THƠNG TIN QUANG TS Pham Cơng Hùng Mơc lơc Mơc lục hình vẽ Mục lục bảng Danh mục từ viết tắt Mở đầu Chơng I: tổng quan hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bớc sãng (WDM) I CÊu tróc tỉng qu¸t cđa hƯ thèng th«ng tin quang II Công nghệ ghép kênh theo bớc sóng WDM III CÊu trúc thành phần hệ thống thông tin quang WDM IV Khả ứng dụng công nghệ WDM mạng truyền tải Chơng II: Kỹ thuật sợi quang 11 I C¬ së quang häc 12 II Sù truyền dẫn ánh sáng sợi quang 13 III Các dạng phân bè chiÕt st sỵi quang 13 III.1 Sỵi quang cã chiÕt st nh¶y bËc 13 III.2 Sợi quang có chiết suất giảm dần 14 III.3 Các dạng chiÕt suÊt kh¸c 14 IV Các thông số sợi quang 15 IV.1 Suy hao 15 IV.2 T¸n s¾c 20 V Các loại cáp quang thị trờng đợc khuyến nghị sử dụng hệ thèng WDM 24 V.1 Sỵi SSMF (single-mode optical fibre cable) hay sỵi G.652 24 V.2 Sỵi DSF (dispersion-shifted single-mode optical fibre cable) hay sỵi G.653 25 V.3 Sỵi CSF (cut-off shifted single-mode optical fibre cable) hay sỵi G.654 27 V.4 Sỵi NZ-DSF (non-zero dispersion shifted single-mode optical fibre cable) hay sỵi G.655 27 VI Các hiệu ứng sợi quang 30 VI.1 C¸c hiƯu øng ảnh hởng tới lợng xung quang 30 VI.2 Các hiệu ứng ảnh hởng tới hình dạng xung quang 35 Chơng III: Một số thiết bị hệ thống thông tin quang WDM 39 I ChuÈn nguån quang WDM 39 I.1 Các yêu cầu ngn quang hƯ thèng th«ng tin quang 39 I.2 §iot ph¸t quang LD (Laser Diode) 41 I.3 Đặc tính kỹ thuật 42 I.4 Điều chế LD tần số cao 45 II Thiết bị khuếch đại quang sợi 46 II.1 Chức khuếch đại quang OA 46 II.2 Nguyên lý hoạt động 46 II.3 Khuếch đại quang sợi EDFA hệ thống WDM 48 II.4 Khuếch đại quang sỵi thÕ hƯ míi cho hƯ thèng WDM 51 II.5 Một số sản phẩm khuếch đại quang sợi thơng mại Nortel 55 III ThiÕt bÞ OADM 66 III.1 C¸c chøc OADM 66 III.2 Các phần tử quang tiên tiến thiÕt bÞ OADM 66 III.3 OPM - module gi¸m s¸t hƯ thèng OADM 70 III.4 Module điều chỉnh cân tán sắc DEM 71 III.5 Một số sản phẩm OADM thơng mại 72 IV ThiÕt bÞ kÕt nèi chÐo OXC 74 IV.1 Sự đời công nghệ chuyển mạch quang hoàn toàn 74 IV.2 ThiÕt bÞ kÕt nèi chÐo quang OXC 77 Ch−¬ng IV: øng dơng wdm mạng đờng trục việt nam 79 I Các thành phần hoạt động mạng quang WDM 79 I.1 Lớp mạng truyền tải 79 I.2 Các phần tử lớp quang 79 I.3 Chức OAM&P lớp quang 81 I.4 Giải pháp kỹ thuật cho líp quang 84 I.5 X©y dùng mét kÕt nèi quang 85 II Mạng cáp quang đờng trục 20Gbps 93 III Tổ chức định h−íng cho cÊu tróc m¹ng NGN cđa ViƯt Nam 106 III.1 Mục tiêu xây dựng mạng truyền tải đờng trục, mạng truy nhập cho NGN Việt Nam 106 III.2 Các yêu cầu lớp truyền tải đờng trục 108 III.3 Đánh giá khả hệ thống truyền dÉn quang ®ang sư dơng theo h−íng NGN 109 IV Kết nối mạng truyền tải quang NGN 113 IV.1 Giải pháp kỹ thuật kết nối 114 IV.2 Giao diÖn kÕt nèi 114 V ¸p dơng tÝnh to¸n thiÕt kÕ tuyến thông tin quang WDM mạng truyền tải quang 116 V.1 Yêu cầu phát triÓn 116 V.2 ThiÕt kÕ liªn kÕt hƯ thèng WDM 117 KÕt luËn 125 Tài liệu tham khảo 126 Mục lục hình vẽ Hình 1.1 Các thành phần tuyến thông tin cáp sợi quang Hình 1.2 Nguyên lý hệ thống thông tin quang WDM Hình 1.3 Khái quát u điểm công nghƯ WDM H×nh 1.4 Biểu diễn cấu trúc tuyến WDM đơn giản Hình 1.5 Vị trí hệ thống WDM mạng truyền tải H×nh 1.6 HƯ thèng WDM kiĨu tÝch hỵp H×nh 1.7 HƯ thèng WDM kiĨu më Hình 2.1 Sự phản xạ khúc xạ ¸nh s¸ng 12 Hình 2.2 Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng sợi quang 13 Hình 2.3 Sự truyền ánh sáng sợi quang có chiết suất nhảy bậc (SI) 13 Hình 2.4 Sự truyền ánh sáng sợi quang có chiết suất giảm dần (GI) 14 Hình 2.5 Đờng cong suy hao sỵi quang 16 Hình 2.6 Độ hấp thụ tạp chất kim lo¹i 17 H×nh 2.7 Sù suy hao hÊp thơ cđa ion OH (víi nång ®é 10-6) 18 Hình 2.8 Suy hao hấp thụ vùng cực tím hồng ngoại 18 Hình 2.9 Suy hao tán xạ Rayleigh 19 H×nh 2.10 Suy hao uốn cong thay đổi theo bán kính 20 Hình 2.11 Dạng xung vào 21 Hình 2.12 Tán sắc (dmod) thay đổi theo chiÕt suÊt 22 H×nh 2.13 Tán sắc chất liệu (dmod), tán sắc dẫn sóng (dwg) tán sắc thể thay đổi theo bớc sóng 23 Hình 2.14 Phân loại sợi quang theo tán sắc 29 Hình 2.15 Hiệu ứng tán xạ SRS 31 H×nh 2.16 HiƯu øng trén b−íc sãng FWM 33 H×nh 2.17 Hiệu ứng điều chế dịch pha SPM 36 H×nh 2.18 VÝ dơ vỊ dạng sóng bị suy hao hiệu ứng SPM 36 H×nh 2.19 VÝ dơ vỊ dạng sóng bị suy hao hiệu ứng XPM 37 Hình 3.1 Quan hệ công suất quang dòng điện kích thích 42 Hình 3.2 Phổ phát xạ laser dạng thực tÕ 44 H×nh 3.3 Phỉ cđa laser DFB 44 Hình 3.4 Cơ chế xạ ba mức (a) bốn møc (b) 46 H×nh 3.5 CÊu tróc khuếch đại quang sợi EDFA 47 H×nh 3.6 øng dơng cđa EDFA 48 H×nh 3.7 CÊu h×nh EDTFA 51 H×nh 3.8 Mô hình truyền dẫn WDM 160 kênh bớc sóng cho hai băng truyền dẫn C L 52 H×nh 3.9 CÊu h×nh module khuÕch ®¹i quang MOR PLUS cđa Nortel 55 Hình 3.10 Khuếch đại MOR PLUS tuyến WDM 56 H×nh 3.11 CÊu h×nh kết cuối sử dụng thiết bị khuếch đại 1600G - band C 57 Hình 3.12 Tiền khuếch đại EDFA (Pre-AMP) cho hai h−íng 59 H×nh 3.13 Bộ khuếch đại công suất (Booster) EDFA 60 Hình 3.14 Bộ khuếch đại EDFA kết hợp tiền khuếch đại khuếch đại công suất 61 Hình 3.15 Quá trình chuyển lợng diễn khuếch đại Raman 63 Hình 3.16 Cấu trúc khuếch đại Raman 64 Hình 3.17 Băng tần băng thông khuếch đại Raman EDFA 65 Hình 3.18 Thiết bị OADM 68 H×nh 3.19 Cấu hình module quang thiết bị mạng quang 69 H×nh 3.20 KiÕn tróc OADM xen rÏ n b−íc sãng sư dơng MOR PLUS 72 H×nh 3.21 KiÕn tróc OADM xen rÏ b−íc sãng sư dơng MOR PLUS 73 Hình 3.22 Nguyên lý làm việc chuyển mạch theo công nghệ Ink-jet 76 Hình 3.23 OXC víi ma trËn chun m¹ch 77 Hình 3.24 OXC với chuyển mạch kiĨu “one wavelength-per-card” 78 H×nh 4.1 Líp SONET lớp quang mạng truyền tải 81 Hình 4.2 Chức OAM&P lớp quang 83 Hình 4.3 Sơ đồ thiết kế kết nối 86 Hình 4.4 Cấu hình mạng đờng trục 20Gbps VTN 94 Hình 4.5 Các bớc sóng sử dụng mạng đờng trục 20 Gbps 95 cña VTN 95 H×nh 4.6 HƯ thèng DWDM cđa VTN 96 H×nh 4.7 Đờng tín hiệu mạng DWDM 99 Hình 4.8 Chế độ bảo vƯ chun m¹ch SNCP m¹ng DWDM 101 Hình 4.9 Trạm đầu cuối Hà Nội 103 H×nh 4.10 Trạm đầu cuối Đà Nẵng 105 H×nh 4.11 Líp chun t¶i cÊu tróc NGN 108 Hình 4.12 Cấu hình tuyến cáp quang HNI - §NG - Tp HCM 118 Hình 4.13 Sơ đồ bù tán sắc suy hao cđa hƯ thèng 119 Mục lục bảng Bảng 2.1 Bảng tổng kết loại sợi quang 38 B¶ng 3.1 Tham sè kü thuËt EDFA - Pre-Amplifier 59 B¶ng 3.2 Chỉ tiêu khuếch đại 60 B¶ng 3.3 Tham số kỹ thuật khuếch đại Raman 64 Bảng 3.4 Một số đặc tuyến quan trọng khuếch đại Raman EDFA 65 Bảng 4.1 Xây dựng kết nối 85 B¶ng 4.2 Bảng tính suy hao vợt 87 B¶ng 4.3 Suy hao bớc tối đa cho phép giảm 87 B¶ng 4.4 Quy tắc phân chia 88 Bảng 4.5 Suy hao khoảng cách tối đa cho phép luật bù tán sắc cho 2-32 bớc sóng ứng dụng cáp NDSF, tốc độ kênh 10Gbps 2,5Gbps 92 Bảng 4.6 Các luật cho 32 bớc sóng ứng dụng cáp NDSF, 10Gbps kênh 2,5/10Gbps, 2-32 bớc sóng 92 B¶ng 4.7 Dự báo lu lợng 116 Bảng 4.8 Các ®Ỉc ®iĨm kü tht cđa hƯ thèng WDM 117 B¶ng 4.9 B¶ng suy hao, EDFAs, DC đoạn cho 2,5Gbps bớc sóng 121 Bảng 4.10 Bảng suy hao, EDFAs, DC ®o¹n cho 10Gbps mét b−íc sãng 124 Danh mơc từ viết tắt ADM AN ASE ATM AWG BA Add/Drop Multiplexer Access Network Amplifier Spontaneous Emission Asynchronous Transfer Mode Array Wave Grating Booster Amplifier B-ISDN Broadband-Intergrated Digital Network Cross Phase Modulation Dispersion Compensator Dispersion Compensator Fiber Dispersion Compensator Grating CPM DC DCF DCG Bộ ghép kênh xen/rẽ Mạng truy nhập Bức xạ tự phát đợc khuếch đại Kiểu truyền dẫn không đồng Cách tử AWG Bộ khuếch đại công suất đầu phát Service Mạng số đa dịch vụ băng rộng Điều chế chéo pha Bộ bù tán sắc Sợi bù tán sắc Cách tử bù tán sắc DCM DEM DEMUX DFB DSF DXC EDFA EDSFA EDTFA FBG FEC FR FWM IP ITU LA LASER LD LH AMP LH RPT LOA LTE MAN MEM MI MOR MPLS MS SPRING MSA Dispersion Compensator Module Module bù tán sắc Dispersion Equalization Module Module điều chỉnh tán sắc DEMultiplexing Bộ tách kênh Distributed Feedback Phản hồi phân bố Dispersion Shifted Fiber Sợi tán sắc dịch chuyển Digital Cross Connect Bộ đấu chéo số Erbium-Doped Fiber Amplifier Khuếch đại quang Erbium Erbium-Doped Silicon-based Fiber Khuếch đại quang Erbium dựa Amplifier bán dẫn Silic Erbium-Doped Tellurite Fiber Khuếch đại quang Erbium Amplifier nỊn b¸n dÉn Tellurium Fiber Bragg Grating C¸ch tư sợi Bragg Forward Error Correction Khối sửa lỗi trớc Frame Relay Chun tiÕp khung Four Wave Mixing HiƯu øng trén b−íc sãng Internet Protocol Giao thøc Internet International Telecommunication HiƯp héi viƠn th«ng qc tÕ Union Line Amplifier Bé khuếch đại đờng truyền Light Amplication by Stimulate Emission of Radiation Laser Diode Long Haul Amplifier Bộ khuếch đại Long Haul Long Haul Repeater Bé lỈp Long Haul Line Optical Amplifier Bộ khuếch đại quang đờng truyền Line Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối đờng dây Metropolitan Area Network Mạng nội thị Micro-electromechanical Vi điện Modulation Instability Tính không ổn định điều chế Multi-wavelength Optical Repeater Trạm lặp đa kênh quang Multi Protocol Label Switching Chuyển mạch nhÃn ®a giao thøc Multi Section-Share Protection Ring Ring b¶o vƯ luồng đoạn ghép kênh Mid-stage Access Khối trung gian EOL MSP MUX NDSF End-Of-Line Multiplex Section Protection Multiplexing Non-Dispersion Shifted Fiber NF NGN NLE NRZ NZ-DSF Noise Figure Next Generation Network Non-Linear Effect Non Return to Zero OA OADM OAM OC ODEMUX ODU OL OM OMU OMUX OPM OSC OTN OTPM OTU OXC PA PDH PDL PLC PMD PSTN PTE QOTU Optical Amplifier Optical Add/Drop Multiplexer Optical Amplifier Module Optical Channel Optical DEMultiplexing Optical Demultiplexing Unit Optical Line Optical Multiplex Optical Multiplexing Unit Optical Multiplexing Optical Performance Monitor Optical Supervisor/Service Channel Optical Transport Network Optical Translator Port Module Optical Translator Unit Optical Cross Connect Pre-Amplifier Plesiochronous Digital Hierarchy Polarization Dependence Loss Planar Lightwave Circuit Polarization Mode Dispersion Publish Service Transport Network Path Terminal Equipment Quad Optical Translator Unit Non-Zero Dispersion Shifted Fiber Chỉ số chất lợng Bảo vệ đoạn ghép kênh Bộ ghép kênh Sợi tán sắc dịch chuyển không Hệ số tạp âm Mạng hệ sau Hiệu ứng không tuyến tính Sợi tán sắc dịch chuyển khác không Bộ khuếch đại quang Bộ ghép kênh xen/rẽ quang Module khuếch đại quang Kênh quang Bộ tách kênh quang Đơn vị tách kênh quang Đờng truyền quang Bộ ghép kênh quang Đơn vị ghép kênh quang Bộ ghép kênh quang Thiết bị giám sát mạng quang Kênh giám sát quang Mạng truyền tải quang Module cổng chuyển đổi quang Đơn vị chuyển đổi quang Bộ nối chéo quang Bộ tiền khuếch đại Phân cấp cận đồng số Suy hao phụ thuộc phân cực Vi mạch quang Tán sắc mode phân cực Mạng dịch vụ công cộng Thiết bị đầu cuối đờng truyền Đơn vị chuyển đổi quang mật REG S/N SBS SDH SMF SNCP SOA SONET SPM SRS SSMF STE STM TMN VC WDM WT XPM ®é cao Regenerator Trạm lặp (3R) Signal/Noise Tỷ số Tín hiệu/Tạp âm Stimulated Brillouin Scattering Tán xạ Brillouin Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp đồng số Single-Mode Fiber Sợi quang đơn mode Sub-Network Connection Protection Bảo vệ mạch vòng thứ cấp Semiconductor Optical Amplifier Bộ khuếch đại quang bán dẫn Synchronous Optical NETwork Mạng quang đồng Self Phase Modulation Điều chế tự dịch pha Stimulated Raman Scattering Tán xạ Raman Standard Single Mode Fiber Sợi cáp quang đơn mode chuẩn Section Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối đoạn Synchronous Transport Module Module truyền tải đồng Telecommunication Management Mạng quản lý viễn thông Network Virtual Channel Kênh ảo Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bớc sóng Wavelength Transponder Chuyển đổi bớc sóng Cross Phase Modulation Điều chế pha chéo Mở đầu Trải qua gần 1/4 kỷ kể từ hệ thống truyền dẫn quang đợc đa vào khai thác mạng viễn thông, đà nhận thấy đợc phơng thức truyền dẫn đà mang lại khả to lớn việc truyền tải dịch vụ viễn thông ngày phong phú với nhu cầu lu lợng ngày lớn hơn, nh dịch vụ Internet, ISDN, B-ISDN, VLAN, CATV Các hệ thống thông tin quang với u điểm băng thông, cự ly, chất lợng thông tin không bị ảnh hởng nhiễu sóng điện từ, khả bảo mật thông tin đà ngày có sức hấp dẫn mạnh mẽ nhà khai thác cung cấp dịch vụ viễn thông Trong năm gần đây, gần nh tất tuyến truyền dẫn xuyên lục địa, xuyên biển, tuyến đờng trục (backbone network) đà đợc cáp quang hoá Với tiến vợt bậc công nghệ điện tử điều khiển, công nghệ vật liệu quang đà làm tăng lên nhiều lực hệ thống thông tin quang, dung ... đại quang Bộ ghép kênh xen/rẽ quang Module khuếch đại quang Kênh quang Bộ tách kênh quang Đơn vị tách kênh quang Đờng truyền quang Bộ ghép kênh quang Đơn vị ghép kênh quang Bộ ghép kênh quang. .. ISDN, B-ISDN, VLAN, CATV C¸c hƯ thèng thông tin quang với u điểm băng thông, cự ly, chất lợng thông tin không bị ảnh hởng nhiễu sóng điện từ, khả bảo mật thông tin đà ngày có sức hấp dẫn mạnh mẽ... khảo 126 Môc lục hình vẽ Hình 1.1 Các thành phần tuyến thông tin cáp sợi quang Hình 1.2 Nguyên lý hệ thống thông tin quang WDM Hình 1.3 Khái quát u điểm công nghệ WDM H×nh