Ứng dụng công nghệ DWDM và EDFA trong mạng đường trục 20 GBIT/S /

- Công nghệ ghép kênh theo b-ớc sóng mật độ cao DWDM trong thông tin quang.
- 1 Ch-ơng I .Tổng quan về mạng ghép kênh theo b-ớc sóng WDM.
- Công nghệ ghép kênh theo b-ớc sóng WDM.
- Kỹ thuật ghép kênh quang.
- Kỹ thuật ghép kênh b-ớc sóng ( WDM.
- Kỹ thuật ghép kênh quang tần số (OFDM.
- Kỹ thuật ghép kênh quang thời gian (OTDM.
- Thiết lập hệ thống truyền dẫn sử dụng kỹ thuật WDM.
- Truyền dẫn ghép b-ớc sóng quang một h-ớng.
- Truyền dẫn ghép b-ớc sóng quang hai h-ớng.
- Thiết bị ghép b-ớc sóng quang.
- Các tham số cơ bản của ghép b-ớc sóng quang.
- Các thiết bị ghép b-ớc sóng quang.
- Kiểm soát động bộ khuếch đại trong hệ thống WDM.
- ảnh h-ởng tán xạ ng-ợc Rayleigh trong các hệ thống EDFA.
- L-ới b-ớc sóng DWDM tuân thủ theo ITU-T.
- Với những -u thế trong việc ghép kênh theo b-ớc sóng đơn giản, linh hoạt, giảm thiết bị trên mạng, băng tần truyền dẫn rộng, t-ơng thích với các giao diện SDH hiện có, tạo ra khả năng quản lý tập trung.
- Để từng b-ớc áp dụng các kiến thức đã đ-ợc học trong nhà tr-ờng với các hoạt động của một hệ thống thực tế trên mạng l-ới tôi đã chọn đề tài cho luận án tốt nghiệp.
- Hà Nội 10/2004 1 Ch-ơng I .Tổng quan về mạng ghép kênh theo b-ớc sóng WDM Phần I.
- Công nghệ ghép kênh theo b-ớc sóng mật độ cao DWDM trong thông tin quang Ch-ơng I .Tổng quan về mạng ghép kênh theo b-ớc sóng WDM WDM (Wavelength Divison Multiplexing-Ghép kênh theo b-ớc sóng) là công nghệ ghép kênh trong đó các b-ớc sóng ánh sáng đ-ợc ghép lại để truyền đi trên cùng một sợi quang mà không gây ảnh h-ởng lẫn nhau.
- Mỗi b-ớc sóng đ-ợc coi nh- là một kênh quang.
- Khi số l-ợng các b-ớc sóng đ-ợc ghép bằng hoặc nhiều hơn 8 thì ghép kênh đ-ợc gọi là mật độ cao DWDM.
- Nhìn bên ngoài, một hệ thống truyền dẫn WDM và một hệ thống truyền dẫn quang SDH ( Ví dụ các hệ thống truyền dẫn SDH đang có trên mạng của VTN) có rất nhiều điểm t-ơng tự.
- Cả hai hệ thống đều có.
- Tuy nhiên khác biệt quan trọng giữa chúng là ở chỗ: Hệ thống truyền dẫn SDH chỉ dùng một b-ớc sóng quang cho mỗi h-ớng phát, còn hệ thống WDM thì dùng nhiều b-ớc sóng (từ hai b-ớc sóng trở lên).
- đối t-ợng làm việc của hệ thống SDH là các luồng tín hiệu số PDH/SDH, còn của hệ thống WDM là các b-ớc sóng và các b-ớc sóng này không nhất thiết chuyển tải tín hiệu số.
- Mỗi b-ớc sóng có chức năng nh- một sợi quang cung cấp môi tr-ờng truyền tín hiệu cho hệ thống khác và vì vậy gọi là sợi “quang ảo”.
- 2 Ch-ơng I .Tổng quan về mạng ghép kênh theo b-ớc sóng WDM WDM ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu tăng vọt về băng thông do sự phát triển ch-a từng thấy của mạng máy tính toàn cầu Internet, sự ra đời của các ứng dụng và dịch vụ mới trên nền tảng Internet.
- Tr-ớc WDM, ng-ời ta tập trung mọi nỗ lực để nâng cao tốc độ truyền dẫn của các hệ thống SDH nh-ng kết quả thu đ-ợc không mang tính đột phá vì công nghệ sử lý tín hiệu điện tại tốc độ cao đã dần đến giới hạn.
- Tuy nguyên lý ghép kênh theo b-ớc sóng WDM rất gần với nguyên lý ghép kênh theo tần số FDM, nh-ng các hệ thống WDM chỉ đ-ợc th-ơng mại hoá khi một số công nghệ xử lý tín hiệu quang trở nên chín muồi, trong đó phải kể đến thành công trong chế tạo các laser phổ hẹp, các bộ lọc quang, và đặc biệt là các bộ khuếch đại đ-ờng truyền quang dải rộng (khuếch đại quang sợi EDFA, khuếch đại Raman).
- Các laser phổ hẹp có tác dụng giản tối đa ảnh h-ởng lẫn nhau của các b-ớc sóng khi lan truyền trên cùng một sợi quang.
- Các bộ lọc quang dùng để tách một b-ớc sóng ra khỏi các b-ớc sóng khác.
- Các bộ khuếch đại đ-ờng truyền dải rộng cần để tăng cự ly truyền của tín hiệu quang tổng gồm nhiều b-ớc sóng, nếu không có các bộ khuếch đại này thì các điểm cần tăng công suất tín hiệu ng-ời ta phải tách các b-ớc sóng ra từ tín hiệu tổng, sau đó hoặc là khuếch đại riêng rẽ từng b-ớc sóng rồi ghép chúng trở lại, hoặc là phải thực hiện các b-ớc chuyển đổi quang- điện-quang trên từng b-ớc sóng rồi mới ghép, và nh- vậy thì tốn kém và làm cho hệ thống trở nên kém tin cậy.
- Ưu nh-ợc điểm của công nghệ WDM So với hệ thống truyền dẫn đơn kênh quang, hệ thống WDM cho thấy những -u điểm nổi trội.
- Dung l-ợng lớn truyền dẫn lớn Hệ thống WDM có thể mang nhiều kênh quang, mỗi kênh quang ứng với tốc độ bit nào đó (TDM).
- Do đó hệ thống WDM có dung l-ợng truyền dẫn lớn hơn 3 Ch-ơng I .Tổng quan về mạng ghép kênh theo b-ớc sóng WDM nhiều so với các hệ thống TDM.
- Hiện nay hệ thống WDM 80 b-ớc sóng với mỗi b-ớc sóng mang tín hiệu TDM 2,5Gbit/s, tổng dung l-ợng hệ thống sẽ là 200Gbit/s đã đ-ợc thử nghiệm thành công.
- Trong khi đó thử nghiệm hệ thống TDM, tốc độ bit mới chỉ đạt tới STM-256 (40Gbit/s.
- Loại bỏ yêu cầu khắt khe cũng nh- những khó khăn gặp phải với hệ thống TDM đơn kênh tốc độ cao Không giống nh- TDM phải tăng tốc độ số liệu khi l-u l-ợng truyền dẫn tăng, WDM chỉ cần mang vài tín hiệu, mỗi tín hiệu ứng với một b-ớc sóng riêng (kênh quang), do đó tốc độ từng kênh quang thấp.
- Đáp ứng linh hoạt việc nâng cấp dung l-ợng hệ thống, thậm chí ngay cả khi hệ thống vẫn đang hoạt động Kỹ thuật WDM cho phép tăng dung l-ợng của các mạng hiện có mà không phải lắp đặt thêm sợi quang mới (hay cáp quang).
- Việc nâng cấp chỉ đơn giản là cắm thêm các Card mới trong khi hệ thống vẫn hoạt động (plug-in-play.
- Quản lý băng tần hiệu quả và tái cấu hình mềm dẻo và linh hoạt Nhờ việc định tuyến và phân bổ b-ớc sóng trong mạng WDM nên nó có khả năng quản lý hiệu quả băng tần truyền dẫn và cấu hình lại dịch vụ mạng trong chu kỳ sống của hệ thống mà không cần đi lại cáp hoặc thiết kế lại mạng hiện tại.
- Dung l-ợng hệ thống vẫn còn quá nhỏ bé so với băng tần sợi quang 4 Ch-ơng I .Tổng quan về mạng ghép kênh theo b-ớc sóng WDM Công nghệ WDM ngày nay rất hiệu quả trong việc nâng cao dung l-ợng nh-ng nó cũng ch-a khai thác triệt để băng tần rộng lớn của sợi quang.
- Chi phí cho khai thác và bảo d-ỡng tăng do có nhiều hệ thống cùng hoạt động hơn WDM là công nghệ cơ bản cho mạng toàn quang .
- Công nghệ ghép kênh theo b-ớc sóng mật độ cao DWDM Ch-ơng II.
- Công nghệ ghép kênh theo b-ớc sóng mật độ cao DWDM 2.1.
- Kỹ thuật ghép kênh quang Nói chung, dung l-ợng của hệ thống thông tin quang có thể v-ợt quá 10 Tbit/s.
- Ghép kênh có thể thực hiện trong miền thời gian hoặc trong miền tần số thông qua ghép kênh thời gian (TDM) và ghép kênh tần số (FDM).
- Nhìn chung, hai kỹ thuật quang cơ bản đó là ghép kênh quang thời gian ( OTDM) và ghép kênh b-ớc sóng ( WDM).
- Trên thực tế, các hệ thống thông tin quang DWDM đã đ-ợc th-ơng mại hoá vào năm 1996.
- WDM t-ơng ứng với nhiều b-ớc sóng mang quang ở những b-ớc sóng khác nhau đ-ợc điều chế bởi các luồng bit điện độc lập ( có thể bản thân chúng sử dụng kỹ thuật TDM/FDM trong lĩnh vực điện) và truyền tải trên cùng một sợi quang.
- Hình 1.1 cho thấy cửa sổ truyền dẫn suy hao thấp của sợi quang ở gần b-ớc sóng trung tâm 1,3 m và 1,55 m.
- Công nghệ ghép kênh theo b-ớc sóng mật độ cao DWDM Sau đây chúng ta sẽ nghiên cứu ba kỹ thuật ghép kênh quang cơ bản đó là ghép kênh theo b-ớc sóng (WDM), ghép kênh quang thời gian (OTDM) và ghép kênh quang tần số (OFDM).
- Kỹ thuật ghép kênh b-ớc sóng ( WDM) Trong các tuyến thông tin quang điểm nối điểm thông th-ờng, mỗi sợi quang sẽ có một nguồn phát quang ở phía phát và bộ tách sóng quang ở phía thu.
- Nh- vậy, muốn tăng dung l-ợng của hệ thống thì sẽ sử dụng thêm sợi quang.
- Nh-ng kỹ htuật ghép kênh theo b-ớc sóng quang sẽ cho phép tăng dung l-ợng mà không cần tăng tốc độ bit đ-ờng truyền và cũng không dùng thêm sợi dẫn quang.
- Kỹ thuật này đã thực hiện truyền các luồng ánh sáng có b-ớc sóng khác nhau trên cùng một sợi.
- Bởi lẽ các nguồn phát có độ rộng phổ khá hẹp, cho nên các hệ thống thông tin quang thông th-ờng chỉ sử dụng phần nhỏ băng truyền dẫn của sợi quang.
- Lý t-ởng thì có thể truyền tải một l-ợng khổng lồ các kênh trên một sợi quang từ nhiều nguồn phát quang khác nhau, hoạt động ở các b-ớc sóng khác nhau B-ớc sóng m THz 15 THzCác sóng mangSuy hao sợi (dB/km)Hình 1.1 : Cửa sổ truyền dẫn suy hao thấp của sợi Silic trong vùng b-ớc sóng gần 1,3m và 1,55m 7 Ch-ơng II.
- Công nghệ ghép kênh theo b-ớc sóng mật độ cao DWDM một cách hợp lý.
- ở đầu thu có thể thực hiện thu các tín hiệu quang riêng biệt nhờ quá trình lọc các b-ớc sóng khác nhau này.
- Nguyên lý cơ bản của ký thuật ghép kênh theo b-ớc sóng quang nh- thể hiện trên hình vẽ 2.2 .
- Giả sử các nguồn phát quang làm việc ở các b-ớc sóng khác nhau .
