CHệễNG 1: HEÄ THOÁNG THOÂNG TIN QUANG WDM
III. CÁC LINH KIỆN TRONG HỆ THỐNG WDM
4. Bộ ghép/tách kênh bước sóng
Bộ ghép/tách kênh bước sóng, cùng với bộ kết nối chéo quang, là thiết bị quan trọng nhất cấu thành nên hệ thống WDM. Khi dùng kết hợp với bộ kết nối chéo quang OXC (Optical Crossconnect) sẽ hình thành nên mạng truyền tải quang, có khả năng truyền tải đồng thời và trong suốt mọi loại hình dịch vụ, mà công nghệ hiện nay đang hướng tới. Tuy nhiên, trong khi thiết bị và công nghệ chuyển mạch quang nhìn chung vẫn còn đang ở mức nghiên cứu tại các phòng thí nghiệm thì các thiết ghép/tách kênh bước sóng đã được thương mại hoá rộng rãi. Về công nghệ chế tạo, công nghệ chế tạo bộ lọc (mà đã được trình bày chi tiết ở phần 3. Bộ lọc quang) và công nghệ chế tạo bộ tách/ghép kênh hoàn toàn giống nhau. Chỉ khác là bộ lọc thường chỉ có một bước sóng hoạt động, còn bộ tách/ghép kênh hoạt động trên nhiều kênh bước sóng liên tục. Bộ lọc chính là phần tử cơ bản cấu tạo nên bộ ghép/tách kênh nên phần này ta sẽ không đi sâu vào công nghệ chế tạo nữa.
a) Ðịnh nghĩa
Nguyên lý hoạt động của bộ MUX/DEMUX cũng tương tự như bộ Coupler.
Tuy nhiên, bộ Coupler/Splitter thực hiện ghép tách tín hiệu có cùng bước sóng, còn bộ MUX/DEMUX thực hiện ghép tách tín hiệu ở các bước sóng khác nhau. Sơ đồ khối bộ MUX/DEMUX cho trong hình 1.34 (a) và (b).
b) Ðặc tính
Bộ MUX/DEMUX thường được mô tả theo những thông số sau:
• Suy hao xen (Insertion Loss): đã mô tả ở phần coupler.
• Số lượng kênh xử lý: là số lượng kênh bước sóng ở đầu vào và đầu ra của bộ ghép/tách kênh. Thông số này đặc trưng cho dung lượng của thiết bị.
• Bước sóng trung tâm: Các bước sóng trung tâm phải tuân theo chuẩn của ITU-T để đảm bảo vấn đề tương thích.
• Băng thông: là độ rộng phổ (linewidth) của kênh bước sóng trên thực tế. Băng thông thường được tính là độ rộng của hàm truyền đạt công suất ở các mức cách đỉnh 1dB, 3dB, 20dB.
• Giá trị lớn nhất suy hao xen: được tính là khoảng cách nhỏ nhất giữa đỉnh của hàm truyền đạt công suất của một kênh bước sóng nào đó so với mức IL = 0 (dB) (minh họa trên hình 1.34 (c)).
• Ðộ chênh lệch suy hao xen vào giữa các kênh: được tính là hiệu của giá trị lớn nhất và nhỏ nhất suy hao xen vào giữa các kênh bước sóng.
Hình 1.34 Bộ tách/ghép kênh bước sóng quang. (a) Sơ đồ khối bộ ghép kênh bước sóng (MUX). (b) Sơ đồ khối bộ tách kênh bước sóng (DEMUX). (c) Các thông số đặc trưng của bộ MUX/DEMUX.
MUX DEMUX
0.8 nm Khoảng cách giữa các kênh bước sóng
Suy hao theâm vào cực đại BW 1dB
BW 3dB
BW 20dB
-40 -30 -20 -10 0
1540.56 1541.35
Suy hao thêm vào (dB)
(a) (b)
(c)
λ(nm)
1 2, ,...., n
λ λ λ λ λ1 2, ,....,λn λ1
λ2
λn
λ1
λ2
λn
c) Ghép tầng để tạo bộ ghép kênh dung lượng cao
Nhu cầu về dung lượng ngày càng cao trong khi công nghệ chế tạo sợi quang vẫn còn những giới hạn nhất định, làm hạn chế tốc độ truyền dẫn một kênh bước sóng.
Ðiều đó đòi hỏi phải tăng số lượng kênh bước sóng truyền trên một sợi quang, có nghĩa là số lượng kênh mà bộ MUX/DEMUX xử lý phải tăng lên. Trong khi công nghệ chế tạo phần tử cơ bản vẫn còn giới hạn ở một khoảng số lượng kênh bước sóng có thể xử lý nhất định thì giải pháp ghép tầng được xem là giải pháp hợp lý nhất.
Ghép tầng nối tiếp đơn kênh (Serial)
• Trong phương pháp này thực hiện ghép n tầng, mỗi tầng chỉ thực hiện ghép/tách một kênh bước sóng. Một ví dụ tiêu biểu là bộ DEMUX 8 kênh bước sóng, chế tạo từ các phần tử cơ bản là bộ lọc TFMF như đã trình bày trong hình 1.35.
• Ưu điểm lớn nhất của phương pháp ghép tầng nối tiếp là số bước sóng xử lý có thể thay đổi linh động bằng cách thêm/bớt số bộ lọc ghép vào.
• Nhược điểm chính là chỉ có thể tăng lên đến một số lượng bước sóng nào đó mà thôi, do suy hao xen sẽ tăng gần như tuyến tính với số lượng bộ lọc thêm vào.
Hình 1.35 Ghép tầng để tăng dung lượng ghép/tách các kênh bước sóng. (a) Ghép tầng theo từng băng sóng. (b) Ghép tầng đan xen chẵn lẻ.
Ghép một tầng (Single-Stage)
• Tất cả các bước sóng đều được tách đồng thời trong một tầng duy nhất. Ví dụ cho cấu trúc này là bộ lọc AWG (hình 1.27).
• Ưu điểm của phương pháp này suy hao xen nhỏ, tính đồng nhất của suy hao tốt hơn.
• Nhược điểm là số kênh được tách bị hạn chế do công nghệ sản xuất AWG.
Ghép tầng theo từng băng sóng (Multistage Banding)
• Phương pháp này thực hiện với n/m tầng, mỗi tầng thực hiện ghép/tách m kênh bước sóng thuộc cùng một băng sóng (thông thường m = 4 hoặc m = 8, số lượng kênh bước sóng trong một băng sóng là do nhà sản xuất thiết bị qui định) xem hình 1.35 (a). Như vậy, đòi hỏi bộ MUX/DEMUX ở tầng đầu phải có dải bước sóng hoạt động rất rộng.
• Ưu điểm: hạn chế được suy hao thêm vào m lần so với phương pháp ghép tầng nối tiếp. Cấu trúc này có thể mở rộng thêm nhiều tầng. Cấu trúc có dạng môđun nên ở tầng cuối cùng có thể chỉ dùng một băng
• Nhược điểm: phí phạm tài nguyên “bước sóng” do phải chừa khoảng cách rộng giữa các băng sóng.
Ghép tầng đan xen chẵn lẻ
• Có thể áp dụng với hai tầng hoặc nhiều hơn. Tầng đầu làm nhiệm vụ ghép/tách các kênh bước sóng chẵn, lẻ ra làm thành hai băng, đưa đến tầng hai. Tiếp theo, tầng hai có thể thực hiện chức năng tương tự như tầng một hoặc thực hiện ghép/tách riêng ra thành các kênh riêng lẻ, xem hình 1.35 (b).
• Ưu điểm của phương pháp này là càng về tầng cuối, không cần phải dùng các bộ lọc có độ chính xác cao do khoảng cách giữa các kênh bước sóng cần xử lý ở tầng sau sẽ càng rộng ra.