Tài liệu Kỹ thuật ghép kênh số sdh và ứng dụng trong truyền dẫn quang

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG  ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS. HỒ VĂN CỪU SINH VIÊN THỰC HIỆN: TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 10 NĂM 2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG  ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG ĐỀ TÀI: KỸ THUẬT GHÉP KÊNH SỐ SDH VÀ ỨNG DỤNG TRONG TRUYỀN DẪN QUANG NỘI DUNG: 1. TỔNG QUANG VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN QUANG 2. CẤU TRÚC MẠNG TRUYỀN QUANG SDH 3. TÌM HIỂU VỀ ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CÁC THIẾT BỊ QUANG SDH TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 10 NĂM 2019 Trường Đại Học Sài Gòn Khoa Điện tử - Viễn Thông CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG 1. Tên đề tài: KỸ THUẬT GHÉP KÊNH SỐ SDH VÀ ỨNG DỤNG TRONG TRUYỀN DẪN QUANG 2. Thời gian thực hiện: Học kì I, 2019-2020 3. Sinh viên thực hiện: Stt Họ và tên - mssv Nhiệ m vụ Thực hiện Tỷ lệ Chữ ký Phần Word Chương 1 Chương 2 Chương 3 Phần Powerpoint Chương 1 Chương 2 Chương 3 1 2 4. Nhận xét của giảng viên: (Ngày báo cáo: 31/10/2019) Stt Họ và tên/Nhóm Nhận xét Điểm thưởng Điểm 1 2 Ngày…Tháng…Năm… Giảng viên TS. Hồ Văn Cừu 3 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm bài báo cáo môn học “ Kỹ thuật thông tin quang” chúng em đã nhận được sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô và bạn bè. Chúng em xin cảm ơn trường Đại học Sài Gòn và quý thầy cô khoa Điện tửViễn thông đã tạo điều kiện cho chúng em biết thêm nhiều kiến thức môn học “ Kỹ thuật thông tin quang”. Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến TS. Hồ Văn Cừu, giảng viên khoa Điện tử Viễn thông trường Đại học Sài Gòn người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo chúng em trong suốt quá trình báo cáo môn học “ Kỹ thuật thông tin quang”. Do năng lực và thời gian có hạn, bản đồ án của chúng em không thể tránh khỏi một số thiếu sót và còn có những vấn đề chưa được đề cập sâu. Chúng em rất mong muốn được tiếp thu ý kiến của các thầy cô để chúng em có được kiến thức hoàn thiện hơn. Sinh viên 4 Chữ ký MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN……………………………………………………………………….4 MỤC LỤC…………………………………………………………………………...5 DANH SÁCH HÌNH ẢNH………………………………………………………….7 DANH SÁCH CÁC BẢNG SỬ DỤNG…………………………………………….7 DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT………………………………………………8 MỞ ĐẦU…………………………………………………………………....……….10 CHƯƠNG I: TỔNG QUANG VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN QUANG………...12 1.1. Khái niệm truyền dẫn quang…………………………………………………12 1.2. Hệ thống hoạt động của truyền dẫn quang…………………………...............12 1.3. Vai trò của truyền dẫn quang………………………………………...............13 1.4. Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống truyền dẫn quang……………………14 1.5. Một số vấn đề cần quan tâm của mạng truyền dẫn quang…………...............15 1.6.Tổng kết chương I…………………………………………………………….15 CHƯƠNG II: CẤU TRÚC MẠNG TRUYỀN QUANG SDH……………………...16 5 1.1. Lịch sử SDH………………………………………………………...........16 1.2. Các tiêu chuẩn ghép kênh…………………………………………...........19 1.3. Các đặc điểm của phương pháp truyền dẫn đồng bộ SDH……………….19 1.4. Nguyên tắc ghép kênh của SDH………………………………………….21 1.5. Tổng kết chương II………………………………………………………..24 CHƯƠNG III: TÌM HIỂU VỀ ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CÁC THIẾT BỊ QUANG SDH…………………………………………………………………………………25 3.1. Những thiết bị quang SDH cơ bản…………………………………………..25 3.2. Phân cấp hệ thống SDH……………………………………………………..27 3.3. Quy chuẩn kỹ thuật………………………………………………………….27 3.4. Những ưu điểm của mạng truyền quang SDH………………………………38 3.5. Những hạn chế của mạng truyền quang SDH……………………………….39 3.6. Tổng kết chương III………………………………………………………….39 KẾT LUẬN………………………………………………………………………….40 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………...................41 6 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Bộ ghép kênh SDH STM-1………………………………………..16 Hình 2.2 Công nghệ SDH……………………………………………………17 Hình 2.3. Sơ đồồ ghép kênh SDH tiêu chuẩn…………………………………21 Hình 3.1. SDH STM-1/STM-4………………………………………………24 Hình 3.2. STM-16……………………………………………………………24 Hình 3.3. STM-16 - H9MO-LMXE………………………………………….25 DANH SÁCH CÁC BẢNG SỬ DỤNG Bảng 2.1– Bảng tiêu chuẩn SDH……………………………………………..18 Bảng 2.2– Các C-n tương ứng lượng tín hiệu truyền………………………....22 Bảng 2.3– Bảng phân câấp hệ thồấng SDH……………………………………..24 Bảng 3.1– Phân loại giao diện theo lĩnh vực ứng dụng………………………29 Bảng 3.2 – Chỉ tiêu giao diện quang cho hệ thồấng STM-1 khồng s ử d ụng khuêấch đại quang……………………………………………………………………....32 Bảng 3.3 – Chỉ tiêu giao diện quang cho hệ thồấng STM-4 khồng s ử d ụng khuêấch đại quang……………………………………………………………………....34 Bảng 3.4 – Chỉ tiêu giao diện quang cho hệ thồấng STM-16 khồng s ử d ụng khuêấch đại quang ……………………………………………………………………....36 Bảng 3.5 – Chỉ tiêu giao diện quang cho hệ thồấng STM-4 có s ử d ụng khuêấch đ ại quang…………………………………………………………………………...37 Bảng 3.6 – Chỉ tiêu giao diện quang cho hệ thồấng STM-16 có s ử d ụng khuêấch đ ại quang…………………………………………………………………………...38 7 DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân câấp kyỹ thuật sồấ đồồng bộ DWDM Dense Wavelength Division Multiplex Ghép kênh phân chia bước sóng mật độ cao STM-1 Synchronous Transport Module level 1 CCITT Consultative Committee for International Telephony and Telegraphy ANSI American National Standard Institute Modul truyêồn tải mức 1 Ủy ban tư vâấn quồấc têấ vêồ điện thoại và điện báo Viện tiêu chuẩn quồấc gia Myỹ Mạng sồấ tích hợp đa dịch vụ ISDN Integrated Services Digital Network SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồồng bộ ETSI European Telecommunication Standard Institute Viện tiêu chuẩn viêỹn thồng châu Âu OC Optical Carrier Sóng mang quang STS Synchronous Transport Signal Tín hiệu truyêồn tải đồồng bộ STM Synchronous Transport Module Modul truyêồn tải đồồng bộ 8 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài: Người dùng cuối cùng đặc biệt là các nhà kinh doanh ngày càng phụ thuộc nhiều hơn vào các phương tiện thông tin đã dẫn đến sự bùng nổ có nhu cầu về các dịch vụ viễn thông chất lượng cao. Các dịch vụ như hội nghị truyền hình, thâm nhập cơ sở dữ liệu từ xa, chuyển giao dữ liệu đa dịch vụ từ đó lưới viễn thông đòi hỏi mạng lưới viễn thông phải linh hoạt có khả năng đáp ứng được yêu cầu về độ rộng dải thông hầu như không giới hạn. Sự phức tạp của mạng hiện nay xây dựng dùa trên hệ thống truyền dẫn cận đồng bộ PDH tốc độ thấp, điều này đã dẫn đến nhà điều hành mạng không đáp ứng nổi các yêu cầu nói trên. Vì PDH chủ yếu để đáp ứng nhu cầu thoại thông thường, không phù hợp với truyền dẫn và quản lý các liên kết có độ rộng băng tần lớn. SDH ra đời nhằm giải quyết nhược điểm này của PDH. Khả năng triển khai các hệ thống đồng bộ sẽ được thực hiện nhanh chóng nhờ khả năng tương thích của nó với các hệ thống PDH. SDH sẽ cung cấp cho các nhà khai thác một giải pháp mạng cho tương lai như các mạng vùng đô thị (MAN), ISDN băng rộng và các mạng thông tin cá nhân. Chính vì vậy việc lùa chọn truyền dẫn đồng bộ SDH làm cơ sở cho mạng viễn thông trong tương lai là hướng phát triển đúng đắn. Ở Việt Nam, công nghệ SDH đã được triển khai và áp dụng từng bước. Từ năm 1994, mạng SDH đã được khai thác, sử dụng ở một số tuyến viễn thông liên tỉnh và đến nay hầu hết các tỉnh thành đều đã áp dụng công nghệ này. Vì vậy, chúng em chọn đề tài “Kỹ thuật ghép kênh số SDH và ứng dụng trong truyền dẫn quang” để thiết kế đồ án môn học Kỹ thuật thông tin quang. 9 2. Nội dung và bố cục Nội dung đồ án này trình bày chi tiết về kỹ thuật ghép kênh số SDH và ứng dụng trong truyền dẫn quang Đồ án chia làm 3 chương: Chương 1: Tổng quan về hệ thống truyền dẫn quang Chương 2: Cấu trúc mạng truyền quang SDH Chương 3: Tìm hiểu về đặc tính kỹ thuật các thiết bị quang SDH 3. Ý nghĩa về mặt khoa học: SDH làm quá trình ghép kênh đơn giản hơn, linh hoạt hơn, giảm đáng kể thiết bị trên mạng. SDH được nghiên cứu là để cung cấp các giao diện tốc độ lớn cho các dịch vụ tương lai, tạo ra khả năng quản lí tập trung như mạng truyền dẫn thống nhất. Làm thay đổi hoàn toàn với quan niệm truyền dẫn trước đó vốn chỉ là hệ thống hoàn toàn độc lập với nhau. Trong thời gian tới, nhóm chúng em tiếp tục nghiên cứu về hệ thống truyền dẫn quang WDM để tối ưu mạng truyền dẫn quang băng thông rộng. 10 CHƯƠNG I: TỔNG QUANG VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN QUANG Hệ thống truyền dẫn quang đáp ứng các nhu cầu ngươi dung về nhu cầu thông tin, băng thông rộng và chất lượng tốt , nội dung trong chương trình trình bày về các khái niệm, hệ thống hoạt động, vai trò và ưu điểm, nhược điểm của truyền dẫn quang 1.1. Khái niệm truyền dẫn quang Truyềền dẫẫn quang là phương pháp truyêồn dâỹn tín hiệu dùng bằồng cáp quang, có thể hoạt động ở tồấc độ cao, vượt xa tồấc độ cáp xoằấn và cáp đồồng tr ục. Vì sồấ liệu được truyêồn thồng bằồng luồồng ánh sáng nên khồng b ị ảnh h ưởng b ởi các xuyên nhiêỹu điện từ. Do đó hệ thồấng truyêồn dâỹn quang thích h ợp đ ể s ử d ụng cho các ứng dụng truyêồn tồấc độ cao, có khả nằng loại b ỏ nhiêỹu cao, phù h ợp v ới các hoạt động cồng sở có các thiêất bị hoạt động với cồng suâất l ớn, khồng gây ra b ức x ạ sóng điện từ. 1.2. Hệ thốống hoạt động của truyềền dẫẫn quang Một hệ thồấng truyềền dẫẫn quang gồồm có: đâồu phát, đâồu thu, mồi trường truyêồn dâỹn (cáp quang) và các bộ lặp. Mạng cáp quang chính là mồi tr ường truyêồn tải cho hệ thồấng truyêồn dâỹn quang. Đâồu phát seỹ nhận tín hiệu từ các thiêất bị mạng đâồu cuồấi nh ư: các tổng đài điện thoại, các thiêất bị node truyêồn sồấ liệu, thiêất b ị truyêồn hình… sau đó biêấn đ ổi thành tín hiệu quang để truyêồn trên sợi quang. Tại đâồu phát có b ộ biêấn đ ổi đi ệnquang mà chứa một linh kiện quan trọng là LED hay LASER. Đâồu thu tái tạo tín hiệu điện từ tín hiệu quang nh ận được sau đó truyêồn t ới các thiêất bị đâồu cuồấi như: các node mang hay thiêất bị điện thoại, truyêồn sồấ li ệu, truyêồn hình. Đâồu thu phải có bộ biêấn đội quang – đi ện ch ứa 1 linh ki ện quan tr ọng là diode thu quang PIN hay AP. Khi truyêồn xa, tín hiệu trên cáp quang cũng b ị suy hao, đồi lúc câồn các b ộ phát lặp để khuêấch đại tín hiệu. Ngoài ra để tận dụng hi ệu qu ả và qu ản lý đ ược mạng cáp quang, tín hiệu còn phải đi ngang qua các thiêất b ị th ụ đ ộng khác nh ư splitters, mằng xồng, ODF, tủ phồấi quang, tập điểm quang… 11 Các thành phâồn chính của một tuyêấn gồồm có khồấi phát quang, cáp s ợi quang và khồấi thu quang, trạm lặp. Khồấi phát quang: gồồm có mạch điêồu khiển và nguồồn sáng th ực hi ện vi ệc điêồu biêấn các tín hiệu điện vào thành các bức xạ quang đ ể truyêồn đi. Các h ệ thồng thồng tin quang hiện nay đang làm việc theo nguyên lý điêồu biêấn tr ực tiêấp c ường độ ánh sáng và tách sóng trực tiêấp (IMĐ). Cáp sợi quang : gồồm các sợi dâỹn quang va l ớp v ỏ b ọc xung quanh đ ể b ảo v ệ khỏi tác động mồi trường bên ngoài.Cáp sợi quang dùng đ ể truyêồn ánh sáng. Trạm lặp: do tín hiệu truyêồn dâỹn trên đường truyêồn bị tiêu hao và méo nên sau một khoảng thời gian nhâất định, phải có trạm lặp để khuyêấch đại và tái sinh tín hiệu. Khồấi thu : gồồm các bộ tách quang, bộ khuêấch đ ại và khồi ph ục tín hi ệu ở đâồu thu, các tín hiệu quang được biêấn đổi thành các tín hiệu điện thồng qua b ộ tách sóng quang, sau đó được khuêấch đại và giải mằ trở l ại tín hi ệu ban đâồu. Việc tái sinh tín hiệu quang hiện nay phải trải qua 3 b ước + Chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hi ệu đi ện + Sửa đổi dạng tín hiệu méo và tái sinh tín hiệu dưới dạng đi ện + Chuyển đổi tín hiệu điện đằ tái sinh và khuyêấch đ ại thành tín hi ệu quang để tiêấp tục phát đi 1.3. Vai trò của truyền dẫn quang Với sự bùng nổ thồng tin như hiện nay thì hệ thồấng m ạng l ưới truyêồn dâỹn đóng vai trò quan trọng trong việc truyêồn tải d ữ li ệu dung l ượng l ớn và đòi h ỏi tính thời gian thực của thoại, video và các hệ thồấng ứng dụng truyêồn thồng và cồng nghệ thồng tin. Khi sử dụng hệ thồấng truyềền dẫẫn quang seỹ mang lại râất nhiêồu lợi ích cho người sử dụng như:  Tồấc độ truyêồn dâỹn cao  Chằấc nằng xen/reỹ kênh đơn giản  Khả nằng đáp ứng cao và dung lượng phù hợp  Độ tin cậy cao  Làm nêồn tảng của nhiêồu dịch vụ tương lai.  Kêất nồấi dêỹ dàng với các hệ thồấng khác. 12 Cồng nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng DWDM sằỹn sàng đ ược s ử  dụng thay thêấ cho SDH.  Từ một mạng LAN trong vằn phòng có thể tr ở thành m ạng LAN quy mồ nhà máy, khu cồng nghiệp, cao ồấc…  Khồng lo sét đánh lan truyêồn hay trực tiêấp tác đ ộng đêấn h ệ thồấng.  Khồng suy hao theo thời gian, cồng việc bảo hành, khằấc ph ục s ự cồấ g ọn nhẹ, nhanh chóng. 1.4. Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống truyền dẫn quang a. Ưu điểm - Độ rộng băng tần lớn: khoảng 15THz/nm - Suy hao thấp: 0.2 - 0.25 d B/Km - Sợi quang không bị ảnh hưởng của nhiễm điện từ. - Tính an toàn và tính bảo mật cao: không bị rò song điện từ những cáp kim loại. - Sợi quang có kích thước nhỏ, không bị ăn mòn bởi axit, kiềm, nước có độ bền cao. - Hệ thống truyền dẫn quang có khả năng nâng cấp dễ dàng lên tốc độ bit cao hơn bằng cách thay đổi bước sóng công tác và kỹ thuật ghép kênh. - Tuổi thọ dài - Có thể triển khai trong nhiều địa hình khác nhau - Dễ lắp đặt và bảo dưỡng - Dung lượng lớn - Tốc độ cao (>10Gb/s) b. Nhược điểm - Không truyền dẫn được nguồn năng lượng có công suất lớn, chỉ hạn chế ở mức công suất cở vài miliwat. - Tín hiệu truyền bị suy hao và giãn rộng, điều này làm hạn chế cự li hệ thống truyền dẫn. - Thiết bị đầu cuối và sợi quang có giá thành cao so với hệ thống dung cáp kim loại. - Hệ thống thông tin quang yêu cầu cấu tạo các linh kiện rất tinh vi và đòi hỏi độ chính xác tuyệt đối là trong việc hàn nối là phức tạp. - Việc cấp nguồn điện cho các trạm trung gian là khó vì không lợi dụng luôn được đường truyền như ở trong các hệ thống thông tin điện. 13 - Khó lắp đặt theo đường gấp khúc. 1.5. - Khó sửa chữa nếu bị đứt cáp - Khó đấu nối - Chi phí lắp đặt cao Một số vấn đề cần quan tâm của mạng truyền thông quang Có 3 yếu tố cơ bản của sợi quang ảnh hưởng đến khả năng của các hệ thống thông tin quang:  - Suy hao Do hấp thụ tạp chất kim loại: các tạp chất trong thuỷ tinh là một trong những nguồn hấp thụ năng lượng ánh sáng. Các tạp chất thường gặp là sắt (Fe), đồng (Cu), Mangan(Mn), Chronium (Ci), Nikel (Ni). Mức độ hấp thụ tuỳ thuộc vào từng loại tạp chất, nồng độ tạp chất, bước sóng ánh sáng truyền qua nó.  - Tán sắc Khi sóng điện từ truyền trong môi trường điện gặp những chỗ không đồng nhất sẽ gây ra hiện tượng tán xạ. Những chỗ không đồng nhất trong sợi quang do cách sắp xếp của các phần tử thuỷ tinh. - Do mặt phân cách giữ lõi và lớp bọc không hoàn hảo, khi tia sáng truyền đến sẽ bị tán xạ, tia sáng sẽ cõ nhiều tia phản xạ với các góc phản xạ khác nhau.  Hiện tượng phi tuyến xảy ra trong sợi quang Tuy nhiên, đối với các hệ thống khác nhau thì mức độ ảnh hưởng của các yếu tố này cũng khác nhau. Ví dụ: - Đối với các hệ thống cự ly ngắn, dung lượng thấp thì yếu tố chủ yếu cần quan tâm là suy hao. - Đối với hệ thống tốc độ cao, cự ly tương đối lớn thì yếu tố chủ yếu cần quan tâm là suy hao và tán sắc. - Đối với các hệ thống cự ly dài và dung lượng rất lớn thì ngoài 2 yếu tố trên cần phải xem xét đến các hiệu ứng phi tuyến. 1.6. Tổng kết chương 1 - Hiểu rõ hơn vêồ mạng truyêồn dâỹn quang. - Tìm hiểu rõ vêồ vai trò của mạng truyêồn dâỹn quang liên h ệ th ực têấ - Đưa ra những ưu điểm, nhược điểm của mạng truyêồn dâỹn. - Nằấm bằất rõ những yêấu tồấ câồn quan tâm trong m ạng truyêồn dâỹn quang. 14 CHƯƠNG II: CẤU TRÚC MẠNG TRUYỀN QUANG SDH Công nghệ truyền dẫn quang SDH giải quyết tốt các vấn đề về truyền dẫn tốc độ cao, quản lí tập trung, nội dung trong chương trình trình bày về lịch sử, cấu trúc mạng truyền quang SDH 2.1. Lịch sử về SDH Song song bên cạnh các dịch vụ về thoại, ngày nay người ta phát triển thêm nhiều loại hình dịch vụ mới quan trọng như là telefax, truyền dẫn data, truyền dẫn video… trong đó chất lượng và khả năng đáp ứng các yêu cầu đó về băng tần hoặc các giao tiếp tương thích luôn luôn đóng một vai trò quan trọng hàng đầu. Để thoả mãn các yêu cầu trên, ngành viễn thông cần phải có các thay đổi cần thiết để đáp ứng kịp thời. - Thời gian thiết lập luồng truyền dẫn ngắn, dung lượng thoả mãn theo mọi yêu cầu. - Tăng cường khả năng sẵn sàng phục vụ các mạng viễn thông. - Giá thành thiết lập mạng phải thấp, chi phí dành cho các khoảng khai thác, bảo dưỡng… phải giảm. - Có khả năng quốc tế hoá dịch vụ. SDH là tên gọi tắt của hệ thống phân cấp đồng bộ (Synchronyzation Digital Hierachy) là hệ thống truyền dẫn mà tín hiệu ở tất cả các cấp đều được đồng bộ ở đồng hồ trung tâm. SDH tạo ra một cuộc cách mạng mới trong các dịch vụ viễn thông, thể hiện một công nghệ tiên tiến, có thể đáp ứng một cách rộng rãi các yêu cầu của khách hàng, người khai thác cũng như các nhà sản xuất. Trong tương lai, hệ thống đồng bộ SDH sẽ ngày càng được phát triển nhờ các ưu điểm vượt trội so với PDH, có khả năng kết nối với mạng PDH hiện hành từ đó cho phép hiện đại hóa mạng viễn thông theo từng giai đoạn phát triển. Lịch sử phát triển các máy ghép kênh SDH bắt đầu từ Mỹ, nơi mà nhiều năm trước đây rất nhiều hãng sản xuất thiết bị truyền dẫn cáp quang khác nhau đã phát triển các phương pháp khác nhau để mã hoá cho tín hiệu riêng của họ. Điều này dẫn đến hậu quả là việc qui hoạch, khai thác bảo dưỡng cũng như quản lý mạng hết sức phức tạp và khó khăn. Để loại bỏ các giao tiếp riêng và đạt được tính kết nối tương hỗ thật sự giữa các hãng cung cấp thiết bị, tiểu ban T1X1 của viện tiêu chuẩn quốc gia Mỹ (ANSI - American National Standard Institute) bắt đầu từ năm 1985 đã phát triển 15 mạng tiêu chuẩn SONET (Synchronous Optical Network) theo đề xuất của công ty BELLCORE. Các tiêu chuẩn của SDH bắt đầu hình thành để tạo ra một mạng giao tiếp quang có thể hoạt động với tất cả các hệ thống truyền dẫn khác nhau của các sản phẩm khác nhau (theo tiêu chuẩn Châu Âu hoặc Bắc Mỹ). Sau đó, các tiêu chuẩn này được sử dụng rộng rãi để có thể xử lý cho mạng hiện tại và cho tất cả các loại tín hiệu trong tương lai cũng như cho cả phương tiện khai thác và bảo dưỡng. Mạng quang đồng bộ dùa trên nguyên lý ghép kênh đồng bộ, trong đó cáp quang được sử dụng làm môi trường truyền dẫn, về sau các tiêu chuẩn về giao diện thiết bị cũng được nghiên cứu nhằm có thể kết nối các loại thiết bị khác nhau mà không gây trở ngại khi áp dụng loại hình mới này vào mạng hiện hành. Để đáp ứng các yêu cầu đó cần phải lưu ý đến việc tiêu chuẩn các tín hiệu bảo dưỡng giám sát, chuyển mạch bảo vệ và cả vấn đề quản lý mạng lưới của các loại thiết bị khác nhau đó. Cuối năm 1988, trên cơ sở tiêu chuẩn SONET và xét đến các tiêu chuẩn ghép kênh khác nhau ở châu Âu, Mỹ và Nhật, CCITT đã đưa ra tiêu chuẩn quốc tế về công nghệ truyền dẫn theo cấu trúc số đồng bộ SDH (Synchronous Digital Hierarchy) dùng cho truyền dẫn cáp quang và vi ba. Các tiêu chuẩn SDH được nêu trong các khuyến nghị G707, G708, G709. Các khuyến nghị của CCITT định nghĩa một số tốc độ truyền dẫn cơ sở ở SDH. Tốc độ đầu tiên là 155,52 Mbit/s thường được gọi là STM1(Synchronous Transport Module level 1). Các tốc độ truyền dẫn cao hơn là STM-4 và STM-16 (622 Mbit/s và 2,5 Gbit/s) cũng được định nghĩa, các mức cao hơn đang được nghiên cứu. 16 Hình 2.1. Bộ ghép kênh SDH STM-1 Hệ thống phân cấp đồng bộ số SDH là một mạng truyền dẫn có khả năng kết hợp được tất cả các thiết bị truyền dẫn có tốc độ khác nhau trong hệ thống PDH như là 1,5; 2; 6; 34; 45 và 140Mb/s. 17 Hình 2.2. Công nghệ SDH 2.2. Các tiêu chuẩn ghép kênh SDH Hiện nay tiêu chuẩn SDH của ITU-T kết hợp cả 2 tiêu chuẩn SDH của châu Âu (ETSI) và tiêu chuẩn SONET của Mỹ : Các mức tín hiệu quang Tiêu chuẩn SONET Tốc độ ETSI Mbit/s OC-1 STS-1 OC-3 STS-3 OC-9 STS-9 OC-12 STS-12 OC-18 STS-18 933,12 OC-24 STS-24 1244,16 OC-36 STS-36 1866,24 OC-48 STS-48 18 51,84 STM-1 155,52 466,56 STM-4 STM-16 622,08 2488,32 Bảng 2.1. Bảng tiêu chuẩn SDH 2.3. Các đặc điểm của phương pháp truyền dẫn đồng bộ SDH a. Khung 125s Câấu trúc khung được hình thành bằồng các khồấi 125 s. Đặc điểm này khồng có trong phân câấp sồấ cận đồồng bộ hiện dùng, nó cho phép truy nh ập từ tín hiệu phân câấp cao tới các tín hiệu câấp thâấp. Toàn b ộ các quá trình x ử lý có thể được thực hiện được nhờ xen byte, do vậy gây ra rung (Jitter) c ủa tín hiệu thu và được khằấc phục bằồng tín hiệu chèn d ương, chèn âm và chèn khồng. b. Sự hợp nhẫất các phẫn cẫấp Câấu trúc ghép kênh đồồng bộ có khả nằng hoà h ợp tín hi ệu sồấ SDH Bằấc Myỹ và châu Âu. Các tín hiệu sồấ của Bằấc Myỹ có thể kêất h ợp v ới các tín hi ệu sồấ c ủa châu Âu và ngược lại, điêồu này chỉ thực hiện trong hệ thồấng SDH. c. Cẫấu trúc phẫn cẫấp Một trong những đặc điểm nổi bật của truyêồn dâỹn đồồng b ộ là tho ả hi ệp các khái niệm phân líp khác nhau. Dùa trên khái ni ệm này các mào đâồu đ ược phân lo ại thành SOH và POH trong câấu trúc khung, có nghĩa là m ạng thồng tin ch ủ yêấu đ ược phân thành các luồồng và đoạn. Các mào đâồu câồn thiêất cho các luồồng seỹ khồng đ ược xử lý tại các đoạn mà chúng được truyêồn đi thồng suồất. Các SOH (t ừ mào đâồu đoạn) ở phâồn trên hoặc dưới con trỏ seỹ được phân loại theo ch ức nằng, chúng được gán tương ứng với các chức nằng đoạn lặp và đoạn ghép kênh. Có nghĩa là các đoạn lại được phân líp một lâồn nữa thành các đoạn ghép kênh ở m ức cao và các đoạn lặp ở mức thâấp. d. Đồềng bộ hoá bằềng con trỏ Trong quá trình ghép kênh đồồng bộ, m ạng thồng tin đ ược đồồng b ộ hoá nh ờ việc hiệu chỉnh giá trị các con trỏ, điêồu này có nghĩa là s ự xê d ịch đồồng b ộ gi ữa h ệ thồấng và tín hiệu thu có thể xử lý phù hợp với con tr ỏ chèn d ương / khồng / âm. Thồng qua việc sử dụng bộ nhớ động, phương pháp đồồng b ộ hoá bằồng con tr ỏ t ạo 19 điêồu kiện khả thi cho đồồng bộ hoá bằng rộng. Thực hi ện đồồng b ộ hoá theo ki ểu chèn byte nên tạo ra Jitter tâồn sồấ thâấp và biên đ ộ cao. e. Ghép kềnh một bước Trong quá trình ghép kênh đồồng bộ, các tín hi ệu TUG-2 đ ược ánh x ạ tr ực tiêấp thành tín hiệu VC-4 hoặc các tín hiệu AU-3 được ánh xạ trực tiêấp thành tín hi ệu STM-1. Quá trình này gọi là ghép kênh m ột bước. Ngoài ra khi áp d ụng trên m ột mạng thồng tin, nơi có tín hiệu lớn gửi đi nhờ việc tiêấn hành m ột quá trình ghép kênh, khái niệm này tạo điêồu kiện dêỹ dàng và kinh têấ cho kêất nồấi phân chia và kêất nồấi chéo. Ghép kênh một bước trở nên khả thi nhờ khái niệm Container. f. Khái niệm mạng thông tin Phương thức truyền dẫn đồng bộ được thiết lập trên cơ sở khái niệm mạng thông tin. Do các hệ thống thông tin quang hiện nay đã được thiết kế dùa trên khái niệm truyền dẫn điểm nối điểm cho nên không có hiệu quả khi thực hiện kết nối tách nhập hoặc kết nối chéo thường xuyên xảy ra đối với các tín hiệu đã được tạo ra trên các nót giữa, sau khi hình thành mạng truyền thông. Tuy nhiên các hệ thống thông tin quang ngày càng được sử dụng nhiều thì hệ thống và các tiêu chuẩn dùa trên mạng đã trở nên rất cần thiết và khái niệm ghép kênh một bước được áp dụng. Hơn thế nữa, về các mào đầu thì các SOH cần cho các đoạn và POH cần cho các luồng đã được phân loại và một vài đoạn mào đầu trong số đó đã được gán cho việc khai thác bảo dưỡng mạng thông tin được hiệu quả. g. Mạng thông tin toàn cầu Đặc điểm của mạng thông tin truyền dẫn đồng bộ là dùa trên quan điểm mạng thông tin toàn cầu. Việc đồng bộ hoá đã được tiến hành một số lần qua việc sử dụng con trỏ, đó là yếu tố cho phép mạng truyền đồng bộ được đồng bộ hoá với mạng thông tin toàn cầu. Do đó việc phân cấp tương thích với các cấp truyền dẫn ở châu Âu và Bắc Mỹ. Nếu các mào đầu từ bên ngoài và cấu trúc ghép kênh đều được sử dụng dùa trên khái niệm này của mạng thông tin thì mạng thông tin toàn cầu có thể thực hiện được 2.4. Nguyền tắc ghép kênh của SDH Trong hệ thống phân cấp số cận đồng bộ SDH thì khung truyền dẫn cấp thấp nhất (cấp 1) được gọi là STM-1 (Synchronous Transport Module 1) có tốc độ chuẩn là 20