- Các tín hiệu quang ở các b-ớc sóng khác nhau cùng ghép vào sợi quang ở phía phát nhờ bộ ghép kênh và tín hiệu ghép này sẽ truyền theo chiều dọc sợi quang để tới phía thu.
- Các bộ tách sóng quang khác nhau ở phía đầu thu sẽ nhận lại luồng tín hiệu với các b-ớc sóng riêng rẽ này sau khi qua bộ tách b-ớc sóng.
- Đối với bộ tách ghép kênh, vì các bộ tách sóng quang th-ờng rất nhạy cảm trên một vùng rộng các b-ớc sóng, cho nên có thể thu đ-ợc toàn bộ các b-ớc sóng phát đi.
- Để thực hiện đ-ợc điều này, cần phải thiết kế các bộ tách kênh quang thật chính xác hoặc sử dụng các bộ lọc quang rất ổn định có b-ớc sóng cắt chuẩn xác.
- Thông th-ờng có ba loại thiết bị ghép b-ớc sóng quang đó là: Các bộ ghép ( MUX), các bộ tách ghép ( DEMUX), các bộ ghép và tách hỗn hợp ( MUX-DEMUX).
- n) Hình 1.2 : Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật ghép b-ớc sóng quang 8 Ch-ơng II.
- Công nghệ ghép kênh theo b-ớc sóng mật độ cao DWDM 2.1.2.
- Kỹ thuật ghép kênh quang tần số (OFDM) Nh- đã biết, ghép kênh là một biện pháp nhằm tập hợp một số kênh thông tin lại thành một kênh chung mang l-ợng thông tin lớn hơn.
- Trong các hệ thống thông tin tr-ớc đây, ghép kênh theo tần số đ-ợc sử dụng trong các hệ thống analog.
- Một kỹ thuật khác dùng để thông tin bằng ánh sáng là ghép kênh tần số.
- Các sóng ánh sáng có tiềm năng thông tin rất lớn và nó có tần số rất lớn tới hơn 200 000 GHz, hơn nữa, sợi quang vốn có suy hao rất nhỏ ở dải b-ớc sóng từ m, cũng t-ơng đ-ơng với băng tần 200 000 GHz.
- Mặc dù công nghệ OFDM hiện nay mới chỉ ở mức triển khai thực nghiệm, nh-ng ng-ời ta đã tiến hành ghép hệ thống lên tới 100 kênh quang.
- Mặt khác, với công nghệ cáp sợi quang phát triển, các cáp có thể có tới 100 sợi đã làm cho hệ thống thông tin quang ghép kênh theo tần số không cần phải đạt hiệu suất sử dụng cao với mức khó thực hiện đ-ợc nh- ở ghép kênh FDM đối với các hệ thống vô tuyến.
- Hình 1.3 cho thấy một hệ thống OFDM, ở đây tín hiệu quang đ-ợc ghép theo ph-ơng pháp giống nh- các kỹ thuật thông th-ờng, nh-ng quá trình ghép hoàn toàn thực hiện trên tín hiệu quang mà không có một quá trình biến đổi điện nào.
- Về thực chất, OFDM đã khai thác khả năng băng tần rất lớn của sợi quang bằng cách ghép các kênh ở các b-ớc sóng khác nhau vào thành một luồng thông tin 9 Ch-ơng II.
- Công nghệ ghép kênh theo b-ớc sóng mật độ cao DWDM lớn.
- Nh- vậy, OFDM là chung cho ghép kênh theo b-ớc sóng.
- OFDM sẽ đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống thông tin quang hiện tại và t-ơng lai, nó là yếu tố quyết định thúc đẩy mục tiêu thực hiện quang hoá hoàn toàn.
- Kỹ thuật ghép kênh quang thời gian (OTDM) Trong những năm gần đây, tr-ớc sự phát triển của mạng viễn thông, xu h-ớng tăng tốc độ đ-ờng truyền đã đ-ợc thúc đẩy mạnh, cấc hệ thống thông tin truyền dẫn tốc độ cao ngày càng là nhu cầu thiết yếu trên mạng l-ới.
- Các thiết bị nh- vậy tr-ớc Cáp quang f f COMBINER POWER DIVIDER LASER OPTICAL DETECTOR Sn S2 S1 Mix f1 f2 Mix fn Mix Sn S2 S1 Mix f1 Mix Mix fn f2 1550 nm Điều biến ngoài ( PSK) PLL quang Hình 1.3 : Sơ đồ khối hệ thống ghép kênh quang OFDM 10 Ch-ơng II.
- Công nghệ ghép kênh theo b-ớc sóng mật độ cao DWDM hết đã đáp ứng đ-ợc cho các thiết bị phát và thu quang làm việc ở băng tần cao, mặt khác nó thoả mãn đ-ợc các thiết bị ghép và tách kênh.
- Trong hình vẽ 1.4 mô tả hoạt động của một hệ thống truyền dẫn quang sử dụng kỹ thuật OTDM.
- Các hệ thống OTDM th-ờng hoạt động ở vùng b-ớc sóng 1550 nm, tại vùng b-ớc sóng này, nh- đã biết có suy hao sợi quang nhỏ nhất, lại phù hợp với bộ khuếch đại quang sợi trong hệ thống.
- Các bộ khuếch đại quang sợi có chức năng duy trì quỹ công suất của hệ thống nhằm đảm bảo tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm ( S/N) ở phía thu quang.
- Nguyên lý hoạt động này có thể đáp ứng xây dựng các hệ thống thông tin quang với tốc độ 200 Gbit/s.
- Tuy nhiên, ở tốc độ này cần phải xem xét tới vấn đề bù tán sắc cho hệ thống.
- Công nghệ ghép kênh theo b-ớc sóng mật độ cao DWDM 2.1.4 Xác định kỹ thuật ghép kênh sử dụng trong luận án : Nh- đã thảo luận ở trên, mỗi kỹ thuật ghép kênh quang đều có nhứng thuận lợi và khó khăn riêng có.
- Mặt khác, cho đến nay, các kĩ thuật OFDM/OTDM vẫn ch-a đạt đến mức độ hoàn chỉnh để có thể ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống thông tin quang.
- Trên thực tế, kỹ thuật WDM đã đ-ợc ứng dụng rộng khắp trên hầu hết các hệ thống thông tin quang và ngày nay với những tiến bộ của khoa học công nghệ, thì các hệ thống thông tin quang trên cơ sở WDM hoàn toàn bảo đảm khả năng phát triển về cả dung l-ợng, tốc độ và khoảng cách truyền dẫn cũng nh- chất l-ợng và độ an toàn.
- Do đó, trong phạm vi luận án sẽ tập trung h-ớng nghiên cứu đối với kỹ thuật WDM sử dụng trong hệ thống thông tin quang nhằm cải thiện hệ thống tốt hơn.
- Công nghệ ghép kênh theo b-ớc sóng mật độ cao DWDM 2.2.
- Thiết lập hệ thống truyền dẫn sử dụng kỹ thuật WDM Ghép kênh b-ớc sóng sử dụng để truyền số liệu đồng thời ở nhiều b-ớc sóng mang thông qua một sợi quang riêng biệt.
- Sự phân chia dải rộng băng các b-ớc sóng có khả năng sử dụng trong một số kênh b-ớc sóng không chỉ đòi hỏi thiết bị phải tinh vi mà còn tăng khả năng giao thoa giữa các kênh.
- Hệ thống truyền dẫn quang WDM điểm-điểm nh- thể hiện trên hình 1.5 a bao gồm bộ ghép kênh xen rẽ b-ớc sóng( WADM) và bộ khuếch đại b-ớc sóng ( WAMP).
- Mạng quang WADM sử dụng các hệ thống truyền dẫn WDM điểm-điểm và yêu cầu bộ kết nối chéo lựa chọn b-ớc sóng( WSXC) có khả năng chuyển tín hiệu đầu vào tới sợi quang khác xảy ra ở tần số khác, ví dụ nh- mạng WDM vòng kép bốn b-ớc sóng nh- thể hiện ở hình 1.5b.
- Trong mạng quang, WADM, WSXC, WAMP đ-ợc biết đến nh- là các bộ ghép kênh xen rẽ quang ( OADM), bộ kết nối chéo quang( OXC) và bộ khuếch đại quang (OAMP).
- Hình 1.5 a : Hệ thống truyền dẫn WDM điểm - điểm ghép 4 b-ớc sóng WAMP WAMPWAMP

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt