φii là năng lượng đưa vào bộ ghép ở bước sóng thứ i
Φoi là năng lượng đưa ra bộ ghép ở bước sóng thứ i
Khác với các phần tử quang thụ động thông thường, ở đây suy hao xen
được xem xét đối với từng bước sóng, tức là với bước sóng thứ i thì suy
hao xen được tính là:
−=
)(
)(
log10
ii
i
i I
O
L λ
λ [dB] (1.2)
−=
)(
)(
log10
i
ii
i I
OL λ
λ [dB] (1.3)
trong đó:
• O(λi) và I(λi) là công suất tín hiệu ra và vào ở bước sóng thứ i trên kênh
chung
• Ii(λi) và Oi(λi) là công suất tín hiệu ở bước sóng thứ i đi vào bộ MUX
và đi ra bộ DMUX
- Xuyên kênh: Xuyên kênh là sự xuyên nhiễu tín hiệu từ kênh này sang kênh
khác, nói cách khác là sự xuất hiện của tín hiệu kênh này trong kênh lân
cận. Sự xuyên kênh này làm tăng nền nhiễu của kênh tín hiệu dẫn đến giảm
tỷ số S/N.
Nguyên nhân gây ra xuyên kênh là do :
• Phổ của kênh này lọt vào băng thông của kênh kia (khi ta coi đặc tính
của bộ lọc bước sóng và bộ cách ly là hoàn hảo)
• Do chính đặc tính (sự không hoàn hảo) của các bộ chọn lọc bước sóng
hay các bộ cách ly quang
• Do phản xạ hay hội tụ xảy ra không hoàn toàn làm các tia sáng bị tản
mát
10
• Do các hiệu ứng phi tuyến xảy ra khi đưa các công suất quang cao vào
sợi quang như: hiệu ứng SRS, SBS, FWM, XPM
Khả năng để tách các kênh cũng được mô tả bằng suy hao xuyên kênh và
được tính bằng dB như sau:
−=
)(
)(
log10)(
k
ki
ki I
U
D λ
λλ (1.4)
với Ui(λk) là lượng tín hiệu không mong muốn ở bước sóng thứ k (λk) do có
sự dò tín hiệu ở của ra thứ i, mà đúng ra thì chỉ có tín hiệu ở bước sóng λi.
Có hai loại xuyên âm:
• Xuyên âm đầu gần: là do các kênh khác ở đầu vào sinh ra, nó được
ghép ở trong thiết bị, như Ui(λj), thường xảy ra trong hệ thống ghép
bước sóng một hướng.
• Xuyên âm đầu xa: là do các kênh khác ở đầu vào gây ra trong bộ ghép,
ví dụ như I(λk) sinh ra Ui(λk), thường xảy ra trong hệ thống ghép bước
sóng hai hướng
- Độ rộng phổ của kênh: Độ rộng phổ của kênh là dải bước sóng dành cho
mỗi kênh. Độ rộng phổ này phải đủ lớn để đảm bảo ngăn chặn được nhiễu
giữa các kênh, do đó nó được xác định tuỳ theo từng loại nguồn quang.
1.2.3.3.Sợi quang
a. Sợi SMF (theo ITU G.652)
Bảng 1.1. Các tham số của sợi SMF
Các tham số Giá trị
Đường kính trường mode tại 1310 nm (9 ÷ 10 µm) ± 10%
Đường kính vỏ phản xạ 125 ± 3 µm
Độ đồng tâm của trường mode tại bước
sóng 1550 nm ≤ 1 µm
Độ không tròn đều của trường mode Rất nhỏ, không ảnh hưởng đến lan truyền và đấu nối tín hiệu
Độ không tròn đều của vỏ phản xạ ≤ 2%
Suy hao uốn cong ở bước sóng 1550 nm ≤ 1 dB khi uốn cong 100 vòng với bán kính uốn cong 37.5 mm
Hệ số suy hao ≤ 0.5 ở vùng bước sóng 1310 nm ≤ 0.3 ở vùng bước sóng 1550 nm
Hệ số tán sắc
≤ 3.5 (1285 -1330 nm)