MỞ ĐẦU Trong những năm gần đảy chúng ta đã chứng kiến sự phát triển ch- a từng cố về nhu cầu sử dụng băng thông truyền dẫn, chính điều này dã sản sinh ra một l-ợng thông tin rất lớn truyền tải trên mạng tạo ra nhiễu ấp lực mới cho mạng hiện tại. Hãng tần truyền dẫn trở thành tài nguyên quý giá hơn bao giờ hết Bên cạnh đó độ tin cậy của mạng cũng là vấn để đ- ọc đặt ra với các nhà cung cấp mạng, điều đồ lầm cho mạng truyền dẫn càng Irở nên cổng kểnh, phức tạp với nhiều cơ chế bảo vệ và khôi phục l-u ]-ợng, đẫn đến việc sử dụng băng tần kém hiệu quã. Dé dap ứng yêu cầu trên, cho đến nay sợi quang vấn đ- ợc xem là môi tr- ờng lý t-ổng cho việc truyền tải lu l-ợng cực lớn. Có hai giải pháp để mở rộng dung 1- ợng truyền dẫn đó là sử dụng kỹ thuật ghép kênh.
theo thời gian (TDM) và tang số l- ợng b- ớc sống truyền trong sợi quang (WDM) Ghép kênh theo thời gian là một kỹ thuật đã d- ợc hoàn thiện, tốc độ truyền dần có thể đạt tới LOGbps và có thể đạt cao hơn nữa, Tuy nhiên với tốc độ bịL lần nh- vậy thì mức độ phức lạp của thiết bị ghép kênh và thiết bị điểu chế lầm cho chỉ phí sản xuất trở nên quá cao, ngoài ra ảnh h- ổng của các tham số truyền dẫn đến chỉ tiêu của hệ thống tăng cùng tốc độ bịt, tán sắc sợi quang sẽ làm giảm cự ly đoạn lặp đáng kể khi độ rộng xung phát hẹp, tăng công suất phát cũng làm tăng ảnh h- ởng của các hiệu ứng phi tuyến làm ảnh h- ởng tới chất I- ợng truyền dẫn. Khi tốc độ truyền dẫn từ 10Gbps trở lên ảnh h- ởng của tán sắc phân cực mode sẽ làm thay đổi các chỉ tiêu hệ thống và giới hạn cự ly truyền dẫn Trong hệ thống thông tin điểm nối điểm thông th- ờng tr- ớc đây, một sợi quang chỉ truyền dẫn một b- ớc sống, với một nguồn phát quang ở phía phát, một bộ tách sóng quang ở phía thu. Với hệ thống nh- 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. Một ý t-ởng hoàn toàn c6 lý khi che ràng có thể truyền dân đồng thời nhiều tín hiệu quang từ các nguồn quang khác nhau cổ các b- ớc sống phát khác nhau cho các nguồn thông tin độc lập.
Kỹ thuật ghép kênh theo b-ớc sóng W DM sẽ thực hiện ¥ t- dng này, trơng đó mỗi b- ớc sống có thể mang các kiểu l-u -ợng khác nhau nh- các tốc độ STM-n của SDH, A'TM hoặc Hthernet Gigabit., diểu này có nghĩa là hệ thống WDM có giao diện mổ. Đặc diểm này làm cho W DM thích tứng linh hoạt trong môi trong l-u l-ợng hoà trộn và mẫu bu Lợng thay đổi. Do đó WDM trở thành công nghệ tất yếu trong mạng truyền dẫn, bay cu thé hon là công nghệ tạo ra lớp mạng quang Irong 1- ong lai. Hiện nay trên thế giới đã có nhiều nhà cung cấp thiết bị WIDM nh- Siemens, Alcatel, Nortel, NHC, Hujitsu ., việc lựa chợn thiết bị từ nhà cung cấp nao dé sử dụng có hiệu quả nhất đối với các tuyển thông tin d- dng trục quốc gia trên cơ sở mạng cũ cũng lä một vấn để quan trọng cần phải đại ra.
