ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

VŨ KHẮC ĐÔNG

NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI CÔNG NGHỆ DWDM
TRÊN MẠNG VIỄN THÔNG ĐIỆN LỰC

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2010


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

VŨ KHẮC ĐÔNG

NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI CÔNG NGHỆ DWDM
TRÊN MẠNG VIỄN THÔNG ĐIỆN LỰC

Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử
Mã số: 60 52 70
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN KIM GIAO

Hà Nội - 2010


LỜI CAM ĐOAN

Từ những kiến thức cũng như những ứng dụng thực tế, qua một thời
gian được học trong giai đoạn đại học cũng như cao học tại trường Đại học
Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội, được sự đồng ý và hướng dẫn của
PGS-TS Nguyễn Kim Giao, tôi đã tìm hiểu thêm các sách báo, tạp chí cũng
như tài liệu trên mạng, từ đó tập hợp thông tin để hoàn thành quyển đồ án
này. Do trình độ có hạn cũng như kiến thức thực tế chưa sâu về triển khai
mạng DWDM nên sẽ có những sai sót, mong được các thầy cô góp ý kiến.
Tôi xin cam đoan những lời kể trên là đúng sự thật, nếu sai tôi hoàn
toàn chịu trách nhiệm.

Học viên: Vũ Khắc Đông


i

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC .......................................................................................................... I
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................ IV
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .......................................................................XII
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................. - 1 CHƢƠNG 1: ............................................................................................. - 3 CƠ SỞ KỸ THUẬT GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO BƢỚC SÓNG . - 3 1.1 Kỹ thuật ghép bước sóng quang .................................................. - 3 1.2 Nguyên lý cơ bản của ghép bước sóng quang ............................. - 4 CHƢƠNG 2: ........................................................................................... - 11 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DWDM ........................................... - 11 2.1 Tổng quan về DWDM ............................................................... - 11 2.2 Dải bước sóng làm việc của DWDM......................................... - 12 2.3 Cấu hình mạng DWDM ............................................................ - 13 2.4 Những ưu điểm của DWDM...................................................... - 16 CHƢƠNG 3: ........................................................................................... - 18 CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG DWDM ................. - 18 3.1. Bộ chuyển đổi bước sóng OTU ................................................. - 18 3.1.1. Nguyên lý hoạt động ......................................................... - 19 3.1.2. Phân loại và ứng dụng ....................................................... - 19 3.2. Ghép kênh quang OMUX và tách kênh quang ODMUX ........... - 20 3.2.1. Phƣơng pháp ghép kênh sử dụng các bộ lọc ..................... - 21 3.2.2. Phƣơng pháp ghép kênh sử dụng cách tử nhiễu xạ ........... - 27 3.2.3. Phƣơng pháp ghép sợi ...................................................... - 33 3.2.4. Các bộ tách ghép trên cơ sở mạch tổ hợp quang điện OEI - 36 -


ii
3.3. Các bộ khuếch đại quang .......................................................... - 39 3.3.1. Công nghệ EDFA ............................................................. - 40 3.3.2. Khuếch đại Raman ............................................................ - 49 3.4. Bộ xen/rẽ kênh quang OADM ................................................... - 50 3.5. Các module bù tán sắc DCM .................................................... - 53 3.6. Truyền dẫn sợi quang ............................................................... - 55 3.6.1. Phân loại sợi ..................................................................... - 55 3.6.2. Sợi quang dịch chuyển vị trí tán sắc khác không NZ- DSF - 56 3.6.3. Sợi quang bù tán sắc DCF ................................................. - 58 3.6.4. Sợi quang tán sắc bằng phẳng DFF ................................... - 60 CHƢƠNG 4: ........................................................................................... - 62 CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT CƠ BẢN VÀ THAM SỐ CHÍNH ẢNH
HƢỞNG ĐẾN HỆ THỐNG DWDM .................................................... - 62 4.1 Suy hao của sợi quang và băng thông ...................................... - 62 4.2 Số kênh bước sóng .................................................................... - 63 4.3 Độ rộng phổ của nguồn phát .................................................... - 64 4.4 Quỹ công suất ........................................................................... - 65 4.5 Nhiễu xuyên kênh ...................................................................... - 66 4.6 Tán sắc ..................................................................................... - 67 4.7 Ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến............................................ - 70 4.7.1. Khuếch tán tích lũy Raman SRS ....................................... - 71 4.7.2. Hiệu ứng tán xạ Brillouin SBS .......................................... - 72 4.7.3. Hiệu ứng tự điều chế pha SPM.......................................... - 74 4.7.4. Hiệu ứng điều chế pha chéo XPM ..................................... - 75 4.7.5. Hiệu ứng trộn bốn bƣớc sóng FWM .................................. - 75 -


iii
CHƢƠNG 5: ........................................................................................... - 78 THIẾT KẾ TUYẾN DWDM TRÊN ĐƢỜNG TRỤC CỦA EVNTELECOM

