i
MỤC LỤC
MỤC LỤC i
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT iii
LỜI NÓI ĐẦU 1
Chương 1 4
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG GHÉP KÊNH THEO BƯỚC
SÓNG WDM 4
1.1 Nguyên lý ghép kênh theo bước sóng WDM 4
1.1.1 Nguyên lý ghép kênh 4
1.1.2 Các thông số cơ bản của thiết bị WDM 6
1.2 Các thành phần của thiết bị WDM 7
1.2.1 Sợi quang 8
1.2.2 Thiết bị phát và thu WDM 9
1.2.3 Bộ khuếch đại quang 10
1.3 Các vấn đề thiết kế hệ thống WDM 12
1.3.1 Vấn đề suy hao và quỹ công suất quang 12
1.3.2 Vấn đề tán sắc 13
1.3.3 Vấn đề xuyên kênh 14
1.3.4 Kênh bước sóng ITU-T Grid 21
1.4 Hệ thống truyền dẫn WDM đường trục khoảng cách lớn 26
1.4.1 Các yếu tố thách thức thiết kế hệ thống 26
1.4.2 Một số công nghệ áp dụng cho các hệ thống WDM đường trục 29
1.5 Kết luận chương 34
Chương 2 35
TÁN SẮC MODE PHÂN CỰC, ẢNH HƯỞNG CỦA TÁN SẮC MODE PHÂN CỰC
LÊN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG TỐC ĐỘ CAO 35
2.1 Tán sắc MODE phân cực (PMD) trong sợi quang 35
2.1.1 Các mode phân cực 35
2.1.2 Bản chất vật lý của tán sắc mode phân cực 36

3.4 Kết luận chương 3 121
Chương 4 122
CÁC THIẾT BỊ CỦA HỆ THỐNG CÁP QUANG BIỂN WDM; MỘT SỐ VẤN ĐỀ
TRONG THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÁP QUANG BIỂN 122
4.1 Các thiết bị cáp quang biển WDM 122
4.1.1 Thiết bị của Alcatel 122
4.1.2 Thiết bị của TYCO 129
4.1.3 Thiết bị c ủa Fujitsu 136
4.1.4 Một số hệ thống cáp quang biển 141
4.2 Một số vấn đề trong nghiên cứu xây dựng tuyến truyền cáp quang biển WDM . 147
4.2.1 Chọn dung lượng, công nghệ và cấu hình hệ thống 147
4.2.2 Lựa chọn tuyến cáp 153
4.2.3 Lựa chọn hướng tuyến 154
4.2.4 Các yêu cầu kỹ thuật cho hệ thống 157
4.3 Kết luận chương 4 164
TÀI LIỆU THAM KHẢO 165

iii
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
ADM
Add/Drop Multiplexing
Ghép kênh xen rẽ
APD
Avalance Photodiode
Photodiode thác
ASE
Amplified Spontaneous Emission
Bức xạ tự phát được khuếch đại
ASK
Amplitude Shift Keying

(cáp) vỏ giáp kép
DBR
Distributed Bragg Reflector
Phản xạ phân bố Bragg
DEMUX
Demultiplexing
Giải ghép kênh
DFB
Distributed Feedback
Phản hồi phân bố
DFE
Decisive Feeback Equalizer
Bộ cân bằng hồi tiếp quyết định
DGD
Decisive Group Delay
Độ trễ nhóm vi phân
DLS
Digital Line Section
Phần đường truyền số
DOP
Degree of polarization
Độ phân cực
DRA
Distributed Raman Amplifier
Bộ khuếch đại Raman phân bố
DSF
Dispersion Shift Fiber
Sợi dịch chuyển tán sắc
DWDM
Dense Wave Length Multiplexing

Graded Index
Chỉ số chiết suất Gradien

iv
GVD
Group Velocity Dispersion
Tán sắc vận tốc nhóm
IDF
Inversion Dispersion Fiber
Sợi tán sắc đảo ngược
IP
Internet Protoco;
Giao thức Internet
ISI
Intersymbol Interference
Giao thoa giữa các ký tự
ITU
International Telecommunication
Union
Tổ chức viễn thông quốc tế
LD
Laser Diode
La-de diode
LDV
Link Design Value
Giá trị thiết kế tuyến
LED
Light Emitting Diode
Diode phát quang
LME

Optical Digital Cross-Connect
Bộ đấu nối chéo quang
OEIC
Opto-Electronic Intergrated Circuit
Mạch tích hợp quang điện tử
OSNR
Optical Signal to Noise Ratio
Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu quang
OSR
Optical Submarine Repeater
Trạm lặp quang dưới biển
PANDA
Polarization-maintaining and
Absorption-reducing
Duy trì phân cực và giảm hấp thụ
PC
Polarization Control
Bộ điều khiển phân cực
PDCD
Polarization Dependent Chromatic
Dispersion
Tán sắc CD phụ thuộc phân cực
PDG
Polarazation-Dependent Gain
Độ khuếch đại phụ thuộc phân cực
PDL
Polarazation-Dependent Loss
Suy hao phụ thuộc phân cực
PDV
Polarazation Dispersion Vector

RF
Radio Frequency
Tần số vô tuyến
RFSA
Radio Frequency Spectrum Analizer
Máy phân tích phổ tần số vô tuyến
RMS
Root Mean Square
Trung bình bình phương
ROV
Remote Operation Vehicle
Máy hoạt động từ xa
RX
Receiver
Bộ thu
RZ
Return to Zero
Trở về không
SA
Single Armour (cable)
(cáp) vỏ giáp đơn
SBS
Stimulated Brillouin Scaterring
Tán xạ Raman kích thích
SDH
Synchronuos Digital Hiararchy
Phân cấp số đồng bộ
SESR
Severely Error Second Ratio
Tỷ số giây lỗi nghiêm trọng

TTE
Transmission Terminal Equipment
Thiết bị đầu cuối truyền dẫn
TX
Transmiter
Bộ phát
VCSEL
Vertical Cavity Surface-emitting Laser
Laser phát mặt có hốc theo chiều
đứng
WDM
Wavelength Division Multiplexer
Ghép kênh theo bước sóng
WDW-
BU
Wavelength Division Mulitplexing
Branching Unit
Bộ rẽ nhánh WDM
WGR
Wavelength Grating Router
Bộ định tuyến cách tử dẫn sống
XPM
Cross phase modulation
Điều chế pha chéo 1

LỜI NÓI ĐẦU


Điểm kết nối
Việt Nam (Vũng
Tàu), Hồng
Kông, Thái Lan
Việt Nam (Đà
Nẵng), 33 nước Á,
Âu từ Nhật Bản –
Đức
Việt Nam, Trung
Quốc, Lào, Thái
Lan, Malaysia,
Singapore
Dung lượng thiết kế
560 Mbps
2,3 Gbps x 8 x
2fp
2,5 Gbps
Năm đưa vào khai
thác
1996
1999
2000

Với sự phát triển có tính bùng nổ của việc sử dụng Internet tại Việt Nam, đặc
biệt là do chủ trương khuyến khích triển khai các dịch vụ băng rộng, nhu cầu về dung
lượng truyền dẫn quốc tế là rất lớn. Rõ ràng, với hai tuyến cáp biển hiện có là không
đáp ứng được nhu cầu thông tin quốc tế xét về nhu cầu dung lượng, điểm kết nối, tính
an toàn của mạng lưới. Bởi vậy, việc tiếp tục nghiên cứu phát triển tuyến cáp quang
biển hiện đại, dung dượng cao và an toàn để kết nối Việt Nam với thế giới là điều hết
sức cần thiết và cấp bách.

4
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG GHÉP KÊNH
THEO BƯỚC SÓNG WDM

Kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng (WDM) là một phần cơ bản trong hệ thống
thông tin cáp quang biển hiện đại.
Chương này sẽ nghiên cứu nguyên lý ghép kênh WDM, các công nghệ hiện đại,
các tiêu chuẩn kỹ thuật đang được ứng dụng trong hệ thông thông tin cáp quang biển.
1.1 Nguyên lý ghép kênh theo bước sóng WDM
Trong các hệ thống thông tin quang thông thường, luồng tín hiệu quang được
truyền theo một hướng trên sợi quang, và hướng ngược lại trên sợi thứ hai. Hệ thống
như vậy gọi là hệ thống đơn kênh quang. Để nâng cao dung lượng truyền dẫn, hiện nay
đang sử dụng ghép kênh quang. Hệ thống sử dụng kỹ thuật này cùng một lúc truyền
nhiều tín hiệu quang trên cùng một sợi quang, nên gọi là hệ thống thông sợi quang
nhiều kênh. Kỹ thuật WDM tận dụng được phổ hẹp của Laser, phát huy khả năng sử
dụng băng tần rất lớn của sợi quang đơn mode. Phương thức ghép kênh quang phổ
biến hiện nay là ghép kênh theo bước sóng (WDM-Wavelength Division
Multiplexing). ITU-T đã phân thành hai loại:
 Hệ thống ghép kênh thô (CWDM- Coarse Wavelength Division
Multiplexing) có kênh rộng hơn 1000 GHz (>1000 GHz), sử dụng các linh kiện quang
giá rẻ như Laser có độ sai lệch bước sóng lớn, bộ lọc băng rộng, … và có thể ứng dụng
phù hợp với hệ thống có nhu cầu dung lượng không quá cao trong mạng truyền tải
cũng như mạng Metro.
 Hệ thống ghép kênh mật độ cao DWDM (Dense Wavelength Division
Multiplexing), có bước sóng kênh hẹp hơn 1000 GHz (<1000 GHz), chỉ tiêu linh kiện
quang đòi hỏi cao hơn và thường được ứng dụng trong các hệ thống truyền dẫn có
dung lượng rất cao như các tuyến đường trục, cáp biển quốc tế.
1.1.1 Nguyên lý ghép kênh
Trong các tuyến thông tin quang điểm nối điểm (Point to Point) thông thường,

, …, 
n
. Các tín hiệu quang được phát ra ở các bước sóng khác nhau này sẽ
được ghép vào cùng một sợi quang nhờ một bộ ghép kênh quang (MUX). Ở đầu thu,
các bộ tách sóng quang khác nhau sẽ nhận lại các luồng tín hiệu với các cướng sóng
riêng rẽ này sau khi qua bộ giải WDM (DEMUX).

Hình 1.2 Mô tả quá trình ghép và giải ghép WDM 6
Hình 1.3 mô tả hệ thống truyền dẫn ghép kênh bước sóng quang WDM theo hai
chiều.

Hình 1.3 Hệ thống ghép kênh WDM điểm – điểm

Với phương án này, cần phải sử dụng hai sợi quang để thực hiện hệ thống thông
tin hai chiều.
1.1.2 Các thông số cơ bản của thiết bị WDM
Các thông số cơ bản để mô tả đặc tính của các bộ ghép – giải ghép
(MUX/EMUX) hỗn hợp là: suy hao xen, xuyên kênh, độ rộng kênh. Các ký hiệu I(
i
)
và O(
k
) tương ứng là các tín hiệu đã được ghép đang có mặt ở đường chung. Ký hiệu
I
k
(
k

I



(1.1)
 Đối với thiết bị DEMUX:
()
10log
()
ii
i
i
O
L
I



(1.2)
Với L
i
là suy hao tại bước sóng 
i
khi thiết bị được ghép xen vào tuyến truyền
dẫn. Các tham số này luôn phải được các nhà chế tạo cho biết đối với từng kênh quang
của thiết bị.
+ Xuyên kênh:
Xuyên kênh mô tả một lượng tín hiệu từ kênh này bị rò (chuyển) sang kênh
khác lân cận. Các mức xuyên kênh cho phép nằm ở dải rất rộng tùy thuộc vào trường
hợp áp dụng, nhưng nhìn chung, phải đảm bảo nhỏ hơn -30 dB trong mọi trường hợp.

Xuyên kênh thường xuất hiện do các nguyên nhân sau: do đặc tính của bộ lọc
tạo ra thiết bị ghép kênh không hoàn thiện; do phổ của các nguồn phát chồng lấn sang
nhau; do các hiệu ứng phi tuyến, nhất là đối với trường hợp công suất các kênh bước
sóng lớn.
+ Độ rộng kênh:
Độ rộng kênh là dải sóng dành cho mỗi lênh mà nó định ra cho từng nguồn phát
quang riêng. Nếu nguồn phát quang là các nguồn phát Diode Laser thì các độ rộng
kênh yêu cầu vào khoảng vài chục nm để đảm bảo không bị nhiễu giữa các kênh do sự
không ổn định của các nguồn phát gây ra. Đối với nguồn phát quang là Diode LED,
yêu cầu độ rộng kênh phải lớn hơn 10 đến 20 lần, bởi vì độ rộng phổ của loại nguồn
này rộng hơn. Như vậy, để tránh nhiễu do phổ nguồn phát, độ rộng kênh phải đảm bảo
đủ lớn, nghĩa là nó phải được xác định tùy theo loại nguồn phát.
1.2 Các thành phần của thiết bị WDM
Các thành phần thiết bị của hệ thống thông tin quang WDM gồm nhiều chủng
loại như sau:
 Nguồn phát quang và bộ thu quang;

8
 Cáp sợi quang;
 Thiết bị ghép và giải ghép WDM;
 Thiết bị ghép xen/rẽ OADM;
 Bộ định tuyến bước sóng;
 Thiết bị đấu nối chéo quang;
 Bộ khuếch đại quang;…
Các thành phần thiết bị này được chế tạo dựa trên những thành tựu công nghệ
thông tin quang và tùy theo đặc điểm có sự phù hợp khác nhau đối với các hệ thống
thông tin quang WDM.
Ta sẽ xem xét các thiết bị chủ yếu với những đặc điểm công nghệ mới nhất phù
hợp với ựng dụng cho các hệ thống thông tin quang WDM hiện đại.
1.2.1 Sợi quang

ITU-T
Bảng 1.1 Các tham số của sợi quang đơn mode (theo khuyến nghị của ITU-
T G.652, G.653, G.654)

1.2.2 Thiết bị phát và thu WDM
Thiết bị phát và thu WDM được phát triển nhờ sử dụng công nghệ mạng tích
hợp quang điện (OEIC: Optic-Electronic Intergrated Circuit), trên nền InP. Đây là các
thiết bị phát và thu WDM được tích hợp nguyên khối hoạt động ở vùng bước sóng
1550 nm với khoảng cách kênh nhỏ hơn hay bằng 1 nm. Mặt khác, người ta tạo ra
được các mạch ánh sáng Plamar chế tạo bằng công nghệ Silica-on-Silicon để phát triển
các bộ phát và thu lai ghép tích hợp. Các phần tử của mạch tích hợp quang điện OEIC
là rất quan trọng cho việc thực hiện công nghệ hệ thống WDM.

10
 Có nhiều phương thức để tạo ra bộ phát WDM nguyên khối: (1) – kết hợp
đầu ra của một số nguồn Laser bán dẫn DFB hoặc DBR, có khả năng điều khiển độc
lập qua các cách tử Bragg, bằng các ống dẫn sóng thụ động. Bộ khuếch đại sẽ khuếch
đại công suất của tín hiệu để tăng công suất phát; (2) – sử dụng các nguồn Laser phát
mặt có hốc theo chiều đứng (VCSEL: Vertical Cavity Surface-Emitting Laser) để tạo
ra bố phát WDM có giá thành thấp trong khi việc ghép mảng Laser hai chiều làm trải
rộng dải bước sóng; (3) – tổ hợp cách tử vào trong hốc Laser để thực hiện phát tín hiệu
tại một số bước sóng. Cách tử sử dụng loại định tuyến cách tử dẫn sóng WGR.
 Các bộ thu WDM nguyên khối thực hiện ghép mảng Photodiode với bộ giải
ghép kênh, sử dụng hai phương thức: (1) – bộ giải ghép kênh dùng cách tử lõm Plamar
được ghép với mảng bộ tách sóng quang; (2) – bộ giải ghép kênh dùng WGR tổ hợp
với mảng Photodiode.
1.2.3 Bộ khuếch đại quang
1.2.3.1 Nguyên lý hoạt động
Bộ khuếch đại quang dùng để bù lại công suất tín hiệu quang bị suy hao do
truyền dẫn qua sợi quang, nhằm để tăng khoảng cách của tuyến truyền dẫn. Các đặc

Hình 1.4 là sơ đồ khối bộ EDFA, gồm có: Coupler, sợi trộn Erbium, Laser bơm
và hai bộ ngăn cách đặt ở hai đầu của Erbium.

11

Hình 1.4 Sơ đồ khối của EDFA
Tín hiệu qua sợi quang được nối qua bộ ngăn cách để loại các ánh sáng phản xạ
từ sợi vào. Bộ ngăn cách ở đầu ra của EDFA ngăn chặn các phản xạ từ sợi ra. Nguồn
sáng Laser từ bộ bơm được ghép vào bộ EDFA và nó sẽ kích thích sợi Erbium để trực
tiếp khuếch đại tín hiệu quang đi qua đó, ở bước sóng 1550 nm.
1.2.3.2 Khuếch đại quang sợi EDFA trong hệ thống WDM
+ Các ứng dụng của EDFA:
Có ba ứng dụng chính của EDFA là:
 Khuếch đại công suất (BA: Booster Amplifier): BA là bộ EDFA có công
suất bão hòa lớn được sử dụng ngay sau nguồn phát để tăng mức công suất tín hiệu.
Do mức công suất ra lớn nên yêu cầu về lọc tạp âm là không nghiêm ngặt. Tuy nhiên,
có thể gây nên một số hiệu ứng phi tuyến.
 Tiền khuếch đại PA (Pre-Amplifier): là bộ EDFA có mức tạp âm thấp, được
đặt ngay trước đầu vào bộ thu để tăng độ nhạy thu. Để có mức tạp âm thấp, phải sử
dụng các bộ lọc quang băng hẹp.
 Khuếch đại đường truyền LA (Line Amplifier): là bộ EDFA có mức tạp âm
thấp, được sử dụng trên đường truyền quang để tăng chiều dài khoảng lặp.
+ Các hạn chế của EDFA
Một trong những hạn chế của EDFA đối với hệ thống WDM là phổ khuếch đại
không đồng đều, các bước sóng khác nhau sẽ được khuếch đại với các hệ số khác
nhau. Đặc biệt là tồn tại đỉnh khuếch đại ở bước sóng 1530 nm. Hơn nữa, trong trường
hợp trên tuyến có sử dụng bộ EDFA thì sẽ hình thành một đỉnh khuếch đại tại bước
sóng 1558 nm. Như vậy, với nhiều bộ EDFA liên tiếp được sử dụng trên tuyến, dải
phổ khuếch đại sẽ bị thu hẹp lại (từ 35 nm xuống còn 10 nm).
Để cân bằng hệ số khuếch đại của EDFA có thể sử dụng các giải pháp sau:

Trong bất kỳ một hệ thống thông tin nào, thì vấn đề quan trọng là phải đảm bảo
được tỷ số SNR sao cho đầu thu có thể thu được tín hiệu với mức BER cho phép.
Trước đây, khi chưa có khuếch đại quang, suy hao tín hiệu trên đường truyền dẫn (do
suy hao sợi quang, suy hao mối hàn, suy hao đầu nối,…) được bù lại thông qua việc sử

13
dụng các trạm lặp điện, quá trình này thực hiện quá phức tạp. Tuy nhiên, khi khuếch
đại quang ra đời, việc đảm bảo quỹ công suất cho hệ thống không còn khó khăn nữa,
mà vấn đề quan trọng là việc bố trí các bộ khuếch đại quang sao cho hợp lý.
1.3.2 Vấn đề tán sắc
1.3.2.1 Các dạng tán sắc
Bản chất của tán sắc là sự giãn rộng phổ của xung tín hiệu khi truyền dẫn trên
sơị quang. Tán sắc gồm: tán sắc mode, tán sắc vật liệu và tán sắc dẫn sóng.
+ Tán sắc mode
Tán sắc mode chỉ tồn tại với sợi quang đa mode, do các mode sẽ lan truyền với
các đường đi khác nhau và do đó thời gian lan truyến khác nhau giữa các mode.
+ Tán sắc vật liệu
Tán sắc vật liệu là một hàm của bước sóng và do sự thay đổi về chỉ số chiết suất
của vật liệu lõi sợi, nên nó làm cho bước sóng phụ thuộc vào vận tốc nhóm.
+ Tán sắc dẫn sóng
Tán sắc dẫn sóng là do sợi đơn mode chi giữ được khoảng 80% năng lượng
trong lõi, vì vậy còn 20% năng lượng xung lan truyền trong vỏ nhanh hơn lan truyền
trong lõi. Tán sắc này phụ thuộc vào hằng số lan truyền β, và β là hàm của a/.
1.3.2.2 Các phương pháp chính để giảm sự ảnh hưởng của sự tán sắc
Để giảm ảnh hưởng của tán sắc gồm có phương pháp làm hẹp độ rộng phổ
nguồn tín hiệu và phương pháp bù tán sắc như:
+ Sử dụng sợi quang G.653 (sợi có mức tán sắc không tại cửa sổ 1550 nm)
+ Bù tán sắc bằng phương pháp điều biến dịch pha SPM.
+ Bù tán sắc bằng các thành phần tán sắc thụ động (bộ kết hợp quay pha bước
sóng và sợi tán sắc âm).

1.3.3.1 Xuyên kênh tuyến tính
Xuyên kênh tuyến tính có thể chia thành hai loại phụ thuộc vào nguồn gốc của
nó. Các bộ lọc quang và các bộ tách kênh thường để rò một phần công suất tín hiệu
sang các kênh lân cận, xen vào qúa trình tách sóng. Xuyên kênh này gọi là xuyên kênh
không đồng nhất bước sóng (hay còn gọi là xuyên kênh ngoài băng), và do tính không
kết hợp của nó, nên nó ít ảnh hưởng hơn so với xuyên kênh đồng kênh (hay còn gọi là
xuyên kênh trong băng), xảy ra khi định tuyến tín hiệu WDM từ nhiều nút mạng. Ta sẽ
xem xét chi tiết hơn hai loại xuyên kênh tuyến tính thường gặp:
+ Xuyên kênh gây ra do bộ lọc:
Ta hãy xét trường hợp hệ thống trong đó sử dụng một bộ lọc quang có thể điều
chỉnh được để chọn ra một kênh trong số N kênh tới. Nếu bộ lọc quang cho qua kênh
thứ m, thì công suất quang tới được bộ tách sóng có thể được tính:
N
m nm n
nm
P P T P



(1.4)
Với P
m
là công suất của kênh thứ m và T
nm
là hệ số truyền dẫn của bộ lọc cho
kênh n khi kênh m được chọn, P
n
là công suất của kênh n. Xuyên kênh này xảy ra nếu
T
nm

x
biểu thị xuyên kênh thêm vào dòng I của bộ thu. Giá trị của nó phụ thuộc vào
dạng bít và đạt cực đại khi tất cả các kênh đều mang các bít “1” (đây là trường hợp xấu
nhất).
Phương pháp đơn giản để tính mức thiệt thòi công suất xuyên kênh là đưa vào
độ khép hình mắt. Thực tế, I
ch
tăng lên để duy trì chất lượng hệ thống. Hệ số tăng 
x

của I
ch
có thể được tính:

10log(1 )
x
X


(1.6)
Với
N
n nm n
nm
X R T P




Là lượng công suất xuyên kênh ngoài băng. Nói một cách khác, nó biểu thị










(1.7)
Bù công suất trong trường hợp này có thể được tính:
 
m
( ) ( ) 2 ( ) ( ) os ( ) ( )
N
m m n n
nm
I t RP t R P t P t c t t


   

(1.8)
Với P
n
= E
n

2
là công suất và (t) là pha. Thực tế, P

x
m
P
r X N
P

  
(1.10)
Vối X=P
n
 P
m
là mức xuyên kênh được xác định nhờ phần công suất rò qua
WGR và được coi như nhau đối với tất cả N-1 nguồn xuyên kênh, trong băng, kết hợp
với giả thiết công suất đều bằng nhau.
Việc tính toán mất mát công suất do xuyên kênh cho trường hợp định tuyến
bước sóng động thông qua kết nối chéo quang sẽ trở nên rất phức tạp do số lượng rất
nhiều các phần tử xuyên kênh mà qua đó tín hiệu có thể truyền qua, chẳng hạn như các
mạng WDM. Việc phân tích cho trường hợp xấu nhất có thể dự đoán được mức độ mất
mát công suất khá lớn (>3dB) khi số lượng phần tử xuyên kênh >25, dù cho mức
xuyên kênh của mỗi phần tử chỉ bằng -40dB. Rõ ràng là xuyên kênh tuyến tính là vấn
đề cơ bản trong thết kế mạng WDM phải được thiết kế sao cho giảm được mức xuyên
kênh càng nhiều càng tốt. Xuyên kênh này có thể giảm xuống bằng giải pháp bù thực
hiện tại bộ thu.
1.3.3.3 Xuyên kênh phi tuyến
Trong hệ thống thông tin quang, xuyên kênh phi tuyến xảy ra khi cường độ của
tín hiệu quang thay đổi vượt qua một ngưỡng nào đó. Đối với các hệ thống WDM
xuyên kênh phi tuyến làm giảm công suất từng kênh, làm tăng tỷ số SNR,… Dưới đây
sẽ xem xét một số hiệu ứng phi tuyến gây ra hiện tượng xuyên kênh:
+ Tán xạ Raman kích thích (Stimulated Raman Scatering – SRS)


eft
()
R ch
i
gP
g
A



Là hệ số khuếch đại Raman tại 
i
=
0
-
i
và P
ch
là công suất kênh. Khi giLeft
<< 1, kênh tần số cao nhất tại 
0
bị suy giảm một lượng giLeft là do khuếch đại
Raman của kênh thứ i. Tổng suy giảm xác định bởi quan hệ sau:
2
eft
( ) eft
N
R ch
i

max
là
giá trị đỉnh của bộ khuếch đại Raman. Hệ số khuếch đại giảm xuống theo hệ số D là để
tính đến sự phân cực không đồng đều xảy ra bên trong sợi quang. Sự mất mát công
suất (tính theo dB) có mối quan hệ với D được tính như sau:
10log(1 )
ch
PD  
(1.13)
Vì vậy, công suất kênh đầu vào phải tăng lên theo hệ số là (1-D) để duy trì đặc
tính hệ thống như nhau. D cần phải nhỏ hơn 5% để giữ đền bù công suất thấp hơn 0,5
dB. Biểu thức (1.13) đưa ra công suất kênh giới hạn bằng cách sử dụng D=0,05. Giới
hạn này được biểu diễn trên hình 1.6 cho sợi có đường kính core là 8m và suy hao
0,2dB tại bước sóng vùng 1550 nm. SRS giới hạn cho công suất kênh thấp 1mW khi
số lượng kênh WDM lớn hơn 80 kênh.

18 Hình 1.6. Giới hạn về công suất quang do tác động của bốn hiệu ứng phi tuyến

Việc phân tich trên đã bỏ qua một thực tế là các tín hiệu trong từng kênh bao
gồm một chuỗi ngẫu nhiên các bit “0” và “1”. Quá trình phân tích thống kê cho thấy
xuyên kênh Raman thấp hơn vào khoảng hệ số 2 khi có tính đến điều biến tín hiệu.
Một mô hình khác hoàn chỉnh hơn xem xét đến sự suy giảm của từng kênh thông qua
bơm Raman các kênh bước sóng dài hơn và khuếch đại của chính nó do bơm từ các
kênh bước sóng ngắn. Sự khuếch đại theo chu kỳ của tín hiệu WDM trong một tuyến
truyến dẫn quang khoảng cách lớn củng làm tăng ảnh hưởng của sự suy giảm SRS gây
ra. Nguyên nhân là ở chỗ các bộ khuếch đại đường truyền (LA) thêm nhiễu có mức
suy hao Raman thấp của chính tín hiệu, dẫn đến suy giảm SNR. Trong thực tế, tổng

Một cơ chế xuyên kênh quan trọng trong hệ thống WDM là hiện tượng phi
tuyến của XPM. XPM bắt nguồn từ sự phụ thuộc vào cường độ của chỉ số chiết suất,
mà chỉ số này là nguyên nhân gây ra sự dịch pha phụ thuộc cường độ tín hiệu truyền
dọc qua sợi quang. Sự dịch pha đối với một kênh riêng biệt phụ thuộc không chỉ vào
công suất của kênh đó mà còn cả vào công suất của các kênh khác. Độ dịch pha tổng
cộng đồi với kênh thứ j có thể được xác định:
2
N
NL
j j m
mj
PP









(1.14)
Ở đây Left được thay thế bằng 1/ theo giả thiết L >> 1. Tham số  được xác
định với giá trị tiêu biểu bằng 1W
-1
Km
-1
. Đối với các hệ thống IM-DD, độ dịch pha
phi tuyến phụ thuộc vào các dạng bit của các kênh khác nhau, và có thể thay đổi từ 0
đến giá trị cực đại (

công thức (1.14) không ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống. Trên thực tế các công suất
kênh bị biến động là do nhiễu cường độ liên quan đến các Laser phát. XPM sẽ biến đổi
sự biến động về cường độ thăng giáng về pha của biểu thức (1.14). Nếu 
2
p
là sự biến
đổi và biến động công suất được giả thiết giống nhau cho tất cả các kênh thì thì biến
đổi pha 
2
p
có thể thu được bằng cách thêm vào các biến đổi riêng rẽ vì công suất
trong mỗi kênh biến đổi độc lập với nhau. Do đó đối với N lớn được tính xấp xỉ:
2
P
N





(1.16)
Thông thường thì 
p
= 5x10
13
P
ch
với P
ch
là công suất kênh trung bình. Ngay cả

cho các hệ thống làm việc ở vùng bước sóng 1.5 m khi sử dụng các sợi tán sắc dịch
chuyển. Trong thực tế các sợi quang thường được chế tạo sao cho tán sắc của chúng đủ
nhỏ để tối thiểu hóa các hiệu ứng tán sắc, nhưng đồng thời cũng đủ lớn để xuyên kênh
gây ra bởi FWM cũng nhỏ nhất.
Về vất lý, hiệu ứng FWM dẫn đến suy giảm chất lượng hệ thống có thể được
hiểu là FWM phát ra một sóng mới ở tần số 
ijk
= 
i
+ 
j
+ 
k
, khi ba sóng 
i ,

j,

k

cùng truyền đi bên trong sợi. Đối với hệ thống N kênh i, j, k có thể thay đổi từ 1 đến
N, dẫn đến một tổ hợp các tần số mới phát sóng bởi FWM. Trong trường hợp khoảng
cách các kênh bằng nhau, các tần số mới trùng khớp với các tần số đang tồn tại dẫn
đến xuyên kênh trong băng kết hợp. Trong cả hai trường hợp năng lực hệ thống bị suy
giảm do suy hao về công suất kênh nhưng xuyên kênh kết hợp làm giảm chất lượng hệ
thông nhiều hơn. Vì vậy các hệ thống WDM đôi khi được thiết kế có khoảng cách

Trích đoạn Kênh bước sóng ITU-T Grid Các yếu tố thách thức thiết kế hệ thống Lựa chọn tuyến cáp Các yêu cầu kỹ thuật cho hệ thống Kết luận chương 4

---