- Nội dung và mục tiêu của đề tài CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG VÀ PHƯƠNG PHÁP GHÉP KÊNH QUANG DWDM . - Giới thiệu hệ thống thông tin quang . - Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng DWDM và các tham số cơ bản . - Giới thiệu nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng Các tham số cơ bản CHƯƠNG 3. - CẤU TRÚC HỆ THỐNG DWMD Laser phát Bộ điều chỉnh công suất Các bộ tách ghép bước sóng Nhóm dựa trên nguyên lý tán sắc góc Nhóm dựa trên nguyên lý giao thoa Ghép tách kênh sử dụng ống dẫn sóng kiểu cách tử ống dẫn sóng quang (AWG Bộ ghép tách kênh sử dụng bộ lọc quang . - Tính toán dung lượng cho hệ thống truyền dẫn đường trục DWDM Bắc - Nam . - Cầu trúc hệ thống mạng đường trục . - Hệ thống quản lý mạng . - Thiết bị ZXWM M900 của ZTE KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu viết tắt Viết đầy đủ Giải thích 3R Re-sharp, Re- time, Re-amplify Bù tán sắc, định thời, khuyếch đại APD Avalanche photodiode Đi ốt tách sóng quang thác AMP Amplifer Bộ khuyếch đại AR Anti-Reflection Lớp chống phản xạ ASE Amplified spontaneous emission Phát xạ tự phát được khuyếch đại ATM Asynchronous Transfer Module Chế độ truyền không đồng bộ AWG Arrayed Waveguide Grating Ma trận ống dẫn sóng kiểu lưới BA Booster Amplifier Khuyếch đại công suất BER Bit Error Rate Tỉ số lỗi biet B-ISDN Broadband – Intergrated Service Digital Network Mạng số tích hợp đa dịch vụ CATV Cable Television Truyền hình cáp CGS Cross Gain Saturation Bão hòa khuyếch đại chéo DBR Distributed Bragg Refection Phản hồi tán xạ Bragg phân bố DCM Dispersion Compensating Module Bộ phận bù tán sắc DFB Distributed Feedback Phản hồi phân bố DGT Dynamic Gain Tilt Dải rộng khuyếch đại HDTV High Definition Television Truyền hình độ phân giải cao DISP-C Dispersion Compesation Bù tán sắc DRA Distributed Raman Amplier Bộ khuyếch đại Raman phân bố DST Discrete Since Transform Biến đổ rời rạc -8- DWDM Desen Walength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng mật độ cao DX Digital Cross Connect Kết nối chéo số EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier Khuyếch đại sợi pha tạp erbium EQUAL Equalization Bộ cân bằng ESCON Enterprise systems Connection Mạng kết nối công ty ESI External Synchorous Interface Khối giao tiếp đồng bộ ngoài F-B Farby – Perot Khoang cộng hưởng FBG Fiber Bragg Grating Cách tử Bragg sợi FEC Forward Error Correction Sửa lỗi trước FWM Four – Wave Mixing Trộn bốn bước sóng IM-DD Intensity Modulation – Direct Detection Điều chế cường độ - tách trực tiếp ITU-T International Telecommunication Union Liên minh viễn thông quốc tế LA Line Amplifier Khuyếch đại đường dây MOD Modulation Điều chế MPI Multi Path Interface Xuyên nhiễu đa kênh MVOA Monitor Variable Optical Attenuator Bộ giám sát và điều chỉnh suy hao quang MZI Mach Zehnder Interferometer Bộ giao thoa Mach Zehnder NF Noise Figure Hệ số nhiễu NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau NZDSF None Zero Dispersion Shifted Fiber Sợi quang dịch chuyển tán sác khác không -9- OADM Optical Add Drop Multiplexer Bộ xen rẽ sóng quang ODMUX Optical Demultiplexer Bộ tách sóng quang OMUX Optical Multiplexer Bộ ghép sóng quang OOK On Off Key Khóa đóng mở OSNCP Optical Sub Network Connection Protection Cơ chế bảo vệ mạng kết nối quang OSNR Optical Signal – Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên tạp âm OXC Optical Cross Connect Nối chéo quang PA Pre Amplifier Tiền khuyếch đại PDH Plesiochronous Digital Hierachy Phân cấp số cận đồng bộ PMD Polarization Mode Dispersion Tán sắc mode phân cực PRC Primary Reference Clock Đồng hồ tham chiếu chính SASE Stand Alone Synchoronization Equipment Thiết bị khôi phục đồng bộ chuẩn SBS Stimulated Brillouin Scatting Tán xạ Brillouin kích thích SDH Synchronous Phân cấp đồng bộ số SMF Single Mode Fiber Sợi quang đơn mode SPM Self Phase Modulation Tự điều chế pha SRS Stimulated Raman Scatting Tán xạ Raman kích thích SSG Super Structure Grating Kết cấu lưới siêu chu kỳ SSU Synchoronization Supply Unit Thiết bị cung cấp đồng bộ STM Synchorous Transmision Mode Chế độ chuyển giao đồng bộ TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia thời gian TFF Thin Film Filters Bộ lọc màng mòng điện môi VOA Variable Optical Attenuator Bộ suy hoa điều chỉnh được -10- WAN Wide Area Network Mạng diện rộng WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia bước sóng WT Wavelength Trasponder Chuyển đổi bước sóng XPM Corss Phase Modulation Điều chế pha chéo -11- DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐÔ THỊ Hình 1. - 3: Sơ đồ truyền dẫn hai chiều trên sợi quang Hình 2. - 4: Sơ đồ truyền dẫn hai chiều trên cùng một sợi quang Hình 2. - 1: Cấu trúc hệ thống truyền dẫn DWDM điểm- điểm Hình 3. - 3: Sử dụng cách tử nhiễu xạ phẳng để tách bước sóng Hình 3. - 17: Cấu trúc cơ bản của bộ tách nhiều bước sóng Hình 3. - 2: Phương án nâng cấp hệ thống truyền dẫn đường trục lên DWDM DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. - Chương 2: Hệ thống thông tin quang và phương pháp ghép kênh DWDM Tìm hiểu nguyên lý cơ bản kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng mật độ cao DWDM. - Những tham số cơ bản của hệ thống DWDM. - Đây là động lực phát triển hệ thống ghép kênh theo bước sóng WDM. - Ghép kênh theo bước sóng (WDM) là công nghệ ghép nhiều kênh có bước sóng khác nhau để truyền đi trên cùng một sợi quang. - Ghép kênh theo bước sóng hoàn toàn trong suốt đối với dữ liệu được truyền. - Các khối này làm nhiệm vụ phát đáp với bước sóng khác nhau. - Đầu ra của các khối phát được đưa tới bộ ghép kênh theo bước sóng để ghép thành một luồng tổng được khuyếch đại và phát lên sợi quang. - Tại đầu thu, tín hiệu này được khuyếch đại để tín hiệu đủ lớn và được đưa tới bộ tách kênh theo bước sóng để tách thành các kênh tương tự như đầu phát. - Các kênh bước sóng riêng được đưa tới các khối phát tương ứng để chuyển từng kênh thành các luồng tín hiệu riêng tương ứng với phía phát. - Hiện tại, có hai hệ thống ghép kênh theo bước sóng được biết là hệ thống ghép kênh theo bước sóng mật độ cao (DWDM – Dense Wavelength Division Tx-Tx-Tx-Tx- MUX D EMURx-Rx-Rx-Rx- OAOAGiao tiếp với phía phát hôGiao tiếp với phía thu hôλ1λ2 λk λn λ1λ2 λk λn λ1λ2λk λn λλk λ Ghép kênh Phổ của kênh Phổ của tín hiệu ghép WDM OA -18- Mutiplexing) và hệ thống ghép kênh theo bước sóng thô (CWDM – Coarse Wavelength Division Mutiplexing). - 1: Phân chia băng tần quang Băng Ý nghĩa Dải bước sóng (nm)Băng O Original – băng gốc 1260 đến 1360 Băng E Extended – băng mở rộng 1360 đến 1460 Băng S Short – băng ngắn 1460 đến 1530 Băng C Conventional – băng thông thường 1530 đến 1565 Băng L Long – băng dài 1565 đến 1625 Băng U Ultra-long – băng cực dài 1625 đến 1675 DWDM là một công nghệ ghép kênh theo bước sóng với số bước sóng lớn trong một băng tần hạn chế. - Các bước sóng được chuẩn hóa theo khuyến nghị ITU-T G.692 (bảng 1-2). - Một lựa chọn khác là tăng tốc độ truyền dẫn sử dụng công nghệ ghép kênh theo thời gian. - Khả năng mở rộng của công nghệ DWDM Một lựa chọn thứ 3 cho các nhà cung cấp dịch vụ trong việc mở rộng băng thông là sử dụng công nghệ ghép kênh theo bước sóng DWDM. - Trong đó, để tăng băng thông, ta sẽ ghép theo bước sóng DWDM. - Trong đó để tăng băng thông ta sẽ gán các tín hiệu quang với các bước sóng xác định và ghép các tín hiệu đầu ra để truyền trên cùng một tuyến thông tin quang duy nhất -20- DWDM kết hợp một nhóm các tín hiệu quang với nhau để truyền trên một tuyến thông tin quang duy nhất nhằm tăng dung lượng truyền dẫn. - Hiện nay, các thiết bị ghép kênh quang theo bước sóng DWDM có thể truyền dẫn được đến 40 bước sóng, mỗi bước sóng có tốc đọ 10Gbps. - Các bộ khuyếch đại quang này còn có thể đồng thời khuyếch đại trực tiếp tín hiệu quang gồm hàng trăm bước sóng được truyền trên nó. - -22- CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG VÀ PHƯƠNG PHÁP GHÉP KÊNH QUANG DWDM 2.1. - Đặc tuyến suy hao của sợi quang theo bước sóng tồn tại ba vùng mà tại đó có suy hao thấp là các vùng xung quanh bước sóng 850 nm, 1300 nm và 1550 nm. - Ba vùng bước sóng này được sử dụng cho các hệ thống thông tin quang và gọi là các vùng cửa sổ thứ nhất, thứ hai và thứ ba tương ứng. - Bước sóng làm việc của nguồn phát quang cơ bản phụ thuộc vào vật liệu cấu tạo. - Các vật liệu bán dẫn chế tạo các bộ tách sóng quang sẽ quyết định bước sóng làm việc của chúng và đoạn sợi quang đầu vào các bộ tách sóng quang cũng phải phù hợp với sợi dẫn quang được sử dụng trên tuyến lắp đặt. - Như vậy muốn tăng dung lượng của hệ thống thì phải sử dụng thêm sợi quang. - 2: Độ rộng phổ nguồn quang và dải thông của sợi quang O O λ Suy hao sîi (dB/km Single modeMulti modePhæ mét nguån -26- Một ý tưởng hoàn toàn có lý khi cho rằng có thể truyền dẫn đồng thời nhiều tín hiệu quang từ các nguồn quang có bước sóng phát khác nhau trên cùng một sợi quang. - Kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng DWDM ra đời từ ý tưởng này. - Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng DWDM và các tham số cơ bản: 2.2.1. - Giới thiệu nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng: Đặc điểm nổi bật của hệ thống ghép kênh theo bước sóng quang (DWDM) là tận dụng hữu hiệu nguồn tài nguyên băng rộng trong khu vực tổn hao thấp của sợi quang đơn mode, nâng cao rõ rệt dung lượng truyền dẫn của hệ thống đồng thời hạ giá thành của kênh dịch vụ xuống mức thấp nhất. - Kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng ra đời đã khắc phục được những hạn chế trên. - Hệ thống DWDM dựa trên cơ sở tiềm năng băng tần của sợi quang để mang đi nhiều bước sóng ánh sáng khác nhau, điều thiết yếu là việc truyền đồng thời nhiều bước sóng cùng một lúc này không gây nhiễu lẫn nhau. - Mỗi bước sóng đại diện cho một kênh quang trong sợi quang. - Công nghệ DWDM phát triển theo xu hướng mà sự riêng rẽ bước sóng của kênh có thể là một phần rất -27- nhỏ của 1 nm hay 10-9 m, điều này dẫn đến các hệ thống ghép kênh theo bước sóng mật độ cao (DWDM). - Có hai hình thức cấu thành hệ thống DWDM đó là: a) Truyền dẫn hai chiều trên hai sợi: Hệ thống DWDM truyền dẫn hai chiều trên hai sợi là: tất cả kênh quang cùng trên một sợi quang truyền dẫn theo cùng một chiều (như hình 2.3), ở đầu phát các tín hiệu có bước sóng quang khác nhau và đã được điều chế 1λ, 2λ. - Vì các tín hiệu được mang thông qua các bước sóng khác nhau, do đó sẽ không lẫn lộn. - Ở đầu thu, bộ tách kênh quang tách các tín hiệu có bước sóng khác nhau, hoàn thành truyền dẫn tín hiệu quang nhiều kênh. - λn -28- b) Truyền dẫn hai chiều trên một sợi: Hệ thống DWDM truyền dẫn hai chiều trên một sợi là: ở hướng đi, các kênh quang tương ứng với các bước sóng λ1, λ2. - Cũng sợi quang đó, ở hướng về các bước sóng λn+1, λn+2. - Nói cách khác ta dùng các bước sóng tách rời để thông tin hai chiều (song công). - Ở phía thu, các bộ tách sóng quang phải nhạy với dải rộng của các bước sóng quang. - Khi thực hiện tách kênh cần phải cách ly kênh quang thật tốt với các bước sóng khác bằng cách thiết kế các bộ tách kênh thật chính xác, các bộ lọc quang nếu được sử dụng phải có bước sóng cắt chính xác, dải làm việc ổn định. - Hệ thống DWDM được thiết kế phải giảm tối đa các hiệu ứng có thể gây ra suy hao truyền dẫn. - Ở một mức độ nào đó, để đơn giản ta có thể xem xét bộ tách bước sóng như bộ ghép bước sóng chỉ bằng cách đổi chiều tín hiệu ánh sáng. - Ký hiệu Oi(λi) là tín hiệu có bước sóng λi đã được tách và đi ra cửa thứ i. - Suy hao xen được diễn giải tương tự như suy hao đối với các bộ ghép coupler chung, nhưng cần lưu ý là ở DWDM là xét cho một bước sóng đặc trưng: Li(MUX. - -10log()()iiiIOλλ (2.2) Với Li là suy hao tại bước sóng λi khi thiết bị được ghép xen vào tuyến truyền dẫn. - Trong một bộ tách kênh lý tưởng, sẽ không có sự dò công suất tín hiệu từ kênh thứ i có bước sóng λi sang các kênh khác có bước sóng khác với λi. - -10log [Ui(λk)/I(λk)] (2.3) Theo sơ đồ đơn giản mô tả bộ tách kênh ở hình 2.6 a) thì Ui(λk) là lượng tín hiệu không mong muốn ở bước sóng λk do có sự dò tín hiệu ở cửa ra thứ i, mà đúng ra chỉ có tín hiệu ở bước sóng λi. - c) Độ rộng kênh: Là dải bước sóng mà nó định ra cho từng nguồn phát quang riêng. - Hiện tại laser được sử dụng trong hệ thống DWDM là laser đơn mode -34- Trong hệ thống DWDM các kênh bước sóng có mật độ rất cao. - Đó là lý do tại sao các LD sử dụng trong hệ thống DWDM phải có sự ổn định bước sóng phát xạ. - Chỉ cần thay đổi độ dài hốc cộng hưởng của laser , sự biến đổi dòng điều chế sẽ gây ra sự biến đổi tuyến phát ra bước sóng laser tương ứng. - Trong điêu chế gián tiếp module điều chế nằm ở đầu ra của bộ tạo bước sóng quang như chỉ ra ở hình sau: -35- Hình 3. - Bộ điều chỉnh công suất điều chỉnh công suất quang phù hợp với bộ ghép/ tách kênh và bộ khuyếch đại EDFA 3.3 Các bộ tách ghép bước sóng 3.3.1 Nhóm dựa trên nguyên lý tán sắc góc: Cách tử được cấu tạo gồm nhiều rãnh (như răng cưa), được khắc bằng dụng cụ kim cương, trên bề mặt của các rãnh này được phủ một lớp phản xạ, số lượng rãnh trên cách tử có thể lên tới vài nghìn rãnh trên 1 mm. - Cách tử có khả năng truyền hoặc tán xạ ánh sáng theo những hướng nhất định tuỳ thuộc vào bước sóng của ánh sáng đó. - 3: Sử dụng cách tử nhiễu xạ phẳng để tách bước sóng Người ta chứng minh được nd(sinα + sinα. - góc nhiễu xạ với N d - chu kì cách tử k - số nguyên λ - bước sóng Cũng giống như lăng kính, ánh sáng không đơn sắc ở đầu vào, sau khi qua cách tử sẽ được tách thành các tia sáng đơn sắc ở đầu ra theo các góc khác nhau. - Khi tách kênh (tách bước sóng) bằng cách tử, nguồn sáng tới gồm nhiều bước sóng từ sợi quang sẽ được tách ra thành các tia đơn sắc tương ứng với các bước sóng được truyền trên sợi theo các góc khác nhau. - Ngược lại khi ghép kênh, một số kênh bước sóng λ1, λ2. - Gương cầu lõm có tách dụng làm thay đổi hướng của bất kì một tia đa bước sóng phân kỳ nào thành một tia song song quay trở lại cách tử, tia này khi đến cách tử, sẽ bị tán sắc và phản xạ trở lại gương, phản xạ một lần nữa, tạo ảnh trên vùng mảng sợi quang tuỳ thuộc vào giá trị từng bước sóng. - 7: Sơ đồ cấu trúc bộ tách sử dụng cách tử hình lòng chảo Tóm lại thiết bị DWDM dùng cách tử như phần tử tán sắc góc để tách/ghép bước sóng thường sử dụng theo cách như chỉ ra trên các hình 3.4 đến hình 3.7. - Sự sai lệch giữa hai nhánh được chọn sao cho tổng công suất đầu vào hai nhánh của từng bước sóng khác nhau chỉ xuất hiện ở một đầu ra, đầu ra còn lại có công suất xấp xỉ bằng không b) Cách tử Bragg: Sự phát minh ra cách tử Bragg trong sợi được xếp ngang với phát minh ra laser trong lĩnh vực thông tin quang. - Một FBG là một bộ lọc lựa chọn bước sóng rất đơn giản, giá thành cực thấp. - Ánh sáng có bước sóng nhất định lan truyền dọc sợi bị phản xạ ngược từ cách tử theo hướng mà nó tới. - Các bước sóng không được chọn được cho qua mà không có hoặc rất ít suy hao. - Đây là đặc tính quan trọng nhất của FBG – các bước sóng cộng hưởng bị phản xạ ngược trở lại nguồn và các bước sóng không cộng hưởng được truyền qua mà không bị tổn hao. - Khi chu kỳ cách tử và bước sóng ánh sáng bằng nhau thì có sự tăng cường và công suất được ghép từ hướng -41- đi sáng hướng về. - Ánh sáng có các bước sóng khác gặp phải giao thoa từ các phản xạ lệch pha nên không thể truyền tiếp. - Ngoài ra còn chế tạo các bộ tách ghép bước sóng bằng kỹ thuật phối hợp bộ quay pha bước sóng (circulator) và các cách tử sợi quang (Fiber Grating). - Nó có nhiệm vụ quay pha các bước sóng cần được tách/ ghép. - Các bước sóng còn lại không bị ảnh hưởng. - Sau đó bước sóng nào đã quay pha được sẽ được bộ cách tử sợi quang phản xạ lại đưa đến đầu ra khác của bộ quay pha. - Các bước sóng khác vẫn đi qua cách tử sợi quang bình thường. - Kết hợp bộ quay pha và cách tử sợi quang có thể thực hiện tách ghép kênh tại bước sóng tại nút xen rẽ với suy hao rất nhỏ (2dB). - Các sản phẩm AWG thương mại có thể xử lý tới 40 bước sóng với khoảng cách giữa chúng là 100 GHz hoặc 50 GHz. - Một ưu thế của AWG là suy hao xen của nó không tăng tuyến tính theo số kênh bước sóng giống như hiện tượng đã xảy ra đối với các bộ tách/ghép sử dụng bộ lọc màng mỏng hay dùng cách tử Bragg. - Tại thời điểm hiện nay, AWG đang là giải pháp tốt nhất cho các sản phẩm DWDM mật độ kênh cao 3.3.4 Bộ ghép tách kênh sử dụng bộ lọc quang Trong thiết bị ghép-tách bước sóng vi quang thường sử dụng bộ lọc bước sóng bằng màng mỏng. - Thí dụ bộ tách bước sóng dùng bộ lọc màng mỏng thể hiện như hình 3.12. - 13: Cấu trúc bộ tách kênh sử dụng bộ lọc màng mỏng điện môi Bề dày các lớp bằng 1/4 bước sóng truyền đối với bộ lọc bậc 0 và bằng 3/4λ0 đối với bộ lọc bậc 1 và được chế tạo từ vật liệu có hệ số chiết suất thấp như MgF2 có n = 1,35 hoặc SiO2 có n = 1,46 và vật liệu có chỉ số chiết suất cao như TiO2 có n = 2,2. - Nếu bề dày của lớp đệm là số nguyên lần của nửa bước sóng ánh sáng tới thì giao thoa xếp chồng xảy ra và công suất quang của bước sóng đạt giá trị cực đại và bước sóng đó sẽ được truyền dẫn thông suốt nhất. - Các chùm ánh sáng ở những bước sóng khác trong buồng cộng hưởng hầu như bị phản xạ hoàn toàn. - 14: Phân bổ công suất đầu ra của bộ lọc màng mỏng điện môi Chiết suất cao Chiết suất thấp Lớp phân cách trong suốtPOUT λ λ0 -45- Bộ lọc thông thấp hoặc thông cao có bước sóng cắt λc (hình 3.15a là thông cao và hình 3.15b là thông thấp). - Bộ lọc thông giải có bước sóng trung tâm λ0 và độ rộng giải ∆λ (hình 3.15c). - 15: Hàm truyền đạt của bộ lọc màng mỏng điện môi Các bộ lọc thông thấp hoặc thông cao thường được sử dụng để tách 2 bước sóng có khoảng cách xa nhau, chẳng hạn 850 nm và 1300 nm hoặc 1300 nm và 1550 nm. - Đối với bộ lọc thông giải có một vài yêu cầu: đó là độ dốc sườn đường cong hàm truyền đạt phải đủ lớn để tránh xuyên âm giữa các kênh kề nhau, mặt khác độ rộng giải ∆λ có dung sai cho phép để đề phòng dịch bước sóng trung tâm của nguồn quang khi nhiệt độ thay đổi. - Dưới đây ta xem xét một số thiết bị tách bước sóng dùng bộ lọc màng mỏng: a) Bộ tách 2 bước sóng: Cấu trúc cơ bản của bộ tách hai kênh như ở hình 3.16a, trong khi đó việc thực hiện thực tế cấu trúc này chỉ đơn giản như ở hình 3.16b
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt