Khuếch đại quang sợi và khả năng ứng dụng vào mạng viễn thông

Tx λ1 λ2 λN λ1 λ2 λN Rx Rx2 Rx1 BA LA PA MUX DEMUX H×nh 2.17 S¬ ®å tæng qu¸t hÖ thèng ghÐp b−íc sãng theo mét h−íng trªn mét sîi quang §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 79 lo¹i cÊu h×nh cña EDFA trªn mét tuyÕn. Cßn trong thùc tÕ th× tuú tõng cÊu h×nh m¹ng cô thÓ, yªu cÇu cô thÓ cña tõng m¹ng mµ ta sö dông vµ kÕt hîp BA, LA, PA sao cho phï hîp víi tÝnh to¸n chiÒu dµi tr¹m lÆp (®iÒu nµy sÏ ®−îc tr×nh bµy chi tiÕt h¬n ë c¸c ch−¬ng sau nµy). b. HÖ thèng ghÐp b−íc sãng theo hai h−íng trªn cïng mét sîi quang Trong hÖ thèng sö dông truyÒn dÉn theo hai h−íng th× −u ®iÓm lín nhÊt cña hÖ thèng nµy lµ sö dông Ýt sîi quang h¬n, chØ cÇn mét sîi quang vÉn cã thÓ thiÕt lËp ®−îc tuyÕn truyÒn dÉn quang trªn ®ã cã nhiÒu b−íc sãng ®i vµ vÒ. §©y lµ mét lîi thÕ khi t¨ng dung l−îng kªnh mµ l−îng sîi quang ®· sö dông hÕt. Tuy nhiªn trªn thùc tÕ c¨n cø vµo sù ph¸t triÓn cña c«ng nghÖ vµ tÝnh th−¬ng m¹i ho¸ cña c¸c hÖ thèng WDM trªn thÞ tr−êng th× ta cã thÓ thÊy r»ng hiÖn nay chØ cã mét sè Ýt h·ng cung cÊp hÖ thèng ghÐp b−íc sãng theo hai h−íng vµ c¸c hÖ thèng nµy chØ sö dông 2 b−íc sãng (1 b−íc sãng cho truyÒn dÉn tÝn hiÖu theo chiÒu ®i vµ 1 b−íc sãng truyÒn dÉn theo chiÒu vÒ). Rx1 Tx1 Tx λ1 λ1 λN RxλN Tx1 R'x λ1 λ1 λN Tx λN R'x λ1,λ2,.....λ λ1,λ2,.....λ ℵ EDFA MUXDEX MUXDEX H×nh 2.18 HÖ thèng ghÐp b−íc sãng theo hai h−íng trªn mét sîi quang TÝn HiÖu WDM WDM B¬m LD TÝn HiÖu ED H×nh 2.19 CÊu h×nh bé khuÕch ®¹i EDFA hai h−íng §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 80 Nguyªn nh©n chñ yÕu lµ do: mÆc dï ph−¬ng ¸n ghÐp 2 h−íng trªn 1 sîi quang cho phÐp tiÕt kiÖm ®−îc sîi quang nh−ng trªn thùc tÕ ph−¬ng ph¸p ghÐp nµy l¹i gÆp mét sè vÊn ®Ò vÒ kü thuËt: + Xuyªn ©m ®Çu gÇn: ¶nh h−ëng cña xuyªn ©m ®Çu gÇn lµ lín h¬n rÊt nhiÒu so víi xuyªn ©m ®Çu xa v× xuyªn ©m ®Çu gÇn ®i trùc tiÕp vµo ®Çu thu kh«ng bÞ suy hao bëi ®−êng truyÒn, do ®ã l−îng xuyªn ©m lµ rÊt lín, ¶nh h−ëng ®Õn chÊt l−îng tÝn hiÖu vµ trong mét sè tr−êng hîp cã thÓ ph¶ háng ®Çu thu. NghÜa lµ trong thùc tÕ rÊt khã läc tuyÖt ®èi ®−îc c¸c b−íc sãng tõ hai phÝa cho nªn c¸c laser ph¸t sÏ ph¶i chÞu mét l−îng c«ng suÊt nhá tõ phÝa ®Çu xa ®i vµo mÆt ph¸t, ®iÒu nµy g©y tæn h¹i cho nguån ph¸t, khi mµ c¸c nguån ph¸t ë ®©y ®ang ph¶i lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn ®¶m b¶o tÝnh æn ®Þnh cao vµ ®é réng phæ hÑp. + Khi thùc hiÖn truyÒn dÉn hai chiÒu trªn mét sîi quang, ë c¶ hai ®Çu cña hÖ thèng nµy cÇn ph¶i cã c¸c thiÕt bÞ ghÐp kªnh vµ t¸ch kªnh quang hçn hîp - bé ghÐp b−íc sãng (MULDEX). C¸c thiÕt bÞ nµy yªu cÇu cã chøc n¨ng phøc t¹p h¬n, trong thiÕt bÞ ph¶i cã c¸c thµnh phÇn quang c«ng nghÖ cao nh− c¸c thiÕt bÞ c¸ch ly quang, bé läc quang cã chÊt l−îng...lµm cho gi¸ thµnh thiÕt bÞ cao h¬n. + §Ó thùc hiÖn ghÐp hai h−íng trªn mét sîi quang sö dông kü thuËt WDM cÇn ph¶i cã sè kªnh b−íc sãng gÊp ®«i so víi tr−êng hîp ghÐp mét h−íng (cïng mét dung l−îng), do ®ã kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c kªnh b−íc sãng còng bÞ thu hÑp l¹i dÉn ®Õn ph¶i dïng c¸c bé t¸ch b−íc sãng cã chÊt l−îng cao h¬n. H¬n n÷a ®Ó tr¸nh c¸c hiÖu øng phi tuyÕn, th× quÜ c«ng suÊt ®èi víi tõng kªnh b−íc sãng còng nh− cña tÊt c¶ c¸c kªnh ph¶i gi¶m ®i, do vËy kh«ng tËn dông ®−îc hÕt kh¶ n¨ng cña c¸c bé khuÕch ®¹i quang. Nh− vËy cã thÓ thÊy c¸c hÖ thèng cµng dïng nhiÒu b−íc sãng th× cµng khã thùc hiÖn ghÐp hai h−íng. §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 81 + H¬n thÕ n÷a, gi¸ thµnh c¸p sîi quang nhiÒu sîi kh¸ rÎ, vµ hÇu hÕt c¸c hÖ thèng ®ang khai th¸c ®Òu sö dông c¸p víi hµng chôc ®«i sîi cho hÖ thèng truyÒn dÉn trªn 2 sîi quang, nªn viÖc sö dông ph−¬ng ph¸p truyÒn th«ng tin trªn hai sîi quang tiÕt kiÖm ®−îc mét sîi quang mµ l¹i ph¶i gÆp nhiÒu vÊn ®Ò kü thuËt kh¸c do vËy kh«ng mang ý nghÜa thuyÕt phôc c¶ vÒ mÆt kü thuËt, kinh tÕ, vµ tÝnh thùc tiÔn. Ph−¬ng ph¸p hai h−íng chØ thùc sù cã ý nghÜa khi thùc hiÖn cung cÊp cho c¸c thuª bao quang trong m¹ng truy nhËp sö dông mét sîi quang vµ c¸c h×nh thøc biÓu diÔn tÝnh v−ît tréi cña th«ng tin mét sîi khi so s¸nh víi ph−¬ng thøc truyÒn dÉn th«ng th−êng sö dông c¸p ®«i d©y kim lo¹i. Trong hÖ thèng ghÐp kªnh theo hai h−íng chóng ta ®· sö dông cÊu h×nh bé khuÕch ®¹i EDFA hai h−íng (xem h×nh 3.20). §©y lµ mét EDFA ®−îc b¬m hai h−íng ®Ó ®¹t ®−îc c¸c ®Æc tÝnh nhiÔu vµ b·o hoµ ®ång d¹ng trong c¶ hai h−íng mµ kh«ng cÇn cã c¸c bé c¸ch ly quang. C¸c tÝn hiÖu quang cã thÓ ®i vµo tõ c¶ hai ®Çu cña EDFA, vµ EDFA nµy cã kh¶ n¨ng khuÕch ®¹i c¸c tÝn hiÖu theo c¶ hai h−íng, do vËy cÊu h×nh EDFA nµy ®−îc sö dông cho hÖ thèng ghÐp theo hai h−íng trªn mét sîi quang. tuy nhiªn cÊu tróc sö dông thiÕt bÞ nµy sÏ dÉn ®Õn gi¸ thµnh ®¾t khi ph¶i sö dông c«ng suÊt b·o hoµ cao. c. CÊu tróc m¹ng §iÓm - §iÓm Tw Tw Rw Rw λ1 λ λ1 λ λ1... λN LA §Çu cuèi ®−êng quang §Çu cuèi ®−êng quang Bé ph¸t Bé thu H×nh 2.20 CÊu tróc m¹ng ®iÓm - ®iÓm §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 82 Cã hai thµnh phÇn m¹ng chÝnh trong cÊu h×nh nµy lµ: thiÕt bÞ ®Çu cuèi thùc hiÖn ghÐp vµ t¸ch c¸c tÝn hiÖu nh¸nh vµ tr¹m lÆp thôc hiÖn khuÕch ®¹i mµ kh«ng cÇn ph¶i biÕn ®æi tÝn hiÖu quang thµnh tÝn hiÖu ®iÖn. Khèi ®Çu vµo cña hÖ thèng ®−îc gäi lµ bé thÝch øng (Adapter) b−íc sãng ph¸t, khèi ®Çu ra lµ bé thÝch øng b−íc sãng thu. Chóng sö dông 2 giao diÖn, mét lo¹i dµnh cho c¸c tÝn hiÖu ®a b−íc sãng (®©y lµ gi¶i ph¸p cho hÖ thèng gi¸ thµnh thÊp); lo¹i cßn l¹i dµnh cho tÝn hiÖu ®¬n b−íc sãng vµ truyÒn chóng trªn mét b−íc sãng víi c¸c ®Æc tÝnh quang thÝch hîp cho td trªn sîi quang. Bé ghÐp kªnh cã thÓ cã kh¶ n¨ng ghÐp tíi 40 kªnh trong cöa sæ sãng 1550nm (thiÕt bÞ 1640WM cña Alcatel) thµnh mét tÝn hiÖu quang tæng vµ truyÒn chóng trªn mét sîi quang. Bé khuÕch ®¹i c«ng suÊt (BA) khuÕch ®¹i n¨ng l−îng tÝn hiÖu ®Õn møc c«ng suÊt quang thÝch hîp. Trong qu¸ tr×nh truyÒn dÉn, c«ng suÊt tÝn hiÖu quang bÞ gi¶m do suy hao sîi. ®Ó gi¶i quyÕt vÊn ®Ò nµy ng−êi ta sö dông c¸c bé khuÕch ®¹i ®−êng truyÒn (LA) däc theo tuyÕn ®Ó t¨ng giíi h¹n chiÒu dµi truyÒn dÉn do suy hao. ë phÝa thu, tÝn hiÖu ®−îc khuÕch ®¹i b»ng bé tiÒn khuÕch ®¹i. Sau ®ã bé t¸ch kªnh sÏ ph©n chia c¸c b−íc sãng vµ göi chóng ®Õn Adapter thu thÝch hîp. CÊu tróc ®iÓm - ®iÓm ®−îc sö dông nhiÒu cho tuyÕn truyÒn dÉn c¸p quang biÓn, n¬i mµ cã kho¶ng c¸ch truyÒn dÉn gi÷a hai phÝa ph¸t vµ thu rÊt kh¸ lín do vËy ngoµi viÖc sö dông c¸c bé khuÕch ®¹i quang EDFA trªn tuyÕn ta nªn sö dông thªm c¸c bé bï t¸n s¾c (DCF) ®Ó t¨ng chiÒu dµi tr¹m lÆp. Tuy nhiªn, cÊu tróc m¹ng ®iÓm - ®iÓm th−êng Ýt ®−îc sö dông trong tÝn hiÖu th«ng tin quang do kh«ng cã c¸c ®iÓm xen/rÏ kªnh däc tuyÕn trong khi m¹ng th«ng tin quang cña chóng ta cÇn cã nhiÒu ®iÓm xen/rÏ b−íc sãng quang. §Ó kh¸c phôc nh−îc ®iÓm nµy chóng ta nªn sö dông c¸u tróc m¹ng ®a ®iÓm - ®a ®iÓm. d. CÊu tróc m¹ng ®a ®iÓm - ®a ®iÓm §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 83 Tõ nh÷ng h¹n chÕ cña cÊu h×nh m¹ng ®iÓm - ®iÓm vµ nhu cÇu cÇn xen/rÏ b−íc sãng däc trªn tuyÕn, chóng ta ®−a ra cÊu h×nh ®a ®iÓm - ®a ®iÓm ®Ó kh¾c phôc nh÷ng h¹n chÕ vµ nh»m lµm tho¶ m·n nhu cÇu cña c¸c nhµ thiÕt kÕ vµ khai th¸c dÞch vô. Ngoµi ra, cïng viÖc ®−a thiÕt bÞ OADM (Fiexed - Optical Add/Drop Multiplexer) lµm c¸c tr¹m xen/rÏ, th× chøc n¨ng xen/rÏ lµ mét cÊu h×nh më réng cña bé khuÕch ®¹i quang. Nã cã kh¶ n¨ng thªm hoÆc t¸ch tõ 1 ®Õn 4 b−íc sãng ®· ®Þnh tr−íc. ®iÒu nµy gióp cho c¸c nhµ khai th¸c cã thÓ chuyÓn ®æi mét c¸ch mÒm dÎo mét tr¹m khuÕch ®¹i quang ®−êng truyÒn LA thµnh mét tr¹m xen/rÏ l−u l−îng mµ kh«ng cÇn ph¶i thay ®æi cÊu h×nh phÇn cßn l¹i cña m¹ng. N¨ng lùc xen/rÏ cã thÓ lª ntíi 40Gbit/s t¹i mçi tr¹m trung gian (thiÕt bÞ 1640WM cña Alcatel). Chøc n¨ng xen/rÏ cho phÐp nhµ khai th¸c quyÕt ®Þnh tõ xa b−íc sãng ®Þnh tr−íc ®−îc ®i qua hay rÏ xuèng t¹i tr¹m ®ã. C¸c khèi Adapter ph¸t vµ thu trong tr¹m xen/rÏ ®Òu gièng nh− sö dông trong cÊu h×nh ®iÓm - ®iÓm. V× nh÷ng −u ®iÓm trªn cña cÊu tróc m¹ng ®a ®iÓm - ®a ®iÓm mµ nã ®−îc øng dông rÊt réng trong m¹ng viÔn th«ng hiÖn nay. Nã ®−îc dïng lµm tuyÕn truyÒn dÉn th«ng tin nèi gi÷a hai thµnh phè lín, vµ gi÷a hai thµnh phè lín nµy ta ®Æt c¸c tr¹m xen/rÏ b−íc sãng ®Ó xen/t¸ch mét sè l−u l−îng víi c¸c thÞ x·, thÞ trÊn, vµ c¸c thµnh phè nhá h¬n. λ1... λN LA Bé thu Tw Tw λ1 λ §Çu cuèi ®−êng quang Bé ph¸t Rw Rw λ1 λ §Çu cuèi ®−êng quang Rw Tw OADM H×nh 2.21 CÊu tróc m¹ng ®a ®iÓm - ®a ®iÓm §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 84 Nh−ng cÊu tróc nµy còng cã nh−îc ®iÓm lµ c¬ chÕ b¶o an cho m¹ng khi mét ®o¹n cña tuyÕn gÆp sù cè ch−a ®¶m b¶o an toµn, trong khi ®ã cÊu tróc m¹ng Ring l¹i gi¶i quyÕt ®−îc vÊn ®Ò nµy. e. CÊu tróc m¹ng vßng (Ring) HiÖn nay c¸c tuyÕn truyÒn dÉn ghÐp b−íc sãng quang WDM theo cÊu tróc kiÓu ®a ®iÓm - ®a ®iÓm ®ang ®−îc l¾p ®Æt vµ sö dông réng r·i. Tuy nhiªn víi nh÷ng −u ®iÓm cña m¹ng Ring WDM cïng víi nhiÒu nót xen/rÏ kªnh quang nªn cÊu tróc nµy hiÖn còng ®· ®ang ®−îc triÓn khai. CÊu tróc mét vßng lµ mét d¹ng topo ®¬n gi¶n cã thÓ cung cÊp kh¶ n¨ng b¶o vÖ khi x¶y ra sù cè mét c¸ch cã hiÖu qu¶. V× lý do nµy m¹ng Ring rÊt th«ng dông trong c¸c m¹ng sö dông c«ng nghÖ SONET/SDH. Cã 3 lo¹i m¹ng vßng rÊt phæ biÕn vµ hai trong sè ®ã ®· ®−îc tiªu chuÈn ho¸ ®ã lµ m¹ng vßng WDM 2 sîi quang vµ m¹ng vßng WDM 4 sîi quang Trong h×nh 3.22, ta thÊy cÊu h×nh Ring WDM truyÒn dÉn tÝn hiÖu ë c¸c b−íc sãng kh¸c nhau trªn 2 sîi quang kh¸c nhau, trong cÊu h×nh cã sö dông mét sè thiÕt bÞ nh− WADM, EDFA. Trong cÊu h×nh nµy mçi nót m¹ng cã thÓ xen/rÏ c¸c b−íc sãng quang ®Æc tr−ng hoÆc ®−îc x¸c ®Þnh tr−íc ®−îc lùa chän linh ho¹t trong qu¸ tr×nh ho¹t ®éng. M¹ng cung cÊp nhiÒu kÕt nèi ®iÓm - ®iÓm hay cßn gäi lµ c¸c kªnh quang. C¸c kªnh quang nµy truyÒn dÉn mét b−íc sãng trªn tuyÕn truyÒn dÉn gi÷a c¸c nót nguån vµ nót ®Ých. WADEDF EDF MULDEX Tx Rx λ1λ2..λN λ1λ2..λN 2 sîi quang H×nh 2.22 CÊu tróc m¹ng vßng Ring §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 85 M¹ng vßng lo¹i nµy ®· chøng tá lµ mét gi¶i ph¸p hÊp dÉn ®èi víi c¸c m¹ng kinh doanh chuyªn dïng trong t−¬ng lai. Cã thÓ cã nhiÒu kiÓu m¹ng vßng, cã nhiÒu ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh b−íc sãng, ®ång thêi còng cã nhiÒu c¬ chÕ qu¶n lý ®−îc sö dông ®Ó b¶o vÖ l−u l−îng, mét ®iÒu rÊt quan träng trong nh÷ng m¹ng dung l−îng lín. −u ®iÓm lín nhÊt cña m¹ng Ring lµ c¬ chÕ b¶o vÖ luång do vËy chóng ta ®i vµo nghiªn cøu c¬ chÕ b¶o vÖ cña m¹ng vßng Ring WDM 2 sîi vµ 4 sîi. + Víi m¹ng vßng Ring WDM 2 sîi: gi¶ sö tÝn hiÖu cÇn truyÒn tõ nót A tíi nót C tÝn hiÖu sÏ ®i tõ A qua B råi ®Õn C; cßn tÝn hiÖu cÇn truyÒn tõ C trë vÒ A sÏ ®−îc ®i tõ C qua B råi vÒ A trªn mét sîi quang kh¸c. NÕu trªn ®o¹n B- C gÆp sù cè, th× chuyÓn m¹ch (P2) vµ (P1) sÏ ®éng t¸c vµ nh− vËy tÝn hiÖu ®i tõ A ®Õn C sÏ ®−îc ®i nh− sau: tõ A qua D ®Õn C. Cßn tÝn hiÖu cÇn truyÒn tõ C ®Õn A sÏ ®−îc ®i: tõ C qua D råi vÒ A. Tãm l¹i trong cÊu h×nh nµy sîi quang thø nhÊt sÏ lµm viÖc, cßn sîi quang thø hai sÏ dù phßng. + Víi m¹ng vßng Ring WDM 4 sîi quang: th× 1 ®«i sîi quang ®−îc chän lµm m¹ch c«ng t¸c, vµ ®«i sîi quang kia sÏ ®−îc dïng lµm m¹ch dù phßng. Trong hai m¹ng vßng Ring WDM 2 sîi vµ 4 sîi quang th× m¹ng Ring WDM 2 sîi quang cã nhiÒu −u ®iÓm vÒ mÆt kinh tÕ h¬n do sö dông Ýt sîi quang h¬n. cßn m¹ng Ring WDM 4 sîi quang ph¶i dïng nhiÒu sîi quang h¬n WADM WADM A C D B TÝn hiÖu nh¸nh TÝn hiÖu nh¸nh (P1) (P2) Lµm viÖc Dù phßng H×nh 2.23 M¹ng vßng WDM hai h−íng 2 sîi quang §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 86 nh−ng ®é an toµn m¹ng kh«ng cao h¬n lµ bao, h¬n n÷a sù cè x¶y ra trªn tuyÕn th× th−êng lµ ®øt c¸p nhiÒu h¬n lµ ®øt sîi. Tuy nhiªn nÕu chóng ta chØ sö dông c¸c m¹ng vßng Ring WDM nh− nh÷ng hÖ thèng ®éc lËp th× nã kh«ng ph¸t huy hÕt kh¶ n¨ng vµ −u ®iÓm cña nã. Do vËy chóng ta sÏ sö dông nhiÒu Ring kÕt hîp l¹i víi nhau t¹o thµnh mét m¹ng ®−êng trôc. Khi ®ã m¹ng ®−êng trôc sÏ ®¸p øng ®−îc hÇu hÕt c¸c nhu cÇu, h¹n chÕ cña nh÷ng m¹ng tr−íc vµ ph¸t huy ®−îc tiÒm n¨ng to lín cña nã. f. CÊu tróc m¹ng ®−êng trôc Tõ h×nh 3.25a thÊy cÊu tróc m¹ng ®−êng trôc bao gåm rÊt nhiÒu c¸c vßng Ring ®−îc nèi l¹i víi nhau bëi mét hoÆc hai bé ®Êu nèi chÐo quang OXC (hoÆc DXC). Víi m¹ng lo¹i nµy th«ng tin kh«ng chØ trao ®æi trong ph¹m vi mét Ring mµ nã cßn cã thÓ trao ®æi th«ng tin ®−îc víi c¸c Ring kh¸c. C¬ chÕ b¶o vÖ l−u l−îng trong m¹ng ®−êng trôc còng cao h¬n nhiÒu so víi m¹ng Ring. Víi m¹ng ®−êng trôc, nã cho phÐp trªn m¹ng xuÊt hiÖn ®ång thêi hai sù cè (nÕu sö dông 2 bé OXC). Víi ®iÒu kiÖn ®Þa h×nh vµ sù ph©n bè d©n c− nh− ë n−íc ta hiÖn nay th× viÖc ®−a m¹ng ®−êng trôc kiÓu nµy vµo khai th¸c lµ rÊt phï hîp. HiÖn nay trªn TÝn hiÖu nh¸nh TÝn hiÖu nh¸nh WADM A C D B Lµm viÖc Dù phßng WADM H×nh 2.24 M¹ng vßng WDM hai h−íng 4 sîi quang §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 87 tuyÕn ®−êng trôc B¾c-Nam ®· vµ ®ang triÓn khai dù ¸n x©y dùng m¹ng ®−êng trôc cã cÊu tróc kiÓu nh− trªn. 7. Mét sè vÊn ®Ò cÇn xem xÐt khi x©y dùng hÖ thèng WDM cã sö dông EDFA 7.1 Kªnh b−íc sãng. Trong thiÕt kÕ bÊt kú mét hÖ thèng th«ng tin quang nµo ®ã th× th«ng sè quan träng quyÕt ®Þnh ®Õn toµn tuyÕn cÇn ph¶i x¸c ®Þnh tr−íc tiªn ®ã lµ b−íc sãng c«ng t¸c. Bëi v× nã sÏ ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn c¸c b−íc thiÕt kÕ sau nµy (nh− lùa chän thiÕt bÞ, lùa chän c¸c tham sè kh¸c cña hÖ thèng...). Víi hÖ thèng WDM cã sö dông EDFA còng vËy, mét trong c¸c yÕu tè quan träng cÇn ph¶i xem xÐt lµ hÖ thèng sÏ sö dông bao nhiªu b−íc sãng, vµ ®iÒu cÇn l−u ý lµ sè kªnh b−íc sãng cùc ®¹i cã thÓ sö dông lµ bao nhiªu. Vµ ®iÒu nµy phô thuéc vµo: Kh¶ n¨ng cña c«ng nghÖ hiÖn cã ®èi víi c¸c thµnh phÇn quang cña hÖ thèng, cô thÓ lµ: - B¨ng tÇn cña sîi quang DXC DXC DXC Tλ Tλ Tλ Tλ Tλ Tλ Tλ Tλ Tλ Tλ Tλ Tλ RING 1 RING 2 RING 3 Tλ DXC Chó thÝch: DXC ThiÕt bÞ WDM H×nh 2.25 CÊu tróc m¹ng ®−êng trôc WDM §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 88 - Kh¶ n¨ng t¸ch/ghÐp cña c¸c thiÕt bÞ WDM Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c kªnh b−íc sãng Mét sè yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn kho¶ng c¸ch nµy bao gåm: + Tèc ®é truyÒn dÉn cña tõng kªnh + QuÜ c«ng suÊt quang + ¶nh h−ëng cña c¸c hiÖu øng phi tuyÕn + §é réng phæ cña nguån ph¸t + Kh¶ n¨ng t¸ch/ghÐp cña c¸c thiÕt bÞ WDM Dùa trªn kh¶ n¨ng cña c«ng nghÖ hiÖn nay, ITU-T ®· ®−a ra qui ®Þnh vÒ kho¶ng c¸ch tèi thiÓu gi÷a c¸c kªnh b−íc sãng lµ 100 GHz (≈ 0,8nm) víi tÇn sè chuÈn lµ 193,1THz (b−íc sãng t−¬ng øng lµ 1552.52nm). 7.2 §é réng phæ yªu cÇu cña nguån ph¸t ViÖc chän ®é réng phæ cña nguån ph¸t nh»m ®¶m b¶o cho c¸c kªnh b−íc sãng ho¹t ®éng mét c¸ch ®éc lËp víi nhau, hay nãi mét c¸ch kh¸c lµ tr¸nh hiÖn t−îng chång phæ ë phÝa thu gi÷a c¸c kªnh l©n cËn. Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c kªnh nµy phô thuéc vµo ®Æc tÝnh cña c¸c thiÕt bÞ WDM nh− MUX/DEMUX, bé läc, ®é réng phæ nguån ph¸t vµ ®é dung sai còng nh− møc ®é æn ®Þnh cña c¸c thiÕt bÞ nµy. VÒ b¶n chÊt, viÖc ghÐp c¸c b−íc sãng kh¸c nhau trªn cïng mét sîi quang lµ dùa trªn nguyªn t¸c ghÐp kªnh theo tÇn sè. C¸c kªnh kh¸c nhau lµm viÖc ë c¸c tÇn sè quang kh¸c nhau trong cïng b¨ng th«ng cña sîi. Theo lý thuyÕt b¨ng th«ng cña sîi quang lµ rÊt lín (ë c¶ hai cöa sæ truyÒn dÉn ). Tuy nhiªn, trong thùc tÕ c¸c hÖ thèng WDM th−êng ®i liÒn víi c¸c bé khuÕch ®¹i quang sîi vµ lµm viÖc chØ ë cöa sæ sãng 1550nm. Nªn b¨ng tÇn cña sîi quang bÞ giíi h¹n bëi b¨ng tÇn cña bé khuÕch ®¹i (35nm). Nh− vËy mét vÊn ®Ò ®Æt ra khi ghÐp lµ kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c b−íc sãng ph¶i tho¶ m·n ®−îc yªu cÇu tr¸nh chång phæ cña c¸c kªnh l©n cËn ë phÝa thu. Kho¶ng c¸ch nµy phô thuéc vµo ®Æc tÝnh phæ nguån ph¸t vµ c¸c ¶nh h−ëng kh¸c nhau trªn ®−êng truyÒn nh− t¸n s¾c sîi, hiÖu øng phi tuyÕn...Mét c¸ch lý t−ëng cã thÓ xem xÐt hÖ thèng WDM nh− lµ sù xÕp chång cña c¸c hÖ thèng truyÒn dÉn ®¬n kªnh khi mµ kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c kªnh b−íc sãng ®ñ lín vµ c«ng suÊt hîp lý (h¹n chÕ ¶nh §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 89 h−ëng cña phia tuyÕn). Mét mèi quan hÖ gi÷a phæ cña c«ng suÊt phÝa thu víi phæ c«ng suÊt nguån ph¸t ®−îc thÓ hiÖn bëi tham sè ®Æc tr−ng cho sù gi·n phæ (ký hiÖu Δ) b¨ng tÇn tÝn hiÖu vµ t¸n s¾c. NÕu gäi ε lµ hÖ sè ®Æc tr−ng cho sù t−¬ng t¸c gi÷a nguån ph¸t vµ sîi quang, chóng ta sÏ cã biÓu thøc: ε = B.D. ΔRMS ë ®©y:B lµ ®é réng b¨ng tÇn tÝn hiÖu truyÒn dÉn (Mbit/s) D ®é t¸n s¾c t−¬ng øng víi kho¶ng c¸ch truyÒn dÉn (ps/nm) ΔRMS lµ ®é gi·n réng phæ tÝnh theo c¨n ph−¬ng bËc hai §èi víi m· hÖ thèng kh¸c nhau th× hÖ sè ε còng kh¸c nhau. tõ c«ng thøc trªn cã thÓ tÝnh ®−îc ®é réng phæ cña nguån ph¸t víi ®é t¸n s¾c D: ΔRMS = ε / B.D NÕu tÝnh ®é réng phæ t¹i gi¸ trÞ -20 dB th× ®é réng phæ sÏ lµ: Δ-20dB= 6,07. ΔRMS Nh− vËy, tõ ®é réng phæ nµy vµ kho¶ng c¸ch kªnh b−íc sãng chän theo b¶ng ta dÔ dµng t×m ®−îc ®é réng phæ yªu cÇu cña nguån ph¸t. 7.3 X©y dùng quÜ c«ng suÊt cña tuyÕn WDM cã sö dông EDFA Trong bÊt kú hÖ thèng nµo th× vÊn ®Ò quan träng lµ ph¶i ®¶m b¶o ®−îc tØ sè S/N sao cho ®Çu thu cã thÓ thu ®−îc tÝn hiÖu víi mét møc BER cho phÐp. Nh×n chung, viÖc x©y dùng quÜ c«ng suÊt cho hÖ thèng th«ng tin quang th«ng th−êng ®· ®−îc thùc hiÖn tèt víi BER=10-9. Trong khi ®ã, ®Ó thiÕt kÕ hÖ thèng th«ng tin quang cã sö dông EDFA th× ph¶i ®¹t ®−îc BER cao h¬n (theo ITU-T BER=10-12 ®Õn 10-13). Nh− ®· biÕt r»ng, sö dông c¸c bé khuÕch ®¹i quang lµm c¸c bé khuÕch ®¹i ®Ó kÐo dµi cù ly truyÒn dÉn hoÆc c¶i thiÖn ®Æc tÝnh BER. Nh−ng ®iÒu kh«ng may lµ nhiÔu tréi trong hÖ thèng sö dông khuÕch ®¹i quang lµ nhiÔu bøc x¹ tù ph¸t ®−îc khuÕch ®¹i ASE vµ thªm c¶ nhiÔu tæng, lµm cho viÖc tÝnh to¸n thiÕt kÕ quÜ c«ng suÊt cµng thªm phøc t¹p. Nãi nh− vËy cã nghÜa lµ vÊn ®Ò quan träng trong thiÕt kÕ lµ bè trÝ c¸c bé khuÕch ®¹i sao cho thÝch hîp. Sau ®©y sÏ tiÕn hµnh x¸c ®Þnh c¸c tham sè lµm ¶nh ®Õn qòi c«ng suÊt cña hÖ thèng WDM cã sö dông EDFA: §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 90 a. C«ng suÊt ph¸t quang Pt(t): C«ng suÊt ph¸t Pt trong hÖ thèng th«ng tin quang ®−îc ®Þnh nghÜa lµ c«ng suÊt quang trung b×nh t¹i ®Çu ra thiÕt bÞ ph¸t quang lÊy t¹i ®iÓm S (theo ITU-T) hay tÝnh ë phÝa ®−êng truyÒn t¹i ®Çu ra cña bé nèi quang cña d©y pigtail, thùc tÕ th× ®· ®−îc sö dông vµo thiÕt kÕ th«ng dông trong c¸c tuyÕn th«ng tin quang. Tuy nhiªn, trong hÖ thèng WDM cã sö dông EDFA, bé khuÕch ®¹i c«ng suÊt BA lµ thiÕt bÞ EDFA cã c«ng suÊt b·o hoµ lín nªn ®−îc sö dông ngay sau bé Tx ®Ó t¨ng møc c«ng suÊt ph¸t tÝn hiÖu, do møc c«ng suÊt ra t−¬ng ®èi cao nªn t¹p ©m ASE cã thÓ bá qua vµ BA kh«ng ®ßi hái c¸c yªu cÇu nghiªm ngÆt trong viÖc sö dông c¸c bé läc t¹p ©m, tuy nhiªn l¹i g©y ra mét sè hiÖn t−îng phi tuyÕn. HÖ thèng WDM cã sö dông EDFA th−êng cã tèc ®é cao nªn cÇn ph¶i l−u ý tíi mét sè ®Æc tÝnh sau: - M· ®iÒu biÕn: mçi mét d¹ng m· tÝn hiÖu sÏ cã ®Æc tÝnh phæ riªng vµ n¨ng l−îng cña tÝn hiÖu sÏ phô thuéc vµo phæ cña tÝn hiÖu. - Tû sè ph©n biÖt tÝn hiÖu. - ¶nh h−ëng cña chirp laser LD. C¸c tham sè nµy gãp phÇn x¸c ®Þnh n¨ng l−îng tÝn hiÖu duy tr× tíi phÝa thu vµ nh− vËy nã tham gia vµo quü c«ng suÊt trªn tuyÕn. • Tû sè ph©n biÖt: Tû sè ph©n biÖt ®· ®−îc ®Þnh nghÜa trong khuyÕn nghÞ cña ITU-T, lµ tû sè gi÷a biªn ®é tÝn hiÖu thu ®−îc t¹i møc 1 vµ biªn ®é tÝn hiÖu thu ®−îc t¹i møc 0. Thùc tÕ th× c¸c Laser phÝa ph¸t ®· ®−îc ®iÒu chÕ ®Ó cho tû sè ph©n biÖt EX lµ lín ®Ó cã thÓ bá qua sù mÊt m¸t c«ng suÊt tÝn hiÖu: )/(log10 10 BAEX = Trong ®ã: - A lµ c«ng suÊt quang trung b×nh ®èi víi møc logic 1 - B lµ c«ng suÊt quang trung b×nh ®èi víi møc logic 0 §èi víi hÖ thèng th«ng th−êng kh«ng sö dông EDFA th× cã thÓ bá qua sù mÊt m¸t c«ng suÊt trªn tuyÕn. Sù mÊt m¸t ®ã ®−îc tÝnh b»ng: ( ))1/()1(log10 10 +−= EXEXPEX [dB] §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 91 NÕu tû sè ph©n biÖt cã gi¸ trÞ b»ng 20dB th× suy hao c«ng suÊt cña tuyÕn do tû sè ph©n biÖt g©y ra lµ lµ kho¶ng 0,4dB. Gi¸ trÞ nµy qu¸ nhá vµ cã thÓ bá qua. Khi hÖ thèng cã sö dông EDFA th× mÊt m¸t c«ng suÊt do tû sè ph©n biÖt g©y ra cã thÓ cao h¬n, vµ mÊt m¸t suy hao do tû sè ph©n biÖt g©y ra lµ gÇn 2dB, gi¸ trÞ nµy lµ lín vµ kh«ng thÓ bá qua. H×nh 3.1 lµ kÕt qu¶ tÝnh to¸n m« pháng ph¶n ¸nh ¶nh h−ëng cña tû sè ph©n biÖt ®Õn hÖ thèng th«ng tin quang cã sö dông EDFA. Trong s¬ ®å nµy ®−êng cong A lµ ¶nh h−ëng cña tû sè ph©n biÖt ®Õn hÖ thèng kh«ng sö dông EDFA vµ ®−êng cong B lµ ¶nh h−ëng cña tû sè ph©n biÖt ®Õn hÖ thèng cã sö dông EDFA. ¶nh h−ëng cña chirp Laser trong hÖ thèng th«ng tin quang: 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Tû lÖ ph©n biÖt (dB) -18 -20 -22 -24 -26 -28 -30 -32 §é nh¹y thu quang (dBm H×nh 2.26: §é nh¹y thu cña hÖ thèng phô thuéc vµo tû sè ph©n biÖt §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 92 Chirp Laser lµ mét tham sè rÊt quan träng trong hÖ thèng cã thiÕt bÞ ph¸t sö dông laser ®iÒu chÕ c−êng ®é vµ t¸ch trùc tiÕp. Trong tÝnh to¸n tuyÕn th«ng th−êng ta ®· bá qua tham sè Chirp C. Tuy nhiªn trong c¸c hÖ thèng th«ng tin quang EDFA, ¶nh h−ëng cña chirp tuyÕn tÝnh lµ rÊt ®¸ng l−u ý. Chirp laser th−êng g©y ¶nh h−ëng khi ®−îc kÕt hîp víi t¸n s¾c sîi. ¶nh h−ëng kÕt hîp nµy lµm gi¶m nghiªm träng ®Æc tÝnh bé thu, BER vµ cù ly truyÒn dÉn. NÕu kh«ng sö dông gi¶i ph¸p bï Chirp, th× cù ly tuyÕn kh«ng ®−îc kÐo dµi lµ bao khi tèc ®é bit cña hÖ thèng ®−îc t¨ng lªn. ë tèc ®é Gbit/s, nÕu gi¸ trÞ Chirp C=1 th× cù ly truyÒn dÉn gÇn nh− chØ cßn mét nöa gi¸ trÞ khi kh«ng cã Chirp. Mµ gi¸ trÞ nµy th−êng tån t¹i trong c¸c laser LD trong th«ng tin quang. §Ó x¸c ®Þnh ¶nh h−ëng cña tham sè nµy, cÇn ph¶i sö dông ph−¬ng tr×nh truyÒn sãng cã tham sè Chirp C. b. §é nh¹y thu §é nh¹y thu trong hÖ thèng th«ng tin quang WDM cã sö dông EDFA lµ yÕu tè quan träng nhÊt ®ãng gãp vµo quü c«ng suÊt quang cña tuyÕn v× nã tiÕp nhËn toµn bé ¶nh h−ëng t−¬ng t¸c cña c¸c tham sè vµo tÝn hiÖu xu«i tõ phÝa ph¸t tíi m«i tr−êng truyÒn dÉn. Ngoµi c¸c tham sè nh− ë thiÕt kÕ tuyÕn th«ng th−êng kh«ng cã EDFA, ®é nh¹y thu trong tr−êng hîp nµy cßn bÞ ¶nh h−ëng m¹nh tõ c¸c t¸c ®éng sau: - NhiÔu l−îng tö cã sù biÕn ®æi m¹nh. - C¸c nhiÔu ph¸ch trë thµnh nhiÔu tréi. - TÝn hiÖu ®−îc khuÕch ®¹i tõ EDFA trªn tuyÕn. - ¶nh h−ëng cña tû lÖ tÝn hiÖu trªn nhiÔu quang EDFA. Râ rµng lµ ®é nh¹y thu trong hÖ thèng EDFA b©y giê lµ kh¸c xa so víi c¸c hÖ thèng th«ng th−êng vµ lµm thay ®æi quü c«ng suÊt cña hÖ thèng. V× vËy kh«ng ph¶i ®¬n thuÇn khi sö dông EDFA cã khuÕch ®¹i G vµo tuyÕn ta cã thÓ kÐo dµi cù ly truyÒn dÉn thªm L víi gi¸ trÞ L t−¬ng ®−¬ng víi ®é khuÕch ®¹i G. Trong hÖ thèng WDM cã sö dông EDFA, bé tiÒn khuÕch ®¹i PA lµ thiÕt bÞ EDFA cã møc t¹p ©m rÊt thÊp nªn ®−îc sö dông ngay tr−íc bé thu Rx ®Ó t¨ng ®é nh¹y thu cña hÖ thèng, lµm cho ®é nh¹y thu cña hÖ thèng t¨ng lªn ®¸ng kÓ. §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 93 ë ®©y cã mét tham sè míi chØ xuÊt hiÖn trong tuyÕn sö dông EDFA, nã ¶nh h−ëng trùc tiÕp tíi ®é nh¹y thu lµ tû sè tÝn hiÖu trªn nhiÔu quang OSNR mµ ta cÇn ph¶i lµm râ. Tû sè tÝn hiÖu trªn nhiÔu quang OSNR: Tû sè tÝn hiÖu trªn nhiÔu quang OSNR lµ mét tham sè rÊt quan träng v× nã ¶nh h−ëng trùc tiÕp tíi ®é nh¹y thu cña hÖ thèng. V× thÕ cho nªn quü c«ng suÊt cña toµn hÖ thèng bÞ gi¶m vµ lµm suy gi¶m ®Æc tÝnh BER. Trong c¸c hÖ thèng th«ng tin quang kh«ng sö dông khuÕch ®¹i quang sîi th× kh«ng cÇn ph¶i xÐt ®Õn tham sè nµy. Tuy nhiªn trong c¸c hÖ thèng sö dông khuÕch ®¹i quang nãi chung vµ EDFA nãi riªng th× tham sè nµy rÊt quan träng vµ cÇn ph¶i tÝnh ®Õn. Trong nhiÒu tr−êng hîp nhÊt lµ trong c¸c hÖ thèng th«ng tin quang tèc ®é cao th× tû lÖ tÝn hiÖu trªn nhiÔu quang cßn quan träng h¬n c¶ tû lÖ tÝn hiÖu trªn nhiÔu ®iÖn t¹i thiÕt bÞ thu. C¸c bé khuÕch ®¹i quang ®−îc sö dông trong c¸c hÖ thèng ®· khuÕch ®¹i tÝn hiÖu quang vµ còng ph¸t ra nhiÔu ph¸t x¹ tù ph¸t. Nh− ®· biÕt, nhiÔu tréi cña hÖ thèng th−êng lµ nhiÔu ph¸ch tÝn hiÖu - tù ph¸t, kh«ng ph¶i lµ nhiÔu nhiÖt, v× ®é khuÕch ®¹i G cña bé khuÕch ®¹i quang th−êng lµ ®ñ lín. V× thÕ OSNR cÇn ®−îc lµm râ ®Ó biÕt ch¾c r»ng bé khuÕch ®¹i quang nµo ®ã ®· ®−îc sö dông trong hÖ thèng ®· khuÕch ®¹i tèt tÝn hiÖu hay lµ kh«ng ph¸t ra ®−îc tÝn hiÖu v× vèn qu¸ nhiÔu kh«ng kh«i phôc ®−îc tû lÖ lçi bÝt BER theo yªu cÇu lµ 10-12. H¬n thÕ n÷a, do cã nhiÔu ph¸t x¹ tù ph¸t ®−îc khuÕch ®¹i ASE ®· dÉn tíi BER kh¸c nhau gi÷a hÖ thèng cã vµ kh«ng cã bé khuÕch ®¹i quang. D−íi gãc ®é nh×n nhËn phÝa ®Çu thu lµ n¬i thu nhËn tÊt c¶ c¸c ¶nh h−ëng cña tuyÕn, v× thÕ ë ®©y tû sè tÝn hiÖu trªn nhiÔu quang OSNR cã liªn quan tíi ®é nh¹y thu ®−îc x¸c ®Þnh. V× vËy, quan hÖ gi÷a OSNR vµ BER vµ c«ng suÊt quang thu ®−îc sÏ ®−îc thiÕt lËp. OSNR ®−îc x¸c ®Þnh lµ: 0)1( LBGhN POSNR sp in −= ν [*] Tõ viÖc tÝnh to¸n kh¶o s¸t c¸c tham sè nhËn thÊy r»ng: §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 94 - Khi c«ng suÊt tÝn hiÖu ®Çu vµo Ps vµ BER lµ h»ng sè (hoÆc ®é nh¹y thu ®· cho), ta cã thÓ chÊp nhËn bé khuÕch ®¹i quang víi G nhá (hoÆc Pin gi¶m) miÔn lµ cã OSNR t¨ng. - Nh×n chung, v× G t¨ng sÏ lµm gi¶m OSNR (nh− chØ ra trong [*]). §ã lµ lý do Pin t¨ng trong lóc OSNR gi¶m. c. Suy hao sîi truyÒn dÉn Suy hao sîi dÉn quang trªn tuyÕn kh«ng cã g× kh¸c so víi tuyÕn th«ng th−êng, chØ cã ®iÒu lîi thÕ lµ: c¸c hÖ thèng sö dông EDFA lµm viÖc ë vïng b−íc sãng 1550nm, v× thÕ suy hao sîi lµ nhá h¬n so víi suy hao sîi t¹i hÖ thèng kh«ng cã EDFA mµ lµm viÖc ë b−íc sãng 1310nm. Tuy nhiªn, trong qu¸ tr×nh tÝnh to¸n cÇn ®Æc biÖt l−u ý tíi c¸c suy hao xen do sö dông c¸c thiÕt bÞ bï t¸n s¾c kÌm theo. Víi hÖ thèng WDM cã sö dông EDFA, bé khuÕch ®¹i ®−êng truyÒn LA lµ thiÕt bÞ EDFA cã møc t¹p ©m thÊp ®−îc sö dông trªn ®−êng truyÒn (gi÷a hai ®o¹n sîi quang ) ®Ó t¨ng chiÒu dµi kho¶ng lÆp. Tuú theo chiÒu dµi tuyÕn mµ LA cã thÓ ®−îc dïng ®Ó thay thÕ mét sè hay tÊt c¶ c¸c tr¹m lÆp trªn tuyÕn. Nh− vËy so víi c¸c thiÕt bÞ ®Çu cuèi th«ng th−êng, viÖc sö dông c¸c thiÕt bÞ khuÕch ®¹i quang (BA, PA, LA) sÏ t¨ng quÜ c«ng suÊt cña hÖ thèng WDM cã sö dông EDFA lªn ®¸ng kÓ. 7.4 Xem xÐt vÒ t¸n s¾c Nh− ta ®· biÕt, t¸n s¾c lµ mét trong nh÷ng tham sè g©y ra sù suy gi¶m tham sè ®Æc tÝnh cña hÖ thèng th«ng tin quang. Nh×n chung, t¸n s¾c sîi lµm gi·n xung tÝn hiÖu vµ g©y ra hiÖn t−îng giao thao gi÷a c¸c ký tù ISI, vµ lµm suy gi¶m ®Æc tÝnh BER. §Ó truyÒn dÉn trong hÖ thèng WDM cã sö dông EDFA, tuyÕn ph¶i chÞu thiÖt thßi lín vÒ ¶nh h−ëng cña t¸n s¾c. §· cã mét sè sîi dÉn quang cho gi¸ trÞ t¸n s¾c nhá t¹i cöa sæ 1550nm nh− sîi dÞch chuyÓn t¸n s¾c (G.653). Tuy nhiªn do gi¸ thµnh cña sîi ®¾t vµ c¸c ¶nh h−ëng cña mét sè hiÖu øng phi tuyÕn nªn sîi nµy ch−a ®−îc phæ biÕn trªn tuyÕn thùc tÕ. Vµ v× vËy sîi ®¬n mode G.652 vÉn ®−îc xem lµ hÊp dÉn nhÊt. Song t¸n s¾c cña lo¹i sîi nµy l¹i lµ kh¸ lín kháang 18 ÷ 20ps/nm.km trong c¸c hÖ thèng cã EDFA, vµ lµm gi¶m cù ly truyÒn dÉn. §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 95 T¸n s¾c cña sîi ®ang sö dông trªn tuyÕn lµ tham sè chñ yÕu cã thÓ g©y ra sù suy gi¶m ®Æc tÝnh cña hÖ thèng. Cù ly truyÒn dÉn mong muèn ®¹t ®−îc ë tèc ®é bÝt cao sÏ bÞ h¹n chÕ lµ do t¸n s¾c vËn tèc nhãm GVD cña sîi. Còng cÇn chý ý rµng c¸c hÖ thèng ®−îc khuÕch ®¹i qunag sö dông EDFA th−êng bÞ ¶nh h−ëng m¹nh do t¸n s¾c g©y nªn, v× nã c«ng t¸c t¹i vïng b−íc sãng 1550nm. Khi ®ã b−íc sãng cña tÝn hiÖu truyÒn trªn tuyÕn ®· bÞ chÖch khái b−íc sãng cã t¸n s¾c b»ng kh«ng, vµ kÌm theo lµ ¶nh h−ëng kÕt hîp cña tù ®iÒu chÕ pha SPM vµ t¸n s¾c vËn tèc nhãm sÏ lµm gi¶m cù ly truyÒn dÉn, vµ ¶nh h−ëng tíi dÆc tÝnh cña toµn hÖ thèng. MÆt kh¸c, n¨ng l−îng xung trong khe thêi gian bÞ gi¶m khi xung quang gi·n ra. Sù gi¶m n¨ng l−îng nh− vËy trong xung sÏ lµm gi¶m tû lÖ tÝn hiÖu trªn nhiÔu t¹i m¹ch quyÕt ®Þnh. X¸c ®Þnh chÝnh x¸c ¶nh h−ëng cña t¸n s¾c tíi tuyÕn truyÒn dÉn lµ rÊt khã v× cã nhiÒu yÕu tè cÇn ph¶i gi¶i quyÕt. H×nh 3.2 thÓ hiÖn sù mÊt m¸t c«ng suÊt do t¸n s¾c g©y ra. Râ rµng t¸n s¾c lín sÏ lµm gi¶m m¹nh ®é nh¹y thu vµ lµm cho quü c«ng suÊt bÞ h¹n chÕ rÊt nhiÒu. Rb = 2,5Gbit/s R = 1 7GHz NF = NF = 4dB - 32 - 33 - 34 - 35 - 36 - 37 - 38 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 §é nh¹y thu quang (dB) H×nh 2.27: ¶nh h−ëng cña t¸n s¾c tíi tuyÕn 2,5Gbit/s. §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 96 Nh− ®· tr×nh bµy ë ngay phÇn trªn, cã 2 ph−¬ng ph¸p chÝnh cã thÓ sö dông ®Ó gi¶m bít ¶nh h−ëng cña t¸n s¾c bao gåm: lµm hÑp ®é réng phæ cña nguån ph¸t hoÆc sö dông c¸c ph−¬ng ph¸p bï t¸n s¾c. Tuy nhiªn, viÖc sö dông kü thuËt WDM còng cã thÓ coi lµ mét ph−¬ng ph¸p lµm gi¶m ¶nh h−ëng cña t¸n s¾c, ®ã lµ do sö dông tèc ®é truyÒn dÉn cña kªnh tÝn hiÖu. Do ®ã nÕu kh«ng x¶y ra c¸c hiÖu øng phi tuyÕn lµm t¨ng ¶nh h−ëng cña t¸n s¾c ®iÓn h×nh lµ hiÖu −ngs phi tuyÕn XPM (sÏ ®−îc tr×nh bµy cô thÓ ë phÇn sau) th× giíi h¹n kho¶ng c¸ch truyÒn dÉn do t¸n s¾c g©y ra ®èi víi hÖ thèng WDM cã thÓ coi nh− gièng víi hÖ thèng ®¬n kªnh cã tèc ®é b»ng tèc ®é cña mét kªnh b−íc sãng trong hÖ thèng WDM. Ngoµi ra do hÖ thèng WDM cã sö dông EDFA cã tèc ®é truyÒn dÉn cao nªn cÇn ph¶i quan t©m ®Õn ¶nh h−ëng cña t¸n s¾c mode ph©n cùc PMD (¶nh h−ëng nµy ®−îc bá qua ®èi víi hÖ thèng tèc ®é thÊp). 7.5 Xem xÐt sù thiÖt thßi c«ng suÊt do c¸c hiÖu øng phi tuyÕn g©y ra a. §Òn bï c«ng suÊt (Penalty) Suy hao ¶nh h−ëng trùc tiÕp ®Õn c«ng suÊt cña tÝn hiÖu truyÒn dÉn, ®Æc tr−ng lµ lµ sù suy gi¶m møc c«ng suÊt tÝn hiÖu khi ®i qua kho¶ng c¸ch truyÒn hay ®i qua c¸c thiÕt bÞ thô ®éng. + Gi¸ trÞ suy hao sîi trung b×nh cho phÐp trong tÝnh to¸n lµ 0,22 dB/km. + Qua nghiªn cøu lý thuyÕt vµ so s¸nh víi gi¸ trÞ thùc tÕ cña c¸c thiÕt bÞ th−¬ng m¹i mét sè h·ng th× suy hao xen cña c¸c thiÕt bÞ t¸ch/ghÐp kªnh, bé bï t¸n s¾c lµ 4 - 5 dB. C¸c ¶nh h−ëng kh¸c liªn quan gi¸n tiÕp ®Õn c«ng suÊt tÝn hiÖu lµ nh÷ng ¶nh h−ëng tuyÕn tÝnh vµ phi tuyÕn, ¶nh h−ëng cña nhiÔu lµm mÐo d¹ng tÝn hiÖu trªn ®−êng truyÒn. Sù mÐo d¹ng tÝn hiÖu nµy sÏ lµm t¨ng ®é më cña biÓu ®å m¾t hay lµm suy gi¶m ®é nh¹y thu ë ®Çu thu. Do vËy trong thiÕt kÕ ta ph¶i cã mét l−îng c«ng suÊt ®Ó bï l¹i nh÷ng ¶nh trªn gäi lµ ®é thiÖt thßi luång quang hay cßn gäi ng¾n gän lµ c«ng suÊt penalty. Trong c¸c khuyÕn nghÞ cña ITU-T gi¸ trÞ penalty ®èi víi hÖ thèng ®¬n kªnh quang ®−îc x¸c ®Þnh b»ng 1dB (víi hÖ thèng cã t¸n s¾c nhá) hoÆc b»ng 2 dB (víi hÖ thèng cã t¸n s¾c lín). Cßn trong hÖ thèng WDM, viÖc x¸c ®Þnh gi¸ trÞ penalty nµy lµ rÊt phøc t¹p do cã nhiÒu kªnh quang cïng ho¹t ®éng trªn §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 97 mét sîi quang nªn viÖc t−¬ng t¸c còng nh− hiÖu øng phi tuyÕn dÔ dµng x¶y ra. Do vËy ®Ó ®Þnh l−îng gi¸ trÞ penalty trong thiÕt kÕ hÖ thèng WDM cã sö dông EDFA cÇn ph¶i xem xÐt tÊt c¶ c¸c hiÖu øng nµy bao gåm: SRS, SBS, XPM, SPM, FWM, PMD (®èi víi hÖ thèng cã b−íc sãng ho¹t ®éng ë tèc ®é cao cì 10Gbit/s). Do ¶nh h−ëng cña c¸c hiÖu øng phi tuyÕn (thÓ hiÖn qua mèi quan hÖ gi÷a c«ng suÊt vµ kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c kªnh, ®é dµi hiÖu dông cña sîi, sè l−îng kªnh...) lµm suy hao c«ng suÊt cña tÝn hiÖu truyÒn dÉn dÉn ®Õn ph¶i bï c«ng suÊt. Nh−ng ®Ó tÝnh to¸n chÝnh x¸c gi¸ trÞ penalty cho hÖ thèng WDM cã sö dông EDFA ®ßi hái ph¶i x©y dùng c¸c ch−¬ng tr×nh m¸y tÝnh m« pháng rÊt phøc t¹p. Tuy nhiªn, gi¶ sö víi mét hÖ thèng WDM cã sö dông EDFA truyÒn dÉn 8 b−íc sãng tèc ®é 2,5Gbit/s, do sè l−îng kªnh nhá vµ kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c kªnh lín (200 GHz) nªn viÖc ¶nh h−ëng cña c¸c hiÖu øng phi tuyÕn ®Õn chØ tiªu hÖ thèng lµ t−¬ng ®èi nhá. qua nghiªn cøu vµ kÕt hîp thu thËp tµi liÖu cña mét sè h·ng nh− Alcatel, Lucent, gi¸ trÞ penalty cho thiÕt kÕ lµ 3 dB. Nh−ng víi hÖ thèng cã c¸c b−íc sãng truyÒn dÉn ë tèc ®é bit cao >2,5 Gb/s (≈10Gb/s) th× gi¸ trÞ penalty sÏ t¨ng thªm 1dB. b. ¶nh h−ëng cña hiÖu øng phi tuyÕn Nh− ta ®· ph©n tÝch nh÷ng phÇn tr−íc, hÖ thèng WDM chØ ph¸t huy ®−îc hÕt vai trß tÝch cùc cña nã khi ®−îc sö dông kÕt hîp víi kü thuËt EDFA. Vµ khi EDFA ®−îc ®Æt vµo trong hÖ thèng WDM th× ®Æc tÝnh cña hÖ thèng bÞ suy gi¶m do sù xuÊt hiÖn cña c¸c hiÖu øng phi tuyÕn. Trong hÖ thèng th«ng tin quang, c¸c hiÖu øng phi tuyÕn sÏ x¶y ra khi c«ng suÊt tÝn hiÖu trong sîi quang v−ît qu¸ mét møc nµo ®ã vµ ®èi víi c¸c hÖ thèng WDM th× møc c«ng suÊt nµy thÊp h¬n nhiÒu so víi c¸c hÖ thèng ®¬n kªnh. ViÖc n¶y sinh c¸c hiÖu øng phi tuyÕn sÏ g©y ra mét sè hiÖn t−îng nh−: xuyªn ©m gi÷a c¸c kªnh, suy gi¶m møc c«ng suÊt tÝn hiÖu cña tõng kªnh dÉn ®Õn suy gi¶m tû sè S/N...C¸c hiÖu øng phi tuyÕn ¶nh h−ëng ®Õn chÊt l−îng cña hÖ thèng WDM chñ yÕu gåm: hiÖu øng SPM , XPM, FWM, SBS vµ SRS. Trong hÖ thèng WDM, ®Æc biÖt khi kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c kªnh gÇn nhau, th× hiÖn t−îng d·n phæ do SPM cã thÓ dÉn ®Õn giao thoa g©y nhiÔu gi÷a c¸c kªnh. Tuy nhiªn, do ¶nh h−ëng cña hiÖu øng XPM (Cross phase modulation) sÏ gÊp 2N lÇn ¶nh h−ëng cña hiÖu øng SPM (Self Phase Modulation) víi N lµ §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 98 tæng sè kªnh ®−îc ghÐp, cho nªn ¶nh h−ëng cña SPM lµ nhá kh«ng ®¸ng kÓ so víi XPM → bá qua ¶nh h−ëng cña SPM. §èi víi c¸c hÖ thèng WDM kh«ng sö dông EDFA mµ lµm viÖc trªn sîi ®¬n mode th«ng th−êng G.652 t¹i vïng b−íc sãng 1550nm sÏ Ýt bÞ ¶nh h−ëng cña hiÖu øng FWM (do t¸n s¾c cña sîi quang G.652 t¹i vïng nµy t−¬ng ®èi lín, kho¶ng 18ps/nm.km; cßn t¸n s¾c cña sîi G.653 lµ ≈0). Nh−ng víi hÖ thèng WDM ®−îc khuÕch ®¹i quang EDFA th× hai hoÆc ba b−íc sãng cã tÇn sè kh¸c nhau t−¬ng t¸c víi nhau t¹o ra c¸c thµnh phÇn tÇn sè míi. Ngoµi t−¬ng t¸c gi÷a c¸c b−íc sãng cña tÝn hiÖu trong hÖ thèng WDM cßn cã sù t−¬ng t¸c m¹nh gi÷a b−íc sãng tÝn hiÖu víi t¹p ©m ASE cña bé khuÕch ®¹i quang. H¬n n÷a, khi thay thÕ c¸c tr¹m lÆp truyÒn thèng b»ng bé khuÕch ®¹i quang cho phÐp ghÐp ®−îc sè l−îng kªnh lín h¬n, khi sè kªnh cµng lín th× ¶nh h−ëng cña hiÖu øng FWM cµng kh«ng thÓ bá qua. Vµ ¶nh h−ëng cña hiÖu øng FWM cµng lín nÕu nh− kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c kªnh trong hÖ thèng WDM cµng nhá còng nh− khi kho¶ng c¸ch truyÒn dÉn vµ møc c«ng suÊt cña mçi kªnh lín. V× vËy hiÖu øng FWM sÏ h¹n chÕ dung l−îng vµ cù ly truyÒn dÉn cña hÖ thèng WDM cã sö dông EDFA. Trong hÖ thèng WDM, th× mçi bé EDFA chØ cho phÐp khuÕch ®¹i tÝn hiÖu theo mét h−íng do c¸c giao diÖn sö dông nªn sÏ kh«ng xuÊt hiÖn hiÖu øng SBS. Nh×n chung c¸c hiÖu øng nµy ®Òu g©y xuyªn ©m gi÷a c¸c kªnh, lµm suy gi¶m møc c«ng suÊt cña tõng kªnh, dÉn ®Õn suy giÈm tØ sè S/N, ¶nh h−ëng ®Õn chÊt l−îng hÖ thèng. H¬n n÷a, do møc ®é ¶nh h−ëng cña c¸c hiÖu øng nµy ®Òu phô thuéc vµo møc c«ng suÊt cña tõng kªnh, sè kªnh, kho¶ng c¸ch giøac kªnh b−íc sãng còng nh− kho¶ng c¸ch truyÒn dÉn, v× vËy ®Ó gi¶m ¶nh h−ëng cña c¸c hiÖu øng nµy cÇn ph¶i lùa chän c¸c tham sè trªn sao cho phï hîp. Tãm l¹i trong sè c¸c hiÖu øng trªn, c¸c hiÖu øng XPM vµ FWM lµ c¸c hiÖu øng phi tuyÕn chñ yÕu lµm suy gi¶m c«ng suÊt tÝn hiÖu, do vËy khi tÝnh to¸n thiÕt kÕ ta ph¶i tÝnh ®Õn ¶nh h−ëng cña c¸c tham sè nµy. 7.6 C¸c tham sè cña EDFA ¶nh h−ëng ®Õn hÖ thèng WDM cã sö dông EDFA §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 99 Khi sö dông EDFA trong hÖ thèng WDM th× cã mét sè c¸c tham sè liªn quan ®Õn EDFA ®· lµm ¶nh h−ëng tíi hÖ thèng truyÒn dÉn. Qua nghiªn ta cã thÓ rót ®−îc hai tham sè quan träng nhÊt mµ nã ¶nh h−ëng tíi quÜ ph©n bæ c«ng suÊt trong hÖ thèng WDM cã sö dông EDFA ®ã lµ ®é khuÕch ®¹i G vµ h×nh ¶nh nhiÔu NF. ¶nh h−ëng cña ®é khuÕch ®¹i quang tíi hÖ thèng truyÒn dÉn Trong tuyÕn th«ng tin quang cã EDFA, tÝn hiÖu ®−îc truyÒn tõ phÝa ph¸t tíi phÝa thu sÏ ®−îc khuÕch ®¹i t¹i mçi mét tr¹m EDFA. Thùc chÊt EDFA chØ khuÕch ®¹i vÒ mÆt biªn ®é mµ kh«ng cã sù biÕn ®æi vÒ pha còng nh− lµm biÕn ®æi d¹ng tÝn hiÖu sè. TÝn hiÖu ®−îc qua EDFA sÏ ®−îc t¨ng vÒ mÆt biªn ®é vµ nh− vËy lµm c¶i thiÖn ®é nh¹y thu vµ cù ly sÏ ®−îc kÐo dµi, tèc ®é bit sÏ ®−îc n©ng cao. VÒ nguyªn lý cã thÓ thÊy dÔ dµng nh− vËy. Nh−ng viÖc c¶i htiÖn nµy cã giíi h¹n cña nã. Khi ®é khuÕch ®¹i G t¨ng trong kho¶ng ≤ 20 dB th× cù ly truyÒn dÉn gÇn nh− ®−îc c¶i thiÖn tuyÕn tÝnh víi G. Khi G n»m trong kho¶ng tõ 20 ®Õn 30 dB th× cù ly truyÒn dÉn sÏ kh«ng ®−îc c¶i thiÖn. ¶nh h−ëng cña h×nh ¶nh nhiÔu tíi hÖ thèng truyÒn dÉn H×nh ¶nh nhiÔu ®−îc x¸c ®Þnh b»ng biÓu thøc sau ®©y: out in SNR SNR NF = H×nh ¶nh nhiÔu lµ tham sè chÝnh t¸c ®éng rÊt m¹nh tíi cù ly truyÒn dÉn vµ tèc ®é bit cña hÖ thèng truyÒn dÉn WDM cã sö dông EDFA. Nh×n chung nhiÔu htÊp sÏ cho ta cã thÓ kÐo dµi cù ly truyÒn dÉn vµ t¨ng tèc ®é bit mét c¸ch ®¸ng kÓ, nh−ng khi nhiÔu cña bé khuÕch ®¹i quang mµ lín th× sÏ h¹n chÕ rÊt nhiÒu kh¶ n¨ng truyÒn dÉn. NhiÔu cña bé khuÕch ®¹i quang mµ lín sÏ lµm suy gi¶m m¹nh ®Æc tÝnh cña hÖ thèng h¹n chÕ n¨ng lùc cña tuyÕn. Khi nhiÔu mµ nhá th× sö dông bé khuÕch ®¹i G cao sÏ cã ý nghÜa. Tuy nhiªn nÕu nhiÔu mµ lín th× dï khuÕch ®¹i G cao còng kh«ng c¶i thiÖn tèt cho hÖ thèng. §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 100 Ch−¬ng III: øng dông khuÕch ®¹i quang sîi vμo m¹ng viÔn th«ng ViÖt Nam ë ch−¬ng tr−íc chóng ta ®· t×m hiÓu kü thuËt khuÕch ®¹i quang sîi vµ kh¶ n¨ng øng dông vµo m¹ng viÔn th«ng nãi chung. ë ch−¬ng nµy chóng ta sÏ nghiªn cøu vÒ kh¶ n¨ng øng dông khuÕch ®¹i quang sîi vµo m¹ng viÔn th«ng ViÖt Nam. 1.Kh¶ n¨ng sö dông khuÕch ®¹i quang trªn tuyÕn ®−êng trôc SDH 2,5Gbit/s ë ViÖt ViÖt Nam. HiÖn nay n−íc ta ®ang sö dông tuyÕn c¸p quang ®−êng trôc Hµ Néi – Hå ChÝ Minh lµ tuyÕn SDH tèc ®é 2.5Gbit/s sö dông kü thuËt TN- 16XADM cã thiÕt bÞ khuÕch ®¹i quang sîi theo cÊu h×nh ë h×nh vÏ 4.1. Theo thiÕt kÕ kü thuËt cña Northern Telecom. Khi n©ng cÊp tuyÕn thµnh 2.5Gbit/s, nhê cã thiÕt bÞ khuÕch ®¹i quang mµ cã thÓ th¸o bá hÇu hÕt c¸c tr¹m lÆp cò. (Khi kh«ng sö dông khuÕch ®¹i quang ë trªn tuyÕn ®−êng trôc B¾c – Nam chóng ta sö dông h¬n 20 tr¹m lËp ®Ó t¨ng c«ng xuÊt tÝn hiÖu). Nh− vËy c¸c thiÕt bÞ tÝch cùc n»m ngay t¹i c¸c trung t©m chuyÓn m¹ch chÝnh t¹i c¸c thµnh phè lín, t¹o ®iÒu kiÖn dÔ dµng cho viÖc khai th¸c, b¶o d−ìng vµ qu¶n lý m¹ng ViÔn th«ng. Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c tr¹m lËp ®−îc n©ng lªn gÇn 150 km. Nhê cã thiÕt bÞ khuÕch ®¹i quang sîi mµ cã thÓ linh ho¹t trong viÖc ®Êu nèi gi÷a c¸c luång th«ng tin quang theo tuyÕn ®iÖn lùc 500 kv thµnh m¹ng ring. Víi m¹ng ring cho phÐp dÔ dµng ®iÒu hµnh m¹ng ph©n luång kªnh. §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 101 §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 102 H×nh vÏ §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 103 §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 104 2.øng dông khuÕch ®¹i quang sîi trong m¹ng néi h¹t ThiÕt bÞ khuÕch ®¹i quang sîi cã thÓ ®−îc sö dông trong m¹ng thuª bao quang ®Ó t¨ng c−êng quü c«ng suÊt quang hoÆc cho phÐp tû lÖ rÏ quang cao h¬n trong cÊu h×nh m¹ng ®iÓm - ®a ®iÓm. Bëi vËy cã thÓ nãi r»ng khuÕch ®¹i c«ng suÊt vµ khuÕch ®¹i ®−êng truyÒn cã thÓ ®−îc sö dông trong cÊu h×nh m¹ng lo¹i OFA trong m¹ng vßng ngay tr−íc c¸c thiÕt bÞ rÏ luång ®Ó bï l¹i suy hao rÏ luång. §ã lµ −u ®iÓm chÝnh cña OFA trong m¹ng thuª bao quang. VÊn ®Ò ®Æt ra ë ®©y lµ sö dông thiÕt bÞ khuÕch ®¹i quang sîi trong m¹ng thuª bao quang cô thÓ ra sao? Tøc lµ l¾p ®Æt OFA ë ®Çu, bao nhiªu bé OFA lµ ®ñ vµ sö dông lo¹i khuÕch ®¹i nµo (BA,LA hoÆc PA). Nh− chóng ta ®· biÕt, theo khuyÕn nghÞ G.PONA vµ G. PONB cña ITV, cÊu h×nh chung cña m¹ng thuª bao quang ®−îc s¬ ®å ho¸ nh− sau: AF ONU R w AF ONU R w Rx OD N OD N Rx Chøc n¨ng dÞch vô Chøc n¨ng ®iÒu hµnh Rm Rz TuyÕn truy nhËp Ru PhÝa thuª bao PhÝa tæng ®µi H×nh 3.3: CÊu h×nh tham chiÕu m¹ng truy nhËp quang §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 105 Trong ®ã : OAN (optical access network) ®−îc gäi lµ m¹ng thuª bao quang, ®ã lµ tËp hîp c¸c tuyÕn try nhËp cã chung giao diÖn phÝa tæng ®µi vµ c¸c tuyÕn nµy ®−îc truyÒn dÉn bëi sîi quang. OLT (Optical Line Termination) thiÕt bÞ ®Çu cuèi quang cung cÊp giao diÖn phÝa tæng ®µi cho m¹ng thuª bao quang . ONU (Optical Network Unit) khèi m¹ng quang cung cÊp trùc tiÕp hoÆc tõ xa giao tiÕp víi ng−êi sö dông cña m¹ng thuª bao quang. ODN (Optical Distribution Network) m¹ng ph©n phèi quang cung cÊp ph−¬ng thøc truyÒn dÉn quang gi÷a OLT vµ ONV. AP (Apotaption Function) cung cÊp chøc n¨ng thiÕt lËp ®Ó kÕt nèi gi÷a ONU vµ phÝa ng−êi sö dông. §Ó t¨ng c−êng quü c«ng suÊt quang, OFA cã thÓ sö dông trong m¹ng thuª bao quang víi vai trß la khuÕch ®¹i ®−êng truyÒn (LA) vµ khuÕch ®¹i c«ng suÊt (BA) C¸c thiÕt bÞ OFA cã thÓ ho¹t ®éng ®éc lËp hoÆc ®−îc ghÐp ngay vµo bé ph¸t quang thµnh mét khèi thèng nhÊt. VÒ nguyªn t¾c OFA ®−îc sö dông ®Æt tr−íc khèi ONO chó ý r»ng viÖc sö dông OFA ®−îc nghiªn cøu ë ®©y ®−îc xem xÐt theo h−íng tõ tæng ®µi ®Õn thuª bao. Cßn viÖc sö dông OFA theo 2 h−íng dang ®−îc nghiªn cøu. ONU OLT LOA ODB ODB BOA POA ODN3 ODN2 ODN1 ODN0 H×nh 3.4: S¬ ®å l¾p ®Æt OFA trong m¹ng néi h¹t §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 106 ViÖc bè trÝ c¸c thiÕt bÞ OFA cÇn ph¶i tu©n theo quy t¾c sau: NÕu thiÕt bÞ OFA ®−îc sö dông nh− lµ khuÕch ®¹i c«ng suÊt th× chóng sÏ ®−îc xem nh− lµ mét phÇn cña thiÕt bÞ ®Çu cuèi quang. NÕu chØ cã mét thiÕt bÞ OFA (PA,LA hoÆc BA) ®−îc sö dông th× m¹ng ph©n bè quang ®Çu tiªn ODNO ®−îc xem nh− lµ n»m gi÷a OLT,OFA vµ ODN1 ®−îc xem nh− lµ n»m gi÷a ODNn vµ ONUs. Tæng quan h¬n, nÕu cã N bé OFA ®−îc sö dông trªn mét ®−êng dÉn quang th× ONDO ®−îc xem nh− lµ n»m gi÷a bé OFA thø i vµ bé OFA thø i+1 víi (i= 1,n-1) vµ ODNn xÏ ®−îc xem nh− lµ n»m gi÷a thiÕt bÞ OA cuèi cïng vµ ONU . Mét trong nh÷ng øng dông rÊt lý thó cña OFA trong m¹ng thuª bao quang lµ viÖc ph©n bè tÝn hiÖu video. HiÖn nay chñ yÕu tÝn hiÖu nµy cã thÓ lµ t−¬ng tù nh÷ng rÌ vÉn biÕn ®æi thµnh tÝn hiÖu sè. Trong tr−êng hîp hÖ thèng video t−¬ng tù th× cÇn cã mét sè yªu cÇu kh¾t khe h¬n ®Ó ®¶m b¶o b¨ng tÇn sãng mang vµ tr¸nh hiÖn t−îng mÐo tÝn hiÖu. Víi Laser ®Çu tiªn th× yªu cÇu ®èi víi OFA lµ phæ khuÕch ®¹i ph¶i ph¼ng, c«ng suÊt b·o hoµ cao, xuyªn kªnh thÊp. Cã thÓ sö dông Laser sãng ch¹y kÕt hîp víi luång céng h−ëng ngoµi ®Ó kh¾c phôc h¹n chÕ trªn. Vµ mét ®iÒu cÇn ph¶i l−u ý n÷a lµ cÇn ph¶i duy tr× c«ng suÊt ph¸t cña OFA ë møc cao cho phÐp ®Ó tr¸nh c¸c hiÖn t−îng do hiÖu øng phi tuyÕn g©y nªn. Trªn h×nh vÏ cho thÊy s¬ qua vÒ øng dông OFA trong hÖ thèng ph©n bæ tÝn hiÖu video, ch¼ng h¹n nh− c¸p truyÒn h×nh. OFA kh«ng chØ t¨ng kho¶ng c¸ch truyÒn dÉn tõ 10Km lªn tíi 80Km mµ cßn cã kh¶ n¨ng t¨ng c¸c bé chia quang. C¸c tÝnh chÊt tû lÖ sãng mang trªn nhiÔu CNR trong c¸c hÖ thèng AM vµ FM cã sö dông OFA nh− lµ bé khuÕch ®¹i c«ng suÊt vµ bé tiÒn khuÕch ®¹i ®· ®−îc ®¸nh gi¸. Khi sö dông chóng nh− lµ khuÕch ®¹i c«ng suÊt, sù suy gi¶m CNR lµ rÊt thÊp chØ lµ 1dB víi hÖ thèng AM vµ 0.3dB víi hÖ §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 107 thèng FM. Khi chóng sö dông nh− lµ bé tiÒn khuÕch ®¹i th× ®é nh¹y thu ®−îc c¶i thiÖn râ rÖt. 3.øng dông khuÕch ®¹i quang trong c¸p quang biÓn. N−íc ta bê biÓn dµi, c¸c trung t©m chuyÓn m¹ch lín còng ®Òu n»m däc bê biÓn, bëi vËy gi¶i ph¸p truyÒn th«ng tin b»ng c¸p quang biÓn lµ gi¶i ph¸p tÊt yÕu, phï hîp víi ®iÒu kiÖn cô thÓ trong n−íc vµ phï hîp víi xu h−íng ph¸t triÓn th«ng tin quang trªn thÕ giíi. §Æc thï cña c¸p quang biÓn so víi c¸p trªn ®Êt liÒn lµ ®ßi hái ph¶i cã ®é tin cËy cao ( kho¶ng 3 lÇn s÷a ch÷a trong 25 n¨m) vµ c¸c ®iÓm rÏ nh¸nh cÇn ph¶i lùa chän, c©n nh¾c thËt kü cµng sao cho ®¶m b¶o yªu cÇu kü thuËt th«ng tin vµ yªu cÇu kinh tÕ. C¸p quang biÓn cã sö dông khuÕch ®¹i quang ®¶m b¶o kh¾c phôc ®−îc hai h¹n chÕ nªu trªn. HÖ thèng c¸p quang biÓn cã sö dông khuÕch ®¹i quang cã thÓ cã hai gi¶i ph¸p sau: - HÖ thèng c¸p quang biÓn kh«ng cã tr¹m lÆp; - HÖ thèng c¸p quang biÓn cã tr¹m lÆp. Trªn c¬ së ®ã, ®Ó lùa chän c¸c ph−¬ng ¸n sau khi thiÕt kÕ c¸p quang biÓn cã sö dông khuÕch ®¹i quang: - Nèi trùc tiÕp Hµ néi ( H¶i phßng) ®i TP Hå ChÝ Minh ( Vòng Tµu ) theo cÊu h×nh §iÓm- §iÓm( point to point) nh− h×nh (3.6) - Nèi trùc tiÕp Hµ Néi (H¶i phßng) ®i TP Hå ChÝ Minh ( Vòng Tµu ) cã ®iÓm rÏ luång ®i quèc tÕ theo cÊu h×nh rÏ nh¸nh (Branching). - Nèi gi÷a c¸c trung t©m chuyÓn m¹ch lín( Hµ néi - §µ n½ng- Tp Hå ChÝ Minh ) theo cÊu h×nh rÏ nh¸nh nh− h×nh (3.7). - Nèi tÊt c¶ c¸c trung t©m chuyÓn m¹ch quan träng däc theo bê biÓn ( H¶i phßng – Vinh –Qu¶ng TrÞ- §µ N¼ng- Qu¶ng Ng·i- Quy nh¬n) theo cÊu h×nh hoa cung (Festoon) nh− h×nh (3.8). §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 108 - Nèi tÊt c¶ c¸c trung t©m chuyÓn m¹ch cã lùa chän tr−íc ( H¶i Phßng, Vinh, HuÕ, §µ N½ng, Quy nh¬n, Nha trang, Vòng tµu) theo cÊu h×nh hoa cung nh− h×nh (3.9). Nh− vËy víi thiÕt bÞ khuÕch ®¹i quang sîi cho phÐp chóng ta rÊt linh ho¹t trong viÖc thiÕt kÕ tuyÕn c¸p quang biÓn võa ®¶m b¶o nhu cÇu sö dông, khai th¸c vµ võa ®¶m b¶o nhu cÇu vÒ ®é tin cËy cao cña hÖ thèng. Ba ph−¬ng ¸n ®Çu tiªn lµ hÖ thèng c¸p quang biÓn cã tr¹m lÆp. Hai ph−¬ng ¸n sau lµ hÖ thèng c¸p quang biÓn h×nh hoa cung kh«ng cã tr¹m lÆp d−íi biÓn. Ph−¬ng ¸n c¸p quang biÓn h×nh hoa cung cã −u ®iÓm lµ c¸c phÇn tö tÝch cùc( thiÕt bÞ ®Çu cuèi, khèi cÊp nguån, phÇn tö ®iÖn kh¸c). §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 109 §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 110 §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 111 §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 112 §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 113 KÕt luËn Sau mét thêi gian lµm ®å ¸n tèt nghiÖp, qua t×m hiÓu vÒ tµi liÖu em ®· phÇn nµo hiÓu ®−îc kü thuËt khuÕch ®¹i quang vµ kh¶ n¨ng øng dông cña nã trong m¹ng viÔn th«ng nãi chung vµ trong m¹ng viÔn th«ng ViÖt Nam nãi riªng. Tõ ®ã em thÊy r»ng kü thuËt khuÕch ®¹i quang nµy thùc sù lµ kü thuËt tiªn tiÕn vµ cÇn thiÕt cho m¹ng th«ng tin quang hiÖn t¹i vµ t−¬ng lai. Kü thuËt khuÕch ®¹i gióp n©ng cao chÊt l−îng cña m¹ng quang vµ gi¶m chi phÝ l¾p ®Æt, khai th¸c vËn hµnh vµ b·o d−ìng nhê vµo viÖc kü thuËt khuÕch ®¹i t¨ng quü c«ng xuÊt cña hÖ thèng lªn nhiÒu lÇn dÉn ®Õn tiªt kiÖm ®−îc sè l−îng thiÕt bÞ cña hÖ thèng vµ kÐo dµi kho¶ng c¸ch c¸c tr¹m lÆp. §Æc biÖt trong ®ã cã kü thuËt khuÕch ®¹i quang sîi pha t¹p Erbium EDFA lµ mét kü thuËt khuÕch ®¹i tiªn tiªn hiÖn nay, nã ho¹t ®éng cã hiÖu qu¶ cao nhÊt. Khi kÕt hîp bé khuÕch ®¹i EDFA víi kü thuËt ghÐp kªnh quang theo b−íc sãng, lóc nµy sÏ t¹o ra mét m¹ng truyÒn dÉn kh¸ hoµn h¶o. EDFA sÏ gióp cho WDM ph¸t huy tèi ®a −u ®iÓm cña nã. Vµ víi mét hÖ thèng WDM cã kÕt hîp EDFA sÏ cã rÊt nhiÒu c¸c lîi ®iÓm trong m¹ng nh−: qu¶n lý m¹ng, gi¸m s¸t ,øng dông, s÷a ch÷a, t¨ng dung l−îng vµ t¨ng khoang c¸ch tr¹m lÆp. Trong ®Ò tµi nµy em còng ®i vµo t×m hiÓu mét sè kh¶ n¨ng øng dông cña kü thuËt khuÕch ®¹i quang vµo m¹ng viÔn th«ng vµ tõ ®ã em ®· d−a ra cÊu h×nh tèi −u cho hÖ thèng truyÒn dÉn sö dông khuÕch ®¹i quang. Cßn ®èi víi m¹ng viÔ th«ng ViÖt Nam em t×m hiÔu vÒ øng dông khuÕch ®¹i quang vµo m¹ng néi h¹t, tuyÕn ®−êng trôc B¾c – Nam vµ hÖ thèng c¸p quang biÓn sö dông khuÕch ®¹i quang. Nh−ng víi kh¶ n¨ng vµ thêi gian cã h¹n , do vËy mµ trong ph¹m vi ®å ¸n cña m×nh mÆc dï em ®· rÊt cè g¾ng ®Ó hoµn thµnh c«ng viÖc ®−îc giao nh−ng ch¾c ch¾n kh«ng tr¸nh khái thiÕu sãt. Em mong nhËn ®−îc sù ®ãng gãp ý kiÕn cña quý thÇy c« cïng toµn thÓ cÊc b¹n ®Ó em hoµn thµnh ®å ¸n cua m×nh tèt h¬n. Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n ! §å ¸n tèt nghiÖp KhuÕch ®¹i quang sîi vμ kh¶ n¨ng øng dông vμo m¹ng viÔn th«ng NguyÔn Duy D−¬ng 114 Tμi liÖu tham kh¶o 1. Fiber optic Communication Gerard Lachs 2. Journal of Communication Volume 24(12/2003);22(10/2001) ;9(1/2003); 19(1998). 3. Kü thuËt th«ng tin sîi quang Vò V¨n San 4. KhuÕch ®¹i quang sîi vµ kh¶ n¨ng øng dông trªn m¹ng viÔn th«ng Vò TuÊn L©m. KÕt qu¶ NCKH vµ CN 9(1994) 5. Optical Communication Network Biswanath Mukherjee 6. Multiwavelength Optical Networks Thomas E.stern 8. WDM Optical Network ( concepts, design, Algorithms) : Mohan gurusamy 9. Nghiªn cøu x©y dông ph−¬ng ¸n c¸p quang biÓn sö dông kü thuËt khuÕch ®¹i quang sîi ë ViÖt Nam : Vò TuÊn L©m ViÖn KHKT B−u ®iÖn 12-1996 10. T¹p chÝ B−u chÝnh ViÔn Th«ng : 1-1999; 12-2003; 3-2004 11. KhuyÕn nghÞ ITU-T.