............................................................................................................. - 78 5.1 Hiện trạng hệ thống viễn thông điện lực ................................... - 78 5.1.1 Hệ thống cáp quang đƣờng trục Bắc Nam ......................... - 78 5.1.2 Hệ thống thiết bị truyền dẫn đƣờng trục Bắc Nam. ........... - 79 5.2 Giải pháp kỹ thuật .................................................................... - 81 5.2.1 Yêu cầu đối với hệ thống truyền dẫn đƣờng trục ............... - 81 5.2.2 Lựa chọn phƣơng án tổ chức mạng: .................................. - 83 5.2.3 Cấu trúc mạng ................................................................... - 84 5.2.4 Cấu trúc bảo vệ đối với hệ thống DWDM ......................... - 87 5.3 Tính toán các thông số cho hệ thống DWDM và SDH/STM-64 . - 89 5.4 Thiết bị của hệ thống .............................................................. - 103 5.5 Cấu hình thiết bị DWDM: ....................................................... - 109 KẾT LUẬN .............................................................................................. - 117 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................


iv

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

A
API

Application Program Interface

APS

Automatic Protection Switching

ARP

Address Resolution Protocol

ARQ

Automatic Repeat Request

AS

Autonomous System

ASBR


AS Boundary Router

ASN

Abstract Syntax Notation

ASON

Automatic Switched Optical Network

AWHG

Average Weighted Hop-distance Gain

B
BER

Bit Error Rate (ratio)

BFR

Best-Fit Rate routing

BGMP

Border Gateway Multicast Protocol

BGP

Border Gateway Protocol


BLSR

Bi-directional Line Switched Ring

BPSR

Bi-directional Path Switched Ring

C
CBR

Constant Bit Rate

CIDR

Classless Interdomain Routing

CLNP

Connectionless Network Protocol

CMIP

Common Management Information Protocol

CORBA

Common Object Request Broker Architecture


CPE

Customer Premises Equipment


v
CR-LDP

Constraint-based Routing Label Distribution Protocol

CSPF

Constraint-based Shortest Path First routing

CTP

Connection Termination Point

CWDM

Coarse Wavelength Division Multiplexing

D
DCC

Data Communication Channel

DCN

Data Communication Network


DD OSPF

Database Description message

DHCP

Dynamic Host Configuration Protocol

DWDM

Defense Wavelength Division Multiplexing

DCX

Digital Cross Connect

E
EBGP

Exterior Border Gateway Protocol

ECMP

Equal Cost Multiple Path

EDFA

Erbium-Doped Fibre Amplifier


EGP

Exterior Gateway Protocol

F
FEC

Forward Error Correction, Forwarding Equivalence Class

FIB

Forwarding Information Base

FIN

Finish Flag (TCP header)

FQ

Fair Queuing

FTTH

Fibre to the Home

FTTN

Fibre to the Neighbourhood

FWM


Four Wave Mixing


vi
G
GMPLS

Generalised Multiprotocol Label Switching

GSMP

General Switch Control Protocol

I
IAB

Internet Architecture Board

IANA

Internet Assigned Numbers Authority

IBGP

Interior Border Gateway Protocol

ICMP

Internet Control Message Protocol


ID

Identifier

IDMR

Inter-Domain Multicast Routing

IDRP

Inter-Domain Routing Protocol

IGMP

Internet Group Management Protocol

IGP

Interior Gateway Protocol

INNI

Internal Network-to-Network Interface

IPng

IP next generation

IPSec


IP Security

ISDN

Integrated Service Digital Network

IS-IS

Intermediate System to Intermediate System routing protocol

J
JIT

Just In Time

L
LBS

Label-Based Switching

LC

Link Connection

LDAP

Lightweight Directory Access Protocol

LDP


Label Distribution Protocol


vii
LIB

Label Information Base

LinkTP

Link Termination Point

LLR

Least Loaded Routing

LMP

Link Management Protocol

LOF

Loss of Frame

LOS

Loss of Signal

LSA


Link State Advertisement

LSP

Label Switched Path

LSR

Label Switch Router, Link State Request

LSU

Link State Update

LTE

Line Terminating Equipment

M
MAC

Media Access Control

MAN

Metropolitan Area Network

MIB


Management Information Base

MONET

Multiwavelength Optical Networking Consortium

MOSPF

Multicast Open Path Shortest First

MPlS

Multiprotocol Lambda Switching

MPLS

Multiprotocol Label Switching

N
NAT

Network Address Translation

NBMA

NonBroadcast Multiple Access

NC&M

Network Control and Management


NDP

Neighbour Discovery Protocol

NE

Network Element

NFS

Network File System


viii
NGI

Next Generation Internet

NHRP

Next Hop Resolution Protocol

NIC

Network Interface Card

NSAP

Network Service Access Point


O
OADM

Optical Add/Drop Multiplexer

OAM

Operations and Maintenance

OAM&P

Operations, Administration, Maintenance, and Provisioning

OBS

Optical Burst Switching

OLS

Optical Label Switching

OLSR

Optical Label Switching Router

OMS

Optical Multiplex Section


OPR

Optical Packet Router

OSCP

Optical Switch Control Protocol

OSPF

Open Shortest Path First protocol

OSPF-OMP OSPF Optimised Multi Path
OTS

Optical Transmission Section

OVPN

Optical Virtual Private Network

OXC

Optical Cross Connect

P
PDU

Protocol Data Unit


PE

Provider Edge

PHB

Per Hop Behaviour

PHY

Physical layer

PNNI

Private Network-to-Network Interface

PON

Passive Optical Network


ix
PPP

Point to Point Protocol

PSTN

Public Switched Telephone Network


PTE

Path Terminating Equipment

PVC

Permanent Virtual Circuit

Q
QA

Q-Adaptor

QoS

Quality of Service

R
RARP

Reverse Address Resolution Protocol

RIP

Routing Information Protocol

RMP

Reliable Multicast Protocol


RMTP

Reliable multicast Transfer Protocol

RPC

Remote Procedure Call

RPF

Reverse Path Forwarding

RSpec

Resource Specification

RSVP

Resource Reservation Protocol

RTCP

Real-Time Transport Control Protocol

RTP

Real-Time Transport Protocol

RTT


Round Trip Time

S
SAN

Storage Area Network

SAP

Service Access Point

SDH

Synchronous Digital Hierarchy

SDU

Service Data Unit

SLA

Service Level Agreement


x
SLIP

Serial Line Internet Protocol

SML


Service Management Layer

SMTP

Simple Mail Transfer Protocol

SNC

SubNetwork Connection

SNMP

Simple Network Management Protocol

SNR

Signal-to-Noise Ratio

SPF

Shortest Path First

SRLG

Shared Risk Link Group

SS7

Signalling System Number 7


SSL

Secure Socket Layer

SVC

Switched Virtual Circuit

T
TCP

Transmission Control Protocol

TE

Terminal Equipment, Traffic Engineering

TECP

Traffic Engineering to Control Protocol

TED

Traffic Engineering Database

TIA

Telecommunications Industry Association


TMN

Telecommunications Management Network

TOS

Type of Service

TReq

Trail Request message

TResp

Trail Response message

TSpec

Traffic Specification

TTL

Time To Live

TTP

Trail Termination Point

U
UBR


Unspecified Bit Rate


xi
UDP

User Datagram Protocol

ULSR

Unidirectional Line Switched Ring

UNI

User to Network Interface

UNI-C

User Network Interface - Client side (signaling functionality)

UNI-N

User Network Interface - Network side (signaling functionality)

UPSR

Unidirectional Path Switched Ring

UTP


Unshielded Twisted Pair

V
VBR

Variable Bit Rate

VC

Virtual Channel

VCC

Virtual Channel Connection

VCI

Virtual Channel Identifier

VLAN

Virtual Local Area Network

VPC

Virtual Path Connection

VPI


Virtual Path Identifier

VPN

Virtual Private Network

VoIP

Voice over IP

VT

Virtual Tributary

W
WADM

Wavelength Add/Drop Multiplexer

WAMP

Wavelength Amplifier

WAN

Wide Area Network

WDM

Wavelength Division Multiplexing


WFQ

Weighted Fair Queuing

WSXC

Wavelength Selective Cross Connect


xii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Chương 1:
Hình 1. 1: Mô tả tuyến thông tin quang có ghép bƣớc sóng ............................................. - 4 Hình 1. 2 :Hệ thống ghép bƣớc sóng cùng hƣớng ............................................................ - 5 Hình 1. 3: Hệ thống ghép bƣớc sóng song hƣớng ............................................................ - 5 Hình 1. 4 : Mô tả thiết bị ghép- giải ghép hỗn hợp(MUX-DEMUX) ............................... - 7 Hình 1. 5: Phân loại các bộ ghép bƣớc sóng..................................................................... - 7 Hình 1. 6: Xuyên kênh ở bộ giải ghép kênh ..................................................................... - 9 Hình 1. 7: Xuyên kênh ở bộ ghép - giải ghép kênh hỗn hợp (MULDEX) ....................... - 9 Chương 2:
Hình 2. 1:Phổ truyền dẫn của sợi quang ........................................................................ - 13 Hình 2. 2: Topology dạng điểm - điểm ........................................................................... - 14 Hình 2. 3: Topology dạng chuỗi ..................................................................................... - 14 Hình 2. 4: Topology dạng vòng ...................................................................................... - 15 Hình 2. 5: Topology dạng mesh...................................................................................... - 16 Chương 3:
Hình 3. 1: Sơ đồ khối hệ thống DWDM ........................................................................ - 18 Hình 3. 2: Nguyên lý hoạt động của OTU ..................................................................... - 19 Hình 3. 3: Ứng dụng của OTU ....................................................................................... - 20 Hình 3. 4: Nguyên lý ghép/tách bƣớc sóng ................................................................... - 22 Hình 3. 5: Cấu trúc của bộ lọc điện môi giao thoa ........................................................ - 23 Hình 3. 6: Cấu trúc bộ tách hai kênh sử dụng bộ lọc giao thoa .................................... - 24 Hình 3. 7: Cấu trúc cơ bản của một bộ tách nhiều bƣớc sóng ...................................... - 24 Hình 3. 8: Một bộ tách vi quang 5 kênh thực tế ............................................................ - 25 Hình 3. 9: Cấu trúc cơ bản của bộ tách nhiều kênh sử dụng bộ lọc giao thoa gắn trực tiếp
vào sợi. ............................................................................................................................ - 25 Hình 3. 10: Thiết bị OMUX – ODMUX 4 bƣớc sóng .................................................. - 26 Hình 3. 11: Thiết bị MUX-DEMUX 3 bƣớc sóng ......................................................... - 27 Hình 3. 12: Nguyên lý hoạt động của phƣơng pháp sử dụng cách tử phản xạ. ............ - 28 Hình 3. 13: Nguyên lý hoạt động của phƣơng pháp sử dụng cách tử truyền xạ ........... - 28 Hình 3. 14: Tìm công thức cách tử ................................................................................. - 29 -


xiii
Hình 3. 15: Cách tử pha ................................................................................................. - 30 Hình 3. 16 :Sơ đồ bộ ghép kênh sử dụng cách tử của Finke. ........................................ - 31 Hình 3. 17: Bộ tách Littrow............................................................................................ - 31 Hình 3. 18: Bộ tách sử dụng cách tử nhiễu xạ Planar và gƣơng lòng chảo .................. - 32 Hình 3. 19: Cách tử lòng chảo........................................................................................ - 32 Hình 3. 20: Sơ đồ cấu trúc thiết bị tách kênh quang sử dụng cách tử lòng chảo .......... - 33 Hình 3. 21: Phƣơng pháp nóng chảy .............................................................................. - 34 Hình 3. 22: Phƣơng pháp mài ghép ................................................................................ - 35 Hình 3. 23: Bộ ghép kênh 4 bƣớc sóng bằng phƣơng pháp nóng chảy nối tiếp các sợi đơn
mode ............................................................................................................................... - 36 Hình 3. 24: Nguyên lý hoạt động của AWG .................................................................. - 37 Hình 3. 25: Giản đồ năng lƣợng của Erbium .................................................................. - 41 Hình 3. 26: Cấu trúc cơ sở của bộ khuếch đại EDFA ..................................................... - 42 Hình 3. 27: Phổ khuếch đại của EDFA ........................................................................... - 42 Hình 3. 28: Khuếch đại EDFA một tầng ........................................................................ - 45 Hình 3. 29: Khuếch đại EDFA với băng tần C sử dụng bộ lọc ..................................... - 46 Hình 3. 30: Khuếch đại EDFA hai tầng ......................................................................... - 47 Hình 3. 31: Cấu trúc chung của một bộ OADM ............................................................ - 51 Hình 3. 32: OADM cố định ............................................................................................ - 52 Hình 3. 33: OADM có thể cấu hình lại ........................................................................... - 52 Hình 3. 34: Nguyên lý bù tán sắc của cách tử Bragg ................................................... - 54 Hình 3. 35: Tán sắc bằng phẳng của sợi quang .............................................................. - 60 Chương 5:
Hình 5. 1: Hệ thống đƣờng trục ...................................................................................... - 79 Hình 5. 2: Cấu trúc hệ thống truyền dẫn đƣờng trục ...................................................... - 85 Hình 5. 3: Cơ chế bảo vệ OMSP..................................................................................... - 88 Hình 5. 4: Cơ chế bảo vệ OSNCP................................................................................... - 89 Hình 5. 5: Card Transponder OTU-2V ........................................................................... - 91 Hình 5. 6: Card MUX/DEMUX F04MDU-1.................................................................. - 92 Hình 5. 7: Card LALIC ................................................................................................... - 92 Hình 5. 8: Sơ đồ tuyến Hà Nội - Hà Tĩnh ....................................................................... - 97 -


xiv


-1-


LỜI NÓI ĐẦU
Thời gian gần đây, các hệ thống thông tin quang đã chiếm lĩnh hầu hết
các tuyến truyền dẫn trọng yếu trên mạng lƣới viễn thông và đƣợc coi là
phƣơng thức truyền dẫn có hiệu quả nhất trên các tuyến vƣợt biển và xuyên
lục địa. Để đáp ứng nhu cầu truyền tải lớn do bùng nổ thông tin trong xã hội,
đặc biệt là sự phát triển của các dịch vụ băng thông rộng, mạng truyền dẫn đòi
hỏi phải có sự phát triển mạnh cả về quy mô và trình độ công nghệ nhằm tạo
ra các cấu trúc mạng bao gồm các hệ thống truyền dẫn quang hiện đại. Các hệ
thống thông tin quang trong thời gian tới phải đảm bảo có tốc độ cao, cự ly
xa, có cấu trúc hệ thống linh hoạt, độ tin cậy cao…
Trong các hệ thống thông tin trƣớc đây, một sợi quang chỉ truyền dẫn
một bƣớc sóng với một nguồn phát quang ở phía phát và một bộ tách sóng
quang ở phía thu. Với một hệ thống nhƣ vậy, dải phổ của tín hiệu quang
truyền qua sợi thực tế rất hẹp so với dải thông mà các sợi quang có thể truyền
dẫn. Nếu muốn tăng dung lƣợng của hệ thống thì phải thêm sợi quang. Thực
tế cho thấy, khi tốc độ đƣờng truyền đạt tới một mức nào đó sẽ xuất hiện các
hạn chế của các mạch điện trong việc nâng cao tốc độ cũng nhƣ kéo dài cự ly
truyền dẫn. Khi tốc độ đạt tới hàng trục Gbit/s, bản thân các mạch điện tử sẽ
không thể đảm bảo đáp ứng đƣợc các xung điện cực kỳ hẹp, thêm vào đó chi
phí cho các giải pháp trên tuyến truyền dẫn trở nên khá tốn kém. Do đó, các
kỹ thuật ghép kênh quang nhƣ OTDM, OFDM, SCM, WDM đã ra đời nhằm
khắc phục đƣợc các hạn chế trên. Mỗi phƣơng pháp đều có những ƣu nhƣợc
điểm riêng. Trong đó nổi trội hơn cả là kỹ thuật ghép kênh phân chia theo
bƣớc sóng - WDM, và WDM đã mở ra hƣớng phát triển mới cho mạng viễn
thông.
Với những lý do trên tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu triển khai công nghệ
DWDM trên mạng Viễn thông Điện lực” nhằm mục đích tìm hiểu, nghiên cứu



-2về kỹ thuật ghép kênh theo bƣớc sóng mật độ cao và đƣa ra đƣợc tuyến thông
tin quang đƣờng trục ứng dụng công nghệ này. Luận văn đƣợc trình bày gồm
5 chƣơng với nội dung nhƣ sau:
Chƣơng 1 : Cơ sở kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bƣớc sóng
Chƣơng 2 : Tổng quan về công nghệ DWDM
Chƣơng 3 :Các thành phần cơ bản của hệ thống DWDM
Chƣơng 4 : Các vấn đề kỹ thuật cơ bản và tham số chính ảnh hƣởng đến
hệ thống DWDM
Chƣơng 5: Thiết kế tuyến DWDM trên đƣờng trục của EVNTelecom
Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Kim Giao đã tận
tình hƣớng dẫn tôi nghiên cứu, tìm hiểu và tạo mọi điều kiện để tôi có thể
hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
Do hạn chế về thời gian và kiến thức, luận văn tốt nghiệp của tôi còn có
nhiều thiếu sót. Kính mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và
các bạn để đề tài của tôi đƣợc hoàn thiện hơn.
Xin trân trọng cảm ơn.
Hà nội, ngày tháng

năm 2010

Học viên

Vũ Khắc Đông


-3-

Chƣơng 1:
CƠ SỞ KỸ THUẬT GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO BƢỚC SÓNG
Trong kỹ thuật truyền dẫn số, chúng ta đã quen với ghép kênh tín hiệu

điện, các luồng tín hiệu ở cấp thấp sẽ đƣợc ghép lại với nhau tạo nên các
luồng tín hiệu cấp cao hơn. Những năm gần đây, công nghệ thông tin quang
đã đạt đƣợc nhiều tiến bộ đáng kể trong đó phải kể đến đến kỹ thuật ghép
kênh quang, nó thực hiện ghép các tín hiệu ánh sáng để truyền trên sợi dẫn
quang với mục đích:
- Tăng dung lƣợng kênh truyền dẫn.
- Xây dựng các tuyến thông tin quang có tốc độ rất cao.
Khi tốc độ đƣờng truyền đạt tới một mức nào đó ngƣời ta đã thấy các
hạn chế của các mạch điện trong việc nâng cao tốc độ truyền dẫn. Khi tốc độ
đạt tới hàng chục Gbit/s, bản thân các mạch điện sẽ không thể đảm bảo đáp
ứng đƣợc xung tín hiệu cực kỳ hẹp; thêm vào đó, chi phí cho các giải pháp trở
nên tốn kém vì cơ cấu hoạt động quá phức tạp đòi hỏi công nghệ rất cao. Do
đó kỹ thuật ghép kênh quang đã ra đời, khắc phục đƣợc những hạn chế trên.
Các phần tử quang trong thiết bị sẽ đóng vai trò chủ đạo trong việc thay thế
hoạt động của các phần tử điện ở các vị trí xung yếu đòi hỏi kỹ thuật xử lý tín
hiệu nhanh. Kỹ thuật ghép kênh quang còn tận dụng đƣợc phổ hẹp của laser,
lợi dụng đƣợc các bƣớc sóng khác nhau để thực hiện truyền đồng thời nhiều
luồng ánh sáng mang tín hiệu trên một sợi dẫn quang.

1.1 Kỹ thuật ghép bƣớc sóng quang
Với các hệ thống thông tin sợi quang thông thƣờng, mỗi sợi quang chỉ có
thể truyền tín hiệu quang từ một nguồn phát tới một bộ tách quang tại đầu thu
vì vậy các tín hiệu từ các nguồn quang khác nhau đòi hỏi các sợi xác định
riêng biệt. Tuy nhiên từ thực tế thấy rằng nguồn quang có độ rộng phổ tƣơng
đối hẹp vì vậy phƣơng pháp này chỉ sử dụng một phần rất nhỏ băng tần vốn
có rất lớn của sợi quang, không tận dụng đƣợc hiệu suất của đƣờng truyền.
Về lý thuyết ta có thể làm tăng đáng kể dung lƣợng truyền dẫn của hệ
thống bằng cách truyền đồng thời nhiều tín hiệu quang trên cùng một sợi nếu
các nguồn phát có phổ cách nhau một cách hợp lý và ở đầu thu có thể thu



-4đƣợc các tín hiệu quang riêng biệt nếu phần thu có các bộ tách bƣớc sóng, đây
chính là cơ sở của kỹ thuật ghép bƣớc sóng [2,5].

1.2 Nguyên lý cơ bản của ghép bƣớc sóng quang
Nguyên lý cơ bản của ghép bƣớc sóng quang có thể minh hoạ nhƣ ở hình
1.1. Giả sử có các nguồn phát quang làm việc ở các bƣớc sóng 1, 2,... , n.
Các tín hiệu quang ở các bƣớc sóng khác nhau này sẽ đƣợc ghép vào cùng
một sợi dẫn quang. Các tín hiệu có bƣớc sóng khác nhau đƣợc ghép lại ở phía
phát nhờ bộ ghép kênh; bộ ghép bƣớc sóng phải bảo đảm có suy hao nhỏ và
tín hiệu sau khi ghép sẽ đƣợc truyền dọc theo sợi để tới phía thu. Các bộ tách
sóng quang khác nhau ở phía đầu thu sẽ nhận lại các luồng tín hiệu với các
bƣớc sóng riêng rẽ này sau khi chúng qua bộ giải ghép bƣớc sóng.
I(1)
I(n)

O(1)

Sợi quang
O(1...n)
I(1...n)
MUX

DEMUX

O(n)

Hình 1. 1: Mô tả tuyến thông tin quang có ghép bước sóng

Đặc điểm nổi bật của hệ thống ghép

Hìnhkênh
1.1 1 theo bƣớc sóng quang - WDM
là tận dụng hữu hiệu nguồn tài nguyênHình
băng
trong khu vực tổn hao thấp
1.1 rộng
2
của sợi quang đơn mode, nâng cao rõ rệt dung lƣợng truyền dẫn của hệ thống,
đồng thời hạ giá thành của kênh dịch vụ xuống mức thấp nhất. Ở đây việc
thực hiện ghép kênh sẽ không có quá trình biến đổi điện nào.
Hệ thống WDM dựa trên cơ sở tiềm năng băng tần của sợi quang để
mang đi nhiều bƣớc sóng ánh sáng khác nhau, điều thiết yếu là việc truyền
đồng thời nhiều bƣớc sóng cùng một lúc này không gây nhiễu lẫn nhau. Mỗi
bƣớc sóng đại diện cho một kênh quang trong sợi quang. Công nghệ WDM
phát triển theo xu hƣớng mà sự riêng rẽ bƣớc sóng của kênh có thể là một
phần rất nhỏ của 1 nm hay 10-9 m, điều này dẫn đến các hệ thống ghép kênh
theo bƣớc sóng mật độ cao - DWDM. Các thành phần thiết bị trƣớc kia chỉ có
khả năng xử lý từ 4 đến 16 kênh, mỗi kênh hỗ trợ luồng dữ liệu đồng bộ tốc
độ 2,5 Gbit/s cho tín hiệu mạng quang phân cấp số đồng bộ (SDH/SONET).
Các nhà cung cấp WDM đã sớm phát triển các thiết bị nhằm hỗ trợ cho việc


-5truyền nhiều hơn các kênh quang. Các hệ thống với hàng trăm kênh giờ đây
đã sẵn sàng đƣợc đƣa vào sử dụng, cung cấp một tốc độ dữ liệu kết hợp hàng
trăm Gbit/s và tiến tới đạt tốc độ Tbit/s truyền trên một sợi đơn. Có hai hình
thức cấu thành hệ thống WDM đó là: hệ thống ghép bƣớc sóng cùng hƣớng
và hệ thống ghép bƣớc sóng song hƣớng [3,4].
Ở hình 1.2 là hệ thống ghép bƣớc sóng cùng hƣớng. Trong hệ thống này
thiết bị ghép bƣớc sóng đƣợc dùng để kết hợp các bƣớc sóng khác nhau sau
đó truyền trên cùng một sợi và tách chúng ở đầu kia thành các tia riêng rẽ

trƣớc khi đƣa vào bộ thu quang tƣơng ứng.
Nguån 
Nguån 

Mét sîi dÉn quang
Ghép
kênh

Nguån n



Thu

Khuếch

Tách

đại
n

kênh

Thu



n

Thu


Hình 1. 2 :Hệ thống ghép bước sóng cùng hướng

Hệ thống ghép bƣớc sóng song hƣớng đƣợc trình bày ở hình 1.3. Ở
hƣớng đi, các kênh quang tƣơng ứng với các bƣớc sóng 1, 2, ..., n qua bộ
ghép/tách kênh đƣợc tổ hợp lại với nhau truyền dẫn trên một sợi. Cũng sợi
quang đó, ở hƣớng về các bƣớc sóng n+1, n+2,..., 2n đƣợc truyền dẫn theo
chiều ngƣợc lại
Mét sîi dÉn quang

Thu

2n

đại
nnn

Hình 1. 3: Hệ thống ghép bước sóng song hướng

kênh

n+1

Khuếch

Thu
Ghép / Tách

Thu


n
kênh

Nguån n

Ghép / Tách

Nguån 

Thu


n

Nguån  n+1
Nguån  2n


-6Để thực hiện một hệ thống ghép kênh phân chia theo bƣớc sóng cùng
hƣớng thì cần phải có bộ ghép kênh ở đầu phát để kết hợp các tín hiệu quang
từ các nguồn phát quang khác nhau đƣa vào một sợi dẫn quang chung. Tại
đầu thu, cần phải có bộ tách kênh để tách các kênh quang tƣơng ứng. Nhìn
chung, các tín hiệu quang không phát một lƣợng công suất đáng kể nào ở
ngoài độ rộng phổ kênh đã định trƣớc của chúng, cho nên vấn đề xuyên kênh
là không đáng lƣu tâm ở đầu phát. Mà vấn đề đáng lƣu tâm là bộ ghép kênh
cần có suy hao thấp để sao cho tín hiệu từ nguồn quang tới đầu ra bộ ghép
kênh ít bị suy hao. Đối với bộ tách kênh, vì các bộ tách sóng quang thƣờng
nhạy cảm trên cả một vùng rộng các bƣớc sóng cho nên nó có thể thu đƣợc
toàn bộ các bƣớc sóng đƣợc phát đi, nhƣ vậy để ngăn chặn các tín hiệu không
mong muốn một cách có hiệu quả thì phải có biện pháp cách ly tốt các kênh

quang. Để thực hiện tốt điều này, cần thiết kế các bộ giải ghép thật chính xác
hoặc sử dụng các bộ lọc quang rất ổn định có bƣớc sóng cắt chính xác. Do đó
hệ thống WDM cùng hƣớng đƣợc ứng dụng và phát triển tƣơng đối rộng rãi.
Hệ thống WDM song hƣớng thì yêu cầu phát triển và ứng dụng cao hơn,
có cơ cấu phức tạp hơn đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật cực kỳ nghiêm ngặt. Có rất
nhiều vấn đề cần lƣu ý nhƣ là phản xạ quang, xuyên âm giữa các kênh, mức
điện của công suất truyền dẫn. Ở phía phát, các thiết bị ghép kênh phải có suy
hao nhỏ từ mỗi nguồn quang tới đầu ra của bộ ghép kênh. Ở phía thu, các bộ
tách sóng quang phải nhạy với dải rộng của các bƣớc sóng quang. Khi thực
hiện tách kênh cần phải cách ly kênh quang thật tốt với các bƣớc sóng khác
bằng cách thiết kế các bộ tách kênh thật chính xác, các bộ lọc quang nếu đƣợc
sử dụng phải có bƣớc sóng cắt chính xác, dải làm việc ổn định. Do sử dụng bộ
khuếch đại quang hai chiều nên hệ thống song hƣớng giảm đƣợc số lƣợng bộ
khuếch đại và tiết kiệm đƣợc sợi quang.
Về nguyên lý, bất kỳ một bộ ghép bƣớc sóng nào cũng có thể đƣợc dùng
làm bộ giải ghép bƣớc sóng. Nhƣ vậy, hiểu đơn giản từ “bộ ghépMultiplexer” trong trƣờng hợp này thƣờng đƣợc sử dụng ở dạng chung để
tƣơng thích cho cả bộ ghép và bộ giải ghép, trừ trƣờng hợp cần thiết phải
phân biệt hai thiết bị này.
Ngƣời ta chia loại thiết bị ghép bƣớc sóng quang thành ba loại: các bộ
ghép (MUX), các bộ giải ghép (DEMUX) và các bộ ghép và giải ghép hỗn


-7hợp (MUX-DEMUX). Các bộ MUX và DEMUX đƣợc dùng cho các phƣơng
án truyền dẫn cùng hƣớng, còn loại hỗn hợp đƣợc sử dụng cho phƣơng án
truyền dẫn song hƣớng [7].
C¸c tÝn hiÖu
®-îc ghÐp
I k (  k)
O( k)
( i)

Oi ( i)
C¸c tÝn hiÖu
®-îc gi¶i ghÐp
Hình 1. 4 : Mô tả thiết bị ghép- giải ghép hỗn hợp(MUX-DEMUX)

Các bộ ghép bƣớc sóng trong kỹ thuật ghép bƣớc sóng đƣợc phân loại
nhƣ hình 1.5.
C¸c bé ghÐp b-íc sãng

Thô ®éng

Vi
quang

T¸n
s¾c

T¸n x¹
vËt liÖu

GhÐp
sîi

TÝch cùc

Tæ hîp

Quang tæ
hîp


Bé
läc

C¸ch
tö

C¸c bé ph¸t
thu nhiÒu b-íc
sãng

Bé ghÐp
hai
h-íng

Phi
tuyÕn

Giao
thoa

C¸ch
tö

Hình 1. 5: Phân loại các bộ ghép bước sóng

Ph©n
cùc


-8Các bộ ghép bƣớc sóng thụ động đƣợc sử dụng hiện nay thƣờng là các bộ

vi quang học (microoptic) và bộ ghép sợi kiểu dẫn sóng (guided wave fibre
coupler). Mỗi loại đều có ƣu nhƣợc điểm của mình.
Các bộ vi quang học thƣờng đòi hỏi hệ thống ghép nối các thấu kính để
ghép vào sợi quang. Các khó khăn trong việc định vị và ghép nối làm hạn chế
các đặc tính kỹ thuật đặc biệt là đối với các sợi đơn mode. Tuy nhiên việc sử
dụng các bộ vi quang học cho phép lựa chọn đặc tính của bộ lọc rộng rãi hơn.
Các bộ ghép sợi ít chịu ảnh hƣởng của các khó khăn nêu trên nhƣng lại bị
hạn chế trong việc lựa chọn các đặc tính cần có của bộ lọc, chẳng hạn nhƣ
mức độ bằng phẳng của băng thông.
Có 3 tiêu chuẩn cơ bản để xác định đặc tính của các bộ ghép bƣớc sóng là:
- Suy hao xen
- Xuyên âm
- Độ rộng phổ của kênh
a) Suy hao xen:
Suy hao xen ở đây đƣợc xác định nhƣ lƣợng tổn hao công suất trên tuyến
truyền dẫn quang do việc thêm vào các bộ ghép bƣớc sóng. Khác với các
coupler thông thƣờng, ở đây suy hao xen đƣợc xem xét đối với từng bƣớc
sóng:
Lk= -10log O(k)/Ik(k)

MUX

(1.1)

Li= -10log Oi(i)/I(i)

DEMUX

(1.2)


Trong đó:
I(i), O(k) là công suất tín hiệu đƣợc ghép ở trên đƣờng chung
Ik(k) là công suất tín hiệu bƣớc sóng k đi vào cửa thứ k của bộ ghép, tín
hiệu này đƣợc phát từ nguồn phát quang thứ k.
Oi(i) là công suất tín hiệu bƣớc sóng i đi khỏi cổng thứ i của bộ tách.
Suy hao này bao gồm suy hao sinh ra tại các điểm ghép nối của các bộ
ghép bƣớc sóng mà nguyên nhân chủ yếu là do hấp thụ hoặc phản xạ. Mức độ
ảnh hƣởng tƣơng đối của hai nguồn suy hao trên đến hệ thống còn tùy thuộc
vào loại công nghệ đƣợc lựa chọn để chế tạo bộ ghép bƣớc sóng.
b) Xuyên âm: