Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo công nghệ thông tin ngành viễn thông Chuyển mạch gói trong mạng quang WDM
Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói đầuLời nói đầuCùng với sự phát triển của xã hội thì nhu cầu của con ngời đối với việc trao đổi thông tin ngày càng cao. Để đáp ứng đợc nhu cầu đó, đòi hỏi đó mạng lới viễn thông phải có tốc độ cao, dung lợng lớn. Kỹ thuật ghép kênh phân chia bớc sóng WDM ra đời đã đáp ứng đợc một phần những đòi hỏi cấp thiết đó. Kỹ thuật ghép kênh bớc sóng WDM có thể nâng dung lợng truyền dẫn của sợi quang lên rất cao. Đồng thời sự tăng trởng với tốc độ nhanh chóng dung lợng của hệ thống truyền dẫn là sức ép và động lực mạnh cho sự phát triển hệ thống chuyển mạch. Quy mô của hệ thống chuyển mạch trong thông tin càng ngày càng lớn, tốc độ vận hành càng ngày càng cao. Nhng mạng chuyển mạch điện tử và xử lý thông tin đã phát triển đến gần tốc độ giới hạn. Trong đó tham số cố hữu nh RC, méo, trôi trợt, xuyên âm, tốc độ phản ứng chậm là những khuyết điểm hạn chế đến việc nâng cao tốc độ chuyển mạch. Để giải quyết vấn đề này chuyển mạch quang với kỹ thuật quang điện tử đã ra đời.Ưu điểm của chuyển mạch quang là ở chỗ, khi tín hiệu quang đi qua bộ chuyển mạch, không cần chuyển đổi quang điện/điện quang, do đó nó không bị các thiết bị quang điện nh máy đo kiểm, bộ điều chế hạn chế tốc độ đáp ứng, đối với tốc độ bít và phơng thức điều chế là trong suốt, có thể nâng rất cao thông lợng qua bộ chuyển mạch. Do tác dụng của linh kiện logic quang còn rất đơn giản, không thể hoàn thành chức năng xử lý logic phức tạp của bộ phận điều khiển, nên bộ chuyển mạch quang hiện nay vẫn còn phải điều khiển bằng tín hiệu điện, tức là chuyển mạch quang điều khiển điện.Mặt khác, mạng quang trong tơng lai cần phải hỗ trợ dịch vụ truyền số liệu. Do đó, ý tởng về chuyển mạch gói quang ra đời. Đây là một ý tởng mới đợc đa ra nhng đ-ợc tập chung nghiên cứu rất cẩn thận với rất nhiều u điểm nh mạng thông tin toàn quang, có tốc độ cao, dung lợng lớn, trong suốt .Với mục đích tìm hiểu một công nghệ mới, củng cố và phát triển các kiến thức đã lĩnh hội đợc trong quá trình nghiên cứu và học tập tại Học viện công nghệ Bu chính Viễn thông em đã chọn đề tài tốt nghiệp của mình là: Chuyển mạch gói trong mạng quang WDM . Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu cuốn đồ án tốt nghiệp với đề tài đã chọn đã đợc hoàn thành với nội dung gồm 3 chơng nh sau:Chơng 1: Giới thiệu chung về WDM.Ngô Đức Tiến, D2000VT 1 Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói đầuChơng 2: Các phần tử trong hệ thống WDM.Chơng 3: Chuyển mạch gói trong mạng quang WDM.Em xin đợc gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo TS. Bùi Trung Hiếu, ngời đã tận tình hớng dẫn và giúp đỡ em rất nhiều trong thời gian em thực hiện đề tài này. Em xin cảm ơn các thầy, cô giáo trong khoa Viễn Thông 1, các thầy cô đang công tác tại trung tâm đào tạo Bu chính Viễn thông I đã giúp em thực hiện ớc mơ bớc vào những chân trời tri thức mới. Cảm ơn bạn bè và