CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN
QUANG BĂNG RỘNG
Ngành viễn thơng có vai trị quan trọng đến sự phát triển của nền kinh tế xã hội
và cuộc sống của con người, sự phát triển nhanh chóng của Internet và điện thoại di
động làm gia tăng nhu cầu băng thông, nhu cầu cung cấp dịch vụ của người dùng, dẫn
đến sự cần thiết phải phát triển của mạng truyền dẫn quang băng rộng.
Trong mạng viễn thơng số ln có ba phương thức truyền dẫn chính đó là truyền
dẫn vi-ba số, truyền dẫn vệ tinh số và truyền dẫn cáp sợi quang, trong đó, hệ thống
truyền dẫn quang đã và đang được sử dụng rộng rãi trong mạng viễn thông số vì có chất
lượng tốt, dung lượng kênh truyền cao, suy hao sợi quang thấp, truyền được nhiều kênh
dịch vụ số hội tụ như thoại, hình ảnh, dữ liệu với chất lượng cao.
Nội dung trong chương trình bày các chủ đề về cấu trúc, các yếu tố ảnh hưởng
đến chất lượng của mạng truyền dẫn quang băng rộng.
Mục tiêu của chương là giúp người hoc hiểu được các kiến thức cơ bản về mạng
truyền dẫn quang băng rộng để có thể thực hiện các bài toán thiết kế, tổ chức, lắp đặt,
bảo dưỡng thiết bị quang trong thực tế.

1.1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG BĂNG RỘNG
1.1.1. Giới thiệu

Hình 1.1. Cấu trúc mạng truyền dẫn số đa nốt mạng [1]
1


Trong mạng viễn thơng số ln có ba phương thức truyền dẫn chính đó là truyền
dẫn vi-ba số (Micro wave), truyền dẫn vệ tinh số (Satellite) và truyền dẫn cáp sợi quang
(Optical fiber). Mạng viễn thơng số có cấu trúc đa dạng tùy thuộc vào cấu trúc địa hình
và hạ tầng kỹ thuật mạng, mơ hình mạng truyền dẫn số cho phép kết nối hiệu quả các nốt
trung tâm dịch vụ mạng và các nốt truy nhập thuê bao, như hình 1.1, trong đó phương
thức truyền dẫn cáp sợi quang được chọn làm phương thức truyền dẫn chính.
Ưu điểm của hệ thống truyền dẫn sợi quang là hệ thống có cấu trúc đa dạng, dung

lượng kênh truyền cao, chất lượng tốt, giá thành thấp, dễ triển khai, bảo mật cao. Sợi
quang có băng thơng rộng, hệ số suy hao thấp cho phép truyền được nhiều kênh dịch vụ
thoại, số liệu, hình ảnh chất lượng cao, cự ly truyền dẫn rất dài.

1.1.2. Cấu trúc cơ bản của một tuyến truyền dẫn quang
Mạng truyền dẫn quang được thiết lập để truyền dẫn các luồng dữ liệu số tốc độ
cao và các ứng dụng dịch vụ của người dùng trong mạng viễn thông, tuyến truyền dẫn
quang cơ bản từ nốt A đến nốt B và các nốt chuyển tiếp trên một cự ly L(km) được mơ tả
như hình 1.2.

Hình 1.2.a: Cấu trúc tuyến thông tin quang cơ bản
2


Hình 1.3.b: Cấu trúc tuyến thơng tin quang cự ly dài có nhiều trạm chuyển tiếp quang
Cấu trúc tuyến truyền dẫn quang cơ bản được chia thành các phần tử chính:
Trạm đầu cuối quang: Thiết bị tại trạm đầu cuối quang TRM (Terminal
Multiplexer Station): bao gồm thành phần thiết bị ghép/phân kênh đầu cuối MUX và
DEM, để ghép các kênh dữ liệu số thành phần thành kênh dữ liệu số truyền dẫn và xử lý
kênh tín hiệu số thu được phân chia thành các kênh đầu cuối thành phần, thiết bị phát tín
hiệu quang (Laser), và thiết bị thu tín hiệu quang (Photodiod).
Sợi quang: Sợi quang là sợi thủy tinh SiO2, kết nối trực tiếp giữa thiết bị phát
quang và thiết bị thu quang.
Thiết bị trạm chuyển tiếp quang RS (Repeater stations): Trạm chuyển tiếp quang
là thiết bị thu tín hiệu quang, khuếch đại và phát chuyển tiếp tín hiệu quang, trạm lặp
quang chỉ sử dụng trên các tuyến truyền dẫn có cự dài, hoặc sử dụng trên tuyến truyền
dẫn quang có nhiều nút mạng, có 2 loại trạm lặp quang là trạm khuếch đại chuyển tiếp
trực tiếp REG (Regenerator Station) và trạm khuếch đại chuyển tiếp có rớt và xen kênh
thành phần ADM (Ad/Drop Multiplexer). Xét theo tính chất truyền tín hiệu quang thì
trạm chuyển tiếp quang có 2 loại trạm là trạm chuyển tiếp Quang-Điện-Quang và trạm

chuyển tiếp Quang-Quang.
Trong giai đoạn đầu các hệ thống truyền dẫn quang băng rộng sử dụng kỹ thuật
ghép kênh cận đồng bộ PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) và ghép kênh đồng bộ
số SDH (Synchronous Digital Hierarchy), dung lượng các đường truyền dẫn quang tăng
theo cấp bậc sử dụng của các chuẩn ghép kênh PDH/SDH, tốc độ gia tăng đến 64 Gbps
và trong giai đoạn tiếp theo hệ thống truyền dẫn quang băng rộng sử dụng cơng nghệ
ghép kênh theo bước sóng WDM để thiết kế các đường truyền dẫn số có tốc độ tăng lên
đến hàng hàng trăm Gbps.

1.2. CẤU HÌNH CÁC LOẠI MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG BĂNG RỘNG
Có 4 loại cấu hình mạng tiêu biểu trong mạng truyền dẫn quang là: mạng truyền
dẩn quang điểm - điểm, mạng truyền dẫn quang tuyến tính, mạng truyền dẫn quang vịng
ring, mạng truyền dẫn quang kết hợp

3


1.2.1. Tuyến truyền dẫn quang đơn hướng và song hướng
Căn cứ và phương diện truyền sóng ánh sáng trong sợi quang, tuyến truyền dẫn
quang được phân chia thành hai loại cơ bản là tuyến truyền dẫn quang đơn hướng và
tuyến truyền dẫn quang song hướng, cấu trúc tuyến như hình vẽ 1.3, 1.4.
Tuyến truyền dẫn quang đơn hướng là hệ thống truyền dẫn tín hiệu quang giữa hai
trạm đầu cuối, sử dụng ít nhất hai sợi quang, một sợi truyền tín hiệu phát, một sợi để thu
tín hiệu quang, tín hiệu quang trên mỗi sợi có cùng bước sóng hoặc sử dụng hai bước
sóng khác nhau.

Hình 1.3: Cấu trúc một tuyến thông tin quang đơn hướng
Tuyến truyền dẫn quang song hướng là hệ thống truyền dẫn tín hiệu quang giữa
hai trạm đầu cuối, chỉ sử dụng một sợi quang, để truyền tín hiệu phát, và nhận tín hiệu
thu, tín hiệu phát quang và tín hiệu thu quang truyền theo hai hướng trên cùng một sợi

quang, theo hai bước sóng khác nhau và sử dụng bộ lọc bước sống để phân chia tín hiệu
quang cho máy phát và máy thu quang.

Hình 1.4: Cấu trúc một tuyến thông tin quang song hướng
Cấu hình của mạng truyền dẫn quang được sử dụng tùy thuộc vào cấu trúc địa
hình và các loại hình dịch vụ truyền dẫn.

4


1.2.2. Mạng truyền dẫn quang điểm - điểm (Point to Point)

Hình 1.5: Mạng truyền dẫn điểm – điểm.
Mạng truyền dẫn quang điểm – điểm, được thiết lập để truyền tính hiệu quang
giữa hai trạm đầu cuối quang, thiết bị đầu cuối quang TRM (Transmiter and Receiver
Module terminal) tại hai trạm đầu cuối quang được nối trực tiếp với nhau bằng một đơi
cáp quang.
Các luồng tín hiệu số PDH hoặc SDH bậc thấp được nối vào phần thiết bị ghép và
phân kênh tại trạm đầu cuối TRM. Cấu hình này được sử dụng nhiều trong mạng nội hạt,
mạng tiếp cận thuê bao, đặc điểm của mạng là rất đơn giản, dễ dàng cho phép mở rộng
mạng trong tương lai. Cấu trúc này phù hợp với các đường truyền có cự ly ngắn, cự ly
trung bình. Chi phí đầu tư thấp, thời gian lắp đặt nhanh. Nhược điểm của hệ thống là
không có tuyến truyền dẫn cáp quang dự phịng, khơng bảo vệ tuyến, khi xảy ra sự cố đứt
cáp, thì tuyến ngưng hoạt động.
Tham số kỹ thuật của tuyến được xác định theo các thông số sau:
1. Cự li của tuyến truyền dẫn quang ký hiệu là L(km) là chiều dài sợi quang sử
dung để kết nối hai trạm đầu cuối quang.
2. Luồng dữ liệu số truyền dẫn d(t) có tốc độ truyền là R b(bps), cơng thức tính phổ
tần cực đại là:
(1.1.a)

trong đó α là hệ số lài của bộ lọc số
3. Công suất phát quang của nguồn quang là Pt(dBm).
4. Bước sóng nguồn quang phát là λ(nm).
5. Băng thơng kênh truyền tín hiệu số trên sợi quang là B(Hz); cơng thức tính băng
thơng kênh truyền ứng với luồng số điều chế quang nhị phân là:
.
6. Cơng suất tín hiệu quang thu thực tế là Pr(dBm).

(1.1.b)

7. Độ nhạy máy thu quang là mức công suất thu nhỏ nhất theo yêu cầu về chất
lượng thu tín hiêu có tỷ số bít lỗi BER là 10-n , ký hiệu là Pr-min(dBm/ BER=10-n).
5


8. Độ tán sắc cho phép của thiết bị thu quang là Dt(ps).
Gọi αtb-max(dB/km) tổng suy hao trung bình trên 1km cáp quang, trong đó có
α0(dB/km) suy hao trung bình của vật liệu trên 1km cáp quang, α tb-hn-1km(dB/km) suy hao
trung bình hàn nối trên 1km cáp quang, αdp-hn-1km(dB/km) suy hao trung bình dự phịng hàn
nối bổ sung trên 1km cáp quang khi có sự cố đức cáp cần hàn nối thêm hay còn gọi là suy
hao dự phòng 1km cáp ký hiệu là: αdp-1km-cap(dB/km).
Cơng thức tính cơng suất tín hiệu thu quang trong mạng truyền dẫn quang điểm –
điểm được tính như sau:
(1.1.c)
Pr (dBm)  Pt (dBm)  nC C (dB / unit )   dpthbi (dB )  L(km). tb max (dB / km)
Trong đó, nC là số connecter sử dụng tại đầu phát và đầu thu để kết nối với sợi
quang, mỗi tuyến cần ít nhất 2 connecter, αC(dB/unit) là suy hao của một connecter
quang, theo chuẩn ITU thì suy hao connecter phải nhỏ hơn 0,1(dB/unit), suy hao của một
mối hàn phải nhỏ hơn 0,1(dB/mh).
Qũy công suất tín hiệu quang giữa máy phát và độ nhạy máy thu quang trong

trường hợp có dự phịng sự lão hóa thiết bị thu phát được tính như sau:

P(dB)  Pt (dBm)  nC C (dB / unit )  adpthbi (dB)  Pr  min (dBm / BERreq )

(1.2)

Cự ly cực đại của tuyến truyền dẫn quang cho phép để truyền được tín hiệu quang
giữa máy phát và máy thu theo đúng yêu cầu về mức độ nhạy thu quang trong trường hợp
có dự phịng thiết bị được tính như sau:

Lmax (km) 

P(dB)
 tb  max (dB / km)

(1.3.a)

Nếu cự ly truyền dẫn của tuyến truyền dẫn quang trong thực tế lớn hơn L max; tổng
suy hao trên tuyến lớn, độ dự trữ quỹ công suất thu phát quang của thiết bị quang TRM
khơng đảm bảo u cầu, thì cần phải thay đổi bước sóng quang theo hướng tăng để giảm
suy hao quang, nếu điều đó khơng đạt được thì cần phải thiết lập thêm các trạm khuếch
đại chuyển tiếp quang.
Số trạm khuếch đại chuyển tiếp quang được tính theo công thức sau:

L
( km) 
N repeater-station ( stations)   thucte
 1
 Lmax (km)
 Round


(1.3.b)

Trong đó, khái niệm hàm Round là biểu thức trong dấu ngoặc được làm tròn theo hướng
tăng khi xuất hiện số lẽ.

6


1.2.3. Mạng truyền dẫn quang tuyến tính (Liner Network)

Hình1.6: Cấu hình mạng truyền dẫn quang tuyến tính
Ký hiệu TRM: là trạm đầu cuối quang; REG: là trạm khuếch đại chuyển tiếp trực
tiếp; ADM: là trạm khuếch đại chuyển tiếp có xen và rớt kênh; L(km) là chiều dài toàn
tuyến truyền dẫn quang.
Mạng truyền dẫn quang tuyến tính cự ly dài có nhiều trạm chuyển tiếp được mơ tả
như hình 1.6, cấu hình mạng truyền dẫn quang tuyến tính được ứng dụng trên các tuyến
truyền dẫn đường trục, có cự ly truyền dẫn dài, dung lương lớn, tuyến được thiết kế thêm
các trạm khuếch đại chuyển tiếp trung gian (Repeater Station), trạm chuyển tiếp có chức
năng khuếch đại chuyển tiếp tín hiệu, trạm chuyển tiếp có hai loại là trạm khuếch đại
chuyển tiếp trực tiếp REG và trạm khuếch đại chuyển tiếp có xen và rớt kênh ADM.
Mạng truyền dẫn quang tuyến tính thường dùng phương thức truyền dẫn cáp treo,
cáp chôn và cáp biển. Dung lượng truyền dẫn trên tuyến là N luồng PDH hoặc SDH được
phân chia cho các trạm đầu cuối và các trạm chuyển tiếp có rớt và xen kênh. Cấu hình
này được sử dụng dễ dàng cho phép mở rộng mạng trong tương lai, Chi phí đầu tư hợp
lý, thời gian lắp đặt nhanh. Nhược điểm của nó là khơng có tuyến truyền dẫn cáp quang
bảo vệ, khi xảy ra sự cố đứt cáp, thì tuyến ngưng hoạt động ở các trạm phía sau.

1.2.4. Mạng truyền dẫn quang vịng (Ring Network)
Cấu hình mạng truyền dẫn quang kết nối thàng vịng kín, thường gọi là mạng vịng

RING, như hình vẽ 1.7, mạng vịng ring được thiết kế khi trong địa hình mạng có từ 3
điểm truyền dẫn trở lên, từ một điểm có hai hướng truyền đến điểm đối diện. Dữ liệu
được truyền được thiết kế truyền theo hai hướng truyền khác nhau bằng các đôi cáp sợi
quang khác nhau và được nối lại thành vịng kín. Mạng vòng ring sử dụng các thiết bị
ghép kênh ADM (add- drop multiplexer) cho phép xen rẽ các loại luồng số PDH, SDH
tạo nên nhiều ưu thế trong việc thiết kế tổ chức mạng viễn thông.
7


Hình 1.7: Cấu hình mạng truyền dẫn vịng ring
Gọi N(A, B) là dung lượng kênh liên lạc giữa hai trạm đầu cuối A và B. N(A,C i) là
dung lượng kênh liên lạc giữa trạm A với từng trạm chuyển tiếp C i; N(B,Ci) là dung
lượng kênh liên lạc giữa từng trạm chuyển tiếp C i tới trạm đầu cuối B; N(C i;Ck) là dung
lượng kênh liên lạc truyền dẫn giữa trạm chuyển tiếp thứ i với từng trạm chuyển tiếp k,
thì cơng thức tính tổng dung lượng kênh sẽ là:
(1.4)
Mạng vịng ring cho phép hệ thống truyền dẫn quang ln được bảo vệ, khi có sự
cố trên bất kỳ hướng nào thì tín hiệu vẫn được truyền trên hướng ngược lại, độ an tòan
trên mạng tốt hơn. Mạng được áp dụng trong mạng nội hạt, mạng đường dài liên tỉnh,
mạng quốc tế, dung lượng kênh lớn. Các nút trong mạng vòng đều sử dụng các bộ xen rẽ
ADM được thiết kế theo hai dạng cấu hình ứng với trạm đầu cuối TRM hoặc trạm chuyển
tiếp có xen và rớt kênh.
Mơ hình bảo vệ trong mạng vịng RING, được thiết kế để tăng khả năng bảo vệ
trong mọi trường hợp khi có một hướng đường dây cáp quang bị sự cố. Hai loại cấu hình
bảo vệ ứng dụng trong mạng vịng Ring là mạng vòng ring bảo vệ một hướng SP-RING
và mạng Ring bảo vệ hai hướng DP-RING. Cấu hình bảo vệ SP-Ring và DP-Ring như
hình vẽ sau:

8



Hình 1.8: Sơ đồ kết nối mạng vịng ring đơn hướng SP-RING.
Mạng vòng SP-RING (Shared Protection Ring) tổ chức truyền dẫn theo hai hướng,
mỗi hướng truyền dẫn trên một đôi cáp quang, tại các nút mạng sử dụng thiết bị ghép
kênh ADM có thể ghép xen và tách rớt dữ liệu số bậc thấp. Trên một đôi cáp quang của
mỗi hướng có N khe thời gian để truyền N kênh tín hiệu số; trong đó phân chia N/2 khe
thời gian để truyền N/2 kênh tín hệu số và N/2 khe thời gian còn lại để dự phòng cho N/2
kênh dữ liệu số của hướng có sự cố.
Mạng vịng SP-RING có dung lượng kênh làm việc tối đa trên một hướng chỉ có
50%. Để tăng dung lượng các nhà thiết kế xây dựng mạng vòng DP-RING.

9


Hình 1.9: Mạng vịng ring DPRING
Mạng vịng DP-RING (Dedicated Protection Ring) tổ chức truyền dẫn theo hai
hướng; mỗi hướng truyền dẫn trên hai đôi cáp quang, tại các nút mạng sử dụng thiết bị
ghép kênh ADM theo cấu hình (1+1) có thể xen và rớt kênh số theo hai hướng.
Trên một đơi cáp quang của 1 hướng có N khe thời gian để truyền N kênh tín hệu
số và trên đơi cáp quang cịn lại có N khe thời gian để truyền N kênh dự phòng. Dung
lượng của hệ thống tối đa 100%. Mạng vịng DPRING có thể dùng thiết bị đầu cuối
quang TRM hoặc thiết bị chuyển tiếp quang ADM.

1.2.5. Mạng truyền dẫn quang kết hợp
Để tăng khả năng bảo vệ và chia tải dung lượng trong các hướng truyền dẫn, các
kỹ sư thiết kế đã xây dựng cấu hình mạng phức hợp đa hướng (Multipath) trên cơ sở kết
hợp các loại mạng điểm điểm, mạng tuyến tính, và mạng vịng ring.

Hình 1.10: Cấu hình mạng truyền dẫn quang băng rộng hỗn hợp
Mạng phức hợp có độ tin cậy cao, dung lượng truyền dẫn rất lớn cho phép truyền

được loại dịch vụ về thoại, số liệu và hình ảnh, linh hoạt trong việc phân chia kênh dữ
liệu cho các nút truy cập. Trong mạng có trạm làm chức năng đầu cuối, có trạm làm chức
năng trạm chuyển tiếp trực tiếp hoặc chuyển tiếp có rớt và xen kênh nhờ sử dung các bộ
kết nối chéo số DXC.
Các nút mạng sử dụng thiết bị ADM và có gắn theo thiết bị kết nối chéo số DXC
(Digital Cross Conecter), làm chức năng tách, ghép, và kết nối chéo các luồng số tạo nên
sự phân bố tổ chức mạng truyền dẫn số rất linh hoạt. Việc kết nối chéo tại các trạm thực
hiện bằng chương trình điều khiển mạng tự động.

10


1.2.6. Mạng truyền dẫn quang hình sao
Mạng hình sao được thiết kế ứng dụng cho các thành phố, khu vực đơ thị là trung
tâm chính và kết nối với các khu vực ngoại vi. Sơ đồ thiết kế như hình 1.11. Ưu điểm của
cấu hình mạng hình sao là trạm trung tâm đóng vai trị trạm chính, trạm chủ, có chức
năng quản lý, phân chia lưu lượng, giám sát và vận hành tự động tập trung chung cho các
nút mạng. Nhược điểm là khơng bảo vệ cáp trên từng nút.

Hình 1.11: Sơ đồ mạng hình sao
Các nút mạng sử dụng thiết bị đầu cuối quang TRM và thiết bị ghép tách kênh dữ
liệu số. Trạm trung tâm sử dụng thiết bị kết nối chéo số DXC (Digital Cross Conecter),
làm chức năng tách, ghép, và kết nối chéo các luồng số phân chia cho các nút tạo nên sự
phân bố tổ chức mạng truyền dẫn số rất linh hoạt, việc kết nối chéo tại trạm trung tâm
thực hiện bằng chương trình điều khiển mạng tự động.

11


1.2.7. Mạng truyền dẫn quang mắc lưới

Trong mạng viễn thông có N nút truy cập mạng phân bố trên khu vực rộng, đa
tuyến và đa hướng truyền, và có yêu cầu kết nối giữa các nút mạng, vì vậy các kỹ sư thiết
kế mạng truyền dẫn mắc lưới. Sơ đồ mạng truyền dẫn quang mắc lưới như hình 1.12, là
sự kết hơp giữa cấu hình mạng hình sao và mạng vịng ring, tại mỗi nút sẽ có các tuyến
truyền dẫn đến các nút còn lại. Ưu điểm của mạng mắc lưới là từ 1 nút có các đường kết
nối đến các nút cịn lại, có tính bảo vệ mạng cao. Nhược điểm là chi phí tăng

Hình 1.12: Sơ đồ mạng hình mắc lưới 6 nút mạng

1.3. MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG BĂNG RỘNG GHÉP KÊNH THEO
BƯỚC SÓNG WDM
1.3.1. Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng WDM
1.3.1.1. Dẫn nhập
Sự phát triển mạng Internet và mạng điện thoại di động, làm gia tăng nhu cầu băng
thông, và nhu cầu cung cấp dịch vụ của người dùng tăng nhanh, dẫn đến sự cần thiết phát
triển của mạng truyền dẫn quang dung lượng cao và cơng nghệ truyền dẫn quang ghép
kênh theo bước sóng WDM (Wavelength Division Multiplexing) được nghiên cứu và
phát triển.
Kỹ thuật truyền dẫn quang phân chia bước sóng WDM là hệ thống truyền dẫn tín
hiệu trên một sợi quang, có nhiều bước sóng quang khác nhau cùng truyền tín hiệu số từ
máy phát đến máy thu. Trong đó, mỗi nguồn quang tạo ra mỗi bước sóng thành phần để
mang một luồng dữ liệu số thành phần có tốc độ là Bi(Gbps). Cơng nghệ WDM có thể
12


mang đến giải pháp tối ưu nhất vì nó phát triển trên nền hệ thống truyền dẫn quang SDH
có dung lượng truyến là 2,5 Gbps để ghép lại thành các hệ thống truyền dẫn quang băng
rộng có tốc độ tăng lên 10 Gbps và tăng đếm 100Gbps.

1.3.1.2. Bảng phân chia các băng bước sóng quang

Cơng nghệ truyền dẫn quang WDM cho phép tăng băng thông đường truyền bằng
cách tận dụng cửa sổ làm việc của sợi quang trong khoảng bước sóng 1260 nm đến 1675
nm. Độ rộng băng bước sóng quang được chia làm nhiều băng sóng khác nhau và hoạt
động trên cùng một hệ thống truyền dẫn quang
Hệ thống WDM hoạt động ở cả băng C và băng L, nếu theo chuẩn ITU-T, xét
khoảng cách giữa các kênh bước sóng là 100 Ghz, sẽ có 32 kênh bước sóng thành phần
hoạt động trên mỗi băng. Dung lương băng thông tối đa hệ thống truyền dẫn quang
WDM trên một băng sóng quang là B=32*Bi(Gbps).
Nếu vẫn giữ nguyên tốc độ bit trên mỗi kênh truyền là Bi(Gbps), dùng công nghệ
WDM trên hai băng sóng C và L thì băng thơng truyền dẫn quang WDM trên một sợi
quang tăng lên gấp đôi, B=2*32*Bi(Gbps)= 64*Bi(Gbps).
Sử dụng cơng nghệ WDM nhằm mục đích tận dụng băng tần truyền dẫn rất lớn
của sợi quang bằng cách truyền đồng thời nhiều kênh bước sóng trên cùng một sợi quang.
Tuy nhiên, để tránh hiện tượng nhiễu xuyên kênh, giữa các kênh phải có khoảng cách
nhất định. Tiêu chuẩn hóa viễn thơng của Liên minh viễn thơng quốc tế 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 200 Ghz, 100 Ghz, 50 Ghz.
Bảng 1.1: Bảng phân chia các băng sóng quang sử dung trong hệ thống quang WDM
Băng sóng

Thuật ngữ

Giải bước sóng (nm)

Giải tần số (THz)

Băng O

Original


1260 đến 1360

238.1 đến 206,6

Băng E

Extended

1360 đến 1460

220.6 đến 205,5

Băng S

Short

1460 đến 1530

205.5 đến 196,1

Băng C

Conventional

1530 đến 1565

196.1 đến 191,7

Băng L


Long

1565 đến 1625

191.7 đến 184,6

Băng U

Ultra-long

1625 đến 1675

184,6 đến 179,1

1.3.1.3. Sơ đồ khối cơ bản hệ thống truyền dẫn quang WDM
Hệ thống truyền dẫn quang ghép kênh theo bước sóng WDM là trong một sợi
quang đồng thời truyền dẫn nhiều bước sóng tín hiệu quang, mỗi bước sóng mang một
kênh dữ liệu số thành phần. Ở đầu phát, nhiều nguồn tín hiệu quang có bước sóng khác
13


nhau được ghép lại thành kênh quang nhiều bước sóng để truyền đi trên một sợi quang. Ở
đầu thu, tín hiệu quang nhiều bước sóng thành phần được phân tách lọc theo từng kênh
quang thành phần có bước sóng thành phần khác nhau để đưa đến bộ tách sóng quang, bộ
tách sóng quang khơi phục lại luồng tín hiệu gốc rồi đưa vào các đầu cuối tương ứng.
Sơ đồ chức năng hệ thống truyền dẫn quang WDM như hình 1.13.

Hình 1.13: Sơ đồ khối hệ thống truyền dẫn quang WDM
Trong đó: Tx(i): thiết bị phát quang SDH thành phần tại đầu cuối tương ứng với
các kênh dữ liệu số thành phân d i(t). MUX: bộ ghép kênh quang theo bước sóng;

DEMUX bộ tách kênh quang theo bước sóng; Rx(i): là bộ tách sóng quang thành phần tại
đầu cuối; EDFA là bộ khuếch đại tín hiệu quang.
Hệ thống truyền dẫn quang WDM phải thực hiện các chức năng sau:
 Thiết bị phát tín hiệu quang thành phần Tx(i): Trong hệ thống WDM sử dụng
nguồn phát quang là laser, thường dùng một số loại nguồn phát như: laser điều chỉnh
được bước sóng (tunable laser), laser đa bước sóng (Multiwavelength laser), mỗi nguồn
phát quang điều chế với một kênh dữ liệu số thành phần, và tạo ra một bước sóng quang
thành phần là λ(i).
 Thiết bị ghép tín hiệu quang theo bước sóng MUX: MUX là thiết bị ghép tín hiệu
quang theo bước sóng, là sự kết hợp một số nguồn quang khác nhau có bước sóng quang
là λ(i), i=1,2,3,…N, để thành một luồng tín hiệu quang tổng hợp đa bước sống truyền
dẫn qua sợi quang.
 Thiết bị phân chia tín hiệu quang theo bước sóng DEMUX: DEMUX là thiết bị
tách tín hiệu quang, phân chia luồng ánh sáng tổng hợp đó thành các tín hiệu ánh sáng
riêng lẽ tương ứng với mỗi bước sóng quang λ(i) để đưa đến cổng đầu vào của mỗi bộ
tách sóng quang tương ứng.
 Thiết bị thu tín hiệu quang Rx(i): Rx(i) là hệ thống máy thu tín hiệu quang, máy
thu quang sử dụng các loại bộ tách sóng quang đặc biệt chất lượng cao. Thường dùng là
bộ tách sóng quang PD (photo diod) hoặc photo diod hiệu ứng thác điện tử APD
(avalence photo diod).
14


 Sợi quang là sợi thủy tinh để truyền dẫn tín hiệu quang đa bước sóng: Q trình
truyền dẫn tín hiệu đa bước sóng trong sợi quang từ điểm A đến điểm B trong khoảng
cách L(km). Chất lượng truyền tín hiệu trên sợi quang trong WDM chịu ảnh hưởng của
nhiều yếu tố như suy hao sợi quang, dịch tán sắc, các hiệu ứng phi tuyến.
 Thiết bị bộ khuếch đại quang sợi EDFA: Trong các tuyến truyền dẫn quang có cự
ly truyền dẫn xa, hệ thống có sử dụng các bộ khuếch đại quang. Hệ thống WDM hiện tại
chủ yếu sử dụng bộ khuếch đại quang sợi EDFA. Mục tiêu dùng bộ khuếch đại EDFA

trong hệ thống WDM là để đảm bảo các yêu cầu về độ lợi khuếch đại đồng đều đối với
tất cả các kênh quang đưa đến bộ ghép kênh theo bước sóng, EDFA có khả năng phát
hiện sự chênh lệch mức công suất đầu vào của các kênh khác nhau, để điều chỉnh lại các
hệ số khuếch đại nhằm đảm bảo đặc tuyến khuếch đại bằng phẳng đối với tất cả các kênh.

1.3.2. Cấu hình hệ thống truyền dẫn quang WDM
Căn cứ và số sợi quang sử dụng trong mỗi tuyến truyền dẫn quang mà chia hệ
thống truyền dẫn WDM thành 2 loại là: hệ thống truyền dẫn quang WDM đơn hướng và
hệ thống truyền dẫn quang WDM song hướng

1.3.2.1. Hệ thống truyền dẫn quang WDM đơn hướng
Hệ thống truyền dẫn quang WDM đơn hướng minh hoạ trên hình 1.14, trong hệ
thống đơn hướng có 2 sợi quang, trên mỗi sợi quang chỉ truyền tín hiệu quang theo một
chiều. 1 sợi truyền tín hiệu phát đa bước sóng và 1 sợi thu tín hiệu đa bước sóng. Tín hiệu
phát và thu độc lập nhau, nên bước sóng quang sử dụng cho đường phát và đường thu có
thể giống nhau. Như vậy, để truyền thơng tin giữa 2 điểm cần 2 sợi quang.

Hình 1.14: Sơ đồ hệ thống truyền dẫn quang đơn hướng

15


1.3.2.2. Hệ thống truyền dẫn quang WDM song hướng
Hệ thống truyền thơng tin giữa 2 điểm chỉ có 1 sợi quang. Sợi quang trong hệ
thống WDM song hướng, có hai chiều truyền tín hiệu quang. Chiều truyền tín hiệu phát
có các bước sóng lẽ lần lược là λ(i), i=1,3,…N, chiều truyền tín hiệu quang thu về có
bước sóng quang là λ(j), j=0,2,4,…N-1, như vậy, trên một tuyến truyền dẫn quang chỉ cần
một sợi quang để có thể trao đổi thơng tin hai chiều giữa 2 điểm.

Hình 1.15: Hệ thống ghép kênh theo bước sóng song hướng.

Ưu điểm của hệ thống truyền dẫn quang song hướng là sử dụng hiệu quả sợi cáp
quang, nhưng cũng có nhiều nhược điểm như: Về khía cạnh thiết kế mạng, hệ thống song
hướng khó thiết kế hơn vì cịn phải xét thêm các yếu tố như: vấn đề xuyên nhiễu do có
nhiều bước sóng hơn trên một sợi quang, đảm bảo định tuyến và phân bố bước sóng sao
cho hai chiều trên sợi quang khơng dùng chung một bước sóng.
Các bộ khuếch đại trong hệ thống song hướng thường có cấu trúc phức tạp hơn
trong hệ thống đơn hướng. Tuy nhiên, do số bước sóng khuếch đại trong hệ thống song
hướng giảm ½ theo mỗi chiều nên ở hệ thống song hướng, các bộ khuếch đại sẽ cho công
suất quang ngõ ra lớn hơn so với ở hệ thống đơn hướng.
Xét về dung lượng, hệ thống đơn hướng có khả năng cung cấp dung lượng cao gấp
đôi so với hệ thống song hướng. Ngược lại, khi xét về số lượng sợi quang cần dùng thì hệ
thống đơn hướng cấn gấp đôi so với hệ thống song hướng.
Hệ thống ghép kênh theo bước sóng song hướng thường dùng trong mạng truy
nhập quang thuê bao, để giải quyết bài toán sử dụng cáp sợi quang
16


1.4. CÁC THAM SỐ ĐO CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG
BĂNG RỘNG
1.4.1. Dẫn nhập
Sự ra đời của các hệ thống thông tin quang băng rộng là để giải quyết nhu cầu về
dung lượng truyền dẫn ngày càng gia tăng của người dùng. Hiện nay, các hệ thống thông
tin quang băng rộng WDM đang phát triển theo hướng sử dụng kỹ thuật ghép bước sóng
mật độ cao DWDM và sử dụng bộ khuếch đại quang sợi EDFA. Mối quan tâm chủ yếu
đối với người sử dụng hệ thống truyền dẫn quang là băng thông rộng, độ tin cậy, chất
lương truyền dẫn tín hiệu, và tính ổn định của hệ thống cao.
Tham số ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống thông tin đã được nghiên cứu và
chuẩn hóa trong các khuyến nghị của các tổ chức viễn thông quốc tế như ITU, EIA. Các
tham số chất lượng hệ thống thông tin quang băng rộng là: Băng thông kênh truyền, công
suất nguồn quang, bước sóng quang, độ dịch tán sắc, hiệu ứng phi tuyến, cơng suất tín

hiệu thu, độ nhạy máy thu, tỷ số bít lỗi cho phép BER, độ khuếch đại quang, suy hao sợi
quang, và các hiệu ứng có liên quan đến tính phân cực quang của thiết bị sử dụng trong
hệ thống.
ITU đề xuất chuẩn hóa về hệ thống sợi quang là ITU-T G.692, để đo thử, so sánh,
đánh giá toàn bộ các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống thơng tin quang như sơ
đồ hình 1.16.

Hình 1.16: Sơ đồ tham chiếu các điểm đo thử và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến
chất lượng hệ thống thông tin quang băng rộng
Theo sơ đồ tuyến truyền dẫn quang băng rộng như hình trên thì có 8 điểm tham
chiếu (1), (2),.... (8) để đo thử và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống
thông tin quang băng rộng
Bảng 1.1: Bảng tổng họp các thông số đo chất lương tuyến truyền dẫn quang hệ
thống theo chuẩn ITU-T G.692
17


Phía phát

MUX

Khuếch đại
quang

Sợi quang

DEMUX

Phía thu


Tính chất
phổ

Xuyên kênh
phía phát

Sự biến đổi hệ
số khuếch
đại/kênh

Suy hao

Công suất kênh
quang hiệu dụng
lối vào

Độ nhạy thu

Công suất
phát hiệu
dụng

Công suất
kênh

Tỷ lệ hệ số
khuếch đại đa
kênh

Tán sắc


Tổng công suất
hiệu dụng lối
vào

Ngưỡng thu
quá tải

Tỷ số phân
biệt

Tổng công
suất ra

Sự khác biệt
hệ số khuếch
đại/kênh

Suy hao
phản xạ tối
đa

Tỷ số SNR kênh
quang

OSNR

Thông số
mặt nạ Eye


SNR kênh

Tổng công
suất lối vào

Suy hao
phản hồi
tối thiểu

Nhiễu xuyên âm
quang

Bước sóng
làm việc
nhỏ nhất

Tần số
trung tâm

Độ khác biệt
cơng suất
kênh tối đa

OSNR và NF

Độ lệch cơng
suất kênh quang
tối đa

Bước sóng

làm việc lớn
nhất

Khoảng
cách kênh
Độ dịch tần
số trung
tâm

Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống truyền dẫn quang là chất lượng của
các thiết bị kết nối trong hệ thống, bao gồm các thiết bị thu, phát quang, các thiết bị ghép,
tách bước sóng quang, các thiết bị quang thụ động, khuếch đại quang và sợi quang. Đối
với các hệ thống thông tin quang tốc độ cao, ngoài các yếu tố kể trên cịn có thêm một số
hiệu ứng khác xuất hiện làm suy giảm chất lượng truyền dẫn, trong đó đặc biệt phải kể
đến là hiện tượng tán sắc trong sợi quang gây ra sự dãn xung tín hiệu và các hiệu ứng phi
tuyến là nguyên nhân chính dẫn đến giới hạn tốc độ truyền dẫn của các hệ thống.
Để thiết kế và thiết lập một hệ thống thông tin quang có chất lương đạt chuẩn thì
tất cả các thiết bị trong hệ thống cần được kiểm tra chất lượng một cách chặt chẽ. Nhìn
chung, hầu hết các thơng số của thiết bị đều được các nhà sản xuất thiết bị cung cấp sẵn,
vấn đề là chọn tiêu chuẩn và thông số phù hợp với yêu cần của tuyến truyền dẫn, sau đó
kiểm tra các thơng số chất lượng của tồn bộ hệ thống như tỷ số bít lỗi BER , tỷ số cơng
suất tín hiệu quang trên nhiễu OSNR, dựa theo bảng tham số của tiêu chuẩn ITU-T
G.692.
18


1.4.2. Các tham số đo chất lượng của hệ thống thông tin quang băng rộng
1.4.2.1. Tốc độ truyền dẫn của các luồng tín hiệu số
Tốc độ truyền dẫn là thơng số đặc trưng cho dung lượng truyền dẫn của hệ thống,
tốc độ truyền dẫn của các luồng dữ liệu số kết nối vào hệ thống thông tin quang đã được

chuẩn hóa theo các tiêu chuẩn của SONET hoặc SDH được trình bày theo bảng 1.2.
Dữ liệu các luồng số thành phần có tốc độ R b(Gbps) được đưa đến điều chế với
nguồn quang Laser thành phần, băng thông bộ lọc số cho phép giới hạn phổ tần cực đại
của luồng số là B(GHz), theo chuẩn Nyquyst thì B=(1+α).Rb/2.
Tại điểm đo (1), kết quả đo trên máy phân tích phổ tín hiệu sẽ cho kết quả về phổ
tần cực đại của luồng dữ liệu số là fmax(GHz), fmax(GHz)= B=(1+α).Rb/2; α=1.
Bảng 1.2: Bảng liệt kê thơng số chuẩn hóa SONET và SDH về tốc độ truyền dẫn số
SDH

SONET
Tốc độ (Mbps)
OC1
51,84
STM1
OC3
155,52
STM4
OC12
622,08
OC24
1244,16 (1,2Gbít/s)
STM16
OC48
2488,32 (2,5Gbít/s)
STM64
OC192
9953,28 (10Gbít/s)
STM256
OC768
39318,12 (40 Gbít/s)

1.4.2.2. Tham số kỹ thuật của nguồn quang
Tại điểm đo (2), nguồn quang của các kênh thành phần có các tham số đo về bước
sóng quang, cơng suất quang, băng thông kênh quang. Kết quả đo được ánh xạ vào bảng
tham số kỹ thuật của thiết bị để đánh giá chất lương tuyến.
1.4.2.2.a. Băng dải bước sóng hoạt động các hệ thống thơng tin quang
Vùng bước sóng hoạt động trong hệ thống truyền dẫn quang băng rộng là sử dụng
tồn bộ các dải phổ bước sóng có mức suy hao thấp nhất được sử dụng trong mạng
quang, các hệ thống thơng tin quang thường được thiết kế có vùng bước sóng hoạt động
lớn nhất có thể. Tuy nhiên, các hệ thống cự ly dài nếu dùng vùng bước sóng cao thì độ
dịch tán sắc lớn nên phải sử dụng thêm các bộ khuếch đại quang bù tán sắc.
Việc lựa chọn vùng bước sóng hoạt động tùy thuộc vào các yêu cầu về suy hao và
tán sắc của mạng truyền dẫn quang, các yêu cầu này sẽ được quyết định tương thích với
việc chọn các loại cáp sợi, các đặc tính bộ phát, các mối hàn, và bộ khuếch đại quang
được sử dụng để thiết kế tuyến truyền dẫn quang băng rộng. Biểu đồ mô tả sự suy hao
của sơi quang theo bước sóng có chiều dài trung bình là 1km như hình 1.17.
Dựa vào biểu đồ, có 3 cửa sổ bước sóng chuẩn dùng trong thơng tin quang là
850nm, 1300nm, 1550nm có mức suy hao thấp và chia thành 6 dải băng sóng như bảng
19


1.1, trong các hệ thống truyền dẫn quang băng rộng hiện nay chủ yếu sử dung 4 dãy bước
sóng chính là: băng O, băng S, băng C, và băng L.

Hình 1.17: Biểu đồ minh họa vùng bước sóng hoạt động của chệ thống thơng tin quang

1.4.2.2.b. Bước sóng nguồn quang
Bước sóng nguồn quang thành phần hay là tần số trung tâm là tại bước sóng trung
tâm có mức cơng suất phát cực đai. Các hệ thống đơn kênh có thể sử dụng bất kỳ tần số
trung tâm nào nằm trong vùng bước sóng hoạt động của mạng. Đối với hệ thống đa kênh,
các tần số trung tâm lại bị hạn chế ở các tần số nhất định với khoảng cách 50GHz

(0,4nm) hoặc 100GHz (0,8nm). Dựa trên khả năng của công nghệ hiện nay, ITU đưa ra
quy định về khoảng cách tối thiểu giữa các kênh bước sóng là 100 GHz với tần số chuẩn
là 193,1 THz. Sử dụng máy đo công suất quang hoặc máy đo phổ nguồn quang sẽ có kết
quả đo

1.4.2.2.c. Băng thơng kênh truyền
Luồng dữ liệu số truyền dẫn d(t) có tốc độ truyền là R b(bps), đưa vào điều chế với
nguồn quang, dãy phổ tín hiệu điều chế quang tương ứng là ∆f, ∆f=2fmax Băng thông kênh
truyền cần thiết phải có độ rộng để truyền hết dãy phổ tín hiệu điều chế. Băng thơng kênh
truyền tín hiệu số trên sợi quang là BW(Hz); cơng thức tính băng thông kênh truyền ứng
với luồng số điều chế quang nhiều mức như sau:
.
(1.5)
Đối với hệ thống truyền dẫn quang WDM, băng thông của mỗi kênh thành phần là
100GHz (0,8nm) và hệ thống truyền dẫn quang DWDM, băng thông của mỗi kênh thành
phần là 50GHz (0,4nm). ITU quy định về khoảng cách tối thiểu giữa các kênh bước sóng
là 100 GHz.

20


1.4.2.3. Tham số kỹ thuật của thiết bị ghép kênh quang WDM (MUX)
Đối với hệ thống ghép kênh quang WDM, các tần số trung tâm xác định theo bảng
phân bố kênh tần với khoảng cách 50GHz (0,4nm) hoặc 100GHz (0,8nm), ITU đưa ra
quy định về khoảng cách tối thiểu giữa các kênh bước sóng là 100 GHz với tần số chuẩn
là 193,1 THz

1.4.3. Tham số suy hao trong sợi quang
Các tham số luồng quang truyền trong sợi quang sẽ bị hấp thụ ánh sáng quang, nên
tín hiệu quang bị suy hao trên sợi quang khi truyền từ điểm phát đến điểm thu. Ngồi ra,

trong thi cơng lắp đặt các quang cần có sự hàn nối để lắp ghép cáp sợi quang, suy hao khi
sử dụng các conector quang để kết nối thiết bị quang với đường cáp quang.
Suy hao cáp sợi là một trong những đặc tính quan trọng nhất của sợi quang để tính
cơng suất tín hiệu thu quang. Suy hao cáp sợi quang xác định chiều dài khoảng cách
truyền dẫn quang cho phép lớn nhất đối với một tuyến thơng tin quang được tính từ máy
phát đến máy thu quang cho phép.
Hệ số suy hao do chất liệu 0 (dB/km) của sợi quang là suy hao trung bình được
tính trên một đơn vị chiều dài L=1km. Cơng thức tính được trính như sau:

 P z
10.log10 
 P  0
 0 (dB/ k m) 
 z  L  km)




 .1(km)

(1.5)

Trong đó: P(z) là cơng suất quang tại điểm z (km) cách điểm gốc 0 một khoảng
cách tính theo dọc sợi là L(km). P(0) là công suất quang tại điểm phát z = 0 (0km). Hệ số
suy hao do vật liệu chế tạo sợi quang 0 (dB/km) được các hãng sản xuất cáp sợi quang
xác định chính xác để người dùng lựa chọn.
Các nguyên nhân gây ra suy hao sợi là do sự hấp thụ ánh sáng của vật liệu chế tạo
sợi quang, do tán xạ và uốn cong các sợi thủy tinh.
Các thông số suy hao được gia tăng trong quá trình lắp đặt và sử dụng tuyến
truyền dẫn quang bao gồm cả các suy hao do hàn nối ghép sợi, α hn(dB/mh), mỗi mối hàn

có suy hao cho phép chuẩn là 0,1(dB/mh), suy hao của các bộ connector để gắn thiết bị
quang với sợi quang, một tuyến có ít nhất là 2 connetor quang, mỗi connector quang có
suy hao cho phép chuẩn là 0,1(dB/unit), trong một số tuyến có cự ly quá ngắn cần dung
thêm các bộ suy hao quang thụ động Atbtd (dB). Ngồi ra cịn tính đến một số phần mức
suy hao dự phịng αdpcap (dB), để khắc phục các sự cố phát sinh trong tương lai như thay
đổi cấu hình cáp, cáp bị đức tăng thêm các mối nối, tăng chiều dài cáp, sự thay đổi tham
21


số của sợi do các ảnh hưởng của môi trường, sự suy giảm chất lượng của thiết bị thu phát
quang, gọi là αdptbq(dB), thơng thường suy hao dự phịng thiết bị quang là 1dB. Số lượng
mối hàn trung bình trên 1 km cáp sợi quang được tính như sau:

nmoihan

 1km


 1
 lC (km)  R

(1.6.a)

Trong đó, lC là chiều dài của cuộn cáp thành phần để thi công tuyến truyền dẫn,
chữ R có nghĩa là kết quả của cơng thức trên cần phải làm tròn theo hướng tăng +1 khi có
xuất hiện số lẽ. Thơng thường số lượng mối hàn phát sinh bằng số mối hàn ban đầu hay
nói cách khác chọn suy hao dự phòng cáp bằng suy hao hàn nối như thiết kế ban đầu.

 tb max (dB/ km)   0 (dB/ k m)   hannoi (dB/ k m)   dpcap (dB/ k m)


(1.6.b)

1.4.4. Tham số tán sắc trong sợi quang
Tán sắc là độ dãn xung ánh sáng truyền trong sợi quang do có nhiều nhóm vận tốc
ánh sáng truyền khác nhau, như vậy có nhiều bước sóng khác nhau chứa trong thành
phần của phổ nguồn phát. Hệ số tán sắc là tán sắc tính cho một đơn vị bề rộng phổ của
nguồn phát (∆λ) và một đơn vị chiều dài (1km) của cáp sợi quang, và ký hiệu là
dt(ps/nm.km).

1.4.4.1. Tán sắc do chất liệu
Tán sắc do chất liệu là độ dãn xung ánh sáng truyền trong sợi quang do sự tán xạ
của tạp chất vật liệu để chế tạo sợi quang. Tán sắc do vật liệu được đo đạt và chuẩn hóa
từ nhà sản xuất cáp sợi quang.
Sợi quang theo khuyến nghị G.652 có hệ số tán sắc nhỏ nhất tại bước sóng
1310 nm là 1,2 ps/nm.km, trong khi đó sợi dịch chuyển tán sắc được khuyến nghị
trong G.653 lại có hệ số tán sắc nhỏ nhất tại 1550nm khoảng 2,5ps/nm.km.
Mặc dù sợi quang G.652 có tán sắc thấp hơn nhưng suy hao tín hiệu truyền qua sợi
quang tại bước sóng 1300nm là 0,35dB/km, nhưng khi truyền tại bước sóng 1550nm lại
có mức suy hao là 0,25dB/km. Sợi quang G.653 được cải tiến về đặc tính tán sắc tốt hơn
tại bước sóng 1550nm, như vậy sợi quang G.653 có đặc tính suy hao thấp và độ tán sắc
thấp tại bước sóng 1550nm. Tuy nhiên, sợi quang G.653 không được khuyến nghị cho
các hệ thống truyền dẫn quang năng rộng WDM vì có xuất hiện hiệu ứng phi tuyến.
Khi các mức công suất quang và khoảng cách truyền dẫn giữa các trạm lặp trong
các hệ thống WDM gia tăng thì các ảnh hưởng phi tuyến quang do hiệu ứng trộn bước
sóng (FWM) có thể tác động đến hệ thống. FWM có thể sinh ra các bước sóng khác
khơng mong muốn trong mạng và các bước sóng này tương tác với nhau. Đặc tính tán sắc
22


rất thấp trong các sợi dịch chuyển tán sắc (G.653) đảm bảo rằng mối quan hệ pha - bước

sóng sẽ được duy trì dọc chiều dài sợi. Tuy nhiên, đặc tính này lại làm phát triển nhanh
chóng các hiệu ứng phi tuyến, các nhà nghiên cứu đã khắc phục được các hiệu ứng quang
phi tuyến này bằng cách chế tao sợi quang có độ dịch chuyển tán sắc gần bằng 0 đó là sợi
quang G.655.
Sợi G.655 có lượng tán sắc nhỏ gần bằng 0 trong vùng bước sóng 1550nm,
khắc phục tối đa hiệu ứng phi tuyến và được chọn lựa thành sợi quang tiêu chuẩn
để sử dụng trong các hệ thống truyền dẫn quang băng rộng WDM và DWDM

1.4.4.2. Tán sắc mode phân cực
Tán sắc mode phân cực là hiệu ứng mà năng lượng tín hiệu tại một bước sóng nào
đó bị phân tích thành hai mode phân cực trực giao với nhau có vận tốc lan truyền khác
nhau. Độ chênh lệch về thời gian lan truyền giữa hai mode được gọi là trễ nhóm. Khác
với tán sắc vật liệu có tính tương đối ổn định, tán sắc phân cực PMD có tính ngẫu nhiên.
Ngun nhân gây ra tán sắc phân cực PMD (Polarization Mode Dispersion)
trong sợi quang khá phức tạp. Trong sợi đơn mode, hiện tượng này bắt nguồn từ sự khơng
trịn đều của lõi sợi và sự khơng đồng đều của các ngoại lực tác động lên sợi, như uốn
cong sợi, hay những tác động trong quá trình kéo cáp.

Thực tế, các sợi quang khơng hồn tồn đối xứng trịn và các mode phân cực
trực giao có hằng số truyền khác nhau. Vì thế, sợi quang thực tế có năng lượng ánh
sáng của một xung truyền trong sợi quang thường được tách thành 2 mode, làm
cho xung trải rộng ra. Hiện tượng này gọi là tán sắc mode phân cực. Cơng thức
tính gần đúng như sau:
 PMDTotal  1 hL  D p L

(1.7.a)

Trong đó DP là tham số PMD có giá trị tiêu biểu nằm trong khoảng Dp =
0,11ps/, theo tiêu chuẩn ITU
Trong các hệ thống truyền dẫn quang PDH và SDH, dung lượng thấp, ít quan tâm

đến tán sắc mode phân cực của sợi quang, nhưng trong các hệ thống truyền dẫn quang
băng rộng thì việc giảm tán sắc mode phân cực của sợi quang đã trở thành một vấn đề
quan trọng khi nhu cầu dung lượng ngày càng cao, một số loại cáp sợi quang có giá trị
PMD q lớn đã làm cho q trình nâng cấp mạng trở nên phức tạp.
Độ tán sắc phân cực PMD của một tuyến truyền dẫn cáp sợi quang gồm nhiều
đoạn sẽ là giá trị trung bình của tất cả các đoạn. PMD tổng của các đoạn sẽ được tính như
23


sau:
1

DPMDtuyen

 N
2 2
     PMDtotal (i)  
 i 1


(1.7.b)

Ảnh hưởng của tán sắc phân cực PMD trong một hệ thống liên quan đến sự tăng
tốc độ bit của kênh dữ liệu, tăng số các đoạn lặp, tăng số kênh bước sóng, tăng khoảng
cách kênh bước sóng.

1.4.4.3. Tán sắc ống dẫn sóng
Tán sắc dẫn sóng là do sợi đơn mode chỉ giữ được khoảng 80% năng lượng ở
trong lõi, vì vậy cịn 20% ánh sáng truyền trong vỏ nhanh hơn năng lượng ở trong
lõi. Tán sắc dẫn sóng phụ thuộc vào thiết kế sợi vì hằng số lan truyền mode  là

một hàm số của a/. Tương tự như tán sắc vật liệu, tán sắc dẫn sóng D W là một
thành phần đóng góp vào tham số tán sắc D g, nó phụ thuộc vào tần số chuẩn hóa V
của sợi quang và được viết như sau:
2
2
2  n 2 g Vd  Vb  dn2 g d  Vb  
DW   2 


  n2 dV 2
d dV 

(1.7.c)

Ở đây n2g là chỉ số nhóm của vật liệu vỏ, b là hằng số lan truyền chuẩn. Tham
số  được giả thiết là không phụ thuộc tần số. Do cả hai đạo hàm là dương nên D W
là âm trong tồn bộ vùng bước sóng 0  1,6 m. Điều này khác nhiều so với tán
sắc vật liệu DM có cả giá trị âm và đương tương ứng với bước sóng ở thấp hơn hay
cao hơn ZD. Tác động chính của tán sắc dẫn sóng là để dịch bước sóng ZD đi một
lượng 30  40 nm nhằm để thu được tán sắc tổng D bằng khơng tại gần 1310 nm.
Nó cũng làm giảm D từ giá trị tán sắc vật liệu D M trong vùng bước sóng 1300 
1600nm nơi rất hấp dẫn cho các hệ thống thông tin quang. Giá trị tiêu biểu của
tham số tán sắc D nằm trong dải 15  18 ps/km.nm ở gần bước sóng 1550nm.
Vùng bước sóng này đang được quan tâm rất nhiều vì có suy hao sợi nhỏ nhất. Khi
mà giá trị tán sắc D cao sẽ là hạn chế đặc tính của hệ thống thơng tin quang hoạt
động ở vùng bước sóng 1550 nm.
Vì tán sắc dẫn sóng DW phụ thuộc vào các tham số sợi quang như bán kính
24



lõi a và sự khác nhau về chỉ số chiết suất  nên cho phép có thể thiết kế sợi để sao
cho ZD được dịch kề sát tới bước sóng 1550nm.
1.4.5. Tán săc do hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang
Các hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang có thể chia làm 2 loại:
 Các hiệu ứng tán xạ kích thích bao gồm hiệu ứng Raman và Brillouin.
 Các hiệu ứng liên quan đến hiệu ứng Kerr bao gồm các hiệu ứng SPM , XPM
và FWM, đây là các hiệu ứng liên quan đến sự phụ thuộc của chiết suất sợi quang vào
cường độ ánh sáng lan truyền trong sợi quang.
Hiệu ứng phi tuyến gây xuyên âm giữa các kênh, làm suy giảm mức công suất của
từng kênh dẫn đến suy giảm tỷ số S/N, ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống. hiệu ứng phi
tuyến phụ thuộc vào mức công suất của từng kênh, số kênh và khoảng cách giữa các kênh
bước sóng, khoảng cách truyền dẫn, vì vậy để giảm ảnh hưởng của các hiệu ứng này cần
phải lựa chọn các tham số trên sao cho phù hợp. Đối với các hệ thống truyền dẫn quang
G.652 tại vùng bước sóng 1550nm sẽ khơng bị ảnh hưởng bởi FWM, do tán sắc của sợi
quang tại bước sóng này tương đối lớn, khoảng 17ps/nm.km, trong khi đó tán sắc FWM
nhỏ hơn, nên khi bù tán sắc chất liệu thì yếu tố FWM cũng giải quyết xong.

1.4.6. Khái niệm về xác suất lỗi bít của máy thu tín hiệu số
Xét mơ hình kênh truyền dẫn tín hiệu số, kênh truyền là sợi quang, hàm đặc tính
kênh truyền có tính ngẫu nhiên, phân bố Gauss, quy luật khơi phục luồng tín hiệu số ở
máy thu thực hiện theo hàm mật độ phân bố xác suất có điều kiện của véc-tơ thu tín hiệu
số nhị phân, khi phát tín hiệu điề
u chế với bit 1 tương đương với tín hiệu điều chế S 1; biên độ tín hiệu điều chế là +
p  r / s1 
, ký hiệu là
và hàm mật độ phân bố xác suất có điều kiện của vector thu tín
hiệu số nhị phân, khi phát tín hiệu điều chế với bit 0 tương đương với tín hiệu điều chế
Eb

p  r / s2 

 Eb
S2; biên độ tín hiệu điều chế là,
ký hiệu là
; cơng thức tính hàm mật độ
phân bố xác suất tín hiệu thu như sau:
;

(1.18)

Hàm phân bố xác suất thu véc-tơ tín hiệu r với điều kiện tín hiệu điều chế S 1; S2;
phát qua kênh truyền ngẫu nhiên AWGN là:
(1.19)
Giả sử, xác suất phát bit 1 và xác suất phát bít 0 là bằng nhau và bằng ½. Xác suất
thu sai bít 1 bằng xác suất thu sai bít 0. Xác suất thu sai bít 1, tức là thu được bít 0 trong
25