LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 1: Giới Thiệu Mạng Thông Tin Quang
HVTH: LƯU NGỌC ĐIỆP
1
C
C
H
H
Ư
Ư
Ơ
Ơ
N
N
G
G1
1
G
G
I
I
Ơ
Ơ
Ù
Ù
T
T
H
H
O
O
Â
Â
N
N
G
GT
T
I
I
N
NQ
Q
U
U
A
A
N
N
này thực hiện mã hóa mỗi luồng thông tin bởi một mã trực giao với mã của các
luồng thông tin khác cùng chia sẻ môi trường truyền (sợi quang). Kỹ thuật này
không còn phổ biến từ sau những năm 80 vì những hạn chế về kỹ thuật như tốc độ
điều chế và suy hao trong mã hoá cũng như giải mã cao. Hơn nữa, ứng dụng của
phương pháp này làm cho vấn đề tán sắc và đồng bộ trở nên xấu hơn vì thế dường
như không còn thích hợp cho thông tin quang ngày nay.
1. Các mạng quang
Ngoài việc cung cấp dung lượng khổng lồ, mạng quang còn mang lại một cơ sở
hạ tầng chung mà qua đó các dòch vụ khác nhau được thực hiện. Các mạng này
cũng có khả năng phân phát băng thông một cách mềm dẻo khi cần thiết.
Sợi quang cung cấp băng thông lớn hơn rất nhiều so với cáp đồng và ít nhạy đối
với các loại nhiễu điện từ khác nhau và các hiệu ứng không mong muốn khác. Do
đó, nó trở thành một môi trường truyền dữ liệu với tốc độ hơn vài chục megabit
trên giây qua những khoảng cách dài hơn một kilômet. Sợi quang cũng là phương
LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 1: Giới Thiệu Mạng Thông Tin Quang
HVTH: LƯU NGỌC ĐIỆP
2
tiện hay được dùng để thực hiện những kết nối tốc độ cao (gigabit trên giây hoặc
cao hơn) khoảng cách ngắn bên trong những hệ thống lớn.
Thống kê gần đây nhất từ Ủy ban truyền thông Liên Bang Mỹ cho biết sự triển
khai của sợi quang ở khắp nơi. Sợi quang ngày nay được triển khai rộng rãi trong
tất cả các loại mạng viễn thông, có lẽ ngoại trừ khu dân cư. Mặc dù được cung cấp
đến nhiều doanh nghiệp, đặc biệt trong những thành phố lớn, sợi quang chưa được
đưa đến nhà riêng, vì chi phí lắp đặt đường dây rất lớn.
Kỹ thuật truyền dẫn sợi quang tiến hoá qua vài chục thập niên cung cấp tốc độ
bit ngày càng cao và qua những khoảng cách ngày càng dài hơn. Hình 1.1 cho thấy
sự gia tăng băng thông qua nhiều thời gian của các loại mạng khác nhau. Sự phát
triển mạnh mẽ này chủ yếu là do sự triển khai các hệ thống thông tin quang.
ngày nay truyền dẫn ghép kênh theo bước sóng WDM được dùng rộng rãi trong
Hình 1.1: Sự
g
ia tăn
g
băn
g
thôn
g
theo thời
g
ian tron
g
các loại mạn
g
khác nhau
0.0001
0.01
1
100
10,000
1000,000
Residential access
Local-area networks
Leased lines
Long haul
Year
2000
1995
1990
λ
2
OLT
oxc
λ
1
X
λ
2
λ
1
Li
g
g
đònh tu
y
e
á
n bước són
g
LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 1: Giới Thiệu Mạng Thông Tin Quang
HVTH: LƯU NGỌC ĐIỆP
4
Các lightpath trong mạng đònh tuyến bước sóng có thể sử dụng cùng bước sóng khi
nó không dùng chung một tuyến truyền dẫn nào. Điều này cho phép cùng một bước
sóng được sử dụng lại ở các phần khác nhau của mạng. Ví dụ, ở hình 1.5 chỉ ra 6
lightpaths. Lightpath giữa B và C, lightpath giữa D và E, và một trong những
lightpaths giữa E và F không dùng chung tuyến liên kết nào trong mạng và vì thế
có thể được thiết lập sử dụng một bước sóng λ
1
.
