- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN CHÍ HIẾU PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG AOTN VÀ ỨNG DỤNG CHO HỆ THỐNG VIỄN THÔNG ĐƯỜNG TRỤC BẮC NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH : ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học : PGS. - ĐỖ XUÂN THỤ HÀ NỘI - 2005 BẢNG TỪ VIẾT TẮT ADM Add/Drop multiplexer: Bộ ghép kênh xen/rẽ AOTF Advanced Optical Tunable Filter : Bộ lọc có khả năng lựa chọn bước sóng. - APD Avalanche photo Diode: Điốt quang thác APD ASE Amplifier Spontaneous Emision: Bức xạ tự phát được khuyếch đại ATM Asynchronous Transfer Mode: Kiểu truyền dẫn không đồng bộ AWG Array Wave Grating: Cách tử AWG BA Booster Amplifier: Bộ khuyếch đại công suất đầu phát BER Bit Error Ratio: Tỉ lệ lỗi DCF Dispersion Compensated Fiber: Sợi bù tán sắc DCG Dispersion Compensating Grating: Cách tử bù tán sắc DCM Dispersion Compensator Module: Module bù tán sắc DEM Dispersion Equalization Module: Module điều chỉnh tán sắc DGD Differential Group Delay: Trễ nhóm DSF Dispersion Shifted Fiber: Sợi tán sắc dịch chuyển DST Dispersion Supported Transmission DWDM Density Wavelength Division Multiplxer: Ghép kênh theo bước sóng mật độ cao DXC Digital Cross Connect: Bộ đấu nối chéo EDFA Erbium Doped Amplifier: Khuyếch đại quang Erbium EDSFA Erbium Doped Silicon Base Fiber Amplifier EDTFA Erbium Doped Tellurite Based Fiber Amplifier FBG Fiber Bragg Grating: Cách tử sợi Bragg FTTH Fiber to the home FWM Four Wave Mixing: Hiệu ứng trộn bốn bước sóng IP Internet Protocol:Giao thức IP ISDN Intergrated Service Digital Network: Mạng số đa dịch vụ tích hợp LA Line Amplifier: Khuyếch đại đường truyền LAN Local Area Network: Mạng nội bộ LTmcs Line Termination for multichannel system: Kết cuối đường truyền cho hệ thống đa kênh LWPF Long Wavelength Pass Filter: Bộ lọc thông dải bước sóng dài M_nREP Multichannel non Regenerative: đa kênh không trạm lặp MOR Multi- wavelength Optical Repeater: Trạm lặp đa kênh quang MS-SPRING Multiplex Section Share Protection Ring: Ring bảo vệ luồng đoạn ghép kênh NF Noise Figure: Hệ số tạp âm NL Non-Linear: Phi tuyến NrREG Non regenerative Repeater: Trạm lặp quang NRZ Non Return to Zero : Mã không trở về 0 OA Optical Amplifier: khuyếch đại quang OADM Optical Add/Drop Multiplexer: Bộ xen/rẽ bước sóng quang OAS_m Optical Amplifier Section for multichannel system: Đoạn khuyếch đại quang cho hệ thống đa kênh OC Optical Channel: Kênh quang ODM Optical Demultiplexer: Tách bước sóng quang OM Optical Multiplexer: Ghép bước sóng quang OPM Optical Performance Monitor: Thiết bị giám sát chất lượng mạng quang OTM Optical Terminal Multiplexer OSC Optical Supervisory/Service Channel: Kênh điều khỉên giám sát quang PA Preamplifier: Bộ tiền khuyếch đại PDH Plesynchronous Digital Hierarchy: Phân cấp số cận đồng bộ PDL Polarization Depended Loss: Suy hao phụ thuộc phân cực PIN Positive Intrinsic Nagative: Điốt PIN PLC Planar Lightwave Circuit: Vi mạch quang PMD Polarization Mode Dispertion: Tán sắc mode phân cực REG Regenerator:Trạm lặp (3R) RS Regenerator Section: Đoạn lặp (3R) SBS Stimulated Brillouin Scattering: Tán xạ Brillouin SDH Synchronous Digital Hierarchy: Phân cấp đồng bộ số SNR Signal to Noise Ratio : Tỷ số tín hiệu trên tạp âm SOFT Shared Optical Function Technology SONET Synchronous Optical Network :Mạng quang đồng bộ SPM Self Phase Mudulation : Điều chế tự dịch pha SRS Stimulated Ramman Scattering: Tán xạ Ramman STM Synchronous Transport Module SWPF Short Wavelength Pass Filter : Lọc thông bước sóng ngầm TMN Telecommunication Management Network : Mạng quản lý Viễn thông WDM Wavelength Division Multiplexer: Ghép kênh theo bước sóng XPM Cross Phase Modulation : Điều chế pha chéo MỤC LỤC Trang phụ bìa Mục lục Thuật ngữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục các hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU. - Giới thiệu tổng quát về công nghệ (WDM. - 3 - 1.2 Phân loại hệ thống truyền dẫn WDM. - Hệ thống ghép bước sóng một hướng. - Hệ thống ghép bước sóng hai hướng. - Các phần tử cơ bản sử dụng trong hệ thống WDM. - Các thiết bị tách ghép kênh quang. - 8 - 1.3.2 Thiết bị khuếch đại quang sợi. - Thiết bị OADM. - Sợi quang. - 32 - 2.1 Một số vấn đề khi tính toán thiết kế hệ thống WDM. - 32 - 2.1.1 Kênh bước sóng – vấn đề xuyên âm giữa các kênh. - 32 - 2.1.2 Vấn đề suy hao – Quỹ công suất của hệ thống thông tin WDM Vấn đề tán sắc – bù tán sắc. - 74 - 3.2 Thiết kế tuyến thông tin quang. - Thiết kế dựa trên quĩ công suất. - Thiết kế dựa trên OSNR. - 86 - 3.2.5 Mô hình tham chiếu hệ thống WDM. - 88 - CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG DWDM BĂNG C. - 92 - 4.2 Thiết kế liên kết hệ thống WDM. - 92 - 4.2.2 Thiết kế. - Thiết kế OSNR (tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu quang. - 99 - 4.2.7 Thực hiện hệ thống. - Bộ ghép kênh xen tách quang (OADM. - 104 - 4.5 Hệ thống truyền dẫn Backbone Việt Nam. - Thiết kế. - Để tạo ra một cơ sở hạ tầng tốt làm nền tảng để phát triển dịch vụ thông tin, hệ thống truyền dẫn cũng ngày càng được cải tiến và nâng cao về năng lực. - Từ khi ra đời, cáp quang đã thể hiện là một môi trường truyền dẫn lý tưởng với băng thông khổng lồ và rất nhiều ưu điểm khác. - Các hệ thống truyền dẫn hiện mới chỉ khai thác một phần rất nhỏ băng thông của sợi quang. - Do việc nâng cấp tuyến truyền dẫn bằng cách tăng tốc độ tín hiệu về điện gặp nhiều khó khăn, các nhà khoa học đã tìm cách nâng cao tốc độ truyền bằng cách tăng tốc độ tín hiệu quang. - Trong các hướng nâng cấp tốc độ truyền dẫn, ghép kênh quang theo bước sóng (WDM) là một công nghệ khai thác được tài nguyên của sợi quang, khắc phục được các khó khăn khi tăng tốc độ tín hiệu điện. - Phương pháp ghép kênh theo bước sóng còn có ưu điểm là rất linh hoạt trong việc tăng dung lượng, tận dụng triệt để các hệ thống cáp quang hiện tại. - Với hàng loạt các ưu điểm đó, ghép kênh theo bước sóng hiện được nghiên cứu áp dụng rất nhiều trong mạng hiện tại, đặc biệt là trên các tuyến trung kế, liên quốc gia, nhất là các tuyến luôn có nhu cầu tăng tốc độ. - Hiện công nghệ này được nghiên cứu áp dụng nhiều ở Mỹ, châu Âu và Nhật Bản, hệ thống truyền dẫn đường trục Bắc – Nam của nước ta hiện đang được nghiên cứu để ứng dụng công nghệ này. - NguyÔn ChÝ HiÕu – CH §TVT Ghép kênh theo bước sóng là một công nghệ mới đã được áp dụng tại Việt nam. - Muốn áp dụng công nghệ này vào thực tiễn cần phải nắm được kỹ thuật cơ bản của thông tin quang, nguyên lý của việc ghép kênh theo bước sóng, các hệ thống của hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng và các yêu cầu của nó, các ưu khuyết điểm của hệ thống mới này so với hệ thống truyền dẫn hiện tại. - Nội dung của luận văn tốt nghiệp đi vào phân tích nguyên nhân hình thành WDM, các tham số và yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống và phương pháp thiết kế hệ thống AOTN nói chung và ứng dụng cho tuyến trục Bắc-Nam để giải quyết vấn đề dung lượng cho VNPT sẽ được trình bày chi tiết trong luận văn. - Giới thiệu tổng quát về công nghệ (WDM) WDM (Wavelength Divison Multiplexing-Ghép kênh theo bước sóng) là công nghệ ghép kênh trong đó các bước sóng ánh sáng được ghép lại để truyền đi trên cùng một sợi quang mà không gây ảnh hưởng lẫn nhau. - Mỗi bước sóng được coi như là một kênh quang Một ví dụ điển hình để mô tả nguyên lý WDM đó là khi ta sử dụng TV. - Tất nhiên, ở đây là sóng vô tuyến còn trong hệ thống WDM là bước sóng quang. - ở một góc độ nào đó, không có sự khác biệt cơ bản nào giữa ghép kênh theo tần số (FDM) và ghép kênh theo bước sóng (WDM). - Hình 1.1 Nguyên lý cơ bản của hệ thống thông tin quang WDM Có nhiều cách để tạo nên một hệ thống WDM chẳng hạn như sử dụng bước sóng 1310nm và bước sóng 1550nm hoặc 850nm và 1310nm. - Những hệ NguyÔn ChÝ HiÕu – CH §TVT thống như thế sử dụng những phần tử quang đơn giản và giá thành tương đối thấp và hoạt động ở thời kỳ đầu khi xuất hiện công nghệ này. - Về nguyên lý không có sự khác biệt nào giữa hai khái niệm trên, DWDM nói đến khoảng cách gần giữa các kênh và chỉ ra một cách định tính số lượng kênh riêng rẽ (mật độ kênh) trong hệ thống. - Những kênh quang trong hệ thống DWDM thường nằm trong một cửa sổ bước sóng, chủ yếu là 1550 nm vì môi trường ứng dụng hệ thống này là mạng đường trục, cự ly truyền dẫn dài và dung lượng lớn. - Công nghệ hiện nay đã cho phép chế tạo phần tử và hệ thống DWDM 80 kênh với khoảng cách kênh rất nhỏ 0,5 nm. - 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 tương 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 bước sóng quang cho mỗi hướng phát, còn hệ thống WDM thì dùng nhiều bước sóng (từ hai bước sóng trở lên). - đối tượng làm việc của hệ thống SDH là các luồng tín hiệu số PDH/SDH, còn của hệ thống WDM là các bước sóng và các bước sóng này không nhất thiết chuyển tải tín NguyÔn ChÝ HiÕu – CH §TVT hiệu số. - Mỗi bước sóng có chức năng như một sợi quang cung cấp môi trường truyền tín hiệu cho hệ thống khác và vì vậy gọi là sợi “quang ảo”. - Trước WDM, người ta tập trung mọi nỗ lực để nâng cao tốc độ truyền dẫn của các hệ thống SDH nhưng kết quả thu được không mang tính đột phá vì công nghệ xử lý tín hiệu điện tại tốc độ cao đã dần đến giới hạn. - Khi tốc độ đạt tới hàng chục Gbit/s bản thân các mạch điện tử không thể đảm bảo đáp ứng được xung tín hiệu cực kì hẹp. - Thêm vào đó chi phí cho các giải pháp trở nên tốn kém vì cơ cấu hoạt động khá phức tạp, đòi hỏi công nghệ rất cao. - Tuy nguyên lý ghép kênh theo bước sóng WDM rất gần với nguyên lý ghép kênh theo tần số FDM, nhưng các hệ thống WDM chỉ được thương 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 đường truyền quang dải rộng (khuếch đại quang sợi EDFA, khuếch đại Raman). - Các laser phổ hẹp có tác dụng giảm tối đa ảnh hưởng lẫn nhau của các bước sóng khi lan truyền trên cùng một sợi quang. - Các bộ lọc quang dùng để tách một bước sóng ra khỏi các bước sóng khác. - Các bộ khuếch đại đường truyền dải rộng cần để tăng cự ly truyền của tín hiệu quang tổng gồm nhiều bước sóng, nếu không có các bộ khuếch đại này thì các điểm cần tăng công suất tín hiệu người ta phải tách các bước sóng ra từ tín hiệu tổng, sau đó hoặc là khuếch đại riêng rẽ từng bước sóng rồi ghép chúng trở lại, hoặc là phải thực hiện các bước chuyển đổi quang- điện-quang trên từng bước sóng rồi mới ghép, và như vậy thì tốn kém và làm cho hệ thống trở nên kém tin cậy. - Ưu nhược điểm của công nghệ WDM NguyÔn ChÝ HiÕu – CH §TVT So với hệ thống truyền dẫn đơn kênh quang, hệ thống WDM cho thấy những ưu điểm nổi trội. - Dung lượng 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 lượng truyền dẫn lớn hơn nhiều so với các hệ thống TDM. - Hiện nay hệ thống WDM 80 bước sóng với mỗi bước sóng mang tín hiệu TDM 2,5Gbit/s, tổng dung lượng hệ thống sẽ là 200Gbit/s đã được 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 như những khó khăn gặp phải với hệ thống TDM đơn kênh tốc độ cao. - Không giống như TDM phải tăng tốc độ số liệu khi lưu lượng truyền dẫn tăng, WDM chỉ cần mang vài tín hiệu, mỗi tín hiệu ứng với một bước sóng riêng (kênh quang), do đó tốc độ từng kênh quang thấp. - Điều này làm giảm đáng kể tác động bất lợi của các tham số truyền dẫn như tán sắc… Do đó tránh được sự phức tạp của các thiết bị TDM tốc độ cao. - Đáp ứng linh hoạt việc nâng cấp dung lượng hệ thống, thậm chí ngay cả khi hệ thống vẫn đang hoạt động Kỹ thuật WDM cho phép tăng dung lượng 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 NguyÔn ChÝ HiÕu – CH §TVT Nhờ việc định tuyến và phân bổ bước 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. - Giảm chi phí đầu tư mới Bên cạnh những ưu điểm trên WDM cũng bộc lộ một số mặt hạn chế nằm ở ngay bản thân công nghệ. - Đây cũng chính là những thách thức cho công nghệ này. - Dung lượng hệ thống vẫn còn quá nhỏ bé so với băng tần sợi quang Công nghệ WDM ngày nay rất hiệu quả trong việc nâng cao dung lượng nhưng nó cũng chưa khai thác triệt để băng tần rộng lớn của sợi quang. - Cho dù công nghệ còn phát triển nhưng dung lượng WDM cũng sẽ đạt đến giá trị tới hạn. - Chi phí cho khai thác và bảo dưỡng tăng do có nhiều hệ thống cùng hoạt động hơn 1.2 Phân loại hệ thống truyền dẫn WDM Như chúng ta đã biết hệ thống truyền dẫn là những hệ thống tương tác, nghĩa là tại mỗi đầu sẽ thực hiện chức năng phát tín hiệu đi (hướng đi) và nhận về tín hiệu về (hướng về). - Trong hệ thống WDM, tính tương tác sẽ được thực hiện qua môi trường sợi quang. - Người ta chia hệ thống WDM thành hai kiểu: 1.2.1. - Hệ thống ghép bước sóng một hướng Hệ thống ghép bước sóng một hướng sử dụng mỗi sợi quang cho từng hướng truyền dẫn. - Hệ thống ghép bước sóng một hướng 1.2.2. - Hệ thống ghép bước sóng hai hướng Hệ thống ghép bước sóng hai hướng sử dụng một sợi quang chung cho cả hai hướng truyền dẫn. - Hệ thống ghép bước sóng hai hướng 1.3. - Các phần tử cơ bản sử dụng trong hệ thống WDM Phần này sẽ xác định các phần tử mạng quang hiện đang tồn tại và định nghĩa các chức năng chính của chúng. - Các thiết bị tách ghép quang. - Thiết bị khuếch đại quang sợi. - Thiết bị ghép kênh xen rẽ quang (OADM. - Thiết bị nối chéo quang (OXC). - Các thiết bị tách ghép kênh quang Thiết bị tách ghép kênh quang (OTM) được biểu diễn như trong hình vẽ 1.4. - Trong hướng truyền đi, nó có khả năng tiếp nhận N kênh quang, Mỗi kênh có một mức công suất tín hiệu quang và tỷ số SNR theo chỉ tiêu kỹ thuật đã xác định. - OTM xác định bước sóng cho từng kênh quang tại đầu vào theo các bước sóng đã được định nghĩa từ trước, và đầu ra thiết bị này chứa tín hiệu ghép kênh bao gồm N bước sóng (sóng mang). - Tín hiệu đầu ra đặc trưng bởi băng tần quang tổng, công suất quang tổng, công suất mang trên mỗi sóng mang và tỷ số SNR của mỗi sóng mang. - Sơ đồ nguyên lý thiết bị tách ghép kênh quang. - Trong hướng thu, bộ OTM nhận tín hiệu ghép kênh theo bước sóng, tách tín hiệu đó thành các sóng mang như ở đầu vào bộ ghép kênh, và đưa N kênh quang đó tới các đầu ra riêng biệt.
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt