Hệ thống truyền thông quang học dùng bộ ghép nhiều bước sóng WDM

D. Bayart 
 267
Hệ thống truyền thông quang học 
dùng bộ ghép nhiều bước sóng WDM 
Dominique Bayart 
ALCATEL CIT 
Route de Nozay 
91461 Marcoussis cedex 
Dominiaue.bayart@aalcatel.fr 
D. Bayart 
 268
Dominique Bayart tốt nghiệp từ năm 1990 Trường Đại Học Vật lý Grenoble (ENSPG) và tốt 
nghiệp DEA tại Trường Đại Học Grenoble 1. 
Ông về làm việc tại Phòng Nghiên cứu và Cách tân của công ty Alcatel ở Marcoussis (Pháp) 
năm 1991. Sau hai năm nghiên cứu trong đơn vị nghiên cứu về Linh kiện Quang điện tử, ông 
sang làm việc tại đơn vị nghiên cứu về Các hệ thống truyền tín hiệu photonic, nơi mà ông đã 
thiết kế các thế hệ khác nhau của bộ khuếch đại dùng cho việc ghép nhiều bước sóng (WDM). 
Các thiết bị này được sử dụng cho đến nay trong các hệ thống truyền thông tin trên mặt đất và 
dưới biển. 
Từ năm 1998, ông lãnh đạo nhóm nghiên cứu Khuếch đại Quang học và từ năm 2001 ông đồng 
thời là Phó phòng của Đơn vị Truyền tín hiệu phôtônic. Nhiệm vụ này đã tạo cơ hội cho ông 
đóng góp vào nhiều kỷ lục thế giới về dung lượng truyền cho hệ thống trên mặt đất và hệ thống 
dưới biển. Ông đã được mời tham gia nhiều hội nghị khoa học quan trọng trong lĩnh vực 
nghiên cứu này, như là OFC, ECOC, OAA hay LEOS. Ngoài các bài báo khoa học, ông đả 
đóng góp vào hơn 25 bằng phát minh và hai cuốn sách chuyên đề [1,2]. Từ năm 1998 đến năm 
2001, ông đã tham gia vào Ban kỹ thuật của hội nghị khoa học về các bộ khuếch đại và ứng 
dụng (OAA). Hiện nay ông là thành viên của các Ban kỹ thuật của các hội nghị khoa học OFC 
(Optical Fiber Communication Conference, USA) và CLEO Châu Âu (Conference on Lasers 
and Electro-Optics). Từ năm 2001 ông là thành viên đặc biệt của Viện Hàn Lâm Kỹ thuật 
Alcatel (Académie Technique d’Alcatel). 
[1] D. Bayart et E. Desurvire, “Erbium-Doped Fiber Amplifiers, Device and System Developments” (Wiley) 
[2] “Undersea Fiber Communication Systems”, édité par J. Chesnoy (Academic Press) 
D. Bayart 
 269
1 
WDM Transmissions, D. Bayart 1
Optical WDM transmissions
All rights reserved © 2004, Alcatel, Paris.
Dominique Bayart
Alcatel Research & Innovation
91460 Marcoussis - France
Contact : Dominique.Bayart@alcatel.fr
Bài giảng này nhằm mục đích đưa ra các 
khái niệm chính được vận dụng trong lĩnh 
vực truyền số bằng sợi quang học. Tất nhiên 
đây chủ yếu là phần giới thiệu và để có một 
ý tưởng đầy đủ hơn ta nên xem các công 
trình được tổng kết ở cuối bài giảng này. Số 
lượng lớn các công trình báo cáo ở đây được 
thực hiện ở trung tâm Nghiên cứu Corporate, 
Viện nghiên cứu và đổi mới của Alcatel 
(Alcatel R&I) 
2 
WDM Transmissions, D. Bayart 2
Plan
‰ Market system needs
‰ System characteristics of EDFAs for WDM systems
o Time , Gain and Noise performance
o Impact of gain on Signal to Noise ratio for multi-span chains
‰ System characteristics of Raman amplifications for WDM systems
o Gain and noise performance
o Issue of Double-Rayleigh Scattering
o System benefit 
‰ Propagation effects in WDM transmission
o Effect of Chromatic Dispersion
o Non-linear effects
o Effect of Polarisation Mode Dispersion
‰ Mitigation techniques 
o Dispersion management
o Forward error correction codes
o High capacity experiments
Sau khi đề cập đến các nhu cầu của thị 
trường, chúng tôi sẽ nói đến các đặc tính của 
hệ thống EDFAs (erbium-doped fiber 
amplifier : khuếch đại dùng sợi pha tạp Erbi) 
được sử dụng trong các ứng dụng WDM 
(ghép kênh phân chia theo bước sóng) 
(wavelength division multiplexing). Sau đó, 
các khía cạnh tương đối về khuếch đại 
Raman sẽ được trình bày. Các hiệu ứng vật 
lý hình thành trong quá trình truyền của các 
kênh trong một sợi quang truyền qua WDM 
sẽ được mô tả và các phương tiện để bù trừ 
chúng sẽ được phân tích. Song song đó là 
các ví dụ về truyền số dung lượng cao cũng 
sẽ được trình bày. 
3 
WDM Transmissions, D. Bayart 3
Metro
Core
Services
Optical
Core
Metro
Core
Metro
Access
Metro
Access
Metro
Access
Metro
Access
Services
Data Transport Optical Network
Services
Voice
DSL
2/3G Mobile
Digital Video 
Broadcast 
/VoD
HS Internet 
Access
O-VPN
L1 VPNs/LL
L2 VPNs
Metro Ethernet
Data Storage
SAN
TDM
Ethernet
ATM
Transparent
FC/ESCON
Mạng truyền các dữ liệu số được cung cấp từ 
các dữ liệu đến từ các nguồn ứng dụng và 
dịch vụ khác nhau. Được tập hợp lại trong 
các vòng (boucles) của mạng truy nhập, các 
dữ liệu này sau đó sẽ được vận chuyển đến 
cấp vùng (tới khoảng cách vài trăm kilomét) 
nằm trong các vòng của mạng cấp vùng 
(réseau métro cœur). Các dữ liệu cần phải 
được truyền trên các khoảng cách dài thông 
qua mạng đường trục (dorsal cœur) 
« backbone core » 
D. Bayart 
 270
4 
WDM Transmissions, D. Bayart 4
Data Transport Optical Network
Î Cost shared by high count of end-users
Î Redundancy owing to a dual-link ring architecture
Metro Access:
(amplifier-less)
Metro Access 
(amplifier-less)
Metro Access:
(amplifier-less CPE ring)
12 km
7 km
8 km
6 km
9 km
15 km 15 km
2 km
10 km
22 km
8 km
CP 6
CP 5
CP 4
CP 1 CP 3
CP 2
5 km
5 km
5 km
1 km
4 dB
5 km
2 km
2
1
4 dB
4 dB
3 dB
3 dB
8 km
3 dB
3 dB
3 dB
12 dB
4 dB
3 dB
4 dB
5 dB
4 dB
7 dB7 dB
5 dB
6 dB
Available Line Amplifier Location
CP Customer Premises
4
2
Metro Core:
Amplified ring
METRO CORE
> Efficient Transport of Aggregated 
Traffic over SDH/WDM towards the 
Optical Core
Amplified ring
METRO ACCESS
> Differentiation of Access Interfaces 
and Class of Services
> Circuit & Packet Traffic Aggregation
> Per-flow QoS
Mạng cấp vùng vận chuyển với dung lượng 
rất lớn đến từ tập hợp các dữ liệu, chúng đến 
hoặc từ mạng đường trục hoặc từ mạng truy 
cập. Giá thành của mạng cấp vùng và do đó, 
của mạng đường trục được chia sẻ bởi một 
số lượng lớn người sử dụng cuối cùng có 
liên quan. Điều này tạo ra một giá thành 
tương đối cao hơn, và vì vậy các công nghệ 
phải được phát triển hiện đại hơn so với 
trong mạng truy nhập. Trong trường hợp các 
mạng cấp vùng, một cấu trúc vòng kép 
(double anneau) với việc truyền theo hai 
chiều ngược nhau sẽ bảo đảm việc bảo vệ 
các dữ liệu của mạng trong trường hợp cáp 
bị hỏng (suy yếu) (bao gồm cả trường hợp 
nếu hai sợi đều bị đứt). Thực vậy, tập hợp 
thông tin của một sợi có thể được chuyên 
mạch lật theo hướng ngược lại trên sợi bảo 
vệ. 
5 
WDM Transmissions, D. Bayart 5
Why do we need high bit-rate optical transmissions ?
Transmission line
(optical backbone)
Multiplexer Demultiplexer
Switching
systems
Access
systems
Traffic concentration in the backbone (multi-gigabit/s)
Î Need for high bit-rate optical transmissions 
Mạng đường trục (hay còn gọi la mạng vận 
tải) là một trục tập trung thông tin phải được 
chuyển đi từ phần này của mạng đến phần 
khác. Vậy các khả năng truyền tin của nó 
phải là cao nhất trong toàn bộ mạng. 
6 
WDM Transmissions, D. Bayart 6
Traffic evolution
‰ Speed-up of traffic increase
 New access network deployments (ADSL, 
Mobile Infra, FTTx, )
 New Data Services
‰ Need for bandwidth twice larger than 
traffic to ensure :
 Quality of Service
 Protection
 Availability
 Peak Traffic
‰ Cost per bit transmitted is paramount
Î Need for increase 
in network capacity
Thông tin được truyền tải bởi mạng đường 
trục được tăng dần theo cấp số mũ. Thực 
vậy, các công nghệ mới được triển khai 
trong lòng mạng truy nhập gắn với sự bùng 
nổ thông tin dữ liệu và gắn với các nhu cầu 
mới về các dịch vụ dữ liệu. Điều này làm 
tăng nhu cầu về băng truyền với một sự gia 
tăng rất mạnh được trông đợi trong những 
năm tới. 
Mạng đường trục, hiện nay rõ ràng là bị quá 
tải, cần phải đối mặt với nhu cầu trên bằng 
việc tăng toàn bộ công suất truyền tải. Vả lại, 
để vừa đảm bảo được chất lượng dịch vụ, 
bảo vệ dữ liệu, tình trạng sử dụng được của 
D. Bayart 
 271
mạng (nhất là trong giờ cao điểm về thông 
tin), cần phải tạo ra khả năng cung ứng gấp 
đôi nhu cầu về thông tin. Song song với đó là 
giá thành của mỗi bit truyền tải phải ưu tiên 
hàng đầu và nó xác định công nghệ nào sẽ 
được sử dụng. 
7 
WDM Transmissions, D. Bayart 7
What is Wavelength Division Multiplexing (WDM)
STM-64
terminal16 x STM-4 16 x STM-43R
STM-646
terminal 3R 3R STM-646
terminal16 x STM-4 16 x STM-43R
STM-64
terminal 3R 3R STM-64
terminal16 x STM-4 16 x STM-43R
STM-64
terminal 3R 3R STM-64
terminal16 x STM-4 16 x STM-43R
STM-64
terminal 3R 3R STM-64
terminal16 x STM-4 16 x STM-43R
STM-64
terminal 3R 3R STM-64
terminal16 x STM-4 16 x STM-43R
STM-64
terminal 3R 3R STM-64
terminal16 x STM-4 16 x STM-43R
STM-64
terminal 3R 3R STM-64
terminal16 x STM-4 16 x STM-43R
STM-64
terminal 3R 3R STM-64
terminal16 x STM-4 16 x STM-43R
STM-64
terminal 3R 3R STM-64
terminal16 x STM-4 16 x STM-43R
STM-64
terminal 3R 3R STM-64
terminal16 x STM-4 16 x STM-43R
STM-64
terminal 3R 3R STM-64
terminal16 x STM-4 16 x STM-43R
STM-64
terminal 3R 3R STM-64
terminal16 x STM-4 16 x STM-43R
STM-64
terminal 3R 3R STM-64
terminal16 x STM-4 16 x STM-43R
STM-64
terminal 3R 3R STM-64
terminal16 x STM-4 16 x STM-43R
STM-64
terminal 3R 3R STM-64
terminal16 x STM-4 16 x STM-43R
STM-64
terminal 3R 3R
N 
transmitters
STM : Synchronous Transfer Mode
WDM là một kỹ thuật hữu ích bao gồm việc 
ghép nối các kênh ở trong lòng cùng một sợi 
quang học thay cho việc xử lý chúng riêng rẽ 
bằng tín hiệu điện. 
8 
WDM Transmissions, D. Bayart 8
What is Wavelength Division Multiplexing (WDM)
STM-64
terminal 16 x STM-4
STM-64
terminal 16 x STM-4
16 channels
D
E
M
U
X
16 x STM-4 STM-64terminal
16 x STM-4 STM-64terminal
M
U
X
> WDM = economical solution to reach multiterabit/s capacity
N channels
Total Capacity = 
N x channel bit-rate
WDM channels
STM : Synchronous 
Transfer Mode
Mux : Multiplexer
Demux : Demultiplexer
Wavelength Division Multiplexing
Vậy lợi ích của nó là điều hết sức hiển nhiên, 
vì chỉ cần một bộ khuếch đại quang học duy 
nhất cho phép kéo dài việc truyền trên đoạn 
tiếp theo của sợi quang thay vì phải trang bị 
cho mỗi kênh quang học một hệ thống điện 
tử để tái tạo lại tín hiệu trên kênh đó. Vậy 
một mối liên kết sẽ bao gồm các đoạn 
(section) của nhiều thanh nối phân tách nhau 
bởi các khuếch đại quang học. Ở cuối mỗi 
mối liên kết (khoảng vài trăm cây số chiều 
dài), các kênh phải được phục hồi điện tử để 
có thể được dẫn tới một mối liên kết mới. 
Giá thành của giai đoạn này rất cao, tỉ lệ 
thuận với số lượng kênh và phụ thuộc vào 
lưu lượng được truyền tải bởi kênh. Vậy cần 
phải cố gắng truyền bằng quang học các 
kênh trên các khoảng cách càng dài càng tốt 
để giảm thiểu các công đoạn phục hồi điện 
tử. 
D. Bayart 
 272
9 
WDM Transmissions, D. Bayart 9
WDM lab experiments
100
101
102
103
104
105
106
107
108
C
ap
ac
ity
 x
 D
is
ta
nc
e
(G
bi
t/s
.k
m
)
199419901986198219781974 1998
Multi-mode
fiber
Single-mode
fiber
Coherent 
detection
x10
 eve
ry 4
 yea
rs
Erbium-doped 
fiber amplifiers
2002
6 DWDM
97 99 01 03
OFC’04
EDFA and WDM has enabled to keep with the growth rate of lightwave systems
From E. Desurvire, 
«EDFA, Principle and Applications», 1991
E. Desurvire et al., 
«EDFA, Device and System developments Vol.2»
Wiley, New York, 2002
x 2 every 16 months
Theo thời gian, các kỹ thuật truyền khác 
nhau trên các phương tiện truyền tin khác 
nhau đã được đề xuất, tạo ra một sự tăng 
trưởng theo cấp số mũ các tích số giữa dung 
lượng và khoảng cách cho bởi các hệ thống, 
cứ sau khoảng 16 tháng thì được tăng lên 
gấp đôi, điều này còn nhanh hơn cả qui luật 
Moore cho các transitor điện tử. 
Sự xuất hiện của các khuếch đại dùng sợi 
pha tạp Erbi (EDFA) đã cho phép phát triển 
các quá trình truyền WDM, điều này đã làm 
kéo dài thêm xu hướng nói trên. 
1
0 
WDM Transmissions, D. Bayart 10
Î Irregular evolution (« psychological » steps ?)
Î WDM capacities larger than single-ch. capacities by more than a decade.
10
100
1000
10000
100000
Time
To
ta
l c
ap
ac
ity
(G
bi
t/s
)
1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000
2.5 Gbit/s
10 Gbit/s
20 Gbit/s
40 Gbit/s
>40 Gbit/s
Single 
channel
WDM
Best 
WDM
Best
single
channel
History of WDM versus single-channel terrestrial 
transmission
Tiến trình phát triển của dung lượng truyền 
khẳng định rằng WDM, kể từ khi nó xuất 
hiện, đã mang lại hiệu suất cao hơn so với 
các kỹ thuật truyền đơn kênh. WDM đã được 
cải tiến sau hai sự kiện chính: thứ nhất là do 
sự xuất hiện của công nghệ EDFA, thứ hai là 
nhu cầu sử dụng trọn vẹn dải băng tần đó sau 
khi kiểm soát được các hiệu ứng xuyên kênh 
(intercanaux) trong trường hợp lưu lượng 
của mỗi kênh rất lớn. 
1
1 
WDM Transmissions, D. Bayart 11
Capacity x distance of WDM lab experiments 
versus channel rate
Î Superiority of larger channel rates not so clear in terms of
capacity x distance.
0.01
0.1
1
10
Date
C
ap
ac
ity
x 
di
st
an
ce
 (P
bi
t/s
.k
m
) 
1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001
10 Gbit/s
20 Gbit/s
40 Gbit/s
>40Gbit/s
Nếu ta xem xét sự phát triển của lưu lượng 
(dung lượng x khoảng cách), là tích hay 
được nói đến nhất vì nó không chỉ cho ta biết 
khả năng phát lưu lượng lớn, mà còn cho ta 
biết khả năng truyền quang học trên một 
khoảng cách dài, thì tính ưu việt của mỗi lưu 
lượng trên một kênh so với kênh khác không 
rõ ràng lắm. Nhu cầu hệ thống tăng trưởng 
lưu lượng của kênh đúng hơn là được xác 
định bởi việc xem xét quản lý mạng trên 
phương diện giao diện điện tử và số lượng 
các kênh cần phải xử lý. Trong trường hợp 
này, lưu lượng nào cao nhất sẽ quyết định 
(hiện nay là 10Gbit/s và sắp tới sẽ là 
40Gbit/s). 
D. Bayart 
 273
1
2 
WDM Transmissions, D. Bayart 12
BER
Input power
Amplified Noise Limitation
- Low noise amplification
- (optical) Regeneration
- ...
Propagation Effects Limitation
- Optimised in-line fibre
- Dispersion management
- Modulation format
- ...
Signal power optimisation : a compromise
Acceptable BER floor
- Forward Error Correction
Các hệ thống truyền yêu cầu ở đầu thu một tỉ 
số tín hiệu/tạp âm càng lớn khi lưu lượng 
được hỗ trợ bởi kênh càng lớn (các mã sửa 
lỗi làm việc ít đi một chút). Vậy ta tìm cách 
làm tăng công suất của tín hiệu ở đầu ra của 
các EDFA mà vẫn giảm thiểu hệ số tạp âm 
của chúng. Tuy nhiên các hiệu ứng phi tuyến 
được tạo thành ở trên đường truyền dọc theo 
chiều dài của sợi quang học có thể làm hỏng 
chất lượng tín hiệu. Vậy tồn tại một giải 
pháp dung hòa để tìm ra trên công suất đó 
một tỉ lệ tín hiệu/tạp âm tương ứng nhận 
được ở cuối mối liên kết. 
1
3 
WDM Transmissions, D. Bayart 13
WDM systems : Increase of system capacity
Btot
R’>R
Btot
R
B’tot>Btot
(a)
(c)
(b)
Initial configuration
Upgraded configurations
bandwidth Btot
Channel
rate R
Higher speed electronics required
Polarisation mode disp. (PMD)
Group-velocity dispersion (GVD)
Channel selection
Multiplexing / demultiplexing
WDM nonlinearities (FWM, XPM)
Broadband amplifiers
Raman effect
Limitations
* Technology
* Physical effects in fiber
Mitigation owing to Dispersion map, Modulation formats , Forward error correcting 
codes, all-optical ... rection 
(FEC)
5 dB FEC
5 dB FEC
ZONE OF OPERATION
Một câu hỏi quan trọng có liên quan đến sự 
di chuyển các hệ thống từ một dung lượng 
đơn vị 10Gbit/s đến 40Gbit/s. Băng lọc của 
bộ thu nhận sẽ tăng lên 4 lần, điều này có 
nghĩa là tạp âm phách tín hiệu/tự phát sẽ 
mạnh hơn 6 dB. Vả lại, với 40Gbit/s, các 
hiệu ứng xuyên kênh (intercanaux) trở thành 
hạn chế và cần phải giảm công suất các kênh 
đi nhiều dB. Dung sai (tolérence) trên công 
suất của các kênh nhận được cũng giảm 
mạnh. Khuếch đại Raman cho phép cải thiện 
hiệu suất tạp âm đi vài dB trong khi công 
suất của các kênh cần phải giảm đi một chút 
để có thể giữ cho các hiệu ứng phi tuyến 
không đổi. Cuối cùng, các thế hệ mới của mã 
sửa lỗi đã mang đến một giới hạn phụ đáng 
kể bất kể là với loại hệ thống nào, ít nhất là 
D. Bayart 
 308
đạt được mức tạp âm đòi hỏi, xa nhất là sẽ có 
thể truyền kênh mà không còn độ bất lợi 
(pénalité). 
1
0
8 
WDM Transmissions, D. Bayart 108
WDM transmissions : Record experiments
How getting highest capacity / spectral efficiency by an 
appropriate channel power management giving :
- High output SNR
- Compensation of non-linear effects
and owing to :
- Efficient modulation format / detection scheme
- Overhead in data supported by the signal
Vậy các hiệu suất tốt nhất nhận được khi tối 
ưu hóa toàn bộ các thông số. Đầu tiên, các 
bộ khuếch đại quang băng rất rộng được sử 
dụng để trích ra một phần trên tất cả dải băng 
truyền có thể có trong sợi. Sau đó, trong việc 
quản lý một cách tốt nhất các hiệu ứng xấu 
khi truyền kênh trong một băng truyền rộng 
như vậy, điều cần thiết là phải xác định các 
đặc trưng tốt nhất có thể đối với sợi truyền 
thích hợp nhất, nhưng vẫn phải tiếp tục 
nghiên cứu các hiệu ứng hạn chế khi mà 
băng truyền thì ngày càng tăng, để có thể 
thoát khỏi điều đó một cách tốt nhất. 
Sau đó, cũng cần thiết phải sử dụng các dạng 
biến điệu thích hợp nhất cho việc sử dụng 
toàn bộ băng truyền và xác định sự thỏa hiệp 
tốt nhất lưu lượng của từng kênh/khoảng 
cách giữa các kênh, biết rằng lưu lượng của 
một kênh càng tăng thì càng khó quản lý các 
hiện tượng hạn chế, và cũng như vậy khi ta 
cho các kênh tiến lại gần nhau. 
1
0
9 
WDM Transmissions, D. Bayart 109
Principle of the 10-Tbit/s experiment
Wavelength (nm)
1600 1601 1602 1603
Left-side
filter
Right-side
filter
Po
w
er
20
dB
/D
iv
.
50GHz 75GHz
z
y
x
Alternative 75 GHz and 50GHz 
channel spacings
Vestigial side-band filtering 
at the receiver end
Polarization division multiplexing
Record spectral efficiency 
1.28bit/s/Hz
Để chỉ ra các tối ưu này, một thí nghiệm 
nhằm mục đích truyền với dung lượng tổng 
cộng 10Tbit/s đã được thiết lập. Để tăng tối 
đa mật độ phổ của thông tin mà vẫn giữ được 
tối thiểu các hiệu ứng giữa các kênh, một bộ 
ghép kênh phân cực đã được sử dụng, cũng 
như vậy, lần đầu tiên đối với các hệ quang 
học, một kỹ thuật nhận băng ngang cũng đã 
được sử dụng. Kỹ thuật này sử dụng thông 
tin được mã hóa đối xứng trên các kênh, 
cũng cho phép dò ngang (détection latérale). 
Điều này cũng cho phép một sự chồng chập 
của các kênh lên phổ, và vì vậy ta có một 
mật độ thông tin cao hơn (1,28 bit/s/Hz). 
D. Bayart 
 309
1
1
0 
WDM Transmissions, D. Bayart 110
C
L
Rx
100 km
TeraLightTM
PBS
1x
32
42.6Gb/s
223-1 FEC
Q
Q
M-Z
M-Z
#1
#128
3dB
DCF
C
L
Polar.
demux.
C
L
DCF
L
DCF
C
42.6Gb/s
215-1 FEC
Q
Q
M-Z
M-Z
3dB
DCF
C
1x
32L
3dB
C
L
1x
32C
1x
32L
3dB
C
L
Experimental set-up
Erbium amplifiers and Raman amplifiers,
Full 40 Gbit/s ETDM equipment with FEC at Tx / Rx (Si-Ge technology).
Một lưu lượng trên một kênh là 40 Gbit/s đã 
được sử dụng cho một tập hợp 128 kênh. 
Các đoạn của chuỗi các xung khác nhau đã 
được lựa chọn với hai bộ biến điệu sao cho 
có thể tránh được tất cả các hiệu ứng kết hợp 
không mong muốn. Khuếch đại EDFA và 
Raman và sự bù trừ tán sắc với mỗi băng bảo 
đảm cho sự vận hành của băng C và băng L. 
Cuối cùng, một sự vượt trội dung lượng đã 
cho phép sử dụng mã sửa lỗi một cách có 
hiệu quả và sợi TeralightTM đã được sử dụng. 
1
1
1 
WDM Transmissions, D. Bayart 111
Experimental spectra
C-band L-band
Wavelength (nm)
P(
dB
m
)
Booster
input
Pre-amplifier
input, Raman
pumps off
Pre-amplifier
input, Raman
pumps on (17dB gain).
-45
-35
-25
-15
-5
-55
-45
-35
-25
-15
-35
-25
-15
-5
5
1520 1540 1560 1580 1600 1620
-35
-25
-15
-5
5
Booster
output
(a)
(b)
(c)
(d)
Các phổ tín hiệu đã được quản lý sao cho giữ 
vững được SNR cao trên tập hợp các kênh. 
Cũng như thế, các EDFA được chế tạo sao 
cho có một độ dốc phổ khi phát để có thể bù 
trừ hiệu ứng Raman phát sinh trong sợi 
truyền. 
1
1
2 
WDM Transmissions, D. Bayart 112
Experimental results
25
30
35
25
30
35
1525 1545 1565 1585 1605
10-3
10-4
10-5
10-6
Wavelength (nm)
un
co
rr
ec
te
d
B
ER
SN
R
 (i
n 
0.
1n
m
)
Left-side 
filtering
Right-side 
filtering
Left and 
Right-side 
filtering
Các giá trị của tỉ số lỗi Bit đo được cả bên 
này và bên kia các kênh đều khớp với các 
SNR đã được ghi lại. 
D. Bayart 
 310
1
1
3 
WDM Transmissions, D. Bayart 113
Measured FEC performance at 40Gbit/s
1.0E-15
1.0E-14
1.0E-13
1.0E-12
1.0E-11
1.0E-10
1.0E-09
1.0E-08
1.0E-07
1.0E-06
1.0E-04 1.0E-03
BER without FEC
BE
R 
w
ith
 F
EC
All the channels exhibit 
uncorrected BERs larger than 
10-4. 
Error-free transmission after
Forward error correction
BER < 5. 10-15 after correction
Sau khi sửa bằng thuật toán tại điểm thu 
nhận, sự truyền hầu như không có lỗi được 
chứng minh, nó cũng chỉ ra hiệu lực của các 
mã sửa lỗi đối với các hệ thống truyền. 
1
1
4 
WDM Transmissions, D. Bayart 114
10 Tbit/s experiment : Features
10.2 Tbit/s capacity over 100km TeraLightTM fiber
Record spectral efficiency = 1.28 bit/s/Hz
Vestigial side-band filtering in receiver 
Specific wavelength-allocation scheme
Polarization division multiplexing
Full 42.6Gbit/s ETDM equipment with FECC 
Er/Raman amplifiers.
Thí nghiệm này cũng chỉ ra dung lượng 
truyền cao hơn 10 Tbit/s trong sợi quang 
theo các tối ưu hóa liên tiếp khác nhau. 
Khoảng cách truyền tổng cộng được thực 
hiện là 300 km. 
1
1
5 
WDM Transmissions, D. Bayart 115
Record spectral efficiency: 1.28 bit/s/Hz
>1 Mio. ADSL internet-links or 200 Mio. ISDN lines over one fiber
TeraLight 
Fibers
Raman
Pumps
C/L-Band
EDFAs
40 Gbit/s ETDM Tx/Rx
(using SiGe electronics)
64 C-band 
laser diodes
64 L-band
laser diodes
Multi-Terabit/s transmission capacity
10.2Tbit/s (256 x 42.7Gbit/s)
Hình vẽ này chỉ ra các thiết bị khác nhau 
được sử dụng trong thí nghiệm với các bộ 
phát/thu hoạt động tất cả bằng điện tại 
40Gbit/s. 
Dung lượng 10Tbit/s này cũng cho phép 
cung cấp 1 triệu đường truyền ADSL 
1Mbit/s cho mỗi đường. 
D. Bayart 
 311
1
1
6 
WDM Transmissions, D. Bayart 116
Rx
C
L
SMF*
L
C
SMF*
C
L
#1
#79
M-Z
Q
Q
1x
40
#2
#80
M-Z1x40
42.7Gb/s
231-1
PBC
Bessel 12GHz
Bessel 12GHz
Q
Q
C-Band : ch. 1 - 80
L-Band : ch. 81 - 159 LOOP
Evaluating Transmission Systems over Ultra-long haul 
distance : lab experimental set-up 
42.7Gb/s
231-1
Recirculation loops : an economical tool for the assessment of 
novel 40 Gbit/s technologies *SMF : Single Mode Fiber
Để ước lượng dung lượng truyền của những 
dung lượng rất lớn trên các khoảng cách dài, 
một vòng lặp tuần hoàn đã được sử dụng để 
có thể mô phỏng hệ thống thực mà không 
cần phải triển khai tất cả chiều dài sợi mong 
muốn, tất các các thiết bị được sử dụng vẫn 
như cũ. 
1
1
7 
WDM Transmissions, D. Bayart 117
Possibility to evaluate the transmission of the channels over any distance 
Enables system validation of the potential technologies for 40 Gbit/s
C
L
C
L
DCF*
x2
100 km
DGE
C
DGE
L
C
L
7x
C
L
100 km
Tx
(159x42.7Gbit/s)
Rx
Evaluating Transmission Systems over Ultra-long haul 
distance : composition of the loop 
*DCF (Dispersion Compensating Fiber
Trong vòng lặp này, ba liên kết đã được biểu 
diễn và hoàn toàn được trang bị bằng các 
khuếch đại và bù trừ tán xạ. Các kênh cũng 
sẽ được lặp lại một số lượng lần cho đến khi 
đạt được khoảng cách truyền mong muốn. 
1
1
8 
WDM Transmissions, D. Bayart 118
Time synchronization in order to select the targeted distance
C
L
C
L
DCF
x2
TeraLightTM Ultra
100 km
DGE
C
DGE
L
C
L
7x
C
L
100 km
Tx
(159x42.7Gbit/ s)
Rx
C
L
C
L
F
x2
r i tT ltr
100 k
L
C
L
7x
C
L
100 k
(159x42.7 bit/ s)
Loop operating mode
Điều khó khăn để làm chủ là việc quản lý 
thời gian mở và đóng vòng lặp. Đầu tiên, các 
kênh nạp vào vòng lặp cho đến khi nhận 
được điểm vận hành ổn định, sau đó vòng sẽ 
được đóng lại. Tại điểm thu, ta phải đo tín 
hiệu tại thời điểm tương ứng với số lượng 
vòng mong muốn. 
D. Bayart 
 312
1
1
9 
WDM Transmissions, D. Bayart 119
Channel spectrum after 2,100km transmission
Wavelength (nm)
Po
w
er
 (1
0d
B
/d
iv
)
1545 1585 160515651525
Resolution 0.05nm
C-Band L-Band
All 40-Gbit/s channels successfully transmitted with high Signal-to-Noise ratio
Ta cũng có thể thiết lập phổ của các kênh 
truyền sau khi truyền trên vài nghìn km 
chiều dài. 
1
2
0 
WDM Transmissions, D. Bayart 120
High capacity transmission results at 40 Gbit/s
C
ap
ac
ity
 x
 d
is
ta
nc
e
(P
bi
t/s
.k
m
)
0.01
0.1
1
10
100
04/97 09/98 01/00 06/01 10/02 02/04
6 Tbit/s 
over 6120 km
OFC’04 
Lucent & OFS 
NTT
Siemens
Others
Alcatel R&I
Tyco
ALCATEL TECHNOLOGY IS LEADING THE RACE ! 
Một thí nghiệm theo vòng lặp với 150 kênh 
40 Gbit/s (6Tbit/s) cũng đã được thực hiện 
gần đây trên 6120 km và được trình bày tại 
hội nghị quốc tế về truyền thông bằng sợi 
cáp quang. Kết quả này đạt được kỷ lục hiện 
nay về tích số giữa dung lượng và khoảng 
cách, đã không chỉ chỉ ra khả năng phát các 
dung lượng cao, mà còn chỉ ra khả năng 
truyền trên các khoảng cách vượt đại dương. 
1
2
1 
WDM Transmissions, D. Bayart 121
All-optical in-line regeneration:
• Soliton propagation + Periodic ‘simple’ intensity modulation
• ---> Noise and distortion suppression
• ---> Unlimited transmission distance
Study of different configurations and modulator structures & 
technologies
Submarine transmission : Optical regeneration
Only narrow bandwidth modulation (at clock frequency)
Regenerator
modulator
filter
DM propagation
(reduced channel spacing)
DM propagation
(reduced channel spacing)
Conversion to NLS-Soliton
(restoration of reg. efficiency)
Conversion 
Fiber
Để có thể bao trùm được các khoảng cách 
dài như mong muốn mà không phải sử dụng 
các thiết bị phục hồi điện tốn kém, khả năng 
phục hồi về biên độ và tạp âm của các kênh, 
đồng bộ hóa lại, và đưa trở lại dạng đã được 
nghiên cứu. Có rất nhiều nghiên cứu đã được 
thực hiện, trong đó Alcatel thuộc loại hàng 
đầu, nhưng chưa có nghiên cứu nào đạt tới 
việc sử dụng một thiết bị duy nhất cho toàn 
bộ các kênh, và vậy là để chỉ ra độ chênh 
lệch đáng kể về giá thành đối với các thiết bị 
điện hiện có. 
D. Bayart 
 313
1
2
2 
WDM Transmissions, D. Bayart 122
5
6
7
8
9
0 5000 10000 15000 20000
Distance (km)
Q
a-
fa
ct
or
BER=10-9
Q
-fa
ct
or 10Mm
eyes at
40Gbit/s
and
10Gbit/s
single-electrode
push-pull
V1
V2Φin out
• Polarisation independent
• Wavelength Insensitive (1545-1560nm)
• Independent control of IM/PM
• Negligible WDM crosstalk
40 Gbit/s optical regeneration for submarine 
transmission: Semiconductor InP modulator
Một tín hiệu cũng đã được truyền trên vài 
nghìn km với bộ phục hồi quang tuần hoàn 
trên chiều dài đường truyền. 
1
2
3 
WDM Transmissions, D. Bayart 123
Usable spectrum of silica fibers
After ITU recommendation G.dsn
O : Original Band
E : Extended Band
S : Short Band
C : Conventional Band
L : Long Band
U : Ultra-long Band
WDM Channels
Wavelength (µm)

O S C L wavelength
0.0
0.15
0.3
UE
1260nm
1360nm 1625nm
1460nm
1530nm
1565nm 1675nm
At
te
nu
at
io
n 
(d
B/
km
)
Để có thể truyền thêm nhiều kênh nữa, có 
thể truyền trên các dải tần khác của sợi 
quang. I.T.U đã khuyến nghị cả về định 
nghĩa cũng như về danh pháp các băng của 
họ. Việc truyền trên các khoảng cách dài đã 
được thực hiện với các cửa sổ mới này thêm 
vào các cửa sổ của EDFA nhưng các tương 
tác Raman lại rất mạnh, trong khi cần phải 
tách một cách tuần hoàn các băng khác nhau 
để tạo ra một độ khuếch đại và bù trừ tán sắc 
đặc chủng, điều này làm tăng tính phức tạp. 
Cùng lúc đó, một số lượng lớn cáp được lắp 
đặt vào cuối thế kỷ XX (với một số lượng 
lớn các sợi trong mỗi cáp) cho phép ưu tiên 
việc ghép kênh không gian trong lòng các 
sợi khác nhau của nó hơn là ghép phổ trên 
nhiều cửa sổ phổ, trong đó việc giảm bớt 
chiều dài đơn vị của sợi lại lớn hơn. Trái lại, 
trong các mạng truy nhập (ứng dụng Coarse-
WDM) mà không có giới hạn vật lý liên 
quan đến việc truyền khi mà các khoảng 
cách đều ngắn (thậm chí làm cho khuếch đại 
trong phần lớn thời gian đều là vô nghĩa), có 
thể có lợi khi sử dụng các băng này để làm 
giảm bớt dung sai (tolérences) theo chiều dài 
trên các kênh truyền quang học và cũng làm 
giảm giá thành. 
D. Bayart 
 314
1
2
4 
WDM Transmissions, D. Bayart 124
Conclusion
Wavelength Division Multiplexing for high bit-rate transmission
Optimisation of high bit-rate transmission systems:
A combination of solutions and technologies
Dispersion management, modulation format, low-noise amplification schemes, 
regeneration, error correction, 
Adapted to the submarine or terrestrial configuration
Great importance of cross-related analytical, numerical & exp. tools
Still room for progress (capacity and/or margin)
Kết luận lại, ta có thể xây dựng các hệ thống 
truyền thông dung lượng cao trên các khoảng 
cách lớn của sợi và với giá thành chấp nhận 
được cho các mạng đường trục, các mạng 
này sẽ cung cấp cho tập hợp các thuê bao 
cuối cùng thông qua các mạng ngầm và 
mạng truy cập. Tất cả các điều này đều khả 
thi bởi một sự điều hành thích hợp các 
phương tiện khuếch đại, biểu đồ tán sắc, và 
các dạng biến điệu. 
1
2
5 
WDM Transmissions, D. Bayart 125
Bibliography
9 « Erbium-doped fiber amplifier, Principles and Applications », 
Emmanuel Desurvire, Wiley (1994), New-York
9 « Erbium-doped fiber amplifier, Device and System 
Developments », Emmanuel Desurvire, Dominique Bayart, 
Bertrand Desthieux, Sébastien Bigo, Wiley (2002), New-York
9 « Undersea Fiber Communication Systems », José Chesnoy Ed., 
Elsevier, San Diego (2002)
Để tìm hiểu sâu hơn về các khái niệm này, 
có rất nhiều tài liệu đã xuất bản, nhưng tôi 
không thể không khuyên các bạn xem hai tài 
liệu sau đây, mới xuất bản và trong đó giới 
thiệu toàn bộ các kỹ thuật được sử dụng một 
phần cho các hệ thống trên mặt đất và phần 
khác cho các hệ thống dưới biển: 
« Erbium-doped fiber amplifier, Device 
and System Developments », Emmanuel 
Desurvire, Dominique Bayart, Bertrand 
Desthieux, Sébastien Bigo, Wiley (2002), 
New-York 
« Undersea Fiber Communication 
Systems », José Chesnoy Ed., Elsevier, San 
Diego (2002)