Đồng
thời, lightpath giữa A và F
dùng chung một kết nối với lightpath giữa B và C nên phải sử dụng bước sóng khác
(λ
2
). Tương tự, hai lightpath giữa E và F phải được gán các bước sóng khác nhau.
Chú ý rằng tất cả các lightpath này sử dụng cùng bước sóng trên mọi kết nối trong
đường đi của nó. Đây là một sự ràng buộc mà ta phải giải quyết nếu ta không có đủ
khả năng chuyển đổi bước sóng trong mạng. Giả sử ta chỉ có hai bước sóng có sẵn
thứ hai là dạng dòch vụ này có thể trong suốt đối với dữ liệu thật được gửi trên
lightpath một khi nó được thiết lập. Chẳng hạn như một tốc độ bit lớn nhất và nhỏ
nhất nào đó có thể được đònh rõ, dòch vụ có thể chấp nhận dữ liệu ở bất cứ tốc độ
bit nào và bất cứ dạng nghi thức nào trong vòng giới hạn này. Nó cũng có thể mang
dữ liệu tương tự.
LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 1: Giới Thiệu Mạng Thông Tin Quang
HVTH: LƯU NGỌC ĐIỆP
5
Tính trong suốt trong mạng cung cấp nhiều thuận lợi. Một điều hành viên có thể
cung cấp các loại dòch vụ khác nhau sử dụng một cơ sở hạ tầng riêng rẽ. Ta có thể
nghó điều này như là tính trong suốt của dòch vụ. Thứ hai, nếu các nghi thức hoặc
tốc độ bit thay đổi, thiết bò đã triển khai trong mạng vẫn có khả năng hỗ trợ các
nghi thức hoặc tốc độ bit mới mà không cần một sự đại tu toàn bộ mạng. Điều này
cho phép các dòch vụ mới được triển khai hiệu quả và nhanh chóng, trong khi các
dòch vụ cũ vẫn được thực hiện.
Một ví dụ về mạng trong suốt loại này là mạng điện thoại. Một khi cuộc gọi
được thiết lập trong mạng điện thoại, nó cung cấp 4 Khz băng thông qua đó một
người sử dụng có thể gửi nhiều dạng lưu lượng khác nhau như là tiếng nói, dữ liệu,
hoặc fax. Tính trong suốt cũng trở thành một nét đặc biệt trong các mạng quang thế
hệ thứ hai.
Một thuật ngữ khác liên quan đến các mạng trong suốt là khái niệm mạng toàn
quang. Trong mạng này, dữ liệu đïc mang từ nguồn đến nơi dưới dạng quang, mà
không phải trải qua bất cứ chuyển đổi quang-điện nào dọc theo đường đi. Một cách
lý tưởng, mạng này sẽ hoàn toàn trong suốt. Tuy nhiên, mạng toàn quang bò giới
hạn trong phạm vi của nó bởi nhiều thông số của lớp vật lý như là băng thông và
các tỉ số tín hiệu trên nhiễu. Ví dụ như các tín hiệu tương tự yêu cầu tỉ số tín hiệu
trên nhiễu cao hơn nhiều so với các tín hiệu số. Yêu cầu thật sự dựa vào đònh dạng
điều chế được sử dụng cũng như tốc độ bit.
Mặc dù chúng ta nói về các mạng quang, nhưng hầu như các mạng này luôn
chứa một số thiết bò điện tử. Trước hết, điện tử đóng một vai trò chủ yếu trong việc
dựng mạng hỗ trợ các loại tín hiệu số khác nhau với tốc độ bit cực đại được đònh
trước và một tập các đònh chuẩn khung riêng biệt, như là SONET và Gigabit
Ethernet. Mạng hỗ trợ nhiều đònh chuẩn khung khác nhau được thực hiện bằng
cách sử dụng hoặc là kỹ thuật 2R trong mạng hoặc là cung cấp các thiết bò thích
nghi 3R riêng biệt cho mỗi đònh ước khung. Mạng này được vẽ trong hình 1.3.
4. Chuyển mạch gói quang
Đến đây ta đã nói về mạng quang cung cấp các lightpath. Các mạng này về
bản chất là các mạng chuyển mạch mạch. Những nhà nghiên cứu cũng đang làm
việc trên các mạng quang mà có thể thực hiện chuyển mạch gói trong miền quang.
Một mạng loại này có thể cung cấp các dòch vụ mạch ảo hoặc các dòch vụ
datagram, rất giống các dòch vụ trong các mạng ATM và IP. Với một kết nối mạch
ảo, mạng cung cấp một kết nối chuyển mạch mạch giữa hai nút. Tuy nhiên, băng
thông được cấp trên kết nối có thể nhỏ hơn toàn bộ băng thông có sẵn trên một
tuyến liên kết. Ví dụ như, những kết nối riêng rẽ trong một mạng tốc độ cao tương
Lightpath
λ
2
λ
1
λ
2
λ
1
Hình 1.3
LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 1: Giới Thiệu Mạng Thông Tin Quang
HVTH: LƯU NGỌC ĐIỆP
7
mạch gói điện tử. Một nút này lấy một gói đi vào, đọc header của nó và chuyển nó
đến một ngõ ra thích hợp. Nút cũng có thể áp đặt một header mới trên gói. Nó
cũng phải xử lý tranh chấp cho các cổng ra. Nếu hai gói đi vào trên các cổng khác
nhau muốn đi ra trên cùng một cổng, một trong hai phải được đệm, hoặc gửi ra trên
một cổng khác.
Header
recognition
Header
recognition
Output
buffers
Input
buffers
Packets
Hình 1.4: Một nút chu
y
ển mạch
g
ói
q
uan
g
LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 1: Giới Thiệu Mạng Thông Tin Quang
HVTH: LƯU NGỌC ĐIỆP
8
Khi nói đến các tín hiệu WDM là chúng ta đang nói về bước sóng hoặc tần số
của các tín hiệu này. Bước sóng
λ
và tần số f liên hệ với nhau qua công thức: c =
f
λ
Hz.
Một thông số được quan tâm khác là khoảng cách kênh, là khoảng cách giữa
hai bước sóng hoặc tần số trong một hệ thống WDM. Khoảng cách kênh có thể
được đo bằng đơn vò của bước sóng hoặc tần số. Mối liên hệ giữa hai đại lượng có
thể đạt được bắt đầu từ phương trình f = c /
λ
.
Lấy vi phân phương trình này quanh một giá trò trung tâm λ
0
, ta được mối liên
hệ giữa khoảng cách tần số ∆f và khoảng cách bước sóng ∆
λ
là:
∆f = - c. ∆
λ
/ λ
2
0
.
Ở bước sóng λ
0
= 1550 nm, khoảng cách bước sóng 0.8 nm tương ứng một
khoảng cách tần số 100Ghz, một khoảng cách tiêu biểu trong các hệ thống WDM.
Các tín hiệu thông tin số trong miền thời gian có thể được xem như chuỗi các
xung đònh kỳ, mở hoặc tắt, phụ thuộc vào dữ liệu là 1 hay 0. Tốc độ bit đơn giản là
nghòch đảo của chu kỳ. Các tín hiệu này có một sự biễu diễn tương tự trong miền
tần số, nơi mà năng lượng của tín hiệu trải dài qua một tập tần số. Sự biễu diễn này
được gọi là phổ công suất, hoặc đơn giản là phổ. Băng thông tín hiệu là độ rộâng
phổ của tín hiệu. Băng thông cũng có thể được đo trong miền tần số hoặc trong
kênh 25 GHz. Chúng ta cũng đang thấy nhiều băng truyền dẫn được sử dụng. Các
hệ thống WDM trước đây sử dụng băng C, hoặc băng quy ước (xấp xỉ 1530-1565
nm). Sử dụng băng L, hoặc băng có bước sóng dài (xấp xỉ 1565-1625 nm), đã trở
nên khả thi gần đây với sự phát triển của các bộ khuếch đại quang trong dải này.
Nó được chứng minh rằng khó đạt được sự thoả thuận từ những nhà sản xuất và
các nhà cung cấp dòch vụ WDM khác nhau trên những tiêu chuẩn bước sóng cụ thể
hơn. Các nhà sản xuất WDM khác nhau dùng các phương pháp khác nhau để tối ưu
những thiết kế hệ thống của họ, vì thế kế hoạch hội tụ tại một bước sóng là điều
khó khăn. Tuy nhiên, tiêu chuẩn của ITU đã giúp tăng cường sự triển khai các hệ
thống này.
5.3. Công suất quang và mất mát
Trong thông tin quang, việc sử dụng đơn vò decibel (dB) để đo công suất và các
mức tín hiệu gần như là phổ biến, trái với các đơn vò quy ước. Lý do để làm điều
. . .
. . .
)
dBW
= 10log(P
t
)
W
.
Trong nhiều trường hợp, đo công suất quang bằng miliwatts (mW) thuận tiện
hơn và ta có một giá trò dBm là
(P
t
)
dBm
= 10log(P
t
)
mW
.
Ví dụ như, một công suất 1 mW tương ứng 0 dBm hoặc –30dBW. Một công suất
10 mW tương ứng với 10 dBm hoặc –20 dBW.
Khi truyền qua sợi quang, tín hiệu ánh sáng sẽ suy hao; nghóa là công suất nó bò
giảm. Ở đầu cuối của đường truyền, ta giả sử công suất nhận được là P
r
. Thì mất
mát γ của đường truyền được đònh nghóa là γ = P
r
/ P
t
.
Trong đơn vò dB, ta sẽ có
= -30 dB.
Có nghóa là, một tín hiệu bò suy hao 1000 lần chòu mất mát là 30dB. Một tín
hiệu được khuếch đại 1000 lần tương đương với độ lợi là 30 dB.
Ta thường đo mất mát trong sợi quang bằng đơn vò dB/km. Ví dụ một tín hiệu
được truyền qua 120 km sợi quang với mất mát 0.25 dB/km thì sẽ bò suy hao 30 dB.
LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 2: Giới Thiệu Mạng Ghép Kênh Đa Bước Sóng (DWDM)
HVTH: LƯU NGỌC ĐIỆP
11
CHƯƠNG 2
GIỚI THIỆU MẠNG GHÉP KÊNH ĐA BƯỚC
SÓNG (DWDM)
Những mạng quang dùng kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng (WDM) được tin
là các mạng thế hệ tiếp theo có thể làm thoả mãn nhu cầu gia tăng băng thông liên
tục cho người sử dụng. Để hỗ trợ các ứng dụng có yêu cầu băng thông cao, trễ và tỉ
lệ lỗi thấp; ta phải sử dụng các mạng có thể đáp ứng những nhu cầu này. Trong khi
sợi quang cung cấp cho chúng ta các đường truyền đạt được những đặc tính mong
muốn, thì băng thông mạng lại bò giới hạn bởi tốc độ xử lý ở các nút. Nguyên do là
tốc độ xử lý ở các nút phải được thực hiện bằng điện tử. Điều này có nghóa là tín
hiệu quang trên sợi phải được chuyển thành tín hiệu điện, xử lý ở tốc độ điện tử
thấp và sau đó được chuyển lại thành tín hiệu quang để truyền đi trên sợi quang.
Điều này không những làm cho mạng bò chậm xuống, mà còn làm gia tăng chi phí
trên mạng. Giải pháp cho vấn đề này hiển nhiên là xây dựng các mạng mà trong
g
dữ liệu và tiến
g
nói theo thời
g
ian
LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 2: Giới Thiệu Mạng Ghép Kênh Đa Bước Sóng (DWDM)
HVTH: LƯU NGỌC ĐIỆP
12
Frame Relay). Hơn nữa, có một phần dữ liệu nhạy với trễ như là VOIP và
Video tăng dần.
Những lựa chọn trong việc tăng băng thông: Đương đầu với những thách
thức về dung lượng gia tăng mạnh mẽ trong khi chi phí bò ràng buộc, các nhà
cung cấp có hai sự chọn lựa: lắp đặt sợi quang mới hoặc làm tăng hiệu quả
băng thông của những sợi có sẵn.
Lắp đặt sợi mới là phương pháp truyền thống mà các được các nhà
cung cấp sử dụng để mở rộng các mạng. Tuy nhiên, triển khai sợi mới là
một việc là tốn kém. Người ta ước tính khoảng 70.000 đô trên một dặm,
phần lớn là chi phí cho những giấy phép và xây dựng hơn là bản thân sợi
quang.
Làm tăng hiệu quả dung lượng của sợi đang sử dụng có thể được thực
hiện bằng hai cách:
• Tăng tốc độ bit của những hệ thống đang tồn tại.
• Tăng số bước sóng trên một sợi.
Tăng tốc độ Bit:
Sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia thời gian TDM, dữ
liệu hiện nay thường được truyền dẫn ở 2,5 Gbps (OC-48) và tăng lên ở 10
bước sóng đơn lẻ. Vào đầu những năm 90, các bộ khuếch đại quang được
phát triển, cho phép thực hiện truyền dẫn tốc độ cao với ít bộ lặp hơn. Nhiều
bước sóng độc lập khác nhau có thể được truyền đồng thời qua một sợi để
tận dụng hoàn toàn băng thông của sợi. WDM là kỹ thuật tiến bộ cho phép
truyền nhiều bước sóng trên một sợi đơn. Trong truyền dẫn WDM, các kênh
dữ liệu khác nhau được điều chế vào một sợi quang với những bước sóng
tương ứng. Toàn bộ băng thông được cung cấp trên sợi quang là tổng tất cả
các băng thông được cung cấp bởi các kênh riêng rẽ.
Kỹ thuật WDM đang được triển khai rộng rãi trên những liên kết điểm nối
điểm trong các mạng ở Mỹ. Tuy nhiên, WDM hứa hẹn những thuận lợi cho
chuyển mạch và đònh tuyến cũng như truyền dẫn. Các bộ kết nối chéo quang
hiện đang được phát triển có thể chuyển một số lớn bước sóng từ một sợi
ngõ vào đến một sợi quang ngõ ra. Các kết nối từ đầu cuối đến đầu cuối với
băng thông cố đònh, tốc độ cao được gọi là những lightpath có thể được thiết
lập giữa các nút khác nhau. Mạng quang đònh tuyến bước sóng hi vọng được
tiến hoá từ các hệ thống WDM truyền dẫn riêng rẽ đang tồn tại hình thành
nên các lớp quang học trong những mạng tương lai. Các lớp quang này sẽ
Trong TDM, dữ liệu vào được phục vụ theo kiểu xoay vòng. Mỗi khe
thời gian được dự trữ ngay cả khi không có dữ liệu để gửi, do vậy hiệu quả
kém. Vấn đề này được giảm bớt bằng cách ghép kênh thống kê sử dụng
trong mode truyền dẫn bất đồng bộ (ATM). Mặc dù ATM tận dụng băng
thông tốt hơn, nhưng lại có những hạn chế thực tế đối với tốc độ có thể đạt
được vì những xử lý điện tử yêu cầu cho việc phân tách và tập hợp lại các tế
bào ATM mang dữ liệu.
b. SONET:
Công nghệ Viễn thông đã thông qua mạng quang đồng bộ (SONET) hoặc
tiêu chuẩn phân cấp số đồng bộ (SDH) cho truyền tải quang hay dữ liệu
TDM. SONET được sử dụng ở Bắc Mỹ, còn SDH được sử dụng ở nơi khác,
là hai chuẩn liên quan chặt chẽ với nhau đònh rõ các thông số giao tiếp, tốc
độ, đònh dạng khung, phương pháp ghép kênh và quản lý cho TDM đồng bộ.
SONET/SDH lấy các luồng n bit, ghép chúng lại, điều chế quang tín hiệu
và sử dụng một thiết bò phát ra ánh sáng để gửi nó ra ngoài trên sợi quang
với một tốc độ bit tương đương với (tốc độ bit đi vào) x n. Vì vậy lưu lượng đi
đến bộ ghép kênh SONET từ bốn nơi với tốc độ 2,5 Gbps sẽ đi ra như một
luồng đơn ở tốc độ 4 x 2,5 Gbps = 10 Gbps. Nguyên tắc này được minh hoạ
trong hình 2.4.
LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 2: Giới Thiệu Mạng Ghép Kênh Đa Bước Sóng (DWDM)
HVTH: LƯU NGỌC ĐIỆP
15
Đơn vò đầu tiên được dùng trong ghép kênh các cuộc gọi điện thoại là 64
kbps, biểu thò cho một khe thời gian (time slot). Ghép hai mươi bốn (ở Bắc
Mỹ) hoặc ba mươi hai (ở Châu Âu) khe thời gian này sử dụng kỹ thuật ghép
kênh TDM tạo thành một luồng tín hiệu tốc độ bit cao hơn (1,544 Mbps hoặc
2,048 Mbps) để truyền qua các đường T1 và E1 tương ứng.
SONET cung cấp băng thông khổng lồ dựa trên nhiều tốc độ từ STS-1 ở
51,84 Mbps đến STS-192/STM-64 ở 10Gbps. OC-768 (40Gbps) chưa được
phổ biến. SONET/SDH là nền tảng của các mạng MAN qua nhiều thập niên
như là một lớp chuyển vận cơ bản cho cả chuyển mạch mạch TDM và một
phần các mạng dữ liệu.
SONET/SDH có một số các trở ngại. Như với TDM, khái niệm về độ ưu
tiên và tắc nghẽn không tồn tại trong SONET hoặc SDH. Ghép kênh phân
cấp số cũng cứng nhắc như vậy. Chẳng hạn như, nấc tiếp theo của TDM
10Gbps (STS-192) là 40Gbps (STS-768). Vì hệ phân cấp số được tối ưu cho
lưu lượng tiếng nói, nên sẽ không hiệu quả khi mang lưu lượng dữ liệu với
các khung SONET. Ngược lại, DWDM, có thể chuyển tải bất cứ nghi thức
nào, kể cả SONET, mà không cần sự đóng gói đặc biệt nào. Hơn nữa việc
lắp đặt SONET/SDH khá là đắt tiền.
c. ATM:
Mode chuyển tải bất đồng bộ ATM là một kỹ thuật chuyển mạch sử dụng
các tế bào (cell) kích thước nhỏ, cố đònh. ATM là một kỹ thuật kết nối đònh
hướng. Khái niệm bất đồng bộ muốn nói rằng các cells được truyền dẫn
xuyên qua mạng theo nhu cầu. Các cells ATM nhỏ (53 bytes) so với các gói
mạng nội bộ có chiều dài thay đổi. Thông tin trong phần đầu (header) và
phần tải (payload) luôn ở cùng một nơi làm cho việc điều khiển cells rất đơn
f. WDM:
WDM làm tăng khả năng truyền tải của môi trường vật lý (sợi quang)
bằng cách dùng một phương pháp hoàn toàn khác với TDM. WDM gán cho
các tín hiệu quang đi vào các tần số ánh sáng (bước sóng) riêng biệt trong
vòng một dải tần nào đó, và ghép các bước sóng trên một sợi quang. Các tín
hiệu được phân kênh ở phía thu. Giống như TDM, dung lượng là tập hợp của
các tín hiệu ngõ vào, nhưng WDM mang mỗi tín hiệu vào độc lập với những
tín hiệu khác. Do vậy, mỗi kênh sẽ có băng thông được dành riêng; tất cả
các tín hiệu đến nơi cùng lúc, không cần phải chia ra và mang đi trong từng
khe thời gian.
2. Những nhu cầu trong mạng vùng rộng và DWDM
Các yêu cầu chính đối với hệ thống DWDM trong một mạng MAN gồm có:
• Hỗ trợ đa giao thức
• Tính tin cậy
• Tính mở (các giao diện, quản lý mạng, các dạng sợi chuẩn, khả năng tương
thích điện từ)
• Lắp đặt và quản lý dễ dàng
• Mang lại lợi nhuận
Ngoài băng thông, các thuận lợi về kỹ thuật hấp dẫn nhất của DWDM có thể
được tóm tắt như sau:
• Tính trong suốt – vì DWDM là một kiến trúc lớp vật lý, nó có thể hỗ trợ cả
TDM và các đònh dạng dữ liệu như ATM, Gigabit Ethernet, ESCON với các
giao diện mở qua một lớp vật lý chung.
• Cung cấp linh động – cung cấp các kết nối nhanh, đơn giản, linh động trong
mạng làm cho những nhà cung cấp dòch vụ có khả năng cung cấp các dòch vụ
băng thông lớn hằng ngày.
đưa vào trong lõi hoặc vỏ để cho chỉ số khúc xạ trong lõi hơi cao hơn của vỏ. Các
nguyên liệu như germani hoặc photpho làm tăng chỉ số khúc xạ của silica và được
dùng làm chất thêm vào cho phần lõi, trong khi chất Bo hoặc Flo làm giảm chỉ số
khúc xạ của silica nên được dùng làm tạp chất cho lớp vỏ.
Ánh sáng có thể được xem như một chùm tia truyền theo những đường thẳng
trong một môi trường và bò phản xạ hoặc khúc xạ ở bề mặt giữa hai vật liệu khác
nhau. Hình 2.1 chỉ ra giao diện giữa hai môi trường có chỉ số khúc xạ là n
1
và n
2
.
Một tia sáng từ môi trường 1 tới mặt phân cách của môi trường 1 với môi trường 2.
Góc tới là góc giữa tia tới và pháp tuyến với bề mặt chung giữa hai môi trường
được biểu thò là θ
1
. Phần năng lượng bò phản xạ vào môi trường 1 là một tia phản
xạ, phần còn lại đi xuyên qua môi trường 2 là một tia khúc xạ. Góc phản xạ θ
1r
là
góc giữa tia phản xạ và pháp tuyến của giao diện; tương tự, góc khúc xạ θ
2
là góc
giữa tia khúc xạ và pháp tuyến. θ
1r
= θ
1
Theo đònh luật Snell : n
1
sinθ
1
) ; với n
1
> n
2
.
LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 3: Truyền Tín Hiệu Trong Sợi Quang
HVTH: LƯU NGOC ĐIỆP
18
Với những giá trò θ
1
> θ
c
, sẽ không có tia khúc xạ, và tất cả năng lượng từ tia tới
được phản xạ hết. Hiện tượng này được gọi là phản xạ toàn phần. Như vậy, điều kiện để xảy ra phản xạ toàn phần là:
hản xạ và khúc xạ các tia sán
g
tại mặt
p
hân cách hai môi trườn
g
θ
2
θ
1r
θ
1
n
1
n
2
Hình 2.2: Ghé
p
ánh sán
g
từ bên n
g
oài vào sợi
q
uan
g
n
2
3.1. Suy hao của sợi quang và băng thông
a. Công thức:
Công suất ngõ ra P
out
ở đầu cuối của một sợi quang có chiều dài L liên quan với
công suất ngõ vào P
in
qua công thức: P
out
= P
in
.e
-αL
.
Trong đó, α là suy hao sợi quang. Suy hao thường được tính bằng đơn vò dB/km;
suy hao α
dB
dB/km nghóa là tỉ số P
out
/ P
in
cho chiều dài L = 1km thoả mãn:
10log10(P
out
/ P
in
) = -α
dB
g
silica
1.6
1.41.2
1.0
0.8
20
10
5
2
1
0.5
0.2
Wavelength, λ (µm)
Loss (dB/km)
LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 3: Truyền Tín Hiệu Trong Sợi Quang
HVTH: LƯU NGOC ĐIỆP
20
0.30
0.28
0.26
0.24
0.22
0.20
1650
1600 15501500
1450
L-band
S-band
C-band
Wavelength (nm)
Loss (dB/km)
Hình 2.4: Ba vùn
g
bước són
g
tron
g
dải 1.55
µ
m
LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 3: Truyền Tín Hiệu Trong Sợi Quang
HVTH: LƯU NGOC ĐIỆP
21
Các ảnh hưởng phi tuyến trong sợi quang có khả năng gây ra ảnh hưởng nghiêm
trọng trong việc thực hiện các hệ thống thông tin quang WDM. nh hưởng phi
= 2π/λ, L là chiều dài sợi,
và |E|
2
là cường độ quang. Trong các hệ thống khoá dòch pha (PSK), SPM có thể
làm hạ phẩm chất hệ thống, vì đầu thu phụï thuộc vào thông tin pha. SPM cũng dẫn
đến giãn độ rộng phổ các xung. Những thay đổi tức thì trong một pha của tín hiệu
gây ra bởi sự thay đổi cường độ tín hiệu sẽ dẫn đến những thay đổi tức thời về tần
số xung quanh tần số trung tâm của tín hiệu. Đối với những xung rất ngắn, các
thành phần tần số thêm vào tạo ra bởi SPM kết hợp với các hiệu ứng tán sắc vật
liệu cũng làm cho xung bò trải ra hoặc nén lại trong miền thời gian, ảnh hưởng tốc
độ bit cực đại và tỉ lệ lỗi bit.
b. Điều chế xuyên pha (XPM):
XPM là sự dòch pha của tín hiệu gây ra bởi sự thay đổi cường độ của một tín
hiệu truyền ở một bước sóng khác. XPM có thể làm phổ mở rộng bất đối xứng, và
kết hợp với SPM và tán sắc, cũng có thể ảnh hưởng đến hình dạng xung trong miền
thời gian.
Mặc dù XPM có thể làm hạn chế việc thực hiện các hệ thống sợi quang, nó
cũng có một số ứng dụng quan trọng. XPM có thể dùng để điều chế một tín hiệu
“bơm” ở một bước sóng từ một tín hiệu được điều chế trên một bước sóng khác.
Các kỹ thuật này có thể được dùng trong các thiết bò chuyển đổi bước sóng.
c. Khuếch tán tích lũy Raman (SRS):
LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 3: Truyền Tín Hiệu Trong Sợi Quang
HVTH: LƯU NGOC ĐIỆP
22
Khuếch tán tích lũy Raman gây ra do sự tương tác ánh sáng với những phân tử.
e. Trộn bốn bước sóng (FWM):
Trộn bốn bước sóng xảy ra khi hai bước sóng, hoạt động ở các tần số f
1
và f
2
,
trộn với nhau để tạo ra các tín hiệu 2f
1
– f
2
và 2f
2
– f
1
. Các tín hiệu thêm vào, cũng
có thể gây nhiễu nếu chúng trùng với các tần số dùng để truyền dữ liệu. Tương tự,
trộn cũng có thể xảy ra giữa sự kết hợp của ba bước sóng hoặc nhiều hơn. nh
hưởng của FWM trong các hệ thống WDM có thể giảm xuống bằng cách sử dụng
các kênh được cách nhau không đồng đều.
FWM có thể được dùng để cung cấp chuyển đổi bước sóng.
LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 4: Các Thành Phần Trong Hệ Thống Thông Tin Quang
HVTH: LƯU NGỌC ĐIỆP
22
CHƯƠNG 4
CÁC THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG
THÔNG TIN QUANG
còn lại (1-α) đưa ra ngõ 2. Tương tự, phần công suất (1-α) từ ngõ vào 2 được phân
phối đến ngõ ra 1, phần còn lại (α) đến ngõ ra 2. Ta gọi α là tỉ số ghép. Hình 4.1: Hệ thốn
g
thôn
g
tin
q
uan
g
Hình 4.2: Bộ
g
hé
p
đònh hướn
g
LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 4: Các Thành Phần Trong Hệ Thống Thông Tin Quang
HVTH: LƯU NGỌC ĐIỆP
23
Nguyên lý hoạt động: khi hai ống dẫn sóng được đặt gần nhau, ánh sáng sẽ
“ghép” từ ống dẫn sóng này sang ống dẫn sóng kia. Đây là do các mode truyền
sóng của ống dẫn sóng kết hợp khá khác với mode truyền sóng của một ống dẫn
sóng đơn lẻ. Khi hai ống dẫn sóng giống hệt nhau, ánh sáng được phóng vào một
hao tiêu biểu gần 1 dB, còn hệ số cách ly gần 40-50 dB.
Một bộ truyền (circulator) tương tự như một bộ cách ly, ngoại trừ nó có nhiều
cổng, điển hình là ba hoặc bốn cổng, như được vẽ trong hình 4.3. Trong bộ truyền 3
cổng, một tín hiệu ngõ vào trên cổng 1 được gửi ra trên cổng 2, một tín hiệu vào
trên cổng 2 được gửi ra trên cổng 3, và một tín hiệu vào cổng 3 sẽ được gửi ra cổng
1. Các bộ circulator được dùng để xây dựng các phần tử xen/rớt quang. LUẬN ÁN CAO HỌC Chương 4: Các Thành Phần Trong Hệ Thống Thông Tin Quang
HVTH: LƯU NGỌC ĐIỆP
24 3. Nguồn phát quang
Bộ phát quang có nhiệm vụ chuyển tín hiệu điện thành tín hiệu quang. Ánh
sáng phát ra từ các nguồn này được ghép vào sợi quang để truyền đi. Có hai loại
linh kiện dùng làm nguồn phát quang hiện nay là
• Diode phát quang hay LED (Light Emitting Diode)
• LASER (Light Amplification by Stimulated Emission Radiation)
3
2
1
Hình 4.3: Bộ tru
y
ền 3 cổn
g
và 4 cổn
g
Copyright: Tài liệu đại học ©