Tài liệu Hệ thống thông tin quang và công nghệ truyền dẫn sdh

Đồ án tốt nghiệp Lời mở đầu LỜI MỞ ĐẦU *** Trong những năm gần đây nền kinh tế nước ta phát triển nhanh, tiến đến hội nhập toàn cầu dẫn tới nhu cầu trao đổi thông tin tăng mạnh. Sự bùng nổ của mạng internet cũng như hàng loạt các dịch vụ mới yêu cầu băng thông rộng ra đời như truyền hình cáp, truyền hình độ phân giải cao, truyền hình hội nghị, mạng riêng ảo, mạng WAN v.v... Lĩnh vực viễn thông đem lại lợi nhuận cao nên nhiều doanh nghiệp đầu tư, khai thác và cung cấp các dịch vụ viễn thông tạo nên một thị trường sôi động. Tuy nhiên xây dựng một mạng truyền dẫn với khoảng cách lớn và phạm vi rộng không phải nhà khai thác viễn thông nào cũng làm được, họ phải đi thuê lại đường truyền của các công ty khác. Tập đoàn bưu chính viễn thông Việt Nam VNPT là nhà khai thác viễn thông duy nhất ở Việt Nam đã xây dựng được một mạng lưới viễn thông rộng khắp các tỉnh thành trong nước và mở rộng kết nối đi quốc tế. Trong đó mạng truyền dẫn quang đường trục Bắc - Nam đóng vai trò hết sức quan trọng, nơi tập trung truyền tải lưu lượng chính trong nước. Lưu lượng truyền dẫn qua mạng đường trục tăng nhanh từ 40Gbps 2008 và lên đến 240Gbps cuối năm 2009. Công nghệ viễn thông đang phát triển rất nhanh để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Điều đó đồng nghĩa với việc các nhà cung cấp phải không ngừng cải thiện các công nghệ cũ và nghiên cứu các công nghệ mới để đảm bảo cung cấp cho khách hàng các dịch vụ tốt nhất. Trong những thập kỷ gần đây, mạng công cộng (PSTN: Public Swiched Telephone Network) gồm có hai hệ thống mạng gần riêng biệt đó là mạng Viễn thông mà tiêu biểu là mạng điện thoại, và mạng công cộng thứ hai đó là mạng dữ liệu (Data Network) mà tiêu biểu là mạng Internet, với hệ thống mạng như vậy công nghệ SDH đã có thể đáp ứng nhu cầu của nó. Trước hết ta phải nói đến lĩnh vực truyền dẫn số. Các hệ thống truyền dẫn ban đầu chủ yếu dựa trên cơ sở hạ tầng sẵn có của các tuyến truyền dẫn tương tự. Các hệ thống này hoàn thiện dần và được tiêu chuẩn hoá thành các hệ thống cận đồng bộ PDH ( Pleisiochrouous Digital Hearachy ). Các hệ thống PDH phát triển chủ yếu trên cơ sở đáp ứng những dịch vụ thoại thông thường. Cùng với sự phát triển của công nghệ viễn thông, các nhu cầu về dịch vụ viễn thông không ngừng tăng lên, các loại dịch vụ phi thoại như hội nghị truyền hình, truy nhập cơ sở dữ liệu từ xa, đa dịch vụ .v.v… đòi hỏi phải có mạng lưới linh hoạt hơn và băng tần lớn hơn. Sự phức tạp của hệ thống truyền dẫn dựa trên tiêu chuẩn PDH không thể đáp ứng những nhu cầu này. Xuất phát từ nhu cầu thực tế trên, tiêu chuẩn hệ thống truyền dẫn mới dựa trên các công nghệ tiên tiến nhất đã được hình thành, đó là tiêu chuẩn phân cấp số đồng bộ SDH ( Synchronuous Digital Hierachy ). Nguyễn Thị Dung 46k. ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Lời mở đầu Công nghệ SDH là một kỹ thuật ghép kênh và truyền tải ra đời vào những năm 90 của thế kỷ 20, nó có nhiều ưu điểm so với kỹ thuật PDH trước đó. Do có các ưu điểm như ghép kênh linh hoạt, tốc độ truyền dẫn cao, khả năng giám sát và quản lý hiệu quả, thiết bị gọn nhẹ, thích ứng với tương lai…trong khi đó vẫn hoàn toàn tương thích với hầu hết mọi giao diện PDH đang tồn tại. Có thể nói SDH cùng với truyền dẫn quang chính là nền tảng cho việc xây dựng một cơ sở hạ tầng viễn thông hiện đại. Thông tin truyền dẫn SDH được triển khai vào Việt Nam từ năm 1996 cho mạng truyền dẫn đường trục Bắc Nam. Trên cơ sở những kiến thức tích luỹ trong những năm học tập chuyên ngành Điện Tử - Viễn Thông tại trường đại học Vinh và sau thời gian thực tập tại Trung tâm Viễn thông KVI là đơn vị trực thuộc công ty Bưu chính Viễn thông Việt Nam em đã tìm hiểu, nghiên cứu và hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “Hệ thống thông tin quang và công nghệ truyền dẫn SDH”. Do sự hiểu biết và thời gian có hạn nên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo và các bạn trong tập thể lớp 46kĐTVT để em có thể vững vàng thêm kiến thức khi ra trường. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Công Nghệ, các bạn trong lớp 46k-ĐTVT, đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo KS. Lê Đình Công - người đã tận tình chỉ bảo hướng dẫn em hoàn thành đồ án này. Vinh, Tháng năm 2010 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Dung 2 Lớp 46k.ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Lời mở đầu MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU MỤC LỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH SÁCH HÌNH MINH HỌA Phần mở đầu................................................................................................................ 1 Phần 1. Hệ thống thông tin quang................................................................................2 Chương 1. Tổng quan về hệ thống thông tin quang.....................................................2 1.1. Lịch sử phát triển .............................................................................................2 1.2. Đặc điểm và phân loại hệ thống thông tin quang..............................................3 1.2.1. Đặc điểm....................................................................................................... 3 1.2.2. Phân loại....................................................................................................... 3 1.3. Các tham số của hệ thống thông tin quang........................................................4 Chương 2. Các phần tử cơ bản của hệ thống thông tin quang.....................................6 2.1. Sơ đồ khối của hệ thống....................................................................................6 2.2. Sợi quang.......................................................................................................... 7 2.2.1. Cấu tạo và phân loại sợi quang......................................................................7 2.2.1.1. Cấu tạo...................................................................................................... 7 2.2.1.2. Phân loại................................................................................................... 7 2.2.2. Nguyên lý truyền dẫn sóng ánh sáng trong sợi quang.....................................8 2.2.2.1. Lý thuyết quang hình................................................................................8 2.2.2.2. Độ mở số .................................................................................................. 10 2.2.3. Đặc tính truyền dẫn của sợi quang..................................................................11 2.2.3.1. Đặc tính suy hao.......................................................................................11 2.2.3.2. Đặc tính tán sắc.........................................................................................12 2.2.3.2. Những ứng dụng của sợi quang................................................................15 2.3. Thiết bị phát quang............................................................................................15 2.4. Thiết bị thu quang.............................................................................................. 17 2.5. Các trạm lặp....................................................................................................... 18 2.6. Các trạm xen/rẽ kênh.........................................................................................19 Phần 2. Công nghệ truyền dẫn SDH............................................................................20 Chương 3. Giới thiệu về kỹ thuật ghép kênh đồng bộ SDH.........................................20 3.1. Nhược điểm của truyền dẫn cận đồng bộ PDH................................................20 3.1.1. Khái niệm truyền dẫn cận đồng bộ................................................................20 3.1.2. Các tiêu chuẩn ghép kênh cận đồng bộ.........................................................20 3.1.3. Nhược điểm của gép kênh cận đồng bộ.........................................................21 3.2. Truyền dẫn đồng bộ SDH ................................................................................22 3.2.1. Lịch sử phát triển của SDH...........................................................................22 3.2.2. Đặc điểm của công nghệ truyền dẫn SDH.....................................................23 3.2.3. Một số khuyến nghị của CCITT về SDH......................................................24 3.2.4. Các tiêu chuẩn SDH.......................................................................................25 Chương 4. Công nghệ truyền dẫn đồng bộ SDH..........................................................26 4.1. Nguyên tắc ghép kênh cơ bản ..........................................................................26 4.2. Cấu trúc các khối ............................................................................................. 27 2.4.1. Container C……...........................................................................................27 4.2.2. Container ảo VC ..........................................................................................28 4.2.3. Đơn vị luồng TU ..........................................................................................30 Nguyễn Thị Dung 3 Lớp 46k.ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Lời mở đầu 4.2.4. Nhóm đơn vị luồng TUG .............................................................................32 4.2.5. Các đơn vị quản lý AU .................................................................................36 4.2.6. Nhóm đơn vị quản lý AUG ..........................................................................37 4.2.7. Cấu trúc khung STM -1................................................................................37 4.2.8. Cấu trúc khung STM-N ................................................................................40 4.3. Ghép các luồng nhánh PDH thành khung STM-1.............................................44 4.3.1. Ghép luồng 139264 kbit/s thành khung STM-1............................................44 4.3.1.1. Sắp xếp luồng 140 Mbit/s vào VC-4......................................................44 4.3.1.2. Sắp xếp VC- 4 vào STM-1.....................................................................46 4.3.2. Ghép 3 luồng 34368 kbit/s thành khung STM-1...........................................46 4.3.2.1. Sắp xếp luồng 34368 kbit/s vào VC-3....................................................46 4.3.2.2. Ghép 3VC-3 vào STM-1........................................................................48 4.3.3. Sắp xếp 63 luồng 2048 kbit/s thành khung STM-1......................................49 4.3.3.1. Sắp xếp luồng 2048 kbit/s vào VC-12....................................................49 4.3.3.2. Ghép 63 VC- 12 vào STM- 1.................................................................53 4.4. Cấu trúc, hoạt động của các loại con trỏ...........................................................55 4.4.1. Vị trí và chức năng của các con trỏ..............................................................55 4.4.1.1. Vị trí và chức năng của con trỏ AU-4.......................................................55 4.4.1.2. Vị trí và chức năng của con trỏ AU-3.......................................................56 4.4.1.3. V ị tr í v à ch ức n ăng con tr ỏ TU-3.........................................................56 4.4.1.3. Vị trí và chức năng con trỏ TU-2..............................................................57 4.4.1.4. Vị trí và chức năng con trỏ TU-12 và TU-11............................................57 4.4.2. Cấu tạo và hoạt động của các con trỏ.............................................................59 4.4.2.1. Con trỏ của con trỏ AU-4 PTR, AU-3 PTR, TU-3 PTR............................59 4.4.2.2. Cấu tạo của các con trỏ của TU-2, TU-12, TU-11....................................61 Chương 5. Hệ thống truyền dẫn SDH..........................................................................64 5.1. Đoạn và tuyến.................................................................................................. 64 5.1.1. Đoạn............................................................................................................. 64 5.1.2. Tuyến............................................................................................................. 64 5.2. Các phần tử cơ bản của mạng SDH...................................................................65 5.2.1. Thiết bị đầu cuối TM ....................................................................................65 5.2.2. Thiết bị xen rẽ ADM .....................................................................................66 5.2.3. Thiết bị kết nối chéo SDXC ..........................................................................66 5.2.4. Thiết bị lặp REG ...........................................................................................67 5.2.5. Quản lý các phần tử mạng..............................................................................67 5.3. Cấu hình node....................................................................................................... 68 5.3.1 Cấu hình NE đầu cuối......................................................................................... 68 5.3.2 Cấu hình NE xen rẽ............................................................................................. 69 5.3.3. Cấu hình NE lặp................................................................................................ 69 Nguyễn Thị Dung 4 Lớp 46k.ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Lời mở đầu 5.3.4. Cấu hình NE nối chéo số ..................................................................................70 5.4. Cấu hình mạng................................................................................................... 70 5.4.1. Cấu hình điểm nối điểm.................................................................................70 5.4.2. Cấu hình đa điểm...........................................................................................70 5.4.3. Cấu hình cây ................................................................................................. 71 5.4.4. Cấu hình mạng vòng......................................................................................71 5.4.5. Cấu hình hỗn hợp ..........................................................................................72 5.5. Các cơ chế bảo vệ mạng....................................................................................72 5.5.1. Bảo vệ tuyến tính...........................................................................................72 5.5.2. Bảo vệ mạch vòng.......................................................................................... 73 5.5.2.1. Mạch vòng đơn hướng.............................................................................73 5.5.2.2. Mạch vòng hai hướng..............................................................................74 5.6. Đồng bộ mạng................................................................................................. 75 5.6.1. Sự cần thiết của đồng bộ...............................................................................75 5.6.2. Các phương thức đồng bộ mạng SDH...........................................................75 5.6.3. Cấu trúc đồng bộ .......................................................................................... 75 5.6.4. Đồng bộ phần tử mạng SDH.........................................................................79 5.6.5. Nguồn đồng bộ............................................................................................. 81 5.6.6. Mức chất lượng Q và mức ưu tiên P .............................................................82 5.6.7. Quản lý mạng SDH.......................................................................................83 Kết luận và hương phát triển đề tài..............................................................................86 Tài liệu tham khảo ...................................................................................................... 88 DANH SÁCH HÌNH MINH HỌA Hình 1.1: Sơ đồ khối của hệ thống thông tin quang............................................................7 Nguyễn Thị Dung 5 Lớp 46k.ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Lời mở đầu Hình 1.2: Cấu tạo sợi quang................................................................................................8 Hình 1.3: Cấu trúc của các loại sợi quang...........................................................................9 Hình 1.4: Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng .........................................................................10 Hình 1.5: Nguyên lý truyền ánh sáng trong sợi quang........................................................11 Hình 1.6.Tính khẩu độ số của sợi quang.............................................................................11 Hình 1.7: Sự tán sắc của sợi quang......................................................................................13 Hình 1.8: Sự phụ thuộc của chiết suất vào bước sóng.........................................................15 Hình 1.9: Các thành phần của một máy phát quang............................................................16 Hình 1.10: Sơ đồ khối thiết bị thu quang.............................................................................18 Hình 1.11: Sơ đồ khối tổng quát trạm lặp điện quang........................................................19 Hình 1.12: Sơ đồ khối chức năng của trạm lặp loại điện quang.........................................19 Hình 2.1: Phân cấp số cận đồng bộ của Châu Âu................................................................21 Hình 2.2: Phân cấp số cận đồng bộ của Bắc Mỹ.................................................................22 Hình 2.3: Phân cấp số cận đồng bộ của Nhật......................................................................22 Hình 2.4: Sơ đồ khung ghép SDH tiêu chuẩn.....................................................................27 Hình 2.5: Cấu trúc của các VC bậc thấp..............................................................................30 Hình 2.6: Cấu trúc khung và đa khung VC-n và TU-n mức thấp........................................30 Hình 2.7: Cấu trúc khung VC- 3 và VC- 4.........................................................................31 Hình 2.8: Sự hình thành của cấu trúc TU-11, TU-12, TU-2................................................32 Hình 2.9: Sự hình thành khung TU-3.................................................................................33 Hình 2.10 : TUG-2 hình thành từ TU-11.............................................................................33 Hình 2.11: TUG-2 hình thành từ TU-12..............................................................................34 Hình 2.12: TUG-2 hình thành từ TU-2................................................................................34 Hình 2.13: Khung TUG 3....................................................................................................35 Hình 2.14: TUG - 3 được cấu thành từ các TUG – 2..........................................................36 Hình 2.15: Ghép 3 TUG - 3 vào VC – 4..............................................................................37 Hình 2.16: Cấu trúc AU – 3 từ VC-3...................................................................................38 Hình 2.17: Cấu trúc AU-4 từ VC-4......................................................................................38 Hình 2.18: Cấu trúc STM – 1..............................................................................................39 Hình 2.19: Sơ đồ bố trí 3AU-3 trong STM-1 phần pointer.................................................40 Hình 2.20: Sơ đồ bố trí 3AU-3 vào STM-1 phần dữ liệu...................................................41 Hình 2.21: Bộ ghép luồng số STM-4........................................................................42 Hình 2.22: Cấu trúc khung STM-4............................................................................42 Hình 2.23 : Cấu trúc SOH trong khung STM-1.................................................................44 Hình 2.24: Cấu trúc khung POH........................................................................................45 Hình 2.25: Cấu trúc VC- 4 khi sắp xếp luồng 140Mbit/s vào VC-4..................................46 Hình 2.26: Cấu tạo mỗi dòng của VC-4..............................................................................47 Hình 2.27: Quá trình ghép VC-4 vào STM-1......................................................................48 Hình 2.28: Sắp đặt luồng nhánh 34M vào VC-3.................................................................49 Hình 2.29. Ghép 3 VC-3 vào STM-1..................................................................................50 Hình 2.30: Ghép các AUG thành các khung STM-N..........................................................51 Hình 2.31: Sắp xếp đồng bộ luồng 2048 Kbit/s vào đa khung VC-12..............................53 Hình 2.32: Sắp xếp đồng bộ luồng 2048 Kbit/s vào đa khung VC-12................................54 Nguyễn Thị Dung 6 Lớp 46k.ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Lời mở đầu Hình 2.33: Ghép 63 VC-12 vào STM-1.............................................................................56 Hình 2.34: Trình tự ghép 21 tín hiệu TU-12 vào TUG-3....................................................56 Hình 2.35: Vị trí của trỏ AU-4 trong khung AUG...............................................................57 Hình 2.36: Vị trí của trỏ AU-3 trong khung AUG...............................................................58 Hình 2.37: Vị trí con trỏ TU-3 trong VC-4..........................................................................59 Hình 2.38: Vị trí của con trỏ TU2, TU-12, TU-11 trong đa khung.....................................60 Hình 2.39: Cấu tạo của con trỏ AU.....................................................................................61 Hình 2.40: Cấu tạo của dòng 4 vùng A của POH ...............................................................61 Hình 2.41 : Quản lí dữ liệu của con trỏ AU-4.....................................................................62 Hình 2.42 : Quản lí dữ liệu của con trỏ AU-3.....................................................................63 Hình 2.43 : Cấu tạo của các con trỏ TU..............................................................................64 Hình 2.44: 2 loại đoạn của truyền dẫn.................................................................................65 Hình 2.45: Sơ đồ khối mạng vòng đồng bộ SDH ...............................................................65 Hình 2.46: Thiết bị đầu cuối ghép kênh..............................................................................66 Hình 2.47: Thiết bị xen/rẽ....................................................................................................66 Hinh 4.48: Thiết bị đấu chéo số...........................................................................................67 Hình 4.49: Bộ tái tạo tín hiệu..............................................................................................69 Hình 2.50 : Cấu hình NE đầu cuối.......................................................................................69 Hình 2.51: Cấu hình NE xen rẽ..........................................................................................69 Hình 2.52: Cấu hình NE lặp...............................................................................................70 Hình 2.53 : Cấu hình NE nối chéo số .................................................................................70 Hình 2.54: Cấu hình điểm nối điểm....................................................................................71 Hình 2.55: Cấu hình đa điểm...............................................................................................71 Hình 2.56: Cấu hình cây......................................................................................................71 Hình 2.57: Cấu hình mạng vòng (ring)................................................................................72 Hình 2.58: Cấu hình đa Ring..............................................................................................72 Hình 2.59: Cấu hình hỗn hợp..............................................................................................73 Hình 2.60: Sơ đồ bảo vệ tuyến tính....................................................................................73 Hình 2.61: Mạch vòng bảo vệ đơn hướng...........................................................................74 Hình 2.62: Mạch vòng bảo vệ hai hướng ..........................................................................76 Hình 2.63. Kiến trúc đồng bộ mạng SDH...........................................................................77 Hình 2.64: Vòng định thời trong cấu trúc đồng bộ..............................................................77 Hình 2.65: Mô hình mạng phân bố theo hình thức phân cấp..............................................78 Hình 2.66: PRC là một đồng hồ chủ cho mạng..................................................................79 Hình 2.67: Chế độ đồng bộ ngoài........................................................................................80 Hình 2.68: Chế độ đồng bộ đường truyền...........................................................................80 Hình 2.69: Chế độ đồng bộ vòng .......................................................................................80 Hình 2.70: Chế độ đồng bộ xuyên qua ...............................................................................81 Hình 2.71: Chế độ chạy tự do..............................................................................................81 Hình 2.72: Các loại nguồn đồng bộ trong phần tử mạng SDH............................................82 Hình 2.73: Truyền mức chất lượng Q giữa các nút mạng...................................................83 Hình 2.74: Mô hình quản lý mạng SDH............................................................................84 Hình 2.75: Mô hình OSI cho SDH.....................................................................................85 Nguyễn Thị Dung 7 Lớp 46k.ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Lời mở đầu CÁC TỪ VIẾT TẮT ADM ANSI Add- Drop Mutiplexer Americal National Standards Institute Bộ ghép kênh xen/rẽ Viện các tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kỳ Nguyễn Thị Dung 8 Lớp 46k.ĐTVT Đồ án tốt nghiệp APD AIS ATM AU AUG A/D BER BIP B–ISDN Lời mở đầu Avalanche PhotoDiode Alarm Indicator Signal Asynchronous Transfer mode Administrtive Unit Administrative Unit Group Analog – to- Digital Bit Error Ratio Bit Interleaved Parity BroadBand Intergrated Sersives Diode thác quang Tín hiệu chỉ thị cảnh báo Môdun truyền đồng bộ Đơn vị quản lý luồng Nhóm đơn vị quản lí luồng Bộ chuyển đổi tương tự số Tỉ lệ lỗi bit Từ mã kiẻm tra chẵn xen bit Mạng số đa dịch vụ băng rộng Digital Network BW C CATV CAS Bandwidth Container Community Antenna Television Channal Associated Signalling Băng thông rộng Con-ten-nơ Báo hiệu kênh kết hợp Uỷ ban cố vấn điện thoại và điện Consultative Commite on CCITT International Telegraphy and CEPT Telephone European Conference of Postal and CRC CS D D/A DMUX DS-n DEC DWDM ECC EDFA ETSI Telecommunication Cyclic Redundancy Check Convergence Sublayer Decrement bit Digital - to – Analog Demultiplexer Digital Signal – n. Data Communication Channel Wavelength Division Multiplexer Embeded Communication Channal Erbium Doped Fiber Amplifier European Telecommunication Mã kiểm tra dư chu trình Phân lớp hội tụ Tăng bit Bộ chuyển đổi số tương tự Bộ phân kênh Tín hiệu số mức n Kênh truyền dữ liệu DWM mật độ cao Kênh số liệu kèm theo Khuếch đại quang pha tạp Erbium Viện các tiêu chuẩn Viễn thông E/O F FS FAS FEBE FERF FDDI Standards Institute Electical to Optical Flag Framer State Frame Alignment Signal Far End Block Error Far End Receive Failure Fiber Distributed Data Interface Châu âu Bộ biến đổi điện quang Cờ Tình trạng khung Tín hiệu đồng chỉnh khung Lỗ khối đầu xa Mất thu đầu xa Giao diện số liệu phân bố theo cáp HDTV HEC High Division Definition Television Header Error Check quang Truyền hình độ phân giải cao Kiểm tra lỗi tiêu đề Nguyễn Thị Dung 9 tín quốc tế Lớp 46k.ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Lời mở đầu HOC Hight Order Container Con –te-nơ bậc cao HOVC I IC ID ID/MM ISDN ISI ITU-T Higher Order Virtual Container Increment bit Intergrated Curcuit Indentifier Intensity Modulation Direct Detection Integrated Servises Digital Network InterSymbol Interference International Telecomunications Con-te-nơ ảo bậc cao Giảm bit Vi mạch Nhận dạng Tách sóng cường độ trực tiếp Mạng số liên kết đa dịch vụ Nhiễu xuyên tín hiệu Tổ chức viễn thông quốc tế Union- Tlecommunication JS LASER Standardization Sector Justifaication Light Amplication by Stimulate LD LED LOF LOP LOS LOVC LOC MAF Emision of Radiation Laser Điode Light Emitting Diode Loss Of Framer Loss Of Pointer Loss Of Signnal Low Order Virtual Container Low Order Container Management Application MCF Function Message Communicate File Bản tin truyền chức năng thông MR MSOH MS-AIS Memory Multiplex Secsion Overhead Multiplex Section- Alarm Indication báo Bộ nhớ Tiêu đề đoạn ghép Tín hiệu chỉ thị cảnh báo đoạn MS- Signal Mutilplex Section- Data Commute ghép Kênh truyền số liệu đoạn ghép DCC MS-REI Channal Multiplexer MUX MS-RDI Indication Multiplexer Multiplex Section Remote Defec Bộ ghép kênh Chỉ thị sự cố đầu xa đoạn ghép N NGN NDF NE Indication New data flag New Generation Network New Data Flag Network Element Cờ số liệu mới Mạng thế hệ Cờ dữ liệu mới Thành phần mạng NMI Network Management Interface Giao diện quản lý mạng Nguyễn Thị Dung Section Nhồi cố định Diode phát quang Mất khung Mất con trỏ Mất tín hiệu Container ảo cấp thấp Container cấp thấp and Chức năng và ứng dụng quản lí Remote Chỉ thị đầu xa đoạn ghép 10 Lớp 46k.ĐTVT Đồ án tốt nghiệp NNI NE NPI Lời mở đầu Giao diện nút mạng Phần tử mạng Chỉ thị con trỏ không có giá trị OAM & Network Node Interface Network Element Null Pointer Indication Operation Administration, P OADM OEI OS O/E PDH PIN POH PSTN Maintenance and Provisioning Optical Add/Drop Multiplexer Out Error Indication Operating System Optical to Electrical Plesiochronous Digital Hierarchy Positive Intrinsic Negative Path Overhead Public Switched Telephone Network giám sát Bộ xen/rẽ kênh quang Chỉ thị sự cố đầu ra Hệ điều hành Bộ biến đổi điện quang Phân cấp số cận đồng bộ Vận hành, quản lý, bảo dưỡng và Tiêu đề đoạn ghép Mạng chuyển mạch điện thoại PTR PRC RDI REG REI RFI Pointer Primary Reference Clock Remote Detect Indication Regenerator Remote Error Indication Remote Failure Indication công cộng Con trỏ đồng hồ tham chiếu thứ cấp Chỉ thị sự cố đầu xa Thiết bị lặp Chỉ thị lỗi khối đầu xa Chỉ thị mất thu đầu xa RS RSOH S SDH SDHNG SONET STM-1 TCM TC-API Regenerater Section Regen Secsion Overhead Stuffing Synchronous Digital Hierarchy Next Generation SDH Đoạn lặp Tiêu đề đoạn lặp Độn Phân cấp số đồng bộ SDH thế hệ kế tiếp Synchronous Optical Network Synchronous Transport Module-1 Tandem Connection Monitoring Tandem connection – Access Point Mạng quang đồng bộ Modul truyền đồng bộ mức 1 Giám sát nối chuyển tiếp Nhận dạng điểm truy nhập nối TE TM TMN Identifier Terminal Equipment Terminal Multiplexer Telecommuication TU TUG UNI VC VNPT Network Tributary Unit Tributary Unit Group User - Network Interface Virtual Container VN Posts and Telecommunication Đơn vị khối nhánh n Nhóm đơn vị khối nhánh Giao diện mạng- người dùng Con-ten-nơ ảo Tập đoàn bưu chính viễn thông Group Virtual Private Network Wide Area Network Việt Nam Mạng riêng ảo Mạng diện rộng VPN WAN Nguyễn Thị Dung chuyển tiếp Thiết bị đầu cuối Đầu cuối ghép kênh Management Mạng quản lý viễn thông 11 Lớp 46k.ĐTVT Đồ án tốt nghiệp WDM Wavelength Division Multiplexing Lời mở đầu Ghép kênh theo bước sóng PHẦN MỞ ĐẦU *** Đề tài được chia thành hai phần:  Phần 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG  Phần 2: CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN SDH Nguyễn Thị Dung 12 Lớp 46k.ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Lời mở đầu Phần 1 của đề tài sẽ đề cập tới những khái niệm cơ bản nhất về hệ thống thông tin quang. Phần 2 trình bày các khái niệm về công nghệ truyền dẫn cận đồng bộ, đồng bộ, ưu nhược điểm của nó cũng như các quá trình ghép các luồng số PDH thành các luồng SDH. Nội dung chính được trình bày trong các chương như sau:      Chương 1. Tổng quan về hệ thống thông tin quang Chương 2. Các phần tử cơ bản của hệ thống thông tin quang Chương 3. Giới thiệu về kỹ thuật ghép kênh đồng bộ SDH Chương 4. Công nghệ truyền dẫn đồng bộ SDH Chương 5. Hệ thống truyền dẫn SDH PHẦN I HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG Chương 1 Tổng quan về hệ thống thông tin quang 1.1. Lịch sử phát triển Nguyễn Thị Dung 13 Lớp 46k.ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Lời mở đầu Kể từ khi con người biết sử dụng ánh sáng để làm phương tiện thông tin liên lạc đến nay lịch sử của thông tin quang đã có những bước phát triển và ngày càng được phát triển hoàn thiện. 1790 : CLAUDE CHAPPE, kĩ sư người pháp đã xây dụng một hệ thống điện báo quang ( Otical telephone), hệ thồng này gồm một chuỗi các tháp với các đèn báo hiệu di động trên đó. Hệ thống truyền tin tức trên khoảng cách 200km trong vòng 15 phút. 1870 : JONH TYNDALL, nhà vật lí người Anh, đã chứng tỏ ánh sáng có thể dẫn được qua vòi nước uốn cong. Thí nghiệm của ông đã sử dụng nguyên lí phản xạ toàn phần, điều này vẫn được áp dụng cho sợi quang ngày nay. 1880 ALEXANDER GRAHAM BELL, người Mĩ, giới thiệu hệ thống photophone, qua đó tiếng nói có thể truyền đi bằng ánh sáng trong môi trường không khí mà không cần dây. Tuy nhiên hệ thống này chưa được áp dụng trên thực tế vì còn quá nhiều nguồn nhiễu làm giảm chất lượng của đường truyền. 1934 : NOMAN R. FRENCH, kĩ sư người mĩ, nhận được bằng sáng chế về hệ thống thông tin quang. Phương tiện truyền dẫn của ông là các thanh thuỷ tinh. 1958 : ARTHUR SCHAWLOW và CHARLESS H.TOWNES, xây dựng và phát triển lazer. 1960 : THEODOR H>MAIMAN đưa lazer vào hoạt động thành công. 1962 : Lazer bán dẫn và photodiode bán dẫn được thừa nhận. Vấn đề còn lại là phải tìm môi trường truyền dẫn thích hợp. 1966 : CHALES H>KAO và GEORGE A. HOCKHAM, hai kỹ sư phòng thí nghiệm Standard Telecomunications của Anh, đề xuất việc dùng thuỷ tinh để truyền dẫn ánh sáng. Nhưng do công nghệ chế tạo sợi thuỷ tinh thời ấy còn nhiều hạn chế nên suy hao của sợi quá lớn (  ~ 1000 dB / km ). 1970 : Hãng Corning Glas Words chế tạo thành công loại sợi quang SI có suy hao nhỏ hơn 20dB/km ở bước sóng 633 nm. 1972 : Loại sợi GI được chế tạo với độ suy hao 4 dB/km. 1983 : Sợi đơn mode (SM) được xuất xưởng ở Mỹ. Ngày nay sợi đơn mode được sử dụng rộng rãi, độ suy hao của loại sợi này chỉ còn khoảng 0,2 dB/km ở bước sóng 1550 nm. 1.2. Đặc điểm và phân loại hệ thống thông tin quang. Nguyễn Thị Dung 14 Lớp 46k.ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Lời mở đầu 1.2.1. Đặc điểm. So với dây kim loại sợị quang có nhiều ưu điểm đáng chú ý là: - Suy hao thấp : cho phép kéo dài khoảng cách tiếp vận do đó giảm được số trạm tiếp vận. - Dải thông rất rộng : có thể thiết lập hệ thống truyền dẫn số tốc độ cao. - Trọng lượng nhẹ, kích thước nhỏ. - Hoàn toàn cách diện không chịu ảnh hưởng của sấm sét. - Không bị can nhiễu bởi trường điện từ. - Xuyên âm giữa các sợi dây không đáng kể. - Vậi liệu chế tạo có rất nhiều trong thiên nhiên. Như vậy dùng hệ thống thông tin quang sợi mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn so với dùng cáp kim loại có cùng cự li. Tuy nhiên nó còn có một số hạn chế sau: - Công nghệ chế tạo sợi quang và các linh kiện thu phát quang rất hiện đại, nên giá thành còn cao. - Sợi quang có kích thước nhỏ nên việc đấu nối đòi hỏi kỹ thuật cao và cần có các thiết bị thi công lắp đặt và đo lường chuyên dụng có giá thành cao. - Do sợi quang không đãn điện nên việc cấp nguồn cho trạm lặp làm việc ở chế độ tự động phức tạp phải dùng cáp kim loại để cấp nguồn riêng. 1.2.2. Phân loại. Hệ thống thông tin quang sợi được phân thành các loại sau : 1.2.2.1. Phân loại theo dạng tín hiệu truyền dẫn. Tuỳ theo dạng tín hiệu điện đưa vào điều biến nguồn quang là tín hiệu tương tự hay tín hiệu số mà ta có: + Hệ thống thông tin quang tương tự + Hệ thống thông tin quang số Tuy nhiên mạng thông tin hầu như đã được số hóa nên chủ yếu hiện nay sử dụng hệ thống thông tin quang số chỉ còn một số mạng đặc thù là vẫn còn dùng hệ thống thông tin quang tương tự. Ví dụ như hệ thống truyền hình cáp. 1.2.2.2. Phân loại theo phương pháp điều chế và giải điều chế tín hiệu quang. Theo nguyên lý điều chế quang ở đầu phát và tách tín hiệu quang ở đầu thu có thể phân chia làm 2 loại hê ê thống truyền dẫn quang: Nguyễn Thị Dung 15 Lớp 46k.ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Lời mở đầu + Hê ê thống thông tin quang kết hợp (Coherent): hê ê thống này sử dụng phương pháp điều chế gián tiếp nguồn quang, ở đầu phát luồng tín hiệu điện đưa đến điều chế nguồn bức xạ quang đơn sắc trong bô ê điều chế ngoài, ở đầu thu thực hiê ên kỹ thuật thu đổi tần. Tín hiệu quang thu được đưa vào bô ê trô nê quang trô ên với tín hiệu dao động nô iê rồi đưa đến bô ê tách sóng quang để lấy ra tín hiệu IF, sau đó thực hiê nê giải điều chế khôi phục lại tín hiệu cần phát đi. + Hê ê thống điều chế cường độ - tách sóng trực tiếp (IM/DD: Intensity Modulation Direct Detection): ở đầu phát các tín hiệu điện thực hiê nê điều chế trực tiếp cường độ bức xạ quang của nguồn quang. Phía đầu thu photodiode thực hiê ên tách sóng trực tiếp tín hiệu quang nhâ nê được thành tín hiệu băng gốc đã truyền đi. 1.2.2.3. Phân loại theo tốc độ và cự ly truyền dẫn. + Hê ê thống có dung lượng truyền dẫn nhỏ tốc độ 8Mb/s hoặc hê ê thống có dung lượng truyền dẫn trung bình tốc độ 34Mb/s, sử dụng trên mạng trung kế giữa các tổng đài, trên mạng thuê bao ISDN(Integrated Servises Digital Network) và mạng LAN( Local area network). + Hê ê thống có dung lượng truyền dẫn lớn với tốc độ truyền dẫn đến 140Mb/s. + Hê ê thống có dung lượng truyền dẫn rất lớn, tốc độ truyền dẫn lớn hơn 140Mb/s sử dụng cho các hê ê thống thông tin đường dài, trong mạng lõi. 1.3. Các tham số của hệ thống thông tin quang. Hệ thống thông tin quang cũng có một số các tham số nhất định để cho quá trình thu cũng như phát tín hiệu quang được đảm bảo. Thông thường người ta quan tâm tới các tham số chính sau: 1.3.1. Các tham số điện quang. + (S/N)e và (C/N)e là tỉ số tín hiệu trên nhiễu và tỉ số sóng mang trên nhiễu được đo và xác định về phía điện của hệ thống điện quang, đó chính là tỉ số của điện áp, dòng điện hoặc công suất điện. Tham số tỷ lệ lỗi bit BER của hệ thống truyền dẫn số luôn được đo sau bộ tách sóng quang tương ứng với tỉ số tín hiệu trên nhiễu S/N. Nguyễn Thị Dung 16 Lớp 46k.ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Lời mở đầu + Độ rộng băng tần điện (BW)e là khoảng tần số trong đó đáp ứng của tín hiệu như hệ số khuyếch đại, tỉ số dòng điện hay điện áp nằm trong giới hạn xác định. + (S/N)O và (C/N)O là tỉ số tín hiệu và sóng mang trên nhiễu được đo và xác định tại cổng quang của hệ thống tương ứng. + Độ rộng băng tần quang (BW) O là khoảng tần số mà tại đó mức công suất quang nằm trong giới hạn xác định. 1.3.2. Các tham số quang. + Công suất yêu cầu tối thiểu của nguồn quang: Mỗi thiết bị trên đường truyền luôn có tổn hao nhất định và có thể biểu diễn bằng một hàm truyền: Pra (1.1) L(dB)=10lg P vao Trong đó Pra và Pvao tương ứng là công suất ra và công suất vào của từng thiết bị, độ tổn hao của toàn tuyến bằng tổng tổn hao của các thành phần trong hệ thống. Để nhận biết được mối quan hệ của công suất phát P s và độ nhạy máy thu P D thì thông thường các giá trị này được biểu diễn bằng w có thể đưa về biểu diễn qua đại lượng dB trong thang đo logarit theo các biểu thức sau: (1.2) Ps(dBm)=10lg Ps ( w) 1mw (1.3) PD(dBm)=10lg PD ( w) 1mw Vì vậy phương trình cơ bản của toàn tuyến : P SPD=L+Pdự trữ . Muốn tuyến truyền dẫn hoạt động tốt thì hiệu công suất lối ra của máy phát và độ nhạy máy thu phải lớn hơn tổng suy giảm trên toàn tuyến, ngoài ra cũng cần phải có một lượng dự trữ công suất cho toàn tuyến. 1.3.3. Độ tổn hao của tuyến. Độ tổn hao của tuyến có thể chia ra làm hai thành phần như đã được trình bày ở phần trước mà trong đó ta chủ yếu quan tâm tới suy hao do bản thân sợi quang. Độ suy hao được xác định qua hệ số (dB/km). 1.3.4. Độ rộng băng tần của tuyến. Trong đó người ta quan tâm đến độ rộng băng tần của sợi quang; độ rộng băng tần của nguồn quang và các bộ kích thích; độ rộng băng tần của các bộ thu quang và các bộ tách quang. Nguyễn Thị Dung 17 Lớp 46k.ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Lời mở đầu Bộ phát quang Tín hiệu vào Các Mạch điều khiển phần tử Nguồn phát quang Bội nối Chương 2 quang Mối hàn sợi cơ bản của hệ thống thông tin quang 2.1. Sơ đồ khối của hệ thống Trạm Sợi quang Bộ tách/ghép quang lặp Các thiệt bị khác Khuếch đại quang Tách sóng quang Khuếch đại Khôi phục tín hiệu Tín hiệu ra Nguyễn Thị Dung Tín hiệu điện Tín hiệu quang 18 bộ thu quang Lớp 46k.ĐTVT Đồ án tốt nghiệp Lời mở đầu Hình 1.1: Sơ đồ khối của hệ thống thông tin quang + Khối thiết bị đầu cuối phát quang có nhiệm vụ biến tín hiệu điện ở đầu vào thành tín hiệu quang ở đầu ra để phát vào sợi quang. Phần tử quan trọng nhất của thiết bị đầu cuối phát quang là bộ phát quang hay bộ biến đổi điện quang E/O. Nó là các điode phát xạ ánh sáng LED và Laser bán dẫn LD. + Khối thiết bị đầu cuối thu quang có nhiệm vụ thu tín hiệu ánh sáng từ sợi quang biến trở lại thành tín hiệu điện để đưa đến các thuê bao sử dụng. Phần tử quan trọng nhất của thiết bị đầu cuối thu quang là bộ thu quang hay bộ biến đổi quang điện O/E. Các bộ biến đổi quang điện thường dùng là diode PIN và APD. + Sợi quang là môi trường truyền dẫn tín hiệu ánh sáng từ đầu thu quang đến đầu phát quang. Nguyễn Thị Dung 19 Lớp 46k.ĐTVT + Trạm lặp có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu trên đường truyền để bù đắp sự suy hao ánh sáng truyền trên sợi quang dài, với tuyến thông tin cự li lớn. 2.2. Sợi quang. 2.2.1. Cấu tạo và phân loại sợi quang 2.2.1.1. Cấu tạo Sợi quang có cấu tạo dạng hình trụ, gồm hai lớp chính được tạo từ các chất điện môi đồng tâm nhau. Lớp trong gọi là lõi (core), lớp ngoài gọi là vỏ (clading). Ngoài ra còn có lớp bảo vệ và vỏ bọc bên ngoài. Chất điện môi chế tạo sợi quang phổ biến là thuỷ tinh thạch anh (SIO) hoặc chất dẻo tổng hợp. Sợi quang từ thuỷ tinh thạch anh có tiêu hao thấp và đường kính nhỏ, giá thành cao, còn sợi quang từ chất dẻo tổng hợp có đường kính lớn và tiêu hao lớn và giá thành thấp. H ình 1.2: Cấu tạo sợi quang 2.2.1.2. Phân loại: - Theo vật liệu chế tạo: Có sợi quang làm bằng thuỷ tinh thạch anh, sợi quang bằng thuỷ tinh hỗn hợp và sợi quang làm bằng chất dẻo. - Theo phân bố chiết suất: Có sợi quang chiết suất nhảy bậc SI (step index), sợi quang chiết suất biến đổi Gradien GI (gradex index). - Theo mode lan truyền : Có sợi quang đa mode và sợi quang đơn mode. Thông thường người ta phân loại sợi quang theo mode lan truyền kết hợp với phân bố chiết suất. Theo đó ta phân sợi quang thành 3 loại như sau: 1/ Sợi quang đa mode chiết suất nhảy bậc MM-SI (Multi mode-Step Index): Chiết suất của lớp lõi là n1 và của lớp vỏ là n2, đều là hằng số nhưng khác nhau, trong sợi có thể truyền đồng thời nhiều mode sóng (tia sóng) khác nhau với hằng số truyền riêng  của mỗi mode. Với sợi làm bằng thuỷ tinh thạch anh thì chiết suất n1 = 1.5, n2 = 1.48. 2/ Sợi quang đa mode chiết suất biến đổi Gradien MM-GI: Lõi sợi có chiết suất phân bố biến đổi là hàm số theo bán kính của lõi, với giá trị lớn nhất tại tâm là n0 và giảm dần theo bán kính đến giá trị n2, còn vỏ sợi có chiết suất cố định là n2.