Tìm hiểu về hệ thốn thông tin quang và các bước triển khai một hệ thống thông tin quan

i N và lớp phỏt loại P. Ở mặt ngoài lớp P phủ 1 lớp chống phản xạ để ghộp với sợi quang. Khi cỏc điện tử và lỗ trống khuyếch tỏn sang P và N gặp hàng dào điện thế và dừng lại trong lớp hoạt tớnh. Ở đõy cú cỏc cặp lỗ trống-điện tử nờn chỳng tỏi hợp phỏt ra ỏnh sỏng (ỏnh sỏng phỏt ra của cỏc loại LED này khụng kết hợp thành tia mạnh, khụng định hướng nờn cụng suất vào sợi thấp. Ánh sỏng ở đõy là dạng phỏt xạ tự phỏt). Chất nền - Với cấu trỳc phỏt cạnh ELED (Edge LED) cú điện cực tiếp xỳc bằng kim loại phủ kớn mặt trờn và đỏy làm cho ỏnh sỏng khụng phỏt ra 2 mặt mà bị giữ lại trong vựng tớch cực cú dạng vạch hẹp. Lớp này rất mỏng, cú chiết suất lớn được kẹt giữa 2 lớp P và N cú chiết suất nhỏ hơn. Cấu trỳc này hỡnh thành nờn một kờnh dẫn súng để hướng sự phỏt xạ ỏnh sỏng về phớa lừi sợi đồng thời chớnh cấu trỳc này cú ưu điểm là vựng phỏt xạ hẹp và gúc phỏt sỏng nhỏ nhờ đú hiệu suất ghộp ỏnh sỏng vào sợi quang cao ỏnh sỏng cú tớnh định hướng hơn Led phỏt mặt. Tuy nhiờn nú cú một hạn chế là khi hoạt động nhiệt độ của nú tăng khỏ cao đũi hỏi phải cú giải nhiệt. Giải tiếp xỳc Kim loại SiO2 cỏch điện Miền hoạt tớnh Toả nhiệt nhiệt Chất nền Lớp dẫn ỏnh sỏng Hỡnh IV.5: Cấu trỳc của ELED. + Đặc tớnh tiờu biểu của ELED: Cụng suất phỏt ra với sợi SM (250C, dũng điều khiển 150mA ): 2á10mW Thời gian lờn/xuống (risetime): 3ns max Độ rộng phổ nửa cụng suất: 80á100nm Hệ số nhiệt độ cụng suất đầu ra: 1,2% 0C Sự thay đổi bước súng trung tõm theo nhiệt độ: 0,5 á0,8nm/ 0C Độ dón phổ: 0,4 nm/ 0C * Đặc tớnh kỹ thuật của LED - Dũng điện hoạt động: 50mA á 30mA - Điện ỏp sụt trờn LED: 1.5 á 2.5V - Cụng suất phỏt quang : 1á 3mW. Đối với loại phỏt sỏng cao cú thể là 10mW. Cỏc LED phỏt mặt cú cụng suất phỏt cao hơn LED phỏt rỡa với cựng dũng điện kớch thớch. ELED LED phỏt mặt P(mW) 100 300 500 I(mA) Hỡnh IV.6: Đặc tuyến cụng suất phỏt của LED và ELED 0O 30O 120O 1 0,5 Cụng suất tương đối 900 900 Gúc phỏt Hỡnh IV.7 - Gúc phỏt quang: được xỏc định ở mức cụng suất phỏt giảm 3 dB so với mức cực đại. Pg: Cụng suất ghộp vào sợi Pp: Cụng suất phỏt tổng cộng - Hiệu suất ghộp: Hiệu suất ghộp: LED phỏt mặt 1á5%, ELED phỏt cạnh 5á15%. Từ đú thấy tuy cụng suất phỏt của LED phỏt mặt cao hơn LED phỏt rỡa nhưng cụng suất ghộp vào sợi quang của LED phỏt rỡa lại lớn hơn khoảng hai lần. - Độ rộng phổ: Thụng thường trong khoảng 35 á 100nm. Dl l(nm) 800 850 900 40nm 1 0,5 0 P tương đối Hỡnh IV.8: Độ rộng phổ của LED - Ảnh hưởng của nhiệt độ: Khi nhiệt độ tăng thỡ cụng suất giảm tuy nhiờn mức ảnh hưởng bởi nhiệt độ của LED khụng cao. l = 1300nm và 1550 nm : Độ ảnh hưởng 2% á 4%/ 0C. IV.2.2.2 Diốt laser (LD): Jf P P N Tiếp giỏp PN Oxit cỏch điện Dũng laser Nguyờn lý cấu tạo LASER bỏn dẫn Hoạt động theo nguyờn tắc phỏt xạ kớch thớch. Cú cấu tạo gần giống với ELED. Điểm khỏc biệt cơ bản là trong laser cú 2 mặt phản xạ ở 2 đầu tạo ra hốc cộng hưởng bị phản xạ lại qua hai mặt. Trong quỏ trỡnh di chuyển dọc theo hốc ỏnh sỏng kớch thớch cỏc phản xạ đồng thời kớch thớch cỏc điện tử và lỗ trống