bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o
tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi
[ \
nguyÔn lª c−êng
HÖ thèng DWDM vµ øng dông
trong m¹ng TruyÒn dÉn Viettel
Chuyªn ngµnh:
®iÖn tö viÔn th«ng
luËn v¨n th¹c sü khoa häc
Ng−êi h−íng dÉn khoa häc:
ts. nguyÔn hoµng h¶i
Hµ Néi - 2010
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ khoa học này chính tôi nghiên cứu
và thực hiện. Các thông tin, số liệu được sử dụng trong luận văn là hoàn
toàn trung thực, chính xác và có nguồn gốc rõ ràng.
Hà nội, ngày 18 tháng 10 năm 2010
Học viên
Nguyễn Lê Cường
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
DANH MỤC HÌNH VẼ BẢNG BIỂU
LỜI NÓI ĐẦU
PHẦN I: HỆ THỐNG DWDM....................................................................... 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN MẠNG DWDM............................................... 1
I. TỔNG QUAN DWDM ..........................................................................................1
1.1. Khái niệm ....................................................................................................1
1.2. Động lực phát triển. .....................................................................................3
1.3. Ứng dụng.....................................................................................................3
1.3.1. Các kiểu mạng DWDM................................................................ 3
1.3.2. Ứng dụng DWDM tại các lớp mạng ........................................... 4
1.4. Ưu điểm của DWDM ..................................................................................5
1.4.1. Dung lượng cực lớn..................................................................... 5
1.4.2. Trong suốt đối với tốc độ bit và khuôn dạng dữ liệu................... 5
1.4.3. Bảo vệ đầu tư tối đa trong quá trình nâng cấp hệ thống ............ 5
1.4.4. Khả năng linh hoạt, tiết kiệm và và độ tin cậy cao ..................... 5
1.4.5. Tương thích với chuyển mạch quang hoàn toàn ......................... 6
CHƯƠNG II: NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG ................................................... 7
2.1. Mô hình hệ thống và nguyên lý hoạt động .......................................................7
2.2. Cấu trúc thiết bị................................................................................................11
2.2.1. Cấu trúc phần cứng ................................................................................11
2.2.2. Các bộ phận chức năng. .........................................................................13
2.2.3. Cấu trúc phần mềm.................................................................................14
2.3. Cấu hình thiết bị ...............................................................................................17
2.3.1. Phân loại cấu hình thiết bị......................................................................17
2.3.2. Thiết bị OTM...........................................................................................17
2.3.3. Thiết bị OLA............................................................................................20
2.3.4. Thiết bị OADM........................................................................................21
2.3.5. Thiết bị REG ...........................................................................................23
2.3.6. Thiết bị OEQ...........................................................................................24
PHẦN 2: ỨNG DỤNG TRONG MẠNG TRUYỀN DẪN VIETTEL ...... 70
CHƯƠNG IV: GIỚI THIỆU MẠNG TRUYỀN DẪN VIETTEL ........... 70
4.1. Giới thiệu chung. ..............................................................................................70
4.2. Phân vùng quản lý và sử dụng thiết bị...........................................................72
4.3. Cấu trúc mạng. .................................................................................................74
CHƯƠNG V: THIẾT KẾ CHI TIẾT CHO MỘT MẠNG ĐƯỜNG
TRỤC.............................................................................................................. 76
5.1. Yêu cầu chung của hệ thống: ..........................................................................76
5.2. Phân bổ kênh ....................................................................................................77
5.3. Các loại OTU được sử dụng............................................................................79
5.4. Sơ đồ mạng........................................................................................................80
5.5. Quỹ công suất ...................................................................................................82
5.5.1.Tính toán quỹ công suất ........................................................................820
5.5.2. Nguyên tắc khuếch đại............................................................................82
5.5.3. Bù tán sắc ..............................................................................................84
5.5.4. Tán sắc phân cực (PMD- Polarization Mode Dispersion) ............................85
5.6. Tỷ số tín hiệu trên nhiễu (OSNR) ...................................................................86
5.6.1.Giới thiệu chung về quỹ OSNR................................................................86
5.6.2. Công thức OSNR ...................................................................................86
5.6.3. Mối liên hệ giữa BER, Q và OSNR .........................................................88
5.6.4. Mối quan hệ giữa BER và Q...................................................................88
5.6.5. Mối quan hệ giữa Q và OSNR ................................................................89
5.7. Các chế độ bảo vệ. ............................................................................................90
5.7.1. Bảo vệ hệ thống ......................................................................................91
5.7.1.1. Bảo vệ OUT 1:N...................................................................... 91
5.7.1.1. Bảo vệ OTU 1+1 .................................................................... 91
5.7.2. Bảo vệ cấp mạng ....................................................................................92
5.7.2.1. Bảo vệ MS 1+1....................................................................... 93
5.7.2.2. Bảo vệ chung đường dẫn hai chiều 2 sợi ................................ 94
5.8. Tính toán chi tiết mạng DWDM .....................................................................95
5.8.1.Tính toán ONSR, DCM và BER...............................................................95
5.8.2.Phân bổ bước sóng ..................................................................................96
5.9. Mở rộng mạng lưới trong tương lai................................................................96
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BA
CWDM
Booster Amplifier
Coarse Wavelength Division
Mutiplexing
Khuếch đại tăng cường
Ghép kênh lỏng theo bước sóng
DCC
Data Communication Channel
Kênh truyền thông dữ liệu
DCF
Dispersion Compensation Fiber
Sợi bù tán sắc
DCM
Dispersion Compensator Module
Module bù tán sắc
DE
Disperson Equalizer
Cân bằng tán sắc
DEMUX Demultiplexer
Bộ tách kênh
Dense Wavelength Division
Ghép kênh phân chia theo bước sóng mật
Mutiplexing
độ cao
EDFA
Erbium Doped Fiber Amplifier
Bộ khuếch đại sợi quang pha trộn Erbium
EMS
Element Management System
Hệ thống giám sát phần tử
EFEC
Enhance Forward Error Correction
Sửa lỗi chuyển tiếp cải tiến
FEC
Forward Error Correction
Sửa lỗi chuyển tiếp
FIU
Fiber Interface Unit
Khối giao diện quang
GI
Gradient Index
Chiết suất biến đổi
DWDM
IEEE
IP
Institute of Electrical and
Electronics Engineers
Internet Protocol
International Telecommunication
ITU-T
Union - Telecommunication
Standardization Sector
Viện kỹ nghệ Điện và Điện Tử
Giao thức liên mạng
Lĩnh vực Tiêu chuẩn viễn thông - thuộc
Tổ chức Viễn thông quốc tế.
Light Amplification by Stimulated
Khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ kích
Emission of Radiation
thích
MAC
Media Access Control
Điều khiển truy nhập môi trường
MM-GI
Multi Mode Gradient Index
Sợi quang đa mode chiết suất biến đổi
MM-SI
Multi Mode Step Index
Sợi quang đa mode chiết suất phân bậc
LASER
MUX
Multiplexer
Bộ ghép kênh
NDSF
Non Dispersion Shifted Fiber
Sợi quang tán sắc không dịch chuyển
NE
Network Element
Phần tử mạng
NMS
Network Management System
Hệ thống giám sát mạng
OA
Optical Amplifier
Khuếch đại quang
OADM
Optical Add Drop Multiplexer
Bộ ghép kênh xen rẽ quang
OBA
Optical Booster Amplifier
Khuếch đại quang tăng cường
ODU
Optical Demultiplexing Unit
Khối tách tín hiệu quang
OLA
Optical Line Amplifier
Khối khuếch đại đường truyền quang
OMU
Optical Multiplexing Unit
Khối ghép tín hiệu quang
OPA
Optical Preamplifier
Khối tiền khuếch đại quang
OPE
Optical Power Equalizer
Cân bằng công suất quang
OSC
Optical Supervision Channel
Kênh giám sát tín hiệu quang
OTM
Optical Terminal Multiplexer
Bộ ghép đầu cuối quang
OTU
Optical Transponder Unit
Khối phát đáp tín hiệu quang
PDH
Plesiochronous Digital Hierarchy
Phân cấp số cận đồng bộ
REG
Regeneration
Khối phát lặp
Reconfigurable optical add-drop
Bộ ghép kênh xen rẽ quang có thể cấu
multiplexer
hình lại
SDH
Synchronous Digital Hierarchy
Phân cấp số đồng bộ
SI
Step Index
Chiết suất phân bậc
STM-N
Synchronous Transport Module-N
Khối truyền dẫn đồng bộ cấp N
TDM
Time Division Mutiplexing
Ghép kênh theo thời gian
ROADM
DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU
Hình 1.1: Cấu trúc tổng quát của WDM và phổ của tín hiệu ghép .......................1
Bảng 1.1: Phân chia băng tần quang.....................................................................2
Hình 1.2: Bước sóng của CWDM ..........................................................................3
Hình 1.3: Hệ thống DWDM mở .............................................................................4
Hình 1.4: Hệ thống DWDM tích hợp .....................................................................4
Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý DWDM ........................................................................8
Hình 2.2: Hệ thống DWDM hai hướng................................................................10
Hình 2.3: Giao tiếp giữa DWDM với các dịch vụ khác.......................................11
Hình 2.4: Thành phần phần cứng ........................................................................12
Hình 2.5: Kiến trúc phần mềm hệ thống ..............................................................15
Hình 2.6: Vị trí các loại thiết bị DWDM trong mạng ..........................................17
Hình 2.7: Cấu trúc thiết bị ghép kênh kết cuối quang (OTM) .............................18
Hình 2.8: Cấu trúc thiết bị khuếch đại đường truyền (OLA)...............................20
Hình 2.9: Cấu trúc thiết bị ghép kênh xen/rẽ quang (OADM).............................22
Hình 2.10: Cấu trúc thiết bị tái tạo (REG) ..........................................................24
Hình 2.11: Thiết bị OPE ......................................................................................25
Hình 2.12: Thiết bị DE.........................................................................................26
Hình 3.1 : Các quá trình hấp thụ và bức xạ photon.............................................28
Hình 3.2. Laser Fabry-Perot (FP) .......................................................................28
Hình 3.3: Nguyên lý của cách tử nhiễu xạ Bragg ................................................29
Hình 3.4: Mặt cắt dọc của laser DFB..................................................................30
Hình 3.5: Mặt cắt dọc của laser DBR..................................................................31
Hình 3.6: Bộ phát quang có điều chỉnh ngoài khoang cộng hưởng.....................32
Hình 3.7: Diode tách quang p - n .......................................................................33
Hình 3.8: Sơ đồ vùng năng lượng của photodiode PIN .......................................34
Hình 3.9: Cấu trúc Photodiode thác và trường điện trong..................................37
Hình 3.10: Phân bố các byte FEC in-band trong khung dữ liệu SDH................39
Hình 3.11: Phân bố byte FEC out-band trong khung dữ liệu..............................39
Hình 3.12: Bộ ghép kênh trên cơ sơ cách tử nhiễu xạ .........................................41
Hình 3.13: AWG (trên) và hệ thống quang tương đương (dưới) .........................42
Hình 3.14: Sơ đồ nguyên lý film lọc.....................................................................43
Hình 3.15: Sơ đồ nguyên lý ODU sử dụng sợi quang cách tử .............................44
Hình 3.16: Hệ thống giao thoa Mach-Zehnder kết hợp với FBG ........................45
Hình 3.17: Cấu trúc của phân hệ WB ROADM ...................................................46
Hình 3.18: Cấu trúc của nút mạng hai hướng dựa trên PLC ROADM ...............46
Hình 3.19: Cấu trúc một giải pháp PLC ROADM...............................................47
Hình 3.20: Cấu trúc của ROADM 4 hướng trên cơ sở WSS trong trường hợp
cổng xen/tách là colored (a) và colorless (b). .....................................................48
Hình 3.21: Cấu trúc của một nút 4 hướng trên cơ sở WSS hỗ trợ cả chức năng
kết nối mạng hình lưới và các cổng xen tách là colorless. Tổng cộng 12 WSS 1×5
được dùng. ...........................................................................................................48
Hình 3.22:Sơ đồ chức năng của WSS 1×9 n kênh tại một nút xen tách với một
cổng ra tổng và 8 cổng drop ................................................................................49
Hình 3.23: Sơ đồ khối của WSS không gian tự do ...............................................49
Hình 3.24: Cấu trúc phân hệ WXC cho nút mạng 8 hướng 40 bước sóng trên một
sợi quang..............................................................................................................51
Hình 3.25: Cấu trúc chip chuyển mạch ma trận 8×8 có giám sát công suất và
cân bằng công suất tự động .................................................................................51
Hình 3.26: Sơ đồ mức năng lượng của Er3+.......................................................52
Hình 3.27: Sơ đồ hệ thống khuếch đại EDFA......................................................53
Hình 3.28: Giản đồ năng lượng của tán xạ Rayleigh và Raman .........................53
Hình 3.29: Sơ đồ hệ thống khuếch đại Raman.....................................................54
Hình 3.30: các thành phần tán sắc bước sóng.....................................................55
Hình 3.31: Cấu trúc sợi tán sắc âm .....................................................................56
Hình 3.32: Sơ đồ khối bù tán sắc dùng sợi cách tử chu kỳ biến đổi ....................57
Hình 3.33: Nguyên lý bù tán sắc của quang sợi cách tử Bagg chu kỳ biến đổi...58
Hình 3.34: Vị trí cáp quang trong hệ thống DWDM ...........................................59
Hình 3.35: Đường cong tán sắc của sợi quang....................................................61
Hình 3.36: Cấu trúc sợi đơn mode.......................................................................62
Hình 3.37: Cấu trúc sợi đa mode chiết suất nhảy bậc .........................................63
Hình 3.38: Cấu trúc sợi quang đa mode chiết suất nhảy bậc .............................64
Hình 3.39: Cấu trúc sợi quang ............................................................................65
Hình 3.40 : Nguyên lý truyền tín hiệu trong sợi quang.......................................65
Hình 3.41: Đường đi của tín hiệu quang trong sợi SI.........................................66
Hình 3.42: Đường đi của tín hiệu quang trong sợi GI ........................................66
Hình 3.43: Sợi đơn mode.....................................................................................67
Hình 4.1. Biểu đồ phát triển số Km cáp quang....................................................71
Hình 4.2. Biểu đồ phát triển số node mạng. ........................................................72
Hình 4.3. Dùng thiết bị ZTE ................................................................................73
Hình 4.4. Dùng thiết bị ECI.................................................................................73
Hình 4.5. Dùng thiết bị Huawei...........................................................................74
Hình 4.6. Cấu trúc mạng Truyền dẫn Viettel.......................................................74
Bảng 5.1: Tuyến và khoảng cách trong thiết kế ..................................................76
Bảng 5.2 Phân bổ băng tần cho hệ thống 40 kênh ..............................................77
Bảng 5.3. OUT dùng trong thiết kế......................................................................79
Hình 5.1. Sơ đồ thiết kế........................................................................................81
Bảng 5.4: Thông số của DCM .............................................................................84
Bảng 5.5: Cấu hình của DCM .............................................................................85
Bảng 5.6: Quỹ công suất OSNR...........................................................................86
Bảng 5.7.Mối quan hệ giữa Q và BER ...............................................................89
Hinh 5.2.Sơ đồ khối của đường quang 1 1: N chức năng bảo vệ ........................91
Hình 5.3: Bảo vệ đường quang (Mạng chuỗi) .....................................................92
Hình 5.4. Mạng vòng ...........................................................................................93
Hình 5.5: Bảo vệ MS 1+1 ....................................................................................93
Bảng 5.8: Tính toán cho hệ thống........................................................................95
Bảng 5.9. Phân bổ bước sóng trong thiết kế........................................................96
LỜI NÓI ĐẦU
Trong một hệ thống Viễn thông thì truyền dẫn đóng vai trò cực kỳ quan trọng
là hạ tầng của hạ tầng hệ thống dùng để truyền tải lưu lượng của toàn bộ hệ thống.
Kể từ khi hệ thống truyền dẫn quang được đưa vào khai thác trên mạng viễn thông,
với các ưu điểm của mình về băng thông, về cự ly, về chất lượng thông tin không bị
ảnh hưởng của sóng điện từ,..v.v..đã đáp ứng được các yêu cầu của dịch vụ. Nhưng
nhu cầu về lưu lượng của các dịch vị viễn thông ngày càng lớn với các dịch vụ ngày
càng trở nên đa dạng và phong phú đòi hỏi dung lượng cao như: Internet tốc độ cao,
hội nghị truyền hình, Video on Demand, các dịch vụ FTTx…với việc một sợi quang
chỉ truyền được một bước sóng, với một nguồn phát quang ở phía phát và một bộ
tách sóng quang ở phía thu. Với một hệ thống như vậy, dải phổ của tín hiệu quang
truyền qua sợi thực tế rất hẹp so với dải thông mà các sợi quang có thể truyền. Bên
cạnh đó nếu ta muốn tăng dung lượng của hệ thống thì phải thêm sợi quang. Để giải
quyết các vấn đề trên, công nghệ WDM đã ra đời. Công nghệ ghép kênh phân chia
theo bước sóng (Wavelength Division Multiplexing – WDM) là công nghệ trong đó
một sợi quang đồng thời truyền dẫn được nhiều bước sóng. Nguyên lý cơ bản là tín
hiệu quang có bước sóng khác nhau ở đầu vào được tổ hợp (ghép kênh) lại sau đó
truyền đi trên một sợi quang và ở đầu thu tín hiệu bước sóng tổ hợp đó được phân
giải (tách kênh) ra và xử lý khôi phục lại tín hiệu gốc rồi đưa đến các đầu cuối khác
nhau. Công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng mật độ cao DWDM (Dense
WDM) cũng theo nguyên lý trên nhưng ghép được nhiều bước sóng hơn, các hệ
thống hiện nay có thể ghép 32, 40, 80 hay thậm chí là 160 bước sóng trên một sợi
quang. Để ứng dụng công nghệ này trong thực tế đòi hỏi một hệ thống rất phức tạp,
linh hoạt.
Với mục đích tìm hiểu và vận dụng hệ thống DWDM trong thực tế tôi đã chọn
đề tài: “Hệ thống DWDM và ứng dụng trong mạng Truyền dẫn Viettel” để làm
luận văn tốt nghiệp, bài luận văn được chia làm 2 phần và 5 chương, bao gồm:
- Phần I: Hệ thống DWDM, gồm 3 chương:
+ Chương I:
Giới thiệu tổng quan về hệ thống, về giải tần hoạt động, các bước
sóng theo khuyến nghị cũng như các ưu điểm của DWDM.
+ Chương II:
Nguyên lý của hệ thống: Mô hình của hệ thống, giới thiệu về
cấu trúc các thành phần phần cứng, phần mềm cũng như vai
trò và vị trí trong hệ thống.
+ Chương III: Các cơ sở công nghệ của các thành phần của hệ thống, giới
thiệu chi tiết về cơ sở công nghệ được sử dụng để chế tạo nên
các thành phần của hệ thống
- Phần II: Ứng dụng trong mạng Truyền dẫn của Viettel, gồm 2 chương:
+ Chương IV: Giới thiệu về mạng Truyền dẫn Viettel: Trình bày về dung
lượng, năng lực mạng lưới, các kết nối trong nước, quốc tế, vệ
tinh.. của mạng Truyền dẫn Viettel.
+ Chương V:
Trình bày và tính toán cụ thể cho 1 mạng đường trục sử dụng
công nghệ DWDM
Do kiến thức còn nhiều hạn chế và trong khuôn khổ của bài luận văn không
thể nêu hết được các vấn đề liên quan, nên bài luận văn chắc chắn không tránh khỏi
những thiếu sót, rất mong nhận được sự đóng ghóp, chỉ bảo của các thầy, cô, các
bạn đồng nghiệp.
Tôi cũng xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến thầy TS. Nguyễn Hoàng Hải, bộ
môn Hệ thống Viễn thông, khoa Điện tử - Viễn thông trường Đại học Bách khoa Hà
Nội, người đã hướng dẫn, chỉ bảo tôi rất chu đáo, nhiệt tình trong suốt thời gian
qua. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô trong khoa Điện tử - Viễn
thông, gia đình, các bạn đồng nghiệp những người đã giúp đỡ để tôi có thể hoàn
thành bản luận văn này.
Hà Nội, ngày 18 tháng 10 năm 2010
Học viên
Nguyễn Lê Cường
PHẦN I: HỆ THỐNG DWDM
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN MẠNG DWDM
I. TỔNG QUAN DWDM
1.1. Khái niệm
Ghép kênh theo bước sóng (WDM) là công nghệ ghép nhiều kênh có bước
sóng khác nhau để truyền đi trên cùng một sợi quang. Các bộ ghép và tách kênh
được sử dụng là các thiết bị quang thụ động. Ghép kênh theo bước sóng hoàn toàn
trong suốt đối với dữ liệu được truyền. Vì thế, tốc độ và chuẩn dữ liệu của các kênh
được ghép không cần phải giống nhau.
Cấu trúc tổng quát của một tuyến WDM đơn hướng, n kênh như hình 1.1.
Hình 1.1: Cấu trúc tổng quát của WDM và phổ của tín hiệu ghép
Các luồng thông tin cần truyền được đưa tới khối phát của từng kênh. Các
khối này làm nhiệm vụ phát đáp với bước sóng khác nhau. Đầu ra của các khối phát
được đưa tới bộ ghép kênh theo bước sóng để ghép thành một luồng tổng được
khuyếch đại và phát lên sợi quang. Trên đường truyền, có thể đặt các bộ khuếch đại
1
nhằm đảm bảo về công suất để tăng khoảng cách truyền. Tại đầu thu, tín hiệu này
được khuếch đại để tín hiệu đủ lớn và được đưa tới bộ tách kênh theo bước sóng
để tách thành các kênh tương tự như đầu phát. Các kênh bước sóng riêng được đưa
tới các khối phát tương ứng để chuyển từng kênh thành các luồng tín hiệu riêng
tương ứng với phía phát.
Hiện tại, có hai hệ thống ghép kênh theo bước sóng được biết là hệ thống
ghép kênh theo bước sóng mật độ cao (DWDM – Dense Wavelength Division
Mutiplexing) và hệ thống ghép kênh theo bước sóng thô (CWDM – Coarse
Wavelength Division Mutiplexing).
Bảng 1-1: Phân chia băng tần quang.
Băng
Ý nghĩa
Dải bước sóng (nm)
Băng O
Original – băng gốc
1260 đến 1360
Băng E
Extended – băng mở rộng
1360 đến 1460
Băng S
Short – băng ngắn
1460 đến 1530
Băng C
Conventional – băng thông thường
1530 đến 1565
Băng L
Long – băng dài
1565 đến 1625
Băng U
Ultra-long – băng cực dài
1625 đến 1675
DWDM là một công nghệ ghép kênh theo bước sóng với số bước sóng lớn
trong một băng tần hạn chế. Hệ thống ghép kênh DWDM hiện tại hoạt động ở
băng C hoặc băng L (bảng 1-1), dung lượng 32 hoặc 40 kênh, khoảng kênh 0,4
nm và tốc độ tới 10G. Các bước sóng được chuẩn hóa theo khuyến nghị ITU-T
G.692 (xem phụ lục 01). Hiện tại, hệ thống DWDM đã nghiên cứu thử nghiệm với
dung lượng kênh được nâng đến 40G hoặc số lượng kênh được nâng đến 80.
Hệ thống CWDM được phát triển nhằm đáp ứng các ứng dụng dung lượng
nhỏ để giảm chi phí đầu tư. CWDM là hệ thống ghép kênh bước sóng với mật
độ kênh thấp, yêu cầu xử lý băng tần không cao. Số kênh của CWDM nhỏ hơn
hoặc bằng 18 với khoảng kênh 20nm (tương đương khoảng 2,5 THz), dung
lượng một kênh đến 10G, bước sóng theo khuyến nghị ITU-T G.694.2. Bước
sóng của CWDM được phân bổ như hình 1.2.
2
Hình 1.2: Bước sóng của CWDM
1.2. Động lực phát triển.
Sự tăng nhanh yêu cầu về dung lượng, khoảng cách và sự đa dạng về định dạng
truyền tin làm cho các hệ thống ghép kênh theo thời gian (TDM) và việc tăng số lượng
sợi quang không đáp ứng được. Trong khi, dung lượng của một sợi quang rất lớn thì
các hệ thống truyền dẫn quang TDM, với một tín hiệu quang trên mỗi sợi quang, chỉ
khai thách một phần nhỏ trong băng tần rộng lớn của sợi quang. Do đó, đã nảy sinh nhu
cầu cần một hệ thống có khả năng tăng dung lượng truyền dẫn trên một sợi quang bằng
cách tận dụng băng thông rộng của sợi, tăng khoảng cách truyền dẫn và đáp ứng đồng
thời nhiều định dạng thông tin. Đây là động lực phát triển hệ thống ghép kênh theo
bước sóng WDM.
Hệ thống WDM cho phép tăng dung lượng truyền dẫn trên một sợi quang, mà
không tăng tốc độ xung, bằng cách tận dụng băng thông rộng của sợi quang. Có
thể ghép các luồng số liệu có tốc độ và định dạng khác nhau. Do đó, hệ thống đáp
ứng được các yêu cầu kể trên.
1.3. Ứng dụng
1.3.1. Các kiểu mạng DWDM
DWDM có hai kiểu ứng dụng: kiểu mạng mở và mạng tích hợp.
Kiểu mạng DWDM mở hoạt động với mọi loại giao diện quang đầu cuối. Hệ
thống này sử dụng công nghệ chuyển đổi bước sóng để chuyển đổi tín hiệu quang
từ bước sóng của luồng tín hiệu cần truyền sang bước sóng quy chuẩn trong hệ
3
thống. Các tín hiệu quang từ các thiết bị đầu cuối khác nhau sau khi được chuyển
đổi thành các bước sóng khác nhau phù hợp hệ thống theo khuyến nghị ITU-T
được đưa tới bộ ghép để ghép thành tín hiệu DWDM.
MUX
DEMUX
Client
Client
Hình 1.3: Hệ thống DWDM mở
Hệ thống DWDM tích hợp không sử dụng công nghệ chuyển đổi bước sóng.
Hệ thống DWDM tích hợp được thiết kế để hoạt động cùng với một số mạng
khác như SDH, Ethernet, ... Các giao diện quang từ thiết bị thuộc các mạng được
tích hợp phải có bước sóng chuẩn hóa DWDM và được kết nối trực tiếp vào bộ tách
ghép kênh của hệ thống DWDM.
Hình 1.4: Hệ thống DWDM tích hợp
Các kiểu mạng này được áp dụng tùy thuộc vào từng hoàn cảnh cụ thể. Trong
thực tế, có thể kết hợp cả hai kiểu ứng dụng này trong một hệ thống mạng.
1.3.2. Ứng dụng DWDM tại các lớp mạng
- Mạng đường trục (back-bone)
Các hệ thống DWDM khoảng cách xa (long-haul) được ứng dụng trong
mạng đường trục để truyền tải thông tin với lưu lượng lớn giữa các vùng trong
một quốc gia. Đặc điểm của các hệ thống này là dung lượng rất lớn và sử dụng
các công nghệ sửa lỗi FEC, khuyếch đại Raman, định dạng xung CRZ cùng với
4
các trạm lặp để tăng cường về khoảng cách. Hệ thống mạng đường trục được xây
dựng dưới dạng hình vòng hoặc hình lưới để tăng khả năng bảo vệ lưu lượng.
- Mạng nội vùng (Metropolitan)
Sử dụng các hệ thống DWDM khoảng cách trung bình để kết nối giữa các
điểm tập trung lưu lượng trong một vùng. Các mạng Metro cũng được xây dựng
dạng hình vòng hoặc hình lưới để tăng khả năng bảo vệ lưu lượng.
1.4. Ưu điểm của DWDM
Hệ thống DWDM có các ưu điểm sau:
1.4.1. Dung lượng cực lớn
Băng thông truyền dẫn của sợi quang thông thường được sử dụng rất lớn.
Nhưng, tỷ lệ sử dụng của các hệ thống đơn bước sóng vẫn rất thấp. Bằng cách sử
dụng công nghệ DWDM, dung lượng truyền dẫn trên mỗi sợi quang được tăng lên
rất nhiều lần mà không cần tăng tốc độ bit.
1.4.2. Trong suốt đối với tốc độ bit và khuôn dạng dữ liệu
Các hệ thống DWDM được xây dựng trên cơ sở ghép và tách các tín hiệu
quang theo bước sóng và việc ghép tách này độc lập với tốc độ truyền dẫn và
phương thức điều chế. Vì thế, các hệ thống này trong suốt đối với tốc độ dữ liệu và
khuôn dạng dữ liệu. Vì thế, có thể truyền các tín hiệu với các đặc điểm truyền dẫn
khác hẳn nhau, có thể tổng hợp và tách các tín hiệu điện khác nhau bao gồm các
tín hiệu số và các tín hiệu tương tự, các tín hiệu PDH và các tín hiệu SDH,.v.v.
1.4.3. Bảo vệ đầu tư tối đa trong quá trình nâng cấp hệ thống
Trong quá trình mở rộng và phát triển mạng, có thể mở rộng dung lượng mà
không cần xây dựng lại hệ thống cáp quang mà chỉ cần thay thế các bộ thu phát
quang. Hơn nữa, việc tăng thêm dịch vụ mới và dung lượng mới được thực hiện đơn
giản bằng cách tăng thêm bước sóng.
1.4.4. Khả năng linh hoạt, tiết kiệm và và độ tin cậy cao
So với các mạng truyền thống sử dụng phương thức TDM điện, mạng DWDM
có cấu trúc cực kỳ đơn giản và các lớp mạng được phân tách rõ ràng. Lớp thấp
5
nhất của mạng là lớp toàn quang tính từ đầu vào bộ ghép tới đầu ra bộ tách kênh
bước sóng bao gồm các bộ khuyếch đại, bù tán sắc và các thành phần ở trên đoạn
đường truyền. Lớp này là được xây dựng cố định với từng mạng và có chi phí rất
thấp. Lớp dịch vụ mức cao hơn bao gồm các bộ phát đáp quang. Các bộ phát đáp
quang làm nhiệm vụ gom các dữ liệu cần truyền và phát đáp tại các bước sóng
chuẩn hóa của hệ thống. Việc thay đổi dung lượng, thêm bớt dịch vụ được thực
hiện bằng cách thay đổi hoặc thêm bớt các bộ phát đáp. Do đó, mạng DWDM đáp
ứng tốt về khả năng linh hoạt và tiết kiệm chi phí. Do đặc điểm trong suốt với tín
hiệu truyền nên độ tin cậy của mạng cao hơn hẳn so với các mạng TDM.
1.4.5. Tương thích với chuyển mạch quang hoàn toàn
Theo dự đoán, có thể thực hiện được mạng chuyển mạch hoàn toàn quang
trong tương lai, việc xử lý như xen/rẽ và kết nối của tất cả các dịch vụ viễn thông
có thể được thực hiện bằng cách thay đổi và điều chỉnh các bước sóng tín hiệu
quang. Vì vậy, DWDM là công nghệ cơ sở để thực hiện mạng hoàn toàn quang.
Hơn nữa, các hệ thống DWDM có thể tương thích với các mạng hoàn toàn quang
trong tương lai. Hoàn toàn có thể thực hiện mạng hoàn toàn quang trong suốt và
có độ tin cậy cao trên cơ sở hệ thống DWDM hiện tại.
6
CHƯƠNG II: NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG
2.1. Mô hình hệ thống và nguyên lý hoạt động
Mô hình tổng quát hệ thống DWDM được trình bày trong hình 2.1. Mô hình này
biểu diễn một hệ thống DWDM mở, đơn hướng gồm đầu phát, trạm khuếch đại và bù
tán sắc trung gian và đầu thu. Hệ thống ghép n kênh bước sóng, từ λ1 đến λn.
Tại đầu phát, các luồng tín hiệu đầu vào được đưa đến các bộ phát đáp
(OTU) khác nhau, từ OTU1 đến OTUn. Giao diện đầu vào OTU là các giao diện
dịch vụ truyền dẫn như SDH, PDH, FE, GE,... Nhiệm vụ của các bộ phát đáp là
nhận và gom tín hiệu cần truyền từ đầu vào và phát lại trên các bước sóng chuẩn
hóa của hệ thống DWDM, từ λ1 đến λn. Đầu ra từ các OTU được đưa đến bộ ghép
kênh theo bước sóng OMU. OMU làm nhiệm vụ ghép các tín hiệu tại các bước
sóng khác nhau thành một luồng tín hiệu ghép tổng DWDM. Tín hiệu ghép này
được đưa đến bộ khuếch đại tăng cường (BA) để khuếch đại tới công xuất thích
hợp để phát vào sợi quang.
Trên đường truyền có đặt các bộ khuếch đại đường (LA) để đảm bảo về công
suất. Ngoài ra, trên đường truyền cũng có đặt các sợi bù tán sắc (DCF) để hạn chế
tán sắc. Bộ bù tán sắc thường được chèn vào giữa các tầng khuếch đại của một bộ
khuếch đại hoặc chèn vào giữa hai bộ khuếch đại liên tiếp.
Tại đầu thu, vì tín hiệu có công suất rất nhỏ nên được đưa vào bộ tiền khuếch
đại (PA) để khuếch đại công suất với tạp âm rất thấp để đảm bảo chất lượng tín
hiệu. Bộ bù tán sắc (DCF) được chèn vào giữa các tầng khuếch đại để bù tán sắc.
Tín hiệu sau khi khuếch đại và bù tán sắc được đưa đến bộ tách kênh (ODU) để
tách thành các kênh bước sóng đơn, từ λ1 đến λn. Tín hiệu bước sóng đơn được
đưa đến các bộ phát đáp tương ứng để chuyển đến giao diện đầu ra của hệ thống
(SDH, FE, GE,...).
Trong hệ thống DWDM, hệ thống quản lý được truyền qua kênh giám sát
quang (OSC). Kênh giám sát thường có tốc độ 2Mbit/s. Có hai kiểu OSC: OSC
trong băng và OSC ngoài băng.
7
Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý DWDM
Với kiểu OSC trong băng, kênh giám sát quang được ghép vào dữ liệu
người dùng và được truyền cùng với tín hiệu người dùng. Kênh giám sát được ghép
tách tại OTU.
Với kiểu OSC ngoài băng, kênh giám sát quang được truyền bằng một kênh
bước sóng độc lập với dữ liệu người dùng. Trong trường hợp này, kênh OSC có
thể truyền bằng một bước sóng DWDM trên băng C hay băng L hoặc truyền bằng
kênh bước sóng trong băng S. Kênh OSC có tốc độ thấp nên yêu cầu chất lượng
truyền dẫn không cao, do đó, quỹ đường truyền rất lớn. Ngoài ra, OSC luôn kết
cuối tại các trạm bất kỳ nên khoảng cách không lớn và vì thế, không cần phải
khuếch đại và bù tán sắc. Do kênh OSC thường hoạt động trên băng S, yêu cầu
chất lượng truyền không cao và cũng để đảm bảo thông suốt kênh quản lý trong cả
8
- Xem thêm -