Nghiên cứu về hệ thống ghép kênh theo bước sóng (WDM) trong thông tin quang

ỏn tt nghip Trng i hc Vinh Mở đầu Thông tin liên lạc đóng vai trò ngày quan trọng phát triển mạnh mẽ xã hội loài ngời, sở hạ tầng, điều kiện thiết yếu để phát triển kinh tế Thời gian qua kinh tế nớc ta chuyển biến tích cực, hoà nhịp với phát triển khu vực giới Xu toàn cầu hoá thơng mại thông tin đòi hỏi phát triển xa lộ thông tin thoả mãn nhu cầu dịch vụ Để tạo sở hạ tầng tốt làm tảng để phát triển dịch vụ thông tin, hệ thống truyền dẫn ngày đợc cải tiến nâng cao lực Từ đời, cáp quang thể môi trờng truyền dẫn lý tởng với băng thông gần nh vô hạn nhiều u điểm khác Các hệ thống truyền dẫn khai thác phần nhỏ băng thông sợi quang Do việc nâng cấp tuyến truyền dẫn cách tăng tốc độ tín hiệu điện gặp nhiều khó khăn, nhà khoa học tìm cách nâng cao tốc độ truyền cách tăng tốc độ tín hiệu quang Trong hớng nâng cấp tốc độ truyền dẫn, ghép kênh quang theo bớc sóng (WDM) công nghệ khai thác đợc tài nguyên sợi quang, khắc phục đợc khó khăn tăng tốc độ tín hiệu điện Phơng pháp ghép kênh theo bớc sóng có u điểm linh hoạt việc tăng dung lợng, tận dụng triệt để hệ thống cáp quang Với hàng loạt u điểm đó, ghép kênh theo bớc sóng đợc nghiên cứu áp dụng nhiều mạng tại, đặc biệt tuyến trung kế, liên quốc gia, tuyến có nhu cầu tăng tốc độ Hiện công nghệ đợc nghiên cứu áp dụng nhiều Mỹ, châu Âu Nhật Bản, hệ thống truyền dẫn đờng trục Bắc - Nam nớc ta đợc nghiên cứu để ứng dụng công nghệ Ghép kênh theo bớc sóng công nghệ mới, đợc áp dụng số nơi giới Muốn áp dụng công nghệ vào thực tiễn cần phải nắm đợc kỹ thuật thông tin quang, nguyên lý việc ghép kênh theo bớc sóng, hệ thống hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bớc sóng yêu cầu nó, u khuyết điểm hệ thống so với hệ thống truyền dẫn Đây mục đích đề tài nghiên cứu Trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu khoa học ứng dụng thực tế, với mong muốn giới thiệu hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bSV: Phan c ng Lp 46K - TVT ỏn tt nghip Trng i hc Vinh ớc sóng, em vào phân tích nguyên nhân hình thành WDM, tham số yếu tố ảnh hởng đến chất lợng hệ thống cuối xây dựng phơng án ghép kênh quang theo bớc sóng cho tuyến trục Bắc-Nam để giải vấn đề dung lợng cho VTN Quá trình làm đồ án tránh khỏi thiếu sót, mong bạn quý thầy cô đóng góp thêm ý kiến để hoàn thiện đồ án Đồ án đợc chia làm phần: Phần 1: Tổng quan thông tin quang phơng pháp ghép kênh theo bớc sóng (WDM) Phần 2: Tính toán thiết kế hệ thống ghép kênh bớc sóng ứng dụng Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Phúc Ngọc bạn nhóm đồ án giúp đỡ em trình làm đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Vinh, tháng năm 2010 Sinh viên Phan Đức Đồng Chơng I Tổng quan hệ thống thông tin cáp sợi quang 1.1 Lịch sử phát triển hệ thống thông tin cáp sợi quang Việc dùng ánh sáng để mã hoá thông tin đợc sử dụng từ xa xa nhng không đảm bảo độ tin cậy cho tuyến truyền dẫn hạn chế công nghệ Ví dụ: Khi mắt ngời đợc sử dụng nh thiết bị thu, đòi hỏi tuyến truyền dẫn phải có tầm nhìn thẳng ảnh hởng sơng mù ma làm cho tuyến truyền dẫn trở nên không tin cậy Năm 1917, Anhxtanh dự đoán loại xạ kích thích điều khiển đợc Năm 1940, Fabrican thực nghiệm tạo đợc xạ kích thích Năm 1960, nguồn Laser đời mở khả truyền dẫn băng rộng lớn Vì tần số ánh sáng cỡ 5.10 14 Hz nên lý thuyết, nguồn laser có dung lợng tơng đơng 10 triệu kênh TV Nhng vào thời điểm đó, suy hao SV: Phan c ng Lp 46K - TVT ỏn tt nghip Trng i hc Vinh sợi quang lớn ( = 100 dB/km) khiến chúng dờng nh trở nên không thực tế Năm 1970, Karpon, Kerk Maurer giảm đợc giá trị suy hao 20 dB/km Từ giá trị suy hao này, khoảng cách lặp tuyến sợi quang so sánh với hệ thống cáp đồng, đa công nghệ sóng ánh sáng vào thực tế kỹ thuật Cho đến nay, giá trị suy hao giảm xuống 0,16 dB/km bớc sóng 1550 nm (gần với giá trị lý thuyết 0,14 dB Thụng tin quang cú t chc h thng cng tng t nh cỏc h thng thụng tin khỏc Hỡnh 1.1 Cỏc thnh phõn c bn ca cỏc mt h thng thụng tin quang Tớn hiu cn truyn i s c phỏt vo mụi trng truyn dn tng ng (si quang ), v u thu s thu li tớn hiu cn truyn Cựng vi cụng ngh ch to cỏc ngun phỏt v ngun thu quang, si dn quang ó to cho h thng quang vi nhiu u im ni tri hn hn so vi cỏc h thng thụng tin cỏp kim loi: suy hao truyn dn nh, bng tn truyn dn ln, khụng b nh hng ca nhiu in t, cú tớnh bo mt thụng tin, cú kớch thc trng lng nh, si cú tớnh cỏch in tt, tin cy v linh hot, si c ch to t cỏc vt liu cú sn Do ú, h thng thụng tin quang c ỏp dng rng rói trờn mng li v s l mi t phỏt v tc c ly truyn dn,v cu hỡnh linh hot cho cỏc dch v vin thụng cp cao SV: Phan c ng Lp 46K - TVT ỏn tt nghip Trng i hc Vinh 1.2 Hệ thống thông tin cáp sợi quang Một tuyến truyền dẫn cáp quang thờng bao gồm phần tử đợc mô tả nh hình vẽ 1.2 Tín hiệu điện vào Bộ phát quang Mạch điều khiển Bộ nối quang Bộ chia quang Nguồn phát quang Sợi quang Bộ tách ghép quang Trạm lặp Tới thiết bị khác Khuyếch đại Tínquang hiệu điện Tín hiệu quang Tách sóng quang Khôi phục tín hiệu Hình 1.2 Mô hình hệ thống thông tin cáp sợi quang điện Tín hiệu điện Hệ thống thông tin quang gồm có phần là: Bộ thu quang SV: Phan c ng Lp 46K - TVT ỏn tt nghip Trng i hc Vinh Phần phát quang: bao gồm nguồn phát quang mạch điều khiển phát quang Ngun quang Cỏc b phỏt quang thc cht l cỏc laser diode Laser diode cú khoang cng hng Fabry Perot to nhiu mode dc khụng mong mun Trỏi li, laser n mode ch to mt mode dc chớnh, cũn cỏc mode bờn b loi b nờn c s dng lm ngun quang cho h thng WDM Cỏc loi laser n mode ph bin l laser phn hi phõn b (DFB), laser phn x Bragg phõn b (DBR) - Phần truyền dẫn (sợi quang): bao gồm sợi quang, nối, chia, tách hay ghép lặp, sợi quang đợc bọc cáp bảo vệ thành phần quan trọng Ngoài việc bảo vệ cho sợi quang trình lắp đặt khai thác, ống cáp có dây dẫn đồng để cấp nguồn cho lặp Các lặp làm nhiệm vụ khôi phục khuyếch đại tín hiệu truyền dẫn tuyến cáp quang có khoảng cách dài Si dn quang, cỏc nguyờn lý lan truyn ỏnh sỏng ca si quang Cỏc nh lut c bn ca ỏnh sỏng cú liờn quan n s truyn ỏnh sỏng si quang l hin tng khỳc x v phn x ỏnh sỏng.Cỏc tia sỏng c truyn t mụi trng cú ch s chit sut ln vo mụi trng cú ch s chit sut nh hn s b thay i hng truyn ca chỳng ti ranh gii phõn cỏch gia hai mụi trng Cỏc tia sỏng i qua vựng ranh gii ny b thay i hng nhng tip tc i vo mụi trng chit sut mi thỡ ta núi cỏc tia ú b khỳc x cũn cỏc tia no vựng ranh gii tr li mụi trng ban u thỡ ta núi tia b phn x SV: Phan c ng Lp 46K - TVT ỏn tt nghip Trng i hc Vinh Hỡnh 1.3 S phn x v khỳc x ỏnh sỏng Tia phn x v tia khỳc x cú quan h vi tia ti : Cựng nm mt phng ti ( mt phng cha tia ti v phỏt tuyn ca mt phõn cỏch ti im ti ) Gúc phn x bng gúc ti = ' Gúc khỳc x c xỏc nh t cụng thc Snell : n1sin =n2sin (1.1) Khi = 90 tc tia khỳc x song song vi mt tip giỏp thỡ gi l s phn x ton phn lỳc ú gúc ti gii gin c c xỏc nh : n2 sin c = n (1.2) S phn x ton phn ch xy i vi nhng tia sỏng cú gúc ti u si nh hn gúc gii hn quang max ca gúc gii hn ny gi l khu s NA NA = sin max = n12 n22 n1 (1.3) [2] Nh vy, cỏc tia cú gúc vo nh hn gúc gii hn quang max thỡ s b phn x ton phn bờn ti ranh gii lừi - v si dn quang, cỏc tia sỏng SV: Phan c ng Lp 46K - TVT ỏn tt nghip Trng i hc Vinh ny s i theo ng zich zc dc theo lừi si v i qua trc ca si sau mi ln phn x iu kin xy phn x ton phn l: + Cỏc tia sỏng phi i t mụi trng cú chit quang ln sang mụi trng cú chit quang nh hn + Gúc ti ca tia sỏng phi ln hn gúc ti hn Si quang gm mt lừi hỡnh tr bng thu tinh cú chit sut n1 , bao quanh lừi l mt lp v phn x ng tõm vi lừi Lp v cú chit sut n2 ( n2 < n1 ) Si quang cú th c phõn loi theo nhiu cỏch khỏc Nu phõn loi theo s thay i chit sut ca lừi si thỡ si quang c chia thnh hai loi Loi si cú chit sut ng u lừi c gi l si quang chit sut bc Loi si cú ch s chit sut lừi gim dn t tõm lừi ti lp tip giỏp gia lừi v v phn x c gi l si cú chit sut Gradient (GI-Graded Index) Nu phõn chia theo mode truyn dn thỡ cú loi si quang a mode v si n mode Si a mode cho phộp nhiu mode truyn dn nú cũn si n mode ch cho phộp mt mode truyn dn nú (a) (b) (c) Hỡnh 1.4 Cu to ca si quang (a) Si quang (b) Si chit sut bc (c) Si chit sut gim dn SV: Phan c ng Lp 46K - TVT ỏn tt nghip Trng i hc Vinh Mt cỏc vt liu c s dng rng rói ch to si quang hin l silic dioxide SiO2 Mi nguyờn t thu tinh liờn kt vi cỏc nguyờn t khỏc theo cu trỳc t din nh Hỡnh Trong ú mi nguyờn t silic c bao quanh bi bn nguyờn t Oxygen Hỡnh 1.5 Cu trỳc t din ca Silic dioxide thu tinh Si quang cng cú th c pha vi nhiu cht khỏc thay i ch s chit sut Vớ d GeO2 v P2 O5 c pha thờm vo tng chit sut ca lừi gim chit sut ca lừi, cú th s dng cỏc vt liu nh l Boron (B) v Fluorine (F)Ngoi mt s cht khỏc nh Eribium cng c s dng cỏc b khuych i quang - Phần thu quang: bao gồm tách sóng quang, mạch khuyếch đại điện mạch khôi phục tín hiệu Để phát tín hiệu vào sợi quang, nguồn ánh sáng đợc sử dụng thờng phải tơng thích với lõi sợi quang kích thớc Nguồn quang có hai loại điốt laze LD điốt phát quang LED LED sử dụng phát xạ tự nhiên cách phun lợng bên dới dạng dòng điện, LD sử dụng phát xạ cỡng Công suất phát xạ LED nhỏ so với LD nhng dễ sản xuất với giá thành thấp Tín hiệu quang phát từ LD LED có tham số biến đổi tơng ứng với biến đổi tín hiệu điện đầu vào Tín hiệu điện đầu vào dạng tơng tự số Thiết bị phát quang thực việc biến đổi tín hiệu điện đầu vào thành tín hiệu quang tơng ứng cách biến đổi dòng vào qua nguồn SV: Phan c ng Lp 46K - TVT ỏn tt nghip Trng i hc Vinh phát quang Công suất quang phụ thuộc vào biến đổi cờng độ tín hiệu quang Bớc sóng ánh sáng nguồn phát quang phụ thuộc chủ yếu vào vật liệu chế tạo phần tử phát Trong vùng 800 đến 900 nm, nguồn quang thờng chế tạo từ hợp kim GaAlAs Tại vùng bớc sóng 1100 đến 1600 nm, nguồn quang chế tạo từ hợp kim InGaAsP Tín hiệu quang sau đợc điều chế phần phát quang lan truyền dọc theo sợi quang Trong trình truyền dẫn, tín hiệu quang bị suy hao méo dạng qua ghép nối, mối hàn sợi sợi hiệu ứng tán xạ, hấp thụ tán sắc Độ dài tuyến truyền dẫn phụ thuộc mức suy hao sợi quang theo bớc sóng Hình 1.6 Suy hao sợi quang theo bớc sóng Suy hao sợi quang hàm bớc sóng Công nghệ sử dụng băng tần có bớc sóng 800 đến 900 nm, thời điểm đó, vùng bớc sóng này, sợi quang có suy hao nhỏ nguồn ánh sáng photodetector hoạt động bớc sóng Vùng bớc sóng đợc gọi vùng cửa sổ thứ có hệ số tán sắc lớn Từ năm 1980, cách làm giảm tập trung ion hydroxyl độ không tinh khiết ion kim loại nguyên liệu sợi quang, nhà sản xuất có khả chế tạo sợi quang có mức suy hao thấp vùng bớc sóng 1100 đến 1600 nm Vùng bớc sóng chia làm hai vùng cửa sổ: vùng cửa sổ thứ hai có bớc sóng trung tâm 1300 nm vùng cửa sổ thứ ba có bớc sóng trung tâm 1550 nm SV: Phan c ng Lp 46K - TVT ỏn tt nghip Trng i hc Vinh Vùng cửa sổ thứ hai có bớc sóng từ 1280 đến 1340 nm, vùng cửa sổ quang rộng nhất, có hệ số suy hao =0,5 dB/km, hệ số tán sắc nhỏ TS=3,5ữ5 ps/km.nm Vùng cửa sổ thứ ba có hệ số suy hao nhỏ nhất, bớc sóng 1550 nm 0,25 dB/km Cùng với phát triển công nghệ chế tạo, sợi đơn mode truyền bớc sóng 1550 nm có suy hao 0,14 dB/km Nguyên liệu để chế tạo sợi quang SiO Nguyên liệu sẵn rẻ có cát thờng Chi phí sản xuất sợi quang phát sinh tập trung chủ yếu khâu tạo thuỷ tinh tinh khiết từ nguyên liệu thô Việc lắp đặt sợi quang đa dạng, treo, ống dẫn, thả dới nớc hay chôn trực tiếp dới đất Độ dài cuộn cáp lên đến vài kilômét ứng dụng có khoảng cách truyền dẫn lớn Kích cỡ cuộn cáp trọng lợng cáp định độ dài thực tế đoạn cáp quang đơn Một tuyến truyền dẫn đờng dài hoàn chỉnh thờng đợc hình thành cách ghép nhiều đoạn cáp đơn với Khi khoảng cách truyền dẫn dài, tín hiệu quang bị suy giảm nhiều cần phải đặt thêm trạm lặp quang để khuyếch đại tín hiệu bù lại phần tín hiệu bị suy hao Trạm lặp bao gồm thiết bị thu, biến đổi quang/điện, khuyếch đại điện phát lại quang vào đờng truyền Các trạm lặp đợc thay khuyếch đại quang Các tách sóng quang tiếp nhận tín hiệu quang, tách lấy tín hiệu thu đợc từ phía phát, biến đổi thành tín hiệu điện Bộ tách sóng quang phải đáp ứng đợc yêu cầu đặc tính cao tín hiệu quang thờng bị suy giảm méo dạng tới đầu cuối sợi cáp quang Một yêu cầu hàng đầu độ nhạy quang Độ nhạy quang công suất quang nhỏ thu đợc tốc độ truyền dẫn ứng với tỷ lệ lỗi BER cho phép Ngoài ra, thu quang phải có tạp âm tối thiểu hệ thống có độ rộng băng tần đủ để xử lý tốc độ liệu mong muốn Bộ tách sóng quang phải không nhạy cảm với thay đổi nhiệt độ Hai loại tách sóng quang đợc sử dụng chủ yếu tuyến cáp quang tách sóng quang bán dẫn loại PIN APD Cả hai loại có hiệu suất làm việc cao tốc độ chuyển đổi nhanh Khi khoảng cách truyền dẫn ngắn, tốc độ thấp (mạng thuê bao, mạng nội hạt) đầu phát sử dụng LED đầu thu sử dụng PIN Khi khoảng cách truyền dẫn lớn, tốc độ đòi hỏi cao (mạng đờng trục) phía phát sử dụng LD, phía thu sử dụng APD Bộ tách sóng SV: Phan c ng Lp 46K - TVT ỏn tt nghip Trng i hc Vinh + Phớa thu: Tớn hiu t ng quang a vo qua giỏ ODF a vo khuch i,Tớn hiu c tỏch a n DOSC Tớn hiu tng c a ti khuch i 3.3 Ch bo v Mng quang c bo v bng 06 vũng Ring ni t Bc vo Nam, trờn tuyn quang riờng bit nờn an ton cho tuyn cỏp luụn c m bo Lu lng c bo v bng phng thc chia na lu lng (MS SPRing),Kt hp vi cu hỡnh bo v SNCP lu lng c truyn song song hng cho phộp t c yờu cu v nng lc h thng cú dung lng ln Cỏc cu hỡnh bo v ang s dng trờn mng quang 80gb/s: a Cu hỡnh bo v MSP 1+1 Hỡnh 4.3: Cu hỡnh bo v MSP 1+1 HDXC cú kh nng cung cp cỏc lu lng bo v MSP 1+1 trờn cỏc giao tip 155Mb/s; 622Mb/s;2,5 Gb/s;10 Gb/s.Cỏc cng giao tip bo v tng ng vớ d cng 1trờn card 502 bo v cng 01 trờn card 501; cng trờn card 502 bo v cho cng 02 trờn card 501 SV: Phan c ng Lp 46K - TVT ỏn tt nghip Trng i hc Vinh b Cu hỡnh bo v MSS-PRing H ỡnh 4.4: Cu hỡnh bo v MSS-PRing - HDXC cung cp lu lng bo v MSS-PRing trờn cỏc giao tip 2,5Gb/s v 10 Gb/s Bng thụng si quang c chia lm hai na,mt na lm vic,mt na bo v - Di õy l mụ hỡnh bo v SV: Phan c ng Lp 46K - TVT ỏn tt nghip Trng i hc Vinh Hỡnh 4.5: Mụ hỡnh bo v c Cu hỡnh bo v NSCP - HDXC cung cp cỏc lu lng bo v NSCP trờn cỏc giao tip 155Mb/s, 622Mb/s ;2,5Gb/s;10Gb/s kt ni lu lng NSCP lu lng c truyn ng thi trờn c hai hng phớa thu la chn mt hai tớn hiu thu c Hỡnh 4.6: Cu hỡnh bo v SV: Phan c ng Lp 46K - TVT ỏn tt nghip Trng i hc Vinh iu kin chuyờn mch Khi Ring chuyn mch, lu lng nh tuyn t im b li (2 trm ADM ti v trớ xy li) Ring chuyn mch khi: - Node mng b li - Si quang b li (t cỏp ) - Thc hin lnh theo yờu cu ca ngi hnh Chuyn mch bo v MS SPRing si l song hng (c phỏt v thu ng thi (Bidirectional)) v Revertive (Lu lng t ng chuyờn mch tr li kờnh lm vic ng lm vic khụi phc) Node A Node G0 G5 G5 B G0 MS SPRing G0 G5 Node D Node G5 G0 Chỳ gii: C - Lu lng hng chy trờn cựng si quang Hỡnh Lu lng cú s c chuyn mch SV: Phan c ng Lp 46K - TVT ỏn tt nghip Trng i hc Vinh 3.4 Cỏc tuyn cỏp quang m bo cho s an ton cho mng li thụng tin,VTN ó v ang s dng ng thi nhiu tuyn cỏp quang,trờn mt vũng ring u c i trờn tuyn quang riờng bit VTN ang qun lý v khai thỏc nhng tuyn cỏp quang chớnh: Tuyn CQ backbone i trờn quc l 1A, Tuyn CQ CSC ca VTI i trờn quc l 1A, tuyn cỏp quang ng mũn H Chớ minh mi xõy dng,v mt s tuyn cỏp quang liờn kt trao i vi n v bn nh: tuyn cỏp quang ca in lc nm trờn ng dõy ti in 500KV, tuyn cỏp quang ca Vietel i trờn QL1A,tuyn cỏp quang ca cỏc bu in tnh Cỏc vũng ring ca h thng 80Gb/s c b trớ i trờn tuyn cỏp quang nh sau: - Ring 7: H ni, Ninh Bỡnh, Thanh Hoỏ, Vinh, Hng Sn, Tõn K, R2, Ch Bn, H ni - Ring 8: Vinh, Rũn, ng Hi, ụng H, Hu, Nng, Hiờn, A Li, Cam L, R7, Bc Sn, Hng Sn, Vinh - Ring 9: Nng, Tam K, Qung Ngói, Lai Khan, Quy Nhn, An Khờ, Pleiku, Kon Tum, k Tụ, Phc Sn, Nng - Ring 10: Quy Nhn, Tuy Hũa, Nha Trang, Phan Rang, Lt, Krong No, Buụn Ma Thut, Phỳ Nhn, Pleiku, An Khờ, Quy Nhn - Ring 11: Phan Rang, Nỳi Mt, Phan Thit, Xuõn Lc, TP H Chớ Minh, Bỡnh Dng, Bỡnh Phc, k Nụng, Buụn Ma Thut, Krong No, Lt, Phan Rang - Ring 12: TP H Chớ Minh, M Tho, Vnh Long, Cn Th, Cao Lónh, M Tho, TP H Chớ Minh SV: Phan c ng Lp 46K - TVT ỏn tt nghip Trng i hc Vinh 3.5 H thng qun lý mng Hỡnh 4.8: H thng qun lý mng SV: Phan c ng Lp 46K - TVT ỏn tt nghip Trng i hc Vinh - ONM AP: Qun lý mng trung cho c CPL,HDXc,OM6500 - OMgr: Qun lý cỏc HDXc, Qun lý ti a 50 HDXc,hoc 25 HDX,cung cp giao din ho (Mi serverr cú th cung cp 25 PC Client) - OMEA: Qun lý cỏc CPL v OM6500 3.6 Gii thiu trm VTN Ngh An Trm VTN VINH l mt trm cú cu hỡnh OADM.Trm OADM l trm xen/r mt hay nhiu kờnh quang H thng hin ti ch xen/r mt kờnh quang cú bc súng 1553.33nm Kờnh quang xen/r c kt ni n h thng u ni chộo HDXC v h thng ghộp kờnh SDH xen/r tớn hiu cho kờnh quang ú T Card 10Gb/s (STM-64) HDXC thc hin chc nng Cross Connect vi Card 2,5Gb/s (STM-16), thit b OME-6500 cho cỏc giao tip STM-4,STM -1 E1 S thit b 80Gb/s trm vin thụng Vinh THANH HểA HNG SN OME ODF CPL (WT) 12 ODF CPL HONG L OME H D X C (WT) ODF CPL ODF 12 OME OME (WT) (WT) 13 13 OME CPL HNG SN (WT) 11 Hỡnh 4.9: S thit b 80Gb/s trm vin thụng Vinh SV: Phan c ng Lp 46K - TVT ỏn tt nghip Trng i hc Vinh Phớa thu tớn hiu quang t ng dõy trc i vo thit b c u chuyn qua giỏ ODF,t giỏ ODF cỏc tớn hiu quang t cỏc hng c u vo thit b theo v trớ giỏ tng ng.gi s tớn hiu quang hng Thanh Hoỏ c truyn dn trờn cỏp backbone a vo giỏ ODF,t giỏ ODF c kt ni vo giỏ CPL hng Thanh Hoỏ: tớn hiờ tng c a vo modul DRA,modul khuych i RAMAN õy l loi khuch i thụng qua quỏ trỡnh tỏn s RAMAN kớch thớch xy trờn quỏ trỡnh truyn dn Quóng ng truyn dn t Thanh Hoỏ n Vinh cú c ly khong 150Km nờn hai u phớa thu x dng b khuch i DRA.t modul DRA tớn hiu tng c a vo modul MLA2, õy l b khuch i kộp s dng cụng ngh khuch i EDFA, ti õy tớn hiu OSC c tỏch a n modul OSC trc tớn hiu tng c a vo khuch i Cụng sut tớn hiu u b khuch i MLA2 l:17Db.Sau ú tớn hiu tng li c avo modul khuch i SLA,s dng cụng ngh khuch i EDFA khuch i lờn ln na.Sau ú tớn hiu tng c a n modul chuyn mch la chn bc súng WSS.Modul chuyn mch la chn bc súng cú th dựng cho 36 bc súng 100Ghz.,mi mux gm witch port nú cú th dựng pass -through, hoc add/drop,mi demux l mt b tỏch cụng sut 1:5.Modul WSS ch lm vic vi kin trỳc mng cú GMD Hoc OSC khụng dựng riờng mt mỡnh Sau ú tớn hiu tng c a n modul CMD44, modul CMD 44-C bank 100Ghz cho phộp s dng 36 bc súng trờn tng s 44 bc súng,cũn bc súng khụng s dng tớn hiu i qua b mux v c tỏch thnh bc súng khỏc nhau,mi bc súng cú dung lng l 10Gb/s.cỏc bc súng c tỏch v a ti card NGM-WT10G trờn thit b OME- 6500.OME6500 cu hỡnh bng rng cỏc modul trờn cựng mt giỏ mỏy s dng cụng ngh iu ch mi NGM bự tỏn sc trờn tng bc súng, khụng cn s dng cỏc modul bự tan sc DSCM.NGM da trờn c s ca b iu ch pha v biờn linh hot (Cỏc b iu ch trc õy ch yu l iu SV: Phan c ng Lp 46K - TVT ỏn tt nghip Trng i hc Vinh khin cng quang ),bự tỏn sc c thc hin u phỏt v thc hin ti u hoỏ theo thi gian thc trờn c s ca mi bc súng.NGM ỏnh giỏ s mộo tớn hiu b suy gim trờn ng truyn bự tỏn sc v mó hoỏ s mộo pha ca hng i din phn phỏt bự tỏn sc phn thu l nh nht.Hng thu s mộo pha c loi tr v d liu c khụi phc.NGM cũn thc hin vic chuyn i cỏc bc súng sang bc súng 1310nm trc a sang HDXC - HDXc: Cú dung lng chuyn mch 640Gb/s, Dung lng khe cm l 80G.Tớn hiu 10Gb/s cú bc súng 1310nm t card NGM-WT OME c a sang card cng,ti õy tớn quang c bin i thnh tớn hiu in a sang card chuyn mch.Card chuyn mch cung cp cung cp ma trn chuyn mchcp VC4 v VC64.HDXc cung cp bng thụng ti 800Gb/s cho mi card chuyn mch,kt ni hỡnh t 3n card I/O chuyn mch Tớn hiu ti card chuyn mch c xen r vi tớn hiu ti trm tớn hiu qua card chuyn mch c a li card cng v c chuyn t tớn hiu in sang tớn hiu quang.tớn hiu quang ny cú tc 10Gb/s c a sang card NGMWT OME -6500 Cũn tớn hiu add/drop ti trm t card chuyn mch c a ti card cng I/O a sang thit b SDH OME 6500 /11.Thit b OME 6500 cu hỡnh a dch v MSPP cú kh nng add/drop lu lng trc tip t STM64 xung E1, STM1, STM4, STM16,cú kh nng truyn ti lu lng trờn nn SDH/SONET.Hin ti mt bc súng 10Gb/s c h ti trm,tỏch 4x63 E1, 2x16 STM1, a giao din in v 2x2,5Gb/s a giao din quang,kt ni giỏ ODF.Cỏc giao din in c a panel I/O v kt ni giỏ DDF 75 v DDF 120 -Phớa phỏt tớn hiu t OME 6500/11 c a sang thit b HDXc xen r,chuyn mch,kt hp vi bc súng cũn li c a sang thit b OME6500/13 i vo hng hoc a sang OME6500/12 hng ngoi.Ti OME 6500 cỏc tớn hiu c chuyn i t bc súng SV: Phan c ng Lp 46K - TVT ỏn tt nghip Trng i hc Vinh 1310nm sang cỏc bc súng tng ng a ti b MUX ca modul CMD44 ghộp thnh tớn hiu tng 80Gb/s,tớn hiu tng c a sang modul WSS,modul chuyn mch la chn bc súng Sau ú tớn hiu tng c a ti modul khuch i MLA2,tớn hiu c khuch i lờn mc cn thit phỏt lờn ng dõy SV: Phan c ng Lp 46K - TVT ỏn tt nghip Trng i hc Vinh Kết luận Kỹ thuật ghép kênh theo bớc sóng WDM đợc áp dụng rộng rãi toàn giới trở thành phơng tiện tuyệt vời để thúc đẩy phát triển kỹ thuật thông tin quang tơng lai Kỹ thuật WDM ghép nhiều bớc sóng, tận dụng đợc băng thông rộng khả dẫn sóng sợi quang, từ nâng cao đợc dung lợng truyền dẫn sợi quang, đáp ứng đợc yêu cầu truyền dẫn tốc độ cao Có nhiều phơng pháp ghép kênh nh sử dụng lọc điện môi, cách tử Các thiết bị WDM ngày đợc cải tiến công nghệ đạt đợc tiêu kỹ thuật tốt Các thiết bị WDM kết hợp với thiết bị khác nh ghép kênh xen rẽ, khuyếch đại quang, nối chéo quang đợc sử dụng để tách/ghép bớc sóng khác có ảnh hởng tới hệ thống Kỹ thuật WDM cho phép nâng cấp hệ thống cách từ từ tuỳ theo điều kiện mặt kinh tế Mặt khác, có ảnh hởng đến hệ thống nên cần nâng cấp tăng dung lợng thông tin tác động nhiều đến toàn hệ thống Hơn nữa, kỹ thuật WDM đợc áp dụng nhiều cấu hình khác nhau, đó, linh hoat sử dụng điều kiện cụ thể Để nâng cấp dung lợng truyền dẫn tuyến đờng trục Bắc - Nam, sử dụng công nghệ WDM có nhiều u điểm Do đó, WDM phơng pháp đợc sử dụng để nâng cấp dung lợng tuyến đờng trục phát triển hệ thống thông tin cáp sợi quang Việt Nam tơng lai SV: Phan c ng Lp 46K - TVT ỏn tt nghip Trng i hc Vinh Tài liệu tham khảo Công nghệ truyền dẫn quang - NXB Bu điện Cơ sở kỹ thuật laser - PGS.TS Trần Đức Hân, PGS.TS Nguyễn Minh Hiển Hệ thống thông tin sợi quang - Phùng Văn Vận, Trần Hồng Quân Guide to DWDM - EXFO, 2000 Photonic Networks - Giancarlo Pati, 1997 Ti liu k thut ca Trm Vinh - Cụng ty Vin thụng liờn tnh VTN SV: Phan c ng Lp 46K - TVT ỏn tt nghip Trng i hc Vinh Các thuật ngữ viết tắt ADM APD AWG BA BER BPF DCD DEMUX DFB DWDM E/O EDF EDFA FWM ITU LA LD LED