Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu
Quách Bá Lâm – Đ04VT1 i
LỜI NÓI ĐẦU
Công nghệ mạng quang WDM ra đời đã tạo nên những bƣớc phát triển rất
lớn cho các mạng truyền tải. Với sự ra đời của công nghệ WDM đã đáp ứng đƣợc
những nhu cầu tăng lên rất lớn về băng thông. Ngày nay các hệ thống thông tin
quang đƣờng trục, các hệ thống dung lƣợng lớn đều sử dụng công nghệ WDM, với
những tuyến liên kết điểm điểm, rồi đến những liên kết cấu trúc mạng phức tạp
hơn để phù hợp với những yêu cầu đáp ứng mạng đƣợc đặt ra. Tuy nhiên, do một
số những ảnh hƣởng lớn tác động đến hệ thống WDM nên những nhà khai thác
mạng vẫn chƣa tận dụng đƣợc hết những ƣu điểm vƣợt trội của hệ thống này.
Những ảnh hƣởng đó phải kể đến đầu tiên chính là các ảnh hƣởng của tán sắc đối
với hệ thống WDM. Tán sắc làm hạn chế khoảng cách truyền dẫn cũng nhƣ tốc độ
của hệ thống WDM, gây ra lỗi bit làm xuống cấp nghiêm trọng đặc tính của hệ
thống WDM. Do đó vấn đề quản lý tán sắc trong hệ thống WDM đã và đang rất
đƣợc quan tâm. Vì vậy em đã lựa chọn nội dung đồ án tốt nghiệp tập trung nghiên
cứu Các phƣơng pháp bù tán sắc và ứng dụng bù tán sắc trong các hệ thống thông
tin quang tốc độ cao.
Nội dung đồ án của em bao gồm ba chƣơng:
Chƣơng I: Tổng quan về công nghệ WDM
Trong chƣơng này tìm hiểu một số nguyên lý cơ bản của công nghệ WDM,
các cấu hình mạng và cơ chế bảo vệ cho mạng WDM.
Chƣơng II: Một số ảnh hƣởng đến hệ thống WDM
Tìm hiểu các loại tán sắc và các hiệu ứng phi tuyến cũng nhƣ những ảnh
hƣởng của tán sắc và các hiệu ứng phi tuyến đối với hệ thống WDM.
Chƣơng III: Các phƣơng pháp bù tán sắc và ứng dụng bù tán sắc trong
hệ thống WDM
Đƣa ra sự cần thiết phải quản lý tán sắc. Tìm hiểu các phƣơng pháp bù tán
sắc nhƣ các mô hình bù trƣớc, các kỹ thuật bù sau, các sợi bù tán sắc, các bộ lọc
quang, các cách tử Bragg sợi, sự kết hợp pha quang. Ứng dụng bù tán sắc trong
các hệ thống sóng ánh sáng đƣờng dài, các hệ thống dung lƣợng lớn.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng song do thời gian và trình độ có hạn nên đồ án
của em không thể tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý
Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu
Quách Bá Lâm – Đ04VT1 ii
kiến của các thầy cô giáo và các bạn để đồ án đƣợc hoàn thiện hơn. Em xin gửi lời
cảm ơn chân thành nhất tới cô giáo Lê Thanh Thủy đã tận tình hƣớng dẫn, giúp
đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đồ án.
Hà Nội, ngày 10 tháng 11 năm 2008
Sinh viên thực hiện
Quách Bá Lâm
Đồ án tốt nghiệp Mục lục
Quách Bá Lâm – Đ04VT1 iii
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU .......................................................................................................... i
MỤC LỤC ............................................................................................................... iii
DANH MỤC HÌNH VẼ ........................................................................................... v
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT .................................................................................... viii
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WDM .......................................... 1
1.1 Nguyên lý cơ bản của WDM ...................................................................... 1
1.1.1 Giới thiệu về WDM ................................................................................ 1
1.1.2 Sự phát triển của công nghệ WDM ........................................................ 3
1.1.3 Sơ đồ khối hệ thống WDM .................................................................... 5
1.2 Các cấu hình mạng và cơ chế bảo vệ cho mạng WDM .............................. 7
1.2.1 Cấu hình điểm – điểm ............................................................................ 7
1.2.2 Cấu hình vòng Ring ................................................................................ 8
1.2.3 Cấu hình Mesh ...................................................................................... 10
CHƢƠNG II: MỘT SỐ THAM SỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN CHẤT LƢỢNG HỆ
THỐNG WDM ...................................................................................................... 12
2.1 Tán sắc ...................................................................................................... 12
2.1.1 Giới thiệu chung ................................................................................... 12
2.1.2 Tán sắc vật liệu ..................................................................................... 13
2.1.3 Tán sắc dẫn sóng .................................................................................. 15
2.1.4 Tán sắc bậc cao ..................................................................................... 17
2.1.5 Tán sắc mode phân cực PMD ............................................................... 19
2.2 Các hiệu ứng phi tuyến ............................................................................. 22
2.2.1 Giới thiệu chung ................................................................................... 22
2.2.2 Hiệu ứng tự điều chế pha SPM ............................................................ 23
2.2.3 Hiệu ứng điều chế xuyên pha XPM ..................................................... 24
2.4.4 Hiệu ứng trộn bốn sóng FWM ............................................................. 25
2.2.5 Hiệu ứng tán xạ Raman ( SRS ) ........................................................... 26
2.4.6 Hiệu ứng tán xạ Brillouin ( SBS ) ........................................................ 28
CHƢƠNG III: CÁC PHƢƠNG PHÁP BÙ TÁN SẮC VÀ ỨNG DỤNG BÙ TÁN
SẮC TRONG HỆ THỐNG WDM ........................................................................ 30
3.1 Sự cần thiết phải quản lý tán sắc .............................................................. 30
3.2 Các mô hình bù trƣớc ............................................................................... 32
3.2.1Kỹ thuật dịch tần trƣớc .......................................................................... 32
3.2.2 Các kỹ thuật mã hóa mới ...................................................................... 36
3.2.3 Các kỹ thuật dịch tần trƣớc phi tuyến .................................................. 38
3.3 Các kỹ thuật bù sau ................................................................................... 40
3.4 Các sợi bù tán sắc ..................................................................................... 42
3.5 Các bộ lọc quang ...................................................................................... 44
3.6 Các cách tử Bragg sợi ............................................................................... 48
3.6.1 Cách tử chu kỳ đều ............................................................................... 49
3.6.2 Cách tử sợi dịch tần .............................................................................. 52
Đồ án tốt nghiệp Mục lục
Quách Bá Lâm – Đ04VT1 iv
3.6.3 Bộ nối mode dịch tần ............................................................................ 56
3.7 Sự kết hợp pha quang ............................................................................... 57
3.7.1 Nguyên lý hoạt động ............................................................................ 57
3.7.2 Bù của tự điều chế pha SPM ................................................................ 58
3.7.3 Tín hiệu kết hợp pha ............................................................................. 60
3.8 Các hệ thống sóng ánh sáng đƣờng dài ...................................................... 64
3.8.1 Ánh xạ tán sắc theo chu kỳ ................................................................... 64
3.8.2 Nguyên lý đơn ...................................................................................... 66
3.8.3 Các hiệu ứng phi tuyến trong kênh ...................................................... 69
3.9 Các hệ thống dung lƣợng lớn.................................................................... 71
3.9.1 Bù tán xạ băng rộng .............................................................................. 71
3.9.2 Bù tán sắc điều hƣớng .......................................................................... 74
3.9.3 Quản lý Tán sắc Bậc Cao ..................................................................... 77
3.9.4 Bù PMD ................................................................................................ 80
KẾT LUẬN ............................................................................................................ 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................... 87
Đồ án tốt nghiệp Danh mục hình vẽ
Quách Bá Lâm – Đ04VT1 v
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Tốc độ tăng dung lƣợng thoại và số liệu theo thời gian ........................... 1
Hình 1.2 Ghép kênh theo bƣớc sóng WDM ............................................................ 3
Hình 1.3 Hệ thống WDM hai kênh. ......................................................................... 4
Hình 1.4 Sự phát triển của công nghệ WDM. .......................................................... 4
Hình 1.5 Sự tăng nên của dung lƣợng sợi. ............................................................... 5
Hình 1.6 Màu chức năng WDM ............................................................................... 5
Hình 1.7 Kiến trúc điểm – điểm. .............................................................................. 8
Hình 1.8 Cấu hình mạng Ring ................................................................................ 9
Hình 1.9 UPSR bảo vệ trên vòng ring WDM. ....................................................... 10
Hình 1.10 Các kiến trúc vòng ring, điểm điểm, mesh. .......................................... 11
Hình 2.1 Chỉ số chiết suất n và chỉ số nhóm ng thay đổi theo .............................. 15
bƣớc sóng ở sợi thủy tinh ....................................................................................... 15
Hình 2.2 Tham số b và các vi phân của nó d(Vb)/dV và V[d2(Vb)/dV2] .............. 16
thay đổi theo tham số V ......................................................................................... 16
Hình 2.3 Tán sắc tổng D và các tán sắc vật liệu DM, DW cho ............................. 17
sợi đơn mode thông dụng ....................................................................................... 17
Hình 2.4 Bƣớc sóng phụ thuộc vào tham số tán sắc D đối với các sợi .................. 19
tiêu chuần, sợi dịch tán sắc, và sợi tán sắc phẳng. ................................................. 19
Hình 2.5 Hiện tƣợng tán sắc mode phân cực PMD ............................................... 20
Hình 2.6 : Ảnh hƣởng của hiệu ứng tự điều chế pha SPM .................................... 23
Hình 2.7 Ảnh hƣởng của hiệu ứng điều chế xuyên pha XPM ............................... 24
Hình 2.8 Hiệu ứng FWM ....................................................................................... 25
Hình 2.9 Giản đồ năng lƣợng của quá trình tán xạ Raman .................................... 26
Hình 2.10 Phổ khuếch đại Raman của sợi Silic ở bƣớc sóng bơm λp=1μm .......... 27
Hình 2.11 Ảnh hƣởng của tán xạ Raman ............................................................... 28
Hình 3.1 Sự thay đổi của tham số mở rộng với khoảng cách truyền ..................... 33
cho một xung đầu vào Gaussian dịch tần. .............................................................. 33
Hình 3.2 Sơ đồ kỹ thuật dịch tần trƣớc đƣợc sử dụng để bù tán sắc: ................... 35
(a) đầu ra FM của laze DFB (b) dạng xung do bộ điều chế ngoài tạo ra c) xung
đƣợc dịch tần trƣớc đƣợc sử dụng trong truyền tín hiệu. ....................................... 35
Hình 3.3 Bù tán sắc sử dụng mã FSK: (a)Tần số và công suất quang của tín hiệu
truyền dẫn.(b) Tần số và công suất của tín hiệu thu và dữ liệu giải mã điện ........ 37
Hình 3.4 Các vạch tuyến dọc của tín hiệu 16 Gb/s đƣợc truyền đi ....................... 37
70 km chiều dài sợi tiêu chuần: (a) có và (b) không có SOA gây ra dịch tần. ...... 37
Hình 3.5 Dịch tần áp dụng ngang xung khuếch đại cho một vài giá trị của Ein/Esat.
Một xung đầu vào Gaussian đƣợc thừa nhận cũng nhƣ G0 = 30 dB và βc = 5 ..... 39
Hình 3.6 Tán sắc giới hạn khoảng cách truyền dẫn nhƣ là một hàm của công suất
phát đối với các xung Gaussian(m=1) và siêu Gaussian ( m=3 ) ở tốc độ bit là .. 41
Hình 3.7: (a) Biểu đồ của một DCF có sử dụng sợi mode ..................................... 44
bậc cao (HOM) và hai cách tử chu kỳ dài (LPG). (b) Phổ tán sắc của DCF ......... 44
Hình 3.8 Quản lý tán sắc trong đƣờng truyền sợi đƣờng dài có sử dụng ............. 46