ngời thân đã luôn ủng hộ tôi trong quá trình học tập tại mái trờng Học viện công nghệ Bu chính Viễn thông.Mặc dù đã cố gằng rất nhiều trong thời gian hoàn thành cuốn đồ án này, nhng do thời gian và trình độ có hạn nên cuốn đồ án này chắc chắn sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận đợc những ý kiến đóng góp của thầy cô và bạn bè đồng nghiệp để cuốn đồ án này đợc hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn !Hà Nội, ngày 25 tháng 10 năm 2005Sinh viênNgô Đức TiếnNgô Đức Tiến, D2000VT 2 Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về WDMchơng 1Giới thiệu chung về WDM1.1 Nguyên lý cơ bản của WDM1.1.1 Khái niệm về WDMa. Quá trình phát triển của WDM Khái niệm ghép kênh quang không phải là mới. Khái niệm này bắt đầu có từ những năm 1950. Có thể nói rằng ý tởng về truyền nhiều tín hiệu quang là rất đơn giản và tự nhiên nh là công nghệ truyền tín hiệu sử dụng trong viễn thông cổ điển với tín hiệu điện. Nhng giải pháp cho các vấn đề công nghệ là rất khó khăn và nó cần thời gian dài phát triển để giải quyết các vần đề này. Khoảng 20 năm sau các linh kiện thực tế đầu tiên sử dụng cho ghép kênh đã đợc sản xuất và sử dụng ở Mỹ, Nhật, Châu Âu. Năm 1977 thiết bị thụ động WDM đầu tiên đợc phát triển bởi Tomlinson và Aumiller. b. WDM và TDMMột câu hỏi đợc đặt ra là ghép tín hiệu trong miền điện (TDM: Time Division Multiplexing) hay trong miền quang (FDM: Frequency Division Multiplexing) dễ hơn? Câu trả lời cho câu hỏi này không hề dễ dàng và giải pháp tối u chỉ có thể tìm thấy với tập hợp các công nghệ phức tạp.Với các dịch vụ tốc độ bit thấp (<2Mb/s) nói chung sẽ tốt hơn nếu ta sử dụng công nghệ TDM. Với tín hiệu cha nén nh truyền hình quảng bá chất lợng cao (HDTV: High Definition TeleVision) thì WDM lại có vẻ tốt hơn. Với công nghệ nén video băng tần yêu cầu đã đợc giảm xuống mức thấp nhất. Tuy nhiên vào thời điểm hiện nay, CATV và HDTV vẫn yêu cầu các băng tần tơng ứng là 4 Mb/s và 25 Mb/s. Các ứng dụng nh mạng video liên kết các trạm làm việc truyền tín hiệu từ trung tâm vô tuyến định tuyến các mạng video hội nghị, các hệ thống đào tạo video tơng tác, các mạng dịch vụ thông tin đa chiều và mạng truyền số liệu giữa các máy tính, mạng số đa dịch vụ tích hợp (ISDN), các mạng băng rộng sẽ tiến đến sử dụng cả ghép kênh phân chia theo thời gian và ghép kênh phân chia theo bớc sóng. Dự báo nhu cầu của thuê bao vào năm 2010 sẽ vào khoảng 100 Mb/s. Điều này sẽ không thể trở thành hiện thực nếu không phát triển mạng quang WDM.Một mạng thực tế thờng đợc tạo nên bởi một tập các kiến trúc để tạo nên môi trờng vật lý của mạng giữa các trạm. Cấu hình đợc gọi là ảo khi nó chỉ bao gồm các liên Ngô Đức Tiến, D2000VT 3 Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về WDMkết logic giữa các trạm. Một ví dụ về ứng dụng ghép kênh quang là tạo cấu hình mạng ảo theo yêu cầu. Cấu hình mạng có thể đợc thay đổi phụ thuộc vào cấu hình vật lý khi thay đổi tần số quang của đầu phát hay đầu thu. Trong các cấu trúc này các bộ đấu nối chéo WDM, các bộ định tuyến WDM và các bộ tách xen WDM trở nên rất quan trọng.1.1.2 Mô hình hệ thống WDMNhiệm vụ của các hệ thống truyền dẫn nói chung là truyền tín hiệu qua một khoảng cách nhất định trên môi trờng truyền dẫn đã đợc lựa chọn trớc. Đối với các hệ thống truyền dẫn lựa chọn sợi quang làm môi trờng truyền dẫn sẽ là rất tốn kém nếu không sử dụng hiệu quả băng thông của sợi quang. Để tận dụng tốt băng thông của sợi quang kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bớc sóng (WDM) đã ra đời và phát triển không ngừng trong nửa thế kỷ qua. Các hệ thống WDM cũng lần lợt đợc giới thiệu và phát triển trong các mạng viễn thông thơng mại. Mô hình của hệ thống WDM và nguyên lý hoạt động của nó đợc chỉ ra trong hình vẽ sau đây.Hình 1.1. Hệ thống ghép kênh phân chia theo bớc sóng quangGiả sử có các nguồn quang làm việc ở các bớc sóng khác nhau 1, 2, ., n. Các tín hiệu quang ở các bớc sóng khác nhau này sẽ đợc ghép vào cùng một sợi dẫn quang. Các tín hiệu có bớc sóng khác nhau đợc ghép lại ở phía phát nhờ bộ ghép kênh (MUX), bộ ghép bớc sóng phải đảm bảo có suy hao nhỏ và tín hiệu sau khi ghép sẽ đợc truyền dọc theo sợi quang tới phía thu. Các bộ tách sóng quang khác nhau ở phía đầu thu sẽ nhận lại các luồng tín hiệu với các bớc sóng riêng rẽ này sau khi chúng qua bộ giải ghép bớc sóng (DE-MUX). ở phía phát, các thiết bị ghép kênh phải có suy hao nhỏ từ mỗi nguồn quang tới đầu ra của bộ ghép kênh. ở phía thu các bộ tách sóng quang phải nhạy với độ rộng của các bớc sóng quang. Khi thực hiện tách kênh cần phải thực hiện cách ly kênh quang thật tốt với các bớc sóng bằng cách thiết kế các bộ giải ghép kênh thật chính xác, Ngô Đức Tiến, D2000VT 4RxNTxNTxN DE-MUX/MUXMUX/DE-MUX Sợi dẫn quang 1,2, . N,1,,2, . ,NRxNKênh 1Kênh 1Kênh NKênh N1,N,1 NTxNKênh 1Kênh 1KênhNKênhN1,N,1TxNRxNRxN N Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về WDMcác bộ lọc quang nếu đợc sử dụng phải có bớc sóng cắt chính xác, dải làm việc thật ổn định. Có 2 phơng án thiết lập hệ thống truyền dẫn sử dụng kỹ thuật ghép bớc sóng quang là thiết lập hệ thống ghép kênh theo bớc sóng quang một hớng và thiết lập hệ thống ghép kênh bớc sóng quang theo hai hớng. Hình vẽ 1.1 chỉ ra một hệ thống ghép kênh theo bớc sóng quang theo hai hớng, trong đó tại các đầu cuối có các thiết bị tách ghép kênh hỗn hợp. Trong hệ thống này 1, 2, ., N và 1, 2, ., n nằm trên một cửa sổ truyền dẫn nhng thuộc hai giải tần số khác nhau. Còn trong trờng hợp thiết lập hệ thống ghép kênh theo bớc sóng quang một hớng thì tại các đầu cuối chỉ thực hiện một nhiệm vụ là ghép hoặc tách kênh.Trong hệ thống thông tin quang WDM có kỹ thuật ghép kênh bớc sóng lỏng và kỹ thuật ghép kênh bớc sóng chặt hay mật độ cao.CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) là kỹ thuật ghép kênh quang phân chia theo bớc sóng lỏng trong đó khoảng cách giữa các bớc sóng quang kề nhau lớn hơn 20 nm và tơng ứng với nó là độ rộng phổ của một kênh là 2500 GHz. Bớc sóng của laser thay đổi theo nhiệt độ nhng đối với kỹ thuật này không cần bộ làm mát vì khoảng cách giữa các bớc sóng kề nhau lớn. Kỹ thuật CWDM mang lại hiệu quả kinh tế cao đối với hệ thống yêu cầu ghép ít bớc sóng.Khi dung lợng của hệ thống tăng lên thì số kênh ghép trong sợi quang tăng lên. Điều này đã làm cho kỹ thuật ghép kênh CWDM khó có thể đáp ứng đợc nhu cầu và kỹ thuật ghép kênh DWDM ra đời. DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) là kỹ thuật ghép kênh quang phân chia theo bớc sóng chặt trong đó khoảng cách giữa các bớc sóng kề nhau đợc truyền trên sợi quang là 0,8 nm. Với khoảng cách này tại vùng tần số 1550 nm độ rộng phổ của mỗi kênh tơng ứng vào khoảng 100 GHz. Khi độ rộng phổ của bớc sóng giảm xuống thì rất nhiều các yêu cầu đa ra cần đợc giải quyết nh: Nhiệt độ của laser phát phải ổn định, các thiết bị tách ghép phải hoạt động chính xác hơn Những yêu cầu này đã làm cho giá thành của các phần tử trong mạng tăng lên và giá thành của hệ thống DWDM tăng lên rất nhiều so với hệ thống thông tin quang CWDM.Bảng 1.1 So sánh CWDM và DWDMDanh mục CWDM DWDMKhoảng cách bớc sóng ~20 nm ~0,8 nmKhoảng cách kênh 2500 GHz 100GHzNgô Đức Tiến, D2000VT 5 Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về WDMĐiều khiển môi trờng Không CóNguồn laser DFB (không làm mát) DFB (làm mát)Tốc độ dữ liệu/kênh 2,5 Gbit/s 10 Gbit/sTốc độ bit tập trung 40 Gbit/s 320 Gbit/sGiá thành/kênh Thấp Cao1.2ảnh hởng của các hiệu ứng phi tuyến trong hệ thống WDMTrong hệ thống thông tin quang, các hiệu ứng phi tuyến sẽ xảy ra khi công suất của tín hiệu trong sợi quang vợt quá một mức nào đó. Đối với các hệ thống WDM thì mức công suất này cao hơn nhiều so với các hệ thống đơn kênh. Việc nảy sinh các hiệu ứng phi tuyến sẽ gây ra một số hiện tợng nh: Xuyên âm giữa các kênh, suy giảm mức công suất tín hiệu của từng kênh dẫn đến suy giảm tỷ số S/N . Các hiệu ứng phi tuyến ảnh hởng đến chất lợng của hệ thống WDM chủ yếu gồm: Hiệu ứng SPM, XPM, FWM, SBS và SBR. Các hiệu ứng này có thể chia thành hai loại:Hiệu ứng tán xạ: Bao gồm các hiệu ứng SBS và SBR.Các hiệu ứng liên quan đến hiệu ứng Kerr: Bao gồm hiệu ứng SPM, XPM và FWM.1.2.1 Hiệu ứng tán xạa. Hiệu ứng SBR Hiệu ứng Raman là kết quả của quá trình tán xạ không đàn hồi mà trong đó photon ánh sáng tới chuyển một phần năng lợng của mình cho dao động cơ học của các phân tử cấu thành môi trờng truyền dẫn và phần năng lợng còn lại đợc phát xạ thành ánh sáng có bớc sóng lớn hơn bớc sóng của ánh sáng tới (ánh sáng với bớc sóng mới này đợc gọi là ánh sáng Stoke). Khi ánh sáng tín hiệu truyền trong sợi quang có cờng độ lớn, quá trình này trở thành quá trình kích thích (đợc gọi là SRS) mà trong đó ánh sáng tín hiệu đóng vai trò sóng bơm (gọi là bơm Raman) làm cho phần lớn năng lợng của tín hiệu đợc chuyển tới bớc sóng Stoke. Nếu gọi Ps(L) là công suất của bớc sóng Stoke trong sợi quang thì: Ps(L)= P0exp (grP0L/K.Seff) (1.5)Trong đó: P0 là công suất đa vào sợi tại bớc sóng tín hiệu. gr là hệ số khuếch đại Raman.K là hệ số đặc trng cho mối quan hệ về phân cực giữa tín hiệu, bớc sóng Stoke và phân cực của sợi. Đối với sợi thông thờng thì K2.Ngô Đức Tiến, D2000VT 6 Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về WDMCông thức trên có thể dùng để tính toán mức công suất P0 mà tại đó hiệu ứng SBR ảnh hởng lớn đến hệ thống, đợc gọi là ngỡng Raman (P0th) (P0thlà công suất của tín hiệu đầu vào mà ứng với nó, công suất của bớc sóng Stoke và của bớc sóng tín hiệu tại đầu ra là bằng nhau).P0th 32 Seff.(L.gr) (1.6)Từ công thức 1.6 ngời ta tính toán đợc rằng, đối với hệ thống đơn kênh để hiệu ứng SRR có thể ảnh hởng đến chất lợng hệ thống thì mức công suất P0 phải lớn hơn 1W (nếu nh hệ thống không sử dụng khuếch đại quang trên đờng truyền). Tuy nhiên trong hệ thống WDM thì mức công suất này sẽ thấp hơn nhiều vì có hiện tợng khuếch đại đối với các bớc sóng lớn, trong khi đó công suất của các kênh có bớc sóng ngắn hơn lại bị giảm đi (do đã chuyển một phần năng lợng cho các bớc sóng lớn) làm suy giảm hệ số S/N, ảnh hởng đến chất lợng hệ thống. Để đảm bảo suy giảm S/N không nhỏ hơn 0,5 dB thì mức công suất của từng kênh phải thoả mãn (theo lý thuyết của Chraplyvy). Với N là số kênh bớc sóng.f là khoảng cách giữa các kênh bớc sóng.Nh vậy, trong hệ thống WDM hiệu ứng này cũng hạn chế số kênh bớc sóng, khoảng cách giữa các kênh, công suất của từng kênh và tổng chiều dài của hệ thống. Hơn nữa, nếu nh bớc sóng mới tạo ra lại trùng với kênh tín hiệu thì hiệu ứng này cũng gây xuyên âm giữa các kênh. b. Hiệu ứng SBS Hiệu ứng SBS là hiệu ứng tơng tự nh hiệu ứng SRR, tức là có sự tạo thành của bớc sóng Stoke có bớc sóng dài hơn bớc sóng tới. Điểm khác nhau chính của hai hiệu ứng này là: Hiệu ứng SBR liên quan đến các photon âm học còn hiệu ứng SBS liên quan đến các photon quang. Chính do sự khác biệt này mà hai hiệu ứng có những ảnh hởng khác nhau đến hệ thống WDM. Trong hiệu ứng này, một phần ánh sáng bị tán xạ do các photon âm học và làm cho phần ánh sáng bị tán xạ này dịch tới bớc sóng dài hơn (tơng đơng với độ dịch tần là khoảng 11 GHz tại bớc sóng 1550 nm). Tuy nhiên chỉ có phần ánh sáng bị tán xạ theo chiều ngợc trở lại (tức là Ngô Đức Tiến, D2000VT 7fLNNPeffì<.)1(1028,102112(1.7) Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về WDMngợc chiều với chiều truyền tín hiệu) mới có thể truyền đi ở trong sợi quang, vì vậy trong hệ thống WDM khi tất cả các kênh đều cùng truyền theo một hớng thì hiệu ứng SBS không gây xuyên âm giữa các kênh. Trong tất cả các hiệu ứng phi tuyến thì ngỡng công suất để xảy ra hiệu ứng SBS là thấp nhất, chỉ khoảng vài mW. Tuy nhiên hiệu ứng SBS với VB/Vlaser (Vb là băng tần khuếch đại Brillouin, Vlaser là độ rộng phổ của laser) và băng tần khuếch đại Brillouin là rất hẹp (chỉ khoảng 10-100 MHz) nên hiệu ứng này cũng khó xảy ra. Chỉ các hệ thống với nguồn phát có độ rộng phổ rất hẹp thì mới có thể ảnh hởng bởi hiệu ứng SBS. Ngời ta tính toán đợc mức công suất ngỡng đối với hiệu ứng SBS nh sau:BeffpueffVgLVVKAPì+<)(21(1.8)Trong đó: g là hệ số khuếch đại Brillouin.Aeff là vùng lõi hiệu dụng.K đặc trng cho mối quan hệ về phân cực giữa tín hiệu, bớc sóng Stoke và phân cực của sợi. Đối với sợi thông thờng thì K2.VB là băng tần khuếch đại Brillouin.VP là độ rộng phổ của tín hiệu.Nh vậy hiệu ứng SBS sẽ ảnh hởng đến mức công suất của từng kênh và khoảng cách giữa các kênh trong hệ thống WDM. Hiệu ứng này không phụ thuộc vào số kênh của hệ thống. 1.2.2 Hiệu ứng Kerr quangKerr là hiệu ứng trong đó chiết suất của môi trờng truyền dẫn thay đổi theo c-ờng độ ánh sáng truyền.a. Hiệu ứng SPM Hiệu ứng SPM thuộc loại hiệu ứng Kerr, tức là hiệu ứng trong đó chiết suất của môi trờng truyền dẫn thay đổi theo cờng độ ánh sáng truyền. Hiện tợng này tạo nên sự dịch pha phi tuyến NL của trờng quang khi lan truyền trong sợi quang. Giả sử bỏ qua suy hao quang thì sau khoảng cách L, pha của trờng quang sẽ là:Ngô Đức Tiến, D2000VT 8 Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về WDMĐối với trờng quang có cờng độ không đổi hiệu ứng SPM chỉ làm quay pha của trờng quang, do đó ít ảnh hởng đến chất lợng của hệ thống. Tuy nhiên đối với các trờng quang có cờng độ thay đổi thì pha phi tuyến NL sẽ thay đổi theo thời gian. Sự thay đổi theo thời gian này cũng có nghĩa là trong xung tín hiệu sẽ tồn tại nhiều tần số quang khác với tần số trung tâm v0 một giá trị là vNL:vNL=(1/2)( NL/t) (1.10)Hiện tợng này còn gọi là hiện tợng dịch tần phi tuyến làm cho sờn sau của xung dịch đến tần số v<v0 và sờn trớc của xung dịch đến tần số v>v0. Điều này cũng có nghĩa là phổ của tín hiệu đã bị dãn trong quá trình truyền. Trong hệ thống WDM, đặc biệt khi khoảng cách giữa các kênh gần nhau, hiện tợng dãn phổ do SPM có thể dẫn đến giao thoa gây nhiễu giữa các kênh. b. Hiệu ứng XPMĐối với hệ thống WDM, hệ số chiết suất tại một bớc sóng nào đó không chỉ phụ thuộc vào cờng độ của sóng đó mà còn phụ thuộc vào cờng độ của các bớc sóng khác lan truyền trong sợi. Trong trờng hợp này chiết suất phi tuyến ứng với b-ớc sóng thứ i sẽ là: nNL=n2{|Ei|2 + 2|Ej|2} (1.11)Với: N là tổng số kênh quang.Ei là cờng độ trờng quang của bớc sóng thứ i.Số hạng thứ nhất trong công thức (1.11) ứng với hiệu ứng SPM, số hạng thứ hai tơng ứng với hiệu ứng XPM. Nếu giả sử công suất của các kênh là nh nhau thì ảnh hởng của hiệu ứng XPM sẽ gấp 2N lần hiệu ứng SPM.c. Hiệu ứng FWM Hiện tợng chiết suất phi tuyến còn gây ra một hiệu ứng khác trong sợi đơn mode, đó là hiệu ứng FWM. Trong hiệu ứng này, hai hoặc ba sóng quang với các tần số khác nhau sẽ tơng tác với nhau tạo ra các thành phần tần số mới. Tơng tác này có thể xuất hiện giữa các bớc sóng của tín hiệu trong hệ thống DWDM, hoặc giữa các bớc sóng tín hiệu với tạp âm của các bộ khuếch đại quang. Giả sử có ba b-Ngô Đức Tiến, D2000VT 9NLconstEnnLnL+=+==)(22220(1.9) Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về WDMớc sóng với tần số i, J, k thì tổ hợp tần số mới tạo ra sẽ là những tần số ijk thoả mãn: ij k=i + J - k (1.12)Theo quan điểm cơ lợng tử, thì hiệu ứng FWM là hiệu ứng mà trong đó có sự phá huỷ photon ở một số bớc sóng và tạo ra một số photon ở các bớc sóng mới sao cho vẫn bảo toàn về năng lợng. Hiệu suất của quá trình FWM phụ thuộc vào điều kiện phù hợp về pha. Hiệu ứng FWM xảy ra mạnh chỉ khi điều kiện này đợc thoả mãn (tức là động lợng của photon đợc bảo toàn). Về mặt toán học thì điều kiện này có thể đợc biểu thị nh sau: (ijk)= (i) + (j) - (k) (1.13)Vì trong sợi quang tồn tại tán sắc nên điều kiện phù hợp về pha rất khó xảy ra. Tuy nhiên, với môi trờng truyền dẫn là loại sợi có tán sắc thấp và khoảng cách truyền dẫn là tơng đối lớn và các kênh gần nhau thì điều kiện này có thể coi là xấp xỉ đạt đợc. Do việc tạo ra các tần số mới là tổ hợp của các tần số tín hiệu nên hiệu ứng FWM sẽ làm giảm công suất của các kênh tín hiệu trong hệ thống WDM. Hơn nữa, nếu khoảng cách giữa các kênh là bằng nhau thì những tần số mới đợc tạo ra có thể rơi vào các kênh tín hiệu với xác suất rất lớn, gây xuyên âm giữa các kênh, làm suy giảm chất lợng của hệ thống.Sự suy giảm công suất sẽ làm cho dạng hình cắt của tín hiệu ở đầu thu bị thu hẹp lại do đó làm giảm chất lợng của hệ thống. Vì các hệ thống WDM chủ yếu làm việc ở cửa sổ bớc sóng 1550 nm và do tán sắc của sợi quang đơn mode thông thờng (sợi G.652) tại cửa sổ này là khoảng 18 ps/nm.km, còn tán sắc của sợi tán sắc dịch chuyển (sợi G. 653) là 0 (<3ps/nm.km) nên hệ thống WDM làm việc trên sợi đơn mode thông thờng sẽ ít bị ảnh hởng bởi hiệu ứng FWM hơn hệ thống WDM làm việc trên sợi tán sắc dịch chuyển. ảnh hởng của hiệu ứng FWM càng lớn nếu nh khoảng cách giữa các kênh trong hệ thống WDM càng nhỏ cũng nh khoảng cách truyền dẫn và mức công suất của mỗi kênh lớn. Vì vậy hiệu ứng FWM sẽ hạn chế dung lợng và cự ly truyền dẫn của hệ thống WDM.Ngô Đức Tiến, D2000VT 10 [...]... phần tử trong hệ thống WDM ngày càng cao Vì vậy khả năng chuyển mạch dễ dàng là yếu tố rất quan trọng đối với các mạng quang hiện đại Do đó, các bộ nối chéo quang OXC rất cần thiết trong các mạng quang hiện tại và trong tơng lai Bộ nối chéo quang dùng để hoán đổi các tín hiệu kênh quang giữa các sợi với nhau Bộ nối chéo quang có thể đợc mô tả nh trong hình 2.15 Trong hình này các tín hiệu quang trong. .. AWG 2.6 Bộ nối chéo quang OXC Việc chuyển mạch trong các tín hiệu quang trớc đây liên quan đến việc biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện, và lại biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang để tiếp tục truyền tới các mạng khác Quá trình này là rất phức tạp, chi phí cao, làm hạn chế tốc độ chuyển mạch và giảm khả năng hoạt động của hệ thống WDM Chuyển mạch sử dụng trong các mạng WDM để dẫn tín hiệu... gọi là bơm sau Bộ phối ghép quang EDF Đầu vào tín hiệu quang Bộ cách ly quang Bộ lọc quang Đầu ra tín hiệu quang Bộ cách ly quang Bơm quang Hình 2.17 Bơm ngợc chiều - Bơm hai chiều: Kết cấu đồng thời bơm cùng chiều và ngợc chiều Bộ phối ghép quang Đầu vào tín hiệu quang Bộ cách ly quang Bơm quang EDF Bộ phối ghép quang Bơm quang Bộ lọc quang Đầu ra tín hiệu quang Bộ cách ly quang Hình 2.18 Bơm hai chiều... động theo nguyên tắc chuyển mạch có chuyển đổi bớc sóng quang Đầu tiên, mỗi tín hiệu quang từ một sợi đợc phân chia với số nhánh bằng tổng số kênh quang cần lấy tại đầu ra nhờ bộ spliter Sau đó chúng đợc đa tới các bộ chuyển mạch quang để lấy ra tín hiệu quang cần thiết Tín hiệu quang đợc chọn ra lại tiếp tục qua bộ chọn bớc sóng, tách ra đợc kênh quang yêu cầu để đa vào đúng bớc sóng quang cần ghép ở... biệt thích hợp với các hệ thống WDM EDFA có ba kết cấu cơ bản - Bơm cùng chiều: Tín hiệu quang và tín hiệu bơm đợc đa vào sợi quang pha Erbium trên cùng một hớng Bộ phối ghép quang Đầu vào tín hiệu quang Bộ cách ly quang Bộ lọc quang EDF Bơm quang Đầu ra tín hiệu quang Bộ cách ly quang Hình 2.16 Bơm cùng chiều - Bơm ngợc chiều: Tín hiệu quang và tín hiệu bơm đợc đa vào sợi quang pha Erbium từ hai hớng... sợi quang với nhau, đó là hai sợi A và B A1 A2 An A1 B2 An B1 B2 Bn B1 A2 Bn Hình 2.15 Sơ đồ bộ nối chéo quang Có hai loại OXC chính là: - OXC định tuyến theo bớc sóng (Wavelength Routing OXCR) - OXC có khả năng chuyển đổi bớc sóng (Wavelength Translating OXCT) Các OXCR hoạt động theo nguyên tắc tách các bớc sóng quang từ các tín hiệu quang đầu vào rồi chuyển mạch không gian (chuyển mạch sợi quang) ,... ghép kênh quang vào thời điểm đó là không hề dễ dàng do những khó khăn về công nghệ Trong những năm gần đây công nghệ vật liệu phát triển rất nhanh, đã có rất nhiều vật liệu mới đợc tìm thấy, phát triển và ứng dụng vào các mạng thông tin quang Điều này đã tạo ra một cuộc cách mạng thực sự trong quá trình phát triển của công nghệ truyền dẫn quang Chơng 2 sẽ trình bày về các phần tử sử dụng trong mạng thông... dẫn trên cùng một sợi quang Ngô Đức Tiến, D2000VT 21 Đồ án tốt nghiệp đại học 2.2.3 Các phần tử trong hệ thống WDM Bộ ghép và tách kênh quang A n1 n2>n1 1 2 1 + 1 + + N n2 Sợi quang Thấu kính B Lăng kính n C Thấu kính Các sợi quang Hình 2.7 Sử dụng lăng kính để tách bớc sóng Ngô Đức Tiến, D2000VT 22 Đồ án tốt nghiệp đại học Các phần tử trong hệ thống WDM Thông thờng bộ ghép kênh quang bao gồm một số... xen rẽ rất cần cho mạng diện rộng và mạng thành phố khi một hay một số kênh cần đợc tách ra trong khi các kênh khác trong đờng truyền vẫn giữ nguyên Kênh đầu vào 12 n x Rẽ kênh Bộ xen rẽ Kênh đầu ra 12 n quang OADM Xen kênh x Hình 2.9 Bộ xen rẽ quang OADM Ngô Đức Tiến, D2000VT 23 Đồ án tốt nghiệp đại học - Các phần tử trong hệ thống WDM Phần tử thứ nhất đợc sử dụng làm bộ xen rẽ quang là bộ định tuyến... (circulator) và cách tử sợi quang (fiber grating)-cách tử Bragg Trong đó bộ quay pha quang có thiết kế gần giống với bộ cách ly quang (optical isolator) Các bớc sóng cần tách/xen sẽ đợc bộ cách tử sợi quang phản xạ lại đa vòng tới lối ra/vào của bộ quay pha Các bớc sóng khác vẫn đi qua bình thờng Một cách tử sợi quang là thiết bị giao thoa quang đợc thiết kế ngay bên trong một sợi quang Nếu một sợi thuỷ . này chuyển mạch quang với kỹ thuật quang điện tử đã ra đời.Ưu điểm của chuyển mạch quang là ở chỗ, khi tín hiệu quang đi qua bộ chuyển mạch, không cần chuyển. về WDM. Ngô Đức Tiến, D2000VT 1 Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói đầuChơng 2: Các phần tử trong hệ thống WDM. Chơng 3: Chuyển mạch gói trong mạng quang WDM. Em