Õ Việt Năm, chúng ta dã nắng cấp dung l-ợng d- ðng trục Hà Nội — 'TP.Hồ Chí Minh lên tốc dộ 20Gbps sử dụng kỹ thuật WI2M. Việc triển khai kỹ thuật này trong mạng truyền dẫn sẽ d- ợc thúc dẩy nhanh chống trên mọi tuyến đ- ờng trục và cả các tuyến nội tỉnh, tại những nơi nhú cầu 1-u Lợng đang gia tăng nhanh chống. "Trong khuôn khổ của cuốn luận văn này, tác giả giới thiệu đến bạn đọc một cách hệ thống từ nguyên lý cơ bản nhất kỹ thuật ghếp kênh theo. b-ớc sóng, phản tích cắc thông số quan trọng khi triển khai hệ thống WI)M đến ph- ơng pháp thiết kế và lựa chọn giải pháp phù hợp khi xây dựng các tuyến truyền dẫn quang W DM ở n- ớc la.
trên vũng mảng sợi quang tuỳ thuộc vào giá trị từng b- đc sống. Cấu trúc này có hệ số hội tụ và truyền đạt bằng 1; vì vậy, hiệu suất ghép khá cao, đặc biệt néu sir dung g- ong parabol thi quang sai ral nhỏ, gần bằng 0, Số Lợng các kênh có thể ghép trong thiết bị phụ thuộc nhiều vào phổ của nguồn quang: từ năm 1993 đã có thể ghép đ- ợc 6 kênh (đối với nguồn LED), 22 kénh (đổi với nguồn Laser); nếu sử dụng kỹ thuật cắt phổ của nguồn phat LED để nâng cao số kênh ghép thì có thể ghép tới 49 kênh. Đối với nguồn đơn sắc, suy hao xen của thiết bị ghép rất nhỏ (<2 dH), và có thé đạt đến 0,5 dB cho thiét bi don mode ving Ð- ớc sóng 1540 nm đến 1560 nm. Lãng kính chuẩn Cách tử Lang kinh Grin Cách tử Hình 1.
Bộ tách L1 ghén kênh với lăng kính Grin và Grating phẳng Ch- ong1: CO SO GHEP KENH THEO BOGC SONG 1. Thiết bi WDM làm việc thco nguyên lý tán sắc góc Các thiết bị quang theo nguyên lý tán sắc góc bao gồm: lãng kính, cách tử quang, cách tử Bmgs. Theo nguyên tắc này, các b- đc sống khác nhau sẽ d- ợc tách thành các h- đng khác nhau theo nguyên tắc tán sắc gốc 1. Dùng lãng kinh làm phần tử tán sắc sóc “Trong giai doạn đầu cũa kỹ thuật WDM nạ- oi ta th- ờng dùng lăng kính để làm phần tử tần sắc góc.
Do hiện t- ợng chiết suất phụ thuộc vào l- đc sống ánh sáng tức là n = n (À) nên chùm tỉa sáng cổ các b- ớc sống khác nhau ở đầu vào sẽ bị lăng kính phân thành các tia sáng đơn sắc khác nhau theo cdc h- dng khác nhau ở đầu ra theo định luật Sneel (sự phụ thuộc của chiết suất vật liệu lầm lãng kính theo b- ớc sóng). aT mee | Với: i 4 ° ¡là gốc tới. ® —A là góc đỉnh của lãng kính.1, Tân sắc đàng lăng kính ® _n là chiết suất vật liệu làm lang kính. Nh- ợc điểm: tán sắc dùng làm lăng kính là mức độ tấn sắc thấp nên khố tách đ- ợc các b- ớc gần nhau.
Vì vậy ng- ời ta chỉ cố thể dùng lăng kính trong 1r- ờng hợp tách các b- ớc sống ở hai cửa số truyền dẫn khác nhau (ví dụ một b- ớc sóng Âu ở cửa số 1300nm; 2À thuộc cửa sổ 1550nm), Hình 1.3 là cấu hình đơn giản của một bộ thép kênh của Finke. Trong đó, đầu mảng sợi quang đ- ợc đạt tại tiêu cự của một thấu kính trồn, phần tứ lan sac goo grating đ- ợc đạt tại tiêu cự bên kia của thấu kính đó. Bộ giải ghép Xênh thực tế loại này đã thực hiện tách từ 4 đến 6 kênh với suy hao khoảng 1,2 đến 1,7 đi (triển vọng có thể tách đ- ợc 10 kênh). Thấu kinh Cách tử Đầu mảng sợi tròn xã Do As +) Hình 1.
Sơ đà bộ tách ghép kênh grating của Finke Tĩnh 1.4 là bộ tách kênh cấu tạo gồm một lãng kính chiết suất gradient đặt tr ớc một phần tữ tấn sắc góc là một cách tử phẳng, Bộ tách kênh này đã đ- ợc chế tạo để tách 5 kênh với suy hao từ 0,9 đến 2 dB.5, đầu mảng cấc sợi quang d- ợc đặt tr- đc một khe đã d- ge quang khắc trên mặt cách tử phản xạ phẳng dat vuông gốc với các rãnh cách tử. G-ong lém cố tác dụng làm thay déi h-éng của bất kỳ một tia đa b- đc sống phân kỳ nào thành mội tia song sơng quay trở lại cách tử, tỉa này khi đến cách tử số bị tần sắc và phản xạ trở lại g-ơng, phản xạ một lẩn nữa, lạo ảnh Âitha+ Ân tÀa Hình 1. Tách [1 ghép kênh với (iraling khe quang khắc và g- ơng lốm Một ứng dụng của cách tử lõm nh- chỉ ra trên hình I.6, thiết bị loại này có vẻ nh- đơn giản hơn vì không sử dụng phần tử hội tụ quang (thấu kính hoặc lãng kính). Thiết bị loại này dã thực hiện ghép 4 kênh, suy hao 2,6 đi; nó có nh- ợc điểm là quang sai không ổn dịnh trong dải phổ rộng.
Tom lại thiết bị WDM dũng cách tử nh- phần tữ tần sắc góc để tách- ghép b- ớc sống th- ững sử dụng theo cách nh- chỉ ra trên các hình 1. Sự kết hợp giữa cách tử tán sắc góc và g-ơng lãm phản xạ nh- để cập trên hình 1.5; nếu dùng g-ơng lõm là g-ơng parabol thì có thể hiệu chỉnh quang sai, với hai vật liệu chế tạo có hệ số tán sắc nh- nhau thì quang sai hình học cố thể đ- ợc hiệu chỉnh, không sinh ra b- ớc sóng mới (hiện 1- ợng đổi màu). Cách tửlòng [ chao a Các sợi đầu ra Sợi vào a“ ° Hình 1.4 Bộ ghép kênh dùng cách tử có hiệu chỉnh quang sai tính tr- ớc trên vũng mảng sợi quang tuỳ thuộc vào giá trị từng b- đc sống. Cấu trúc này có hệ số hội tụ và truyền đạt bằng 1; vì vậy, hiệu suất ghép khá cao, đặc biệt néu sir dung g- ong parabol thi quang sai ral nhỏ, gần bằng 0, Số Lợng các kênh có thể ghép trong thiết bị phụ thuộc nhiều vào phổ của nguồn quang: từ năm 1993 đã có thể ghép đ- ợc 6 kênh (đối với nguồn LED), 22 kénh (đổi với nguồn Laser); nếu sử dụng kỹ thuật cắt phổ của nguồn phat LED để nâng cao số kênh ghép thì có thể ghép tới 49 kênh.
Đối với nguồn đơn sắc, suy hao xen của thiết bị ghép rất nhỏ (<2 dH), và có thé đạt đến 0,5 dB cho thiét bi don mode ving Ð- ớc sóng 1540 nm đến 1560 nm. Lãng kính chuẩn Cách tử Lang kinh Grin Cách tử Hình 1. Bộ tách L1 ghén kênh với lăng kính Grin và Grating phẳng Hình 1. Sử dụng cách tử dễ tách b- ớc sóng Ph-ơng trình trên cho thấy rõ ràng góc nhiễu xạ Ở phụ thuộc vào b- ớc sống À.
của ánh sáng tới. Nh- vậy cũng giống nh- lãnh kính, ánh sáng không. đơn sắc ở đầu vào, sau khi qua cách tử sẽ đ- ợc tách thành các tia sáng đơn sắc. ổ đầu ra theo các góc khác nhau.
Khác với lăng kính. cách tử nhiễu xạ cho các góc tần sắc lớn hơn.