Tài liệu Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật tổng quan hệ thống thông tin cáp quang

1 MỤC LỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ .............................................................................................. 8 DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................... 10 LỜI NÓI ĐẦU .......................................................................................................... 11 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN WDM ............................. 13 1.1 Cấu trúc tổng quát của hệ thống thông tin quang ............................................. 13 1.2 Những tồn tại và xu hƣớng phát triển của hệ thống thông tin quang ............... 15 1.2.1 Những tồn tại của hệ thống quang ................................................... 15 1.2.2 Xu hƣớng phát triển của hệ thống quang .......................................... 16 1.3 Nguy n gh p nh quang theo ƣớc s ng WDM ........................................ 17 1.4 Các phƣơng pháp truyền dẫn sử dụng gh p nh quang theo ƣớc s ng ........ 22 1.4.1 Phƣơng pháp truyền dẫn WDM đơn hƣớng ...................................... 22 1.4.2 Phƣơng pháp truyền dẫn WDM song hƣớng .................................... 22 1.5 Nguy n hoạt động của hệ thống WDM ........................................................ 24 1.6 Một số tham số ỹ thuật trong hệ thống WDM ................................................ 26 1.6.1 Suy hao xen.................................................................................... 26 1.6.2 Suy hao xuyên kênh ........................................................................ 26 1.6.3 Độ rộng 1.6.4 Số ƣợng 1.6.5 Ảnh hƣởng của hiệu ứng phi tuyến .................................................. 30 1.6.6 Tán sắc – bù tán sắc ........................................................................ 30 1.6.7 Đặc điểm của hệ thống WDM ......................................................... 32 nh và hoảng cách nh ................................................. 28 nh ................................................................................ 29 CHƢƠNG 2: CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG WDM .................................. 34 2.1 Các oại cáp quang đƣợc huyến nghị sử dụng trong hệ thống WDM ............ 34 2 2.1.1 Sợi SSMF (sing e-mode optica fi re ca e) hay sợi G.652 ............... 34 2.1.2 Sợi DSF hay sợi G.653 ................................................................... 35 2.1.3 Sợi CSF hay sợi G.654 ................................................................... 36 2.1.4 Sợi NZ-DSF hay sợi G.655 ............................................................ 36 2.2 Nguồn quang WDM ......................................................................................... 38 2.3 Thiết ị xen /rẽ quang OADM (Optica Add/Drop Mu tip exer) ..................... 39 2.4 Bộ gh p t n hiệu (Coup er) ............................................................................... 40 2.4.1 2.4.2 Nguy n hoạt động ....................................................................... 41 ng dụng ....................................................................................... 42 2.5 Bộ định tuyến ƣớc s ng .................................................................................. 42 2.6 Thiết ị đấu nối ch o quang OXC (Optica Cross Connect) ............................ 43 2.6.1 Chức n ng của ộ đấu nối ch o OXC .............................................. 43 2.6.2 Cấu trúc của ộ đấu nối ch o OXC .................................................. 44 2.7 Bộ iến đổi ƣớc s ng ...................................................................................... 45 2.8 Bộ huếch đại quang sợi EDFA ....................................................................... 46 2.8.1 Cấu trúc của EDFA ........................................................................ 47 2.8.2 Nhiệm vụ của EDFA ...................................................................... 48 2.9 Bộ ọc................................................................................................................ 49 2.9.1 Bộ ọc chọn ƣớc s ng.................................................................... 49 2.9.2 Bộ ọc điều chỉnh đƣợc ................................................................... 50 2.10 Thiết ị đầu cuối OLT ...................................................................................... 51 2.11 Chuyển mạch quang ......................................................................................... 53 CHƢƠNG 3: PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HỆ THỐNG WDM ......................... 55 3.1 Tôpô dạng hình vòng ........................................................................................ 55 3.2 Mạng WDM hình vòng .................................................................................... 56 3 3.2.1 Kết cấu vòng hai sợi một chiều ....................................................... 57 3.2.2 Kết cấu vòng hai chiều hai sợi ......................................................... 58 3.2.3 Vòng nhiều sợi ............................................................................... 59 3.2.4 Bảo vệ mạng hình vòng .................................................................. 60 3.3 Thiết ế hệ thống WDM cơ ản ....................................................................... 60 3.3.1 Thiết ế vòng Ring ......................................................................... 61 3.3.2 Thiết ế OSNR ............................................................................... 62 3.3.3 Bù tán sắc và hiện tƣợng dịch tần .................................................... 62 3.3.4 Cân ằng t ng ch và tỉ ệ ỗi it ( BER) .......................................... 63 3.3.5 Thực hiện hệ thống ......................................................................... 63 3.4 Sơ đồ i n ết nút .............................................................................................. 64 3.5 Hệ thống điểm-điểm dung ƣợng ớn ............................................................... 65 3.6 Mạng phân ố và quảng á............................................................................... 67 3.7 Mạng WDM đa truy nhập ................................................................................ 68 CHƢƠNG 4:HỆ THỐNG WDM TRONG TRỤC BẮC NAM................................ 70 4.1 Các giai đoạn phát triển .................................................................................... 70 4.2 Khảo sát cấu hình cáp quang trục Bắc Nam ..................................................... 72 4.2.1 Cấu hình tuyến. .............................................................................. 72 4.2.2 Đặc điểm ỹ thuật của hệ thống WDM ............................................ 75 4.3 Xây dựng cấu hình cụ thể tuyến truyền dẫn Bắc Nam. .................................... 76 4.4 Đề xuất ựa chọn phƣơng án t ng dung ƣợng ................................................. 80 4.5 Xây dựng cấu hình tuyến và t nh toán hiệu quả inh tế. .................................. 84 4.6 Hƣớng phát triển của WDM................................................................................ 89 4.7 Hệ thống cáp quang Bắc - Nam DWDM 40Gbps Nortel ................................... 90 4 CÁC TỪ VI T TẮT ADM Add/Drop Multiplexer Bộ gh p AN Access Network Mạng truy nhập guihiuhiu AM Amplitude Modulation Điều chế i n độ APD Avalanche Photodiode Diode quang thác ASE Amplifier Bức xạ tự phát đƣợc huếch đại Spontaneous nh xen/rẽ Emission BER Bit Error Ratio Tỷ ệ ỗi it CATV Cable Television Truyền hình cáp CWDM Coarse Wavelength Division Gh p nh theo ƣớc s ng ng Multiplexing CPM Cross Phase Modulation Điều chế chéo pha DBF Distributed Feedback laser Laser hồi tiếp phân ố DCF Dispersion Compensating Fiber Sợi ù tán sắc DEMUX Demultiplexing Phân kênh DST Dispersion Shifted Fiber Sợi tán sắc dịch chuyển DST Dispersion Truyền dẫn hỗ trợ tán sắc Supported Transsmision DWDM Dense Wavelength Division Gh p nh theo ƣớc s ng mật độ Multiplexing cao EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier Khuếch đại quang sợi pha tạp E/O Electric-Optical Converter Bộ chuyển đổi điện/quang EMI Electromagnetic Interference Nhiễu điện từ ESI External Synchronous Interface Giao tiếp đồng ộ ngoài FBG Fiber Bragg Grating Cách tử sợi Bragg FEC Forward Error Correction Khối sửa ỗi trƣớc FR Frame Relay Chuyển tiếp hung FM Frequency Modulation Điều tần 5 FSR Spectrum FTTX Fiber Phạm vi phổ tự do To The Home/Building/Premises/Office Cáp quang tới tận nhà/toà nhà/phòng/v n phòng/nút mạng /Curb/Node FWHM Một nửa giá trị cực đại của hàm Full Width at Half Maximum truyền đạt FWM Four-Wave Mixing Hiệu ứng trộn ốn ƣớc s ng FXC Fiber XC OXC chuyển mạch sợi GVD Group Velocity Dispersion Tán sắc vận tốc nh m IDTV Integrated Digital Television Truyền hình số t ch hợp IM-DD Intensity Điều chế cƣờng độ và tách s ng ITU_T Modulation- Direct Detection trực tiếp International Li n minh viễn thông quốc tế Telecommunication Union - Telecommunication Standardization Sector LAN Local Area Network Mạng cục ộ LA Line Amplifier Bộ huếch đại đƣờng truyền LASER Light Amplication by Stimulate Emission of Radiation LD Laser Diode Diode laser LED Light Emitting Diode Diode phát quang LTE Line Terminal Equipment Thiết ị đầu cuối đƣờng dây MAN Metropolitan Area Network Mạng hu vực đô thị MUX Multiplexing Gh p OADM Optical Add/DropMultiplexer Bộ xen/tách quang OLT Optical Line Terminator Thiết ị đầu cuối đƣờng quang OMUX Optical Multiplexing Gh p nh nh quang 6 OC Optical Channel Kênh quang OPC Optical Phase Combiner Bộ ết hợp pha quang OTDM Optical Gh p Time Division nh quang phân chia theo Multiplexing thời gian O/E Optical - Electric Converter Bộ iến đổi quang/điện OPM Optical Performance Monitor Thiết ị giám sát mạng quang OSC Optical Kênh giám sát quang Supervisor/Service Channel OTN Optical Transport Network Mạng truyền tải quang OTPM Optical Translator Port Module Modu e cổng chuyển đổi quang OUT Optical Translator Unit Đơn vị chuyển đổi quang OXC Optical Cross Connect Bộ nối ch o quang PCH Pre-chirp Dịch tần trƣớc PDC Passive Dispersion Compensator Bù tán sắc thụ động PIN Positive Intrinsic Negative Cấu trúc PIN PON Passive Optical Networks Mạng quang thụ động SBS Stimulated Brillouin Scattering Tán xạ Bri ouin SC- Single Channel OADM OADM đơn SDH Synchronous Digital Hierachy Phân cấp số đồng ộ SLA Semiconductor Laser Amplifier Bộ huếch đại Laser án dẫn SOA Signal Optical Amplifier Bộ huếch đại t n hiệu quang SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng ộ SPM Self-Phase Modulation Hiệu ứng tự điều chế pha SRS Stimulated Raman Scattering Hiệu ứng Raman S/N Signal to Noise ratio Tỷ số t n hiệu tr n nhiễu TDM Time Division Multiplexing Gh p ch th ch nh OADM ch th ch nh phân chia theo thời 7 gian VNPT Vietnam Posts and Tập đoàn ƣu ch nh viễn thông Telecommunication Group Việt Nam WAN Wide Area Network Mạng diện rộng WDM Wavelength Division Wavelength nh phân chia theo ƣớc s ng Multiplexing WDMA Gh p Division Đa truy nhập phân chia theo ƣớc Multiplexing Access s ng WIXC Wavelength Interchange XC OXC trao đổi ƣớc s ng WSXC Wavelength Selected XC OXC ựa chọn ƣớc s ng 8 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Cấu trúc của hệ thống thông tin quang ...……………………………….13 Hình 1.2: Nguy n gh p nh quang theo ƣớc s ng WDM. ............................... 18 Hình 1.3: Các cửa sổ c suy hao thấp sử dụng trong WDM. .................................... 22 Hình 1.4: Phƣơng pháp truyền dẫn WDM đơn hƣớng. ............................................. 22 Hình 1.5: Phƣơng pháp truyền dẫn WDM song hƣớng. ........................................... 23 Hình 1.6. Sơ đồ hệ thống WDM………………………………………………….23 Hình 1.7. Xuy n âm trong hệ thống ......................................................................... 27 H×nh 1.8. Kho¶ng c¸ch kªnh vµ ®é réng kªnh ......................................................... 28 Hình 2.1. Phân oại sợi quang theo tán sắc ............................................................... 37 Hình 2.2. Vai trò của ộ OADM. .............................................................................. 39 Hình 2.3: Bộ gh p hình sao ....................................................................................... 41 Hình 2.4. Sơ đồ ộ định tuyến ƣớc s ng ................................................................. 43 Hình 2.5: Cấu trúc OXC sử dụng chuyển mạch phân chia theo hông gian. ........... 45 Hình 2.6. Bộ OXC 4 4 sử dụng ộ SLA. ................................................................. 45 H×nh 2.7. Bơm cïng chiều ......................................................................................... 47 H×nh 2.8. Bơm ngƣợc chiều ...................................................................................... 47 Hình 2.9. Bơm hai chiều ........................................................................................... 48 Hình 2.10. Vị tr của EDFA tr n tuyến thông tin quang ........................................... 48 Hình 2.11: Bộ ọc màng m ng điện môi ................................................................... 50 Hình 2.12. Nguy n hoạt động của ộ ọc Fa ry-Perot. ........................................ 50 Hình 2.13: Hàm truyền đạt của ộ ọc Fa ry-Parot. ................................................. 51 Hình 2.14. Thiết ị OLT ........................................................................................... 52 Hình 3.1: Tôpô dạng hình vòng ................................................................................ 56 9 Hình 3.2. Kết cấu chức n ng của OADM ................................................................. 57 Hình 3.3. Cấu hình vòng một chiều hai sợi............................................................... 58 Hình 3.4. Cấu hình vòng hai chiều hai sợi ................................................................ 59 Hình 3.5 Cấu hình tuyến cáp quang AA- BB-CC ..................................................... 61 Hình 3.6 Cấu hình i n ết giữa các Ring với ac one .......................................... 64 Hình 3.7 Cấu hình i n ết giữa AA-BB với BB-CC ( 32 ƣớc s ng) ..................... 64 Hình 3.8 Cấu hình i n ết giữa Ring của AA với Bac one ( 32 ƣớc s ng) ........ 65 Hình 3.9 Cấu hình i n ết giữa Ring của CC với ac one ( 32 ƣớc s ng) ......... 65 Hình 3.10: Tuyến thông tin quang WDM điểm-điểm. .............................................. 66 Hình 3.11. Mạng WDM hình sao quảng á. ............................................................. 68 Hình 3.12. Sơ đồ hối mạng WDMA. ...................................................................... 69 Hình 4.1. Mạng cáp quang đƣờng trục Bắc Nam...................................................... 72 Hình 4.2. Bốn vòng ring mạng cáp quang đƣờng trục Bắc Nam ............................. 73 Hình 4.3. Sơ đồ tuyến cáp quang trục Bắc - Nam..................................................... 77 H×nh 4.4. C¬ chÕ b¶o vÖ vµ kÕt nèi gi÷a các Ring..................................................... 78 Hình 4.5 Sơ đồ xếp các ƣớc s ng tr n các nút 20Gb/s .......................................... 84 Hình 4.6. Mô hình thiết ị WADM………………………………………………84 Hình 4.7. Bố tr các thiết ị giữa hai nút RING ........................................................ 85 Hình 4.8. Phân ố cự y và suy hao đoạn HNI- VIN ................................................ 86 Hình 4.9. Sơ đồ nguy n đấu nối tại nút VIN ........................................................ 87 Hình 4.10. Cấu hình Ring 2 ...................................................................................... 87 Hình 4.11. Phân ố cự y và suy hao tr n đƣờng dây 500KV .................................. 88 Hình 4.12. Sơ đồ mạng ƣới hệ thống Long Hau ..................................................... 91 10 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Bảng so sánh giữa CWDM và DWDM. ................................................... 20 Bảng 1.2: Sự phân chia các ng s ng trong WDM. ................................................ 21 Bảng 1.3. Cự y ị hạn chế ởi tán sắc hi hông c trạm ặp ................................. 31 Bảng 4.1 : Mã các tỉnh thành của Việt Nam ............................................................. 74 11 LỜI NÓI ĐẦU Trong những n m gần đây, sự phát triển của các dịch vụ thoại và phi thoại tạo ra một sự ùng nổ về dung ƣợng. Hệ thống thông tin quang đơn mode đã à một mạng thông tin ti n tiến, nhƣng n chƣa tận dụng đƣợc ng thông ớn của sợi quang một cách hữu hiệu, do mỗi sợi quang chỉ truyền đƣợc 1 nh. Vì vậy cần phải cải thiện các hệ thống thông tin quang c sẵn ằng các ỹ thuật tiến tiến với chi ph thấp ằng cách gh p nhiều ƣớc s ng cùng truyền tr n một sợi quang. Kỹ thuật gh p nh quang theo ƣớc s ng WDM (Wave engh Division Mu tip exer) ra đời, cho ph p nâng cao dung ƣợng truyền dẫn của hệ thống hông cần phải t ng th m sợi quang và tận dụng đƣợc do c thể gh p nhiều n rất ớn mà ng tần ớn của sợi quang nh ƣớc s ng tr n cùng một sợi quang. Kỹ thuật gh p kênh quang theo ƣớc s ng đang đƣợc ứng dụng rộng rãi trong các mạng viễn thông. Sự phát triển của công nghệ WDM cùng với công nghệ huếch đại quang và chuyển mạch quang sẽ tạo n n một mạng thông tin thế hệ mới: mạng thông tin toàn quang. Công nghệ WDM à công nghệ gh p nh theo ƣớc s ng đã tận dụng hữu hiệu nguồn tài nguy n ng rộng trong hu vực tổn hao thấp của sợi quang đơn mode. Công nghệ gh p nh WDM nâng cao dung ƣợng truyền dẫn của hệ thống mà hông cần phải t ng tốc độ của từng nh tr n mỗi ƣớc s ng. Công nghệ WDM ch nh à giải pháp ti n tiến trong ỹ thuật thông tin quang, đáp ứng đƣợc nhu cầu truyền dẫn của hệ thống. Vì vậy “ Nghi n cứu hệ thống thông tin cáp sợi quang WDM và ứng dụng trong đƣờng trục viễn thông Bắc Nam” à một y u cầu quan trọng nhằm t ng dung ƣợng truyền dẫn của mạng, đáp ứng đƣợc nhu cầu phát triển của các dịch vụ trong tƣơng ai. Xuất phát từ mong muốn tìm hiểu hệ thống thông tin quang sử dụng ỹ thuật WDM và đƣợc sự đồng của Thầy hƣớng dẫn, em đã thực hiện uận v n tốt nghiệp: “Nghiên cứu hệ thống thông tin cáp sợi quang D v ứng d ng trong đường tr c viễn thông Bắc Nam”. Luận v n gồm 4 chƣơng đƣợc hái quát nhƣ sau: 12 Chƣơng 1: Tổng quan hệ thống thông tin cáp sợi quang WDM Chƣơng này trình ày hái quát về quá trình phát triển của hệ thống thông tin quang, đặc điểm, những vấn đề còn tồn tại và xu thế phát triển của hệ thống quang. Từ đ n u ật những ƣu điểm hi hệ thống WDM ra đời. Trình bày nguy n cơ ản, phân oại, đặc điểm và các ỹ thuật cần quan tâm của hệ thống WDM Chƣơng 2: Các phần tử trong hệ thống WDM Nghi n cứu ỹ thuật gh p trong hệ thống gh p nh quang theo ƣớc s ng WDM, các phần tử nh quang theo ƣớc s ng. Chƣơng 3: Phân tích hệ thống WDM Đƣa ra phƣơng pháp phân t ch và những y u cầu trong hệ thống WDM. Hệ thống WDM đƣợc ứng dụng trong các hệ thống điểm-điểm dung ƣợng ớn, mạng phân ố và quảng á, mạng WDM đa truy nhập đơn chặng và đa chặng Chƣơng 4: Hệ thống WDM trong mạng đƣờng trục Bắc - Nam. ng dụng thuyết của a chƣơng trƣớc vào ài toán cụ thể để giải quyết vấn đề cho tuyến đƣờng trục Bắc – Nam. Đƣa ra các vòng Ring trong mạng Bac Bone Việt Nam, cách i n ết và ảo vệ các vòng ring. Xây dựng cấu hình tuyến và t nh toán hiệu quả inh tế và phƣơng án t ng dung ƣợng mạng 13 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN CÁP SỢI QUANG WDM Trong kỹ thuật thông tin quang mỗi sợi quang chỉ c thể truyền t n hiệu quang từ một nguồn phát tới một nguồn phát tới một ộ tách quang ở đầu thu, Các t n hiệu từ các nguồn quang hác nhau đòi h i các sợi xác định và ri ng iệt. Trong thực tế thì nguồn quang c độ rộng phổ tƣơng đối hẹp, do vậy phƣơng pháp này chỉ sử dụng một phần ng tần vốn rất ớn của sợi quang. Về mặt thuyết c thể àm t ng đáng ể dung ƣợng tuyến truyền dẫn của hệ thống ằng cách truyền đồng thời nhiều t n hiệu quang tr n cùng một sợi nếu các nguồn phát c phổ cách nhau một cách hợp và ở đầu thu c thể thu đƣợc các t n hiệu quang ri ng iệt nếu phần thu c các ộ tách ƣớc s ng. Đây ch nh à cơ sở của ỹ thuật ghép kênh theo ƣớc sóng WDM. 1.1 Cấu trúc tổng quát của hệ thống thông tin quang Tuyến thông tin quang ao gồm: Bộ phát quang, sợi quang, huếch đại quang và ộ thu quang. Mô hình chung của tuyến thông tin quang nhƣ sau: Thiết Phát Mã ị hoá phát quang Bộ Sợi quang ặp Sợi quang Thiết Giải ị thu mã quang Thu Hình 1.1. Cấu trúc của hệ thống thông tin quang T n hiệu cần truyền đi sẽ đƣợc phát vào môi trƣờng truyền dẫn tƣơng ứng và ở đầu thu sẽ thu ại t n hiệu cần truyền. Nhƣ vậy, t n hiệu đã đƣợc thông tin từ nơi gửi t n hiệu đi tới nơi nhận t n hiệu đến. Môi trƣờng truyền dẫn ở đây ch nh là sợi dẫn quang, n thực hiện truyền ánh sáng mang t n hiệu thông tin từ ph a phát tới ph a thu. 14 Đặc tuyến suy hao của sợi quang theo ƣớc s ng tồn tại a vùng mà tại đ c suy hao thấp à các vùng xung quanh ƣớc s ng 850 nm, 1310 nm và 1550 nm. Ba vùng ƣớc s ng này đƣợc sử dụng cho các hệ thống thông tin quang và gọi à các vùng cửa sổ thứ nhất, thứ hai và thứ a tƣơng ứng. Thời ỳ đầu của ỹ thuật thông tin quang, cửa sổ thứ nhất đƣợc sử dụng. Nhƣng sau này do công nghệ chế tạo sợi phát triển mạnh, suy hao sợi ở hai cửa sổ sau rất nh cho n n các hệ thống thông tin quang ngày nay chủ yếu hoạt động ở vùng cửa sổ thứ hai và thứ a. Nguồn phát quang ở thiết ị phát c thể sử dụng diode phát quang (LED) hoặc Laser án dẫn (LD). Cả hai oại nguồn phát này đều phù hợp cho các hệ thống thông tin quang, với t n hiệu quang đầu ra c tham số iến đổi tƣơng ứng với sự thay đổi của dòng điều iến. T n hiệu điện ở đầu vào thiết ị phát ở dạng số hoặc đôi hi c dạng tƣơng tự. Thiết ị phát sẽ thực hiện iến đổi t n hiệu này thành t n hiệu quang tƣơng ứng và công suất quang đầu ra sẽ phụ thuộc vào sự thay đổi của cƣờng độ dòng điều iến. Bƣớc s ng àm việc của nguồn phát quang cơ ản phụ thuộc vào vật iệu cấu tạo. Đoạn sợi quang ra của nguồn phát quang phải phù hợp với sợi dẫn quang đƣợc hai thác tr n tuyến. T n hiệu ánh sáng đã đƣợc điều chế tại nguồn phát quang sẽ an truyền dọc theo sợi dẫn quang để tới phần thu quang. Khi truyền tr n sợi dẫn quang, t n hiệu ánh sáng thƣờng ị suy hao và m o do các yếu tố hấp thụ, tán xạ, tán sắc gây n n. Bộ tách s ng quang ở đầu thu thực hiện tiếp nhận ánh sáng và tách ấy t n hiệu từ hƣớng phát đƣa tới. T n hiệu quang đƣợc iến đổi trở ại thành t n hiệu điện. Các photodiode PIN và photodiode thác APD đều c thể sử dụng để àm các ộ tách s ng quang trong các hệ thống thông tin quang, cả hai oại này đều c hiệu suất àm việc cao và c tốc độ chuyển đổi nhanh. Các vật iệu án dẫn chế tạo các ộ tách s ng quang sẽ quyết định ƣớc s ng àm việc của chúng và đoạn sợi quang đầu vào các ộ tách s ng quang cũng phải phù hợp với sợi dẫn quang đƣợc sử dụng tr n tuyến ắp đặt. Đặc t nh quan trọng nhất của thiết ị thu quang à độ nhạy thu quang, n mô tả công suất quang nh nhất c thể thu đƣợc ở một tốc độ truyền dẫn số nào đ ứng với tỷ ệ ỗi t cho ph p của hệ thống. 15 Khi hoảng cách truyền dẫn há dài, tới một cự y nào đ , t n hiệu quang trong sợi ị suy hao há nhiều thì cần thiết phải c trạm ặp quang đặt tr n tuyến. Cấu trúc của thiết ị trạm ặp quang gồm c thiết ị phát và thiết ị thu gh p. Thiết ị thu ở trạm ặp sẽ thu t n hiệu quang yếu rồi tiến hành iến đổi thành t n hiệu điện, huếch đại t n hiệu này, sửa dạng và đƣa vào thiết ị phát quang. Thiết ị phát quang thực hiện iến đổi t n hiệu điện thành t n hiệu quang rồi ại phát tiếp vào đƣờng truyền. Những n m gần đây, các ộ huếch đại quang đã đƣợc sử dụng để thay thế một phần các thiết ị trạm ặp quang. Trong các tuyến thông tin quang điểm nối điểm thông thƣờng, mỗi một sợi quang sẽ c một nguồn phát quang ở ph a phát và một ộ tách s ng quang ở ph a thu. Các nguồn phát quang hác nhau sẽ cho ra các uồng ánh sáng mang t n hiệu hác nhau và phát vào sợi dẫn quang hác nhau, ộ tách s ng quang tƣơng ứng sẽ nhận t n hiệu từ sợi này. Nhƣ vậy muốn t ng dung ƣợng của hệ thống thì phải sử dụng th m sợi quang. Với hệ thống quang nhƣ vậy, dải phổ của t n hiệu quang truyền qua sợi thực tế rất hẹp so với dải thông mà các sợi truyền dẫn quang c thể truyền dẫn với suy hao nh . Vì vậy, đã dẫn đến một tƣởng hợp hi cho rằng c thể truyền dẫn đồng thời nhiều t n hiệu quang từ các nguồn quang c tr n cùng một sợi quang. Kỹ thuật gh p hiện ƣớc s ng phát hác nhau nh quang theo ƣớc s ng WDM sẽ thực tƣởng này. 1.2 Những tồn tại và xu hƣớng phát triển của hệ thống thông tin quang 1.2.1 Những tồn tại của hệ thống quang Ngoài những nhƣợc điểm của hệ thống quang đƣợc n u ở tr n thì trong hệ thống thông tin quang hiện nay mà chủ yếu à hệ thống quang đơn nh còn c những tồn tại sau: Các hệ thống quang thƣờng c dung ƣợng thấp (<10 G /s) do ảnh hƣởng của tán sắc, hiệu ứng phi tuyến sợi, trong hi đ ng tần của sợi quang à rất ớn (> 1 Thz). Mạch điện trong hệ thống àm hạn chế tốc độ và cự y truyền dẫn. Khi tốc độ hệ thống đạt đến mấy chục G /s thì àm cho cự y truyền dẫn ngắn ại, ản thân các mạch điện tử hông đáp ứng đƣợc xung t n hiệu cực hẹp. 16 Việc hắc phục những nhƣợc điểm tr n đòi h i phải c công nghệ cao và rất tốn m vì cấu trúc của hệ thống rất phức tạp. Hệ thống thông tin quang nhiều nh sẽ giải quyết các tồn tại tr n nhƣ sau: Thứ nhất: Các phần tử quang thay thế các phần tử điện ở những vị tr quan trọng đòi h i tốc độ đáp ứng nhanh, tốc độ xử t n hiệu cao đã hắc phục đƣợc nhƣợc điểm về tốc độ đáp ứng xung của các mạch điện tử đã n u ở tr n. Thứ hai: Các phần tử quang tận dụng đƣợc phổ hẹp của Laser àm t ng hả n ng sử dụng ng tần ớn của sợi đơn mode n n tạo ra hả n ng truyền tải cho các ứng dụng tốc độ cao hiện tại và tƣơng ai. Vì vậy, hi sử dụng hệ thống quang nhiều nh sẽ àm t ng đƣợc dung ƣợng của hệ thống mà hông cần t ng th m sợi quang, tận dụng đƣợc ng tần hông hạn chế của sợi. 1.2.2 Xu hƣớng phát triển của hệ thống quang Với sự phát triển không ngừng của thông tin viễn thông hiện nay thì hệ thống thông tin quang đã và đang phát triển mạnh mẽ ở nhiều nƣớc trên thế giới. Do có nhiều ƣu điểm hơn hẳn so với các hình thức thông tin khác về ng thông, suy hao và an toàn tín hiệu mà hệ thống thông tin quang hiện nay giữ vai trò chính trong việc truyền tín hiệu ở các tuyến đƣờng trục và các tuyến xuyên lục địa, xuyên đại dƣơng, mạng nội hạt, mạng trung kế. Công nghệ quang phát triển nhƣ ngày nay đã à tiền đề cho hệ thống thông tin quang phát triển theo xu hƣớng hiện đại và kinh tế nhất. Hệ thống thông tin quang sử dụng sợi quang đơn mode c ƣu điểm là không có trễ, không có can nhiễu, suy hao tr n đƣờng truyền nh , quãng đƣờng truyền là ngắn nhất so với sợi đa mode đã àm t ng đƣợc khoảng cách của tuyến truyền dẫn quang và tạm thời đáp ứng đƣợc nhu cầu sử dụng của con ngƣời. Tuy nhiên, do nhu cầu trao đổi thông tin của con ngƣời và các loại hình dịch vụ ng rộng nhƣ internet tốc độ cao, FTTX (Fiber To The Home /Building /Premises /Office /Curb/Node), IDTV (Integrated Digital Television) thì dung ƣợng và tốc độ của các hệ thống quang đơn mode hông thể đáp ứng đƣợc, mặt 17 khác, sợi quang đơn mode chỉ truyền đƣợc một mode tín hiệu nên không tận dụng đƣợc ng thông ớn của sợi quang, mà muốn nâng cao dung ƣợng của hệ thống thì lại phải sử dụng thêm sợi quang n n ngƣời ta lại nghĩ đến phƣơng thức cải thiện nhƣợc điểm của hệ thống quang đơn mode. Kết quả là hệ thống quang nhiều kênh ra đời, tiêu biểu là hệ thống quang gh p nh theo ƣớc sóng WDM (Wavelength Division Multiplexing). Hệ thống thông tin quang gh p nh theo ƣớc s ng ra đời đã àm t ng đáng kể dung ƣợng và cự ly truyền dẫn của hệ thống, đặc biệt là khi sử dụng các công nghệ làm giảm các yếu tố chính ảnh hƣởng đến hệ thống truyền dẫn quang nhƣ suy hao, tán sắc, các hiệu ứng phi tuyến; các công nghệ khuếch đại quang EDFA, chuyển mạch gói quang. Các công nghệ hác nhƣ gh p nh quang phân chia theo thời gian OTDM (Optical Time Division Multiplexing), truyền dẫn So iton thì dung ƣợng đƣợc đáp ứng rất tốt nhƣng ại quá phức tạp nên giá thành của hệ thống lại trở thành vấn đề đáng quan tâm, vì vậy, hệ thống WDM đã đƣợc nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống thông tin quang hiện nay. Ngoài ra, ngƣời ta còn cải tiến công nghệ WDM bằng các công nghệ gh p nh theo ƣớc sóng mật độ cao DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) và ghép kênh theo ƣớc s ng ng CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing). Nhƣ vậy, hệ thống thông tin quang đã phát triển hông ngừng từ việc tách gh p cố định tuyến quang đến chuyển mạch tuyến quang và đang tiến tới các hệ thống thông tin quang sử dụng ỹ thuật chuyển mạch g i quang. Ở nƣớc ta, thông tin cáp sợi quang đang ngày càng chiếm vị tr quan trọng. Các tuyến cáp quang đƣợc hình thành đặc iệt à hệ thống cáp quang Hà Nội-Thành Phố Hồ Ch Minh chiếm một vị tr quan trọng trong hệ thống thông tin toàn quốc. 1.3 Ngu n gh p nh quang theo ƣớc s ng WDM Trong hệ thống WDM, t n hiệu điện của từng nh quang đƣợc điều chế với các s ng mang quang hác nhau. Sau đ , chúng đƣợc gh p ại và truyền tr n cùng một sợi quang đến đầu thu. Ph a thu thực hiện quá trình tách t n hiệu quang thành 18 các nh quang ri ng iệt c ƣớc s ng hác nhau. Mỗi nh này đƣợc đƣa đến một máy thu ri ng. Nguyên lý ghép kênh quang theo ƣớc s ngđƣợc thể hiện nhƣ sau: Tx1 Rx1 Sợi quang Tx2 Rx2 MUX TxN DEMUX RxN Khuếch đại t n hiệu Phát t n Gh p t n Tách t n Thu t n hiệu hiệu hiệu hiệu Hình 1.2: Nguy n lý ghép nh quang theo ƣớc s ng WDM. Công nghệ WDM cho ph p hai thác đƣợc tiềm n ng ng thông to ớn của sợi quang. Chỉ ri ng cửa sổ quang 1550 nm thì dải ƣớc s ng c thể sử dụng à 1500 nm – 1600 nm tƣơng ứng với dải tần rộng cỡ 12,5 THz. Hệ thống gồm các phần sau: Phần phát t n hiệu: Hệ thống WDM sử dụng các nguồn phát quang à các Laser c độ rộng phổ hẹp, phát ra các ƣớc s ng ổn định, mức công suất đỉnh, ƣớc s ng trung tâm, độ rộng phổ, độ rộng dịch tần phải nằm trong giới hạn cho phép. Gh p/tách t n hiệu: Bộ gh p các ƣớc s ng quang MUX c nhiệm vụ gh p các ƣớc s ng hác nhau λ1, λ2, λ3,…, λN từ các nguồn quang hác nhau thành một uồng ánh sáng chung để truyền qua sợi quang. Bộ gh p suy hao nh để đảm ảo t n hiệu ở đầu ra của ộ gh p nh phải c nh quang này phải c nh t ị suy hao, giữa các hoảng ảo vệ nhất định để tránh nhiễu sang nhau. Bộ tách t n hiệu quang DEMUX c nhiệm vụ phân uồng t n hiệu thu đƣợc thành các s ng hác nhau và đi đến đầu thu ri ng. nh c ƣớc 19 Truyền dẫn t n hiệu: Quá trình truyền t n hiệu trong sợi quang chịu ảnh hƣởng của nhiều yếu tố: suy hao, tán sắc hay các hiệu ứng phi tuyến mà mức độ ảnh hƣởng của mỗi yếu tố phụ thuộc vào oại sợi đƣợc sử dụng trong hệ thống. Khuếch đại t n hiệu: Hệ thống WDM chủ yếu sử dụng các ộ huếch đại quang à các ộ huếch đại quang sợi EDFA (Er ium Doped Fi er Amp ifier) hoặc ộ huếch đại Raman. Thu t n hiệu: Các hệ thống WDM sử dụng các ộ tách s ng quang à các ộ PIN (Positive Intrinsic Negative) hoặc Diode quang thác APD (Avalanche Photo-Diode) để iến đổi t n hiệu quang thành t n hiệu điện, n phải tƣơng th ch với ộ phát cả về ƣớc s ng và đặc t nh điều chế. Khi N nh tại tốc độ it B1, B2, …, BN đƣợc truyền đồng thời qua sợi c độ dài L, thì B.L = (B1+ B2+…+ BN)L . Khi tốc độ it đồng đều, tức B1=B2=…=BN thì dung ƣợng của hệ thống sẽ t ng n với hệ số N. Dung ƣợng cực đại của các tuyến WDM phụ thuộc vào hoảng cách cho ph p giữa các nh. Khoảng cách tối thiểu à hoảng cách mà đảm ảo đƣợc hả n ng chống nhiễu xuy n Các nh giữa các nh. nh tần số (hay ƣớc s ng) của các hệ thống WDM đã đƣợc chuẩn hoá ởi ITU_T thì hoảng cách giữa các tại hoạt động trong nh ƣớc s ng à 100 Ghz, hệ thống WDM hiện ng C và L thì sẽ c 32 nh ƣớc s ng hoạt động tr n mỗi ng. Nhƣ vậy, nếu giữ nguy n tốc độ it tr n mỗi nghệ WDM thì cũng đủ àm t ng nh truyền mà sử dụng công ng thông truyền tr n một sợi quang n 64 ần. Hệ thống thông tin quang WDM c ỹ thuật gh p nh theo ƣớc s ng CWDM (Coarse Wave ength Division Mu tip exing) và ỹ thuật gh p ng nh theo ƣớc s ng mật độ cao DWDM (Dense Wave ength Division Mu tip exing). Kỹ thuật gh p nh quang theo ƣớc s ng ng CWDM: à ỹ thuật gh p nh quang theo ƣớc s ng mà trong đ hoảng cách giữa các nh i n tiếp nhau ớn hơn 20 nm và độ rộng phổ của một nh à 2500 Ghz. Bƣớc s ng của aser thay đổi theo nhiệt độ nhƣng đối với ỹ thuật này hông cần ộ àm mát vì hoảng cách 20 giữa các nh iền nhau ớn. Kỹ thuật CWDM mang ại hiệu quả inh tế cao đối với hệ thống cần t ƣớc s ng. Bảng 1.1: Bảng so sánh giữa CWDM và DWDM. CWDM DWDM Khoảng cách ƣớc s ng ≈20 nm ≈0,8nm Độ rộng phổ 2500 Ghz 100 Ghz Điều hiển môi trƣờng Không C Nguồn Laser DFB ( hông àm mát) DFB ( àm mát) 2,5 Gbit/s 10 Gbit/s 40 Gbit/s 320 Gbit/s Thấp Cao Tốc độ dữ iệu/ Tốc độ nh t tập trung Giá thành nh Khi dung ƣợng của hệ thống t ng n thì số nh gh p trong sợi quang t ng n. Điều này àm cho ỹ thuật CWDM h c thể đáp ứng đƣợc nhu cầu. Kỹ thuật gh p nh quang theo ƣớc s ng mật độ cao DWDM đã hắc phục điều đ . DWDM à ỹ thuật gh p nh theo ƣớc s ng mà hoảng cách giữa các nh quang iền nhau truyền tr n sợi quang à 0,8 nm tại vùng tần số 1550 nm và độ rộng phổ của một nh tầm 100 Ghz. Hiện nay, ngƣời ta còn c thể gh p đƣợc các ƣớc s ng mà hoảng cách giữa các nh à 0,4 và 0,2 nm và độ rộng phổ ần ƣợt à 50 và 20 Ghz. Khi độ rộng phổ của ƣớc s ng giảm xuống thì c nhiều y u cầu cần phải giải quyết nhƣ: nhiệt độ của Laser phát phải ổn định, các thiết ị tách gh p phải hoạt động ch nh xác hơn. Những y u cầu này àm cho giá thành của các thiết ị DWDM t ng n rất nhiều so với các thiết ị của hệ thống CWDM. Việc so sánh giữa CWDM và DWDM đƣợc minh họa nhƣ trong Bảng 1.1 Trong hệ thống thông tin quang thì tồn tại 3 cửa sổ truyền s ng à 3 vùng ƣớc s ng c suy hao nh nhất đ à:  Vùng 1: c ƣớc s ng λ = 0.8 0.9 nm: c hệ số suy hao αmin = 2 ÷ 3 dB/km, là vùng dành cho sợi đa mode chiết suất nhảy ậc SI (Step Index) và chiết suất iến đổi GI (Graded Index), đƣợc dùng cho các hệ thống có cự ly truyền dẫn ngắn với tốc độ truyền khoảng vài chục Mb/s.