để phỏt ra cỏc photon mới. Ánh sỏng phỏt ra theo phương khỏc bị suy hao dần chỉ cú ỏnh sỏng phỏt ra theo chiều dọc được khuyếch đại. Mặt sau được phủ một lớp phản xạ mặt cũn mặt trước được cắt nhẵn để một phần ỏnh sỏng phần cũn một phần chiếu ra ngoài. Cú rất nhều loại laser nhưng ta chỉ ngiờn cứu 3 loại sau: - LASER FP: Fabry - Perot (bộ cộng hưởng quang) được chế tạo theo nguyờn lý bộ cộng hưởng quang cú lớp kớch thớch kẹp giữa 2 lớp chất bỏn dẫn P,N. Khi cú 1 photon bức xạ vào giữa 2 lớp. Một nguyờn tử bị kớch thớch sẽ dao động và lan truyền đập vào nguyờn tử khỏc làm nguyờn tử khỏc cũng dao động và cứ như vậy. Nhờ gương phản xạ một phần ở 1 đầu laser mà ỏnh sỏng được lấy ra phần lớn. Gương cũn lại của bộ cộng hưởng là gương phản xạ toàn phần (100%). Hai gương này tạo thành bộ cộng hưởng quang. Khoảng cỏch 2 gương là: Loại LASER FP ớt được dựng do LASER BH và DFB cú những ưu việt hơn. LASER - FP cú đặc tớnh chọn lọc tần số. Chỉ cú ỏnh sỏng của bước súng nào cú thể tạo ra trong hốc cộng hưởng một súng đứng thỡ mới giữ nguyờn pha, để tạo ra phản ứng dõy truyền chỉ phản xạ kớch thớch. - LASER BH (Burried Heteroustructure): cú cấu trỳc dị thể kộp chụn là một trong laser điều khiển chiết suất (IGL - index guided laser) tức là sự thay đổi chỉ số chiết suất thực của vật liệu khỏc nhau trong cấu trỳc sẽ điều khiển cỏc mode bờn trong laser. Nú tạo ra trong miền hoạt tớnh 1 ống dẫn quang, ống cú chiết suất cao hơn lớp bao làm cho năng lượng khụng bị rũ ra bờn ngoài miền hoạt tớnh. Loại này chỉ làm việc chế độ đơn mode. Vựng phỏt ỏnh sỏng cú phổ rất hẹp Dl = 2 á 3 nm cộng vớỡ vựng phỏt súng 2mm x 0,2 mm nờn hiệu suất ghộp ỏnh sỏng cao. Lớp N Lớp N Lớp N Lớp P Tiếp xỳc P Cỏch điện SiO2 Lớp tớch cực Lớp P Tiếp xỳc N Hỡnh IV.9: Cấu trỳc LASER BH - Diode laser loại phản hồi phõn bố DFB (Distributed Feedback) Bản thõn diode laser BH tuy làm việc ở chế độ cụng tỏc đơn mode nhưng bề rộng phổ vẫn cũn lớn (2 á 3nm) gõy mộo tớn hiệu do tỏn xạ vật liệu khi truyền trờn sợi quang vỡ thế cần cú 1 loại khỏc đú là DFB với Dl Ê 0.1 nm Nú cho phộp sử dụng trong hệ thống cú tốc độ cao và cự ly khoảng lặp lớn. DFB sử dụng nguyờn lý tỏn xạ nội bộ để tạo ra cơ chế hồi tiếp phõn bố nhưng cú tớnh chọn lọc tần số. Do đú gần như chỉ cú một bước súng cộng hưởng được khuyếch đại tạo ra bức xạ đơn mode. Nú khụng sử dụng cỏc bộ gương cộng hưởng quang mà thay vào đú là tạo ra cỏc cấu trỳc cú chu kỳ gọi là bộ phản xạ chọn lọc theo tần số. Đặc tớnh kỹ thuật: - Cụng suất phỏt 1 á 10 mW hiện nay lờn tới 50mW. - Gúc phỏt sỏng quang theo phương ngang của lớp tớch cực trong khoảng 5 á 100, theo phương vuụng gúc với lớp tớch cực gúc phỏt cú thể lờn tới 400. - Hiệu suất ghộp: Laser cú vựng phỏt sỏng nhỏ, gúc phỏt hẹp nờn cú hiệu suất ghộp ỏnh sỏng vào sợi quang cao.Trung bỡnh hiệu suất ghộp trong khoảng: 30% á 40% với sợi đơn mode SM. 60% á 90% với sợi đa mode MM. Để tăng hiệu suất ghộp sử dụng thờm thấu kớnh hội tụ đặt giữa nguồn và sợi. - Đặc tuyến bức xạ: Led Chế độ Led LD I I ngưỡng I P P Hỡnh IV.10: Đặc tuyến bức xạ. + Ingưỡng: 10 á 20mA. + Điện ỏp sụt trờn Laser: 1.5V á2,5V. - Độ rộng phổ phỏt xạ của laser: là đặc tuyến tổng hợp khuyếch đại (do bề rộng khe năng lượng thay đổi)và đặc tuyến chọn lọc hốc cộng hưởng quang (phụ thuộc vào chiều dài hốc). So với LED phổ phỏt xạ của LASER rất hẹp. LED : Dl = 35 á 100nm. LD : Dl = 1 á 4nm. l0 l(nm) l0=1550nm l(nm) P P 0 -3 -25 0 -3 HỡnhIV.11: Phổ phỏt xạ. LED LD Đối với Laser hồi tiếp phõn bố DFB gần như chỉ cú một bước súng được cộng hưởng và khuếch đại nờn phổ của DFB rất hẹp khoảng 0,1 á0,2nm. - Thời gian để cụng suất quang tăng từ 10 % á 90% mức cụng suất xỏc lập của Laser rất nhanh so với LED, thụng thường khụng quỏ 1ns. Ảnh hưởng của nhiệt độ: khi nhiệt độ thay đổi thỡ dũng ngưỡng của Laser thay đổi làm cho cụng suất phỏt thay đổi nếu giữ nguyờn dũng điện kớch thớch. Khi nhiệt độ tăng thỡ dũng ngưỡng cũng tăng theo dạng hàm mũ của sự gia tăng nhiệt độ. Trung bỡnh độ gia tăng dũng ngưỡng vào khoảng +1%/0C. Ngoài ra, khi nhiệt độ thay đổi thỡ cụng suất phỏt ra cũng thay đổi nhưng ở mức độ ảnh hưởng rất thấp. Hỡnh IV.12: Sơ đồ modul của một bộ phỏt LASER Sợi quang Mạch điều khiển tia Laser Bộ dũ mặt sau Laser Cảm biến Sợi quang nhiệt Tản nhiệt IV.3. Thu quang: IV.3.1 Yờu cầu kỹ thuật : Cỏc mỏy thu phải thoả món yờu cầu cao về chất lượng truyền dẫn -> cỏc diode phải cú nhiều đặc tớnh tốt : - Cú hiệu suất lượng tử cao: + nph : Số lượng photon hấp thụ. + ne : Số điện tử tỏch ra. - Đỏp ứng quang điện R lớn Trong đú: Ie = Số điện tử sinh ra x Điện tớch hạt. Pph = Số photon hấp thụ x Năng lượng photon - Tạp õm (được thể hiện dưới dạng dũng diện tạp õm) nhỏ. Tạp õm = tạp õm nhiệt + tạp õm lượng tử + tạp õm dũng tối. + Tạp õm nhiệt: do diện trở tải của diode thu quang cũng như trở khỏng đầu vào của bộ khuếch đại gõy ra. + Tạp õm lượng tử: do biến động ngẫu nhiờn năng lượng của cỏc photon đập vào diode thu quang. + Dũng diện nhiễu do cỏc diode thu quang phỏt ra khi khụng cú ỏnh sỏng chiếu vào cũng gõy nờn tạp õm, và dược gọi là tạp õm dũng tối. Độ nhạy (là mức cụng suất quang thấp nhất mà linh kiện quang cú thể thu được với một tỉ số lỗi nhất định) càng cao càng tốt (tỷ số BER < 1010) . - Dải động: là khoảng chờnh lệch giữa mức cụng suất cao nhất và mức cụng suất thấp nhất mà linh kiện cú thể thu được trong giới hạn lỗi nhất định. IV.3.2 Phõn loại: Trong kỹ thuật thụng tin quang hiện nay sử dụng hai loại cơ bản là diode PIN và diode APD. IV.3.2.1 Diode PIN: Cấu tạo gồm 3 lớp P,I,N trong đú lớp I (Intrinsic) là lớp bỏn dẫn khụng pha tạp chất hoặc pha với nồng độ rất thấp. Quỏ trỡnh thu photon và tỏch điện tử xảy ra ở lớp I. Khi lớp I càng dày thỡ hiệu suất lượng tử càng cao nhưng thời gian trụi điện tử thấp. Điều này làm giảm khả năng hoạt động với tốc độ cao của PIN. Bề dày lớp P phụ thuộc khả năng thõm nhập của ỏnh sỏng. Ánh sỏng cú bước súng càng dài thỡ khả năng thõm nhập vào bỏn dẫn càng lớn Trờn mặt lớp P cú phủ 1 lớp mỏng chống phản xạ để trỏnh tổn thất ỏnh sỏng. P I n Ánh sỏng Lớp chống phản xạ Vũng tiếp xỳc kim loại Cỏch điện SiO2 Tiếp xỳc kim loại Hỡnh IV.13: Cấu tạo của diode thu quang loại PIN IV.3.2.2 Diode quang thỏc APD (Avalanche Photo Diode): Để tăng đỏp ứng của diode thu người ta ứng dụng hiệu ứng nhõn điện tử trong cỏc bộ nhõn quang điện. Người ta chế tạo APD cú P+ và N+ là 2 chất bỏn dẫn cú nồng độ tạp chất cao hơn lớp P và N (cú trong PIN thay, thế cho vị trớ lớp I). Dưới tỏc dụng của nguồn phõn cực ngược, điện trường trong vựng PN cao nhất, quỏ trỡnh nhõn điện tử xảy ra trong vựng này. Vựng này được gọi là vựng “ thỏc lũ ”. Khi ỏnh sỏng chiếu vào lớp P sẽ hấp thụ và tạo ra cỏc cặp điện tử- lỗ trống. Lỗ trống di chuyển về P+ nối với cực õm nguồn cũn điện tử đi về phớa tiếp giỏp PN. Điện trường trong vựng sẽ tăng tốc cho điện tử. Cỏc điện tử va chạm với cỏc nguyờn tử của tinh thể sẽ tạo ra điện tử và lỗ trống (thứ cấp). Cỏc điện tử và lỗ trống này sẽ lặp lại quỏ trỡnh kể trờn làm cho số lượng cỏc hạt tải điện tăng lờn rất lớn. Như vậy dũng quang điện nhõn lờn với M lần (số điện tử thứ cấp phỏt sinh ứng với 1 điện tử sơ cấp). Dũng quang điện sẽ là: I = R. M. P (P: cụng suất quang) I: Cường độ dũng điện sinh ra. R: Đỏp ứng (A/W) của diode thu. Hệ số nhõn M thay đổi theo điện ỏp phõn cực và cũng phụ thuộc nhiệt độ nờn giữ cho M ổn định rất khú. M = 10 á1000 lần.Thực tế chọn M=50á200 M càng lớn nhiễu càng lớn. N+ P i(n) P+ Trường tối thiểu - + Vựng thỏc Vựng nghốo Trường điện Hỡnh IV.14: Cấu trỳc của diode thu quang APD IV.3.2.3 Đặc tớnh kỹ thuật của APD và PIN: - Độ nhậy APD > PIN từ 5 á 15 dB. Thực tế thường kết hợp PIN - FET lỳc đú thỡ độ nhạy của APD và PIN - FET là như nhau. S = 0.7. - Dải động APD rộng hơn PIN vỡ cú thể điều chỉnh được nhờ thay đổi điện ỏp phõn cực để thay đổi hệ số nhõn M. - Độ ổn định PIN > APD do APD cú hệ số nhõn M vừa phụ thuộc nhiệt độ và cũng vừa phụ thuộc điện ỏp phõn cực. - Dũng tối (dũng điện nhiễu do cỏc diode thu quang phỏt ra khi khụng cú ỏnh sỏng chiếu vào gõy nờn tạp õm thăng giỏng) của APD lớn hơn của PIN. - Điện ỏp phõn cực APD cao hơn PIN. (APD hàng trăm volt, PIN thường dưới 20 volt). RT U out thiờn ỏp AMP Hỡnh IV.15: Sơ đồ bộ thu tỏch quang Ưu điểm của hai loại này trỏi ngược hẳn nhau. Đặc tớnh kỹ thuật của APD chỉ hơn PIN về độ nhạy và tốc độ làm việc. Cỏc mặt hạn chế của APD là: chế độ làm việc kộm ổn định, dũng nhiễu lớn, điện ỏp phõn cực cao và yờu cầu độ ổn định cao. ị A W Giả sử Rt = 100KW muốn U = 1 mV thỡ : Chứng tỏ với cụng suất rất bộ thỡ thiết bị vẫn thu được -> độ nhậy quang rất cao. Do đú đối với thụng tin quang, thụng tin cú thể đi rất xa mà vẫn khụng cần cụng suất quang lớn. Đõy chớnh là ưu thế của thụng tin quang. Thực tế P phỏt 10mW thụng tin đi được 160km. Hỡnh IV.16: Sơ đồ cấu hỡnh thiết kế bộ phỏt của LD truyền tớn hiệu số FILT Ib ILD DET Chuyển mạch dũng điện Bias Tớn hiệu Điều khiển thiờn ỏp ngưỡng Mẫu so sỏnh TEC T Sợi quang Bộ phận làm mỏt hay cảm biến nhiệt IF i Trớch thời gian Mạch quyết định Data Khuyếch đại Photodetector Hỡnh VI.17: Sơ đồ khối của bộ thu quang điển hỡnh CLK Bộ lọc Bộ cõn bằng Tiền khuếch đại CHƯƠNG V KỸ THUẬT GHẫP KấNH QUANG. V.1. Kỹ thuật ghộp bước súng quang WDM. Kỹ thuật ghộp bước súng quang sẽ cho phộp ta tăng dung lượng kờnh mà khụng cần tăng tốc độ bit đường truyền và cũng khụng dựng thờm sợi quang; nú đó thực hiện truyền cỏc luồng ỏnh sỏng với bước súng khỏc nhau trờn cựng một sợi. Lý do là ở chỗ, cỏc nguồn phỏt cú độ rộng phổ khỏ hẹp, cỏc hệ thống thụng tin quang thụng thường chỉ sử dụng phần rất nhỏ băng tần truyền dẫn của sợi sẵn cú. V.1.1 Nguyờn lý cơ bản của ghộp bước súng quang. Nguyờn lý cơ bản của ghộp bước súng quang cú thể minh hoạ như hỡnh 1. Giả sử cú cỏc nguồn phỏt quang làm việc ở cỏc bước súng khỏc nhau l1, l2...ln.Cỏc tớn hiệu quang ở cỏc bước súng khỏc nhau này sẽ được ghộp vào cựng một sợi dẫn quang. Cỏc tớn hiệu cú bước súng khỏc nhau được ghộp lại ở phớa phỏt nhờ một bộ ghộp kờnh: bộ ghộp bước súng phải đảm bảo cú suy hao nhỏ và tớn hiệu sau khi được ghộp số được truyền dọc theo sợi để tới phias thu. Cỏc bộ tỏch súng quang khỏc nhau ở phớa đầu thu và và sẽ nhận lại cỏc luồng tớn hiệu với cỏc bước súng riờng rẽ này sau khi chỳng qua bộ giải ghộp bước súng. On(ln) O1(l1) In(ln) I1(l1) MUX DMUX 0(l1…ln) I(l1…ln) Sợi dẫn quang Hỡnh V.1 : Mụ tả tuyến thụng tin quang cú ghộp bước súng Ở hai phương ỏn thiết lập hệ thống truyền dẫn sử dụng ghộp bước súng quang WDM. Phương ỏn 1: truyền dẫn ghộp bước súng quang theo một hướng: là kết hợp cỏc tớn hiệu cú bước súng khỏc nhau vào sợi tại mọt đầu và thực hiện tỏch chỳng để chuyển tới cỏc bộ tỏch súng quang ở đầu kia. Phương ỏn 2: truyền dẫn WDM hai hướng: là khụng qui định phỏt ở một đầu và thu ở một đầu; điều này cú nghĩa là cú thể phỏt thụng tin theo một tại bước súng l1 và đồng thời cũng phỏt đi thụng tin khỏc theo hướng ngược lại tại bước súng l2. l1, l2…ln Nguồn l1 Nguồn l2 Nguồn lN Thiết bị WDM Kờnh 1 Kờnh 2 Kờnh N Nguồn l1 Nguồn l2 Nguồn lN Thiết bị WDM Kờnh 1 Kờnh 2 Kờnh N Một sợi Hỡnh V.2: Hệ thống ghộp bước súng theo một hướng. Kờnh vào Thu l2 Kờnh ra Nguồn l1 Thu l2 Thiết bị WDM Kờnh ra Một sợi Kờnh vào l1 l2 Nguồn l1 Thiết bị WDM HỡnhV.3: Hệ thống ghộp bước súng theo hai hướng. Để thực hiện một hệ thống WDM theo một hướng, thỡ cần phải cú bộ ghộp kờnh ở đầu phỏt để kết hợp cỏc tớn hiệu quang từ cỏc nguồn phỏt quang khỏc nhau đưa vào một sợi dẫn quang chung. Tại đầu thu cần phải cú một bộ ghộp kờnh để thực hiện tỏch cỏc kờnh quang tương ứng. Nhỡn chung, cỏc tớn hiệu quang khụng phỏt một lượng cụng suất đỏng kể nào ngoài độ rộng phổ kờnh đó định trước cho của chỳng cho nờn vấn đề xuyờn tõm là khụng đỏng lưu ý ở đầu phỏt. Vấn đố đỏng lưu tõm ở đõy là bộ ghộp kờnh cần cú suy hao thấp để sao cho tớn hiệu từ nguồn quang tới đầu ra bộ ghộp ớt bị suy hao. Đối với bộ giải ghộp kờnh, vỡ cỏc bộ tỏch súng quang thường nhạy cảm trờn cả một vựng rộng cỏc bước súng cho nờn nú cú thể thu được toàn bộ cỏc bước súng được phỏt đi. Như vậy để ngăn chặn cỏc tớn hiệu khụng mong muốn một cỏch cú hiệu quả, phải cú cỏc biện phỏp cỏch ly tốt cỏc kờnh quang. Để thực hiện điều này, cần thiết kế cỏc bộ giải ghộp thật chớnh xỏc hoặc sử dụng cỏc bộ lọc quang rất ổn định cú bước súng cắt chớnh xỏc. Người ta chia loại thiết bị ghộp bước súng quang thành ba loại: cỏc bộ ghộp (MUX), cỏc bộ giải ghộp (DEMUX) và cỏc bộ ghộp và giả hỗn hợp (MUX-DEMUX). Cỏc bộ MUX và DEMUX được dựng cho cỏc phương ỏn truyền dẫn theo một hướng, cũn loại thứ ba (Mũ -DEMUX) được sử dụng cho phương ỏn truyền dẫn theo hai hướng. Hỡnh 4 là sơ đồ miờu tả thiết bị giải ghộp và giải ghộp kờnh hỗn hợp. O(lk) Ii(li) Ik(lk) Cỏc tớn hiệu được ghộp Cỏc tớn hiệu được giải ghộp I(lk) Sợi dẫn quang Hỡnh V.4: Mụ tả thiết bị ghộp và giải ghộp (MUX và DMUX) V.1.2 Cỏc tham số cơ bản. Cỏc tham số cơ bản để miờu tả đặc tớnh của cỏc bộ ghộp – giải ghộp hỗn hợp là suy hao xen, xuyờn kờnh và độ rộng kờnh. Cỏc ký hiệu I(li) và O(lk) tương ứng là cỏc tớn hiệu đó được ghộp dạng cú mặt ở đường chung. Ký hiệu Ik(lk) là tớn hiệu đầu vào được ghộp vào cửa thứ k, tớn hiệu này được phỏt từ nguồn phỏt quang thứ k. Ký hiệu Oi(li) là tớn hiệu cú bước súng li đó được giả ghộp và đi ra cửa thứ i. Suy hao xen được xỏc định là lượng cụng suất tổn hao sinh ra trong tuyến truyền dẫn quang do tuyến cú thờm cỏc thiết bị ghộp bước súng quang ƯDM. Suy hao này bao gồm suy hao do cỏc điểm ghộp nối cỏc thiết bị WDM với sợi và suy hao bản thõn cỏc thiờt bị ghộp gõy ra. MUX O(li) Ii(li) Li = -10log DEMUX Oi(li) I(li) Li = -10log Với Li là suy hao (tại bước súng li) khi thiết bị được ghộp xen vào tuyến truyền dẫn. Cỏc tham số này phải luụn được cỏc nhà chế tạo cho biết đối với từng kờnh quang của thiết bị. Xuyờn kờnh ngụ ý mụ tả một lượng tớn hiệu từ kờnh này được ghộp sang kờnh khỏc. Cỏc mức xuyờn kờnh cho phộp nằm ở dải rất rộng tuỳ thuộc vào trường hợp ỏp dụng. Nhưng nhỡn chung phải đảm bảo nhỏ hơn(-30dB) trong mọi trường hợp. Khả năng để tỏch cỏc kờnh khỏc nhau được diễn giải bằng suy hao xuyờn kờnh và được tớnh bằng dB như sau: Ui(lk) I(lk) Di(lk) = -10log Theo sơ đồ đơn giản mụ tả bộ ghộp kờnh ở hỡnh 5.a) thỡ Ui(lk) là lượng tớn hiệu khụng mong muốn ở bước súng lk do cú sự dũ tớn hiệu ở cửa ra thứ i, mà đỳng ra thỡ chỉ cú tớn hiệu ở bước súng li.. Trong thiết bị ghộp và giải ghộp hỗn hợp như ở hỡnh 5.b) việc xỏc dịnh suy hao xuyờn kờnh cũng được ỏp dụng như bộ giải ghộp. Ở trường hợp này phải xem xột cả hai loại xuyờn kờnh. “Xuyờn kờnh đầu ra” là do cỏc kờnh ghộp đi vào đường truyền gõy ra, vớ dụ như I(lk) sinh ra Ui(lk). “Xuyờn kờnh đầu vào” là do cỏc kờnh khỏc ở đầu vào sinh ra, nú được ghộp ở bờn trong thiết bị, như Ui(lj). DEMUX Sợi quang I(li).......I(lk) Oi(li)+Ui(li) Sợi quang Oi(li)+Ui(li)+Ui(li) Ii(li) (lj) (lk) O(lj) Hỡnh V.5: Xuyờn kờnh a) ở bộ giải ghộp kờnh và b) ở bộ giải ghộp kờnh hỗn hợp. I(li).......I(lk) Độ rộng kờnh là dải bước súng mà nú định ra cho từng nguồn phỏt quang riờng. Nếu nguồn phỏt quang là cỏc điốt laser thỡ cỏc độ rộng kờnh được yờu cầu vỏo khoảng vài chục nanomet để đảm bảo khụng bị nhiễu giữa cỏc kờnh do sự bất ổn định của cỏc nguồn phỏt gõy ra. Đối với nguồn phỏt là điụt phỏt quang LED, yờu cầu độ rộng kờnh phải lớn hơn 10 đến 20 lần bởi vị độ rộng phổ của loại nguồn phỏt này rộng hơn. V.2. Ghộp kờnh quang theo tần số OFDM. Trong ghộp kờnh OFDM, băng tần của súng ỏnh sỏng được phõn chia thành một số kờnh thụng tin riờng biệt; ở đõy, cỏc kờnh ỏnh sỏng cú cỏc tần số quang khỏc nhau sẽ được biến đổi thành cỏc luồng song song để cựng truyền đồng thời trờn cựng một sợi quang. Cỏc súng nỏh sỏng cú một tiềm năng thụng tin rất lớn vỡ nú cú tần số cao, tới hơn 200000Ghz(1Ghz =109Hz). Hơn thế nữa sợi quang vốn cú suy hao nhỏ ở dải bước súng từ 0,8mmá1,8mm cũng tương đương ở băng tần 200000Ghz. Như vậy, ghộp kờnh quang theo tàn số được xem xột như là cấp cao hơn WDM vỡ số kờnh ghộp được trong băng tần quang sẵn cú rất lớn OFDM cú thể coi như là biện phỏp ghộp kờnh quang cú mật độ ghộp dày đặc hơn. Hỡnh 6 minh hoạ một hệ thống ghộp kờnh quang theo tần số ; ở đõy, tớn hiệu quang được ghộp được xõy dựng theo phương phỏp tựa như cỏc kỹ thuật thụng thường, nhưng quỏ trỡng biến đổi điện nào. Tổng số cỏc chựm bit được ghộp sẽ phụ thuộc vào tốc độ ghộp của mỗi luồng (kờnh) riờng rẽ sẽ được khụi phục lại. Sợi cỏp quang 1550nm Điều biến ngoài (PSK) f S1 Mix f1 S2 Mix f2 Sn Mix fn Bộ kết hợp Laser f S1 Mix f1 S2 Mix f2 Sn Mix fn Tỏch quang PLL quang Bộ chia cụng suất Hỡnh V.6: Sơ đồ khối hệ thống ghộp kờnh quang OFDM. + Cỏc cụng nghệ ban đầu của OFDM. Cỏc hệ thống ghộp kờnh quang theo tần số phải dựa trờn cỏc nguồnphỏt quang cú cỏc tần số ổn định, cỏc thiết bị quang thụ động như cỏc bộ lọc quang, cỏc bộ khuyếch đại quang băng tần rộng cú thể khuờchs đại nhiều kờnh OFDM cựng một lỳc. Cỏc nguồn phỏt quang ổn định về tần số là rất cần thiết để ngăn chặn xuyờn kờnh. Cỏc laser bỏn dẫn cú độ rộng phổ hẹp cú thểư dụng làm nguồn phỏt cho hệ thống OFDM. Tuy nhiờn khi laser cú độ rộng hẹp thỡ lại khụng ổn định về tần số, do đú phải dung hoà về mặt này. Để cú nguồn phỏt laser cú độ rộng phổ hẹp mà lại ổn định thỡ phải sử dụng loại mạch gừ tần số quang ( gừ mode) . Hiện nay cỏc hệ thống OFDM thử nghiệm đó sử dụng cỏc mạch gừ tần số quang cú bộ lọc hiệu chỉnh đỏp ứng tần số quang. Cỏc thiết bị quang thụ động cũng rất quan trọng để kết hợp cỏc tớn hiệu quang OFDM riờng rẽ. Đối với cỏc súng quang cú độ rộng phổ hẹp được ổn định tần số, cộng hưởng giao thoa và cỏc hiện tượng khỏc luụn đũi hỏi phải cú cỏc bộ lọc quang chớnh xỏc. Cỏc bộ lọc này cú tớh chuẩn xỏc tựa như cỏc bộ lọc trong cỏc hệ thống viba. Cụng nghệ gần đõy đó cho ra được bộ lọc quang 100 kờnh cú khả năng tạo khoảng cỏch kờnh 5á10Ghz. Cỏc bộ khuyếch đại quang sẽ thực hiện khuyếch đại cỏc kờnh quang FDM đồng thời một lỳc, nú tạo ra cự ly băng tần truyền dẫn của hệ thống được dài hơn. Hiện nay, cỏc bộ khuyếch đại quang cho ũDM đó cú khả năng khuyếch đại được 100 kờnh quang. Điều nà mở ra một hướng ứng dụng OFDM vào cỏc mụi trường khai thỏc đa dạng. V.3. Ghộp kờnh quang theo thời gian OTDM. Ghộp kờnh OTDM: là quỏ trỡnh ghộp cỏc luồng tớn hiệu quang. khụng thụng qua 1 quỏ trỡnh biến đổi về điện nào, kỹ thuật ghộp ở đõy cú liờn quan đến luồng tớn hiệu ghộp, dạng mó và tốc độ đường truyền. V.3.1 Nguyờn lý ghộp kờnh OTDM. Hoạt động của một hệ thống truyền dẫn quang sử dụng kỹ thuật ghộp kờnh quang theo thời gian OTDM cú thể mụ tả như hỡnh 7. Trong hệ thống ghộp kờnh quang OTDM, chuỗi xung quang hẹp được phỏt ra từ nguồn phỏt thớch hợp. Cỏc tớn hiệu này được đưa vào khuyếch đại để nõng mức tớn hiệu đủ lớn để đỏp ứng được yờu cầu. Sau đú được chia thành N luồng, mỗi luồng sẽ đưa vào điều chế nhờ ngoài với tớn hiệu nhỏnh tốc độ B Gbit/s. Để thực hiện ghộp cỏc tớn hiệu quang này với nhau, cỏc tớn hiệu nhỏnh phải được đưa qua cỏc bộ trễ quang. Tuỳ theo vị trớ của từng kờnh theo thời gian trong khung mà cỏc bộ trễ này sẽ thực hiện trễ để dịch cỏc khe thời gian trong khung mà cỏc bộ trễ này sẽ thực hiện trễ để dịch cỏc khe thời gian một cỏch tương ứng. Thời gian trễ là một nửa chu kỳ của tớn hiệu clock. Như vậ, tớn hiệu sau khi được ghộp sẽ cú tốc độ là N.BGbit/s. Sau khi được truyền trờn đường truyền, thiết bị tỏch kờnh ở phớa thu sẽ thực hiện tỏch kờnh và khụi phục xung clock và đưa ra được từng kờnh quang riờng biệt tương ứng với cỏc kờnh quang ở đầu vào bộ ghộp phớa phỏt. Sợi dẫn quang Bộ chia quang Tớn hiệu Trễ quang Thời gian Khuyếch đại quang Bộ tỏch kờnh Bộ ghộp quang Kờnh 1 2 3 4 1 2 3 4 Thời gian Kờnh 1 Kờnh 4 Hỡnh V.7: Sơ đồ tuyến thụng tin quang sử dụng kỹ thuật OTDM ghộp 4 kờnh quang. Bộ điều chế Bộ điều chế Bộ điều chế Bộ điều chế Nguồn phỏt Khuyếch đại quang EDFA Khối phỏt clock Cỏc hệ thống ghộp kờnh OTDM thường hoạt động ở vựng bước súng 1550nm, tại bước súng này sẽ cú suy hao quang nhỏ, lại phự hợp với bộ khuyếch đại quang sợi cú mặt trong hệ thống. Cỏc bộ khuyếch đại sợi quang cú chức năng duy trỡ quỹ cụng suất của hệ thống nhằm đảm bảo tỉ lệ tớn hiệu trờn tạp õm (S/N) ở phớa thu quang. Nguyờn lý hoạt động này cú thể đỏp ứng xõy dựng cỏc hệ thống thụng tin với tốc độ 200Gbit/s. Tuy nhiờn ở tốc độ này phải xem xột tới việc bự tỏn sắc cho hệ thống. V.3.2 Giải ghộp và xe rẽ kờnh. Khi xem xột cỏc hệ thống OTDM và cỏc hệ thống thụng tin quang cú ghộp kờnh TDM, người taq thấy sự khỏc nhau chủ yếu ở đõy là việc ghộp và giải ghộp trong vựng thời gian quang, mà nú được thể hiện như một chức năng tớch cực. Thực hiện việc giải ghộp trong hệ thống OTDM điểm nối điểm ở phớa thu chớnh là việc tỏch hoàn toàn cỏc kờnh quang. Tuy nhiờn khi xem xột trờn cục diện mạng OTDM thỡ lại phải xem xột cả khả năng xen và rẽ kờnh từ luồng truyền dẫn. Đối với giải bộ ghộp kờnh, cần phải xem xột cỏc tham số cơ bản về tỏch kờnh, kể cả tỷ số phõn biệt quang, suy hao xen và cắt cửa sổ chuyển mạch cú thể đạt được. Đối với cỏc nỳt xen và rẽ kờnh thỡ phải đỏnh giỏ cả hiệu suất chuyển mạch, đo đạc phần cụng suất được lấy ra từ kờnh tương ứng. Ở đõy tỷ số phõn biệt rừ ràng cú ảnh hưởng tới mức độ xuyờn kờnh. (Tỷ số phõn biệt EX = 10log10(A/B), với A là mức cụng suất quang trung bỡnh ở mức logic 1 và B là mức cụng suất quang trung bỡnh ở mức logớc 0), Ngoài ra, xuyờn kờnh cũng sẽ bị tăng do sự phủ chờm giữa cỏc kờnh lõn cận với nhau tạo thành cửa sổ chuyển mạch. Kết quả là độ rộng của cửa sổ chuyển mạch sẽ cú ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ đường truyền. V.3.3 Đặc tớnh truyền dẫn của OTDM. Tỏn sắc của sợi quang làm cho cỏc xung ỏnh sỏng lan truyền trờn sợi bị dón rộng ra trong khi đú cỏc hệ thống thụng tin quang OTDM cú tốc độ rất cao, như vậy đũi hỏi cỏc xung phỏt ra phải rất ngắn. Mặc dự vấn đề tỏn sắc cú thể được