Công nghệ WDM tận dụng tài nguyên băng thông truyền dẫn to lớn của sợi quang, làm cho dung lượng truyền dẫn của sợi quang so với truyền dẫn bước sóng đơn tăng từ vài lần tới hàng trăm lần,
Đồ án tốt nghiệp đại học MỤC LỤC M C L CỤ Ụ .i CH NG IƯƠ .2 T NG QUAN V H TH NG WDMỔ Ề Ệ Ố 2 CÁC THÀNH PH N TRONG H TH NG WDMẦ Ệ Ố 14 M T S V N CÔNG NGH THEN CH TỘ Ố Ấ ĐỀ Ệ Ố .56 CH NG IVƯƠ 67 NG D NG C A H TH NG WDMỨ Ụ Ủ Ệ Ố .67 4.1 NG D NG WDM TRONG M NG TRUY N D NỨ Ụ Ạ Ề Ẫ 67 Nguyễn Tnành Chung – D2001VT i Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1. Tổng quan về hệ thống WDM CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG WDM 1.1 Giới thiệu chung Trong những năm gần đây, sự phát triển của các dịch vụ thoại và phi thoại mà đặc biệt là Internet cũng như một số dịch vụ khác đã tạo ra một sự bùng nổ nhu cầu về dung lượng. Điều này đặt lên vai những nhà cung cấp dịch vụ đường trục những khó khăn và thách thức mới. Kĩ thuật ghép kênh theo miền thời gian TDM đã giải quyết phần nào các yêu cầu trên nhưng vẫn còn rất hạn chế. Trong thực tế, tốc độ của tín hiệu TDM thường nhỏ hơn hoặc bằng 10Gb/s. Do ảnh hưởng của hiện tượng tán sắc, hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang và tốc độ của các thành phần điện tử nên khi tăng tốc độ bit của một kênh TDM lên quá giới hạn này, chất lượng hệ thống không đảm bảo. Để thích ứng với sự tăng trưởng không ngừng đó và thoả mãn yêu cầu tính linh hoạt của mạng, các công nghệ truyền dẫn khác nhau đã được nghiên cứu, triển khai thử nghiệm và đưa vào ứng dụng, trong số đó phải kể đến công nghệ WDM, OTDM, Soliton… Phương pháp ghép kênh theo bước sóng WDM(Wavelength Division Multiplexing) đã tận dụng hữu hiệu nguồn tài nguyên băng rộng trong khu vực tổn hao thấp của sợi quang đơn mode. Ghép kênh theo bước sóng WDM nâng cao dung lượng truyền dẫn của hệ thống mà không cần phải tăng tốc độ của từng kênh trên mỗi bước sóng. Do đó, WDM chính là giải pháp tiên tiến trong kĩ thuật thông tin quang, đáp ứng được nhu cầu truyền dẫn và cả những yêu cầu về chất lượng truyền dẫn của hệ thống. 1.1.1 Khái quát về WDM Trong hệ thống WDM, tín hiệu điện của từng kênh quang được điều chế với các sóng mang quang khác nhau. Sau đó, chúng được ghép lại và truyền trên cùng một sợi quang đến đầu thu. Phía thu thực hiện quá trình tách tín hiệu quang thành các kênh quang riêng biệt có bước sóng khác nhau. Mỗi kênh này được đưa đến một máy thu riêng. Công nghệ WDM cho phép khai thác được tiềm năng băng thông to lớn của sợi quang. Ví dụ, hàng trăm kênh 10Gb/s có thể Nguyễn Tnành Chung – D2001VT 2 ỏn tt nghip i hc Chng 1. Tng quan v h thng WDM truyn trờn cựng mt si quang. Khong cỏch gia cỏc kờnh khong 50GHz. Di õy l mt tớnh toỏn cho thy s hp dn ca cụng ngh WDM: Hỡnh 1.1 ch ra hai ca s truyn dn 1,3 v 1,5 ca si quang. Mi ca s cú bng thụng truyn dn(suy hao thp) ca si quang l rt ln; Ch vi riờng ca s quang 1550 nm thỡ di bc súng cú th s dng l 1500 nm 1600 nm, tng ng vi di tn rng c 12,5 THz !. S dng cho tc truyn tin c 10 Gbps thỡ ch cn s dng mt phn rt nh trong bng tn truyn dn ny. Rừ rng, cú th thy dung lng yờu cu c hng trm Gbps l hon ton nm trong kh nng ca h thng WDM. Thờm vo ú, h thng cũn rt mm do khi cú cỏc phn t nh b tỏch ghộp quang, b ni chộo quang, chuyn mch quang, cỏc b lc quang thc hin la chn kờnh ng hoc tnh Khỏi nim v WDM ó c bit n t nhng nm 1980, khi m h thng quang ó c bt u thng mi húa. Dng n gin nht ca WDM l truyn hai kờnh tớn hiu trờn hai ca s khỏc nhau. Vớ d, truyn trờn hai bc súng 1,3àm v 1,55àm. Khi ú, khong cỏch gia cỏc kờnh l 250nm. Sau ú, khong cỏch gia cỏc kờnh gim dn i. Nm 1990, khong cỏch gia cỏc kờnh ch cũn nh hn 0,1nm. Trong sut thp k 90, h thng WDM ó c nhiu nc trờn th gii quan tõm nghiờn cu. Hin nay, k thut ghộp kờnh theo bc súng ó c ng dng nhiu nc trờn th gii. nc ta, Tng cụng ty bu chớnh vin thụng Vit Nam quyt nh nõng cp tuyn truyn dn Bc Nam bng gii phỏp ghộp kờnh theo bc súng. Nguyn Tnnh Chung D2001VT 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,5 1,6 Hỡnh 1.1. Bng tn truyn dn ca si quang l rt ln! [dB] Bng tn ca s 1550 nm [àm] Ph ca mt ngun quang 3 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1. Tổng quan về hệ thống WDM 1.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống tách/ghép kênh quang Sơ đồ khối tổng quát của một hệ thống truyền dẫn quang đơn hướng ghép kênh theo bước sóng được mô tả như hình 1.2. Tại mỗi bộ phát, tín hiệu điện của mỗi kênh quang được điều chế với sóng mang quang có độ rộng phổ rất hẹp. Tín hiệu quang tại đầu ra của mỗi bộ phát có bước sóng khác nhau là n λλλ ., 21 . Các kênh quang này được ghép với nhau nhờ bộ ghép kênh quang OMUX và truyền trên một sợi quang duy nhất đến đầu thu. Yêu cầu của bộ ghép kênh là phải có độ suy hao nhỏ để đảm bảo tín hiệu tới đầu ra của bộ ghép ít bị suy hao, giữa các kênh có khoảng bảo vệ nhất định để tránh gây nhiễu sang nhau. Tại phía thu, bộ ODMUX thực hiện quá trình tách tín hiệu thu được thành các kênh khác nhau. Mỗi kênh này tương ứng với một bước sóng. Mỗi kênh được đưa đến một đầu thu riêng. Để tránh xuyên nhiễu giữa các kênh, yêu cầu thiết kế bộ giải ghép thật chính xác. Nguyễn Tnành Chung – D2001VT Tx Tx OMUX ODMU X Rx Rx 1 2 , , . n λ λ λ Sợi quang 1 λ n λ 1 λ n λ 1 1 n n Hình 1.2 Sơ đồ khối hệ thống WDM đơn hướng Tx Tx Rx Rx MUX/ DMUX MUX/ DMUX Rx Rx Tx Tx 1 n 1 1 1 n n n n λλλ . 21 nn 21 λλ + 1 λ n λ n2 λ 1+n λ 1 λ n λ 1+n λ n2 λ Hình 1.3 Sơ đồ khối hệ thống WDM hai hướng 4 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1. Tổng quan về hệ thống WDM Phần trên trình bày phương án truyền dẫn ghép bước sóng quang một hướng, tức là tín hiệu được ghép tại một đầu và tách tại đầu kia, tín hiệu truyền trên sợi quang theo một hướng. Ngoài ra người ta có thể thực hiện truyền dẫn ghép bước sóng quang hai hướng trên cùng một sợi quang như hình 1.3. Trong hệ thống truyền dẫn hai hướng, n kênh quang có bước sóng λ 1 …λ n được ghép lại và truyền đi theo một hướng, n kênh quang khác có bước sóng λ n+1 …λ 2n được ghép lại và truyền đi theo hướng ngược lại trên cùng sợi quang. Phương pháp này yêu cầu rất nghiêm ngặt về độ rộng phổ của từng kênh và chất lượng của bộ tách kênh. Trong hệ thống mà các bước sóng của các kênh quang cách xa nhau, thường thuộc các cửa sổ khác nhau, được gọi là ghép thưa SWDM (Sparse Wavelength Division Multiplexing). Hệ thống có khoảng cách giữa các kênh quang rất nhỏ, các kênh quang có bước sóng gần nhau được gọi là hệ thống ghép kênh mật độ cao DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing). Khi đó vấn đề trở nên phức tạp hơn nhiều và yêu cầu về chất lượng các thành phần trong hệ thống quang rất cao. 1.1.3 Đặc điểm của hệ thống WDM 1.1.3.1 Tận dụng tài nguyên Công nghệ WDM tận dụng tài nguyên băng thông truyền dẫn to lớn của sợi quang, làm cho dung lượng truyền dẫn của sợi quang so với truyền dẫn bước sóng đơn tăng từ vài lần tới hàng trăm lần, từ đó tăng dung lượng của sợi quang, hạ giá thành hệ thống. Hiện nay, dải tần truyền dẫn có suy hao thấp của sợi quang mới chỉ được sử dụng một phần rất nhỏ. Nếu ứng dụng công nghệ WDM thì hiệu quả tận dụng băng tần sợi quang trong vấn đề truyền dẫn quả là hết sức to lớn. Dùng công nghệ WDM có thể ghép N bước sóng truyền dẫn trong sợi quang đơn mode và có thể truyền dẫn hoàn toàn song công. Do vậy, khi truyền dẫn thông tin đường dài với dung lượng lớn, có thể tiết kiệm số lượng lớn sợi quang. Thêm vào đó là khả năng mở rộng dung lượng cho hệ thống quang đã xây dựng. Chỉ cần hệ thống cũ có độ dư công suất tương đối lớn thì có thể tăng thêm dung lượng mà không cần thay đổi nhiều đối với hệ thống cũ. Nguyễn Tnành Chung – D2001VT 5 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1. Tổng quan về hệ thống WDM 1.1.3.2 Đồng thời truyền dẫn nhiều tín hiệu Vì trong công nghệ WDM sử dụng các bước sóng độc lập với nhau, do đó có thể truyền dẫn những tín hiệu có đặc tính hoàn toàn khác nhau, thực hiện việc tổng hợp và phân chia các dịch vụ viễn thông, bao gồm tín hiệu số và tín hiệu tương tự, tín hiệu PDH và tín hiệu SDH, truyền dẫn tín hiệu đa phương tiện (thoại, số liệu, đồ hoạ, ảnh động…). 1.1.3.3 Nhiều ứng dụng Căn cứ vào nhu cầu, công nghệ WDM có thể có rất nhiều ứng dụng như trong mạng đường trục, mạng phân phối kiểu quảng bá, mạng cục bộ nhiều đường, nhiều địa chỉ…, bởi thế nó rất quan trọng trong các ứng dụng mạng. 1.1.3.4 Giảm yêu cầu siêu cao tốc đối với linh kiện Tốc độ truyền dẫn tăng lên không ngừng do vậy mà tốc độ xử lí tương ứng của nhiều linh kiện quang điện tăng lên theo nhưng không đáp ứng được đủ. Sủ dụng công nghệ WDM có thể giảm yêu cầu quá cao về tốc độ đối với linh kiện mà vẫn có thể đáp ứng dung lượng lớn. 1.1.3.5 Kênh truyền dẫn IP Ghép kênh bước sóng đối với khuôn dạng số liệu là trong suốt, tức là không hề có quan hệ gì với tốc độ của tín hiệu và phương thức điều chế tín hiệu xét trên phương diện điện. Ghép kênh bước sóng cũng là biện pháp mở rộng và phát triển mạng lí tưởng, là cách thuận tiện để đưa vào dịch vụ băng rộng mới (ví dụ như IP…). Chỉ cần dùng thêm một bước sóng là có thể tăng thêm một dịch vụ mới hoặc dung lượng mới mong muốn . 1.2 Một số tham số kỹ thuật trong hệ thống WDM Hệ thống WDM có một số tham số chính, đó là khoảng cách kênh, số kênh ghép, suy hao xen, suy hao xuyên kênh, độ rộng kênh. Trong đó, ba tham số suy hao xen, suy hao xuyên kênh, độ rộng kênh là ba tham số mô tả đặc tính của bộ ghép/tách kênh. 1.2.1 Suy hao xen Suy hao xen được xác định là lượng công suất tổn hao sinh ra trong tuyến truyền dẫn quang do tuyến có thêm các thiết bị tách/ghép kênh quang. Suy hao Nguyễn Tnành Chung – D2001VT 6 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1. Tổng quan về hệ thống WDM này bao gồm suy hao do các điểm nối ghép thiết bị WDM với sợi và suy hao do bản thân thiết bị ghép gây ra. Vì vậy, trong thực tế người thiết kế tuyến phải tính cho vài dB ở mỗi đầu. Suy hao xen được diễn giải tương tự như suy hao đối với các bộ tách/ghép hỗn hợp (MUX/DMUX) nhưng cần lưu ý trong WDM là xét cho một bước sóng đặc trưng. Suy hao xen được xác định như sau: - Đối với OMUX: )( )( lg10 ii i i I O L λ λ −= (dB) (1-1) - Đối với ODMUX )( )( lg10 i ii i I O L λ λ −= (dB) (1-2) Trong đó: I(λ i ) và O(λ i ) tương ứng là công suất các tín hiệu quang tại đầu vào và đầu ra bộ ODMUX và bộ OMUX. I i (λ i ) là công suất tín hiệu tại đầu vào thứ i củabộ ghép O i (λ i ) là công suất tín hiệu tại đầu ra thứ i của bộ tách Tham số suy hao xen luôn được các nhà chế tạo cho biết đối với từng kênh quang của thiết bị. 1.2.2 Suy hao xuyên kênh Khi thực hiện ghép các kênh quang có bước sóng khác nhau để truyền trên cùng một sợi quang thì một phần tín hiệu của kênh này ghép sang vùng phổ của kênh khác. Do đó khi tách kênh sẽ có sự rò công suất tín hiệu từ kênh thứ i có bước sóng thứ i có bước sóng λ i sang các kênh có bước sóng khác với λ i .Ngày cả trong trường hợp ghép kênh hoàn hảo,ở các bộ tách ghép thực tế luôn có hiện tượng rò công suất tín hiệu từ một kênh sang kênh khác.Hiện tượng này gọi là xuyên kênh . Nguyễn Tnành Chung – D2001VT 7 . Trong h th ng mà c c bư c s ng c a c c kênh quang c ch xa nhau, th ng thu c c c c a sổ kh c nhau, đư c gọi là ghép th a SWDM (Sparse Wavelength Division. vo ú, h thng c n rt mm do khi c c c phn t nh b tỏch ghộp quang, b ni chộo quang, chuyn mch quang, c c b lc quang thc hin la chn kờnh ng hoc tnh Khỏi nim