Phương pháp thiết kế hệ thống truyền dẫn aotn ứng dụng cho tuyến trục bắc nam

  • Số trang: 92 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 11 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 26946 tài liệu

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO VIỆN ðẠI HỌC MỞ HÀ NỘI DƯƠNG BÍCH NGỌC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN AOTN - ỨNG DỤNG CHO TUYẾN TRỤC BẮC - NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH KỸ THUẬT ðIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS ðỖ XUÂN THỤ HÀ NỘI - 2011 Phương pháp tính toán thiết kế hệ thống truyền dẫn AOTN - ứng dụng cho tuyến trục Bắc - Nam MỤC LỤC BẢNG TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU SƠ ðỒ HÌNH VẼ MỞ ðẦU CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG AOTN...........................................................1 1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ WDM ....................... 1 1.2 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN WDM ............................... 5 1.2.1. Hệ thống ghép bước sóng một hướng ............................................. 5 1.2.2 Hệ thống ghép bước sóng hai hướng ............................................... 6 1.3 CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG WDM ... 6 1.3.1. Các thiết bị tách ghép kênh quang .................................................. 6 1 3.2 Thiết bị khuếch ñại quang sợi .......................................................... 8 1 3.2.1 Nguyên lý làm việc..................................................................... 8 1.3.2.2. Khuếch ñại quang sợi EDFA trong hệ thống WDM .............. 14 1. 3.2.3 Khuếch ñại quang sợi thế hệ mới cho hệ thống WDM........... 17 1.3.3. Thiết bị OADM .............................................................................. 22 1 3.4. Thiết bị kết nối chéo OXC.............................................................. 23 1.3.4.1 Sư ra ñời của chuyến mạch toàn quang .................................... 23 1.3.4.2 Thiết bi kết nối chéo quang OXC ............................................ 25 1.3.5. Sợi quang....................................................................................... 27 CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠNG AOTN............31 2.1 PHÂN TÍCH CẤU TRÚC MẠNG LƯỚI............................................ 31 2.1.1 GIỚI THIỆU .................................................................................. 31 2.1.2 ðIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TĨNH................................................ 32 2.1.3 CẤU TRÚC MẠNG LƯỚI VÀ CÁC QUY TẮC CƠ BẢN .............. 33 2.1.4 CÁC KHỐI CẤU TRÚC MẠNG..................................................... 34 2.1.4.1 Cấu trúc bộ chuyển mạch lựa chọn bước sóng ....................... 34 2.1.4.2 Bộ suy hao chọn lựa bước sóng............................................... 36 2.1.4.3 Tính toán ñiều khiển công suất ví du ñiển hình...................... 37 2.1.4.4 Kỹ thuật bước sóng giả (Dummy Wavelength) ..................... 40 2.1.5 Xác ñịnh vị trí các bộ EDFA trong mạng ..................................... 40 Sinh viên: Dương Bích Ngọc – Cao học K2 – Viện ðH Mở Phương pháp tính toán thiết kế hệ thống truyền dẫn AOTN - ứng dụng cho tuyến trục Bắc - Nam 2.1.5.1 Xem xét tạp âm của bộ khuyếch ñại quang và những hạn chế của nó .................................................................................................. 42 2.1.5.2. Xem xét tán sắc và các giới han của nó................................. 47 2.1.5.3 Kết luận ................................................................................... 48 2.2 THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG TIN QUANG ....................................... 49 2.2.1 Thiết kế dựa trên quĩ công suất ...................................................... 49 2.2.2 Quĩ thời gian lên (rise-tim budget) ................................................. 50 2.2.3 Thiết kế dựa trên OSNR ................................................................. 51 2.2.4 Thiết kế với sự trợ giúp của các công cụ mô phỏng ....................... 53 2.2.5 Mô hình tham chiếu hệ thống WDM và tính toán các thông số kỹ thuật ................................................................................................... 54 CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN DWDM BĂNG C 10GBIT/S TUYẾN DÀI 900KMX2 SỬ DỤNG CÁP SMF......................56 3.1 GIỚI THIỆU CẤU HÌNH HIỆN TẠI CỦA VNPT ............................ 58 3.2. THIẾT KẾ LIÊN KẾT HỆ THỐNG WDM ...................................... 58 3.2.1 Các ñặc ñiểm................................................................................... 58 3.2.2 Thiết kế ........................................................................................... 59 3.2.3 Thiết kế OSNR (tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu quang)............................ 60 3.2.4 Bù tán sắc và chirping .................................................................... 61 3.2.5 Cân bằng tăng ích và tỷ lệ lỗi bit (BER) ......................................... 64 3.2.6 Các mô phỏng ................................................................................. 65 3.2.7 Thực hiện hệ thống ........................................................................ 66 3.3. KỸ THUẬT THIẾT BỊ QUANG........................................................ 68 3.3.1 Bộ truyền quang ............................................................................. 68 3.3.2 Bộ ghép kênh xen tách quang (OADM) ......................................... 68 3.3.3. Bộ ñấu chéo quang OXC ............................................................... 70 3.4 SƠ ðỒ LIÊN KẾT NÚT ...................................................................... 71 3.5 HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN Backbone VIỆT NAM ......................... 74 3.5.1 Sơ ñồ cáp hiện có............................................................................ 74 3.5.2 Thiết kế ........................................................................................... 75 KẾT LUẬN .......................................................................................................................80 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..............................................................................................81 Sinh viên: Dương Bích Ngọc – Cao học K2 – Viện ðH Mở Phương pháp tính toán thiết kế hệ thống truyền dẫn AOTN - ứng dụng cho tuyến trục Bắc - Nam BẢNG TỪ VIẾT TẮT ADM Add/Drop multiplexer: Bộ ghép kênh xen/rẽ AOTF Advanced Optical Tunable Filter : Bộ lọc có khả năng lựa chọn bước sóng. APD Avalanche photo Diode: ðiốt quang thác APD ASE Amplifier Spontaneous Emision: Bức xạ tự phát ñược khuyếch ñại ATM Asynchronous Transfer Mode: Kiểu truyền dẫn không ñồng bộ AWG Anay Wave Grating: Cách tử AWG BA Booster Amplifier: Bộ khuyếch ñại công suất ñầu phát BER Bit Enor Ratio: Tỉ lệ lỗi DCF Dispersion Compensated Fiber: Sợi bù tán sắc DCG Dispersion Compensating Grating: Cách tử bù tán sắc DCM Dispersion Compensator Module: Module bù tán sắc DEM Dispersion Equalization Module: Module ñiều chỉnh tán sắc DGD Differential Group Delay: Trễ nhóm DSF Dispersion Shifted Fiber: Sợi tán sắc dịch chuyển DST Dispersion Supported Transmission DWDM Density Wavelength Division Multiplxer: Ghép kênh theo bước sóng mật ñộ cao DXC Digital Cross Connect: BỘ ñấu nối chéo EDFA Erbium Doped Amplifier: Khuyếch ñại quang Erbium EDSFA Erbium Doped Siliion Base Fiber Amplifier Sinh viên: Dương Bích Ngọc – Cao học K2 – Viện ðH Mở Phương pháp tính toán thiết kế hệ thống truyền dẫn AOTN - ứng dụng cho tuyến trục Bắc - Nam EDTFA FBG Erbium Doped Tellurite Based Fiber Amplifier Fiber Bragg Grating: Cách tử sợi Bragg FTTH Fiber to the home FWM Four Wave Mixing: Hiệu ứng trộn bốn bước sóng IP Intemet Protocol:Giao thức IP ISDN Intergrated Service Digital Network: Mạng số ña dịch vụ tích hơp LA Line Amplifier: Khuyếch ñại ñường truyền LAN Local Area Network: Mạng nội bộ LTmcs Line Termination for multichannel system: Kết cuối ñường truyền cho hệ thống ña kênh LWPF Long Wavelength Pass Filter: Bộ lọc thông dải bước sóng dài M _nREP Multichannel non Regenerative: ña kênh không trạm lặp MOR Multi- wavelength Optical Repeater: Trạm lặp ña kênh quang MS- Multiplex Section Share Protection Ring: Ring bảo vệ luồng SPRING ñoạn ghép kênh NF Noise Figure: Hệ số tạp âm NL Non-linear: Phi tuyến NrREG Non regenerative Repeater: Trạm lặp quang NRZ Non Retum to Zero : Mã không trở về 0 OA Optical Amplifier: khuyếch ñại quang OADM Optical Add/Drop Multiplexer: Bộ xen/rẽ bước sóng quang OAS _m Optical Amplifier Section for multichannel system: ðoạn khuyếch ñại quang cho hệ thống ña kênh Sinh viên: Dương Bích Ngọc – Cao học K2 – Viện ðH Mở Phương pháp tính toán thiết kế hệ thống truyền dẫn AOTN - ứng dụng cho tuyến trục Bắc - Nam OC Optical Channel: Kênh quang ODM Optical Demultiplexer: Tách bước sóng quang OM Optical Multiplexer: Ghép bước sóng quang OPM Optical Perfonnance Monitor: Thiết bị giám sát chất lượng mạng quang OTM Optical Terminal Multiplexer OSC Optical Supervisory/service Channel: Kênh ñiều khỉên giám sát quang PA Preamplifier: Bộ tiền khuyếch ñại PDH Plesynchronous Digital Hierarchy: Phân cấp số cận ñồng bộ PDL Polarization Depended Loss: Suy hao phụ thuộc phân cực PIN Positive Intrinsic Nagative: ðiốt PIN PLC Planar Lightwave Circuit: Vi mạch quang PMD Polarization Mode Dispertion: Tán sắc mode phân cực REG Regenerator:Trạm lặp (3R) RS Regenerator Section: ðoạn lặp (3R) SBS Skmulated Brillouin Scattering: Tán xạ Brillouin SDH Synchronous Digital Hierarchy: Phân cấp ñồng bộ số SNR Signal to Noise Ratio : Tỷ số tín hiệu trên tạp âm SOFT Shared Optical Function Technology SONET Synchronous Optical Network :Mạng quang ñồng bộ SPM Self Phase Mudulation : ðiều chế tự dịch pha SRS Skmulated Ramman Scanering: Tán xạ Ramman STM Synchronous Transport Module Sinh viên: Dương Bích Ngọc – Cao học K2 – Viện ðH Mở Phương pháp tính toán thiết kế hệ thống truyền dẫn AOTN - ứng dụng cho tuyến trục Bắc - Nam SWPF Short Wavelength Pass Filter : Lọc thông bước sóng ngầm TMN Telecommunication Management Network : Mạng quản lý Viễn thông WDM Wavelength Division Multiplexer: Ghép kênh theo bước sóng XPM Cross Phase Modulation : ðiều chế pha chéo Sinh viên: Dương Bích Ngọc – Cao học K2 – Viện ðH Mở Phương pháp tính toán thiết kế hệ thống truyền dẫn AOTN - ứng dụng cho tuyến trục Bắc - Nam DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 . Các ñặc ñiểm kỹ thuật của hệ thống. ............................................... 58 Bảng 3.2. Các tổ hợp phù hợp của pre-chirping và kiểu sợi và công suất......... 63 Bảng 3.3 Các ñặc tính của AOTF ..................................................................... 69 Bảng 3.4. Các ñặc ñiểm của OXC .................................................................... 70 Bảng 3.5. Dự báo lưu lượng truyền thông: ....................................................... 75 Bảng 3.6. Các tham số cho hệ thống WDM-10Gb/s .......................................... 75 SƠ ðỒ HÌNH VẼ Hình 1.1. Nguyên lý cơ bản của hệ thống thông tin quang WDM.....................................1 Hình 2.1. Hệ thống ghép bước sóng một hướng..................................................................5 Hình 1.3. Hệ thông ghép bước sóng hai hướng...................................................................6 Hình 1 .4. Sơ ñồ nguyên lý thiết bị tách ghép kênh quang. .................................................7 Hình 1 .5. Cơ chế bức xạ trong ba mức (a) và trong bốn mức (b)....................................8 Hình1 .6 Phổ hấp thụ của sợi quang thông thường và sợi quang Erbium.......................12 Hình 1.7. Giản ñồ năng lượng của Erbium .......................................................................13 Hình 1.8. Sơ ñồ cấu trúc của một modul EDFA................................................................13 Hình 1.9. Cấu hình EDTFA................................................................................................17 Hình 1.10. Mô hình truyền dẫn WDM 160 kênh bước sóng cho cả hai băng truyền dẫn C và L ......................................................................................................................................18 Hình 1.11: OXC với ma trận chuyển mạch .......................................................................26 Hình 1.12: OXC với chuyển mạch one wavelength/card..................................................27 Hình 2.1 : Cấu trúc mạng ñịnh tuyên bước sóng phân bố ................................................33 Hình 2.2: Cấu trúc của node ..............................................................................................35 Hình 2.3: Cấu trúc của suy hao chọn bước sóng ..............................................................38 Hình 2.4: Ví dụ ñiển hình về tính toán cân bằng công suất ..............................................39 Hình 2.5: Ví dụ EDFA ........................................................................................................39 Hình 2.6: SNR (dB) với số lượng kênh m khác nhau.........................................................45 Sinh viên: Dương Bích Ngọc – Cao học K2 – Viện ðH Mở Phương pháp tính toán thiết kế hệ thống truyền dẫn AOTN - ứng dụng cho tuyến trục Bắc - Nam Hình 2.7: SNR (dB) với ñộ lợi EDFA, Psat = 30;20;10mW ..............................................46 Hình 2.8: SNR (dB) với kích thước node-n với khoảng cách giữa các node l =1000;500;250 km .............................................................................................................46 Hình 2.9: ðộ rộng băng tần với sô lượng node, tương ứng với khoáng cách giữa các node l=1000;500;250 km...................................................................................................46 Hình 2.10: Phương pháp xác ñịnh thời gian lên của hệ thống.........................................50 Hình 2.11: Sơ ñồ của tuyến truyền dẫn WDM có sử dung khuyếch ñại quang...........52 Hình 2.12: Lưu ñồ tính toán các thông số kỹ thuật của tuyến...........................................55 Hình 3.1 : Cấu hình tuyên cáp quang AA-BB-CC.............................................................59 Hình 3.2: Thiết kế liên kết AA-BB theo hai hướng, SMF bao gồm 08 EDFAs, DCF, trên ñường truyền. ......................................................................................................................59 Hình 3.3: Sơ ñồ tán sắc của liên kết AA-BB .....................................................................60 Hình 3.4: Sơ ñồ bù tán sắc và suy hao của hệ thông.......................................................62 Hình 3.5: Sơ ñồ cân bằng tăng ích GEQ ñơn giản ...........................................................64 Hình 3.6: Back to Back .....................................................................................................66 Hình 3.7: Sau khi truyền 900km.........................................................................................66 Hình 3.8: ðường cong BER cho cả 2 hướng tương ứng và back-to-back.......................67 Hình 3.9: Suy giảm công suất so với tán sắc, tối ưu hóa mối quan hệ ghép không ñối xứng ñể BER = 1E-9 và 1E-10...........................................................................................67 Hình 3.10: Cấu hình OADM sử dụng AOTFs...................................................................68 Hình 3.11: Cấu hình liên kết giữa các RINGs với backbone............................................71 Hình 3.12: Cấu hình liên kết giữa AA-BB với BB-CC (32 bước sóng).......................71 Hình 3.13: Cấu hình liên kết giữa RINGs của AA với Backbone (32 bước sóng) ......71 Hình 3.14: Cấu hình liên kết giữa RINGS của CC với Backhone ( 32 bước sóng) .........72 Hình 3.15: Ring bảo vệ 2F-UPSR......................................................................................73 Hình 3.16: Ring backbone sử dụng chuyển mạch quang..................................................74 Hình 3.17: Mạng Backbone hiện nay của Việt Nam........................................................74 Hình 3.18: Cấu hình mạng Backbone hiện nay của Việt Nam ........................................74 Sinh viên: Dương Bích Ngọc – Cao học K2 – Viện ðH Mở Phương pháp tính toán thiết kế hệ thống truyền dẫn AOTN - ứng dụng cho tuyến trục Bắc - Nam MỞ ðẦU Thông tin liên lạc ñóng vai trò ngày càng quan trọng trong sự phát triển mạnh mẽ của xã hội loài người. Cùng với các ngành khoa học khác, thông tin liên lạc ñã ñem ñến cho con người những ứng dụng quan trọng trong các lĩnh vực: Kinh tế, giáo dục, khoa học kỹ thuật… ñể thoả mãn nhu cầu của con người. ðể tạo ra một cơ sở hạ tầng tốt làm nền tảng ñể phát triển dịch vụ thông tin, hệ thống truyền dẫn cũng ngày càng ñược cải tiến, Từ khi ra ñời, cáp quang ñã thể hiện là một môi trường truyền dẫn lý tưởng với băng thông khổng lồ và rất nhiều ưu ñiểm khác. Trong các hướng nâng cấp tốc ñộ truyền dẫn, ghép kênh quang theo bước sóng (WDM) là một công nghệ khai thác ñược tài nguyên của sợi quang. Ghép kênh theo bước sóng ñã ñược áp dụng tại Việt nam. Muốn áp dụng công nghệ này vào thực tiễn cần phải nắm ñược kỹ thuật cơ bản của thông tin quang, nguyên lý của việc ghép kênh theo bước sóng, các hệ thống của hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng và các yêu cầu của nó, các ưu khuyết ñiểm của hệ thống. ðây cũng chính là mục ñích của luận văn. Nội dung của luận văn ñi vào phân tích nguyên nhân hình thành WDM, các tham số và yếu tố cơ bản ảnh hưởng ñến chất lượng hệ thống và phương pháp thiết kế hệ thống AOTN nói chung và ứng dụng cho tuyến trục Bắc-Nam ñể giải quyết vấn ñề dung lượng cho VNPT. Trong quá trình làm luận văn, mặc dù rất cố gắng, nhưng do thời gian hạn chế, trình ñộ và kinh nghiệm có hạn nên nội dung của luận văn này chắc chắn không tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận ñược ñóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và bạn bè ñể luận văn ñược hoàn thiện hơn. ðể có thể hoàn thành luận văn này, em muốn gửi ñến thầy giáo – PGS.TS ðỖ XUÂN THỤ lời cảm ơn chân thành về sự giúp ñỡ, chỉ bảo tận tình của thầy trong suốt thời gian qua. Hà Nội, ngày 28 tháng 10 năm 2011 Sinh Viên Dương Bích Ngọc Sinh viên: Dương Bích Ngọc – Cao học K2 – Viện ðH Mở Phương pháp tính toán thiết kế hệ thống truyền dẫn AOTN - ứng dụng cho tuyến trục Bắc - Nam CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG AOTN 1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ WDM WDM (Wavelength Divison Multiplexing-ghép kênh theo bước sóng) là công nghệ ghép kênh trong ñó các bước sóng ánh sáng ñược ghép lại ñể truyền ñi trên cùng một sợi quang mà không gây ảnh hưởng lẫn nhau. Mỗi bước sóng ñược coi như là một kênh quang Một ví dụ ñiển hình ñể mô tả nguyên lý WDM ñó là khi ta sử dụng TV. Khi ñiều chỉnh bộ thu của TV chúng ta thu ñược nhiều kênh TV khác nhau. Mỗi kênh ñược truyền ở một tần số vô tuyến khác nhau và chúng ta lựa chọn một trong số chúng nhờ bộ ñiều chỉnh kênh (một mạch cộng hưởng trong TV). Tất nhiên, ở ñây là sóng vô tuyến còn trong hệ thống WDM là bước sóng quang. Ở một góc ñộ nào ñó, không có sự khác biệt cơ bản nào giữa ghép kênh theo tần số (FDM) và ghép kênh theo bước sóng (WDM). Hình 1.1. Nguyên lý cơ bản của hệ thống thông tin quang WDM Sinh viên: Dương Bích Ngọc – Cao học K2 – Viện ðH Mở 1 Phương pháp tính toán thiết kế hệ thống truyền dẫn AOTN - ứng dụng cho tuyến trục Bắc - Nam Có nhiều cách ñể tạo nên một hệ thống WDM chẳng hạn như sử dụng bước sóng 1310nm và bước sóng 1 550nm hoặc 850nm và 1310nm. Những hệ thống như thế sử dụng những phần tử quang ñơn giản và giá thành tương ñối thấp và hoạt ñộng ở thời kỳ ñầu khi xuất hiện công nghệ này. Theo thời gian, khái niệm WDM ñược thay bằng khái niệm DWDM. Về nguyên lý không có sự khác biệt nào giữa hai khái niệm trên, DWDM nói ñến khoảng cách gần giữa các kênh và chỉ ra một cách ñịnh tính số lượng ênh riêng rẽ (mật ñộ kênh) trong hệ thống. Những kênh quang trong hệ hống DWDM thường nằm trong một cửa sổ bước sóng, chủ yếu là 1550nm vì môi trường ứng dụng hệ thống này là mạng ñường trục, cự ly truyền dẫn dài và dung lượng lớn. Công nghệ hiện nay dã cho phép chế tạo phần tử và hệ thống DWDM 80 kênh với khoảng cách kênh rất nhỏ 0,5 âm. ðể thuận tiện chúng ta dùng thuật ngữ WDM ñể chỉ chung cho cả hai khái niệm WDM và DWDM. Nhìn bên ngoài, một hệ thống truyền dẫn WDM và một hệ thống truyền dẫn quang SDH (Ví dụ các hệ thống truyền dẫn SDH ñang có trên mạng của VTN) có rất nhiều ñiểm tương tự. Cả hai hệ thống ñều có: Các thiết bị ghép tách kênh ñầu cuối (MUX, DEMUXI) - Các thiết bị khuếch ñại ñường truyền hoặc lặp (Line Amplifer, Regenerator) - Các thiết bị xen/rẽ kênh (ADM) - Các thiết bị ñấu chéo (Cross-ionnect Equipment) - Sợi quang. Tuy nhiên khác biệt quan trọng giữa chúng là ở chỗ: Hệ thống truyền dẫn SDH chỉ dùng một bước sóng quang cho mỗi hướng phát, còn hệ thống WDM thì dùng nhiều bước sóng (từ hai bước sóng trở lên); ñối tượng làm việc của hệ thống SDH là các luồng tín hiệu số PDH/SDH, còn của hệ thống WDM là các Sinh viên: Dương Bích Ngọc – Cao học K2 – Viện ðH Mở 2 Phương pháp tính toán thiết kế hệ thống truyền dẫn AOTN - ứng dụng cho tuyến trục Bắc - Nam bước sóng và các bước sóng này không nhất thiết chuyển tải tín hiệu số. Mỗi bước sóng có chức năng như một sợi quang cung cấp môi trường truyền tín hiệu cho hệ thống khác và vì vậy gọi là sợi "quang ảo". WDM ra ñời nhằm ñáp ứng nhu cầu tăng vọt về băng thông do sự phát triển chưa từng thấy của mạng máy tính toàn cầu Internet, sự ra ñời của các ứng dụng và dịch vụ mới trên nền tảng Internet. Trước WDM, người ta tập trung mọi nỗ lực ñể nâng cao tốc ñộ truyền dẫn của các hệ thống SDH nhưng kết quả thu ñược không mang tính ñột phá vì công nghệ xử lý tín hiệu ñiện tại tốc ñộ cao ñã dần ñến giới hạn. Khi tốc ñộ ñạt tới hàng chục Gbit/s bản thân các mạch ñiện tử không thể ñảm bảo ñáp ứng ñược xung tín hiệu cực kì hẹp. Thêm vào ñó chi phí cho các giải pháp trở nên tốn kém vì cơ cấu hoạt ñộng khá phức tạp, ñòi hỏi công nghệ rất cao. Trong khi ñó băng thông cực lớn của sợi quang mới ñược sử dụng một phần nhỏ. Tuy nguyên lý ghép kênh theo bước sóng WDM rất gần với nguyên lý ghép kênh theo tần số FDM, nhưng các hệ thống WDM chỉ ñược thương mại hoá khi một số công nghệ xử lý tín hiệu quang trở nên chín muồi, trong ñó phải kể ñến thành công trong chế tạo các laser phổ hẹp, các bộ lọc quang, và ñặc biệt là các bộ khuếch ñại ñường truyền quang dải rộng (khuếch ñại quang sợi EDFA, khuếch ñại Raman). Các laser phổ hẹp có tác dụng giảm tối ña ảnh hưởng lẫn nhau của các bước sóng khi lan truyền trên cùng một sợi quang. Các bộ lọc quang dùng ñể tách một bước sóng ra khỏi các bước sóng khác. Các bộ khuếch ñại ñường truyền dải rộng cần ñể tăng cự ly truyền của tín hiệu quang tổng gồm nhiều bước sóng, nếu không có các bộ khuếch ñại này thì các ñiểm cần tăng công suất tín hiệu người ta phải tách các bước sóng ra từ tín hiệu tổng, sau ñó hoặc là khuếch ñại riêng rẽ từng bước sóng rồi ghép chúng trở lại, hoặc là phải thực hiện các bước chuyển ñổi quang- ñiện-quang trên từng bước sóng rồi mới ghép, và như vậy thì tốn kém và làm cho hệ thống trở nên kém tin cậy. Sinh viên: Dương Bích Ngọc – Cao học K2 – Viện ðH Mở 3 Phương pháp tính toán thiết kế hệ thống truyền dẫn AOTN - ứng dụng cho tuyến trục Bắc - Nam Ưu nhược ñiểm của công nghê WDM: So với hệ thống truyền dẫn ñơn kênh quang, hệ thống WDM cho thấy những ưu ñiểm nổi trội:  Dung lượng lớn truyền dẫn lớn Hệ thống WDM có thể mang nhiều kênh quang, mỗi kênh quang ứng với tốc ñộ bit nào ñó (TDM). Do ñó hệ thống WDM có dung lượng truyền dẫn lớn hơn nhiều so với các hệ thống TDM. Hiện nay hệ thống WDM 80 bước sóng với mỗi bước sóng mang tín hiệu TDM 2,5Gbit/s, tổng dung lượng hệ thống sẽ là 200Gbit/s ñã ñược thử nghiệm thành công. Trong khi ñó thử nghiệm hệ thống TDM, tốc ñộ bit mới chỉ ñạt tới STM-256 (40Gbit/s).  Loại bỏ yêu cầu khắt khe cũng như những khó khăn gặp phải với hệ thống TDM ñơn kênh tốc ñộ cao. Không giống như TDM phải tăng tốc ñộ số liệu khi lưu lượng truyền dẫn tăng, WDM chỉ cần mang vài tín hiệu, mỗi tín hiệu ứng với một bước sóng riêng (kênh quang), do ñó tốc ñộ từng kênh quang thấp. ðiều này làm giảm ñáng kể tác ñộng bất lợi của các tham số truyền dẫn như tán sắc . . . Do ñó tránh ñược sự phức tạp của các thiết bị TDM tốc ñộ cao.  ðáp ứng linh hoạt việc nâng cấp dung lượng hệ thống, thậm chí ngay cả khi hệ thống vẫn ñang hoạt ñộng. Kỹ thuật WDM cho phép tăng dung lượng của các mạng hiện có mà không phải lắp ñặt thêm sợi quang mới (hay cáp quang). Bên cạnh ñó nó cũng mở ra một thị trường mới ñó là thuê kênh quang (hay bước sóng quang) ngoài việc thuê sợi hoặc cáp. Việc nâng cấp chỉ ñơn giản là cắm thêm các Card mới trong khi hệ thống vẫn hoạt ñộng (plug-in-play).  Quản lý băng tần hiệu quả và tái cấu hình mềm dẻo và link hoạt. Nhờ việc ñịnh tuyến và phân bổ bước sóng trong mạng WDM nên nó có khả năng quản lý hiệu quả băng tần truyền dẫn và cấu hình lại dịch vụ mạng Sinh viên: Dương Bích Ngọc – Cao học K2 – Viện ðH Mở 4 Phương pháp tính toán thiết kế hệ thống truyền dẫn AOTN - ứng dụng cho tuyến trục Bắc - Nam trong chu kỳ sống của hệ thống mà không cần di lại cáp hoặc thiết kế lại mạng hiện ñại.  Giảm chi phí ñầu tư mới: Bên cạnh những ưu ñiểm trên WDM cũng bộc lộ một số mặt hạn chế nằm ở ngay bản thân công nghệ. ðây cũng chính là những thách thức cho công nghệ này.  Dung lượng hệ thống vẫn còn quá nhỏ bé so với băng tần sợi quang. Công nghệ WDM rất hiệu quả trong việc nâng cao dung lượng nhưng cũng chưa khai thác triệt ñể băng tần rộng lớn của sợi quang. Cho dù công nghệ còn phát triển nhưng dung lượng WDM cũng sẽ ñạt ñến giá trị tới hạn.  Chi phí cho khai thác và bảo dưỡng tăng do có nhiều hệ thống cùng hoạt ñộng hơn 1.2 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN WDM Như chúng ta ñã biết hệ thống truyền dẫn là những hệ thống tương tác, nghĩa là tại mỗi ñầu sẽ thực hiện chức năng phát tín hiệu ñi (hướng ñi) và nhận về tín hiệu về (hướng về). Trong hệ thống WDM, tính tương tác sẽ ñược thực hiện qua môi trường sợi quang. Người ta chia hệ thống WDM thành hai kiểu: 1.2.1. Hệ thống ghép bước sóng một hướng Hệ thống ghép bước sóng một hướng sử dụng mỗi sợi quang cho từng hướng truyền dẫn. Hình 1.2: Hệ thống ghép bước sóng một hướng Sinh viên: Dương Bích Ngọc – Cao học K2 – Viện ðH Mở 5 Phương pháp tính toán thiết kế hệ thống truyền dẫn AOTN - ứng dụng cho tuyến trục Bắc - Nam 1.2.2 Hệ thống ghép bước sóng hai hướng Hệ thống ghép bước sóng hai hướng sử dụng một sợi quang chung cho cả hai hướng truyền dẫn. Hình 1.3: Hệ thống ghép bước sóng hai hướng 1.3 CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG WDM Phần này sẽ xác ñịnh các phần tử mạng quang hiện ñang tồn tại và ñịnh nghĩa các chức năng chính của chúng. Các phần tử mạng ñược bố từ trên các lớp mạng, theo các khái niệm ñã ñược trình bày ở phần trước. Các phần tử mạng sẽ ñược xác ñịnh và mô tả như sau: * Các thiết bị tách ghép quang. * Thiết bị khuếch ñại quang sợi. * Thiết bị ghép kênh xen rẽ quang (OADM). * Thiết bị nối chéo quang (OXC). 1.3.1. Các thiết bị tách ghép kênh quang Thiết bị tách ghép kênh quang (OTM) ñược biểu diễn như trong hình vẽ 1.4. OTM là một phần tử mạng hai chiều. Trong hướng truyền ñi, nó có khả năng tiếp nhận N kênh quang, Mỗi kênh có một mức công suất tín hiệu quang và tỷ số SNR theo chỉ tiêu kỹ thuật ñã xác ñịnh. OTM xác ñịnh bước sóng cho từng kênh quang tại ñầu vào theo các bước sóng ñã ñược ñịnh nghĩa từ trước, và ñầu 6 Sinh viên: Dương Bích Ngọc – Cao học K2 – Viện ðH Mở Phương pháp tính toán thiết kế hệ thống truyền dẫn AOTN - ứng dụng cho tuyến trục Bắc - Nam ra thiết bị này chứa tín hiệu ghép kênh bao gồm N bước sóng (sóng mang). Tín hiệu ñầu ra ñặc trưng bởi băng tần quang tổng, công suất quang tổng, công suất mang trên mỗi sóng mang và tỷ số SNR của mỗi sóng mang. Hình 1.4: Sơ ñồ nguyên lý thiết bị tách ghép kênh quang. Trong hướng thu, bộ OTM nhận tín hiệu ghép kênh theo bước sóng, tách tín hiệu ñó thành các sóng mang như ở ñầu vào bộ ghép kênh, và ñưa N kênh quang ñó tới các ñầu ra riêng biệt. Bước sóng của từng kênh quang có thể thay ñổi so với khi nó ñược chèn vào hay tách ra từ các bộ ghép/tách kênh. Vì thế, trong OTM có thể cần ñến một bộ chuyển ñổi bước sóng. ðiều này ñặc biệt có ý nghĩa nếu có một số hệ thống SDH cùng tồn tại (giao diện quang G.957) ñược ghép kênh cùng với nhau, trong trường hợp ñó, các bước sóng của một vài hệ thống sẽ phải thay ñổi cho phù hợp ñể ñưa vào các kênh của OTM. Hiện tại với công nghệ này, việc thay ñổi bước sóng ñược thực hiện chủ yếu nhờ bộ chuyển ñổi O/E/O. Sinh viên: Dương Bích Ngọc – Cao học K2 – Viện ðH Mở 7 Phương pháp tính toán thiết kế hệ thống truyền dẫn AOTN - ứng dụng cho tuyến trục Bắc - Nam Các bộ chuyển ñổi bước sóng photonic ít ñược sử dụng hơn. Thay ñổi bước sóng có thể ñược thực hiện nhờ bộ phát ñáp ñứng ñộc lập, tách biệt với bộ ghép kênh của nó. Các chức năng khác có thể có của OTM là:  Bù tán sắc.  ðiều chỉnh mức công suất (khuếch ñại/ suy giảm).  Chèn, tách, và xử lý các thông tin mào ñầu của lớp kênh quang (nếu cần ñến giao diện thích nghi quang, ví dụ: G.957 hoặc G.mcs).  Tách, chèn và xử lý các thông tin mào ñầu của ñoạn truyền dẫn quang.  Hỗ trợ các kênh giám sát và kênh thông tin người sử dụng.  Kiểm soát tín hiệu quang. 1 3.2 Thiết bị khuếch ñại quang sợi 1 3.2.1 Nguyên lý làm việc Hình 1 .5. Cơ chế bức xạ trong ba mức (a) và trong bốn mức (b) Thiết bị khuếch ñại quang sợi hiện nay chủ yếu dùng sợi pha tạp Erbium, viết tắt là EDPA (Erbium-Doped Fiber Amplifier). Nguyên lý khuếch ñại ñược thực hiện nhờ cơ chế bức xạ trong ba mức hoặc bốn mức ñược mô tả như sau: Sinh viên: Dương Bích Ngọc – Cao học K2 – Viện ðH Mở 8 Phương pháp tính toán thiết kế hệ thống truyền dẫn AOTN - ứng dụng cho tuyến trục Bắc - Nam Các chất kích tạp và chất nhạy cảm ñã ñược dùng ñể pha tạp sợi dẫn quang với các mức ñộ tập trung khác nhau là các chất có chứa các ion ñất hiếm. Cơ chế hoạt ñộng của sợi quang pha tạp ñất hiếm ñể trở thành bộ khuếch ñại có thể minh hoạ như ở hình 1.5. Khi một ñiện tử ở trạng thái cơ bản (El) ñược kích thích từ một nguồn bức xạ có bước sóng phù hợp, nó sẽ hấp thụ năng lượng và chuyển tới một mức cao hơn (E2). Từ mức này nó sẽ phân rã trực tiếp xuống trạng thái cơ bản theo cách bức xạ, hoặc nếu như có một mức năng lượng thấp hơn (E3), nó sẽ thả không bức xạ tới mức ñó. Từ ñây, ñiện tử có thể phân rã xuống mức El (hình l.5a) hoặc E4 (hình l.5b) thông qua quá trình bức xạ tự phát, trong ñó năng lượng dư ra thu ñược nhờ sự phát photon có bước sóng dài hơn bước sóng kích thích. Nếu thời gian sống của mức E3 ñể dài các ñiện tử ñược nguồn bơm kích thích, thì có thể xảy ra nghịch ñảo ñộ tích luỹ. ðây là ñiều kiện ñể có một số các ñiện tử trên mức siêu bền E3 nhiều hơn ở mức tới (El hoặc E4)' Một photon có năng lượng tương ñương với sự chênh lệch mức giữa mức Em và El (ñối với ba mức), hoặc giữa E3 với E4 ( ñối với bốn mùa mà nó va chạm trên môi trường gây ra bức xạ kích thích của các photon. Trong hình 1.5 còn lưu ý rằng ở ñiều kiện không kích thích, hầu hết các ñiện tử nằm trong trạng thái cơ bản El. Như vậy, nó sẽ dễ dàng tạo ra nghịch ñảo tích luỹ giữa các mức E3 và E4 hơn là giữa E3 và El. Vì thế cho nên thông thường thì các giá trị ngưỡng ở các laser bốn mức thấp hơn các laser ba mức. Có nhiều các ion ñất hiếm có các dải huỳnh quang, vì vậy cho khả năng bức xạ kích thích, ñiều này tạo ra các ứng dụng trong khuếch ñại các tín hiệu quang. ðáng chú ý nhất là Nd3+, có các dải bức xạ ở 1,06µm và 1,32µm và Er3+ có các dải bức xạ ở 1,55µm và 2,7µm . Ngoài ra còn có Ho3+ bức xạ ở 1,08µm và Tm3+ cho bức xạ ở 2,3µm . Hiện nay, các bộ khuếch ñại quang sợi pha tạp Erbium ñược phát triển mạnh mẽ nhất là phù hợp với bước sóng có suy hao nhỏ Sinh viên: Dương Bích Ngọc – Cao học K2 – Viện ðH Mở 9 Phương pháp tính toán thiết kế hệ thống truyền dẫn AOTN - ứng dụng cho tuyến trục Bắc - Nam sẵn có của sợi dẫn quang. Chúng ñược viết tắt là EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier). Trong phần này ta chủ yếu xét về EDFA. EDFA ñã ñược trình diễn vào năm 1987 và nó ñược liên tục hoàn thiện một cách nhanh chóng, tới nay nó ñã ñược khai thác ở nhiều tuyến thông tin quang; chúng ñược dùng ñể thay thế các trạm lặp thông thường (có biến ñổi quang ñiện và ñiện -quang) trong nhiều trường hợp như : Các bộ khuếch ñại tăng cường ñể tăng công suất truyền dẫn và do ñó tăng ñược cự ly truyền dẫn hoặc là ñể bù vào những tổn hao trong hệ thống truyền dẫn. Dùng làm các bộ tiền khuếch ñại ñể tăng ñộ nhạy thu. Ở ñây, các trạm lặp ñược ñặt ở trước các bộ thu quang ñể tăng cường ñộ của tín hiệu vào bộ tách sóng. Như vậy ñộ nhạy thu sẽ ñược tăng lên và giải pháp này rất có hiệu quả trong các hệ thống truyền dẫn khoảng cách xa. EDFA làm việc ở bước sóng 1550nm với hệ số khuếch ñại cao, công suất ra lớn và nhiễu thấp. ðể cho các EDFA hoạt ñộng trên các hệ thống thông tin quang thì cần có một nguồn bơm. Các giọt laser bán dẫn công suất cao là các nguồn bơm thực tế ñể cung cấp nguồn ánh sáng cho EDFA. EDFA là một ñoạn cáp mà có thể nối liền với các sợi dẫn quang truyền dẫn với suy hao do hàn nối tiếp xúc không quá l dB. Hệ số khuếch ñại của EDFA không bị ảnh hưởng do phân cực của ánh sáng. Bởi vì bão hoà xảy ra trong EDFA trong một khoảng thời gian khá dài do ñó không tạo ra nhiễu xuyên âm khi truyền tín hiệu với tốc ñộ cao. Sau ñây ta sẽ ñề cập ñến các ñặc tính của EDFA mà làm cho chúng có ý nghĩa thực tiễn trong hệ thống thông tin quang ngày nay, và xem xét về khả năng hoạt ñộng ñơn giản của chúng trong hệ thống thông tin quang. EDFA bao gồm một ñoạn ngắn sợi cáp quang mà lõi của chúng ñược pha trộn ít hơn 0,1 % Erbium, là một nguyên tố ñất hiếm có tính năng quang tích Sinh viên: Dương Bích Ngọc – Cao học K2 – Viện ðH Mở 10
- Xem thêm -