Công nghệ khuyếch đại raman và khả năng ứng dụng trong mạng truyền dẫn thông tin quang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH : ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG CÔNG NGHỆ KHUYẾCH ĐẠI RAMAN VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG MẠNG TRUYỀN DẪN THƠNG TIN QUANG HỒNG TRƯỜNG GIANG NGƯỜI HƯỚNG DẪN: NGUYỄN VŨ SƠN HÀ NỘI 2007 LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan toàn nội dung Luận văn “Công nghệ khuyếch đại Raman khả ứng dụng mạng truyền dẫn thông tin quang” em nghiên cứu, tìm hiểu trình bày hướng dẫn khoa học Tiến sỹ Nguyễn Vũ Sơn Mọi tham khảo, trích dẫn nội dung rõ nguồn phần nội dung phần “Tài liệu tham khảo” Em xin chịu trách nhiệm có vi phạm quyền Học viên Hồng Trường Giang MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ LỜI MỞ ĐẦU 10 CHƯƠNG 13 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ KHUẾCH ĐẠI QUANG 13 1.1 Các loại khuếch đại quang 13 1.1.1 Khuyếch đại quang sợi pha Erbium (EDFA) 14 1.1.2 Khuếch đại Raman 15 1.2 So sánh EDFA FRA 16 1.2.1 Ảnh hưởng khuếch đại đến giới hạn hệ thống thông tin quang 17 1.2.2 So sánh EDFA FRA 23 1.3 Kết luận 25 CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ CỦA BỘ KHUẾCH ĐẠI RAMAN 26 2.1 Hiệu ứng tán xạ Raman kích thích (SRS) 26 2.2 Các tham số khuếch đại Raman 28 2.2.1 Hệ số khuếch đại Raman: 30 2.2.2 Các tham số độ khuếch đại: 32 2.2.3 Hệ số nhiễu (NF) 36 2.3 Các nguồn nhiễu ảnh hưởng chúng đến hệ thống sử dụng khuếch đại Raman 39 2.3.1 Sự chuyển giao nhiễu bơm 39 2.3.2 Tán xạ Rayleigh kép (DRS) 41 2.3.3 Tán xạ Raman tự phát 45 2.4 Kết luận 48 CHƯƠNG 3: CÁC LOẠI KHUẾCH ĐẠI RAMAN 49 3.1 Phân loại khuếch đại Raman: 49 3.1.1 Khuếch đại Raman phân tán (DRA) 49 3.1.2 Khuếch đại Raman tập trung (LRA) 49 3.2 Các đặc điểm chung DRA LRA 51 3.2.1 Cơ chế khuếch đại đơn giản 51 3.2.2 Hoạt động tất bước sóng 51 3.2.3 Băng tần khuếch đại rộng độ khuếch đại tương đối phẳng 52 3.2.4 Yêu cầu nguồn bơm công suất lớn 53 3.3 Các đặc điểm riêng DRA LRA 53 3.3.1 DRA 53 3.3.2 LRA 58 3.4 Khuếch đại Raman sử dụng nhiều bơm 67 3.5 Kết luận 71 CHƯƠNG IV: CÁC NGUỒN BƠM CÔNG SUẤT LỚN DÙNG CHO CÁC BỘ KHUẾCH ĐẠI RAMAN 72 4.1 Một số khái niệm bơm Raman 72 4.1.1 Bơm hai chiều 72 4.1.2 Bơm bậc cao 74 4.1.3 Bơm điều chế theo tần số 76 4.1.4 Các nguồn bơm phổ rộng 76 4.2 Các nguồn bơm công suất cao 76 4.2.1 Laser sợi Raman (RFL) 77 4.2.2 Laser bán dẫn 78 4.3 Kết luận 79 CHƯƠNG V: 81 KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÁC BỘ KHUẾCH ĐẠI RAMAN TRÊN MẠNG TRUYỀN DẪN THÔNG TIN QUANG CỦA TẬP ĐỒN BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG VIỆT NAM (VNPT) 81 5.1 Hiện trạng xu hướng phát triển hệ thống thông tin quang VNPT 81 5.1.1 Hiện trạng hệ thống truyền dẫn quang VNPT 81 5.1.2 Xu hướng phát triển hệ thống thông tin quang VNPT 81 5.1.3 Nhận xét 91 5.2 Phân tích khả ứng dụng khuếch đại Raman 92 5.2.1 Khả ứng dụng khuếch đại Raman 92 5.2.2 Phân tích đánh giá hiệu ứng dụng khuếch đại Raman 98 5.2.3 Đề xuất ứng dụng khuếch đại Raman 100 5.3 Khả ứng dụng khuếch đại Raman mạng truyền dẫn thông tin quang VNPT 103 5.3.1 Khả áp dụng khuếch đại RAMAN tuyến cáp quang biển Bắc-Nam cấu hình Feston 105 5.3.2 Khả ứng dụng khuếch đại Raman tuyến đường trục DWDM đất liền 108 5.4 Kết luận 114 KẾT LUẬN 115 TÀI LIỆU THAM KHẢO 117 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh (D)WDM (Dense) Wavelength Division ASE BA CW DCF DFB DRA DRS DSF EDFA FOA FRA FWM GMP IP LA LDA LH/ULH MPI NF NZDSF OEO OSNR PA RIN SMF SOA SRS Multiplexing Tiếng Việt Ghép kênh theo bước sóng (mật độ cao) Ampliffied Stimulated Emission Booser Amplifier Continuous Wave Dispersion Compensated Fiber Distributed Feedback Lasers Distributed Raman Amplifier Double Rayleigh Scattering Dispersion Shifted Fiber Erbium-Doped Fiber Amplifier Fiber Optical Amplifier Fiber Raman Amplifier Four Wave Mixing Gain Measument Point Internet Protocol Line Amplifier Lump Raman Amplifier Long Haul/Ultra Long Haul Multipath Interference Noise figure Non Zero Dispersion Shifted Optical-Electric-Optical Optical Sinal to Noise Ratio Preamplifier Relative Intensity Noise Single Mode Fiber Semiconductor Optical Amplifier Stimulated Raman Scattering Tán xạ kích thích khuếch đại Khuyếch đại cơng suất đầu phát Sóng liên tục Sợi bù tán sắc Laser phản hồi phân bố Khuếch đại Raman phân tán Tán xạ Rayleigh kép Sợi dịch chuyển tán sắc Khuếch đại quang pha Erbium Bộ khuếch đại quang sợi Bộ khuếch đại Raman Hiệu ứng trộn bước sóng Điểm đo độ khuếch đại Giao thức Internet Khuyếch đại quang đường truyền Khuếch đại Raman tập trung Cự ly lớn/cực lớn Nhiễu đa luồng Hệ số nhiễu Sợi dịch chuyển tán sắc khác không Biến đổi quang-điện-quang Tỷ lệ tín hiệu tạp âm quang Bộ tiền khuyếch đại Tạp âm cường độ tương đối Sợi đơn mode Bộ khuếch đại quang bán dẫn Tán xạ Raman kích thích DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1: So sánh đặc tính quan trọng khuếch đại Raman EDFA 24 Bảng 3.1: Hệ số nhiễu trường hợp với chặng truyền dẫn 100km, dựa suy giảm tỷ lệ SNR điện 55 Bảng 3.2: So sánh tham số sợi số loại sợi khác 62 Bảng 5.1: Các tham số tính tốn 98 Bảng 5.2: Tổng hợp so sánh ứng dụng EDFA Raman hệ thống 102 Bảng 5.3: Tổng hợp mơ hình áp dụng cho hệ thống feston 107 Bảng 5.4: Cự ly trạm cặp bờ tuyến cáp biển Bắc-Nam 107 Bảng 5.5: Tổng hợp mơ hình áp dụng khuyếch đại quang hệ thống đất liền 111 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1: Tuyến thơng tin quang sử dụng khuếch đại quang mắc chuỗi 18 Hình 1.2: OSNR hệ thống với giá trị suy hao chặng khác 20 Hình 2.1: Quá trình tán xạ Raman quan điểm cơ-lượng tử 27 Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống thông tin quang sử dụng khuếch đại Raman .28 Hình 2.3: Phổ hệ số khuếch đại Raman sợi silica tinh khiết bơm tín hiệu đồng phân cực phân cực trực giao .32 Hình 2.4: Sự phát triển cơng suất tín hiệu khuếch đại Raman bơm hướng dài 100km theo đóng góp cơng suất bơm theo chiều thuận 33 Hình 2.5: Sự thay đổi độ khuếch đại on-off (Gon-off) theo cơng suất bơm P0 .34 Hình 2.6: Đặc tính bão hồ độ khuếch đại khuếch đại Raman .35 Hình 2.7: Sơ đồ hệ thống khuếch đại Raman phân tán .36 Hình 2.8: Hệ thống tương đương gồm chặng truyền dẫn EDFA 36 Hình 2.9: So sánh phát triển cơng suất tín hiệu theo khoảng cách truyền dẫn với trường hợp sử dụng khuếch đại EDFA khuếch đại Raman .38 Hình 2.10: Hàm chuyển giao RIN khuếch đại Raman phân tán NZDSF khuếch đại Raman tập trung làm từ sợi DSF 41 Hình 2.11: Tán xạ Rayleigh kép khuếch đại Raman 42 Hình 2.12: Xuyên âm Rayleigh khuếch đại Raman không bão hoà 45km 90km bơm hướng hai hướng, αp=0,26dB/km, αs=0,20dB/km .44 Hình 2.13: Độ thiệt thịi truyền dẫn DRS (được tính tốn với BER=10-9) khuếch đại 45km bơm ngược 90km bơm hướng sau 7000km 9000km 45 Hình 2.14: Mật độ phổ ASE OSNR khuếch đại Raman phân tán dài 100km bơm hướng Pin=1mW .47 Hình 3.1: Cấu hình loại khuếch đại Raman .50 Hình 3.2: Phổ hệ số khuếch đại Raman số loại sợi quang 52 Hình 3.3: So sánh phân bố cơng suất tín hiệu theo khoảng cách truyền dẫn hệ thống khuếch đại theo chu kỳ sử dụng khuếch đại tập trung hệ thống sử dụng DRA .54 Hình 3.4: Sự cải thiện hệ số nhiễu theo chiều dài sợi độ khuếch đại Raman on-off 56 Hình 3.5: Hệ số phản xạ Rayleigh hiệu dụng sợi DSF 57 Hình 3.6: Độ thiệt thòi DRS DRA LRA .57 Hình 3.7: Các cửa sổ truyền dẫn sợi SMF thường .59 Hình 3.8: Đặc tính nhiễu độ khuếch đại SLRA .59 Hình 3.9: Phổ hiệu suất khuếch đại Raman sợi SMF, NZDSF DCF 60 Hình 3.10: Phân bố GN theo chiều dài sợi 63 Hình 3.11: Dịch pha phi tuyến xuyên âm MPI cấu hình bơm nghịch cấu hình bơm thuận 64 Hình 3.12: Xuyên âm MPI cấu hình bơm thuận, bơm nghịch bơm hướng .65 Hình 3.13: Sự phát triển cơng suất tín hiệu số cấu hình khuếch đại 66 Hình 3.14: Sự mở rộng phổ SPM .66 Hình 3.15: Độ khuếch đại khuếch đại Raman có nguồn bơm 69 Hình 3.16 : Độ khuếch đại Raman khuếch đại dài 25km sợi DSF, sử dụng 12 laser bơm 70 Hình 4.1: Sự phát triển cơng suất tín hiệu cấu hình bơm .72 Hình 4.2: Độ khuếch đại hệ số nhiễu sợi SMF thường 73 Hình 4.3: Hệ số nhiễu cấu hình khuếch đại khác .74 Hình 4.4: Ảnh hưởng cơng suất bơm bậc lên NF, tổng công suất yêu cầu độ phẳng phổ khuếch đại khuếch đại Raman bơm nghịch bậc 75 Hình 5.1: Cấu hình tuyến cáp quang đường trục 20 Gb/s 83 Hình 5.2: Cấu hình hệ thống cáp quang biển trục Bắc Nam 89 Hình 5.3: Sơ đồ tuyến nối thẳng 90 Hình 5.4: Biểu diễn OSNR theo hàm chiều dài chặng hệ thống ULH 2500km 94 Hình 5.5: Biểu diễn OSNR theo suy hao tuyến số trường hợp ứng với độ khuếch đại Raman khác (cơng suất phóng/kênh +8dBm, NF EDFA 5dB) .95 Hình 5.6: Biểu diễn OSNR theo số chặng truyền dẫn .96 Hình 5.7: So sánh chi phí đầu tư hệ thống trường hợp sử dụng EDFA trường hợp kết hợp EDFA/Raman .99 Hình 5.8: Mơ hình cấu trúc BA PA EDFA bơm từ xa sử dụng tuyến WDM Feston .106 Hình 5.9: Mơ hình cấu trúc khuyếch đại quang Raman DRA bơm từ xa sử dụng cho tuyến Feston 106 Hình 5.10: Mơ hình cấu trúc khuyếch đại quang tầng PA (EDFA) BA (EDFA) sử dụng cho tuyến WDM có sử dụng LA 110 Hình 5.11 Mơ hình cấu trúc khuyếch đại quang tầng PA (Raman) BA (EDFA) sử dụng WDM 110 Hình 5.12: Mạng chuyển mạch quang mạng trục mục tiêu VNPT 113 103 - Đặc điểm tuyến này: + Cự ly hàng nghìn km + Dung lượng: - Số bước sóng > 40 (nếu khoảng cách bước sóng 100GHz), > 80 (nếu khoảng cách bước sóng 50GHz) - Tốc độ bit: 10Gbit/s, 40Gbit/s + Sử dụng thiết bị ROADM OXC cho phép kênh qua khoảng cách lớn + Yêu cầu chi phí thấp + Yêu cầu đảm bảo độ tin cậy cao + Yêu cầu đảm bảo khả mở rộng, nâng cấp dễ dàng - Khuếch đại Raman cho phép đạt: + Đạt cự ly khoảng lặp điện 4000km với chiều dài chặng 80km + Đạt chiều dài chặng tối ưu 100-120km với cự ly khoảng lặp điện >2000km + Tốc độ bit: 10Gbit/s, 40Gbit/s + Số bước sóng: Số bước sóng > 40 (nếu khoảng cách bước sóng 100GHz), > 80 (nếu khoảng cách bước sóng 50GHz) 5.3 Khả ứng dụng khuếch đại Raman mạng truyền dẫn thông tin quang VNPT Các đánh giá khả ứng dụng khuếch đại Raman phần dựa trên: - Hiện trạng, định hướng phát triển mạng truyền dẫn quang VNPT 104 - Khả khuếch đại Raman việc cải thiện chất lượng hệ thống  Một số nhận xét từ trạng mạng truyền dẫn quang VNPT: - Về dung lượng truyền dẫn: phổ biến mức STM-1 đến STM-16, tuyến DWDM đường trục Bắc-Nam đất liền có dung lượng 8xSTM-16 - Về cự ly: Phần lớn có cự ly thấp Hệ thống DWDM đường trục 20Gbit/s hệ thống có cự ly lớn + Tuyến Hà nội đến Vinh: ~ 350km + Tuyến Vinh đến Đà nẵng: ~ 450 km + Đà Nẵng đến Qui nhơn: ~ 350km + Qui Nhơn đến HCM : ~ 700km + HCM đến Cần thơ: ~300km - Loại khuếch đại quang sử dụng: EDFA Cự ly khoảng lặp điện đạt ~ 600km Do vậy, sử dụng EDFA hoàn toàn phù hợp tối ưu chi phí Tuy nhiên, tuyến Qui Nhơn-Hồ Chí Minh phải dùng thêm trạm lặp điện  Theo định hướng phát triển mạng truyền dẫn quang: - Sắp tới, hệ thống cáp quang biển Bắc-Nam DWDM cấu hình feston với dung lượng tối đa 80Gbit/s xây dựng, dung lượng bước sóng 2,5Gbit/s, cự ly trạm cặp bờ lớn - Tiếp đó, tăng dung lượng hệ thống trục (hệ thống cáp quang đất liền biển) theo yêu cầu 2027 - Hệ thống truyền dẫn trục nâng cấp lên dung lượng cao sử dụng công nghệ WDM kết nối tới hệ thống trục (tuyến cáp biển trục Bắc-Nam) tạo thành cấu hình mạch vòng SDH 105 Sau xem xét khả sử dụng khuếch đại Raman cho tuyến cáp biển feston tuyến đường trục đất liền tiếp tục mở rộng 5.3.1 Khả áp dụng khuếch đại RAMAN tuyến cáp quang biển Bắc-Nam cấu hình Feston a Yêu cầu với tuyến cáp quang biển Feston Việtnam: + Độ tin cậy cao + Chi phí hợp lý + Đảm bảo khả mở rộng nâng cấp dễ dàng + Dung lượng : 20Gbit/s (8x2,5Gbit/s) + Số sợi ít, số bước sóng + Cự ly trạm cặp bờ : 152÷304km b Mơ hình áp dụng khuếch đại quang tuyến cáp quang biển Feston Sau đưa mơ hình khuếch đại quang ứng dụng hệ thống WDM biển cấu hình feston Giả sử hệ thống WDM so sánh không bị ảnh hưởng yếu tố khác tán sắc, phi tuyến cự ly tuyến dung lượng phụ thuộc vào tham số mơ hình khuếch đại quang Theo G.692 hệ thống WDM không sử dụng LA, có BA PA, có đặc điểm cự ly truyền dẫn: ≤ 160km Nếu sử dụng BA PA kết hợp với EDFA bơm từ xa theo mơ hình 5.8, cự ly đạt 300km Tuy nhiên cần phải đặt sợi quang EDF tuyến Nếu sử dụng khuếch đại quang Raman DRA theo mô hình 5.9 106 cự ly tuyến đạt 300- 400km mà cần nguồn bơm từ xa sợi quang - Mơ hình khuyếch đại BA hoc PA EDFA bm t xa in hỡnh: ã G=10ữ15dB, ∆G= 1dB, NF= 5-6dB, phổ=30nm BA PA (sợi EDF) bơm từ xa Hình 5.8: Mơ hình cấu trúc BA PA EDFA bơm từ xa sử dụng tuyến WDM Feston - Mơ hình khuyếch đại Raman DRA: • G= 10-15 dB, NF= -1dB, phổ khuếch đại 100nm bơm từ xa LA (sợi quang thuần) (DRA bơm từ xa) Hình 5.9: Mơ hình cấu trúc khuyếch đại quang Raman DRA bơm từ xa sử dụng cho tuyến Feston Theo phân tích mơ hình khả áp dụng khuyếch đại quang hệ thống WDM, bảng 5.3 tóm tắt khả lựa chọn áp dụng khuếch đại hệ thống WDM Feston 107 Bảng 5.3: Tổng hợp mơ hình áp dụng khuyếch đại quang cho hệ thống feston STT Cự ly L < 160km L > 160km Hệ thống sử dụng EDFA BA + PA BA + BA/PA (EDF bơm từ xa) + PA cần thiết kế xen kẽ sợi quang với sợi EDF Hệ thống sử dụng kết hợp EDFA/Raman BA + DRA + PA sử dụng sợi quang thuần, dễ dàng nâng cấp mở rộng c Khả ứng dụng khuếch đại Raman tuyến cáp quang biển Bắc-Nam cấu hình Feston Bảng 5.4: Cự ly trạm cặp bờ tuyến cáp biển Bắc-Nam Stt Trạm – Trạm Đơn vị Độ dài Hà Nội - Hải Phịng - Thanh Hố Km 170 Thanh Hoá - Vinh Km 152 Vinh - Đông Hà Km 228 Đông Hà - Đà Nẵng Km 304 Đà Nẵng - Quảng Ngãi Km 235 Quảng Ngãi - Quy Nhơn Km 208 Quy Nhơn – Nha Trang Km 216 Nha Trang – Phan Thiết Km 273 Phan Thiết – Vũng Tàu Km 178 10 Vũng Tàu - Sóc Trăng Km 258 Nhận xét: - Với cự ly trạm cặp bờ trên, ngồi tuyến Thanh Hố- Vinh có cự ly 152km, tuyến cịn lại có cự ly lớn > 160km 108 - Với cự ly tuyến > 160km xem xét nhu cầu mở rộng dung lượng tương lai thấy sử dụng khuếch đại Raman cho tuyến phù hợp  Nếu sử dụng EDFA cho tuyến không khả thi phải thiết kế tuyến cáp sợi quang hỗn hợp có sợi EDFA để có khuyếch đại quang bơm từ xa, chi phí đầu tư lớn cho cặp sợi ban đầu nhu cầu sử dụng cặp sợi, ngồi khó khăn cho việc nâng cấp tuyến sau  Lựa chọn mơ hình khuếch đại Raman phân tán kết hợp EDFA ưu điểm đề cập thiết kế tuyến đơn giản sử dụng sợi truyền dẫn thơng thường (G.652, G.655, )  Có thể nâng cấp dung lượng có nhu cầu theo phương án tăng số kênh (đến 16-32 kênh) tăng tốc độ kênh (10 đến 40Gbit/s)  Kết hợp với công nghệ FEC, sản phẩm khuếch đại Raman thương mại hãng có khả đạt cự ly ∼ 400km 5.3.2 Khả ứng dụng khuếch đại Raman tuyến đường trục DWDM đất liền a Yêu cầu với tuyến cáp đất liền: Việc thiết kế tuyến đường trục Bắc-Nam DWDM đất liền cần tính đến số yếu tố sau: + Tận dụng nhà trạm sẵn có, tăng khoảng lặp quang để giảm chi phí trạm lặp + Cần nhiều sợi cáp, bao gồm sợi G.652 G.655 + Số bước sóng lớn 109 + Lưu lượng xen rẽ trung gian ít, chủ yếu kết cuối điểm lớn Hà nội, Đà nẵng, HCM có nhu cầu sử dụng OADM OXC quang + Khả mở rộng nâng cấp có nhu cầu Tốc độ kênh/ bước sóng tăng từ từ theo nhu cầu sử dụng 2,5Gbit/s, 10Gbit/s, 40Gbit/s, không cần lớn + Tăng cự ly khoảng lặp điện 3R (REG) để giảm chi phí biến đổi OE dễ dàng nâng cấp tốc độ Ngoài hệ thống WDM 20Gbit/s nay, tương lai mạng đường trục đất liền VNPT nâng cấp, triển khai thêm hệ thống Sau đưa mơ hình, kịch áp dụng khuếch đại Raman hệ thống WDM đất liền b Mơ hình áp dụng khuếch đại quang tuyến đường trục đất liền Giả sử hệ thống WDM sử dụng EDFA khuếch đại Raman không bị ảnh hưởng yếu tố khác tán sắc, phi tuyến cự ly tuyến dung lượng phụ thuộc vào tham số mơ hình khuếch đại quang Theo G.692 hệ thống WDM sử dụng LA sử dụng EDFA thương mại có đặc điểm: • Khoảng cách trạm lặp quang LA: 22-33 dB ( 80km- 120km) • Số trạm lặp quang LA tối đa: 8, • Cự ly tối đa trạm lặp điện REG: 640km, 600km • Với hệ thống có khoảng cách trạm lặp quang nhỏ 50-70km, cho cự ly trạm lặp điện REG cao Mơ hình khuyếch đại LA EDFA điển hình thương mại: • G=22-33 dB, ∆G= 1dB, NF= 5dB , phổ khuyếch đại 30nm tương ứng với 40 bước sóng có khoảng cách 100GHz, số khuyếch đại quang tuyến 5-8 Theo phân tích trên, khuếch đại Raman thường sử dụng 110 kết hợp với EDFA cấu hình khuếch đại kết hợp EDFA/Raman theo mơ hình 5.11 với ưu điểm nhiễu thấp, băng tần khuếch đại rộng 100nm, với cự ly khoảng lặp quang 80 đến 120km (xem hình 5.4 hình 5.7) đạt cự ly suốt 2000km PA(EDFA) BA(EDFA) Hình 5.10: Mơ hình cấu trúc khuyếch đại quang tầng PA (EDFA) BA (EDFA) sử dụng cho tuyến WDM có sử dụng LA • Mơ hình kết hợp Raman LRA EDFA: G=22-33dB, NF=2 đến dB, khoảng cách lặp quang tối ưu 80, 100, 120km, phổ ∼100nm, cự ly trạm lặp điện ~ 2000km PA(LRA) BA(EDFA) Hình 5.11 Mơ hình cấu trúc khuyếch đại quang tầng PA (Raman) BA (EDFA) sử dụng WDM 111 Theo phân tích mơ hình khả áp dụng khuyếch đại quang hệ thống WDM, bảng 5.5 tóm tắt khả lựa chọn áp dụng khuếch đại hệ thống WDM đất liền Bảng 5.5: Tổng hợp mơ hình áp dụng khuyếch đại quang hệ thống đất liền STT Cự ly Hệ thống sử dụng Hệ thống sử dụng kết EDFA hợp EDFA/Raman 40km 600km { nLA + REG} + n (LRA + EDFA) n:= 5÷8; phổ rộng, khả chi phí REG cao số nâng tốc độ, thêm kênh bước sóng nhiều, khả cấp dễ dàng, cho phép nâng cấp tốc độ hạn chế xen rẽ kênh quang OADM, OXC Sau đưa ví dụ minh hoạ khả áp dụng khuếch đại Raman dựa cấu hình tuyến đường trục DWDM đất liền VNPT 112 c Khả áp dụng Raman hệ thống đường trục WDM dựa theo cấu hình 20Gbit/s Trong cấu hình tuyến cáp quang (xem hình 5.1), giả sử trạm xen rẽ không thay đổi vị trí Các RING nâng cấp bao gồm: - Hà nội đến Vinh: ~ 350km - Vinh đến Đà nẵng: ~ 450 km - Đà Nẵng đến Qui nhơn: ~ 350km - Qui Nhơn đến HCM : ~ 700km - HCM đến cần thơ: ~300km Nhận xét: - Hầu hết tuyến WDM có cự ly 500km việc sử dụng hệ thống WDM theo G.692 phù hợp, hiệu chi phí - Xét trường hợp tuyến từ Qui nhơn đến HCM có cự ly: 114 + 125 + 106 + 58 + 94 + 117 + 85 = 699 km bao gồm trạm xem rẽ quang OADM • Nếu sử dụng cơng nghệ EDFA theo G.692 cần trạm lặp điện 3R đặt Phan Rang Buôn mê thuột hệ thống 20G • Nếu tương lai nhu cầu đủ lớn, dung lượng hệ thống tiếp tục mở rộng theo phương án tăng tốc độ bit kênh lên 10Gbit/s áp dụng khuếch đại Raman cho phép tăng cự ly truyền dẫn suốt, cho phép bỏ lặp điện điểm trung gian Phan Rang Buôn Mê Thuột 113 d Khả áp dụng Raman mạng quang đường trục mục tiêu VNPT sau 2010 Theo kết Đề tài ”Giải pháp công nghệ phát triển mạng viễn thông NGN Việt Nam 2006-2010”, Mã số: 031-2005-TCT-RDS-VT-09 [23], mạng quang đường trục VNPT sau 2010 có mục tiêu sau: • Xây dựng mạng chuyển mạch quang cho mạng trục với tốc độ kênh 10Gbit/s mạng vùng trung tâm: Hà nội, Đà nẵng TP Hồ Chí Minh Đà nẵng Cáp Quang biển Qui Nhơn Cáp Quang QL 1A Cáp Quang QL 1A Hà nội Cáp Quang biển Cáp Quang biển Cáp Quang Đg HCM Cáp Quang Đg HCM TP.HCM Cáp Quang Đg HCM Vinh Mạng vùng Buôn Mê Thuật Mạng vùng Mạng vùng Hình 5.12: Mạng chuyển mạch quang mạng trục mục tiêu VNPT • Đối với mạng trục: thiết lập chuyển mạch quang với mục tiêu theo topo mesh nhằm phục vụ cho truyền tải lưu lượng IP/MPLS 114 mạng trục (Hình 5.12), đồng thời sử dụng phương án đảm bảo việc bảo vệ phục hồi dựa tuyến cáp quang quốc lộ 1A, tuyến cáp quang đường Hồ Chí Minh, tuyến cáp quang quang biển Với giải pháp sử dụng OXC chuyển luồng quang có tái tạo lặp điện 3R, tuyến DWDM đất liền cần xây dựng gồm có: - Hà nội –Vinh tuyến cáp quang HCM cự ly ~ 350km - Vinh - Đà Nẵng tuyến cáp quang QL1A G.652 ~ 500km - Vinh – Buôn Mê Thuột tuyến cáp quang HCM dài ~1200km - Qui Nhơn đến – Buôn Mê Thuột tuyến QL 1A dài ~ 200km - Buôn mê Thuột – TP HCM tuyến cáp quang HCM dài ~ 300km Nhận xét: - Tương tự khả 1: Nói chung tuyến nhỏ 600km mà khơng có xen rẽ quang OADM sử dụng khuếch đại EDFA theo G.692 - Tuy nhiên với tuyến Vinh- Bn Mê Thuột dài 1200km việc sử dụng khuếch đại kết hợp EDFA/Raman cho phép tăng cự ly truyền dẫn suốt đến hàng nghìn km cho phép mở rộng số kênh >32 bước sóng, nâng cao khả nâng cấp mở rộng hệ thống 5.4 Kết luận Có thể nói việc khảo sát trạng mạng truyền dẫn thông tin quang VNPT dự đoán nhu cầu lưu lượng tương lai tiền đề để tính tốn, thiết kế, đưa khuyếch đại Raman vào ứng mạng Tuy nhiên, trình thiết kế hệ thống sử dụng khuếch đại Raman cần tính tốn đến hiệu ứng phi tuyến xảy đường truyền lưu ý đến tính an tồn laser, u cầu làm nối nhằm tránh hư hại nối có công suất bơm lớn đường truyền dẫn 115 KẾT LUẬN Với đặc điểm sử dụng sợi truyền dẫn thông thường làm môi trường khuếch đại, khuếch đại Raman thể loại khuếch đại có nguyên lý đơn giản lại cho ưu điểm bật khả cải thiện OSNR, độ rộng phổ khuếch đại lớn, phẳng khuếch đại phẳng Tuy có nhiều ưu điểm độ khuếch đại khuếch đại Raman lại không cao (trung bình khoảng 10dB) nên khuếch đại Raman thường sử dụng kết hợp với EDFA cấu hình khuếch đại kết hợp EDFA/Raman nhằm tận dụng lợi hai loại khuếch đại Tiềm khuếch đại Raman việc cải thiện cự ly truyền dẫn nâng cao dung lượng, giảm chi phí hệ thống lý khiến cho khuếch đại trở thành chủ đề nhận ý rộng rãi nhà cung cấp hạ tầng mạng quang Và giới, khuếch đại Raman ứng dụng hệ thống thơng tin quang địi hỏi cự ly truyền dẫn cực lớn, đặc biệt hệ thống cáp quang đất liền với cự ly 2000km tuyến cáp quang biển không trạm lặp Ở nước ta, công nghệ khuếch đại EDFA sử dụng hệ thống cáp quang DWDM đường trục đất liền với dung lượng 20Gbit/s Trong thời gian tới, mạng truyền dẫn quang tiếp tục mở rộng nâng cấp, cụ thể hệ thống cáp quang biển Bắc-Nam DWDM 20Gb/s xây dựng dự kiến hoàn thành vào cuối 2008, tiếp hệ thống đường trục đất liền tiếp tục mở rộng Khi đó, liệu EDFA có đáp ứng yêu cầu dung lượng cự ly hệ thống? Và hệ thống địi hỏi u cầu nằm ngồi khả EDFA khuếch đại Raman ứng dụng để tối ưu phương diện kỹ thuật kinh tế Với chương nội dung, Luận văn đưa khả ứng dụng khuếch đại Raman hệ thống thông tin quang VNPT sau: - Khả ứng dụng hệ thống cáp biển Bắc-Nam cấu hình feston: Đây hệ thống có cự ly trạm cặp bờ tương đối lớn, hầu hết 116 160km, có tuyến Thanh Hố-Vinh dài 152km Đối với tuyến 160km, sử dụng khuếch đại Raman kết hợp EDFA đảm bảo cự ly truyền dẫn, thiết kế đơn giản dễ dàng nâng cấp hệ thống sau không cần sợi đặc biệt EDFA tuyến trường hợp sử dụng EDFA với cấu hình bơm từ xa - Khả ứng dụng hệ thống đường trục Bắc Nam đất liền: với hệ thống này, Luận văn chia làm hai khả ứng dụng ứng với khả nâng cấp hệ thống + Khả thứ nhất: Hệ thống nâng cấp dung lượng theo phương án tăng tốc độ kênh theo cấu hình Sử dụng khuếch đại Raman cho phép tăng cự ly truyền dẫn suốt giúp loại bỏ trạm lặp điện Phan Rang Buôn Mê Thuột + Khả thứ hai: xét ứng dụng khuếch đại Raman mạng đường trục mục tiêu VNPT sau 2010 Khi đó, có thêm số tuyến cáp quang DWDM xây dựng thêm Với tuyến Vinh – Buôn mê thuột tuyến cáp quang HCM dài ~1200km, sử dụng kết hợp EDFA khuếch đại Raman cho phép đạt cự ly mà không cần trạm lặp điện, cho phép mở rộng số kênh >32 bước sóng, nâng cao khả nâng cấp mở rộng hệ thống sau Luận văn hoàn thành mục tiêu, nội dung kết theo đề cương duyệt 117 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng (2000), Nghiên cứu ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến tới chất lượng truyền dẫn thơng tin quang Tập đồn Bưu Viễn thơng Việt Nam (1999), Nghiên cứu loại sợi dẫn quang khả sử dụng vào hệ thống truyền dẫn quang mạng viễn thông Việt Nam Tập đồn Bưu Viễn thơng Việt Nam (1999), Nghiên cứu loại sợi dẫn quang khả sử dụng vào hệ thống truyền dẫn quang mạng viễn thông Việt Nam TS Vũ Văn San (2003), Kỹ thuật Thông tin quang, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Tiếng Anh ITU-T recommendation G.665, Generic characteristics of Raman amplifiers and Raman amplified subsystems ITU-T recommendation G692 (10/1998), Optical interfaces for multichanel systems wwith optical amplifiers ITU-T recommendation G.973 (12/2003), Characteristics of repeaterless optical fibre submarine cable systems Yihong Chen, Christopher Visone, Richard Pavlik, Daniel Al-Salameh, Jack Tomlimson, Stan Lumish, “Role of the Dynamic Gain Equaliser as a Network Equaliser”, JDS Uniphase Corporation Yuhong Kang (2002), Calculations and Measuments of Raman Gain Coefficients of Different Fiber Types 10 Clifford Headley, Raman amplification in fiber optical communication system, Elsevier Academic Press ... khuếch đại Raman 92 5.2.2 Phân tích đánh giá hiệu ứng dụng khuếch đại Raman 98 5.2.3 Đề xuất ứng dụng khuếch đại Raman 100 5.3 Khả ứng dụng khuếch đại Raman mạng truyền dẫn thông tin quang. .. Luận văn ? ?Công nghệ khuyếch đại Raman khả ứng dụng mạng truyền dẫn thông tin quang? ?? em nghiên cứu, tìm hiểu trình bày hướng dẫn khoa học Tiến sỹ Nguyễn Vũ Sơn Mọi tham khảo, trích dẫn nội dung... KHUẾCH ĐẠI RAMAN Bộ khuếch đại Raman sử dụng đường truyền dẫn làm môi trường khuếch đại công nghệ đầy hứa hẹn cho hệ thống thông tin quang DWDM cự ly lớn FRA khuếch đại tín hiệu quang sợi dẫn quang