TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DWDM VÀ CƠ SỞ KỸ THUẬT GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG
Kỹ thuật ghép bước sóng quang
Trong hệ thống đơn kênh, khi tốc độ đường truyền đạt đến một mức nhất định, các hạn chế của mạch điện tử trong việc nâng cao tốc độ và kéo dài cự ly truyền dẫn trở nên rõ rệt Hơn nữa, chi phí cho các giải pháp nâng cấp trên tuyến truyền dẫn rất cao do cấu trúc hệ thống phức tạp Để khắc phục những hạn chế này, kỹ thuật ghép kênh quang đã được phát triển.
Các phần tử quang trong hệ thống thiết bị sẽ thay thế các phần tử điện ở những vị trí quan trọng, nơi cần kỹ thuật xử lý tín hiệu nhanh chóng và hiệu quả.
Về lý thuyết, dung lượng truyền dẫn của hệ thống có thể được tăng cường đáng kể bằng cách truyền nhiều tín hiệu quang đồng thời trên cùng một sợi Điều này khả thi khi các nguồn phát có phổ được phân cách hợp lý và đầu thu có khả năng thu nhận các tín hiệu quang riêng biệt nhờ vào bộ tách bước sóng Đây là nguyên tắc cơ bản của kỹ thuật ghép bước sóng.
Nguyên lý cơ bản của ghép bước sóng quang
Nguyên lý cơ bản của ghép bước sóng quang có thể minh họa như hình
1.1 Giả sử có các nguồn phát quang làm việc ở các bước sóng λ1,λ2,…,λ n Các tín hiệu quang làm việc ở các bước sóng khác nhau này sẽ được ghép vào cùng một sợi dẫn quang Các tín hiệu có bước sóng khác nhau được ghép lại ở phía phát nhờ bộ ghép kênh, bộ ghép bước sóng phải đảm bảo có suy hao nhỏ và tín hiệu sau khi ghép sẽ được truyền dọc theo sợi để đến phía thu Các bộ tách sóng quang khác nhau ở phía đầu thu sẽ nhận lại các luồng tín hiệu với các bước sóng riêng rẽ này sau khi chúng qua bộ giải ghép bước sóng Đặc điểm nổi bật của hệ thống ghép kênh theo bước sóng là tận dụng hữu hiệu nguồn tài nguyên băng thông rộng trong khu vực tổn hao thấp của sợi quang đơn mode, nâng cao rõ rệt dung lượng truyền dẫn của hệ thống,
Hình 1.1: Mô tả tuyến thông tin quang có ghép bước sóng
Hệ thống WDM sử dụng tiềm năng băng tần của sợi quang để truyền nhiều bước sóng ánh sáng khác nhau mà không gây nhiễu lẫn nhau Mỗi bước sóng đại diện cho một kênh quang, và công nghệ WDM đang phát triển theo xu hướng cho phép sự riêng rẽ của bước sóng chỉ từ 1nm, dẫn đến các hệ thống ghép kênh theo bước sóng mật độ cao (DWDM) Trước đây, các thiết bị chỉ xử lý từ 4 đến 16 kênh, mỗi kênh hỗ trợ luồng dữ liệu 2.5Gbps cho mạng SDH/SONET Tuy nhiên, các nhà cung cấp WDM đã phát triển thiết bị cho phép truyền nhiều kênh quang hơn, với các hệ thống hiện nay có thể cung cấp hàng trăm kênh và đạt tốc độ dữ liệu hàng trăm Gbps, tiến tới tốc độ Tbps trên một sợi đơn.
Có hai phương án thiết lập hệ thống truyền dẫn sử dụng ghép bước sóng quang WDM
Truyền dẫn một chiều trên hai sợi
WDM một chiều cho phép truyền tải nhiều kênh quang trên một sợi quang theo cùng một hướng, với các tín hiệu được điều chế ở các bước sóng khác nhau như λ1, λ2,…, λn Tại đầu phát, các tín hiệu này được kết hợp qua bộ ghép kênh và sau đó truyền dẫn một chiều mà không bị lẫn lộn nhờ vào sự khác biệt về bước sóng Ở đầu thu, bộ tách kênh quang sẽ phân tách các tín hiệu theo từng bước sóng, hoàn tất quá trình truyền dẫn Quá trình này cũng tương tự khi truyền dẫn ngược lại qua một sợi quang khác.
Truyền dẫn hai chiều trên một sợi
WDM hai chiều là công nghệ truyền dẫn quang sử dụng một sợi quang để truyền tải dữ liệu theo hai hướng khác nhau Bằng cách áp dụng các bước sóng tách biệt, WDM cho phép truyền thông tin song công hiệu quả.
Hệ thống WDM song hướng yêu cầu phát triển và ứng dụng cao hơn với cấu trúc phức tạp, đòi hỏi kỹ thuật nghiêm ngặt Các vấn đề cần lưu ý bao gồm phản xạ quang, xuyên âm giữa các kênh và mức điện của công suất truyền dẫn Ở phía phát, thiết bị ghép kênh cần có suy hao nhỏ từ nguồn quang tới đầu ra Ở phía thu, bộ tách sóng quang phải nhạy với dải rộng của các bước sóng, đồng thời cần cách ly kênh quang tốt với các bước sóng khác thông qua thiết kế chính xác và dải làm việc ổn định Việc sử dụng bộ khuếch đại quang hai chiều giúp giảm số lượng bộ khuếch đại và tiết kiệm sợi quang.
Bộ khuếch đại sợi quang
Bộ khuếch đại sợi quang
Hình 1.2: Sơ đồ truyền dẫn một chiều trên hai sợi quang
Bộ khuếch đại sợi quang
Máy phát quang Máy phát
Bất kỳ bộ ghép bước sóng nào cũng có thể hoạt động như bộ giải ghép bước sóng Do đó, thuật ngữ “Multiplexer” thường được sử dụng chung cho cả hai thiết bị này, trừ khi cần phân biệt rõ ràng giữa chúng.
Thiết bị ghép bước sóng quang được phân loại thành ba loại chính: bộ ghép (MUX), bộ giải ghép (DEMUX) và bộ ghép - giải ghép hỗn hợp (MUX - DEMUX) Các bộ MUX và DEMUX đóng vai trò quan trọng trong các phương án truyền dẫn song hướng.
Phân loại các bộ ghép bước sóng trong kỹ thuật ghép bước sóng:
Các bộ ghép bước sóng thụ động hiện nay chủ yếu bao gồm bộ vi quang học và bộ ghép sợi kiểu dẫn sóng Mỗi loại thiết bị này đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng.
Các bộ vi quang học yêu cầu hệ thống ghép nối thấu kính với sợi quang, nhưng việc định vị và ghép nối gặp khó khăn, đặc biệt với sợi đơn mode, hạn chế các đặc tính kỹ thuật Tuy nhiên, việc sử dụng bộ vi quang học mở rộng khả năng lựa chọn đặc tính của bộ lọc.
Các bộ ghép sợi ít bị ảnh hưởng bởi những khó khăn đã nêu, nhưng lại gặp hạn chế trong việc lựa chọn các đặc tính của bộ lọc, đặc biệt là mức độ bằng phẳng của băng thông.
Các bộ ghép bước sóng
Tán xạ vật liệu Cách tử
Quang tổ hợp Các thiết bị khác
Các bộ thu phát nhiều bước sóng
Phi tuyến Giao thoa Phân cực
Hình 1.4: Phân loại các bộ ghép bước sóng quang
Có 3 tiêu chuẩn cơ bản để xác định đặc tính của bộ ghép bước sóng:
Độ rộng phổ của kênh
Suy hao xen được xác định là tổn hao công suất trên tuyến truyền dẫn quang do việc thêm vào các bộ ghép bước sóng, và khác với các coupler thông thường, suy hao xen được xem xét riêng cho từng bước sóng.
Li = -10log Oi(λi)/I(λi) DEMUX Trong đó:
I(λi), O(λk) là công suất tín hiệu được ghép ở trên đường chung
Ik(λk) là công suất tín hiệu bước sóng λk đi vào cửa thứ k của bộ ghép, tín hiệu này được phát từ nguồn phát quang thứ k
Oi(λi) là công suất tín hiệu tại bước sóng λk ra khỏi cổng thứ i của bộ tách Suy hao bao gồm các tổn thất tại các điểm ghép nối của bộ ghép bước sóng, chủ yếu do hấp thụ và phản xạ Mức độ ảnh hưởng của hai nguồn suy hao này trong hệ thống phụ thuộc vào công nghệ được sử dụng để chế tạo bộ ghép bước sóng.
Xuyên âm là quá trình dò tín hiệu từ kênh này sang kênh khác, dẫn đến việc tăng nền nhiễu và giảm tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) Hiện tượng này phát sinh do nhiều yếu tố khác nhau.
Do các đặc tính của bộ lọc không hoàn thiện
Do phản xạ hay hội tụ không hoàn toàn làm các tia sáng bị tản mát
Do phổ của các nguồn phát chồng lấn lên nhau
Do các hiệu ứng phi tuyến xảy ra khi đưa công suất cao vào
Trong một bộ giải ghép kênh lý tưởng, không xảy ra hiện tượng dò công suất tín hiệu giữa các kênh có bước sóng khác nhau Tuy nhiên, trong thực tế, luôn tồn tại mức xuyên âm, làm giảm chất lượng truyền dẫn của thiết bị Khả năng tách biệt các kênh khác nhau được đánh giá qua suy hao xen, được tính bằng đơn vị dB.
Công thức Di(λi) = -10log Ui(λk)/I(λk) được sử dụng để tính toán mức độ tín hiệu không mong muốn U i (λk) ở bước sóng λ k, do hiện tượng dò tín hiệu từ cửa thứ i Theo lý thuyết, chỉ có tín hiệu ở bước sóng λi là hợp lệ.
Các tham số chính trong DWDM
DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) cho phép ghép nhiều bước sóng quang đã được điều chế trên một sợi quang, với các kênh quang thường nằm trong cửa sổ bước sóng 1550 nm Công nghệ này chủ yếu được ứng dụng trong các mạng đường trục, đáp ứng nhu cầu truyền dẫn dài và dung lượng lớn Tuy nhiên, DWDM cũng gặp phải những giới hạn và vấn đề kỹ thuật như suy hao, nhiễu xuyên kênh, số lượng kênh bước sóng, bề rộng phổ nguồn phát, quỹ công suất, tán sắc và các hiệu ứng phi tuyến.
1.3.1 Suy hao của sợi quang
Suy hao trong sợi quang là yếu tố quan trọng trong thiết kế hệ thống quang học, được tính bằng tỷ số giữa công suất đầu vào và công suất cuối của sợi quang.
P 2 của sợi dẫn quang dài L(km) với công suất đưa vào sợi quang P 1 Nếu gọi
là hệ số suy hao của sợi thì:
Suy hao trong sợi quang chủ yếu do hấp thụ ánh sáng, bao gồm hấp thụ tử ngoại và hồng ngoại, với nguyên nhân chính là hấp thụ điện tử, tạp chất và vật liệu Ngoài ra, suy hao cũng xảy ra do ghép nguồn quang vào sợi quang, mối hàn, uốn cong sợi và tán xạ do tính không đồng nhất quang học của lõi sợi Có ba loại suy hao tán xạ cơ bản là tán xạ Rayleigh, tán xạ Brillouin và tán xạ Raman.
Một trong những yếu tố quan trọng trong hệ thống là số lượng kênh bước sóng mà nó sử dụng, cũng như số kênh cực đại mà hệ thống có thể khai thác Số kênh bước sóng này phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau.
Khả năng của công nghệ đối với các thành phần quang như:
Khả năng băng tần của sợi quang
Khả năng tách/ghép các kênh bước sóng
Khoảng cách giữa các kênh gồm các yếu tố sau:
Tốc độ truyền dẫn của từng kênh
Ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến
Độ rộng phổ của nguồn phát
Khả năng tách/ghép của hệ thống DWDM
Mặc dù cửa sổ truyền dẫn ở bước sóng 1550 nm có độ rộng khoảng 100 nm, nhưng dải khuếch đại của các bộ khuếch đại quang chỉ khoảng 35 nm, theo quy định của ITU-T, dải này nằm trong khoảng từ 1530 nm đến 1565 nm cho băng C và từ 1570 nm đến 1603 nm cho băng L Điều này dẫn đến việc các hệ thống DWDM không thể tận dụng hết băng tần của sợi quang.
Gọi là khoảng cách giữa các kênh bước sóng thì tương ứng ta có:
Như vậy, tại bước sóng λ = 1550 nm, với = 35 nm thì f = 4,37.10 12
Giả sử tốc độ truyền dẫn của mỗi kênh bước sóng là 2.5Gbps, theo định nghĩa Nyquist, phổ cơ sở của tín hiệu đạt 5Gbps, cho phép tối đa 874 kênh trong dải băng tần khuếch đại quang Tuy nhiên, để đạt được số kênh lý thuyết này, các thành phần quang trên tuyến cần có chất lượng cao hơn Để tránh hiện tượng xuyên âm giữa các kênh, cần sử dụng bộ phát ổn định và bộ lọc quang có khả năng chọn lọc bước sóng tốt Bất kỳ sự dịch tần nào của nguồn phát cũng có thể dẫn đến hiện tượng dãn phổ sang kênh lân cận.
Dựa trên công nghệ hiện tại, ITU-T quy định khoảng cách giữa các kênh bước sóng là 100 GHz (0,8 nm) hoặc 50 GHz (0,4 nm), với tần số chuẩn là 193,1 THz.
Với công nghệ hiện nay, DWDM chủ yếu sử dụng dải băng tần C (1530
1.3.3 Độ rộng phổ của nguồn phát
Việc lựa chọn độ rộng phổ của nguồn phát là rất quan trọng để đảm bảo các kênh bước sóng hoạt động độc lập và tránh hiện tượng chồng phổ giữa các kênh lân cận Khoảng cách giữa các kênh phụ thuộc vào đặc tính của các thiết bị như MUX/DEMUX, bộ lọc, độ dung sai và mức độ ổn định của chúng.
Việc ghép các bước sóng khác nhau trên cùng một sợi quang dựa trên nguyên tắc ghép kênh theo tần số, với các kênh hoạt động ở tần số khác nhau trong băng thông của sợi quang Mặc dù băng thông lý thuyết của sợi quang rất rộng cho phép ghép nhiều kênh bước sóng, nhưng thực tế các hệ thống WDM thường chỉ hoạt động ở cửa sổ bước sóng 1550 nm do sự giới hạn của bộ khuếch đại quang sợi Điều này dẫn đến việc khoảng cách giữa các bước sóng cần phải được điều chỉnh để tránh hiện tượng cộng phổ của các kênh lân cận tại phía thu, phụ thuộc vào đặc tính phổ của nguồn phát và các yếu tố như tán sắc sợi và hiệu ứng phi tuyến trên đường truyền.
Hệ thống DWDM có thể được coi là sự kết hợp của các hệ thống truyền dẫn đơn kênh, với khoảng cách giữa các kênh được xác định bởi tham số giãn phổ (Δ), băng tần tín hiệu (B) và bù tán sắc (D) Hệ số ε, đại diện cho sự tương tác giữa nguồn phát và sợi quang, được tính theo công thức: ε = B.D.ΔRMS.
Trong đó: B là độ rộng băng tần tín hiệu truyền dẫn
D là độ tán sắc tương ứng khoảng cách truyền dẫn
RMSlà độ giãn rộng phổ
Trong môi trường truyền dẫn cáp sợi quang, quỹ công suất đóng vai trò quan trọng để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định Mục tiêu của quỹ công suất là cung cấp công suất đủ lớn đến máy thu, giúp duy trì hoạt động tin cậy trong suốt vòng đời của hệ thống.
Suy hao công suất trên toàn tuyến bao gồm suy hao trên sợi dẫn quang, các bộ nối quang và các mối hàn Tổng suy hao trên toàn tuyến được xác định từ sự phân bổ suy hao liên tiếp của từng phần tử trong tuyến Mỗi phần tử sẽ có suy hao riêng được tính toán cụ thể.
Trong đó: P1, P2 là các công suất quang đầu vào và đầu ra của phần tử
Ngoài các suy hao do các phần tử trên tuyến quang gây ra, cần tính đến công suất quang dự phòng cho tuổi thọ của các thành phần, sự thay đổi nhiệt độ và các suy hao gia tăng Dự phòng cho tuyến thường từ 6 - 8 dB, vì vậy quỹ công suất của tuyến có thể được xem như công suất tổng PT giữa nguồn phát quang và bộ tách sóng quang Suy hao tổng này bao gồm suy hao sợi, suy hao bộ nối quang, suy hao mối hàn và dự phòng cho hệ thống.
Nếu gọi PS là công suất quang của nguồn phát được đưa vào đầu ghép sợi và PR là độ nhạy của bộ thu quang thì:
PT = PS - PR= 2lC + f.L + dự phòng hệ thống (1.6)
Trong đó: lC là suy hao bộ nối quang αf là suy hao sợi
L là cự ly truyền dẫn Ở đây, suy hao do mối hàn l SP được gán vào trong suy hao sợi để đơn giản phép tính
Khi tín hiệu số được truyền qua sợi quang, hiện tượng giãn xung có thể xảy ra tại đầu thu Trong một số trường hợp, các xung lân cận có thể chồng lên nhau, dẫn đến việc không thể phân biệt các xung, gây ra méo tín hiệu khi tái sinh.
Sở dĩ có hiện tượng méo này là do tán sắc ở bên trong mode và hiệu ứng giữa các mode gây ra
Tán sắc bên trong mode bao gồm tán sắc vật liệu và tán sắc dẫn sóng
Tán sắc vật liệu xảy ra do chỉ số chiết suất của vật liệu lõi phụ thuộc vào bước sóng Điều này dẫn đến sự phụ thuộc của bước sóng vào vận tốc nhóm của bất kỳ mode nào.
Tán sắc dẫn sóng phụ thuộc vào thiết kế sợi vì hằng số lan truyền mode
Các ưu điểm của hệ thống DWDM
Công nghệ DWDM tận dụng tối đa băng thông của sợi quang, cho phép đạt được dung lượng truyền dẫn lớn lên đến khoảng 25THz Bằng cách sử dụng toàn bộ tài nguyên băng thông này, hệ thống truyền dẫn được nâng cao đáng kể, mang lại hiệu suất cao cho các ứng dụng truyền thông hiện đại.
Khoảng cách truyền dẫn xa bằng cách sử dụng công nghệ khuếch đại quang sợi EDFA
Hệ thống DWDM cho phép truyền tải nhiều loại hình dịch vụ khác nhau trên cùng một cáp sợi quang nhờ vào các bước sóng độc lập Điều này có nghĩa là các dịch vụ như SDH, GE và ATM có thể hoạt động song song mà không bị ảnh hưởng lẫn nhau.
Hệ thống DWDM giúp tối ưu hóa việc sử dụng sợi quang bằng cách ghép nhiều bước sóng trên cùng một sợi, từ đó giảm thiểu số lượng cáp quang cần thiết Điều này không chỉ tiết kiệm chi phí cho việc xây dựng đường dây mà còn nâng cao hiệu quả sử dụng hạ tầng viễn thông.
Khả năng nâng cấp và mở rộng dễ dàng
Độ linh hoạt cao, mạng kinh tế và ổn định.
CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA MẠNG DWDM
Cấu trúc truyền dẫn cơ bản của mạng DWDM
Hệ thống DWDM cho phép ghép nhiều bước sóng khác nhau, tương ứng với các tín hiệu kênh quang riêng lẻ, thành một chùm sáng duy nhất Chùm sáng này được truyền tải trên một sợi quang, với mỗi kênh quang mang theo dịch vụ khác nhau.
Cấu trúc cơ bản của hệ thống DWDM gồm các thành phần chính sau:
Bộ sửa dạng tín hiệu
Các bộ tách ghép kênh quang OMUX, ODMUX
Các bộ khuếch đại quang sợi EDFA
Các bộ xen/rẽ quang OADM
Các modul bù tán sắc DCM
Bộ kết nối chéo quang OXC
Khối phát đáp quang OTU
OTU (Optical Transponder Unit) là thiết bị chuyển đổi tín hiệu quang, biến đổi các tín hiệu từ các kênh quang đầu vào ở phía Client side thành tín hiệu quang chuẩn theo khuyến nghị G.692 của ITU-T, giúp truyền tải hiệu quả trên hệ thống DWDM.
OTU thực hiện chuyển đổi quang - điện cho các tín hiệu quang theo khuyến nghị G.957, bao gồm tái tạo tín hiệu, khôi phục định thời và dữ liệu Sau đó, OTU chuyển đổi điện - quang để tạo ra tín hiệu kênh quang DWDM với bước sóng, độ tán sắc và công suất phát quang theo chuẩn G.692.
Sau khi chuyển đổi O/E, nếu chỉ thực hiện tái tạo tín hiệu và khôi phục định thời (chức năng 2R: Reshape, Retiming), OTU sẽ đảm nhận vai trò sửa dạng tín hiệu cho việc truyền dẫn ở khoảng cách ngắn.
After the O/E conversion, if the OTU processes signal regeneration, timing recovery, and data restoration (known as the 3R functions: Reshape, Retiming, Regenerator), it effectively functions as a repeater.
Phân loại và ứng dụng:
OTU trong mạng DWDM được phân loại thành ba loại chính: OTUT (OUT Transmitter), OTUR (OUT Receiver) và OTUG (OUT Generator), tùy thuộc vào vị trí của chúng Mỗi loại OTU có ứng dụng riêng trong hệ thống, như được minh họa trong hình vẽ.
OTUT (OTU ở đầu phát) được lắp đặt giữa các thiết bị của khách hàng và OMUX, có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu quang từ phía khách hàng thành tín hiệu quang đầu ra theo chuẩn G.692 để đưa vào OMUX Loại OTU này không chỉ thực hiện chuyển đổi quang-điện (O/E) và điện-quang (E/O), mà còn có khả năng tái tạo dạng tín hiệu và khôi phục định thời, thực hiện chức năng 2R, đồng thời cung cấp khả năng tìm kiếm.
Hình 2.2: Vị trí của bộ chuyển đổi bước sóng OTU trong hệ thống
Tái tạo dạng tín hiệu, khôi phục định thời
Hình 2.1: Nguyên lý của bộ thu phát quang OTU
Tín hiệu quang đầu vào
Tín hiệu quang đầu ra G.692 G.957
OTUR (OTU ở đầu thu) được đặt giữa ODMUX và các thiết bị của khách hàng Tín hiệu quang đầu ra từ ODMUX đến OUTR phải tuân theo chuẩn G.692 OUTR có chức năng tương tự như OTUT, bao gồm việc sửa dạng tín hiệu, thực hiện chức năng 2R và tìm kiếm byte B1.
OTUG (OTU chuyển tiếp) đóng vai trò quan trọng trong hệ thống mạng, nằm giữa OMUX và ODMUX Tín hiệu vào và ra của OTUG phải tuân theo tiêu chuẩn G.692 Ngoài chức năng chuyển đổi quang-điện (O/E) và điện-quang (E/O), OTUG còn có khả năng tái tạo tín hiệu, khôi phục định thời và phục hồi dữ liệu, được gọi là chức năng 3R.
Vì vậy, OTUG tương đương như một bộ lặp thông thường và cũng có chức năng tìm byte B1.
Bộ giải ghép kênh quang
Giả sử các nguồn phát quang làm việc ở các bước sóng khác nhau 1,
Các tín hiệu quang ở các bước sóng khác nhau sẽ được ghép vào cùng một sợi quang tại phía phát Bộ ghép kênh theo bước sóng cần đảm bảo độ suy hao nhỏ để tín hiệu có thể được truyền dọc theo sợi đến phía thu Tại phía thu, bộ giải ghép kênh (ODMUX) sẽ tách tín hiệu thành các bước sóng riêng biệt và chuyển đến các bộ thu thích hợp.
Có 3 loại WDM chính thức được sử dụng đó là:
Bộ lọc điện môi màng mỏng (DTF) được sử dụng để lọc các bước sóng riêng biệt trong dải bước sóng cụ thể, đồng thời dễ dàng thích ứng với việc truyền dẫn một chiều hoặc hai chiều Chúng thường được ứng dụng để ghép bước sóng tại hai cửa sổ.
Sử dụng cách tử nhiễu xạ dùng để ghép và tách nhiều tín hiệu trong cùng một cửa sổ
Ghép định hướng theo phương pháp hàn sợi
2.3.1 Phương pháp ghép kênh sử dụng bộ lọc màng mỏng
Bộ lọc điện môi trong ghép kênh quang hoạt động dựa trên nguyên tắc phản xạ tín hiệu ở một dải phổ nhất định, đồng thời cho phép phần phổ còn lại đi qua.
Bộ lọc điện môi giao thoa là phần tử cơ bản trong ghép kênh theo bước sóng, với cấu trúc đa lớp bao gồm các màng mỏng có chỉ số chiết suất cao và thấp xen kẽ Hầu hết các bộ lọc này hoạt động dựa trên nguyên lý buồng cộng hưởng Fabry - Perot, bao gồm hai gương phản xạ đặt song song, cách nhau bởi một lớp điện môi trong suốt.
Nguyên lý hoạt động của thiết bị dựa trên hiện tượng giao thoa của ánh sáng Khi chùm tia sáng chiếu vào, các phản xạ nhiều lần trong khoang cộng hưởng xảy ra Nếu bề dày lớp đệm là bội số nguyên của nửa bước sóng ánh sáng, giao thoa xếp chồng sẽ diễn ra, dẫn đến công suất quang đạt cực đại Chỉ một bước sóng duy nhất đi qua bộ lọc, trong khi các bước sóng khác bị phản xạ hoàn toàn Các gương phản xạ được tạo thành từ các lớp thủy tinh nằm trên lớp đệm trong suốt.
Theo đặc tính phổ thì thì có thể phân các bộ lọc giao thoa thành:
Bộ lọc thông thấp hoặc thông cao có bước sóng cắt c
Bộ lọc thông dải có bước sóng trung tâm 0 và độ rộng dải
Các bộ lọc thông thấp hoặc thông cao thường sử dụng để ghép hoặc
Hình 2.3: Bộ tách bước sóng dùng bộ lọc
Bộ lọc 1550 nm là lựa chọn lý tưởng cho nguồn quang có dải phổ rộng như LED, trong khi bộ lọc thông dải thường được sử dụng cho nguồn quang có phổ hẹp như LD trong WDM Để đảm bảo hiệu suất, bộ lọc thông dải cần có độ dốc sườn đường cong hàm truyền đạt lớn nhằm tránh hiện tượng xuyên âm giữa các kênh kề nhau Ngoài ra, độ rộng giải cũng cần có dung sai cho phép để phòng ngừa sự dịch chuyển bước sóng trung tâm của nguồn quang do biến đổi nhiệt độ.
2.3.2 Một số thiết bị tách kênh dùng bộ lọc điện môi màng mỏng
Thiết bị ghép và tách bước sóng có cấu trúc thuận - nghịch, với sự thay đổi chỉ ở cổng vào và cổng ra Do đó, phần này chủ yếu tập trung vào việc trình bày cấu trúc và hoạt động của các bộ tách bước sóng.
Chiết suất cao Chiết suất thấp
Lớp phân cách trong suốt
Hình 2.4: Cấu tạo bộ lọc
Hình 2.5: Bộ tách 2 kênh dùng thấu kính phẳng và bộ lọc
Bộ giải ghép 2 kênh có cấu trúc cơ bản như hình 2.5, nhưng thực tế đơn giản hơn như hình 2.6 Các phần tử chuẩn trực và hội tụ sử dụng lăng kính Grin - rod 1/4 bước, trong khi bộ lọc được thiết kế để phát đi λ1 và phản xạ λ2 được đặt giữa hai lăng kính Thiết bị giải ghép này hiện có sẵn trên thị trường và được sử dụng phổ biến trong các hệ thống thông tin quang với nguồn phát LED ở bước sóng 850 nm.
Sử dụng nguồn phát phổ hẹp ở bước sóng 1300 nm hoặc 800 nm, 830 nm, 890 nm với suy hao nhỏ hơn 3 dB cho mỗi cặp và suy hao xuyên kênh cao hơn 25 dB.
Bộ tách lớn hơn hai bước sóng:
Thiết bị này sử dụng các bộ lọc nối tiếp nhau và mỗi bộ lọc cho đi qua một bước sóng và phản xạ các bước sóng còn lại
Hình 2.6: Bộ tách 2 kênh dùng bộ lọc và lăng kính Grin
Trong thực tế, thiết bị tách nhiều bước sóng không chỉ sử dụng bộ lọc mà còn bao gồm thấu kính và sợi quang Hình vẽ minh họa bộ tách 5 bước sóng sử dụng thấu kính Grin và khối thủy tinh trong suốt Đặc biệt, có thể tạo ra bộ tách kênh mà không cần các phần tử trực chuẩn; thiết bị này không sử dụng thấu kính, mà các bộ giao thoa được sắp xếp thích hợp trên từng đoạn, với đầu sợi được mài nhẵn.
2.3.3 Phương pháp ghép kênh sử dụng cách tử nhiễu xạ
Do thấu kính có nhược điểm không tách được các tia sáng có bước sóng gần nhau, nên hiện nay chúng hầu như không còn được sử dụng Thay vào đó, người ta đã chuyển sang sử dụng các công nghệ khác hiệu quả hơn.
Sợi quang Lăng kính GRIN
Khối thủy tinh trong suốt
Hình 2.8: Bộ tách kênh vi quang nhiều kênh trên thực tế
Bộ tách kênh sử dụng bộ lọc gắn trực tiếp vào sợi chủ yếu dựa vào cách tử nhiễu xạ Khi số lượng kênh lớn và các bước sóng gần nhau, các bộ tách/ghép bước sóng không thể hoạt động hiệu quả Ưu điểm chính của cách tử là khả năng nhiễu xạ đồng thời tất cả các bước sóng, cho phép thực hiện với các bộ tách ghép nhiều kênh Nguyên lý ghép bước sóng dựa trên hiện tượng góc nhiễu xạ phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng.
Cách tử nhiễu xạ là thiết bị quang thụ động, có khả năng phân tán chùm sáng theo nhiều hướng khác nhau dựa vào góc tới, bước sóng ánh sáng và các đặc tính thiết kế của nó Số lượng rãnh nhỏ trên 1mm của cách tử có thể lên tới hàng chục hoặc hàng ngàn, và mật độ rãnh trên một đơn vị chiều dài được gọi là hằng số cách tử.
Cách tử được chế tạo bằng cách sử dụng mũi kim cương để rạch các đường song song trên tấm thủy tinh, tạo ra các chắn sáng và khe sáng Phương pháp này gọi là cách tử truyền xạ, nhưng hiện nay ít được sử dụng do mũi kim cương nhanh mòn, làm giảm độ rộng của các khe Thay vào đó, cách tử phản xạ được ưa chuộng hơn, bằng cách rạch lên bề mặt kim loại phủ trên thủy tinh, tạo ra các chắn sáng, trong khi phần còn lại phản xạ ánh sáng như các khe Các lớp kim loại phủ thường là bạc hoặc nhôm, giúp mũi kim cương bền lâu hơn.
Các bước sóng khác nhau ảnh hưởng đến cách tử nhiễu xạ ánh sáng, dẫn đến việc chùm tia tới với nhiều bước sóng sẽ được tách ra theo hướng tương ứng Ngược lại, các ánh sáng đơn sắc từ các hướng khác nhau có thể được kết hợp lại thành một chùm sáng di chuyển theo cùng một hướng.
2.3.4 Các bộ tách ghép bước sóng sử dụng cách tử
Bộ khuếch đại quang sử dụng công nghệ EDFA
2.4.1 Tổng quan về công nghệ EDFA
Bộ khuếch đại EDFA đã thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của công nghệ truyền dẫn sợi quang Hiện nay, EDFA được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các hệ thống thông tin quang, thay thế cho các trạm lặp thông thường.
EDFA hoạt động hiệu quả ở bước sóng 1550 nm, mang lại hệ số khuếch đại cao, công suất ra lớn và độ nhiễu thấp Để tối ưu hóa hoạt động của EDFA trong các hệ thống thông tin quang, cần thiết phải có một nguồn bơm Laser diode bán dẫn công suất cao chính là nguồn bơm lý tưởng cung cấp ánh sáng cho EDFA.
Hình 2.11: a) Phương pháp ghép xoắn sợi; b) Phương pháp mài ghép sợi
Vỏ sợi Sợi quang đơn mode
Hệ số khuếch đại của EDFA không bị ảnh hưởng bởi phân cực ánh sáng, vì bão hòa trong EDFA kéo dài, giúp ngăn chặn nhiễu xuyên âm khi truyền tín hiệu tốc độ cao.
2.4.2 Nguyên lý hoạt động của EDFA
Khuếch đại quang sợi hiện nay chủ yếu sử dụng sợi pha tạp Erbium, gọi tắt là EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier) Nguyên lý khuếch đại được thực hiện thông qua cơ chế bức xạ trong ba mức hoặc bốn mức.
EDFA có cấu trúc là một đọan sợi quang mà lõi của chúng được cấy
Ion Er 3+ với nồng độ dưới 0,1% trong lõi sợi đặc biệt hấp thụ photon có bước sóng 980 nm hoặc 1480 nm, khiến điện tử chuyển từ mức năng lượng E1 lên E2 Nhờ vào mức năng lượng siêu bền E3, điện tử sau đó giảm xuống E3 qua phân rã không bức xạ, và sau một thời gian sẽ trở lại mức E1, phát ra photon Hiện tượng bức xạ có thể xảy ra dưới dạng bức xạ tự phát hoặc bức xạ kích thích, khi photon có năng lượng tương ứng kích thích phát ra thêm nhiều photon, đặc biệt là ở bước sóng 1550 nm Điều này giúp tín hiệu được khuếch đại khi đi qua sợi pha tạp Erbium.
Cấu trúc của một bộ khuếch đại quang sợi EDFA:
Phụ thuộc và vị trí trong mạng quang, EDFA được chia thành: khuếch đại công suất OBA, khuếch đại đường quang OLA và tiền khuếch đại OPA
OBA là thiết bị EDFA có công suất bão hòa lớn được sử dụng ngay sau
Tx giúp tăng cường công suất tín hiệu Với công suất ra cao, tạp âm ASE có thể được bỏ qua, do đó BA không cần yêu cầu nghiêm ngặt về bộ lọc tạp âm Tuy nhiên, công suất cao cũng có thể dẫn đến một số hiện tượng phi tuyến khi sử dụng BA.
Tín hiệu tới đựoc khuếch đại
Mức kích thích E 2 photon tới
Phân rã không bức xạ Mức siêu bền E3
Hình 2.12: Giản đồ năng lƣợng của Erbium
Hình 2.13: Cấu trúc một EDFA đơn tầng Đầu vào
Bộ cách li đầu ra nguồn bơm năng OAM có thể được tách riêng hoặc kết hợp với Tx BA có khả năng tích hợp với Tx, được gọi là OAT, hoặc hoạt động độc lập với Tx.
OPA là thiết bị EDFA với tạp âm rất thấp, giúp tăng cường độ nhạy thu khi đặt ngay trước bộ thu (Rx) Việc sử dụng PA góp phần nâng cao đáng kể độ nhạy thu Các chức năng OAM của PA có thể được tách riêng hoặc kết hợp.
Để giảm thiểu tạp âm ASE, việc sử dụng bộ lọc quang băng hẹp với khả năng điều chỉnh bước sóng trung tâm là rất quan trọng Bộ khuếch đại công suất (PA) có thể được tích hợp vào bộ thu (Rx), tạo thành OAR, hoặc hoạt động tách biệt với Rx.
OLA là thiết bị EDFA với tạp âm thấp, được sử dụng để tăng chiều dài khoảng lặp giữa các đoạn sợi quang Tùy thuộc vào chiều dài tuyến, OLA có thể thay thế một phần hoặc toàn bộ các trạm lặp Hệ thống sử dụng OLA cần một kênh thông tin riêng để giám sát và điều khiển thiết bị Kênh giám sát (OSC) phải được đặt xa bước sóng bơm và kênh tín hiệu để tránh ảnh hưởng lẫn nhau Tại mỗi OLA, kênh này sẽ chèn thêm thông tin mới về trạng thái và cảnh báo, sau đó phát lại vào đường truyền Mặc dù lý thuyết cho phép đạt khoảng cách truyền dẫn lớn bằng cách thêm OLA, nhưng việc có nhiều OLA liên tiếp có thể làm giảm chất lượng hệ thống do tích lũy tạp âm, phụ thuộc vào tổng hệ số khuếch đại, và các hiệu ứng phi tuyến, dẫn đến thu hẹp dải phổ khuếch đại.
Việc sử dụng các thiết bị khuếch đại quang như BA, LA, PA mang lại sự gia tăng đáng kể về quỹ công suất so với các thiết bị đầu cuối thông thường Với khả năng khuếch đại tốc độ và dạng tín hiệu, khuếch đại quang rất thuận tiện cho việc nâng cấp tuyến, cho phép tăng tốc độ hoặc bổ sung thêm kênh bước sóng.
Sử dụng khuếch đại quang giúp bù đắp suy hao trong hệ thống, nhưng điều này có thể dẫn đến việc hạn chế về tán sắc Để giảm thiểu ảnh hưởng của tán sắc, cần áp dụng một số phương pháp như sử dụng sợi bù tán sắc hoặc các nguồn phát có độ rộng phổ hẹp kết hợp với điều chế ngoài.
Do sự khác biệt trong đặc điểm của các loại thiết bị khuếch đại quang, mức ưu tiên sử dụng cho từng loại cũng khác nhau LA yêu cầu một kênh giám sát riêng và việc thêm các điểm trung gian làm cho bảo trì trở nên phức tạp, vì vậy LA chỉ được sử dụng khi BA và PA không đáp ứng đủ công suất Việc sử dụng BA và PA để tăng quỹ đạo công suất là giải pháp đơn giản hơn Mặc dù PA có cấu hình phức tạp hơn BA do cần bộ lọc quang băng hẹp để loại bỏ tạp âm ASE, nhưng BA vẫn được ưu tiên sử dụng hơn.
Một trong những hạn chế của EDFA trong hệ thống WDM là sự không đồng đều của phổ khuếch đại, dẫn đến việc các bước sóng khác nhau được khuếch đại với các hệ số khác nhau Đặc biệt, sự tồn tại của đỉnh khuếch đại tại các bước sóng cụ thể gây ra ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của hệ thống.
Khi sử dụng nhiều bộ khuếch đại EDFA liên tiếp trên tuyến truyền, sẽ xuất hiện một đỉnh khuếch đại mới tại bước sóng 1558 nm Điều này dẫn đến việc dải phổ khuếch đại bị thu hẹp, có thể giảm từ 35 nm xuống còn 10 nm hoặc ít hơn, tùy thuộc vào số lượng bộ khuếch đại quang được sử dụng.
Hiện nay, để cân bằng hệ số khuếch đại của EDFA có thể sử dụng một số phương pháp sau:
Bộ xen/rẽ kênh quang OADM
OADM là thiết bị quan trọng trong hệ thống ghép kênh phân chia theo bước sóng, giúp hạ kênh bước sóng từ sợi quang xuống, định tuyến tín hiệu sang mạng khác, hoặc thêm nhiều bước sóng vào luồng tín hiệu quang đang truyền trên sợi quang.
OADM là một node mạng quan trọng trong hệ thống DWDM, giúp tăng tính linh hoạt và đơn giản hóa mạng quang DWDM với nhiều cấu hình khác nhau.
OADM (Add Drop Multiplexer quang) có chức năng tương tự như bộ ghép kênh tách nhập ADM trong mạng SDH, nhưng thao tác trực tiếp với tín hiệu quang Tại các node OADM, dữ liệu cần tách hoặc ghép được truy cập bằng cách lọc một số bước sóng quang từ luồng tín hiệu đa bước sóng trên sợi quang Các node OADM được chia thành hai loại: OADM tĩnh, nơi thực hiện việc xen/rẽ các bước sóng cố định, và OADM động, cho phép chọn tín hiệu quang dựa trên nhu cầu với các bước sóng xen/rẽ nhau.
Hầu hết các chức năng chính của mạng quang được thực hiện tại node OADM, bao gồm các phần tử như modul xen/rẽ bước sóng điều chỉnh, modul bù tán sắc theo từng kênh DEM, và thiết bị giám sát quang OPM Mỗi modul sử dụng sợi cách tử Bragg hoặc các phần tử dẫn sóng AWG, mang lại ưu điểm về suy hao thấp và thiết bị tích hợp nhỏ gọn.
Thiết bị OADM cho phép xen/rẽ một hoặc nhiều kênh bước sóng đồng thời, và trong tương lai, khi lớp chuyển mạch định tuyến chuyển sang lớp quang, OADM sẽ cần chuyển từ cấu hình tĩnh sang cấu hình động Điều này giúp chuyển luồng số giữa các bước sóng khác nhau khi mạng gặp sự cố, từ đó tránh mất thông tin Ngoài ra, việc chuyển đổi bước sóng còn giúp cân bằng lưu lượng giữa các nhánh mạng, nâng cao hiệu quả truyền thông tổng thể.
Các kỹ thuật hiện nay trong OADM chủ yếu sử dụng bộ lọc điện môi mỏng, bộ lọc quang âm điều chỉnh, bộ dịch pha định tuyến bước sóng AWG, và sợi cách tử Bragg.
Với các bộ lọc điện môi, thiết bị OADM có thể đạt khoảng cách giữa các kênh lên đến 100 GHz, nhưng chưa đáp ứng được khoảng cách kênh 50 GHz Mặc dù bộ lọc quang âm có ưu điểm về phạm vi điều chỉnh bước sóng rộng, nhưng chúng lại bị hạn chế bởi các đặc tính kỹ thuật.
Hình 2.14: Sơ đồ vị trí các thiết bị trong một node OADM
Tín hiệu DWDM tới nút tiếp theo
Mặc dù bộ giải điều chế (demultiplexer) và bộ điều chế (multiplexer) có ưu điểm cho hệ thống mật độ kênh cao, nhưng chúng vẫn gặp phải vấn đề về suy hao xen lớn và băng thông chưa hoàn hảo Trong khi đó, cách tử Bragg nổi bật như một giải pháp tiềm năng cho các thiết bị OADM với khoảng cách kênh 50 GHz, nhờ vào khả năng suy hao thấp và đặc tính lọc phổ tương đối tốt.
Module OPM (Optical Performance Monitor) có chức năng đo đạc các thông số quan trọng của kênh như bước sóng làm việc, công suất, tỷ số S/N, số lượng kênh hoạt động, khoảng cách giữa các kênh độ khuếch đại và độ gợn khuếch đại Mục đích của OPM là giám sát và thông báo cho module điều khiển để điều chỉnh các thông số cho phù hợp OPM hoạt động như một máy phân tích quang phổ, thực hiện phân tích và đo phổ của nguồn tín hiệu Để đảm bảo độ tin cậy và tốc độ phân tích cao, OPM cần cung cấp các bản tin phản ánh chính xác tình trạng của mạng, do đó, việc thiết kế OPM trong mạng là vô cùng quan trọng.
Bộ kết nối chéo quang OXC
Điểm node OXC có chức năng tương tự như thiết bị DXC trong mạng SDH, nhưng thực hiện nối chéo tín hiệu trên miền quang mà không cần chuyển đổi quang điện, giúp tăng tốc độ xử lý và đáp ứng nhu cầu mạng thông tin tốc độ cao Điều này mở ra nhiều dịch vụ mới, mang lại lợi ích cho cả nhà cung cấp và khách hàng Điểm node OXC được chia thành OXC tĩnh và OXC động; OXC tĩnh có trạng thái nối vật lý cố định, dễ thực hiện công nghệ, trong khi OXC động cho phép thay đổi trạng thái nối theo yêu cầu, mặc dù khó khăn hơn về mặt công nghệ.
Tại điểm node OXC, kỹ thuật biến đổi bước sóng đóng vai trò quan trọng trong việc giảm nghẽn mạng, thực hiện kết nối định tuyến ảo và tối ưu hóa tài nguyên băng tần của sợi quang.
Sự phát triển của mạng quang DWDM yêu cầu định tuyến bước sóng quang động, cho phép thay đổi cấu hình mạng linh hoạt mà vẫn duy trì tính "trong suốt" Chức năng này được thực hiện thông qua các bộ đấu nối chéo quang OXC, bao gồm hai loại: OXC chuyển mạch không gian và OXC định tuyến bước sóng.
Cấu trúc OXC chuyển mạch không gian có N cổng vào, mỗi cổng tiếp nhận tín hiệu DWDM với M kênh bước sóng Tín hiệu này được bộ tách bước sóng chia thành các bước sóng riêng biệt và phân phối tới M bộ chuyển mạch quang Mỗi bộ chuyển mạch nhận N tín hiệu đầu vào cùng bước sóng và có khả năng xen/rẽ các kênh đặc thù Các tín hiệu sau đó được chuyển đến đầu ra tương ứng, tạo thành M bước sóng để hình thành một đường tín hiệu DWDM Để hoạt động hiệu quả, mỗi OXC cần N bộ ghép sóng, N bộ tách sóng quang và (N+1)x(N+1) bộ chuyển mạch quang, thường là ống dẫn sóng với N đầu vào và N đầu ra.
Hình 2.16: OXC với ma trận chuyển mạch N x N
Cấu trúc OXC hoạt động dựa trên nguyên tắc chuyển đổi bước sóng quang, trong đó tín hiệu quang từ một sợi được phân chia thành nhiều nhánh tương ứng với số kênh quang cần lấy ra Các tín hiệu này sau đó được chuyển đến bộ chuyển mạch quang để lựa chọn tín hiệu cần thiết Cuối cùng, tín hiệu được chọn sẽ đi qua bộ lựa chọn bước sóng, tách ra các kênh quang yêu cầu và đưa vào đúng bước sóng quang để ghép đầu ra.
Khối bù tán sắc
Suy hao sợi và tán sắc là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khoảng cách truyền trong hệ thống thông tin quang Trong quá trình truyền dẫn quang, hiệu ứng tán sắc tăng theo độ dài và độ rộng phổ của nguồn sáng, dẫn đến hiện tượng méo xung Để khắc phục vấn đề này, thiết bị bù tán sắc được sử dụng nhằm cung cấp một mức tán sắc tương ứng và ngược lại, giúp điều chỉnh sự giãn xung của ánh sáng.
Sợi bù tán sắc (DCF - Dispersion Compensate Fiber) là loại sợi đặc biệt có hệ số tán sắc không âm ở bước sóng 1550 nm, đạt khoảng 80 ps/(nm.km) Với đặc tính này, 1 km sợi DCF có khả năng bù tán sắc cho 5 km sợi đơn mode, trong khi hệ số tán sắc của sợi đơn mode chỉ là 17 ps/(nm.km).
Hệ số tán sắc của sợi DCF cũng thay đổi theo tần số như sợi SFM, do đó
Hình 2.17: Bộ kết nối chéo chuyển mạch không gian
Sợi DCF không thể đạt được khả năng bù tán sắc tốt nếu dải tần số không được mở rộng Hơn nữa, suy hao của sợi DCF là khoảng 0,6 dBm/km, cao hơn so với sợi SFM.
Các loại sợi quang sử dụng trong công nghệ DWDM
Sợi quang đơn mode G.652 hiện nay được sử dụng phổ biến, còn được gọi là sợi đơn mode không thay đổi vị trí tán sắc, hoạt động hiệu quả ở hai cửa sổ truyền dẫn 1310 nm và 1550 nm Ở cửa sổ 1310 nm, G.652 có tán sắc nhỏ nhất khoảng 0 ps/(nm.km) nhưng suy hao tương đối lớn Ngược lại, tại cửa sổ 1550 nm, sợi này có suy hao nhỏ nhất là 0.19 dB/km, tuy nhiên hệ số tán sắc lại tương đối lớn, khoảng 20 ps/(nm.km), với chỉ số PMD nhỏ hơn 0.1 ps/(nm.km).
Hệ thống DWDM với tốc độ mỗi kênh 2.5 Gbps hoạt động hiệu quả, nhưng khi tốc độ mỗi kênh vượt quá 10 Gbps, việc sử dụng sợi quang G.652 trở nên không khả thi.
Để xây dựng tuyến thông tin quang tốc độ cao với cự ly dài, cần sử dụng sợi quang có suy hao và tán sắc tối ưu tại một bước sóng nhất định Hiện nay, việc thay đổi mặt cắt chiết suất cho phép chế tạo sợi tán sắc dịch chuyển, tức là sợi có tán sắc và suy hao tối ưu tại cùng một bước sóng Sợi G.652 có tán sắc lớn trong dải sóng từ 1500 - 1600 nm, do đó khó áp dụng trong hệ thống DWDM tốc độ cao Trong khi đó, sợi dịch chuyển tán sắc DSF hay còn gọi là sợi G.653, có khả năng dịch chuyển vùng tán sắc bằng không từ 1310 nm.
Tại bước sóng 1550 nm, tán sắc trong sợi quang là nhỏ nhất, giúp G.653 hoạt động hiệu quả trong dải sóng từ 1500 - 1600 nm Tuy nhiên, trong hệ thống DWDM với mật độ kênh bước sóng cao, sợi quang DSF lại gặp phải hiệu ứng phi tuyến nghiêm trọng, đặc biệt là hiệu ứng trộn bốn bước sóng, dẫn đến việc ít được sử dụng trong các ứng dụng DWDM tốc độ siêu cao.
Hệ số suy hao của sợi quang DSF thường dưới 0.5 dB/km ở bước sóng 1550nm, với độ phân giải khoảng 20 ps/(nm.km), trong khi ở bước sóng 1300nm, hệ số này nhỏ hơn 3.5 ps/(nm.km) Bước sóng cắt thường nằm dưới 1270nm.
Sợi quang G.654 là loại đơn mode với đặc điểm nổi bật là suy hao thấp ở bước sóng 1550 nm nhờ vào lõi làm từ silic nguyên chất Mặc dù có khả năng truyền tải các kênh công suất cao, sợi này vẫn gặp phải tán sắc lớn tại bước sóng 1550 nm, trong khi điểm tán sắc bằng không nằm ở bước sóng 1310 nm G.654 chủ yếu được sử dụng trong các tuyến cáp quang biển có cự ly lớn.
G.655 hay còn gọi là sợi quang dịch chuyển tán sắc khác không (NZ- DSF), điểm tán sắc bằng không của nó không nằm ở 1550 nm mà dịch tới
Giá trị tán sắc trong khoảng 1548 - 1565 nm dao động từ 1 - 4 ps/(nm.km), đảm bảo tán sắc không bằng không và vẫn giữ được mức tán sắc tương đối nhỏ, với dải sóng 1570 nm hoặc gần 1510 - 1520 nm.
Sợi quang G.655 kết hợp ưu điểm của sợi G.652 và G.653, đồng thời khắc phục nhược điểm của chúng như tán sắc và hiệu ứng phi tuyến "trộn bốn bước sóng" Với G.655, các hiệu ứng phi tuyến như FWM, XPM và FPM được giảm thiểu tối đa, làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho hệ thống DWDM siêu tốc Mặc dù giá thành còn cao, nhưng sợi NZ-DSF giúp giảm thiểu bộ bù tán sắc trong hệ thống.
Có hai loại sợi quang chính: sợi NZ-DSF, với dịch chuyển vùng tán sắc không tới trước bước sóng 1550 nm, và sợi NZ+, với dịch chuyển vùng tán sắc không tới sau bước sóng 1550 nm.
Sợi quang NZ-DSF có khả năng truyền dẫn với tốc độ tối thiểu 80 Gbps, cho thấy đây là lựa chọn lý tưởng cho việc thiết kế các tuyến truyền dẫn tốc độ cao và cự ly dài.