Nghiên ứu hệ thống áp quang biển wdm và ứng dụng xây dựng yêu ầu kỹ thuật ho tuyến áp biển việt nam hồng kông

113 Trang 5 CÁC CHỮ VIẾT TẮT ADM Add/Drop Multiplexing Ghộp kờnh xen rẽ ASE Amplified Spontaneous Emission Bức xạ ự t phỏt được khuếch i đạASK Amplitude Shift Keying Khoỏ dịch biờn độ A

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG WDM

Nguyên lý ghép kênh theo bước sóng quang WDM

Trong các hệ thống thông tin quang thông thường, luồng tín hiệu quang được truyền theo một hướng trên m t s i quang, và chi u ngược l i trên s i quang th ộ ợ ề ạ ợ ứ hai Hệ thống như vậy g i là h th ng đơn kênh quang ọ ệ ố Để nâng cao dung lượng truyền dẫn, ngày nay người ta sử ụ d ng k thuật ghép kênh quang Hệ thốỹ ng s d ng ử ụ kỹ thuật này cùng một lúc truyền nhiều tín hiệu quang trên một sợi quang, nên gọi là hệ thống thông tin quang nhiều kênh Kỹ thuật ghép kênh quang tận dụng được phổ hẹp c a laser, phát huy kh năủ ả ng s dụử ng b ng t n r t l n củă ầ ấ ớ a s i quang đơn ợ mốt

Phương thức ghép kênh quang phổ biến ngày nay là ghép kênh theo bước sóng WDM (Wavelength Division Multiplexing) ITU-T đã phân loại thành hai loại:

- Hệ thống ghép kênh thô CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing), có bước kênh rộng hơn (> 1000 GHz), sử dụng các linh ki n quang ệ giá rẻ như laser có độ sai lệch bước sóng lớn, bộ lọc b ng r ng… và có th ng ă ộ ể ứ dụng phù hợp trong các hệ thống có nhu cầu dung lượng không quá cao trong m ng ạ truyền tải cũng như mạng metro;

- Hệ thống ghép kênh mật độ cao DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), có bước kênh hẹp hơn (< 1000 GHz), chỉ tiêu linh kiện quang đòi hỏi cao hơn và thường được ứng dụng trong các hệ ố th ng truy n d n có dung lượng r t ề ẫ ấ cao như các tuyến đường tr c, cáp biểụ n qu c tế ố

Trong các tuyến thông tin quang đ ểi m nố đ ểi i m thông thường, mỗi sợi quang sẽ có một nguồn phát quang ở phía phát và một b tách sóng quang phía thu ộ ở Nguồn phát quang sẽ mang tín hiệu và ghép vào sợi quang xác định riêng biệt, bộ tách sóng quang tương ứng s nhận tín hiệu từ sợẽ i này Nh vậư y, mu n t ng dung ố ă lượng của hệ thống thì phải sử dụng thêm sợi quang Kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng WDM sẽ cho phép tăng dung lượng kênh mà không cần tăng t c độ bit đường ố

11 truyền và cũng không dùng thêm s i quang; nó thực hiện truyền các luồng ánh sáng ợ với các bước sóng khác nhau trên cùng một sợi quang Lý do là ở chỗ, các nguồn phát quang có độ rộng ph khá h p, các h th ng thông tin thông thường chỉ sử ổ ẹ ệ ố dụng phần rất nhỏ băng tần truyền dẫn của sợi quang sẵn có

Hình I.1 mô tả các cửa sổ truyền dẫn suy hao thấp của sợi quang nằ ởm các vựng 0,85 àm, 1,3 àm và 1,55 àm Về lý thuyết, cú thể truyền m t dung lượng ộ khổng lồ trên một sợi quang từ nhiều nguồn phát quang làm việ ởc các bước sóng cách nhau một khoảng h p lý Tại đầu thu có thể thực hiện thu các tín hiệu quang ợ riêng biệt nhờ quá trình l c các bước sóng khác nhau này Do có mức suy hao thấp, ọ vựng bước súng 1,55 àm được sử ụ d ng rộng rói trong ghộp kờnh WDM

Hình I-1 Các vùng bước sóng có suy hao sợi nhỏ cho phép truy n nhi u bước sóng ề ề

Nguyên lý cơ bản c a ghép kênh bước sóng quang có thể minh hoạ ởủ Hình I.2 Giả sử ệ ố h th ng thi t b phía phát có các ngu n phát quang làm việ ởế ị ồ c các bước sóng khác nhau λ1, λ2, λ3, …, λj, …, λn Các tín hiệu qu ng được phát ra ở các bước ạ sóng khác nhau này sẽ được ghép vào cùng m t sợi quang nhờ ộộ b ghép kênh quang (MUX) Các bộ tách sóng quang khác nhau ở đầu thu sẽ nh n lậ ại các luồng tín hiệu với các bước sóng riêng rẽ này sau khi qua bộ giải kênh ghép bước sóng (DEMUX)

Hình I-2 Mô tả quá trình ghép và giải ghép WDM

Hình I.3 mô tả hệ th ng truy n d n ghép bước sóng quang WDM theo hai ố ề ẫ chiều Với phương án này, cần ph i sử dụả ng hai s i quang ợ để th c hi n h th ng ự ệ ệ ố thông tin hai chiều Đ ôi s i quang ợ λ ’ n λ ’ 1

Hình I-3 Hệ thống ghép kênh theo bước sóng đ ể i m - đ ể i m

I.1.2 Các thông s ố c b ơ ả n c ủ a thành ph ầ n thi ế ị t b WDM

Các thông số cơ bản để mô t ả đặc tính c a các b ghép - gi i ghép ủ ộ ả (MUX/DEMUX) hỗn hợp là: suy hao xen, xuyên kênh và độ rộng kênh Các ký hi u ệ I(λ i ) và O(λ k ) tương ứng là các tín hi u ã ệ đ được ghép ang cso m t đ ặ ở đường chung Ký hiệu I k (λ k ) là tín hiệu đầu vào được ghép vào c a th Ký hiệu ử ứk O i (λ i ) là tín hiệu có bước sóng λ i đã được giải ghép và đi ra ở cửa thứi

Suy hao được xác định là lượng công suất tổn hao sinh ra trong tuyến truy n ề dẫn quang do tuyến có thêm các thiết bị ghép bước sóng WDM Suy hao này bao gồm suy hao do đ ểm ghép nối với các thiết bi ị WDM vớ ợi quang và suy hao bản i s thân các thiết bị ghép gây nên Vì vậy, trong thực tế người thiết kế tuyến ph i tính ả cho vài dB ở ỗ m i đầu Suy hao xen được diễn giải tương t nh suy hao đối v i các ự ư ớ bộ ghép coupler chung, nhưng cần lưu ý ở WDM là xét cho một bước sóng đặc trưng:

= đối với thiết bịDEMUX (1-2) với L i là suy hao tại bước sóng λ i khi thiết bị được ghép xen vào tuyến truyền dẫn Các tham số này luôn phải được các nhà chế tạo cho bi t ế đối v i t ng kênh ớ ừ quang của thiết bị

Xuyên kênh mô tả một lượng tín hi u từệ kênh này b rò sang kênh khác Các ị mức xuyên kênh cho phép nằm ở dả ấ ội r t r ng tu thu c vào trường h p áp dụng, ỳ ộ ợ nhưng nhìn chung phải đảm bảo nhỏ hơn -30 dB trong mọi trường h p Trong th c ợ ự tế luôn tồn tại một mức xuyên kênh nào đó, và đ ề đi u ó làm suy giảm chấ ượng t l truyền dẫn của hệ thống Khả năng để tách các kênh khác nhau được di n gi i b ng ễ ả ằ suy hao xuyên kênh và được tính bằng dB:

U i λ là lượng tín hiệu không mong muố ởn bước sóng L k do có rò tín hiệu ở cửa ra th i, mà úng ra ch có tín hi u bước sóng Lứ đ ỉ ệ ở i Khi tạo ra các sản phẩm, các nhà chế ạ t o cũng ph i cho biết suy hao kênh đối vớ ừả i t ng kênh c a thi t b ủ ế ị

Xuyên kênh thường xuất hiện do các nguyên nhân sau: do đặc tính của bộ lọc tạo ra thiết bị ghép không hoàn thiện, do phổ của các ngu n phát ch ng l n sang ồ ồ ấ nhau, do các hiệ ứu ng phi tuy n nh t là i v i trế ấ đố ớ ường hợp công suất các kênh bước sóng lớn

3) Độ rộng kênh Độ rộng kênh là d i sóng dành cho m i kênh mà nó định ra cho từả ỗ ng ngu n ồ phát quang riêng Nếu nguồn phát quang là các diode laser thì các độ rộng kênh yêu cầu vào khoảng vài chục nanomet để đảm bảo không bị nhiễu giữa các kênh do sự bất ổn định của các nguồn phát gây ra Đối với nguồn phát quang là diode LED, yêu cầu độ rộng kênh phải lớn hơn 10 đến 20 lần bởi vì độ rộng ph c a lo i ngu n phát ổ ủ ạ ồ này rộng h n Như ậơ v y, để tránh nhiễu độ rộng kênh phải đảm bảo đủ l n, vì thế nó ớ được xác nh tuỳđị theo lo i ngu n phát ạ ồ

Các thành phần thiết bị WDM

Các thành phần thiết bị của h th ng thông tin quang WDM bao g m nhi u ệ ố ồ ề chủng loại như:

- Nguồn phát quang và bộ thu quang;

- Thiết bị ghép và giải ghép WDM;

- Thiết bị ghép xen rẽ OADM;

- Thiết bị đấu nối chéo quang;

Các thành phần thiết bị này được chế tạo d a trên nh ng thành t u công ự ữ ự nghệ thông tin quang và tuỳ theo đặc đ ểm có sự phù hợp khác nhau đối với các hệi thông tin quang WDM Dưới đây sẽ xem xét một cách cơ bản các thi t b ch yếu ế ị ủ với những đặc đ ểm công nghệ mới i nh t phù h p ng d ng cho các h th ng thông ấ ợ ứ ụ ệ ố tin quang WDM hiện đại

Chức năng chính của sợi quang là dẫn sóng ánh sáng đi xa với mức suy hao nhỏ nhất Sóng ánh sáng được truyề đn i trong s i quang d a trên nguyên lý c bản ợ ự ơ phản xạ ánh sáng toàn phần bên trong, với sợi quang là mộ ợi thuỷ tinh gồm hai t s lớp (core và cladding) có chiết suất khác nhau

Ngày nay sử dụng chính hai lo i s i quang là s i a mode và s i đơn mode ạ ợ ợ đ ợ Sợi đơn mode có core nhỏ hơn và ch cho m t mode ánh sáng i qua Do ó, độ ỉ ộ đ đ trung thực của tín hiệu tốt hơn trong khoảng cách lớn và giảm hẳn tán xạ mode Đ ềi u này làm cho sợi đơn mode có dung lượng b ng thông lớă n h n s i a mode Do ơ ợ đ có khả ă n ng truyền tải thông tin cực lớn và suy hao thấp, sợi quang đơn mode được dùng chủ ế y u trong thông tin đường dài và dung lượng lớn, k cể ả DWDM

Việc thiết kế sợi quang đơn mode ã được phát tri n m y ch c n m g n ây đ ể ấ ụ ă ầ đ Hiện nay, ITU-T đã xây dựng chỉ tiêu cho ba loại sợi quang đơn mode là:

- Sợi không dịch chuyển tán sắc – Non-Dispersion-Shifted Fiber (NDSF), ITU-T G.652: hay còn gọi là sợi đơn mode chuẩn, được thiế ết k để s d ng c a sổ ử ụ ở ử thứ hai g n 1310 nm, v i tán s c m u g n nh b ng không bước sóng này ầ ớ ắ ầ ầ ư ằ ở

- Sợi dịch chuyển tán sắc – Dispersion-Shifted Fiber (DSF), ITU-T G.653: đ ểi m tán s c không ắ được d ch chuy n ị ể đến c a s 1550 nm (b ng C) ây s i ử ổ ă Ở đ ợ quang có suy hao thấp hơn nhiều, và h p v i t n s làm vi c c a b khuêch ợ ớ ầ ố ệ ủ ộ đại EDFA Tuy nhiên do ảnh hưởng của hiệ ứu ng phi tuyến gần đ ểi m dịch chuyển không nên loại sợi này không phù hợp sử ụ d ng cho DWDM

- Sợi dịch chuyển tán sắc khác không – Non-Zero Dispersion-Shifted Fiber (NZ-DSF), ITU-T G.655: loại sợi này có mức tán sắc thấ ởp vùng 1550 nm, nhưng không về không nên có thể khăc phục các hiệu ứng phi tuyến như hiệu ứng bốn bước sóng FWM Do đó, loại sợi quang này được sử ụ d ng cho DWDM

Bảng I.1 dưới đây thống kê các tham số của các s i quang ợ đơn mode theo khuyến nghị ủa ITU-T c

G.652 G.653 G.655 Các tham số Đơn vị Giá trị chuẩn Sai số Giá trị chuẩn Sai số Giá trị chuẩn Sai số Đườ ng kính tr ng mode ườ tại 155 nm àm

(1300 nm) ±10% 7-8,3 ±10% 8-11 ±10% Đường kớnh vỏ ph n x ả ạ àm 125 ±3 125 ±3 125 ±3 Sai số đồng tâm trường mode tại 1550 nm àm ≤ 1 ≤ 1 ≤ 1 trường mode Đủ nhỏ để không gây ảnh hưởng Đủ nhỏ để không gây ảnh hưởng Đủ nhỏ để không gây ảnh hưởng

Tính không tròn đều V ỏ phản xạ

Bước sóng cắt (chưa đượ c bọc thành cáp) nm > 1100, < 1280 Đ ang nghiên c ứ u Đ ang nghiên c ứu Bước sóng cắt đã đượ c bọc thành cáp nm < 1270 < 1270 < 1480

Suy hao do uốn cong 100 vòng với bán kính uốn cong 37,5 mm tại 1550 nm dB < 1 ≤ 0,5 ≤ 0,5

Hệ số suy hao tại vùng bước sóng 1300 nm dB/km < 0,50 < 0,55 -

Hệ số suy hao tại vùng bước sóng 1550 nm dB/km < 0,3 < 0,35 < 0,35

Bước sóng có tán sắc bằng không nm ≥ 1295

Giá trị tán sắc bằng không

Tán sắc vùng phân cực mode ps/km - - < 0.5

Bảng I.1: Các tham số ủ c a m t s ộ ố loạ ợi quang đơ i s n mode (theo khuy n ngh c a ITU-T ế ị ủ

I.2.2 Thi ế t b ị phát và thu WDM

Thiết bị phát và thu WDM được phát triển nhờ sử ụ d ng công ngh mạch tích ệ hợp quang đ ện OEIC (Optic-Eletronic Integrated Circuit) trên nền InP Đây là các i thiết bị phát và thu WDM được tích hợp nguyên khối hoạt động ở vùng bước sóng 1550nm với khoảng cách kênh nhỏ hơn ho c b ng 1nm M t khác, người ta t o ra ặ ằ ặ ạ được các mạch ánh sáng planar ch tạế o b ng công nghệằ silica-on-silicon để phát triển các bộ phát và thu lai ghép tích hợp Các phần tử của m ch tích h p quang ạ ợ đ ệi n OEIC là r t quan tr ng cho vi c th c hi n công ngh h thông WDM ấ ọ ệ ự ệ ệ ệ

Có nhiều phương thức để tạo ra b phát WDM nguyên kh i Phương thức ộ ố thứ nhất là kết hợp đầu ra của một số ngu n laser bán dẫn DFB hoặc DBR, có khả ồ n ng iă đ ều chỉnh độc lập qua các cách tử Bragg, bằng các ống dẫn sóng thụ động Bộ khuêch đại sẽ khuếch đại công suất của tín hi u được ghép để tăng công suất phát ệ

Một phương thức khác là sử ụ d ng các nguồn laser phát mặt có hốc theo chiều đứng VCSEL (Vertical Cavity Surface-Emitting Laser) tạđể o ra b phát WDM có ộ giá thành tháp trong khi việc ghép mảng laser hai chiều làm trải rộng d i bước sóng ả

Một phương thức khác là tổ hợp cách t vào trong h c laser ử ố để th c hi n ự ệ phát tín hiệu tại một số bước sóng Cách tử sử dụng lo i ạ định tuy n cách t dẫn ế ử sóng WGR

Các bộ thu WDM nguyên kh i thố ực hiện ghép mảng photodiode vớ ộ giải i b ghép kênh, sử dụng hai phương th c: b giảứ ộ i ghép kênh dùng cách t lõm planar ử được ghép vớ ội b mảng b tách sóng quang, và bộ giải ghép dùng WGR tổ hợộ p v i ớ mảng photodiode

Bộ khuếch đại quang dùng để bù lại công suất của tín hiệu quang bị suy hao do truyền dẫn qua sợi quang, nhằm để tăng kho ng cách c a tuy n truy n d n Các ả ủ ế ề ẫ đặc tính chủ yếu c a b khu ch đạủ ộ ế i quang là độ khu ch đại, b ng t n, công su t ra ế ă ầ ấ cực đại, dải động, xuyên kênh…

Bộ khuếch đại quang gồm có hai loại chính: bộ khuếch đại laser quang bán dẫn và bộ khuếch đại quang sợi Hiện nay phổ ế bi n s dụử ng lo i dùng s i pha t p ạ ợ ạ Erbium, viết tắt là EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier)

Các vấn đề thiết kế ệ thống WDM h

Alcatel Telecommunication Review 3th Quarter 2000

Hình I-5: Ph ổ quang t i u ra tuyến WDM sử ụ ạ đầ d ng các b ộ EDFA băng C+L

3) Công suất phát của bộ khuếch đại EDFA

Trong khi tăng dung lượng của đường truyền gắn liền với việc tăng băng thông của EDFA, thì đ ềi u c ng rũ ất quan trọng là phải đảm bảo được công suất phát của EDFA để đảm bảo tỷ số SNR c a m i kênh và t ng c ly truy n d n (đ ềủ ỗ ă ự ề ẫ i u này đặc biệt quan tr ng trong các tuy n ọ ế đường trục hoặc cáp bi n) Các h th ng ể ệ ố DWDM ngày nay có mức công suất phát c a EDFA ủ đạt tới 14 dBm (25mW)

I.3 Các vấn đề thiết k h thế ệ ống WDM

I.3.1 V ấ n đề suy hao và qu ỹ công su ấ t quang

Trong bất kỳ hệ ố th ng truy n d n nào thì vấề ẫ n đề quan tr ng là ph i đảm b o ọ ả ả được tỷ số SNR sao cho đầu thu có th thu ể được tín hi u v i m t m c BER cho ệ ớ ộ ứ phép Trước đây, khi chưa có khuếch đại quang, suy hao tín hiệu trên đường truyền (do suy hao sợi quang, suy hao mối hàn, mối nối…) được bù lại thông qua việc sử dụng các trạm lặp đ ện, quá trình này thực hiện tương đối phức tạp Tuy nhiên, khi i khuếch đại quang ra đời, việc đảm bảo quỹ công suất cho hệ thống không còn khó khăn nữa, mà vấ đền quan trọng là thiết kế và bố trí các bộ khuếch đại quang sao cho thích hợp

Bản chất của tán sắc là sự dãn phổ của xung tín hi u khi truy n d n trên s i ệ ề ẫ ợ

19 quang Tán sắc tổng cộng bao gồm: tán s c mode, tán s c v t li u và tán s c ng ắ ắ ậ ệ ắ ố dẫn sóng

Tán sắc mode chỉ tồ ạ ớ ợn t i v i s i quang a mode, các mode s lan truy n v i đ ẽ ề ớ các đường đi khác nhau làm cho cự ly truyền dẫn và do đó thời gian lan truyền khác nhau giữa các mode

Tán sắc vật liệu là một hàm của bước sóng và do sự thay đổi về chỉ số chi t ế suất của vật liệu lõi sợi, nên nó làm cho bước sóng phụ thuộc vào vận tốc nhóm

Tán sắc dẫn sóng là do sợi đơn mode chỉ giữ được 80% năng lượng ở trong lõi, vì vậy còn 20% năng lượng xung lan truyền trong vỏ nhanh hơn lan truyền trong lõi Tán sắc này phụ thuộc vào hằng số lan truyền β và β là hàm của a/λ

Các phương pháp chính có thể sử dụng để gi m b t nh hưởng c a tán s c ả ớ ả ủ ắ bao gồm: phương pháp làm hẹp độ rộng ph ngu n tín hiệu và phương pháp bù tán ổ ồ sắc như :

- Sử dụng sợi quang G.653 (sợi có mức tán sắc 0 tại cửa sổ 1550 nm);

- Bù tán sắc bằng phương pháp đ ều chế tự dịch pha SPM; i

- Bù tán sắc bằng các thành phần bù tán sắc thụ động (bộ kết hợp quay pha bước sóng và sợi tán sắc âm);

- Bù tán sắc bằng các thiết bị dịch tần trước (pre-chirp);

- Bù tán sắc bằng kỹ thuật DST (Dispersion Supported Transmission);

- Bù tán sắc bằng sợi DCF;

- Bù tán sắc bằng các module DCM sử dụng cách tử Bragg

Tuy nhiên, việc sử dụng k thu t WDM c ng có th coi là m t phương pháp ỹ ậ ũ ể ộ giảm ảnh hưởng của tán sắc Đó là do sử dụng k thu t WDM cho phép t ng dung ỹ ậ ă lượng của hệ thống mà không phải tăng tốc độ truyền dẫn của kênh tín hiệu Do đó, nếu không xảy ra các hiệu ứng phi tuyến làm tăng ảnh hưởng của tán sắc, đ ển hình i là hiệ ứu ng XPM, thì giới hạn khoảng cách truyền dẫn do tán sắc gây ra đối v i hớ ệ thống WDM có thể coi giống v i hệ thống ớ đơn kênh TDM có tốc độ bằng t c ố độ của một kênh bước sóng trong hệ thống WDM

Vấn đề tán sắc là một vấn đề ảnh hưởng nghiêm trọng trong hệ thống thông tin quang khoảng cách dài Ảnh hưởng của tán s c càng nghiêm trắ ọng h n khi tín ơ hiệu quang được khuếch đại nhiều lần qua các trạm lặp sử dụng các b khu ch ộ ế đại đưòng truyền (Line Amplifier) Trong h th ng nhi u kênh WDM nh hưởng của ệ ố ề ả tán sắc không đồng u giữa các kênh bước sóng (độ dốđề c tán s c) Kh c ph c tán ắ ắ ụ sắc là vấn đề cơ bản cần ph i giảả i quy t trong thi t k các h th ng thông tin quang ế ế ế ệ ố WDM khoảng cách dài Vấn đề này s đượẽ c bàn kỹ ơ ở h n các phần sau

Có thể nói rằng vấn đề quan trọng nhất trong thiết kế hệ th ng WDM là ố

20 xuyên kênh Đặc tính của hệ thống sẽ bị gi m xu ng khi có xuyên kênh d n ả ố ẫ đến công suất bị chuyển đổ ừ kênh này sang kênh khác Sự chuyển đổi i t đó là do ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến bên trong sợi quang, hiện tượng này được gọi là xuyên kênh phi tuyến vì nó phụ thuộc vào bản chất truyền dẫn phi tuyến của kênh thông tin Tuy nhiên, xuyên kênh xảy ra ngay cả khi kênh là tuy n tính hoàn toàn là ế do tính không hoàn hảo của các phầ ử WDM khác nhau như bộ lọn t c quang, b gi i ộ ả ghép kênh và các bộ chuyển mạch Trong phần này chúng ta sẽ xem xét đến sự tác động của xuyên kênh tuy n tính và phi tuyến trong hệ thốế ng truy n dề ẫn, sau đó sẽ đề cập n các vấn khác có liên quan đến các hệ thống phi tuyến đế đề

Xuyên kênh tuyến tính có thể chia thành hai loại tuỳ theo nguồn gốc của nó Các bộ lọc quang và các b tách kênh thường ộ để rò m t ph n công su t tín hi u ộ ầ ấ ệ sang các kênh lân cận, xen vào quá trình tách sóng Xuyên kênh này gọi là xuyên kênh không đồng nhất bước sóng (hay xuyên kênh ngoài băng), và do tính tính không kết hợp của nó, nên nó ít ảnh hưởng hơn so với xuyên kênh đồng kênh (hay xuyên kênh trong băng) xảy ra khi định tuyến tín hiệu WDM từ nhiều nút mạng

Xuyên kênh gây ra do bộ lọc: Ta hãy xét trường hợp h th ng trong ó s ệ ố đ ử dụng một bộ lọc quang có i u ch nh được đểđ ề ỉ ch n ra m t kênh trong ọ ộ N kênh t i ớ Nếu bộ lọc quang cho qua kênh th ứ m, thì công suất tới được bộ tách sóng có thể được viết nh sau: ư

Với P m là công suất của kênh thứ m và T nm là hệ ố s truyền d n cẫ ủa bộ ọ l c cho kênh n khi kênh m được chọn Xuyên kênh sảy ra n u ế với Xuyên kênh này là xuyên kênh ngoài băng vì nó thuộc về tín hiệu nằ ởm ngoài dải phổ mà kênh được tách ra đã chiếm giữ

T nm n≠m. Để đánh giá sự tác động của xuyên kênh lên chức năng hệ thống, ta nên xét s ự đền bù công suất được xác định khi tăng thêm công suât tại bộ thu để hạn chế sự ảnh hưởng c a xuyên kênh Dòng photo ủ được phát ra tương ng v i công su t ứ ớ ấ quang tới được xác định bằng: x ch N m n n mn n m m P R T P I I

Với R m =η m e / hν m là đáp ng b tách sóng quang cho kênh thứ m tạ ầứ ộ i t n s ố quang ν m và η m là hiệu suất lượng tử mà nó có thể khác nhau đối với các kênh khác nhau Thành phần I x trong biểu thức (2-5) biểu th xuyên kênh thêm vào dòng I của ị bộ thu Giá trị của nó ph thu c vào d ng bit và đạt c c đại khi t t c các kênh đều ụ ộ ạ ự ấ ả mang các bit “1” Đây là trường h p x u nhợ ấ ất

Phương pháp đơn giản để tính mức thiệt thòi công suất xuyên kênh là dựa vào độ khép hình mắt Th c t , Iự ế ch tăng lên để duy trì ch t lượng h th ng H số ấ ệ ố ệ

21 tăng δ x của I ch có thể tính bằng biểu thức:

Với là lượng xuyên kênh ngoài băng vì nó biểu thị một ph n ầ công suất bị rò vào một kênh nào đó từ những kênh khác

Hệ thống truyền dẫn WDM đường trục khoảng cách dài

I.4.1 Các y ế u t ố thách th ứ c thi ế t k ế h ệ th ố ng Ở các tuy n truy n d n quang đường dài, tín hiệu được phát ở ửế ề ẫ c a sổ suy hao nhỏ khoảng 1550 nm và sử dụng các b khu ch đại quang sợi pha tạp erbium để bù ộ ế lại suy hao sợi quang Để nâng cao dung lượng của hệ thống thường sử dụng ghép kênh theo bước sóng WDM Ngày nay, các tuyến cáp quang đường dài đã sử dụng phổ biến hệ thống WDM ở tốc độ 10 Gbit/s Tuyến cáp biển C2CCN có dung lượng thiết kế lên tới 96 kênh bước sóng t c độ 10 Gbit/s trên m i ôi s i quang ố ỗ đ ợ

Do sử dụng khu ch ế đại EDFA nên tín hi u truy n tuy n truy n d n là tín ệ ề ế ề ẫ hiệu quang Tuy nhiên, khi đó s giự ảm chất lượng hệ thống được tích luỹ theo tuyến, làm hạn chế dung lượng và độ dài của tuyến Những suy giảm hệ thống chính là tạp âm khuếch đại quang, tán sắc màu và các hi u ng phi tuyến ệ ứ

1 Bộ khuếch đại EDFA khuếch đại tín hiệu, nhưng đồng thời cũng tạo ra tạp âm tự phát (amplifired spontaneous emission noise – ASE): o sph ( 1)

P n = γ − , (1-17) trong đó n sp là hệ ố s phát xạ ự t phát, g là hệ số khu ch đại c a b khu ch đại, ế ủ ộ ế

B o là băng thông quang và hγ là năng lượng photon Hệ số khu ch đại càng cao thì ế mức tạp âm quang càng lớn Trong các hệ thống đường dài, tạp âm ASE tạo ra bởi các bộ khuếch đại được tích luỹ dọc tuy n và là mộế t y u t áng k hạế ố đ ể n ch tới ế phẩm chất hệ thống

2 Tán sắc màu gây ra tín hi u nh ng t n s khác nhau phát trong s i ệ ở ữ ầ ố ợ quang với tốc độ khác nhau, dẫn đến méo tín hiệ ởu đầu cuối tuyến truy n dề ẫn Hiệu ứng tán s c ph thu c vào h sốắ ụ ộ ệ tán s c c a s i quang và t ng lên t lệ với bình ắ ủ ợ ă ỷ phương tốc độ bit của tín hiệu, ví dụ khoảng cách truyền dẫn bị hạn ch bởế i tán s c ắ của sợi quang đơn mode chuẩn SMF đối với tín hiệu 10 Gbit/s là vào khoảng 60 km Vì thế, đối với các hệ ống truyền dẫn đường dài cần phải có bù tán sắc th

3 Các hiệ ứu ng phi tuy n bao gồm: ế

- phi tuyến liên quan đến chi t su t: i u ch tự pha (self-phase modulation ế ấ đ ề ế – SPM), đ ềi u chế pha chéo (cross-phase modulation – XPM) và trộn bốn bước sóng (four-wave mixing – FWM);

- phi tuyến liên quan đến tán xạ: tán xạ Brilloin kích thích – SBS và tán xạ Raman kích thích - SRS Đ ềi u ch tựế pha là m t hi u ng đơn kênh g n li n vớộ ệ ứ ắ ề i chi t su t phi tuy n ế ấ ế Chiết suất phụ thuộc vào công suất tín hiệu như sau: f A n P n n ef

= (1-18) trong đó n 2 là chiết suất phi tuyến, P o là công suất tín hi u và Aệ eff là tiết diện hiệu dụng của sợi quang Chiết suất phi tuyến gây ra thay đổi pha của trường quang truyền dẫn được tính bằng:

= 2 2 , 0 1 , 1 và γ là hệ số phi tuy n, λế là bước sóng tín hi u, α là suy hao s i, Pệ ợ av là công suất tín hiệu trung bình, L là chiều dài sợi, và L eff là chiều dài hiệu dụng sợi quang

Sự thay đổi pha dẫn đến dịch tần cho trong công thức : dt

Hiệu ứng dịch tần này làm rộng phổ Tán sắc màu biến đổi sự rộng ph này ổ thành méo tín hiệu Sự kế ợt h p tán sắc màu và SPM là một vấn đề chính trong thiết kế các hệ thống tốc độ cao

Cũng như SPM, đ ều chế pha chéo gây ra bởi sự thay i đổi pha do chiết suất phi tuy n và dế ịch tần Tuy nhiên, không như SPM, đ ềi u chế pha chéo được gây ra bởi tín hiệu ở các bước sóng khác, vì thế XPM ch t n t i các h th ng WDM ỉ ồ ạ ở ệ ố

Trộn bốn bước sóng được tạo ra bởi chiết suất phi tuyến của sợi quang, tương tự như méo đ ều chế tương hỗi trong h th ng i n S xung ệ ố đ ệ ự đột gi a các ữ kênh WDM tạo ra thành phần mớ ầi, t n s c a thành ph n mới là: ố ủ ầ k j i ijk f f f f = + − (1-21)

Hình I-7: Các thành phần FWM 3 bước sóng

Hình II-7 mô tả các thành phần FWM (Four Wave Mixing) được tạo ra trong một h thệ ống 3 bước sóng Khi các kênh WDM cách đều nhau, các thành phần FWM nằm trong kênh tín hiệu và vì thế gây ra xuyên kênh phi tuyến Hiệu ứng FWM sẽ chở nên đáng kể khi có nhiều kênh WDM và khoảng cách kênh là gần FWM là một hiệu ứng truy n d n chính trong các h th ng WDM ề ẫ ệ ố

Tán xạ Brillouin kích thích là hiệ ứu ng đơn kênh gây ra bởi tương tác gi a ữ ánh sáng với sóng âm thanh trong sợi quang Hiệ ứu ng SBS có ngưỡng cao và tăng lên theo băng thông tín hiệu Vì thế, nếu công suất tín hiệu trong các kênh WDM không vượt qua ngưỡng thì SBS không gây ra ảnh hưởng đáng kể lên hệ thống SRS là tương tác thông số phi tuyến giữa ánh sáng và các dao động phân tử Nó c ng là ũ cơ cấu t o ra h sốạ ệ khu ch ế đại Raman trong b khu ch ộ ế đại Raman Trong các h ệ thống WDM, do hiệu ứng SRS, tín hiệu ở bước sóng ngắn h n làm việc như một ơ nguồn bơm cho tín hiệu có bước sóng dài hơn, vì thế tín hiệu có bước sóng dài hơn được khuếch i lên Vì hệ sốđạ khu ch đại SRS có b ng r ng và ế ă ộ đỉnh kho ng 100 ả nm, nên hiệ ứu ng SRS trở nên đáng kể ơ h n khi băng thông của tín hiệu WDM r ng ộ

Việc tăng dung lượng hệ thống và khoảng cách quang dẫn đến làm t ng các ă vấn đề về truyền dẫn và các thách thức cho thiết kế hệ thống Hình I.8 chỉ ra các vấn đề cần xem xét trong thi t k các h thống dung lượng cao, khoảng cách xa Ngoài ế ế ệ tạp âm, tán sắc màu và hiệ ứu ng phi tuyến, khi tốc độ bit c a tín hi u t ng lên, thì ủ ệ ă tán sắc phân cực mode (PMD) có th trể ở nên là yếu tố đ áng kể PMD làm tín hiệu phát đi với tốc độ khác nhau trên hai trạng thái phân cực; đ ềi u này dẫn đến méo tín hiệu Một vấ đề vền thi t k nữế ế a là b ng thông củă a b khu ch ộ ế đại làm h n ch số ạ ế lượng kênh bước sóng, và vì thế dung lượng hệ thống Trong hệ ống WDM đường th trục, có rất nhiều bộ khuếch đại quang mắc nối tiếp nhau Do đó, đòi hỏi các bộ

34 khuếch đại phải có độ bằng phẳng của hệ số khuếch đại trong băng thông tín hiệu để đảm bảo duy trì t s tín hi u trên t p âm SNR đồng u trên các kênh bước sóng.ỷ ố ệ ạ đề

Khoảng cách quang băng thông kh.đại

FWM XPM phi tuyến tạp âm độ dốc tán sắc gain flatness

SPM khoảng cách bộ khuếch đại tán sắc

Hình I-8: Các vấ đề ầ n c n xem xét trong thi t kế ệ ế h thống truyề n d n dung lượng cao, ẫ khoảng cách xa

K ết luậ n

Chương này trình bày những nguyên lý c bảơ n c a h th ng thông tin quang ủ ệ ố ghép kênh theo bước sóng WDM, các thông số kỹ thu t c bảậ ơ n c a h th ng thông ủ ệ ố tin quang như suy hao, xuyên kênh và độ rộng kênh Các thành ph n thiế ịầ t b chính của hệ thống thông tin quang cũng được giới thiệu, trong đó trình bày đầy đủ hơn v ề sợi quang, nguồn phát tín hiệu quang và khuếch đại quang

Chương này đã phân tích khá kỹ những vấn đề liên quan đến thiết kế hệ thống thông tin cáp quang nhiều kênh WDM Ở đ ây đã phân tích những yếu tố ả nh hưởng, những vấn đề cần xem xét trong thi t k h th ng ó là tính toán qu công ế ế ệ ố Đ ỹ suất, vấn đề tán sắc, vấ đề xuyên kênh, và nhất là các hiệ ứn u ng phi tuyến Đặc biệt, chương này có ph n riêng để trình bày sâu h n v các v n ầ ơ ề ấ đề kỹ thuật cần xem xét trong hệ thống thông tin WDM đường trục dung lượng cao, cự ly dài Những vấn đề ảnh h ng c n phưở ầ ải kiểm soát đó là tạp âm tích luỹ trên tuyến gồm các trạm lặp quang, tán sắc màu của s i quang và các hi u ng phi tuy n Các ợ ệ ứ ế vấn đề này hạn chế dung lượng hệ thống, hạn chế chiều dài tuyến và hạn chế khoảng cách lặp

Với những tiến bộ vượt bậc của công nghệ quang những năm gần đây, nh ng ữ hạn chế kỹ thu t ó ã ậ đ đ được kh c ph c áng k cho phép phát tri n các h th ng ắ ụ đ ể ể ệ ố thông tin quang dung lượng cực lớn tới trên Terabit/s đã đượ ứng dụng thự ế, c c t nhất là trong lĩnh vực cáp quang biển quố ếc t Đó là c sởơ cho vi c nghiên c u các h th ng cáp quang bi n ệ ứ ệ ố ể đường tr c ụ dung lượng cao, khoảng cách dài mà sẽ được trình bày ở chương sau

GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN CÁP QUANG BIỂN WDM

Giới thiệu chung

II.1.1 S ự phát tri ể n c ủ a thông tin cáp quang bi ể n

Nhiều người vẫn cho r ng các cuộc đ ệằ i n thoại giữa các châu lục như Châu Á và Châu Mỹ là được phát qua vệ tinh Nhưng thực tế, các hệ thống cáp biển mới là phương tiện chính để truyền tải lưu lượng thoại và data Đó là do cáp quang biển truyền tín hiệu thoại và data với độ tin cậy và an toàn cao hơn và rẻ hơn nhi u so ề với vệ tinh Bởi thế, các hệ thống cáp biển đã được xây d ng và phát tri n m nh m ự ể ạ ẽ từ bao năm qua và trở thành phương tiện truyền dẫn quốc t chế ủ ế y u, đặc biệt là các tuyến vượt đại dương Với độ tin cậy cao và dung lượng cực lớn tới hàng trăm Gbit/s, và với những tiến bộ vượt bậc trong công ngh thông tin quang, các h ệ ệ thống cáp quang biển ngày nay phát triển hết sức mạnh mẽ đ, áp ng nhu cầu bùng ứ nổ về dung lượng các nước, đặc bi t ph c v cho k t n i internet và các nhu c u ở ệ ụ ụ ế ố ầ băng rộng khác

1 Các tuyến cáp biể đ ện i n báo đầu tiên

Thông tin cáp biể đn ã có lịch sử phát triển hàng trăm năm Các tuyến cáp đầu tiên được rải vào những năm 1850 và tuyến cáp biển vượt Đại tây dương đầu tiên được rải n m 1867 gi a nước Anh và M ó là nh ng tuy n cáp i n báo và ă ữ ỹ Đ ữ ế đ ệ không truyền tiếng nói Cho đến 1895, Marconi phát minh ra sóng vô tuyế đ ện i n và dần dần radio đã thay thế các tuyến cáp đ ệi n báo Cho đến 1924, tuy n cáp biển ế đ ệi n báo đường dài cuối cùng được r i và cáo chung cho thời kỳ cáp biể đ ệả n i n báo

2 Các tuyến cáp đồng trục dưới biển

Mãi tới 1956, khi công nghệ đ ã phát triển tới mức cho phép rải tuyến cáp bi n ể đ ệi n thoại vượt Đại tây dương, đó là tuyến cáp TAT-1 Đây là tuyến cáp đồng trục dài 1945 hải lý nối nước Anh và Bắc Mỹ với dung lượng 60 kênh tho i Tuy n ạ ế cáp này đã hoạt động trong 22 năm cho tới 1978 Một lo t các tuy n cáp đồng tr c ạ ế ụ vượt Đại tây dương đã được rải, với tuyến cuối cùng TAT-7 có dung lượng l n nh t ớ ấ đưa vào khai thác từ 1977 khu v c Thái bình dương c ng xây d ng nh ng tuy n Ở ự ũ ự ữ ế

41 cáp tương tự: TPC-1 năm 1964, TPC-2 năm 1975

RFS Tên hệ thống cáp biển

Khu vực Thái Bình Dương

1989 TPC-3/HAW-4 0.560 (2+1)pr x 280Mbps x 1ch 13.399 Mỹ, Hawaii, Guam,

1991 NPC 1,260 (3+1 pr x 420Mbps x 1ch 9.531 Mỹ, Alaska, Nhật $450

1992 TPC-4 1,120 2pr x 560Mbps x 1ch 9.85 Mỹ, Canada, Nhật $373

1996 TPC-5 19,906 2pr x 2.488Gbps x 4ch 22.56 Mỹ, Haawaii, Guam,

1999 PC-1 159,248 4pr x 9.953Gbps x 4ch 29 Mỹ, Nhật $1,200

2000 China-US CN 79,624 4pr x 2.488Gbps x 8ch 30 Mỹ, Guam, Nhật, Trung quốc $1,100

2000 Japan-US CN 398,080 4pr x 9.953Gbps x 10ch 21 Mỹ, Hawaii, Nhật $1,150

2002 TGN 5,094.424 8pr x 9.953Gbps x 64ch 32.25 Mỹ, Hawaii, Nhật N/A

1993 APC 1.12 2pr x 560Mbps x 1ch 7.5 Nhậ Đ t, ài loan, Hồng kông, Singapore, Malaysia

1997 APCN 4,976 1pr x 2.488Gbps x 2ch 12.083 Nhật, Hàn quố Đ c, ài loan, Hồn kông, Phillipines, Indonesia, Singapore, Malaysia, Thái lan

2000 EAC 1,273.98 4pr x 9.953Gbps x 32ch Nhậ Đ t, ài loan, Hàn qu ốc, Trung quốc, Hồ ng kông, Singapore, Malaysia, Phillipines

2001 APCN-2 1,273.98 4pr x 9.953Gbps x 32ch Nhật, Hàn quốc'Jap.,

Kor., Tai., Chi., HK, Sin., Ind., Sing., Mal., Thai

2001 Level 3 Network 1,273.98 4pr x 9.953Gbps x 32ch Hong Kong, Japan N/A

2002 C2CCN 2,547.97 4pr x 9.953Gbps x 64ch Japan, Korea, Taiwan,

Khu vực xuyên lục địa

1995 PacRimWest 1,120 2pr x 560Mbps x 1ch 7.084 Guam, Australia $275

1997 Jasaurus 4,976 1pr x 2.488Gbps x 2ch 2,800 Indonesia, Australia $100

1999 Sea-Me-We-3 19,906 2pr x 2.488Gbps x 4ch 38 33 nước từ Nhật tới

2000 Southern Cross 119.436 2pr x 2.488Gbps x 16ch 29.6 Mỹ, Hawaii, Fiji, NZ,

2001 AJC 636.992 2pr x 9.953Gbps x 32ch 10.2 Nhật, Guam, Australia $450

Khu vực Đại Tây dương

1988-96 TAT-8, PTAT-1, TAT-9, TAT-10, TAT-11, CANTAT-3, Columbus-2, TAT-12,

1998 Gemini 29.859 2pr x 2.488Gbps x 6ch 12.6 Mỹ, Anh $500

1998 Atlantic Crossing-1 39.812 2pr x 2.488Gbps x 8ch 14 Mỹ, Anh, Đức, Hà lan $800

1999 Columbus-3 9.953 1pr x 2.488Gbps x 4ch 10 Mỹ , B , Tây ban nha, ồ

2000 TAT-14 636,928 4pr x 9.953Gbps x 16ch 14 Mỹ, Anh, Đan mạch, Đức, Hà lan, Pháp

2001 FLAG Atlantic-1 2,388.720 6pr x 9.953Gbps x 40ch 12.5 Mỹ, Anh, Pháp $1,500

2001 360Atlantic 1,910.976 4pr x 9.953Gbps x 48ch 12.2 Mỹ, Canada, Ireland,

2001 Project Yellow/AC-2 1,273.984 4pr x 9.953Gbps x 32ch 13 Mỹ, Anh $1,100

2001 Tycom TGN 2,547.968 4pr x9.953Gbps x 64ch Nhiều nước TBA

Bảng II.1: Các hệ thống cáp quang biển trên thế giới

3 Các hệ thống cáp quang dưới biển

Sau khoảng 30 năm phát triển cáp biển đồng trục, những năm ‘80 bắt đầu thế hệ cáp biển mới sử dụng cáp s i quang Tuy n cáp quang biểợ ế n đầu tiên Châu Âu, ở dài 112 km, dược thi công nối nước Anh và Bỉ Năm 1988, tuyến cáp quang biển vượt Đại tây dương TAT-8 được đưa vào sử dụng có dung lượng 280 Mbit/s (40.000 kênh thoại) Tuyến cáp quang biển vượt Thái bình dương TPC-4 khai thác năm 1992 nối Nhật bản với Mỹ và Canada có dung lưọng 2+1 560 Mbit/s

Các tiến bộ trong công nghệ thông tin quang như khuếch đại quang cho phép thiết kế các bộ lặp khu ch đại quang, công ngh ghép bước sóng WDM, các công ế ệ nghệ khắc phục tán sắc sợi quang… Bảng II-1 trình bày mộ ốt s thông tin chính v ề các tuyến cáp biển hi n tệ ại trên thế giới Thông tin thêm về lịch s phát tri n các hệ ử ể thống cáp biển trên thế giới có thể tìm hiểu ở website: http://www.atlantic- cable.com/Cables/CableTimeLine/index.htm

4 Xu hướng phát triển của hệ thống cáp quang biển

Từ những năm ’90, công nghệ thông tin cáp quang biển đã phát triển rất mạnh mẽ tạo ti n đề cho xây d ng các tuy n cáp quang bi n dung lượng ngày càng ề ự ế ể cao, giá thành ngày càng hạ Cùng với sự phát triển các dịch vụ viễn thông t o nên ạ nhu cầu dung lượng truyền d n cẫ ực k lớỳ n, đặc bi t là nhu c u k t nối Internet và ệ ầ ế các dịch vụ băng r ng trên n n IP S tựộ ề ự do hoá trong vi n thông toàn c u ã t o ễ ầ đ ạ nên động lực cạnh tranh, kể cả trong l nh v c thông tin cáp bi n Nh ng ti n đề về ĩ ự ể ữ ề công nghệ, dịch vụ và môi trường pháp lý đ đó ã tạ đ ềo i u kiện cho các hệ thống cáp quang biển phát triển hết sức mạnh m , tr thành phương ti n truy n d n ch lực ẽ ở ệ ề ẫ ủ toàn cầu, có tính chất trọng yếu trong hạ ầ t ng công nghệ thông tin của mỗi quốc gia

Cáp quang biển ngày nay được phát triể ộn r ng kh p Các hệ thống cáp quang ắ biển dung lượng lớn, khoảng cách xa nối liền các châu l c, k t n i các qu c gia ụ ế ố ố Không chỉ là các hệ thống xuyên Đai tây dương, Thái bình dương mà các hệ thống cáp nối Âu – Á, các hệ thống cáp khu vực cũng được xây dựng nhiều Bảng II-1 thống kê các hệ thống cáp biển quốc tế ở các khu vực trên thế giới Hệ thống cáp quang biển cũng được ứng d ng r ng rãi để xây d ng mạụ ộ ự ng truy n d n đường tr c ề ẫ ụ nội địa của các quốc gia dựa trên loại hệ thống cáp không trạm lặp (festun)

Các hệ thống cáp quang biển ngày nay có dung lượng rấ ớt l n, d a trên công ự nghệ ghép bước sóng mật độ cao DWDM có thể đạt tới trên Terabit/s trên mộ đôi t sợi quang Năm 1995, hệ thống cáp quang biển TAT-12/12, TPC-5 và APCN có dung lượng 5 Gbit/s đưa vào khai thác Hệ th ng Sea-Me-We 3 nố ối Á – Âu có dung lượng 8 x 2,5 Gbit/s đưa vào vào khai thác năm 1998, và ngay sau đó đã có kế hoạch nâng cấp bước sóng từ 2,5 Gbit/s lên 10 Gbit/s Hệ thống cáp quang biển C2CCN có dung lượng thiết kế 10 Gbit/s x 96 bước sóng x 8 đôi sợi bằng 7,68 Tbit/s được đưa vào khai thác năm 2002

Chính vì thế, xu hướng của các nhà cung cấp hệ thống cáp biển là nghiên cứu, phát triển công nghệ để sản xu t các h th ng cáp quang bi n có dung lượng ấ ệ ố ể ngày càng lớn hơn Các hướng phát triển chính là: nâng số bước sóng trong mộ đt ôi

43 sợi, tăng bit rate trên mỗi bước sóng, và sử dụng nhiề đu ôi s i trong m t cáp Hình ợ ộ II-1 giới thiệu các kết quả nghiên cứu đạt được c a Alcatel trong những năm gần ủ đây

Hình II-1: Các kết qu ả thử nghi m củ ệ a Alcatel nh ằm nâng cao dung lượng và cự ly hệ thống cáp biển WDM

II.1.2 M ộ t s ố đặ c đ ể m c ủ a h ệ th ố ng cáp quang bi ể n i

Một hệ thống cáp quang biển có những đặc đ ểi m kỹ thuật riêng biệt sau:

1 Một hệ thống cáp quang biển có tuổi thọ dài (25 năm) và có độ tin cậy rất cao; lý do là ở chỗ, do tính khó khăn trong việc xử lý thiết bị chìm dưới biển, nên việc xây dựng và bảo dưỡng một tuyến cáp quang biển là kéo dài và đắt; hơn nữa, đa s các tuy n cáp bi n có t m quan trọng chiếố ế ể ầ n lược trong m ng lưới truy n d n ạ ề ẫ nên mỗi sự cố gây gián o n tuy n s gây nh hưởng nghiêm trọng đ ạ ế ẽ ả đến mất lưu lượng và doanh thu

2 Một hệ thống cáp biển cần phải có những đặc tính cơ khí cho phép nó:

- được lắp đặt chính xác với độ chùng hợp lý và an toàn trên b mặ đề t áy biển; độ sâu rải cáp có thể lên tới 8000 mét Nói chung, các hệ thống cáp biển phải được lắp t, rảđặ i, trôn và ki m tra k càng b ng nh ng tàu cáp và thi t b ngầm ể ỹ ằ ữ ế ị (máy cày rãnh, máy hoạt động từ xa ROV…) được thiết kế riêng

- chống được đ ềi u kiện môi trường đáy biển ở độ sâu lắ đặt, đặc biệt là áp p suất thuỷ tĩnh, nhiệt độ, mài mòn, han rỉ và sinh vật biển;

- được bảo vệ y đủ (bọ ắđầ c s t, trôn) ch ng l i xâm th c do ví d như đố ạ ự ụ ánh cá, neo tàu;

- có thể khôi ph c l i t độ sâu, s a ch a v i i u ki n an toàn ụ ạ ừ ử ữ ớ đ ề ệ

3 Các đặc tính vật liệu của hệ thống cáp biển phải cho phép sợi quang:

- đạ đượt c độ tin cậy trong tu i th thi t k c a h th ng; ổ ọ ế ế ủ ệ ố

- chịu được tác động cơ khí, suy giảm tuổi thọ, đặc biệt là uốn, kéo căng, hydrogen, han rỉ và phóng xạ

4 Chất lượng truyền dẫn của một hệ thống cáp quang biển phải tuân theo những chỉ tiêu tối thi u c a ITU-T G.821 ể ủ

II.1.3 C ấ u hình t ổ ng quát c ủ a h ệ th ố ng cáp quang bi ể n

Mục đích của một hệ thống cáp quang biển là để thiết lập các tuyến truyền dẫn giữa hai hay nhiều trạm đầu cuối Khi hệ thống cáp chỉ có hai trạm đầu cuối thì có thể gọi là tuy n cáp quang biểế n Trong các trường h p khác có th gọợ ể i là m t ộ mạng cáp quang biển

Hình II-1 mô tả nguyên lý cơ bản c a h th ng cáp quang bi n M t tuy n ủ ệ ố ể ộ ế cáp quang biển bao gồm:

- Phần trên đất (land portion): là phần giữa giao diện hệ thống ở trạm đầu cuối (đ ểi m A) và đ ểi m nối bờ biển hay đ ểi m cập bờ (đ ểi m B), g m có cáp quang ồ đất, đ ểi m n i b và thi t tr m u cuố ủố ờ ế ạ đầ i c a h th ng; ệ ố

- Phần dưới biển nằm trên mặt đáy biển giữa các đ ểi m cập bờ, gồm có cáp quang biển, các thiết bị chìm dưới biển như ộ ặ b l p, bộ ẽ r nhánh và hộp nối cáp

Các đặc tính và các thành phần của hệ thống cáp quang biển WDM

II.2.1 Các đặ c tính và ph ẩ m ch ấ t h ệ th ố ng

1) Đặc tính và phẩm chấ ủt c a Ph n đường truyềầ n s (DLS) ố

- DLS của hệ thống cáp quang biển sẽ phù hợp với các khuyến nghị ITU-

T Theo đó, đặc tính của tín hiệu số tại giao di n v i m ng n i ệ ớ ạ ộ địa (Terrestrial Interface – TI) phải tuân thủ ITU-T G.707 và G.957

- Chỉ tiêu chất lượng lỗi của hệ thống cáp quang biển sẽ tuân thủ ITU-T G.826 về tu i thổ ọ hệ ố th ng, v các tham s lỗề ố i nh sốư giây l i nghiêm tr ng (SES), ỗ ọ số giây lỗi (ES)…

- V ề độ khả dụng hệ thống tại TI: tuân thủ theo ITU-T G.826 Độ khả dụng của hệ thống rõ ràng phụ thuộc vào các loại giao diện TI khác nhau, do đó độ không khả dụng c a h th ng c n được tính theo độ kh dụủ ệ ố ầ ả ng c a TI trong cùng m t th i ủ ộ ờ gian Chỉ tiêu về độ không khả dụng áp d ng cho th i gian không kh dụng gây ra ụ ờ ả bởi các thiết bị thành phần hệ thống, bao gồm các ho t ạ động chuy n m ch, h ng ể ạ ỏ hóc thiết bị, các công việc bảo dưỡng và giám sát dẫn đến gián o n 10 giây hoặc đ ạ lớn hơn Nó không bao gồm nh ng h h ng gây b i các nguyên nhân bên ngoài nh ữ ư ỏ ở ư đánh cá, neo tàu làm m t ngu n cấấ ồ p TTE và nh ng kho ng th i gian c t ngu n h ữ ả ờ ắ ồ ệ thống để sửa chữa

- Chỉ tiêu về jitter của hệ thống cáp quang biển sẽ tuân theo ITU-T G.957

- Chỉ tiêu ch t lượng t ng c ng end-to-end c a mộấ ổ ộ ủ t DLS s bằẽ ng ch tiêu ỉ phân bổ theo km với chiều dài của DLS Khi cầ ấn n định s suy giảm chất lượng tới ự những phần khác nhau của DLS, một lượng tương ứng với một giá trị cố định (thường là 125 km) sẽ được phân bổ cho mỗi thiết bị trạm đầu cuối, và phần dưới biển sẽ được phân bổ trên c sởơ km m t lượng tương đương v i s khác nhau gi a ộ ớ ự ữ chỉ tiêu DLS và phân bổ thiết bị đầu cuối

- Đối với m i h ng hóc, b o dưỡng, giám sát… đối v i m i DLS s phải ỗ ỏ ả ớ ỗ ẽ không ảnh hưởng đến chỉ tiêu chất lượng đã định của DLS khác trong hệ thống Đặc biệt là đối với hệ thống ghép bước sóng WDM, yêu cầu h hỏư ng t i m t n a s ớ ộ ử ố kênh quang (Line Optical Channel) sẽ không ảnh hưởng tới các kênh còn lại

2) Quỹ công suất của hệ thống cáp quang biển

Bảng Quỹ công suất diễn tả cách đạt được chất lượng hệ thống về chỉ tiêu lỗi Trong hệ thống cáp quang biển, việc tái tạo lại tín hiệu chỉ thực hiệ ởn thiết bị TTE của trạm đầu cuố ởi mức giao di n đầu ra quang- i n cáp bi n Gi a ó, các ệ đ ệ ể ữ đ kênh sẽ bị suy gi m ch t lượng do t p âm tích lu , tán s c, méo phi tuy n Do ả ấ ạ ỹ ắ ế đó cần phải tính toán quỹ công suất ở mức DLS ph n cáp bi n (SDLS) Khi tính qu ầ ể ỹ công suất nếu hệ thống có nhiều SDLS thì tính cho từng SDLS Đối v i m i SDLS, ớ ỗ cần tính quỹ công suất cho hai trường hợp là Bắt đầ đờu i sống (Bigin of Life – BOL) và Kết thúc đời sống (End of Life EOL):

- Quỹ công suất BOL thể hiện phẩm chất của SDLS khi hệ ống được đưa th và khai thác và là tiêu chí đểđo thử Quỹ công suất này bao gồm cả độ dự phòng đảm bảo tương thích vớ đ ềđể i i u kiện EOL

- Quỹ công suất EOL thể hiện ph m ch t h th ng t i lúc h t tu i th thi t ẩ ấ ệ ố ạ ế ổ ọ ế kế của h th ng vào nó bao gồm sự suy giảm do già và hỏng linh kiện, già cáp và ệ ố mức dự phòng cho sửa chữa

Khi tính toán quỹ công suất, cần cung cấp đầy đủ thông tin về giá trị công suất ra của bộ lặp, giá trị ệ số ạ h t p âm danh định, giá trị ă b ng thông quang và điệ ởn phía thu Cũng phải tính đến cả các phần tử có khả ă n ng cải thiện chất lượng truyền dẫn trong thiết bị trạm cáp cũng như bộ lọc như bù tán sắc, lọc cân bằng…

Bảng II-2 giới thiệu một bảng mẫu tính toán quỹ công su t c a h th ng cáp ấ ủ ệ ố quang biển Trong đó:

- Dòng 1: Giá trị Q bình quân (tính toán SNR đơn gi n) ả

- Đong 1.1 đến 1.9: c p danh mụấ c các ngu n gây suy gi m ch t lượng h ồ ả ấ ệ thống Những suy giảm này ph i tr i dòng 1 ả ừ đ

- Dòng 2: chất lượng h th ng bi n đổi theo th i gian, bi u di n suy giảm ệ ố ế ờ ể ễ cộng thêm do hiện tượng thăng giáng phân cực làm gi m ch t lượng bình quân ả ấ

- Dòng 3: Giá trị Q c a đường truy n: ủ ề

Dòng 3 = Dòng 1 – (Dòng 1.1 đến 1.9) – Dòng 2

- Dòng 4: Giá trị Q xác định của TTE (back-toback)

- Dòng 5: Giá trị Q c a phân o n: tính t dòng 3 và 4 theo công thức: ủ đ ạ ừ ack TTEbacktob line segment Q Q

- Dòng 5.1: BER tương ứng với Q phân o n không kể FEC đ ạ

- Dòng 5.2: BER tương ứng với Q phân o n có tính FEC đ ạ

- Dòng 5.3: Giá trị Q phân o n hiệđ ạ u d ng có tính FEC ụ

1 Mean Q value (from simple SNR calculation)

1.1 Propagation impairments due to combined effects of chromatic dispersion, non-linear effect, four-wave mixing effects, stimulated

1.3 Non-optimal optical pre-emphasis impairment

2 Time varying system performance (5 sigma rule)

4 Specified TTE Q value (back to back)

5 Segment Q value (computed from 3 and 4)

5.1 BER corresponding to segment Q without FEC

5.2 BER corresponding to segment Q with FEC

5.3 Effective Segment Q value with FEC

6 Q limit compliance with G.826 after FEC correction

Components and fibre ageing penalty

Theo TU-T G.977 (4/2000) Bảng II.2: Bả ng m u tính quỹ công suất hệ thống cáp quang biển ẫ

- Dòng 6: Q tớ ại h n tương thích v i l i bít t i nh t cho phép sau FEC 11,2 ớ ỗ ồ ấ dB tương ứng với BER 2,4x10 -4 BER 2,4x10 -4 sau khi sửa lỗi bằng FEC sẽ tố ơt h n

10 -11 Do đó giá trị ệ ố h s Q 11,2 dB bao phủ ả c toàn bộ chiều dài DLS

- Dòng 7: Sửa ch a, lão hoá và h ng ngu n b m: ữ ỏ ồ ơ

Dòng 7 = Dòng 5 (SOL) – Dòng 5 (EOL)

- Dòng 8: Dự ữ tr hệ th ng: Dòng 8 (EOL) thường ch n là 1dB, Dòng 8 ố ọ (SOL) bằng Dòng 7 cộng Dòng 8 (EOL)

- Dòng 9: dự ữ ủ tr c a nhà s n xu t ả ấ

- Dòng 10: giớ ại h n nghi m thu cho m i DLS ệ ỗ

Như đ ã nói, quỹ công suất của mỗi SDLS được tính dựa vào hệ số Q Do đó, chất lượng của một SDLS đượ đặc trưng bằng việ đo hệ sốc c Q c a nó ho c b ng ủ ặ ằ đo BER tr c ti p mà nó cho phép đ ềự ế i u hoà gi i h n nghi m thu h sốớ ạ ệ ệ Q nh ã ch ư đ ỉ ra trong bảng quỹ công suất

Hệ số Q là tỷ số tín hiệu trên t p âm ở mạch quyết định tính bằng đơn vị đ ệạ i n áp hoặc dòng đ ệi n và được biểu diễn bằng:

Q (2-2) trong đú à 1,2 là giỏ trị bỡnh quõn của mức logic “1” và “0”, và σ 1,2 là sự ị d ch chuẩn của mức logic “1” và “0”

Quan hệ toán học với BER khi ngưỡng đặt tới giá trị ố t i ưu là :

Hệ ố s Q có th vi t dưới dang decibel : ể ế

Q Các tham s ố liên quan đố i v ớ i qu ỹ công su ấ t

Quỹ công suất bao hàm những suy giảm ch t lượng h th ng t nh ng hi u ấ ệ ố ừ ữ ệ ứng sau:

- Suy giảm lan truy n do các hi u ng k t h p nh tán s c màu, hi u ng ề ệ ứ ế ợ ư ắ ệ ứ phi tuyến Kerr, hiệ ứu ng trộn bốn bước sóng FWM giữa các kênh quang và với tạp âm, tán xạ Raman kích thích…

- Suy giảm lan truy n do các hi u ng phân c c nh Tán s c Mode phân ề ệ ứ ự ư ắ cực (Polarization Mode Dispersion – PMD), Suy hao phụ thuộc phân cực (Polarization Dependent Loss – PDL) Tăng ích phụ thuộc phân cực (Polarization Dependent Gain – PDG) Vì những suy gi m này biếả n đổi theo th i gian, nên ch t ờ ấ lượng hệ thống cũng thay đổi theo thời gian

- Suy giảm do s không b ng ph ng c a đường cong t ng ích tích lu trên ự ằ ẳ ủ ă ỹ toàn phân đ ạo n

- Suy giảm do m t i u ch nh bước sóng c a SDLS ấ đ ề ỉ ủ

- Suy giảm do m t cân đối công su t quang c a các kênh quang trong h ấ ấ ủ ệ thống WDM

- Suy giảm do các ch c n ng giám sát và xác định l i ứ ă ỗ

- Suy giảm do tính không hoàn h o c a thi t b TTE (h s Q backtoback) ả ủ ế ị ệ ố

Trộn bốn bước sóng giữa các kênh quang, tán x Raman kích thích, sự không ạ bằng phẳng của đường cong tăng ích, sự mất cân đối c a công su t quang c a các ủ ấ ủ kênh quang là những suy giả ảm nh hưởng đến các hệ thống WDM vì nhiều tín hiệu quang truyền trong cùng mộ ợt s i Đặc biệt đối v i qu công su t EOL, c n xem xét các suy gi m sau: ớ ỹ ấ ầ ả

- Suy giảm do các ho t động khai thác (m i n i, chi u dài cáp thêm vào) ạ ố ố ề

- Suy giảm do lão háo cáp và linh kiện

- Suy giảm do lão hoá thi t b TTE (gi m h s Q backtoback) ế ị ả ệ ố

- Suy giảm do các l i c a m t s linh ki n nh l i laser b m ỗ ủ ộ ố ệ ư ỗ ơ

Các suy giảm do các hoạt động khai thác cũng khác nhau với loại cáp khác nhau như cáp ở vùng nước nông, nước sâu và cáp đất

Ngoài ra, quỹ công suất cũng chỉ rõ hệ ố s Q nhỏ nhấ ần có để đảt c m bảo chất lượng lỗi đã định của h th ng và bao g m vi c t ng độ d tr do s d ng FEC ệ ố ồ ệ ă ự ữ ử ụ

3) Độ tin c ậ y h th ng ệ ố Độ tin cậy c a ph n dưới bi n củủ ầ ể a h thông cáp quang bi n được đặc tr ng: ệ ể ư

- Số lần s a ch a c n t i tàu cáp do h hỏử ữ ầ ớ ư ng thi t b trong tu i th thiế ếế ị ổ ọ t k của hệ thống: thông thường yêu cầu độ tin cậy hệ thống là nhỏ hơn ba lần hư hỏng

- Tuổi thọ thiết kế của h th ng: là quãng th i gian mà h th ng cáp quang ệ ố ờ ệ ố bi n ể được thiết kế để khai thác tuân thủ các chỉ tiêu chất lượng của nó Thông thường tuổi thọ thiết kế của h th ng là 25 n m k từệ ố ă ể khi nghi m thu h th ng, t c ệ ệ ố ứ là sau khi lắp đặt và o thử ệ ốđ h th ng áp ng các ch tiêu ch t lượng đ ứ ỉ ấ

Những tiến bộ công nghệ mới nhất trong hệ thống cáp quang biển

o Sợi đơn mode dịch chuyển không tán sắc (NDSF), G.652 o Sợi đơn mode dịch chuyển tán sắc (DSF), G.653 o Sợi đơn mode dịch có đ ểi m cắt (CSF), G.654 o Sợi đơn mode dịch chuyển tán sắc không về không (NZDSF), G.655 o Sợi đơn mode dịch bù tán sắc (DSF)

Tuỳ thuộc vào chỉ tiêu hệ thống (tốc độ bit, mã hoá, số bước sóng, khoảng lặp, công suất quang ra, chiều dài toàn tuyến…), có thể sử dụng k t h p các lo i s i ế ợ ạ ợ này để đảm bảo chất lượng hệ thống Trong trường hợp đó, hệ thống được gọi là có kiểm soát tán sắc

II.3 Những ti n bộ công nghệ mế ới nhất trong hệ thống cáp quang biển

II.3.1 Xu h ướ ng phát tri ể n các h ệ th ố ng cáp quang bi ể n trên th ế gi ớ i

Việc mở cửa thị trường viễn thông cùng với sự tăng trưởng c a Internet cũng ủ như những ứng dụng trên đ đã đặt ra nhu cầu dung lượng truyền dẫn tăng cao chưa ó từng có trong những năm gần đây Đó chính là yếu tố dẫn đến phải xây dựng những tuyến cáp quang biển mới dung lượng c c cao, t i hàng Terebit/s và hơự ớ n n a Trong ữ khi đó, những khía cạnh kinh t nhưế giá thành trên Gbit/s òi h i ngày càng gi m, đ ỏ ả cũng như các vấn đề thực tiễn khác như kích thước thiết bị, mức độ tiêu thụ đ ện… i đòi h i các h th ng m i ph i có nh ng c i thi n h n n a ỏ ệ ố ớ ả ữ ả ệ ơ ữ Đó chính là nh ng thúc đẩy cho xu hướng phát triển các hệữ thống cáp biển mới có dung lượng ngày càng cao, giá thành ngày càng hạ, và thu n ti n cho vi c ậ ệ ệ triển khai xây dựng cũng như linh ho t và ti t ki m trong kinh doanh, khai thác ạ ế ệ

1) Tốc độ bit rate ngày càng cao: Ở những hệ thống 2,5Gbit/s ban đầu, các tín hiệu quang có khoảng cách 0,8 nm (100 GHz), hạn chế bởi kh năả ng c a các b ủ ộ lọc Ngày nay, các tín hiệu quang phổ ế bi n có t c độ bit 10 Gbit/s v i kho ng cách ố ớ ả 0,4 nm (50 GHz), gấp 8 l n vầ ới cùng m t b ng thông ộ ă

Việc nghiên cứu tốc độ bit cao hơn ở mức 40 Gbit/s đang được các hãng tích cực nghiên cứu Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức kỹ thuật, đặc biệt là:

- đ ềi u ch và giả đ ềế i i u ch 40 Gbit/s òi h i ph i có các linh ki n i n t ế đ ỏ ả ệ đ ệ ử và quang có tốc độ r t cao; ấ

- và, phải kh c ph c các hi u ng nghiêm tr ng mà h n ch tớắ ụ ệ ứ ọ ạ ế i kho ng ả cách truyền dẫ ở ốn t c độ 40 Gbit/s như tán sắc màu, đ ềi u chế ự t pha SPM và tán sắc mode phân cực

Một đ ều cần lưu ý là, i để được chấp nhận hệ thống mới phải có giá thành trên bit rẻ đ i m t nộ ửa Có nghĩa là, khi so sánh hệ ống 40 Gbit/s với hệ ống 10 th th

Gbit/s mà nó có dung lượng lớn gấp 4 lần, thì giá thành ph i r i ít nh t 2 l n ả ẻ đ ấ ầ

2) Khoảng cách kênh và số kênh bước sóng: Những năm qua, khoảng cách kênh đã giảm đáng kể, từ 1 nm xuống 0,3 nm Hiện nay, trong thực nghiệ đã đạt m được khoảng cách 0,25 nm, và trong tương lai không xa sẽ đạt tới 0,2 nm Với việc giảm khoảng cách kênh bước sóng cùng với băng thông khuếch đại rộng hơn, nên đã đạt được s kênh lên t i 105 kênh t c độ 10 Gbit/s trong b ng L Ta có: ố ớ ở ố ă

105 kênh x 0,3 nm = 31,5 nm băng thông, và

Một trong hướng nghiên cứu để tăng s kênh bước sóng là s dụố ử ng b ng t n ă ầ mở rộng L Vi c này gi i quy t b ng s dụệ ả ế ằ ử ng k t h p hai b khu ch đại s i quang ế ợ ộ ế ợ EDFA ở hai băng tần L + C (xem Hình I-5) Một hướng khác đang được nghiên cứu là sử dụng b khu ch ộ ế đại Raman phân b (Distributed Raman Amplifier – DRA) ố thay cho EDFA

3) Số sợi trong cáp: Vi c tăng dung lượng bằng cách tăệ ng s sợi trong cáp ố biển là một giải pháp xem chừng rất đơn gi n, thế nhưng tăng số ợả s i cáp s làm t ng ẽ ă kích thước, trọng l ng cượ ủa cáp và các trạm lặp, làm tăng tiêu thụ nguồn cấp của trạm lặp cho đến m c không còn phù hợứ p n a Vì th , ngày nay s lượng sợi quang ữ ế ố trong hệ thống cáp quang biển thường không vượt quá 8 đôi

II.3.3 B ộ khu ế ch đạ i khu ế ch đạ i quang

Hình II-8 diễn tả phổ quang khả dụng và các lo i khu ch ạ ế đại quang ang đ được nghiên cứu phát tri n ể

Hình II-8:Phổ quang khả ụ d ng

1) Bộ khuếch đại sợi quang EDFA:

- Những năm gần đây, những nghiên cứu phát triể đã cho những bộ n khuếch đại EDFA ứng dụng trong các trạm lặp có băng thông ở băng t n C lên t i ầ ớ

30 nm Mặt khác, thiết kế EDFA cũng cho phép sử ụ d ng băng L với độ rộng 30 nm

- Trước đây các bộ EDFA sử dụng laser b m ơ đơn bước sóng 1480 nm ở Trong hệ thống cáp quang biển, thông thường sử dụng hai laser b m chung gi a hai ơ ữ bộ khuếch đại để có tính dự phòng, và vì thế cho phép đạt được độ tin cậy cao trong thời gian 25 năm tuổi thọ thiết kế của h th ng Cách th c này cho công su t ra cao ệ ố ứ ấ nhưng tạp âm kém

Việc sử dụng ngu n b m 980 nm ồ ơ ở hướng thuận có thể vừa t ng h số ă ệ khuếch đại vừa giảm hệ s tố ạp âm của b khu ch đại Công ngh hi n nay cho phép ộ ế ệ ệ sử dụng b m 980 nm với độ tin cậy cao Với việc sử dụơ ng b m 980 nm, h số tạp ơ ệ âm của bộ khuếch đại giảm từ 6,7 dB xuống 4,5 dB, làm tăng áng kể khoảng cách đ lặp với số kênh nhiều nhất và giá thành hạ

Hơn nữa, việc sử dụng 4 b laser b m cho m t cặộ ơ ộ p khu ch đại (2 laser 1480 ế nm cho hướng ngược và 2 laser 980 nm cho hướng thuận) làm tăng hơn nữa độ tin cậy của hệ thống Áp dụng này xem mô tả ở Hình III-3 ở phần sau

- Công suất quang ra c a b khu ch ủ ộ ế đại có th ể đạt t i +15 dBm nh áp ớ ờ dụng nguồn bơm 980 nm cho chiều thu n và b m 1480 nm cho chiềậ ơ u ngược Th ế nhưng tiết diện hiệu dụng của sợi quang lại xác định mức công suất ra lớn nhất có thể s dử ụng được mà không làm méo tín hiệu do các hiệ ứu ng phi tuy n trong sợi ế

- Một kỹ thuật khuếch đại mới đầy hứa hẹn là khuếch đại Raman, là kỹ thuật không dựa vào sợi pha tạp mà dựa vào các thuộc tính của b n thân s i quang ả ợ silic Bộ khuếch đại Raman sử ụ d ng hiệu ứng tán xạ Raman kích thích (SRS) xảy ra trong sơi silic khi chùm tia bơm cường độ cao truyền qua sợi quang Trong trường hợp EDFA, hiện tượng là phát xạ kích thích: việc bơm đẩy nguyên tử erbium lên trạng thái kích thích (năng lượng cao hơn), và sau đó photon tới kích thích sự phát xạ của một photon tương tự mà không làm mất năng lượng Tuy nhiên, trong tr ng ườ hợp khuếch đại Raman, photon bơm tới giải phóng năng lượng để tạo ra photon có năng lượng giảm đi ở tần s th p h n (t c là bước sóng cao h n) N ng lượng còn ố ấ ơ ứ ơ ă lại của quá trình phát xạ này được hấp th b i môi trườụ ở ng quang silic d i d ng dao ướ ạ động phân tử

K ết luậ n

Như vậy, Chương này đã trình bày những i m chính của quá trình phát triển đ ể của các hệ thống cáp biển, từ tuy n cáp bi n i n báo ế ể đ ệ đầu tiên cách ây g n 150 đ ầ năm cho đến những tuyến cáp quang biển hi n đại s dụệ ử ng công ngh WDM có ệ dung l ng cượ ực cao, cự ly dài xuyên đại dương Các hệ ống cáp quang biể đ th n ã trở thành cơ sở hạ tầng truy n d n qu c tếề ẫ ố quan tr ng nh t k t n i các qu c gia, áp ọ ấ ế ố ố đ ứng các nhu c u dung lượng ngày càng l n, đặc biệt là dung lượng kết nối Internet ầ ớ và các ứng d ng bụ ăng rộng khác

Chương này cũng trình bày sơ đồ t ng quát c a h th ng cáp quang bi n, các ổ ủ ệ ố ể thành phần chính như thiết bị đầu cuối truyền dẫn TTE, thiết bị cấp ngu n PFE, ồ thiết bị giám sát hệ thống SSE, bộ lặp quang và b rẽ nhánh BU Các đặc tính của ộ hệ thống cáp quang biển theo khuyến nghị của ITU-T cũng được trình bày

Phần cuối của chương đã giới thiệu những thành tựu công nghệ mới nh t để ấ ứng d ng k thu t ghép bước sóng quang trong các h th ng thông tin cáp quang ụ ỹ ậ ệ ố bi n ể đường dài Đó là các thành tựu trong khuếch đại quang như sử dụng ngu n ồ bơm 980 nm trong EDFA, bộ khuếch đại Raman DRA, trong bù tán sắc trong s i ợ quang như RDF, IDF và +D/-D, trong thiết b trị ạm đầu cuối bao gồm việc lựa chọn các phương thứ đ ềc i u chế tố ưi u, các b sửộ a méo trước FEC th hệ mới có ế độ lợi lớn hơn Những thành tựu công nghệ đó cho phép xây dựng những hệ thống cáp quang biển mới có khoảng cách r t xa (10.000 km), có dung lấ ượng cực cao (Terabit/s) và giá thành ngày càng hạ

Chương III THIẾT BỊ Ệ THỐNG CÁP QUANG BIỂN WDM H

Phần này sẽ giới thiệu cụ thể hơn v các thành ph n của hệ thống cáp quang ề ầ biển sử dụng công ngh ghép bước sóng WDM trên c sở mộ ốệ ơ t s hệ ố th ng thiết bị của một số hãng cung cấp hệ thống cáp quang biển hàng đầu trên thế giới

Nói chung, thiết bị ệ h thống cáp quang biển c a các hãng s n xu t khác nhau ủ ả ấ về cơ bản là gi ng nhau v giảố ề i pháp k thu t và công ngh Do khuôn kh của đề ỹ ậ ệ ổ tài, ở đ ây có giới thiệu thiết bị của các hãng khác nhau vói m c ứ độ chi ti t khác ế nhau, mụ đc ích là để minh hoạ cho các giải pháp kỹ thuật trong thiết kế các hệ thông cáp quang biể Ở đn ây sẽ giới thiệu một số thiết bị ủ c a các hãng Alcatel, Tyco và Fujitsu

III.1 Thiết b cị ủa Alcatel

Alcatel là hãng hàng đầu trong việc cung cấp và xây d ng các h th ng cáp ự ệ ố quang biển trên thê giới Hãng có khả năng cung cấp dịch vụ trên cơ ở trọn gói bao s gồm khảo sát thiết kế hệ ố th ng, s n xu t các thành ph n h th ng nh thi t b trả ấ ầ ệ ố ư ế ị ạm đầu cuối, cáp bi n, b lể ộ ặp, b rẽộ nhánh, thi t b giám sát… Alcatel c ng i tiên ế ị ũ đ phong trong nghiên cứu và phát triển các công ngh mớ ứệ i ng d ng trong l nh vực ụ ĩ thông tin cáp biển Dưới đây gi i thiớ ệu thế ệ ả h s n phẩm mới nhất của Alcatel

1) Thi ế t b ị đầ u cu i tr ạ m cáp ố

Thế hệ sản ph m và gi i pháp thương m i m i nh t c a Alcatel là dòng h ẩ ả ạ ớ ấ ủ ọ Đường truyền khu ch ế đại quang (Optical Amplifier Line – OAL) d a trên vi c sử ự ệ dụng khuếch đại quang EDFA trong các bộ lặp H OAL g m hai lo i có m t s ọ ồ ạ ộ ố đặc tính sau:

1 Cự ly hệ thống: Thích hợp cho các hệ thống có cự ly ngắn, trung bình và xa từ các hệ thống không trạm lặp có khoảng lặp 300-450 km cho đến các hệ thống cự ly xa vượt đại dương

- OALW40: là hệ ố th ng DWDM t i 16 x 2,5 Gbit/s trên m t ôi s i, t i a ớ ộ đ ợ ố đ

- Tera10: là hệ ố th ng DWDN t i 105 x 10 Gbit/s trên m t ôi s i, t i a 8 ớ ộ đ ợ ố đ đôi s i (8,4 Tbit/s) ợ

- OALW40: giao diện gi a h th ng cáp bi n và thi t bịữ ệ ố ể ế ghép kênh SDH kèm theo cho mỗi kênh bước sóng là 2,5 Gbit/s theo ITU-T G.707, 708 và 709

- Tera10: giao diện gi a h th ng cáp bi n và thi t b ghép kênh SDH kèm ữ ệ ố ể ế ị

68 theo cho mỗi kênh bước sóng là 10 Gbit/s theo ITU-T G.691

5 Chức năng lớp quang: Do sử dụng khu ch đại quang và ghép kênh bước ế sóng, nên lớp truyền tải quang hoàn toàn ở mức bước sóng (STM-16 ho c STM-ặ

64) Tuỳ ứ ng dụng, lọc quang tại bộ rẽ nhánh BU-WDM cho phép k t n i phù h p ế ố ợ với yêu cầu lưu lượng bằng việc thêm/rẽ một ho c m t số bước sóng tạặ ộ i m i b rẽ ỗ ộ nhánh Việc rẽ bước sóng hoặ ẽc r sợ ại t i bộ rẽ nhánh cho phép có th có nhi u cấu ể ề trúc mạng quang khác nhau Ngoài cấu hình đường trục - rẽ nhánh thông thường, hệ thống còn cho phép cấu trúc kiểu rẽ nhánh của nhánh rẽ (Alcatel đã cung cấp cấu trúc rẽ nhánh này cho Sea-Me-We 3 ở ồ H ng Kông và Ma cao)

6 Chỉ tiêu chất lượng hệ thống

- Chỉ tiêu lỗi: Việc sử dụng S a méo trước FEC thi t b ử ở ế ị đầu cu i cho ố phép chỉ tiêu lỗi tốt hơn ITU-T G.826 trong khi đó vẫn có được khoảng lặp lớn Bằng việc chỉ thị số lỗi các l i ỗ được s a, FEC c ng cho m t phương pháp tiện lợi ử ũ ộ đánh giá quá trình thay đổi c a d tr h th ng ủ ự ữ ệ ố

- Độ tin cậy: Vi c thi t k ph n thiế ịệ ế ế ầ t b chìm có độ tin c y r t cao mức ậ ấ ở chỉ có thể xảy ra m t l i c n ph i s a ch a b ng tàu cáp trong toàn b tu i th 25 ộ ỗ ầ ả ử ữ ằ ộ ổ ọ năm của hệ thống 4 đôi sợi quang có cự ly 5000 km

- Độ khả dụng: Độ kh dụả ng tu thu c vào c ch bảỳ ộ ơ ế o v , d phòng c a ệ ự ủ mạng tức là dự phòng thiết bị, dự phòng tuyến, bảo vệ vòng ring hoặc sự kế ợt h p của các biện pháp này Đối với một tuyến đ ểi m - đ ểi m đ ểi n hình dựa vào dự phòng thiết bị, mất liên lạc sẽ nhỏ ơn 10 phút/năm h

7 Khoảng lặp đ ểi n hình: Khoảng lặ đ ểp i n hình tuỳ thuộc vào khoảng cách chung của hệ thống cáp cũng như vào số kênh bước sóng Trong trường hợp tính tới việc nâng cấp dung lượng hệ thống, thì sẽ phải tính đến số kênh cuối cùng Hình III-

1 chỉ ra các giá trị kho ng lả ặp đ ểi n hình (giá trị thực tiễn phụ thuộc và các yêu cầu riêng của hệ thống được thiết kế)

Hình III-1: Khoảng cách lặ đ ể p i n hình theo th c nghiệm của Alcatel ự

8 Giám sát tuyến: Hệ thống được trang bị mộ ệ ốt h th ng giám sát tr c ti p ự ế riêng, cho phép tiếp nhận đồng thời thông tin đầy đủ về tình trạng của cáp và các bộ khuếch đại trong khi hệ thống làm việc Việc đo trực tiếp mức công suất vào và ra cũng như các giá trị dòng laser bơm cho phép xác định dễ dàng ph n thi t b hư ầ ế ị hỏng Ngoài ra, hệ thống cho phép xác định chính xác vị trí cáp đứt bằng kỹ thu t ậ EOTDR (Extended Optical Time Domain Reflectometry)

9 Cấu hình cơ bản: M i h th ng g m có các thành ph n chìm nh cáp, b ỗ ệ ố ồ ầ ư ộ lặp, bộ rẽ nhánh và các thành ph n thi t b tr m cáp: thi t b đầu cu i đường truy n ầ ế ị ạ ế ị ố ề phần dưới biển (SLTE), thiết bị cấp ngu n PFE, thiết bị SDH hoặc ATM switch, IP ồ router và thiết bị quản lý mạng i kèm đ

10 Thiết bị đầu cuối đưòng truyền cáp biển SLTE

S ơ đồ ở hình III-2 mô tả cấu hình c a thi t b SLTE c a lo i OALW4 Thi t ủ ế ị ủ ạ ế bị thực hiện các chức năng:

THIẾT BỊ HỆ THỐNG CÁP QUANG BIỂN WDM

M ột số hệ thống cáp quang biể n

- Hệ thống cáp quang biển Sea-Me-We 3 được xây dựng nối 39 đ ểm cập i bờ thuộc 33 nước và bốn lục địa từ Tây Âu tớ Đi ông Bắc Á và Australia, bao gồm:

Goonhily (Anh), Oostende (Bỉ), Norden (Đức), Penmarch (Pháp), Sesimbra (Bồ đ ào nha), Tetu (Ma rốc), Maraza (Ý), Chania (Hy lạp),Marmaris (Th nh kỳ), ổ ĩ Yeroskipos (Síp), Alexandria và Suez (Ai cập), Jeddar (Saudi Arabia), Djibuti (Djibuti), Muscat (Oman), Fujairah (UAE), Karachi (Pakistan), Mumbai và Cochin (Ấn độ), Mt Lavinta (Sri Lanka), Pyapon (Myanmar), Saturn (Thái lan), Penang và Mersing (Malaysia), Medan và Jakarta (Indonesia), Tuas (Singapore), Tungky (Brunei), Đà nẵng (Việt nam), Batangas (Phi lip pin), Deep Water Bay (Hồng kông), Shantou và Shanghai (Trung quốc), Fengshan và Toucheng (Đài loan), Keoje (Hàn quốc), Okinawa (Nhật bản), Perth (Australia)

- Một số đặc đ ểm chính củi a h th ng cáp quang bi n Sea-Me-We 3 được ệ ố ể liệt kê trong Bảng III.-3 dướ đây: i

Dung lượng thiết kế ệ h thống

2,5 Gbit/s x 8 bước sóng x 2 đôi sợi Nâng cấp bước sóng lên 10 Gbit/s

C ấu hình: Đường trục, rẽ nhánh, bao gồm 10 phân đ ạn: o

Chiều dài tuyến cáp: 18.500 km

Giá trị đầ ư u t : 1,5 tỷ USD

Thời gian đưa vào khai thác 2000

Bảng III.3: Các đặ đ ể c i m chính củ a h thống cáp quang biển Sea-Me-We 3 ệ

- Hình III-17 trình bày tuyến cáp Sea-Me-We 3 trên b n đồ thế ớả gi i

- Quản lý khai thác: Sea-Me-We 3 do 95 thành viên là các nhà khai thác viễn thông hàng đầu góp vốn đầu t xây d ng Vi c qu n lý chung do các thành ư ự ệ ả viên cử đại diện tham gia Về sửa ch a tuy n cáp, h th ng tham gia vào các t ữ ế ệ ố ổ chức bảo dưỡng và sửa chữa cáp biển khu vực (Yokohama, SEAIOCMA…) Việc tổ chức khôi phục lưu lượng trong trường hợp sự cố cáp th c hi n thông qua các k ự ệ ế hoạch khôi phục được lập dựa trên việc sử dụng dung lượng của các h th ng cáp ệ ố biển khác

Hình III-17: B n h ả đồ ệ thống cáp quang biển Sea-Me-We 3

- Hệ thống cáp quang biển Sea-Me-We 3 bao gồm 10 phân đ ạo n (Segment) Mỗi phân đ ạo n thực tế là mộ ệ ốt h th ng cáp quang bi n hoàn ch nh, do ể ỉ nhà cung cấp khác nhau cung cấp và xây dựng Hình III-18 trình bày sơ đồ c u hình ấ hệ thống bao gồm nhiều phân đ ạn o

- Mỗi phân đ ạn gồm có hai trạm o đầu cuối kết nối với nhau bằng đường cáp trục chính (trạm FFD) và các trạm rẽ nhánh (trạm WDM) Các trạm FFD kết cuối cáp trục chính với đầ đủy 8 bước sóng trên mỗ đôi sợi quang, thực hiện đấu i nối lưu lượng của các tr m r và c a c hệạ ẽ ủ ả th ng Còn tr m WDM ố ạ được đấu vào trục chính qua BU và được ghép/rẽ một hoặc vài bước sóng, áp ng nhu c u l u đ ứ ầ ư lượng của trạm rẽ đó Trạm FFD còn giữ chức năng cấp nguồn cho tr c chính, c ng ụ ũ như thực hiện giám sát và quản lý hệ thống

- Thiết bị giao diện với mạng nội địa tại các trạm cáp là thiết bị kết n i ố SDH (SDH Interconnection Equipment –SIE) Tuỳ theo c u hình tr m cáp, SIE có ấ ạ thể là thiết bị SDH TM, ADM hoặc DXC Các trạm FFD sử dụng DXC để đấu n i ố lưu lượng giữa các trạm trong Segment và đấu nối giữa các Segment với nhau ở mức giao diện 2, 45 hoặc 155 Mbit/s Xem ví dụ sơ đồ đấu n i bước sóng c a S2 ố ủ ở Hình III-19, sơ đồ cấu hình thiết bị ột trạm cáp WDM ở Hình III-20 m

Hình III-18: Cấu hình hệ thống cáp quang biển Sea-Me-We 3

Hình III-19: C ấu hình đấ u n ối bước sóng của Segment S2 – Sea-MeWe 3

Legend STM16 Optical Signal STM1 Electrical Signal DCN & EOW Signal Umbilic Interface SMS Network

Hình III-20: S c ơ đồ ấu hình thiết bị trạm đầu cuối nhánh rẽ ủa Sea-Me-We 3 c

C2CCN là một h thệ ống cáp biển vòng Ring có dung lượng l n nhớ ất thế giới gồm 10 trạm đầu cuối tại 7 quốc gia châu Á Đây là một tuyến cáp biể ưn t nhân do C2C, một công ty cổ phần thuộc SingTel sở ữu, đầu tư h và xây d ng ự

Các đặc đ ểi m chính của tuyến cáp biển C2CCN được liệt kê ở Bảng III-4 dưới đây:

- Dung lượng thiết kế ệ h thống: 7,68 Terabit/s

10G x 96 bước sóng, 8 đôi sợi quang

- Cấu hình: Vòng Ring, tự khôi phục, dự phòng cao

- Chiều dài tuyến cáp: 17000 km

- Giá trị đầ ư u t : 2 tỷ USD

- Các đ ể i m cậ p b : ờ Shima, Chikura (Nhật); Pusan (Korea);

Shanghai (Trung Quốc); Changi (Singapore); Batangas (Philippines);

Tansui, Fangshan (Đài Loan); và, Chung Hom Kok (Hồng Kông)

- Đ ể i m nối với tuyến China-US Fangshan và Chikura

- Đ ể i m nối với tuyến Japan-US Shima

Bảng III.4: Các đặ đ ể c i m chính củ a h thống cáp quang biển C2CCN ệ

C2CCN đã mua sợi trên tuyến cáp xuyên Thái Bình Dương mới của TyCom cho phép cung cấp dung lượng đấu nối tr c ti p v i M ự ế ớ ỹ

Hình III-21: B n h ả đồ ệ thống cáp quang biển C2CCN

Một số ưu đ ểm của tuyến cáp biển C2CCN: i

- C2CCN là tuyến cáp bi n có dung lượng c c l n, v i dung lượng thi t k ể ự ớ ớ ế ế tới 7,86 Terabit/s (10 Gbit/s x 96λ x 8 đôi sợi)

- Độ an toàn cao bao gồm hai vòng Ring, tự động khôi ph c l u lượng ụ ư trong trường hợp sự ố c như đứt cáp, h ng thiết bị… ỏ

- Đấu nố ới t i các nước tr ng i m trong khu v c: Singapore, H ng Kông, ọ đ ể ự ồ Đài loan, Hàn qu c và Nh t b n ố ậ ả

- Hơn nữa, C2CCN là tuyến cáp khu vực Châu Á nhưng có khả năng cung cấp dung lượng kết nối trực tiếp đi Mỹ

Hình II-26 mô tả cấu hình đấu n i c a h th ng cáp quang bi n C2CCN H ố ủ ệ ố ể ệ thống hình thành gồm hai vòng ring phía bắc và phía nam nên tăng cường độ an toàn hệ thống

Hình III-22: Cấu hình hệ thống cáp quang biển C2CCN

Hệ thống C2CCN do hãng Tyco cung cấp và xây dựng tr n gói Thi t b sử ọ ế ị dụng là loại Terawave TM đã được giới thiệu ở Mục III.1.2.

K ết luậ n

Chương này giới thi u m t s hệ ốệ ộ ố th ng thi t b cáp quang bi n mới nhất của ế ị ể các hãng cung cấp hàng đầu là Alcatel, Tyco và Fujitsu Các đặc đ ểi m thiết bị, các công nghệ ứ ng dụng đã được trình bày Qua việc giới thiệu này, với rất nhiều hình vẽ minh hoạ, tác giả hy vọng người đọc sẽ có hiểu rõ hơn về các kỹ thuật, công nghệ mới nh t ng d ng trong các hệ ốấ ứ ụ th ng cáp quang bi n WDM dung lượng cao ể khoảng cách xa hiện nay trên thế giới

Ngoài ra, Chương này cũng giới thiệu những thông tin khái quát v hai hề ệ thống cáp quang biển lớn trên thế giới Tuy n Sea-Me-We 3 là tuy n cáp quang ế ế biển có rất nhiề đ ểu i m cập bờ từ Á sang Âu, trong ó có Vi t nam ( à n ng), là đ ệ Đ ẵ tuyến cáp quang biển quang trọng hàng đầ đốu i với Vi t nam hi n nay Trong khi ệ ệ đó, tuy n cáp quang bi n C2CCN là mộế ể t tuy n cáp quang bi n rấế ể t hi n đại, có dung ệ lượng thiết kế cự ớc l n và ng d ng các công ngh mớứ ụ ệ i nh t hi n nay, là m t tuy n ấ ệ ộ ế cáp biển rất tiềm năng trong khu vực

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG YÊU CẦU KỸ THUẬT CHO TUYẾN CÁP

Lựa chọn dung lượng và công nghệ và cấu hình hệ thống

IV.1.1 Nhu c ầ u dung l ượ ng c ủ a Vi ệ t nam

Thị trường các dịch vụ viễn thông Việt nam là một trong những thị trường phát tri n nhanh nhể ất trên thế giới, đặc biệt là những dịch vụ như di động, Internet, băng rộng Chính phủ Việt nam đã có những kế hoạch lớn lao về phát triển viễn thông và công nghệ thông tin như mộ ĩt l nh v c m i nh n để thúc đẩy phát tri n đất ự ũ ọ ể nước Mặt khác, Chính phủ cũng đã có nh ng chính sách, l trình c th tạo nên ữ ộ ụ ể một thị trường viễn thông mở cửa, c nh tranh và h i nh p qu c t ó là nh ng c ạ ộ ậ ố ế Đ ữ ơ sở tạo nên sự tăng trưởng nhanh chóng nhu cầu v dung lượng truy n d n qu c t ề ề ẫ ố ế

Dung lượng truyền dẫn quốc tế, mà chủ yếu là ph c v kế ốụ ụ t n i Internet, ã đ tăng trưởng đột biến trong những năm vừa qua, do sự phổ cập Internet, đặc bi t là ệ với sự ứng dụng truy nhập băng rộng ADSL Bảng 3 trình bày nhu cầu dung lượng truyền dẫn quốc tế tính t i nớ ăm 2014

Nhu cầu dung lượng (STM-1)

Khu vực Bắc Mỹ 3,9 13,3 28,2 56,6 83,1 100,0 110,9 115,0 115,9 114,2 110,7 Khu vực Châu Âu 0,6 10,7 23,1 46,9 69,0 83,1 92,0 95,3 95,7 93,9 90,6 Khu vực Châu Á 12,7 12 24,1 47,0 68,3 82,1 91,2 95,0 96,5 96,0 94,3 Tổng:

Bảng IV.1: D ự báo nhu c u dung lượ ầ ng truy ề n d n qu c tế ẫ ố

Như vậy theo d báo, nhu c u dung lượng truyền dẫn quốc tế củự ầ a Vi t nam ệ vào năm 2010 là 294 STM-1, hay tương đương khoảng 46 Gbit/s Trong khi đó, nếu chỉ kết nối tới hai điểm lân c n là H ng kông và Singapore, thì TVH, Sea-Me-We 3 ậ ồ và CSC chỉ đ áp ng khoảng 1/10 nhu cầ đứ u ó

Bởi vậy, cần phải có kế hoạch xây dựng tuyến cáp quang biển mới cập bờ vào Việt nam trong những năm tới để bổ xung dung lượng c ng nh hình thành ũ ư phân hướng lưu lượng mới, đảm bảo an toàn thông tin khi lưu lượng tăng lên rất cao

Tổng Công ty Bưu chính Viễn thông Việt nam đang có kế hoạch hợp tác với

93 đối tác nước ngoài xây dựng mộ ệ ốđể t h th ng cáp quang biển m i n i Vi t nam t i ớ ố ệ ớ Hồng kông (Tuyến cáp quang biển Việt nam - Hồng kông) trong giai đ ạo n 2004-

2006 Đề tài này nghiên cứu và đề xuất những vấn đề kỹ thu t chính để tham khảo ậ trong quá trình thiết kế ệ h thống và xây dựng các yêu cầu k thu t c a d án ỹ ậ ủ ự

IV.1.2 L ự a ch ọ n dung l ượ ng thi ế t k ế c ủ a h ệ th ố ng

1) Việc lựa chọn dung lượng thiết kế cho hệ thống cáp quang biển quốc tế dựa trên nguyên tắc:

- Do là thành phần tr ng y u củọ ế a c sở hạ tầơ ng vi n thông quốễ c gia, h ệ thống cáp quang biển đòi hỏi có độ tin cậy, độ an toàn rất cao và có tuổi thọ thiết kế kéo dài 20 tới 25 năm Do đó, việc thiết kế ệ h thống để trong khoảng 10 năm đầu s ử dụng hết dung lượng thiết kế là có hiệu quả kinh tế cao

- Dung lượng sử dụng trên h th ng ngoài dành cho l u lượng các loại ệ ố ư hình dịch vụ viễn thông quốc tế (thoại, data, Internet), còn dùng để khôi phục lưu lượng trên các hệ thống khác Với một quốc gia, cần có vài ba hệ thống cáp biển khác nhau Do đó, dung lượng của hệ thống sẽ lớn h n t 1/3 ơ ừ đến 1/2 dung lượng dành cho lưu lượng thực chạy trên đó

- Việc lựa chọn công nghệ dựa trên c sởở nh ng ti n b mớữ ế ộ i và đảm b o ả tính kinh tế của đầu t và khai thác, thông qua ch tiêu ánh giá là giá thành trên ư ỉ đ một đơn vị dung lượng (STM-1)

2) Dung lượng thiế ết k cho tuy n cáp quang biển mới của Việt nam ế

- Theo số ệ li u d báo nhu cầu dung lượng trong 10 năm, theo nguyên tắc ự lựa chọn như nêu ở trên thì dung lượng thiết kế tối thi u c a h th ng cáp quang ể ủ ệ ố biển mới Việt nam - Hồng kông là 72 Gbit/s

- Vậy lựa chọn dung lượng thiết kế dự kiến của hệ thống là 80 Gbit/s

- Dung lượng ban đầu dự ế ki n trang b cho h th ng là 20 Gbit/s ị ệ ố

Việc lựa chọn địa đ ểi m nước ngoài để kết cu i tuy n cáp biểố ế n m i d a trên ớ ự các yếu tố sau:

- Phải là đầu mối tập trung nhiều tuyến cáp quang biển hiện đại, dung lượng cao và có khả năng kết nối đi các nơi trên thế giới

- Gần với Việt nam về địa lý để tối thiểu khoảng cách tuyến

- Có môi trường mở cử ựa t do v vi n thông, các chính sách và th tụề ễ ủ c c p ấ phép thuận tiện

- Có giá cả, th tụủ c thuê, mua địa i m c p b , tuy n trung k , PoP h p lý đ ể ậ ờ ế ế ợ và dễ dàng

Khu vự Đc ông Á lân cận với Việt nam có các đ ểi m phù hợp với các đ ềi u

94 kiện trên là Hồng kông, Singapore, Đài loan và Nhật bản Do đ ềi u kiện địa lý xa hơn nên việc l a chự ọn địa i m chỉ nên cân nhắc giữđ ể a Hồng kông và Singapore

H ồ ng kông: Xét bố đ ền i u ki n trên thì có th th y H ng kông là ệ ể ấ ồ địa i m đ ể phù hợp nhất do gần về địa lý với Việt nam Hơn nữa, Hồng kông là trung tâm kết nối dung lượng quốc tế lớn th 2 khu v c ông Á, sau Nh t b n H u h t các h ứ ở ự Đ ậ ả ầ ế ệ thống cáp quang biển lớn trong khu vự đ ềc i u c p b Hồậ ờ ng kông (Hình IV-2) H ng ồ kông có môi trường pháp lý về viễn thông mở cửa, h u h t các hãng vi n thông ầ ế ễ hàng đầu trên thế giới đều có chi nhánh và văn phòng ho t động tại Hồng kông ạ

Hình IV-1: Các hệ thống cáp quang bi ể n k t cuố ở ế i khu vự Đ c ông Á

Singapore: Singapore cũng là một địa i m phù hợp đ ể để kết n i do c ng là ố ũ một trung tâm kết nối dung lượng quốc tế lớn trong khu v c Singapore là đầu m i ự ố để kế ốt n i sang phía Châu Âu, Australia Th trường Singapore m cửị ở a v i tham gia ớ hoạt động của nhiều hãng viễn thông hàng đầu thế giới, tuy nhiên về hạ tầng vi n ễ thông, SingTel vẫn vượt trội

Trên cơ sở phân tích trên và c n c vào nhu c u dung lượng củă ứ ầ a Vi t nam ệ chủ yếu là k t n i i M và các nước trong khu v c, và trên c sởế ố đ ỹ ự ơ Vi t nam s ch ệ ẽ ủ động tự u tưđầ tuy n cáp bi n của riêng mình đáp ứng nhu cầu phát triển của đất ế ể để nước, thì địa đ ểm nước ngoài phù hợp cho tuyến cáp biển mới i là H ng kông ồ

Việc lựa chọn địa đ ểi m trong nướ đểc xây dựng trạm cập bờ cho tuyến cáp biển mới dựa trên các yếu tố sau:

- Có vị trí địa lý thu n l i để kế ốậ ợ t n i tuy n i Hông kông nh m gi m thi u ế đ ằ ả ể chiều dài tuyến cáp, giảm chi phi phí đầu tư

- Địa đ ểi m n m vùng bi n thuận lợi cho thiết kế, thi công và quản lý khai ằ ở ể thác tuyến cáp với các yếu tố cần xem xét nh i u ki n địa lý c a áy bi n, biên ư đ ề ệ ủ đ ể giới quốc gia, hoạt động đánh cá, hoạ động tàu thuyền, hoạt t động khai thác tài nguyên biển như ầ d u khí, cát…

- Thuận lợi để kết n i v i m ng truy n d n đường tr c n i ố ớ ạ ề ẫ ụ ộ địa, các trung tâm viễn thông chính

- Có cơ ở ạ ầ s h t ng t t nh đường xá, ngu n i n, nhà tr m… ố ư ồ đ ệ ạ

Trên cơ sở các y u t trên thì hai ế ố địa i m à n ng và V ng Tàu là thích đ ể Đ ẵ ũ hợp Tại đây đã có xây dựng nhà trạm cho trạm cấp bờ cáp quang biển SMW3 và TVH Các trang bị tại tr m nh mặạ ư t b ng, ngu n i n, i u hoà không khí, tuy n ằ ồ đ ệ đ ề ế cống bể, tuyến trung kế… đều đã được thi t k dựế ế phòng cho phát tri n các tuy n ể ế cáp biển tương lai Đà nẵng và Vũng Tàu có đ ềi u kiện thuận lợi để thi công và quản lý tuyến cáp Tuy nhiên, ở Vũng Tàu thì việ ực l a ch n tuy n cáp sẽọ ế khó kh n hơn vì ă đây là khu v c khai thác d u ự ầ

Lựa chọn tuyến cáp

IV.2.1 Các y ế u t ố c ầ n xem xét khi l ự a ch ọ n tuy ế n cáp:

Khi nghiên cứu lựa chọn hướng tuyến cho một h thệ ống cáp quang biển c n ầ phải tuân theo những nguyên tắc sau để tối thiểu hoá những tác động có hại đến quỹ công suất hệ thống, đến thay đổi chiều dài tuyến cáp và tố ưi u v giá thành đầu tư ề

- Bề mặt và đ ều kiện địa lý củ đi a áy biển;

- Các tuyến cáp biển và tuyến dẫn dầu hi n t i và trong k ho ch; ệ ạ ế ạ

- Các khu vực dành cho khai thác d u khí, khai thác cát; ầ

- Những hạn chế về hàng hải;

- Những công trình bờ biển khác

- Độ dốc bề mặt đáy biển cần phải được tính đến khi thiết kế tuyến

- Các thông tin địa lý của b mặ đề t áy bi n c n ph i có đầy đủ cho việể ầ ả c thi t ế

99 kế tuyến Những khu vực bãi cát ngầm cần phải tránh xa vì rất khó khăn cho trôn cáp Hầu hết tuyến cáp chạy qua thềm lục địa có độ dố ớc l n, các lòng ch o nước ả sâu Để giảm rủi ro đối với cáp do tính không ổn định của sườn dốc và tác động xoáy của các dòng hải lưu, nói chung tuyến cáp được chạy vuông góc với hướng tác động của sườn dố Ởc cùng nước nông khi cáp c n phải trôn, tuyếầ n cáp ch n ph i ọ ả tránh những khu vự đc á ngầm, san hô mà ảnh hưởng tới quá trình thi công trôn cáp Những khu vực mà thuỷ động lực học và các trầm tích đáy biển có thể dẫ ớn t i hình thành sóng cát hoặc sự dịch chuy n các tr m tích áy bi n c ng c n ph i tránh vì ể ầ đ ể ũ ầ ả khó khăn cho ào rãnh trôn hoặc sẽ b hđ ị ở cáp sau khi thi công

Theo thống kê, đánh bắ ảt c là m t nguyên nhân chính c a s cốộ ủ ự cáp bi n ở ể những tuyến cáp mà không được trôn một cách thích h p hoặợ c cáp trôn b hởị do s ự dịch chuyển của trầm tích Đa số trường hợp sự cố là do tàu đánh cá sử dụng lưới rê vướng phải cáp

3) Các tuy ế n cáp bi ể n, tuy ế n ố ng d n d u hi n có và trong k ho ch ẫ ầ ệ ế ạ

Khi thiết kế tuyến cáp biển phải tính tới việc tuy n s cắế ẽ t ngang nh ng tuy n ữ ế cáp biển hoặc tuyến ống dẫn dầu hiện có cũng nhưng trong kế hoạch Phải hạn chế đến tố đi a vi c c t ngang này vì r i ro cao đối v i tuy n thi công, các tuy n hi n có, ệ ắ ủ ớ ế ế ệ kinh phí thi công khá cao và thủ ụ t c thương lượng khá phức tạp

Tuyến cáp biển mới Việt nam (Đà nẵng) đi Hông kông có khả năng ph i c t ả ắ ngang qua một số tuyến cáp biển và tuy n ng d n d u hi n có và trong k ho ch ế ố ẫ ầ ệ ế ạ như sau:

NSFOCL-SEG-5_v2.2 trong kế hoạch

VM-DOM-1 trong kế hoạch

NSFOCL-SEG-5_v2.2 (P) trong kế hoạch NSFOCL-SEG-5_v2.2 (P) trong kế hoạch SMW3-SEG-2.15 đang sử ụ d ng Pipeline (P) (Survey) trong kế hoạch

APCN2-SEG-S2 (IS) đang sử ụ d ng

APCN2-SEG-S2 (IS) đang sử ụ d ng

Một số tiêu chí kỹ thuật cho việc lựa chọn tuyến cáp khi cắt ngang các tuyến hiện có và trong kế hoạch là:

- Cắt ngang tuyến cáp/ống dẫn dầ đu ang khai thác hay trong kế hoạch với góc tối thiểu 60 o

- Cắt ngang tuyến cáp/ống d n d u không s d ng v i góc t i thi u 20ẫ ầ ử ụ ớ ố ể o

- Cắt ngang tuyến cáp/ống dẫn dầ đu ang khai thác hay trong kế hoạch với khoảng cách tới trạm lặp cạnh đó ít nh t 2 đến 3 l n độ sâu nước biển ấ ầ

- Khi tuyến cáp ch y song song v i tuy n cáp/ống dẫn dầu đang khai thác ạ ớ ế hay trong kế hoạch thì khoảng cách tới tuyến cáp/ống dẫn dầu đó ít nhất là 2 đến 3 lần độ sâu nước biển

Neo tàu là một nguyên nhân chính đe doạ tới các tuy n cáp biểế n Tuy n cáp ế phải được lựa chọ để tránh những khu vực neo đậu tàu biể Ởn n nh ng khu v c m t ữ ự ậ độ tàu lớn như vùng bi n Hồng kông đ ạể o n cáp cập bờ phải được trôn sâu tới 10m

Bảng IV-2 liệt kê một số sự cố cáp bi n củể a các tuy n khác nhau trong khu ế vực dự kiến lựa chọn hướng tuyến cho hệ thống cáp quang biển n i Vi t nam - ố ệ Hồng kông Ta thấy đa số sự cố cáp bi n là do neo tàu, do đánh cá và do các tác ể động khác làm cáp bị căng qua m c ứ đến b ị đứt, b xo n Chính vì v y, vi c l a ị ắ ậ ệ ự chọn hướng tuyến phù hợp là hết sức quan trọng, đảm bảo an toàn cho tuyến cáp trong quá trình khai thác lâu dài

Hệ thống Ngày sự ố c Vĩ độ Kinh độ Độ sâu (m) Nguyên nhân

TVH-SEG-B1 06/04/1997 1128km từ SRA Chập cáp

SMW3-S2 19/10/1999 160km từ Shantou Neo tàu

SMW3-S2.7 04/10/2000 86km từ Tuas Bị ắ c t do lưới vét

SMW3-S2.7 14/02/2001 97km từ Tuas Bị ắ c t do lưới vét

SMW3-S2 20/09/2001 23 o 13 116 o 45 Neo tàu bị bão

FLAG-SEG-N 15/09/1999 22.13 114.12 27 Neo tàu làm đứt cáp

FLAG-SEG-P 15/09/1999 22.14 114.12 27 Neo tàu làm đứt cáp

HJK-SEG-HK 18/10/1999 21.71 116.05 114 Đánh cá

APCN-SEG-B8 1/11/1996 22.12 114.17 30 Neo tàu bị trôi

APCN-SEG-B8 2/01/1997 22.12 114.13 27 Neo tàu bị trôi

APCN-SEG-B8 23/09/1997 20.98 114.15 80 Đứt do lực căng

APCN-SEG-B8 8/09/1996 22.12 114.16 29 Neo tàu bị trôi

APCN-SEG-B8 15/10/1996 22.12 114.13 29 Neo tàu bị trôi

FLAG-SEG-P 16/09/1999 22.14 114.05 25 Neo tàu bị trôi

HJK-SEG-HK 11/02/1995 22.11 114.73 61 Do lưới vét

HJK-SEG-HK 2/03/1990 21.70 116.07 117 Không rõ

HONTAI2 16/02/1991 22.23 114.54 54 Neo tàu bị trôi

LUHO 29/11/1993 21.43 115.16 32 Cáp đứt do lực căng

LUHO 12/08/1995 21.43 115.16 32 Cáp đứt do lực căng

LUHO 8/02/1981 22.19 114.52 10 Cáp đứt do lực căng

SEACOM F 12/10/1979 22.13 114.78 46 Cáp đứt do lực căng

SEACOM F 12/10/1980 22.05 115.04 61 Cáp bị nghiến nát

SEACOM F 31/10/1981 22.21 114.28 30 Cáp xoắn do neo

SEACOM F 10/10/1976 22.20 114.30 33 Cáp đứt do lực căng

SHT-SEG-A 18/07/1992 22.19 114.47 32 Neo tàu bị trôi

SHT-SEG-A 16/10/1990 22.16 114.51 30 Neo tàu bị trôi

SHT-SEG-A 16/05/1995 21.29 114.89 94 Cáp đứt do neo tàu

HJK-SEG-HK 11/02/1995 22.11 114.73 61 Neo tàu

SEACOM-SEG-F 12/10/1979 22.13 114.78 46 Đứt do lực căng

SEACOM-SEG-F 12/10/1980 22.05 115.04 61 Cáp bị nghiến nát

SEACOM-SEG-F 31/10/1981 22.21 114.28 30 Cáp bị xoắn

SEACOM-SEG-F 4/09/1982 22.13 114.78 44 Cáp bị xoắn

Bảng IV.2: Danh mục m ột số ự ố s c cáp biể ở n khu vự c tuy ến cáp dự kiến

IV.2.2 L ự a ch ọ n h ướ ng tuy ế n

Trên cơ ở s các phân tích ở trên và dựa vào kh o sát trên b n đồ và các s li u ả ả ố ệ thống kê, dướ đây là bản đồ tuyến và danh mục vi trí tuyến sơ ội b đề nghị cho tuyến cáp quang biển Việt nam - Hồng kông Đây là kết quả làm việc của tác giả đề tài cùng cộng sự và đối tác nước ngoài trong quá trình nghiên cứu tiến khả thi dự án

Việc thiết kế chi tiết tuyến cáp để phục vụ cho đấu thầu và s n xuất thi công ả phải tiến hành công phu hơn nhiều, và ít nhất phải qua hai bước:

- Desktop Study (nghiên cứu trên bàn): do nhà tư ấ v n kh o sát thi t kế ựả ế th c hiện Quá trình này bao gồm các công tác khảo sát các số liệu về địa lý, môi trường, địa đ ểi m, các b n đồ chi tiế ủả t c a khu v c tuy n cáp d ki n đự ế ự ế i qua để thi t k hướng ế ế tuyến trên bản đồ (tỷ lệ 1:500.000), danh m c v trí tuy n cáp chi ti t và các hướng ụ ị ế ế dẫn, lưu ý liên quan khác Kết quả này sử ụ d ng để đấu thầu, mua sắm

- Khảo sát, thiết kế của nhà th u: trên c sở kếầ ơ t qu desktop study, sau khi ả trúng thầu, nhà thầu sẽ tiến hành khảo sát kỹ lưỡng tuyến cáp b ng tàu cáp có trang ằ bị các phương tiện đo đạc, thăm dò chuyên dụng để có đ ềi u chỉnh, sửa đổi cho chính xác thiết kế tuyến trước khi sản xuất và thi công rải cáp

Hình IV-5: Bả đồ n tuyế n d kiến cho tuyến cáp quang biển Việt nam - Hồng kông ự

STT V ĩ độ Kinh độ Kh/cách

Lo ạ i cáp Ghi chú Đ ạ o n Lu ti n ỹ ế Theo lo i ạ

Tuyến cáp biển Việt nam - Hồng kông Đ à n ng ẵ

Bảng IV.3: Danh m ục vị trí tuyế n d kiến cho tuyế ự n cáp bi ển Việt nam - Hồng kông

Yêu cầu kỹ thuật cho hệ thống

IV.3.1 Ch ỉ tiêu ch ấ t l ượ ng h ệ th ố ng

Tuyến cáp quang biển Việt nam - Hồng kông (viết tắt là V-H) sẽ có tuổi thọ thiết kế là 25 năm tính từ khi nghiệm thu đưa vào khai thác

Tất cả các phần tử, linh kiện, công nghệ sử dụng cho h th ng ph i ệ ố ả được kiểm tra, đo thử và thử thách tốt để đảm bảo yêu cầ độ tin cậy của hệ thống, đặc u biệt là những thiết bị ậ, v t liệu, linh kiện s d ng trong ph n chìm (cáp, tr m l p) ử ụ ầ ạ ặ

Khi thiết kế hệ ố th ng, ph i tính toán s lầả ố n h hỏư ng và m t liên lạc gây ra do ấ

104 sự cố thi t b ế ị đối v i ph n chìm và phần thiết b trớ ầ ị ạm TSE Số lần s a ch a c n ử ữ ầ dùng tới tàu cáp do sự cố thi t b chìm ph i đạt 0,5 l n trong th i gian tu i th thi t ế ị ả ầ ờ ổ ọ ế kế 25 năm

Các thiết bị sử dụng trên h th ng ệ ố đặc bi t là SLTE, PFE, SDH và repeater ệ cần có cơ chế dự phòng cạc để tăng độ dự phòng, nâng cao tin cậy hệ thống độ

2) Các giao di ệ n h ệ th ố ng

Tuyến cáp biển V-H có các phần đường truyền số (DLS) độc lập giữa các giao diện kết nối với mạng nội địa tuân thủ theo các Khuyến nghị của ITU-T G.703, G.707 và G.957 cho các giao diện STM-1, STM-4, STM-16 và STM-64 Giao diện STM-1 là giao diện cơ ở s

Ngoài ra giao diện với mạng nội địa cũng có khả ă n ng cấp tr c ti p các c ng ự ế ổ

Giao diện giữa SLTE và SDH/DXC (STM-64): S-64.3, S-64.2

Các giao diện của thiết bị SDH/DXC:

Các chức năng chuy n m ch b o v sẽể ạ ả ệ tuân th ITU-T G.783 Các giao di n ủ ệ quang sẽ đ áp ng cơứ chế chuyển mạch “1+1 bi-directional switching compatible with 1:n bi-directional switching”

3) Ch ỉ tiêu ch ấ t l ượ ng c ủ a ph ầ n đườ ng truy n s (DLS) ề ố

Chỉ tiêu chất lượng của phần đường truyền số sẽ tho mãn các khuy n ngh ả ế ị của ITU-T trong G.826

- Chỉ tiêu lỗi: Chỉ tiêu lỗi của đường truyền số của h th ng mức STM-ệ ố ở

64 được tính theo công thức sau:

SESR (Severely Error Second Ratio) là tỷ số ủ ố c a s giây b lỗị i nghiêm tr ng ọ trên t ng sổ ố giây trong một kho ng th i gian đo cố định ả ờ

BBER (Background Block Error Ratio) là tỷ số củ ốa s kh i l i nghiêm tr ng ố ỗ ọ trên t ng sổ ố khối có trong một khoảng thời gian o c định đ ố

L là khoảng cách tính bằng km của phần đường truyền số DLS (đối với V-H là khoảng 1000 km)

- Chỉ tiêu Jitter: Mỗi DLS của hệ thống sẽ đáp ứng những yêu cầu sau về jitter theo khuyến nghị ủ c a ITU-T:

Hạn mức thấp của jitter đầu vào chịu được cực đại: DLS của hệ thống sẽ có khả năng ch u ị được t i giao di n ạ ệ đầu vào một tín hi u quang có ệ được tính theo G.957 và được đ ềi u chế ằ b ng một jitter hình sin có quan hệ biên độ/tần số như Hình 6.3/G.958 và tham số như ả B ng 9.2/G.958

Mức jitter đầu ra cực đại khi không có jitter đầu vào: không vượt mức h n ạ chế nêu trong G.958 Đặc tính truyền đạt jitter: dưới m c h n chế trong Hình 6.2/G.958 ứ ạ

4) Ch ỉ tiêu v ề qu ỹ công su ấ t

Khi thiết k thệ ống, phải tính mộ ảt b ng qu công su t t i thi u áp ng m u ỹ ấ ổ ể đ ứ ẫ như trình bày ở Bảng II-2 thu c M c 2), Ph n II.2.1 c a tài liệu này Bảng tính quỹ ộ ụ ầ ủ công suất sẽ chỉ ra giải pháp đảm bảo các chỉ tiêu chất lượng của hệ ống Dự trữ th công suất của hệ thống đố ới v i trường hợp cuối tuổi thọ ệ h thống (EOL) là 1 dB

Quỹ công suất được tính chi tiết dựa trên hệ số Q Hình IV-6 dưới ây di n đ ễ tả biểu đồ hệ số Q là hàm c a BER có FEC và không FEC Ta thấy Q là 11,2 dB ủ tương ứng với BER = 2,4.10 -4 trước FEC và BER = 10 -11 sau FEC Hay nói cách khác, để đạt BER = = 10 -11 ta có giá trị Q tương ứng 11,2 dB và 16,7 dB khi có và không có FEC Vậy hệ s lố ợi sửa méo trước là 5,5 dB

Hình IV-6: Quan hệ ữ gi a BER và giá trị Q

Trong quá trình tính toán quỹ công suất, phải lập một danh sách các thông số có ảnh hưởng tới chỉ tiêu của hệ thống V-H trong các khía cạnh khác nhau như chỉ tiêu lỗi, chỉ tiêu jitter, truyền dẫn tín hiệu giám sát để xem xét, đánh giá Phải chỉ ra hi u ệ ứng tích luỹ của các thông số như ạ t p âm khu ch đại, xuyên kênh, tán sắc màu, ế tán sắc mode phân cực, suy hao/t ng ích phă ụ thuộc phân c c và tính phi tuy n c a ự ế ủ sợi quang được kết hợp lại nh th nào ư ế để xác định ch tiêu ch t lượng c a h ỉ ấ ủ ệ thống

Trong tính toán quỹ công suất, phải bao gồm các giá trị dự ữ tr cho lão hoá và bù trừ cho sửa chữa Giá trị ự d trữ này sẽ được xác định tại thời đ ểi m đo thử nghiệm thu và trong quá trình khai thác (bằng phương pháp đo giá trị Q)

Quỹ công suất tính toán được có thể đ ánh giá bằng giá trị của các thông s ố tối thiểu sau:

- Tốc độ truyền dẫn quang của hệ thống;

- Phương thức đ ềi u chế (NRZ/RZ);

- Các bước sóng khai thác và sai số;

- Công suất quang c a m i bước sóng (đầu ra b l p); ủ ỗ ộ ặ

- Hệ số tạp âm của bộ lặp;

- Khoảng cách lặp và suy hao;

- Đặc tính mã sửa sai;

- Biểu đồ kiểm soát tán sắc

- Phương pháp đ ềi u khiển công suất quang, hệ ố s khuếch đại, phương pháp giám sát;

- Bước sóng bơm; loại sợi EDF;

- Công suất ra danh định c a b l p; ủ ộ ặ

- Công suất vào b l p c c đại và c c ti u; ộ ặ ự ự ể

- Đặc tuyến h s khu ch đại theo công suất vào; ệ ố ế

- Đặc tuyến h s t p âm theo công su t vào; ệ ố ạ ấ

- Độ nhạy phân cực c a b l p theo suy hao và tán s c mode; ủ ộ ặ ắ

- Băng thông quang của bộ khuếch đại và bước sóng lọc tự động;

- Suy hao ở bước sóng khai thác trung tâm;

- Tiết diện hiệu dụng của core;

- Tán sắc màu bước sóng trung tâm v i độ d c; ở ớ ố

- Các thông số phi tuy n ế

- Hình dạng b l c quang ti n khu ch đại, b ng thông và sai số bước sóng; ộ ọ ề ế ă

- Công suất quang t ng danh định, c c đại và c c ti u đầu vào bộ thu; ổ ự ự ể ở

- Công suất quang t ng phát ra c a ph n phát; ổ ủ ầ

- Các giá trị gây méo trước công su t quang cho ph n phát; ấ ầ

- Dạng xung ra, thời gian lên/xuống, tỷ số phân biệt, dịch tần số;

- Độ rộng ph ra, T s d p mode ph (SMSR) c a laser phát; ổ ỷ ố ậ ụ ủ

- Hệ số Q back-to-back của thiết bị (bao gồm cả suy giảm do xuyên kênh quang);

- Loại xáo trộn phân cực;

- Độ ổn định bước sóng laser phát;

- Phương pháp phát tín hiệu giám sát tuyến;

- Phương pháp thu tín hiệu giám sát tuyến;

- Kế hoạch phân bổ bước sóng laser;

- Diễn giải về bảo vệ dự phòng nội bộ

IV.3.2 Ch ỉ tiêu k ỹ thu ậ t thi ế t b ị

Thiết bị trạm đầu cuối (TSE) thực hiện:

- Ghép/tách các tín hiệu STM-64 để truy n d n trên tuy n cáp quang biển; ề ẫ ế

- Cung cấp ngu n cho các tr m l p; ồ ạ ặ

- Thưc hiện đ ều khiển, giám sát và bảo dưỡng i

Thiết bị trạm đầu cuối bao gồm SLTE, PFE, SSE và SDH/DXC a) Các yêu cầu chung

Thiết bị TSE s có chuyển mạẽ ch t động d phòng khi c n thi t để đảm b o ự ự ầ ế ả yêu cầu về độ tin cậy hệ thống và mất liên lạc Cơ chế dự phòng có th là 1:n ho c ể ặ 1+1 Thiết bị TSE được thiết kế có cả chuyển mạch nhân công để sử ụ d ng khi c n ầ

- Thiết bị TSE sẽ có các chỉ tiêu về bức x i n t trường, v i n, v xóc ạ đ ệ ừ ề đ ệ ề và rung động… đáp ng các tiêu chuẩn thiết kế quốc tế ủứ c a IEC

- Các giá máy, shelf thiết b củị a TSE được trang b các phương ti n hi n ị ệ ể thị cảnh báo để chỉ thị tình trạng hoạt động của thiết bị ở trạng thái bình thường, bị sự cố hoặc trạng thái bảo dưỡng

- Thiết bị TSE sẽ bao gồm thiết bị giám sát hệ thống (SSE) để kiểm ta, theo dõi, đ ềi u khiển trạng thái hoạt động và lưu trữ thông tin từ các thiết bị khác nhau của hệ thống

- Thiết bị TSE s nguồn đ ệử i n một chiều có dải đ ệi n áp 40,5 đến 57 VDC Thiết bị nguồn đ ệi n có dự phòng bảo vệ từ hai ngu n riêng biệt để đảm bảo độ tin ồ cậy cao của hệ thống

- Thiết bị TSE phải có dự phòng nóng và nguội đầy đủ đảm bảo khai thác lâu dài

- Thiết bị TSE có khả được quản lý, đ ềi u khiển từ xa, từ hệ ố th ng qu n lý ả mạng tập trung NMS Việc quản lý từ xa bao gồm cả khả năng qu n lý, thi t b ả ế ị PFE, thiết bị chìm b) SLTE

- Thiết bị SLTE thực hiện g p các lu ng tín hi u STM-64 vào một đầu ra ộ ồ ệ

108 quang để tryền dẫn qua cáp biển, và thực hiện ngược lạ ởi đầu kia

- Giao diện c a SLTE v i thi t b SDH/DXC là m c quang STM-64 tuân ủ ớ ế ị ứ thủ với các loại giao diện STM-64 trình bày trong ITU-T G.691

- SLTE cho phép kết n i v i thi t b giám sát thi t b chìm, th m chí khi ố ớ ế ị ế ị ậ mất tín hiệu vào STM-64

- Mỗi nhánh STM-64 của SLTE sẽ vẫn ho t động v i úng ch tiêu c a nó ạ ớ đ ỉ ủ không phụ thuộc vào nhánh khác

- SLTE có các chỉ tiêu v lỗề i và jitter đảm b o tuân th củả ủ a h th ng v i ệ ố ớ chỉ tiêu chất lượng hệ thống như trình bày ở Mục IV.3.1

- Việc sử dụng FEC trong SLTE sẽ tuân thủ ITU-T G.975 SLTE sẽ có chức năng hiển thị số lỗi được s a b ng FEC và tràn mã khi s lỗử ằ ố i không th sửa ể được Kết qu sẽả được g i t i SSE để o ch t lượng truyền d n cử ớ đ ấ ẫ ủa thi t b chìm và ế ị đánh giá d tr ự ữ

K ết luậ n

Chương IV trình bày những nghiên cứu của tác gi đề tài v vi c xây d ng ả ề ệ ự Tuyến cáp quang biển quố ếc t Vi t nam - H ng kông chương này, đề tài ã d a ệ ồ Ở đ ự trên dự báo nhu cầu, dựa trên những phát triển mới nhất về công nghệ để đưa ra những đề xuất cụ thể về thi t k hệế ế th ng nh lựố ư a ch n dung lượng h th ng, l a ọ ệ ố ự chọn công ngh và l a ch n c u hình h th ng c a Tuy n cáp quang V-H Ở đệ ự ọ ấ ệ ố ủ ế ây, một hệ thống kết nối Việt nam (Đà nẵng) - Hồng kông với dung lượng thiết kế 10G x 8λ x 1fp (80 Gbit/s) có cấu hình tuyến cáp đơn được đề nghị Ở chương này c ng trình bày nh ng kh o sát và ũ ữ ả đề xuất sơ bộ về hướng tuyến cáp cho V-H Đồng thời, cũng trình bày những yêu cầu, những yếu t liên ố quan càn tính tới trong quá trình khảo sát thiế ế và thi công rải cáp sau này t k Ở ph n cuốầ i chương, đề tài ã nêu nh ng yêu c u kỹđ ữ ầ thu t c n thi t đối v i ậ ầ ế ớ thiết bị bao gồm thiết bị trạm đầu cuối, trạm lặp và cáp bi n Những yêu cầu này ể câầnphải đáp ứng trong quá trình thiết kế hệ ố th ng và thi công xây l p để đảm b o ắ ả chất lượng lâu dài của tuyến V-H Đây là nh ng đề xu t, thông tin h u ích ữ ấ ữ để tham kh o trong quá trình thiết ả kế, đấu thầu để xây dựng tuyên cáp biển V-H, cũng nh các h th ng khác trong ư ệ ố tương lai

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ

Phần này tóm tắt các k t qu nghiên c u c a đề tài M c tiêu chính là nghiên ế ả ứ ủ ụ cứu các hệ thống cáp quang biển WDM để xây d ng nh ng yêu cầự ữ u k thu t cho ỹ ậ Tuyến cáp quang biển quố ếc t Vi t nam - H ng kông ệ ồ

Các hệ thống cáp quang biển ngày nay là phương tiện chính, đáp ng h u hứ ầ ết các nhu cầu về dung lượng truyền dẫn quốc tế để k t nối các quốế c gia trên th gi i, ế ớ đặc biệt là yêu cầu về thông tin thoại, về truyền số ệ li u, v k t n i Internet toàn c u, ề ế ố ầ và các ứng d ng b ng rụ ă ộng khác Là một trong những cơ sở hạ tầng vi n thông ễ trọng yếu của mỗi quốc gia, các hệ thống cáp quang biển ngày nay ứng dụng nh ng ữ thành tựu công nghệ mới nh t c a thông tin quang, có dung lượng h th ng c c k ấ ủ ệ ố ự ỳ cao tới hàng Terabit/s, có khoảng cách xa nối liền các Châu lục Đề tài đã nghiên c u c bảứ ơ n v kỹề thu t thông tin quang ghép kênh theo ậ bước sóng WDM, các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng truyền dẫn của hệ thống đặc biệt là tán sắc màu trong sợi quang và các hiệ ứu ng phi tuy n trong h th ng WDM ế ệ ố Nghiên cứ đu ã chú trọng tới đặc thù của hệ thống thông tin quang đường dài ứng dụng trong cáp biển với dung lượng cao và khoảng cách rất lớn với nhiều trạm lặp Mục tiêu của các giải pháp kỹ thu t là để tăậ ng kho ng cách l p và các y u tố khác ả ặ ế nhằm giảm kinh phí đấu tư cho hệ thống, tính bằng giá trên STM-1 hoặc giá trên bit Đề tài đã nghiên c u v quá trình phát tri n c a các h th ng thông tin cáp ứ ề ể ủ ệ ố biển, những khái niệm cơ bản c a h th ng thông tin cáp quang bi n bao g m c u ủ ệ ố ể ồ ấ hình hệ thống, các thành phần hệ thống như thiế ị ạt b tr m đầu cu i, tr m l p, tr m r ố ạ ặ ạ ẽ nhánh và cáp quang biển Việc nghiên cứu này g n liền với việc phân tích các yêu ắ cầu, khuyến nghị của ITU-T liên quan đến hệ thống cáp quang biển (G.971-G.977)

T ừ đó, nêu ra những yêu cầu về phẩm chất hệ thống, yêu cầu v các đặc tính c khí, ề ơ đặc tính đ ệi n và c tính quang củđặ a các thành ph n làm c s cho việầ ơ ở c xây d ng các ự yêu cầu kỹ thuật của tuyến V-H được trình bày ở phần sau Đề tài cũng tìm hiểu và gi i thi u v mộ ố ảớ ệ ề t s s n ph m đ ểẩ i n hình của các nhà cung cấp hệ thống cáp quang biển chính trên th gi i bao g m Alcatel, Tyco và ế ớ ồ Fuitsu Hai hệ thống cáp quang biển quốc tế hiện có trên thế giới là Sea-Me-We 3 và C2CCN cũng được giới thi u Các thông tin trình bày khá ệ đ ểi n hình và hữu ích để tham khảo về tình hình k thu t, công ngh hi n tại ỹ ậ ệ ệ

Trên cơ sở các nghiên c u v hệứ ề th ng thông tin quang WDM ng d ng ố ứ ụ trong các hệ thống cáp quang biển, đề tài đã đưa ra những đề xuấ ụ ể cho việc t c th xây dựng tuyến cáp quang biển quố ếc t Vi t nam - H ng kông Đề tài ã đưệ ồ đ a ra đề xuất về cấu hình h th ng bao g m m t tuy n cáp quan bi n đơn n i Vi t nam ( à ệ ố ồ ộ ế ể ố ệ Đ nẵng) - Hồng kông có dung lượng thiế ết k 10G x 8 x 1fp (80 Gbit/s) Hướng tuyến λ sơ bộ cũng được kh o sát và đề ngh i u áng l u ý là k t qu ây là các phân ả ị Đ ề đ ư ế ả ở đ tích về ỹ k thuật và các yếu tố khác cần xem xét trong quá trình l p k ho ch và tri n ậ ế ạ ể khai các công đ ạo n khảo sát thiết kế hệ th ng v i các l a ch n khác nhau Ph n ố ớ ự ọ ầ

115 cuối, kết quả của đề tài là các yêu c u k thu t c th đối v i t ng thành ph n thiết ầ ỹ ậ ụ ể ớ ừ ầ bị như thiết bị trạm cáp (SLTE, PFE, SSE), trạm lặp và cap quang biển

Kết quả nghiên cứu và đề xuất của đề tài này là những thông tin kỹ thuật, công nghệ, các yếu tố liên quan cần thiết phải tính tới trong quá trình lập k ho ch ế ạ và thiết kế, thi công tuyến cáp biển V-H Hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài này sẽ bao gồm các vấn đề sau

Trong quá trình lập k hoế ạch, nghiên cứu khả thi dự án cho việc xây dựng tuyến cáp quang biển quốc tế V-H, chủ đầu t cần nghiên cứu kỹ lưỡng đểư xác nh đị cấu hình hệ thống cho phù hợp với nhu cầu sử dụng, kh năả ng v n ố đầu t và kh ư ả năng quản lý khai thác Đó là là cấu hình hệ thống theo tuyến vòng hay tuyến đơn, dung lượng thiết kế, địa i m cđ ể ập bờ Riêng địa đ ểi m cập bờ ở Hồng kông ph i ả tính tới cả các yếu tố ề v đối tác nước ngoài để đả m bảo các quyề ợi kinh doanh n l

Việc thiết kế chi tiết hướng tuyến cần phải tiến hành tỉ mỉ, th n tr ng d a ậ ọ ự theo các đề nghị sơ bộ ở đề tài này Các i m c n l u ý là các vùng bi n khai thác đ ể ầ ư ể dầu, các tuyến cáp biển/ống d n d u mà tuyếẫ ầ n c t qua và vi c trôn cáp sâu ở đ ểắ ệ i m b ờ ở Hống kông

Các yêu cầu kỹ thuật nêu trong đề tài này xây dựng dựa trên các nghiên cứu về công nghệ, các sản phẩm hiện có và dựa vào các khuyến nghị của ITU-T Đây là các yêu cầu rất cơ bản để tham kh o trong quá trình làm d án, đặc biệả ự t là l p yêu ậ cầu kỹ thuật của hồ sơ mời th u Do pham vi nghiên cứầ u c a m t lu n v n t t ủ ộ ậ ă ố nghiệp, kết quả nghiên cứu ở đ ây chủ yếu đề cập đến các thông s chính v ph m ố ề ẩ chất hệ thống, các đặc tính cơ khí, đặc tính điện và quang của các thành phần thiết bị Khi xây dựng yêu cầu kỹ thuật cụ thể cho dự án, chủ đầu t sẽư ph i xác ả định thêm nhiều yêu cầu cụ ể th hơn n a phù h p v i vi c tri n khai thi công, l p đặt và ữ ợ ớ ệ ể ắ vận hành khai thác hệ thống sau này