Đồ án Công nghệ ghép kênh quang WDM

Truyền dẫn dung lượng cao theo hướng sử dụng công nghệ WDM đang có một sức hút mạnh đối với các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông hàng đầu thế giới. Đã có hàng loạt tuyến truyền dẫn đang vận hành và khai thác theo công nghệ này, bởi vì chi phí đầu tư và tính ổn định của nó có nhiều điểm hơn hẳn so với ghép kênh truyền thống TDM, nhất là khi mà nhu cầu về dung lượng ngày càng cao như hiện nay. Khi nâng cấp một hệ thống thông tin quang theo công nghệ WDM, có rất nhiều vấn đề cần phải xem xét, như nhu cầu về dung lượng, cấu hình hợp lý và cấu hình tối ưu . Mỗi một mục nhỏ trong bản đồ án này đều là một bài toán kỹ thuật, đòi hỏi phải có một giải pháp tối ưu và toàn diện. Vấn đề về mật độ ghép bước sóng, mặc dù ITU-T đã ban hành chuẩn về tần số và khoảng cách ghép giữa các kênh, nhưng nó đã trở nên lạc hậu so với các công nghệ tách/ghép bước sóng hiện nay, khi mà khoảng cách ghép giữa các bước sóng trong hệ thống WDM đã giảm xuống chỉ còn 25 GHz. Công nghệ khuếch đại quang sợi ra đời, đã mở ra một chặng mới cho thông tin quang nói chung và cho thông tin WDM nói riêng, giải quyết được vấn đề về suy hao, quỹ công suất mà không cần các bộ lặp 3R cồng kềnh, chi phí lớn và chỉ đáp ứng được tốc độ thông tin thấp. Thêm vào đó, các module bù tán sắc DCM được “nhúng” vào các thiết bị WDM, đã làm cho hệ thống WDM càng có thêm nhiều hứa hẹn. Khi đó mỗi kênh bước sóng có thể đạt đến tốc độ 10 Gbit/s hoặc hơn nữa, nhờ vậy có thể đạt được tốc độ Tbit/s trên một sợi đơn mode SSMF thông thường. Với thời gian nghiên cứu và tìm hiểu thực tế mạng lưới, cũng như tìm hiểu công nghệ mới WDM còn hạn chế, những gì được đề cập trong bản luận văn này thực sự rất nhỏ bế, mới chỉ mang tính chất tìm hiểu, tập dượt. Công nghệ truyền dẫn WDM thực tế chưa được triển khai ở nước sta, lại là một công nghệ còn mới, đang ở thời kỳ mà có thể có nhiều đột biến về các giải pháp, công nghệ cho từng thiết bị.

doc93 trang | Chia sẻ: tuandn | Ngày: 29/04/2013 | Lượt xem: 3009 | Lượt tải: 26download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đồ án Công nghệ ghép kênh quang WDM, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
LỜI NÓI ĐẦU PHẦN I - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG SỢI 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG SỢI 1.2. PHÂN LOẠI HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 1.2.1. Phân loại theo dạng tín hiệu 1.2.2. Phân loại theo phương pháp điều biến và giải điều biến tín hiệu quang 1.2.3. Phân loại theo tốc độ và cự ly truyền dẫn 1.3. CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 1.3.1. Sợi quang 1.3.2. Thiết bị phát quang 1.3.3. Thiết bị thu quang 1.3.4 Các trạm lặp 1.3.5 Các trạm xen/rẽ kênh 1.4 CÁC THAM SỐ CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG a. Các tham số điện quang b. Các tham số quang c. Độ tổn hao của tuyến d. Độ rộng băng tần của tuyến 1.5. GIỚI THIỆU MỘT SỐ LOẠI SỢI QUANG MỚI a. Nguyên tắc tạo sợi quang mới b. Các loại sợi quang mới PHẦN 2 - CÔNG NGHỆ GHÉP KÊNH QUANG THEO BƯỚC SÓNG WDM CHƯƠNG I: CƠ SỞ KỸ THUẬT WDM I.1. Giới thiệu I.2. Các công nghệ dùng trong mạng thông tin quang .2.1. TDM (Time Division Multiplexing) I.2.2. SONET/SDH I.2.3. Gigabit Ethernet I.3. Hệ thống thông tin quang nhiều kênh I.4. Nguyên lý cơ bản của hệ thống WDM I.4.1. Định nghĩa I.4.2. Giới thiệu nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng a. Truyền dẫn hai chiều trên hai sợi b. Truyền dẫn hai chiều trên một sợi I.4.3 Mục đích I.5 Ưu điểm và nhược điểm của công nghệ WDM CHƯƠNG II: CÁC THIẾT BỊ QUANG THỤ ĐỘNG TRONG WDM I. CÁC THIẾT BỊ WDM VI QUANG I.1. Các bộ lọc trong thiết bị WDM a. Bộ tách hai bước sóng b. Bộ tách lớn hơn hai bước sóng c. Thiết bị kết hợp ghép và tách bước sóng (MUX-DMUX) I.2.Thiết bị WDM làm việc theo nguyên lý tán sắc góc I.2.1. Dùng lăng kính làm phần tử tán sắc góc I.2.2. Dùng cách tử làm phần tử tán sắc góc II. CÁC THIẾT BỊ WDM GHÉP SỢI III. MỘT SỐ KỸ THUẬT KHÁC ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG GHÉP WDM III.1. Bộ ghép bước sóng dùng công nghệ phân phối chức năng quang học SOFT III.1.1. Nguyên lý chung III.1.2. Bộ ghép nhân kênh dùng cách tử III.1.3. Ứng dụng thiết kế bộ ghép n bước sóng III.2. AWG và những nét mới về công nghệ trong thiết bị WDM CHƯƠNG 3:NHỮNG VẤN ĐỀ KỸ THUẬT CẦN QUAN TÂM ĐỐI VỚI HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM I. SỐ KÊNH ĐƯỢC SỬ DỤNG VÀ KHOẢNG CÁCH GIỮA CÁC KÊNH. a. khả năng công nghệ hiện có đối với các thành phần quang của hệ thống, cụ thể là b. khoảng cách giữa các kênh, một số yếu tố ảnh hưởng đến khoảng cách này là II. VẤN ĐỀ ỔN ĐINH BƯỚC SÓNG CỦA NGUỒN QUANG VÀ YÊU CẦU ĐỘ RỘNG PHỔ CỦA NGUỒN PHÁT a) Ổn định bước sóng của nguồn quang Yêu cầu độ rộng phổ của nguồn phát III. XUYÊN NHIỄU GIỮA CÁC KÊNH TÍN HIỆU QUANG IV. SUY HAO - QUỸ CÔNG SUẤT CỦA HỆ THỐNG WDM V. TÁN SẮC - BÙ TÁN SẮC VI. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC HIỆU ỨNG PHI TUYẾN VI.1. Hiệu ứng SRS (Stimulated Raman Scattering) VI.2. Hiệu ứng SBS (Stilmulated Brillouin Scattering) VI.3. Hiệu ứng SPM (Self Phase Modulation) VI.4. Hiệu ứng XPM (Cross Phase Modulation) VI.5. Hiệu ứng FWM (Four Wave Mixing) VI.6. Phương hướng giải quyết ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến VII. BỘ KHUẾCH ĐẠI EDFA VÀ MỘT SỐ VẤN ĐỀ KHI SỬ DỤNG EDFA TRONG MẠNG WDM VII.1. Tăng ích động có thể điều chỉnh của EDFA VII.2. Tăng ích bằng phẳng của EDFA VII.3. Tích luỹ tạp âm khi sử dụng bộ khuếch đại EDFA PHẦN 3 - TRIỂN KHAI TRUYỀN DẪN WDM TRÊN TUYẾN CÁP QUANG TRỤC BẮC NAM 3.1. DỰ BÁO NHU CẦU VỀ DUNG LƯỢNG TUYẾN THÔNG TIN QUANG 3.1.1 Kết quả dự báo nhu cầu thoại giai đoạn 2006 – 2010 3.1.2 Kết quả dự báo nhu cầu phi thoại giai đoạn 2006 – 2010 3.1.3. Kết luận 3.2. KHẢO SÁT CẤU HÌNH CĂP QUANG TRỤC BẮC NAM 3.2.1. Cấu hình tuyến 3.2.2 Kết nối giữa các Ring – Cấu hình dự phòng 3.3. THAM KHẢO MẠNG ĐƯỜNG TRỤC (BACK BONE NETWORK) 3.4. ĐỀ XUẤT LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TĂNG DUNG LƯỢNG 3.4.1. Phương án 1: Tăng dung lượng bằng ghép kênh TDM 3.4.2. Phương án 2: Tăng dung lượng bằng ghép kênh TDM kết hợp với ghép 2 bước sóng WDM 3.4.3. Phương án 3: Tăng dung lượng bằng ghép kênh WDM 8 bước sóng STM – 16 3.4.4. Đánh giá và lựa chọn phương án 3.5. XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN TĂNG DUNG LƯỢNG THEO PHƯƠNG ÁN LỰA CHỌN 3.5.1. Khoảng cách kênh bước sóng được ghép 3.5.2. Giải pháp đói với trạm lặp khi nâng cấp tuyến 3.5.3. Mô hình tham chiếu hệ thống WDM và tính toán các thông số kỹ thuật cho thiết bị 3.5.4. Đặc điểm lưu lượng và phương án phân bổ bước sóng 3.5.5. Xây dựng cấu hình cụ thể tuyến truyền dẫn Bắc Nam a. Đề xuất b. RING 1 c. RING 2 d. RING 3 e. RING 4 KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO LỜI NÓI ĐẦU Dưới sự lãnh đạo của Đảng, toàn Đảng, toàn dân ta đang phấn đấu thi đua thực hiện công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước. Bằng việc đi tắt đón đầu những công nghệ mới, tiên tiến trên thế giới, công nghệ thông tin, điện tử viễn thông là những hướng phát triển tiên phong góp phần đưa đất nước ta hướng tới một xã hội thông tin. Nghĩa vụ và trách nhiệm của một sinh viên sắp ra trường thật không nhỏ, vì đối với họ vận hội, và thách thức đang mở ra ở phía trước. Với nhận thức ấy, quyển đồ án tốt nghiệp này là báo cáo tổng kết một phần kiến thức Khoa học Công nghệ về chuyên ngành Điện tử Viễn thông mà em được đào tạo sau gần 5 năm học tập tại trường Đại học. Đồ án trình bày về công nghệ mới: công nghệ ghép kênh theo bước sóng quang WDM (Wavelength Division Multiplexing) và các ứng dụng của nó trong việc phát triển mạng thông tin quang nhằm tăng dung lượng truyền dẫn của mạng, đáp ứng được nhu cầu phát triển của các dịch vụ trong tương lai. Chuẩn bị trở thành một kỹ sư, với những kiến thức bổ ích, sâu rộng về chuyên ngành điện tử - viễn thông như ngày hôm nay, đó là do em đã được sự dìu dắt, giúp đỡ của các thầy cô giáo trong khoa công nghệ, các thầy cô giáo tại Đại Học Bách Khoa Hà Nội, nhất là công lao hướng dẫn của thầy giáo TS. Phạm Văn Bình Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô và bạn bè đã giúp đỡ em rất nhiều trong qúa trình hoàn thành quyển đồ án này. Em mong rằng sẽ nhận được nhiều đóng góp của các thầy cô và bạn bè cho quyển đồ án, để các nghiên cứu sâu hơn sau này đạt kết quả tốt hơn nữa.Và em cũng rất mong rằng vẫn tiếp tục nhận được sự dìu dắt và giúp đỡ quý báu đó trong quá trình công tác và học tập sau khi tốt nghiệp. Sinh viên: Đỗ Đình ngọc PHẦN I - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG SỢI 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG SỢI. * Các hệ thống thông tin thực hiện chức năng truyền tin tức từ nơi này đến nơi khác. Thông tin thường được truyền đi nhờ các sóng mang có tần số có thể từ vài MHz đến hàng trăm THz. Với thông tin quang từ các tần số có mang tải thông tin cao cỡ 100THz, trong dải ánh sáng nhìn thấy hoặc dải hồng ngoại. * Về cơ bản tổ chức hệ thống thông tin quang cũng tương tự như hệ thống thông tin khác như vô tuyến, viba, cáp kim loại và vệ tinh chỉ khác ở các hệ thống con về phía phần quang và môi trường truyền dẫn. Một hệ thống thông tin quang bao gồm: phần phát quang, phần truyền dẫn quang, phần thu quang. Cấu hình hệ thống thông tin quang được mô tả như Hình 1.1  Phần phát quang bao gồm nguồn phát quang và các mạch điều khiển phát quang. Phần thu quang bao gồm bộ tách sóng quang, mạch khuếch đại điện và mạch khôi phục tín hiệu. Phần truyền dẫn quang bao gồm sợi quang, các bộ nối, bộ chia, các trạm lặp, các trạm tách và gộp quang. Các nguồn quang cơ bản sử dụng trong hệ thống thông tin cáp sợi quang có thể là Diode Laser (LD) hoặc Diode phát quang (LED). Tín hiệu quang phát ra từ LD hoặc LED có các tham số biến đổi tương ứng với biến đổi của tín hiệu điện vào. Tín hiệu điện vào có thể phát ở dạng số hoặc tương tự. Thiết bị phát quang sẽ thực hiện biến đổi tín hiệu điện vào thành tín hiệu quang tương ứng bằng cách biến đổi dòng vào qua các nguồn phát quang. Bước sóng ánh sáng của nguồn phát quang phụ thuộc chủ yếu vào vật liệu chế tạo phần tử phát. Ví dụ GaalAs phát ra bức xạ vùng bước sóng 800 nm đến 900 nm, InGaAsP phát ra bức xạ ở vùng 1100 nm đến 1600 nm. Tín hiệu quang sau khi đã được điều chế ở khối nguồn phát sẽ lan truyền dọc theo sợi dẫn quang. Trong quá trình lan truyền, tín hiệu quang có thể bị suy hao và méo dạng qua các bộ ghép nối, mối hàn sợi và trên sợi do các yếu tố hấp thụ, tán xạ, tán sắc. Độ dài của tuyến truyền dẫn tuỳ thuộc vào mức suy hao sợi quang theo bước sóng. Sợi quang được làm từ SiO2 và có ba cửa sổ truyền dẫn ứng với các bước sóng 850 nm, 1300 nm và 1550 nm. Suy hao tại 3 vùng cửa sổ bước sóng trên là thấp nhất. Vì vậy truyền dẫn qua sợi quang chủ yếu là sử dụng các bước sóng ở cửa sổ này. Khi khoảng cách truyền dẫn dài, tín hiệu quang bị suy giảm nhiều thì cần phải đặt thêm các trạm lặp quang để khuếch đại tín hiệu. trạm lặp gồm các thiết bị thu, biến đổi quang - điện, khuếch đại điện và biến đổi điện - quang và tiếp tục truyền vào sợi quang. Các trạm lặp này có thể thay thế bằng các bộ khuếch đại quang. Phần thu quang gồm các bộ tách sóng quang, kênh tuyến tính và kênh phục hồi. Nó tiếp nhận tín hiệu quang, tách lấy tín hiệu thu được từ phía phát, biến đổi thành tín hiệu điện theo yêu cầu cụ thể. Trong phần này thường sử dụng các photodiode PIN hoặc APD. Yêu cầu quan trọng nhất đối với bộ thu quang là công suất quang phải nhỏ nhất (độ nhạy quang) có thể thu được ở một tốc độ truyền dẫn số nào đó ứng với tỷ lệ lỗi bít (BER) cho phép. 1.2. PHÂN LOẠI HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG. 1.2.1. Phân loại theo dạng tín hiệu. Tuỳ theo dạng tín hiệu điện đưa vào điều biến nguồn quang là tín hiệu tương tự hay tín hiệu số mà ta có: + Hệ thống thông tin quang tương tự + Hệ thống thông tin quang số Tuy nhiên mạng thông tin hầu như đã được số hóa nên chủ yếu hiện nay sử dụng hệ thống thông tin quang số chỉ còn một số mạng đặc thù là vẫn còn dùng hệ thống thông tin quang tương tự. Ví dụ như hệ thống truyền hình cáp. 1.2.2. Phân loại theo phương pháp điều biến và giải điều biến tín hiệu quang. Theo nguyên lý điều chế quang ở đầu phát và tách tín hiệu quang ở đầu thu có thể phân chia làm 2 loại hệ thống truyền dẫn quang: + Hệ thống thông tin quang kết hợp (Coherent): hệ thống này sử dụng phương pháp điều chế gián tiếp nguồn quang, ở đầu phát luồng tín hiệu điện đưa đến điều chế nguồn bức xạ quang đơn sắc trong bộ điều chế ngoài, ở đầu thu thực hiện kỹ thuật thu đổi tần. Tín hiệu quang thu được đưa vào bộ trộn quang trộn với tín hiệu dao động nội rồi đưa đến bộ tách sóng quang để lấy ra tín hiệu IF, sau đó thực hiện giải điều chế khôi phục lại tín hiệu cần phát đi. + Hệ thống điều chế cường độ - tách sóng trực tiếp (IM/DD): ở đầu phát các tín hiệu điện thực hiện điều chế trực tiếp cường độ bức xạ quang của nguồn quang. Phía đầu thu photodiode thực hiện tách sóng trực tiếp tín hiệu quang nhận được thành tín hiệu băng gốc đã truyền đi. 1.2.3. Phân loại theo tốc độ và cự ly truyền dẫn. + Hệ thống có dung lượng truyền dẫn nhỏ tốc độ 8Mb/s hoặc hệ thống có dung lượng truyền dẫn trung bình tốc độ 34Mb/s, sử dụng trên mạng trung kế giữa các tổng đài, trên mạng thuê bao ISDN và mạng LAN. + Hệ thống có dung lượng truyền dẫn lớn với tốc độ truyền dẫn đến 140Mb/s. + Hệ thống có dung lượng truyền dẫn rất lớn, tốc độ truyền dẫn lớn hơn 140Mb/s sử dụng cho các hệ thống thông tin đường dài, trong mạng lõi. 1.3. CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG. 1.3.1. Sợi quang. a. Cấu tạo, phân loại sợi quang. Sợi quang là những sợi nhỏ trong suốt được chế tạo từ sợi thuỷ tinh hoặc sợi tổng hợp để truyền ánh sáng. Cấu trúc của các loại sợi quang cho trong Hình 1.2. Tuỳ theo cấu trúc, đặc tính truyền dẫn của sợi quang có thể phân loại sợi quang theo nhiều cách khác nhau.  Hình 1.2 Cấu trúc sợi quang Phân loại theo vật liệu chế tạo sợi quang: sợi quang làm bằng thuỷ tinh thạch anh, sợi quang làm thuỷ tinh hỗn hợp, sợi quang làm bằng chất dẻo. Phân loại theo phân bố chiết suất: chiết suất nhẩy bậc, chiết suất biến đổi. Phân loại theo mode truyền lan: sợi đơn mode, sợi đa mode [6]. Trong hệ thống thông tin đường trục sợi quang thường được sử dụng là loại sợi đơn mode chiết suất bậc (SMSI). Để có được sợi đơn mode phải thoả mãn điều kiện sau: V < 2.045 Trong đó V= ., d là đường kính lõi sợi quang, là bước sóng truyền trong sợi quang. b. Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng.  Hình 1.3 Hiện tượng phản xạ toàn phần trong sợi quang Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang dựa trên hiện tượng phản xạ toàn phần của tia sáng tại mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt có chiết suất khác nhau. Khi cho một tia sáng đi từ môi trường có chiết suất n1 vào môi trường chiết suất n2 (n1>n2) thì tại mặt phân cách giữa hai môi trường xảy ra hiện tượng phản xạ và khúc xạ như Hình 1.3. Dựa vào hiện tượng phản xạ toàn phần mà ta có thể truyền ánh sáng đi trong lõi sợi quang với suy hao thấp, ở đây n1 là chiết suất của lõi sợi quang n2 là chiết suất của phần vỏ sợi quang. Quan hệ giữa góc tới, góc khúc xạ  với các chiết suất n1 và n2 tuân theo định luật khúc xạ (tia số 1) : n1.sin=n2.sin (1.1) Khi tăng góc tới  đến một giá trị  nào đó thì tia khúc xạ không đi vào môi trường có chiết suất n2 mà đi song song với mặt phân cách hai môi trường (tia số 2), góc  được xác định tương ứng với =90, do vậy: n1.sin= n2.sin=n2.sin900= n2  sin=n2/n1 (1.2) =arcsin(n2/n1) (1.3) Nếu tiếp tục tăng góc > thì chỉ còn tồn tại tia phản xạ và hiện tượng phản xạ toàn phần xảy ra (tia số 3), góc  gọi là góc tới hạn. Người ta ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần để truyền ánh sáng trong sợi quang khi đó ánh sáng truyền trong sợi quang phải phản xạ toàn phần liên tiếp trên mặt phân cách giữa lõi và vỏ của sợi quang. Để biểu diễn và phân tích sự truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang người ta có thể sử dụng phương pháp quang hình mặc dù nó chỉ mô tả một cách gần đúng hiện tượng. Chính xác nhất là sử dụng phương pháp quang sóng song rất phức tạp. Sự truyền dẫn ánh sáng trong sợi chiết suất nhảy bậc cho trong Hình 1.4  Hình 1.4 truyền sóng ánh sáng trong sợi SI Theo định luật khúc xạ ta có: n0.sin = n1.sin (1.4) Trong đó n0 là chiết suất của không khí, là góc tới, là góc khúc xạ, a là bán kính lõi sợi quang. Giả sử  là góc tới hạn, nếu > thì tia sáng đi vào lõi sợi quang sẽ phản xạ toàn phần và chỉ truyền trong lõi sợi quang mà không đi ra ngoài. Theo công thức 1.3 ta có = arcsin(n2/n1) khi đó góc khúc xạ tương ứng với góc tới hạn  là = 900 - . Do vậy góc tiếp nhận  tới hạn sẽ thoả mãn điều kiện: n0.sin = n1.sin = n1.sin(900 - ) = n1.cos => n0.sin = n1.cos(arcsin(n2/n1)) = = NA (1.5) Vì chiết suất của không khí n0 = 1, nên: NA= sin =  (1.6) NA được gọi là mặt mở số của sợi quang, góc tiếp nhận cực đại của sợi quang  sẽ tạo thành một hình nón trong đó các tia sáng đi vào tiết diện của sợi quang với góc > nằm ngoài hình nón sẽ không truyền trong lõi mà đi ra ngoài vỏ sợi quang. Như vậy chỉ các tia sáng nào nằm trong hình nón khi truyền vào sợi quang mới phản xạ toàn phần liên tiếp giữa lõi và vỏ và truyền dọc theo sợi quang theo đường dịch rắc .Gọi  là độ lệch chiết suất tương đối ta có: = (1.7) Thực tế n1 n2 và khi đó: =>NA=n1. (1.8) c. Đặc tính truyền dẫn của sợi quang. * Các mode trong sợi quang. Việc giải phương trình Maxwell cho ta xác định được các thành phần sóng ánh sáng truyền trong sợi quang. Nghiệm riêng của phương trình sóng gần đúng với các sóng ánh sáng truyền trong sợi quang và được gọi là các mode truyền trong sợi quang. Người ta chỉ quan tâm đến các mode truyền dẫn và mong muốn trong sợi quang chỉ tồn tại mode truyền dẫn. Trong một sợi quang có rất nhiều mode sóng có thể truyền lan. Số mode phụ thuộc vào đường kính lõi sợi quang, vào độ dài bước sóng và mặt mở số NA. Ta có thể xác định số cực đại mode trong sợi quang MMSI theo công thức sau [2] N = .V (1.9) * Tán sắc sợi quang. Khi truyền dẫn tín hiệu số qua sợi quang xuất hiện hiện tượng dãn rộng các xung ánh sáng ở đầu thu. Hiện tượng này gọi là tán sắc trong sợi quang. Độ tán sắc trên một đơn vị dài = (1.10) Trong đó L là chiều dài sợi quang, t1 là độ rộng xung vào ở mức  công suất, t2 là độ rộng xung ra ở mức  công suất. Các nguyên nhân gây nên hiện tượng tán sắc trong sợi quang có thể liệt kê như sau: - Tán sắc vật liệu. Trong thực tế chế tạo sợi quang chiết suất vật liệu không phải là hằng số mà là hàm số theo bước sóng mà n = n(). Nếu nguồn quang bức xạ phát ra ánh sáng đơn sắc với duy nhất bước sóng  thì không có sự lệch thời gian truyền dẫn giữa các phần của xung ánh sáng, chúng lan truyền cùng vận tốc ==const. Tuy nhiên LED và Laser diode thường bức xạ ra nhiều bước sóng khác nhau gây nên hiện tượng tán sắc vật liệu. Hình 1.5 mô tả ánh sáng bức xạ của LED và Laser diode.  Hình 1.5 Quan hệ P()/Pmax phụ thuộc vào  Độ dãn xung  bởi nguồn sáng có độ rộng phổ xác định  với bước sóng trung tâm  là:  = (1.11) Trong đó C là vận tốc ánh sáng trong chân không. - Tán sắc mode. Chỉ đáng kể ở sợi đa mode, tán sắc mode là do các thành phần sóng truyền theo các mode khác nhau qua sợi với khoảng thời gian khác nhau dẫn đến dãn rộng xung. Độ dãn xung đối với sợi MM-SI là: = (1.12) Độ dãn xung đối với sợi MM-GI là:  = (1.13) - Tán sắc đường truyền. Sự truyền dẫn các mode trong sợi phụ thuộc vào tỉ lệ d/. Các mode truyền dẫn với  khác nhau gây tán sắc. Khi d lớn dẫn đến tán sắc nhỏ. Khi d nhỏ một phần ánh sáng còn được dẫn trên vỏ sợi quang gây tán sắc lớn. Loại tán sắc này có ảnh hưởng lớn đến sợi SM-SI. - Tán sắc mặt cắt. Trong thực tế không chỉ chiết suất thay đổi theo  mà độ chênh chiết suất vỏ - lõi cũng biến đổi theo  gây tán sắc gọi là tán sắc mặt cắt. Độ dãn xung ra do tán sắc mặt cắt phụ thuộc vào loại chất phụ gia trong quá trình chế tạo sợi và phụ thuộc vào nguồn quang. * Suy hao sợi quang Suy hao sợi quang là một yếu tố làm ảnh hưởng tới chất lượng thu. Trong quá trình thiết kế và triển khai hệ thống người ta quan tâm tới suy hao trong sợi quang và suy hao do uốn cong sợi quang. - Suy hao trong sợi quang. Là suy hao do bản chất của sợi quang. Là tham số đóng vai trò quan trọng trong việc thiết kế hệ thống, xác định khoảng cách giữa phía phát và phía thu. Cơ chế suy hao trong sợi quang là suy hao do hấp thụ, suy hao do tán xạ và suy hao do bức xạ. Suy hao sợi thường được đặc trưng bằng hệ số suy hao  và được tính theo công thức sau: = (1.27) Trong đó L là chiều dài sợi dẫn quang, Pin là công suất quang đầu vào, Pout là công suất quang đầu ra,  được tính theo dB/km. Suy hao trong sợi quang chủ yếu phụ thuộc vào hấp thụ vật liệu và tán xạ Rayleigh. - Suy hao do hấp thụ vật liệu. Hấp thụ trong sợi quang là yếu tố quan trọng trong việc tạo nên bản chất suy hao của sợi quang. Hấp thụ chủ yếu do ba cơ chế gây như sau: + Hấp thụ do tạp chất + Hấp thụ do vật liệu chế tạo sợi + Hấp thụ cực tím hay còn gọi là hấp thụ điện tử - Suy hao do tán xạ. Do tính không đồng nhất trong lõi sợi gây ra mặc dù rất nhỏ. Đó là do có những thay đổi rất nhỏ của vật liệu, tính không đồng nhất về cấu trúc hoặc các khiếm khuyết trong quá trình chế tạo sợi quang. Ánh sáng truyền trong sợi quang bị tán xạ ra các hướng và gây ra tán xạ Rayleigh. Tán xạ Rayleigh chỉ có ý nghĩa khi bước sóng ánh sáng cùng cấp với kích thước của cơ cấu tán xạ. Suy hao Rayleigh tỉ lệ nghịch với mũ 4 c