Chơng IV
Các thiết bị sử dụng trong mạng ghép kênh
theo bớc sóng dày đặc DWDM
4.1. Tổng quan hệ thống ghép kênh DWDM
Khi ghép kênh bớc sóng ở trong cùng một cửa sổ khoảng cách các kênh
tơng đối nhỏ là ghép kênh bớc sóng dày đặc DWDM (Dense Wavelength
Division Multiplexing). Hiện nay hệ thống này ở trong đoạn bớc sóng 1550 nm
(hình 4.1), đồng thời dùng 8, 16 hoặc nhiều hơn bớc sóng tạo thành hệ thống
thông tin quang trên một đôi sợi quang (cũng có thể sử dụng một sợi quang),
trong đó khoảng cách giữa mỗi một bớc sóng là 1,6 nm; 0,8 nm hoặc thấp hơn,
tơng ứng với khoảng 200 GHz, 100 GHz hoặc dải hẹp hẹp hơn.
Hình 4.1. Sơ đồ phổ tổn hao của sợi quang
Hiện nay, các hệ thống nói chung thờng sử dụng bớc sóng của kênh tín
hiệu có cùng khoảng cách, tức k x 0,8 nm (k là số nguyên dơng). Trớc đây ngời
ta quen dùng WDM và DWDM để phân biệt ghép kênh đơn giản 1310/1550 nm
với ghép kênh dày đặc trong đoạn bớc sóng 1550, nhng hiện nay trong viễn
thông đều sử dụng công nghệ DWDM, vì ghép kênh 1310/1550 nm vợt ra ngoài
phạm vi của EDFA.
44
0 1310 1550 Bước sóng (nm)
Tổn hao sợi quang (dB/km)
Nguyên lý cơ bản của kĩ thuật ghép kênh quang theo bớc sóng WDM:
Các nguồn phát quang làm việc ở các bớc sóng khác nhau
1
,
2
,
3
, ... ,
j
, ... ,

n
. Các tín hiệu quang ở các bớc sóng khác nhau cùng ghép vào sợi quang ở
phía phát nhờ bộ ghép kênh và tín hiệu ghép này sẽ truyền theo chiều dọc sợi
quang để tới phía thu. Các bộ tách sóng quang khác nhau ở phía đầu thu sẽ nhận
lại luồng tín hiệu với các bớc sóng riêng rẽ này sau khi qua bộ tách bớc sóng.
Hình3.2 Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật ghép bớc sóng quang WDM
Hiện nay, với những thành công trong chế tạo các laser phổ hẹp, các bộ
lọc quang, và đặc biệt là các bộ khuếch đại đờng truyền quang dải rộng (khuếch
đại quang sợi EDFA, khuếch đại Raman) đã cho phép tăng dung lợng của các
mạng hiện có và tăng cự ly truyền của tín hiệu quang tổng cộng gồm nhiều bớc
sóng.
Trên thực tế, có thể phân các hệ thống ghép bớc sóng thành hai loại dựa
trên kỹ thuật truyền dẫn ghép bớc sóng quang một hớng và truyền dẫn ghép bớc
sóng quang hai hớng.
* Kỹ thuật truyền dẫn ghép bớc sóng quang một hớng trong mạng
DWDM:
Truyền dẫn ghép bớc sóng quang một hớng là sự kết hợp của các tín hiệu
có các bớc sóng khác nhau vào sợi tại một đầu và thực hiện tách chúng để
chuyển tới các bộ tách sóng quang ở đầu kia. Để thực hiện hệ thống DWDM
một hớng, cần phải có bộ ghép kênh ở đầu phát để kết hợp tín hiệu quang từ các
nguồn phát quang khác nhau đa vào sợi quang. Tại đầu thu, cần phải có bộ tách
kênh để thực hiện tách riêng các kênh quang tơng ứng.
45
OMUX
I
1
(
1
)

I
n
(
n
)
ODEMUX
O
1
(
1
)
O
n
(
n
)
O
1
(
1
...

n
)
I
1
(
1
...


n
)
Hình 4.3. Hệ thống truyền dẫn ghép bớc sóng quang một hớng trong mạng
DWDM
Trong truyền dẫn ghép bớc sóng quang một hớng thờng sử dụng các bộ
ghép kênh (OMUX) và bộ tách ghép kênh (ODEMUX). ở đây, bộ ghép cần có
suy hao thấp để tín hiệu quang ở đầu ra của bộ ghép ít bị suy hao. Các bộ tách
sóng quang thờng rất nhạy cảm trên một vùng rộng các bớc sóng nên có thể
tách và thu đợc toàn bộ các bớc sóng phát đi.
* Kỹ thuật truyền dẫn ghép bớc sóng quang hai hớng trong mạng
DWDM:
Hình 4.4. Hệ thống truyền dẫn ghép bớc sóng quang hai hớng
trong mạng DWDM
Phơng pháp truyền dẫn ghép bớc sóng quang hai hóng không quy định
phát ở một đầu và thu ở một đầu, nghĩa là có thể phát thông tin theo một hớng
tại bớc sóng
1
và đồng thời cũng thu thông tin theo hớng ngợc lại tại bớc sóng

2
.
46
Kênh 1
Nguồn
1
Thu
2
Thu
1
Nguồn

2
Thiết bị
OWDM
Thiết bị
OWDM
Một sợi
Kênh 2
Kênh 1
Kênh 2

1

2
Kênh N
Nguồn

2
Nguồn

N
Thu
1
Thu
2
Thu
N
Thiết bị
DWD
M
Thiết bị

DWDM
Nguồn

1

1
,
2
, ...
,
N
Một sợi
Kênh 1
Kênh 2
Kênh N
Kênh 1
Kênh 2
4.2. Bộ khuếch đại sợi quang trộn ERBIUM (EDFA)
Trong lớp lõi của sợi quang thạch anh, nếu trộn vào một ít nguyên tố đất
hiếm hóa trị III nh Er, Pr, Nd... sẽ hình thành sợi quang đặc biệt, loại sợi quang
này có thể khuếch đại tín hiệu dới sự kích thích của bơm quang, cho nên đợc
gọi là bộ khuếch đại sợi quang. Hiện nay, sử dụng rộng rãi là bộ khuếch đại sợi
quang trộn Erbium (EDFA: Erbium-Doped Fiber Amplifier), có nhiều u điểm
nh: tăng ích đa ra cao, băng tần rộng, tạp âm thấp, đặc tính tăng ích không có
quan hệ với phân cực, trong suốt đối với tốc độ số và khuôn dạng, từ đó ảnh h-
ởng sâu rộng đối với công nghệ thông tin sợi quang.
4.2.1. Nguyên lý hoạt động của EDFA
EDFA bao gồm chủ yếu là sợi quang trộn Erbium (EDF), nguồn bơm
quang, bộ phối ghép, bộ cách ly...
Hình 4.5. Cấu tạo cơ bản của EDFA

Tác dụng của bộ phối ghép quang là gộp quang tín hiệu và quang bơm
làm một, thờng dùng bộ ghép kênh để thực hiện.
Tác dụng của bộ cách ly quang là hạn chế quang phản xạ, để đảm bảo bộ
khuếch đại quang làm việc ổn định, yêu cầu là tổn hao thấp, không có quan hệ
với phân cực, độ cách ly tốt hơn 40 dB.
Khi tín hiệu quang tơng đối yếu và tín hiệu bơm tơng đối mạnh cùng đa
vào EDF, bơm quang kích hoạt Erbium trong EDF, do sự cảm ứng của tín hiệu
quang tử, hạt Erbium sinh ra bức xạ bị kích, đột biến sang trạng thái cơ bản đa
vào trong tín hiệu quang những quang tử giống hệt nhau thực hiện việc khuếch
đại.
47
Bơm
quang

S
Bộ cách
ly quang
Tín hiệu quang
đưa vào
Bộ phối
ghép
EDF
Bộ cách
ly quang
Bộ lọc
quang
Tín hiệu
quang đưa ra

P

EDFA thờng dùng hai bộ cách ly quang: Bộ thứ nhất ở đầu vào, dùng để
loại bỏ can nhiễu có thể gây ra do truyền bá tự phát ngợc chiều của bộ khuếch
đại. bộ thứ hai ở đầu ra, bảo vệ cho linh kiện không bị phản xạ ngợc chiều từ
đoạn dới.
EDFA làm việc ở cửa sổ 1550 nm, hệ số tổn hao của sợi quang ở cửa sổ
này thấp hơn so với cửa sổ 1310 nm, EDFA thơng phẩm có tạp âm thấp, đờng
cong tăng ích tốt, băng tần của bộ khuếch đại lớn, tơng thích đối với hệ thống
ghép kênh bớc sóng, hiệu suất bơm cao, tính năng công tác ổn định, công nghệ
hoàn thiện, đợc chú trọng trong hệ thống thông tin quang đờng dài cao tốc.
Hiện nay "Bộ khuếch đại sợi quang trộn Erbium (EDFA) + Ghép kênh bớc sóng
dày đặc (DWDM) + Sợi quang tán sắc khác không (NZ-DSF) + Tổ hợp quang
tử (PIC)" đang trở thành phơng hớng công nghệ chủ yếu của tuyến thông tin cao
tốc đờng dài trên thế giới.
4.2.2. Vai trò của EDFA, các yêu cầu về mạng và dải rộng của EDFA
đối với các ứng dụng WDM
4.2.2.1. Vai trò của EDFA trong mạng thông tin quang WDM
Công nghệ thông tin quang đang di chuyển từ các hệ thống điểm - điểm
sang mạng quang. EDFA có vai trò ở nhiều vị trí trong mạng quang WDM.
Bảng 4.1 thể hiện các dạng chức năng EDFA khác nhau sử dụng trong hệ thống
truyền dẫn quang. Đầu phát, nhiều kênh quang đợc kết hợp lại trong bộ ghép và
tín hiệu kết hợp sẽ đợc khuếch đại bởi bộ khuếch đại công suất trớc khi đa vào
sợi quang dẫn. ở đầu thu, các tín hiệu WDM đến đợc khuếch đại bởi bộ tiền
khuếch đại trớc khi ghép thành các kênh riêng rẽ cấp sang các bộ thu. Các bộ
khuếch đại đờng truyền ứng dụng để kéo dài khoảng cách truyền dẫn. Mặt
khác, do khả năng có thể xen/rẽ bớc sóng và kết nối chéo quang, nên EDFA có
thể phát triển để tăng chức năng mạng quang, hoặc đợc sử dụng để bù lại đối
với những suy hao của các thành phần thụ động.
48
Bảng 4.1 Vai trò của EDFA trong các mạng quang
Chức năng/đặc trng

mạng
EDFA
Chức năng EDFA
Hệ thống truyền dẫn
Khuếch đại đờng
truyền
Khuếch đại tuần hoàn các tín hiệu
quang bị suy hao do sợi quang dẫn
Khuếch đại công
suất
Tăng cờng công suất quang sang sợi
quang dẫn
Tiền khuếch đại Tăng cờng công suất tín hiệu sang bộ
thu
Kết nối chéo quang Bù đối với suy hao
Xen/rẽ bớc sóng Bù đối với suy hao
Hệ thống quảng bá
Tăng cờng công suất đối với phân bố
4.2.2.2. Các yêu cầu mạng đối với EDFA trong mạng thông tin quang
WDM
Bảng 4.2 Khả năng có thể của đặc trng EDFA với các yêu cầu mạng
Đặc trng bộ khuếch đại
Các hệ
thống đ-
ờng dài
Các
mạng
ngầm
Dung
lợng

cao
Chuyển
mạch và
định
tuyến
Biến
thiên
suy hao
Thay đổi
số lợng
kênh
Độ khuếch đại cao x
Độ khuếch đại bằng phẳng x x
Công suất đầu ra cao x x
Hệ số nhiễu thấp x
Dải rộng băng lớn x
Kiểm soát công suất x
Kiểm soát thay đổi đột biến x
Chi phí thấp x
Một EDFA lý tởng phải có các đặc trng nh liệt kê trong cột bên trái của
bảng 4.2. Bảng này cho thấy những yêu cầu chủ yếu đối với các ứng dụng mạng
khác nhau. Các đặc trng khuếch đại nói chung có thể phân chia thành các tham
49