Tài liệu Bài giảng mạng truyền tải quang chương 1

BÀI GIẢNG MÔN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG GIỚI THIỆU MÔN HỌC  Thời lượng môn học:  4ĐVHT (36LT + 18TL + 6TH)  Mục tiêu:  Kiến thức: Trang bị cho sinh viên các kiến thức về ghép kênh quang theo bước sóng WDM, các kỹ thuật khuếch đại quang, xu hướng phát triển của mạng quang.  Kỹ năng: Rèn cho sinh viên có kỹ năng nghiên cứu, phân tích, đánh giá về các công nghệ trên mạng truyền tải quang  Nội dung:  Chương 1: Hệ thống thông tin quang WDM  Chương 2: Khuyếch đại quang  Chương 3: Truyền tải IP/WDM  Chương 4: Một số công nghệ, kỹ thuật và xu hướng nghiên cứu trong mạng truyền tải quang www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 1 BÀI GIẢNG MÔN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG GIỚI THIỆU MÔN HỌC  Tài liệu tham khảo:          Cao Hồng Sơn. Công nghệ IP trên WDM . Nhà xuất bản Bưu Điện, 8-2005. Hoàng Văn Võ. Công nghệ và mạng thế hệ sau. Nhà xuất bản Bưu Điện, 2008 Vũ Văn San. Hệ thống Thông Tin Quang, tập 2. Nhà xuất bản Bưu Điện, 2008. Đỗ Văn Việt Em. Hệ thống thông tin quang II. Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, 2007. J. M. Senior, “Optical Fiber Communications: Principles and Practice”. Second edition, Prentice Hall, 1993. G. Keiser, “Optical Fiber Communications” . Third edition, McGraw-Hill, 2000. J. Gowar. Optical Communication Systems. Second edition, Prentice-Hall, 1993. G. P. Agrawal. Fiber-Optic Communication Systems. Second edition, John Wiley & Sons, 1997. Silvello Betti, Giancarlo De Marchis, Eugenio Iannoe. Coherent Optical Communications Systems . John Wiley & Sons, Inc, 1995. www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 2 BÀI GIẢNG MÔN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG GIỚI THIỆU MÔN HỌC  Tài liệu tham khảo:  Max Ming – Kang Liu. Principles and Applications of Optical Communications, 2001.  Gerard Lachs. Fiber Optic Communications – Systems, Analysis, and Enhancements. McGraw-Hill, 1998.  Peter Tomsu and Christian Schmutzer, "Next Generation Optical Networks", Prentice Hall PTR, 2002.  D. Marcuse, A. R. Chraplyvy, et al., “Effect of Fiber Nonlinearity on Long Distance Transmission”, J. Lightwave Tech., Vol. 9, No.1, pp. 121-128, 1991.  G. P. Agrawal, Nonlinear Fiber Optics. New York: Academic, 1995.  Đánh giá:  Tham gia học tập trên lớp: 10%  Thực hành/Thí nghiệm/Bài tập/Thảo luận: 30 %  Kiểm tra giữa kỳ: 10%  Kiểm tra cuối kỳ: 50 % www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 3 BÀI GIẢNG MÔN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG CHƯƠNG 1 HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 4 BÀI GIẢNG MÔN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM  NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG QUANG (WDM) )  CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG WDM  MỘT SỐ VẤN ĐỀ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU NĂNG HỆ THỐNG WDM  MẠNG TRUYỀN TẢI WDM www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 5 BÀI GIẢNG MÔN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM  1.1 NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG QUANG (WDM) )  Khái niệm WDM: - Nhu cầu truyền số liệu tăng cao  dung lượng truyền dẫn tăng nhanh. - Hệ thống truyền dẫn TDM truyền thống bị giới hạn về tốc độ. - Cửa sổ truyền dẫn trong sợi quang: - WDM là kỹ thuật cho phép truyền dẫn nhiều kênh bước sóng quang trên cùng một sợi quang. www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 6 BÀI GIẢNG MÔN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM  Các dải băng tần hoạt động trong WDM: • O-band (Original band): Dải băng tần từ 1260 nm  1360 nm. • E-band (Extended band): Dải băng tần từ 1360 nm  1460 nm. • S-band (Short wavelength band): Dải băng tần từ 1460 nm  1530 nm. • C-band (Conventional band): Dải băng tần từ 1530 nm  1565 nm • L-band (Long wavelength band): DảI băng tần từ 1565 nm  1625 nm • U-band (Ultra-long wavelength band): DảI băng tần từ 1625 nm  1675 nm www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 7 BÀI GIẢNG MÔN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM  Quá trình phát triển WDM Transmitters Combining Signals www.ptit.edu.vn Receivers Transmission on fiber Separating Signals BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 8 BÀI GIẢNG MÔN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM  Các chế độ truyền dẫn WDM: (Theo hướng truyền dẫn)  Hệ thống WDM đơn hướng: Transmitters Receivers 1  Multiplexing 2 Fiber 1 1  Demultiplexing 2 3 3 n n Transmitters Receivers 1  Multiplexing 2 Fiber 2  Demultiplexing 1 2 3 3 n n www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 9 BÀI GIẢNG MÔN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM Hệ thống WDM song hướng: Transmitters 11  Multiplexing +Demultiplexing 1n Fiber 1  Multiplexing +Demultiplexing Receivers 1 2 21 21 2n 2n Receivers Transmitters Transmitters 11 Receivers 1  Multiplexing +Demultiplexing 1n Fiber n  Multiplexing +Demultiplexing 2 21 21 2n 2n Receivers www.ptit.edu.vn Transmitters BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 10 BÀI GIẢNG MÔN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM  Mô hình chung hệ thống WDM: (điểm- điểm) Máy phát quang 1 OTU MUX n Máy thu quang Khuếch đại trung kế quang PA BA LA OTU s Bộ phát tín hiệu điều khiển giám sát kênh quang s s Thu/ phát tín hiệu điều khiển giám sát kênh quang D E M U X Bộ thu Bộ thu 1 n s Bộ thu tín hiệu điều khiển giám sát kênh quang Hệ thống quản lý mạng OTU - Bộ chuyển phát quang PA - Bộ tiền khuyếch đại quang MUX/DEMUX - Bộ ghép/tách bước sóng LA - Bộ khuyếch đại đường truyền BA - Bộ khuyếch đại công suất S - Bước sóng kênh giám sát quang (OSC) www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 11 BÀI GIẢNG MÔN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM  Các tham số của hệ thống WDM a. Số lượng kênh bước sóng N b. Khoảng cách giữa các kênh bước sóng Dl c. Băng thông sử dụng của hệ thống N x Dl d. Tốc độ truyền tin trên mỗi kênh bước sóng B e. Dung lượng của hệ thống N x B f. Dung lượng truyền dẫn của hệ thống N x B x L g. Hiệu suất sử dụng kênh bước sóng B/Dl Côn g suất quan g #1 #2 … #k … # N-1 #N ~B Bước sóng  D Băng thông sử dụng của hệ thống www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 12 BÀI GIẢNG MÔN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM Bảng 1.1- Các tham số chính của một số hệ thống WDM trong các phòng thí nghiệm. Số kênh bước sóng N www.ptit.edu.vn Tốc độ kênh B (Gbit/s) Khoảng Dung lượng cách truyền truyền dẫn dẫn L (km) (Tb/s-km) 10 2 68 1.3 17 20 150 51.0 273 40 117 1277.6 26 100 410 1066.0 5 320 525 840.0 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 13 BÀI GIẢNG MÔN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM Bảng 1.2- Các tham số chính của một số hệ thống WDM hiện đang được khai thác trên thế giới. Số kênh bước sóng N 8+4 www.ptit.edu.vn Tốc độ kênh B (Gbit/s) Khoảng cách truyền dẫn Dl Dung lượng truyền dẫn (Pb/s-km) Hệ thống 10 + 40 1 700 0.4 Mạng đường trục DWDM backbone VNPT (2010) 48 10 39 000 18.7 Mạng liên lục SEAMEWE3 (2007) địa 64 10 18 800 12 Mạng liên lục SEAMEWE4 (2008) địa BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 14 BÀI GIẢNG MÔN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM  Phân loại và các chuẩn của hệ thống WDM . Hệ thống WDM băng tần rộng (BWDM – Broad passband WDM) . Hệ thống WDM ghép mật độ thấp (CWDM – Coarse WDM) Hệ thống WDM ghép mật độ cao (DWDM – Dense WDM) www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 15 BÀI GIẢNG MÔN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM  1.2- CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG WDM www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 16 BÀI GIẢNG MÔN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM  Nguồn quang: - Sử dụng laser đơn mode làm nguồn phát (Có thể sử dụng LED trong kỹ thuật cắt phổ) - Sử dụng bộ điều biến ngoài để giảm chirp, tốc độ điều biến cao và tạo các định dạng tín hiệu quang khác nhau (NRZ, RZ, CS-RZ, DPSK …). - Đảm bảo tín hiệu quang có độ rộng phổ hẹp tại bước sóng chính xác theo tiêu chuẩn. www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 17 BÀI GIẢNG MÔN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM  Bộ thu quang: - Giống các bộ thu quang sử dụng trong các hệ thống đơn kênh - Độ nhạy cao trong dải rộng bước sóng, nhiễu thấp, hoạt động ổn định. www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 18 BÀI GIẢNG MÔN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM  Sợi quang: - Sử dụng sợi đơn mode G.652 (SMF) và sợi G.655 (NZ-DSF) - Tránh sử dụng sợi G.653 (DSF). - Các yếu tố ảnh hưởng cơ bản: . Suy hao . Tán sắc . Hiệu ứng phi tuyến Một số loại sợi điển hình www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 19 BÀI GIẢNG MÔN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM  Bộ tách/ ghép bước sóng: (OMUX/ ODEMUX) - OMUX: kết hợp các bước sóng rời rạc khác nhau thành tín hiệu tổ hợp đưa vào sợi quang. - ODEMUX: tách tín hiệu tổ hợp WDM thành các kênh bước sóng riêng biệt đưa tới bộ thu. - Các tham số cơ bản: . Suy hao xen: j   Pj  10 lg  0  . Xuyên âm: j công suất quang đi vào đường truyền 0 công suất quang tới tại j Xuyên kênh i sang kênh j: www.ptit.edu.vn   ij Dij  10 lg   jj      i  j  ij Xuyên kênh tổng ở kênh j: D j  10 lg   jj  BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1     Trang 20