Đề tài Chuyển mạch gói trong mạng quang WDM

không gian (chuyển mạch sợi quang), sau đó ghép các bước sóng lại, không có sự chuyển đổi bước sóng. Mỗi tín hiệu quang tới được đưa qua một bộ tách sóng quang để tách riêng các bước sóng khác nhau. Bộ chuyển mạch quang có suy hao và nhiễu xuyên nhỏ sẽ kết nối các bước sóng quang tới các vị trí mong muốn tại đầu vào của bộ ghép bước sóng để ghép các bước sóng này tới sợi quang đầu ra. Trước khi ghép thì mỗi bước sóng sẽ phải đi qua bộ cân bằng công suất PE để điều chỉnh công suất cho mỗi bước sóng tới giá trị thích hợp trước khi qua bộ ghép bước sóng Các OXCT hoạt động theo nguyên tắc chuyển mạch có chuyển đổi bước sóng quang. Đầu tiên, mỗi tín hiệu quang từ một sợi được phân chia với số nhánh bằng tổng số kênh quang cần lấy tại đầu ra nhờ bộ spliter. Sau đó chúng được đưa tới các bộ chuyển mạch quang để lấy ra tín hiệu quang cần thiết. Tín hiệu quang được chọn ra lại tiếp tục qua bộ chọn bước sóng, tách ra được kênh quang yêu cầu để đưa vào đúng bước sóng quang cần ghép ở đầu ra. Việc sử dụng OXCT cho phép tận dụng tối đa quỹ bước sóng quang. Tuy nhiên, không phải tại tất cả các node mạng đều có nhu cầu chuyển đổi bước sóng nên để khai thác có hiệu quả và kinh tế hơn, ta có thể kết hợp cả hai loại thiết bị này trong mạng. Bộ biến đổi bước sóng Một bộ biến đổi bước sóng thay đổi bước sóng đầu vào thành một bước sóng đầu ra mới mà không thay đổi nội dung của dữ liệu truyền trên bước sóng đó. Đã có rất nhiều nguyên tắc chuyển đổi bước sóng đã được phát triển trong những năm 1990. Một nguyên tắc đơn giản là sử dụng một máy tái tạo điện quang chỉ ra như hình 2.15a. Một máy thu quang trước tiên biến đổi tín hiệu trong bước sóng đầu vào là λ1 thành chuỗi bit điện và chuỗi bit này được sử dụng bởi một bộ phát để tạo ra tín hiệu quang tại bước sóng mong muốn là bước sóng λ2. Với thiết bị kiểu này có ưu điểm là tương đối dễ dàng thực hiện bởi các linh kiện tiêu chuẩn. Ngoài ra nó còn có các ưu điểm khác như không nhạy cảm với phân cực đầu vào và có thể khuếch đại tín hiệu thuần. Nhưng nó cũng có nhược điểm là hạn chế tốc độ truyền tải trên đường truyền và dạng tín hiệu, ở đây tốc độ bị hạn chế bởi miền điện, giá thành của thiết bị khá cao. Receiver Transmitter λ1 I(t) λ2 λ1 λ2 λ2 Líp tÝch cùc Bé läc SLA (a) (b) Hình 2.15. Nguyên tắc làm việc của các bộ chuyển đổi bước sóng Nguyên tắc làm việc đơn giản nhất là thiết bị được chỉ ra trong hình 2.15b. Nó dựa trên hiện tượng khuếch đại bão hoà xảy ra khi một vùng yếu được khuếch đại trong SOA với một vùng mạnh và sự khuếch đại của vùng yếu được tạo ra bởi miền mạnh. Để sử dụng thiết bị này tín hiệu xung trong bước sóng λ1 cần chuyển đổi và phát vào SOA cùng với một tia CW công suất thấp tại bước sóng λ2 và nó được chuyển sang bước sóng mong muốn là λ2. Kết quả là tia CW được khuếch đại một số lượng lớn các bit 0 (không bão hoà) bởi một số lượng nhỏ hơn các bit 1. Rõ ràng là mẫu bit chuẩn của tín hiệu trong bước sóng ban đầu sẽ được truyền tới bước sóng mới với cực tính đảo ngược và các bit 0 và 1 được trao đổi cho nhau. Công nghệ này đã được sử dụng trong nhiều thí nghiệm và có thể làm việc tại các hệ thống có tốc độ lên đến 40 Gb/s. Phần tử phát và thu quang Bộ phát Các thiết bị biến đổi điện quang E/O và các phần tử điện rời rạc của các bộ phát quang thuộc thế hệ trước đây đang dần dần được thay thế bởi các mạch tích hợp. Việc thực hiện các mạch tích hợp cỡ lớn nhằm đáp ứng yêu cầu về tốc độ điều chế và độ tin cậy ngày được thực hiện nhiều hơn. Trước hết ta xét yêu cầu đối với nguồn quang trong WDM. Độ chính xác của bước sóng phát: Đây là yêu cầu tiên quyết cho một hệ thống WDM hoạt động chính xác. Nói chung, bước sóng đầu ra luôn bị dao động do các yếu tố khác như nhiệt độ, dòng định thiên… Ngoài ra, để tránh xuyên nhiễu cũng như tạo diều kiện cho phía thu dễ dàng tách đúng bước sóng thì độ ổn định tần số phía phát phải thật cao. Độ rộng phổ hẹp: Độ rộng đường phổ được định nghĩa là độ rộng phổ nguồn quang tính cho bước cắt 3 dB. Để có thể tăng nhiều kênh trên một giải tần cho trước, cộng với khoảng cách kênh nhỏ nên độ rộng phổ càng hẹp càng tốt, nếu không, xuyên nhiễu kênh lân cận xảy ra khiến lỗi bít tăng cao, hệ thống không được đảm bảo chất lượng. Dòng ngưỡng thấp: Đối với Lade đi-ốt(LD-Laser Diode), phát xạ khích thích không thể bắt đầu cho đến khi dòng định thiên cao hơn giá trị dòng ngưỡng Ith, công suất đầu ra tỷ lệ với (I- Ith) với I là dòng định thiên. Do đó, dòng ngưỡng thấp hơn cho phép dòng định thiên nhỏ hơn đối với cùng một công suất đầu ra. Nhưng quang trọng hơn là nếu dòng ngưỡng thấp sẽ đảm bảo công suất nền thấp. Điều này làm giả bớt vấn đề lãng phí công suất trong việc kích thích LD cũng như giảm bớt công suất nền không mang tin và tránh cho máy thu chịu ảnh hưởng của nhiễu nền ( phát sinh do có công suất nền cao). Nếu công suất nền gửi trên đường truyền lớn sẽ không có lợi cho hệ thống, vì công suất quang truyền dẫn trên sợi ( tổng công suất của các bước sóng ghép) càng lớn thì ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến càng lớn, ảnh hưởng xấu đến chất lượng hệ thống. Độ rộng băng tần điều chế lớn: Như đã biết, thông tin được phát thông qua điều chế sóng mang. Trong truyền thông quang, có hai kĩ thuật điều chế chính là điều chế trực tiếp và điều chế ngoài. Vì điều chế trực tiếp đơn giản nên nó thường được sử dụng trong hệ thống có tốc độ ≤ 2.5 Gbps. Kĩ thuật này sử dụng tín hiệu phát kích hoạt trực tiếp LD nên nguồn sáng phải có tốc độ đáp ứng nhanhg theo tín hiệu đầu vào thay đổi theo thời gian, tương ứng với độ rộng băng tần phải đủ lớn. Với trường hợp điều chế ngoài thì độ rộng băng tần không nhất thiết phải quá lớn vì thiết bị bên ngoài điều chế liên tục từ LD đưa đến. Khả năng điều chỉnh được bước sóng: Để tận dụng toàn bộ băng tần của sợi quang, nguồn quang phải có khả năng phát trên cả dải100 nm. Hơn nữa, với các hệ thống lựa chọn kênh động càng cần khả năng có thể điều khiển được bước sóng. Tính tuyến tính: Đối với truyền thông quang, sự phi tuyến của nguồn quang sẽ phát sinh các sóng hài cao hơn, tạo xuyên nhiễu giữa các kênh. Nhiễu thấp: Nhiễu rất quan trọng để đạt được BER thấp trong truyền thông số, đảm bảo chất lượng dịch vụ tốt. Trên cơ sở các yêu cầu trên, người ta tiến hành nghiên cứu, triển khai thực nghiệm và đưa vào ứng dụng các loại nguồn quang mà có thể đáp ứng phần nào hoặc toàn bộ các yêu cầu nói trên. Một bộ phát của một kênh (một bước sóng) thường gồm bộ laser hồi tiếp phân bố DFB, sau đó là một bộ điều chế, thường ở bên ngoài máy phát laser đặc biệt là khi tốc độ điều chế cao. Sự phát triển các mạch quang tích hợp gần đây đã làm giảm giá thành của các máy phát, trong đó chíp laser, bộ khuếch đại quang được tích hợp vào trong một gói. Hiện nay, một gói phát gồm nhiều bộ phát laser, nhiều bộ ghép kênh, một bộ khuếch đại công suất (thường dùng khuếch đại quang bán dẫn). Một bộ suy hao có thể thay đổi được trên toàn bộ dải điều chế có thể được đặt gần một máy phát laser để điều khiển công suất của máy phát đến một giá trị cần thiết. Giá trị này được chọn sao cho khớp với các đặc tính của trạm lặp đầu tiên trên đường truyền hoặc khi dùng với các máy phát hoạt động ở các bước sóng khác để đảm bảo rằng tất cả các bộ phát kết hợp với nhau để làm cho phân bố công suất phổ phẳng như nhau. Trong bộ laser hồi tiếp phân bố (DFB), hốc cộng hưởng Fabry-Perot hai gương thông thường được làm nhỏ lại và được điều khiển. Việc lựa chọn bước sóng chính xác qua hồi tiếp quang được thực hiện bằng một cách tử dọc được chế tạo như một bộ phận của chíp laser. Cách tử này dùng để hỗ trợ laser phát xạ đơn mode, sóng truyền dọc nằm trong một khoảng rất hẹp, thông thường nhỏ hơn 100 MHz. Cùng với máy phát laser Fabry-Perot, hình dạng của ống dẫn sóng đảm bảo cho đầu ra có hướng ổn định. Cấu trúc hồi tiếp phân bố có thể được coi như là một kiểu kết hợp của nhiều buồng cộng hưởng ánh sáng phân tán, cho phép lựa chọn bược sóng đỉnh của ánh sáng laser tuỳ thuộc khoảng chu kỳ của cách tử nhiễu xạ. Nhờ đó, có thể thực hiện được việc phát xạ bước sóng đơn. Ngoài các kết nối điện tốc độ cao, một gói DFB còn có thể có một bộ làm mát nhiệt điện, cảm biến nhiệt độ, bộ cách ly quang và diode quang điều khiển. Các gói DFB hiện nay có thể cho một công suất đầu ra là 40 dBm cho dòng kích thích khoảng 40 mA. ánh sáng từ nguồn quang phải được điều chế với dòng bit mang thông tin cần truyền dẫn bằng phương pháp điều biến cường độ. Quá trình điều biến phải có độ tuyến tính cao để tránh sự phát sinh các hài không cần thiết và sự méo dạng tín hiệu do điều biến qua lại, gây nhiễu cho quá trình giải điều chế ở phía thu. Các gói DFB kết hợp với các bộ điều chế trên một chíp, làm cho cả khối có độ di tần thấp, tốc độ điều chế cao. Tuy nhiên, chúng cũng có một số hạn chế ví dụ như bề rộng phổ hẹp làm cho chúng dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu do sự phản hồi từ các liên kết. Bộ thu Bộ thu chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện bằng việc tách tất cả các tín hiệu quang được điều chế và giải điều chế chúng. Bộ thu phải hoàn toàn tương thích với bộ phát (về cả bước sóng cơ bản và các đặc tính điều chế) và phải được thiết kế để giải quyết tất cả sự suy hao tín hiệu bởi các phần tử trên mạng. Chỉ tiêu máy thu được đánh giá thông qua tỷ lệ lỗi bit BER. Kết quả thu phụ thuộc vào độ nhạy máy thu, băng thông của máy thu và tạp âm tín hiệu trước khi giải điều chế. Chỉ tiêu đầy đủ của một máy thu được mô tả bởi đặc tuyến độ nhạy của nó, trong đó tỷ lệ lỗi bit BER được xem như là một hàm của công suất quang thu được với một dữ liệu cho trước. Năng lượng ánh sáng từ một sợi quang được đưa đến một bộ tách sóng, thường là một photodiode. Tín hiệu ra phải được khuếch đại điện, càng ít nhiễu càng tốt, trong vòng một dải thông điện thích hợp với tín hiệu mong muốn. Có thể thực hiện việc lọc điện để làm phẳng tần số hiệu dụng của phần tử này. Tất cả được thực hiện trong một khối tích hợp, trong đó có khối thu mà đầu vào của nó là ánh sáng từ sợi quang còn đầu ra là tín hiệu điện đã được điều chế thích hợp. Hai loại photodiode hay được sử dụng là diode PIN và APD. PIN hoạt động ở điện áp thấp tiêu chuẩn, nguồn cung cấp là 5V nhưng có độ nhạy kém hơn và có băng thông hẹp hơn so với APD. Các PIN có tốc độ cao thường được dùng trong các hệ thống có tốc độ 10 Gb/s và 40 Gb/s trước khi có APD. APD hay dùng trong các ứng dụng có khoảng cách lớn mà giá thành và độ phức tạp mạch cao hơn. Trong nhiều trường hợp, việc dùng chỉ một APD cho phép người dùng không cần một bộ tiền khuếch đại. Do đó, APD có tính kinh tế hơn. Các thông số lựa chọn quan trọng đối với bộ thu gồm có: Đáp ứng phổ (A/W là một hàm của bước sóng, liên quan mật thiết đến bộ tách được dùng), độ nhạy (mức đo mà tại đó nhiễu trong bộ tách át tín hiệu đến), dải thông điện và độ rộng phổ, dải động và tạp âm. Các tiêu chuẩn phù hợp với mỗi tham số tuỳ thuộc vào từng ứng dụng. Ví dụ như các đặc tính của tạp âm quan trọng hơn mức công suất cao ở đầu ra trong một bộ tiền khuếch đại được sử dụng ngay trước một kênh thu. Ngoài ra cần phải giảm bức xạ tự phát ở bộ lọc quang trong bộ giải điều chế. Bảng 2.1. Độ nhạy máy thu với các tốc độ truyền dẫn khác nhau Tốc độ truyền dẫn (Gb/s) Độ nhạy máy thu (dBm) Loại diode 2,5 -28 APD 10 -16 APD 40 0 ¸-5 PIN Bộ khuếch đại quang Khi chưa có khuếch đại quang, việc tăng dung lượng bằng giải pháp ghép bước sóng chưa thực sự chứng tỏ tính kinh tế của mình so với các giải pháp tăng dung lượng khác. Đó là do để thực hiện khuếch đại điện (tại các trạm lặp) phải tách tất cả các kênh bước sóng (nhờ thiết bị DEMUX), biến đổi các kênh bước sóng này thành tín hiệu điện, khuếch đại từng kênh, biến đổi thành tín hiệu quang sau đó mới lại thực hiện ghép các bước sóng lại với nhau (nhờ thiết bị MUX). Như vậy, không những làm cho số lượng thiết bị trên tuyến tăng lên rất nhiều mà còn làm giảm quỹ công suất của tuyến (do suy hao của các thiết bị tách/ghép bước sóng là tương đối lớn). Sự ra đời của bộ khuếch đại sợi quang pha Erbium (EDFA) đã làm giảm số trạm lặp trên tuyến rất nhiều, với khả năng khuếch đại đồng thời nhiều bước sóng, EDFA đặc 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 được đưa vào sợi quang pha Erbium trên cùng một hướng. Đầu vào tín hiệu quang Bộ phối ghép quang Đầu ra tín hiệu quang Bơm quang Bộ cách ly quang Bộ cách ly quang EDF Bộ lọc quang Hình 2.16. Bơm cùng chiều Bơm ngược chiều: Tín hiệu quang và tín hiệu bơm được đưa vào sợi quang pha Erbium từ hai hướng khác nhau, còn gọi là bơm sau. Đầu vào tín hiệu quang Bộ phối ghép quang Đầu ra tín hiệu quang Bơm quang Bộ cách ly quang Bộ cách ly quang EDF Bộ lọc quang Hình 2.17. Bơm ngược chiều Bơm hai chiều: Kết cấu đồng thời bơm cùng chiều và ngược chiều. Đầu vào tín hiệu quang Bộ phối ghép quang Đầu ra tín hiệu quang Bơm quang Bộ cách ly quang Bộ cách ly quang EDF Bộ lọc quang Bơm quang Bộ phối ghép quang Hình 2.18. Bơm hai chiều EDFA có ba ứng dụng chính là: Khuếch đại công suất (BA), tiền khuếch đại (PA) và khuếch đại đường truyền (LA). BA là thiết bị EDFA có công suất bão hoà lớn được sử dụng ngay sau bộ phát (Tx) để tăng mức công suất tín hiệu. Do mức công suất ra tương đối cao nên BA không có các yêu cầu nghiêm ngặt đối với nhiễu và bộ lọc quang. Tuy nhiên với mức công suất cao, việc sử dụng BA có thể gây nên một số hiệu ứng phi tuyến. Các chức năng khai thác, quản lý và bảo dưỡng (OAM) đối với BA có thể tách riêng hoặc chung với thiết bị phát quang. BA có thể tích hợp với Tx (gọi là OAT), hoặc tách riêng với Tx. PA là thiết bị EDFA có mức tạp âm thấp, được sử dụng ngay trước bộ thu (Rx) để tăng độ nhạy thu. Sử dụng PA, độ nhạy thu được tăng lên đáng kể. Các chức năng OAM đối với BA có thể tách riêng hoặc chung với Rx. Để đạt mức tạp âm thấp, người ta thường sử dụng các bộ lọc quang băng hẹp (nên sử dụng loại bộ lọc có khả năng điều chỉnh bước sóng trung tâm theo bước sóng của nguồn phát). PA có thể thích hợp với Rx (gọi là OAR), hoặc tách riêng với Rx. LA là thiết bị EDFA có mức tạp âm thấp được sử dụng trên đường truyền (giữa hai đoạn sợi quang) để tăng chiều dài khoảng lặp. Tuỳ theo chiều dài tuyến mà LA có thể được dùng để thay thế một số hay tất cả các trạm lặp trên tuyến. Đối với các hệ thống có sử dụng LA đòi hỏi phải có một kênh thông tin riêng để thực hiện việc cảnh báo, giám sát, và điều khiển các LA (OSC). Kênh giám sát này không được quá gần với bước sóng bơm cũng như kênh tín hiệu để tránh ảnh hưởng giữa các kênh này. Tại mỗi LA, kênh giám sát này được chèn thêm các thông tin mới (về trạng thái của LA, các thông tin về cảnh báo), sau đó lại được phát lại vào đường truyền. Về mặt lý thuyết, khoảng cách truyền dẫn lớn (cỡ vài nghìn km) có thể đạt được bằng cách chèn thêm các LA vào đường truyền. Tuy nhiên, trong trường hợp trên tuyến có nhiều LA liên tiếp nhau chất lượng hệ thống có thể suy giảm nghiêm trọng do các hiện tượng như: Tích luỹ tạp âm, ảnh hưởng của tán sắc, phân cực và các hiệu ứng phi tuyến. Đặc biệt là việc hình thành đỉnh khuếch đại xung quanh một bước sóng nào đó dẫn đến việc thu hẹp dải phổ của LA. Một trong những hạn chế của EDFA đối với hệ thống WDM là phổ khuếch đại không đồng đều (được chỉ ra trong hình 2.19), các bước sóng khác nhau sẽ được khuếch đại với các hệ số khác nhau, đặc biệt là sự tồn tại của đỉnh khuếch đại tại bước sóng 1530 nm. Hơn nữa, trong trường hợp trên tuyến có sử dụng nhiều EDFA liên tiếp thì sẽ hình thành một đỉnh khuếch đại khác xung quang bước sóng 1558 nm. Như vậy với nhiều EDFA liên tiếp trên đường truyền dải phổ khuếch đại sẽ bị thu hẹp lại (có thể là từ 35 nm giảm xuống còn 10 nm hoặc nhỏ hơn nữa, tuỳ thuộc vào số bộ khuếch đại quang mắc liên tiếp nhau). Bước sóng (nm) Độ lợi (dB) Hình 2.19. Phổ khuếch đại của EDFA Hiện nay, có các phương pháp cân bằng hệ số khuếch đại của EDFA là: Sử dụng bộ lọc để suy hao tín hiệu đỉnh khuếch đại xung quanh bước sóng 1530 nm và xung quanh bước sóng 1558 nm (trong trường hợp có sử dụng nhiều EDFA liên tiếp trên đường truyền). Điều chỉnh mức công suất đầu vào của các bước sóng sao cho tại đầu thu mức công suất của tất cả các bước sóng này là như nhau. Ngoài ra, trong trường hợp sử dụng EDFA liên tiếp trên đường truyền cần phải xem xét đến tạp âm trong các bộ khuếch đại quang, tạp âm trong bộ khuếch đại quang phía trước sẽ được khuếch đại bởi bộ khuếch đại quang phía sau. Sự khuếch đại và tích luỹ tạp âm này làm cho tỷ số S/N của hệ thống suy giảm nghiêm trọng. Nếu mức công suất tín hiệu vào là quá thấp, tạp âm có thể làm cho tỷ số S/N bị giảm xuống dưới mức cho phép. Nếu mức công suất tín hiệu vào là quá cao thì tín hiệu này kết hợp với tạp âm có thể gây hiện tượng bão hoà ở bộ khuếch đại. Bơm Laser Một thành phần quan trọng của bộ EDFA là bơm laser (thiết bị cung cấp nguồn năng lượng mà bộ khuếch đại cộng vào với tín hiệu). Năng lượng bơm được phân chia vào giữa tất cả các kênh trong bộ EDFA. Do đó khi số lượng các kênh tăng lên thì công suất bơm laser cũng phải tăng. Các bộ EDFA có khả năng xử lý được nhiều kênh thường được thiết kế để sử dụng nhiều hơn một bơm laser. Cả laser 980 nm và 1480 nm đều phù hợp với việc bơm EDFA bởi vì cả hai bước sóng này tương ứng với các mức năng lượng ion kích thích và do đó được sợi quang pha Erbium hấp thụ dễ dàng. Các hệ thống có nhiều kênh và các bộ tiền khuếch đại PA thích hợp với bơm laser ở bước sóng 980 nm vì các laser này có tạp âm thấp hơn tại các bước sóng 1480 nm. Tuy nhiên, bước sóng1480 nm lại cho phép công suất cao hơn và giá thành thấp hơn. Việc chọn lựa hai bước sóng này là rất khó khăn bởi vì việc bơm laser phải được lựa chọn lúc đầu khi xây dựng mạng, trước khi biết số lượng kênh cuối cùng trong mạng. Một bộ EDFA bơm một trạng thái có thể cho công suất đầu ra lớn nhất khoảng +16 dBm. Cả hai máy bơm có thể được dùng đồng thời để có công suất đầu ra cao nhất, máy bơm EDFA kép có thể cung cấp công suất +26 dBm trong vùng bơm công suất cao nhất. Vùng thấp hơn, gần hệ số tạp âm giới hạn lượng tử cần cho các ứng dụng tiền khuếch đại có thể có được bằng việc thiết kế khuếch đại quang nhiều tầng. Ngoài ra còn có các kỹ thuật khuếch đại quang khác như khi khuếch đại quang sợi pha Praseodymium (PDFA), trong đó Praseo dymium thay thế Erbium để khuếch đại tín hiệu trong vùng bước sóng 1310 nm. Nó cho phép nhiễu thấp mặc dù không hiệu quả về mặt năng lượng như EDFA. Mặc dù sợi quang có sự suy hao lớn hơn ở vùng bước sóng 1310 nm so với vùng bước sóng 1550 nm, tán sắc thấp hơn ở vùng bước sóng 1310 nm và có thể cho công suất laser cao hơn. Tuy nhiên, sợi quang pha Praseodymium nhỏ hơn nhiều sợi quang tiêu chuẩn. Điều này gây ra suy hao tại các mối ghép bởi vì khó mà có được ghép nối cơ khí chính xác mà không kèm theo chi phí rất cao. Do vậy, việc sử dụng bộ khuếch đại này còn rất hạn chế. Một loại khuếch đại khác cũng dùng việc cấy ghép thêm hoạt chất là bộ khuếch đại quang sợi pha Thulium (TDFA). Ưu điểm của nó là công suất đầu ra bão hoà cao, hệ số khuếch đại không phụ thuộc phân cực và hệ số tạp âm thấp. Mặc dù EDFA đã có rất nhiều triển vọng và ứng dụng trong mạng quang hiện nay, nhưng chúng vẫn chưa thể đáp ứng được hết các yêu cầu về độ rộng băng phổ và độ phẳng của phổ khuếch đại. Nhìn chung, chúng có độ rộng phổ hầu hết khoảng 35 nm (từ 1530 ¸1565 nm), nên gọi băng phổ này là băng C. Với những công nghệ mới ra đời trong thị trường WDM như: Các module laser DFB độ rộng phổ cực hẹp, các module quang mới (sợi tán sắc san bằng, tán sắc dịch chuyển O),... tất cả đều đòi hỏi tới một xu hướng vô cùng về độ rộng băng phổ tần khuếch đại. Điều này đòi hỏi phải cho ra đời các EDFA thế hệ mới với phổ rộng hơn. Sự ra đời của EDFA băng L (băng rộng) đã phá bỏ rào cản về băng tần và mở ra một cửa sổ truyền dẫn WDM mới tại vùng bước sóng 1590 nm. Loại thiết bị khuếch đại mới này đã giúp giảm thiểu đi các vấn đề nảy sinh đối với mạng truyền dẫn WDM dùng sợi tán sắc dịch chuyển, mà ở đó, vấn đề xuyên kênh tăng rất nhanh bởi tán sắc và khoảng cách kênh bước sóng gần nhau tại vùng bước sóng 1550 nm. Như trên đã phân tích, những tham số quan trọng của một module EDFA là độ khuếch đại G và mức tạp âm NF. Không thể tránh khỏi việc các bộ khuếch đại gây ra nhiễu và tích lũy dọc theo hệ thống. Độ suy giảm tỷ số SNR gây ra bởi các bộ khuếch đại cần được xem xét một cách nghiêm ngặt, đặc biệt là khi khuếch đại tín hiệu thấp. Một bộ khuếch đại có mức tạp âm NF bằng 4 dB sẽ gây ra sự suy giảm tỷ số SNR bằng một nửa so với sự suy giảm gây ra bởi bộ khuếch đại có mức tạp âm 7 dB. Khi đó, do nhiều yếu tố về chất lượng hệ thống, một module khuếch đại cho hệ thống truyền dẫn WDM sẽ có thể thêm module bù tán sắc, module xen rẽ. ứng dụng Có ba ứng dụng chính của EDFA là: Khuếch đại công suất BA, tiền khuếch đại PA và khuếch đại đường truyền LA (như chỉ ra trong hình 2.20). So với thiết bị đầu cuối thông thường, việc sử dụng các thiết bị khuếch đại quang (BA, LA, PA) sẽ tăng quỹ công suất lên đáng kể. Với phổ khuếch đại tương đối rộng (khoảng 35 nm) khả năng khuếch đại không phụ thuộc vào tốc độ và dạng tín hiệu, sử dụng khuếch đại quang rất thuận lợi trong việc nâng cấp tuyến (tăng tốc độ hoặc thêm kênh bước sóng). Tx Rx Tx Rx Tx Rx Thu quang Phát quang PA BA LA Hình 2.20. Các loại ứng dụng chính của EDFA sử dụng trên mạng Nhìn chung, sử dụng khuếch đại quang có thể bù lại suy hao trong hệ thống và như vậy những hệ thống trước đây bị hạn chế về suy hao thì nay có thể lại bị hạn chế về tán sắc. Trong trường hợp đó, phải sử dụng một số phương pháp để giảm bớt ảnh hưởng của tán sắc, ví dụ như sử dụng sợi bù tán sắc hay sử dụng các nguồn phát có độ rộng phổ hẹp kết hợp với điều chế ngoài… Do đặc điểm khác nhau của các loại thiết bị khuếch đại quang nên mức ưu tiên sử dụng đối với từng loại cũng có khác nhau: LA đòi hỏi phải có một kênh giám sát riêng, hơn nữa thêm các điểm trung gian vào trên đường truyền cũng làm cho việc bảo dưỡng trở lên phức tạp hơn. Do đó, mức ưu tiên sử dụng đối với LA là thấp nhất, chỉ trong trường hợp khi mà dùng cả BA và PA mà vẫn không đáp ứng nổi yêu cầu về quỹ công suất thì mới yêu cầu sử dụng LA trong hệ thống. Đơn giản nhất là sử dụng BA và PA để tăng quỹ công suất. Tuy nhiên, do cấu hình của PA phức tạp hơn BA (vì phải sử dụng các bộ lọc quang băng hẹp để loại bỏ bớt tạp âm ASE) nên giữa BA và PA thì BA vẫn được ưu tiên sử dụng hơn. Một trong các hạn chế của EDFA đối với hệ thống WDM là phổ khuếch đại không đồng đều, các bước sóng khác nhau sẽ được khuếch đại với các hệ số khác nhau, đặc biệt là sự tồn tại của đỉnh khuếch đại tại bước sóng 1530 nm. Hơn nữa, trong trường hợp trên tuyến có sử dụng nhiều EDFA liên tiếp thì sẽ hình thành một đỉnh khuếch đại khác xung quanh bước sóng 1558 nm. Như vậy, với nhiều EDFA liên tiếp trên đường truyền, dải phổ khuếch đại sẽ bị thu hẹp lại. Hiện nay, để cân bằng hệ số khuếch đại của EDFA có thể sử dụng một số phương pháp sau: Sử dụng bộ lọc để suy hao tín hiệu tại đỉnh khuếch đại: Xung quanh bước sóng 1558 nm (trong trường hợp có sử dụng nhiều EDFA liên tiếp trên đường truyền). Hoặc điều chỉnh mức công suất đầu vào của các bước sóng sao cho tại đầu thu, mức công suất của tất cả các bước sóng này là như nhau. Ngoài ra, trong trường hợp sử dụng nhiều EDFA liên tiếp trên đường truyền, một vấn đề nữa cũng cần phải xem xét là tạp âm ASE trong các bộ khuếch đại quang: Tạp âm ASE trong bộ khuếch đại quang phía trước sẽ được khuếch đại bởi bộ khuếch đại quang phía sau. Sự khuếch đại và tích luỹ tạp âm này sẽ làm cho tỷ số S/N bị suy giảm nghiêm trọng. Nếu mức công suất tín hiệu vào là quá thấp, tạp âm ASE có thể làm cho tỷ số S/N bị giảm xuống dưới mức cho phép. Tuy nhiên, nếu mức công suất tín hiệu vào là quá cao thì tín hiệu này kết hợp với ASE có thể gây hiện tượng bão hoà ở bộ khuếch đại. Chương 3 Chuyển mạch gói trong mạng quang WDM Chuyển mạch gói quang (OPS) là ý tưởng được đưa ra gần đây. Đây là sự thay đổi cơ bản về chuyển mạch trong miền quang. Mặc dù công nghệ này có rất nhiều khó khăn trước mắt cần phải vượt qua, nhưng mạng chuyển mạch gói quang hứa hẹn có cấu hình lớn, sử dụng băng thông hiệu quả, và có lớp quang mềm dẻo. Trong chương này, chúng ta nghiên cứu về cấu trúc và thiết kế đưa ra cho mạng chuyển mạch gói quang, một số công nghệ và tìm hiểu những kết quả của thực nghiệm. Giới thiệu chung về chuyển mạch gói quang Công nghệ truyền dẫn và chuyển mạch quang với nền tảng là WDM được triển khai trên Internet trên mười năm qua đã đáp ứng được phần nào sự đòi hỏi tăng băng thông truyền dẫn. Ngày nay, công nghệ WDM đã khá trưởng thành. Trong khi đó, công nghệ chuyển mạch quang với những bước tiến nhanh đã mở ra một thời kì mới với kết quả là tạo ra một mạng toàn quang (trong mạng sẽ không còn sự chuyển đổi quang điện, điện quang (OEO) tại các nút trung gian). Gần đây, có hai hướng được đưa ra để thiết kế và triển khai cho mạng WDM. Hướng thứ nhất là tăng tính trong suốt trong mạng bằng cách loại bỏ hiện tượng thắt cổ chai và có thể sử dụng pha trộn nhiều tín hiệu trong một khoảng băng rộng bỏ qua các định dạng về giao thức, tốc độ bít cũng nh