LWPF MULDEX MUX NRM OADM OFDM OSC OTDM OXC PA PE PIN PMD S/N SBS SDH SPM SRS SWPF WDM XPM Add Drop Multiplexer Avalanche Photo Diode Arrayed Waveguide Grating Booster Amplifier Bit Error Rate Band Pass Filter Dispersion Compensation Divide Demultiplexer Distributed Feedback Dense Wavelength Division Multiplexing Electrical to Optical converter Erbium Doped Fiber Erbium Doped Fiber Amplifier Four Wave Mixing International Telecommunication Union Line Amplifier Laser Diode Light Emiting Diode Long Wavelength Pass Filter Multiplexer/Demultiplexer Multiplexer Network Resource Management Optical Add Drop Multiplxer Optical Frequency Division Multiplexing Optical Supervisory Channel Optical Time Division Multiplexing Optical Cross Connect Pre Amplfier Power Equalizer Positive Intrinsic Negative Polarization Mode Dispersion Signal to Noise ratio Stimulated Brillouin Scattering Synchronous Digital Hierarchy Self Phase Modulation Stimulated Raman Scattering Short Wavelength Pass Filter Wavelength Division Multiplexing Cross Phase Modulation SV: Phan c ng Bộ ghép kênh xen rẽ Điốt quang thác Cách tử dẫn sóng theo hàng Khuyếch đại công suất Tỷ lệ lỗi bit Bộ lọc thông dải Thiết bị bù tán sắc Bộ giải ghép kênh Hồi tiếp phân tán WDM mật dộ cao Bộ biến đổi điện - quang Sợi quang pha Erbium Bộ khuyếch đại quang pha Erbium Trộn bốn bớc sóng Hiệp hội viễn thông quốc tế Khuyếch đại đờng truyền Điốt laze Điốt phát xạ quang Bộ lọc bớc sóng dài Bộ ghép/tách kênh Bộ ghép kênh Quản lý tài nguyên mạng Bộ ghép quang xen rẽ Ghép kênh quang theo tần số Kênh kiểm tra tín hiệu quang Ghép kênh quang theo thời gian Bộ nối chéo quang Tiền khuyếch đại Bộ cân cống suất Tán sắc,mode phân cực Tỷ số tín hiệu/tạp âm Tán xạ Brillouin Cấp truyền dẫn số đồng Tự điều chế pha Tán xạ Raman Bộ lọc bớc sóng ngắn Ghép kênh theo bớc sóng Điều chế pha chéo Lp 46K - TVT ỏn tt nghip Trng i hc Vinh MC LC Trang M u Chng I Tng quan v h thng thụng tin cỏp si quang 1.1 Lch s phỏt trin ca h thng thụng tin cỏp si quang 1.2 H thng thụng tin cỏp si quang 1.3 Cỏc k thut ghộp kờnh quang 1.3.1 K thut ghộp kờnh theo tn s quang (OFDM) 1.3.2 K thut ghộp kờnh quang theo thi gian (OTDM) 1.3.3.Cụng ngh ghộp kờnh theo bc súng (WDM) SV: Phan c ng 3 12 12 14 17 Lp 46K - TVT ỏn tt nghip Trng i hc Vinh Chng II Tng quan v cụng ngh WDM 2.1 Gii thiu 2.2 Tin trỡnh phỏt trin mng truyn ti 2.3 Cụng ngh WDM 2.3.1 u nhc im ca cụng ngh WDM 2.3.2 K thut ghộp kờnh theo bc súng 2.3.3 Cu trỳc mng WDM Chng III Tớnh toỏn thit k h thng tin quang ghộp bc súng 3.1 Mt s cn quan tõm tớnh toỏn thit k h thng thụng 18 18 20 22 22 23 26 38 tin quang ghộp kờnh theo bc súng 3.1.1 Kờnh bc súng - xuyờn nhiu gia cỏc kờnh 3.1.2 Vn suy lao Qu cụng sut ca h thng thụng tin WDM 3.1.3 Vn tỏn sc bự tỏn sc 3.1.4 Vn nh hng ca cỏc hiu ng phi tuyn 3.1.5 Nhng yu t gõy suy gim cht lng cn xem xột tớnh toỏn 38 38 43 44 47 thit k h thng WDM 54 Chng IV ng dng thit b 80Gb/s trờn mng vin thụng VTN 3.1 Cu hỡnh tuyn 3.2 ng i tớn hiu mng WDM 3.3 Ch bo v 3.4 Cỏc tuyn cỏp quang 3.5 H thng qun lý mng 3.6 Gii thiu trm VTN Ngh An Kt lun Ti liu tham kho 64 64 67 70 74 75 76 80 81 SV: Phan c ng Lp 46K - TVT [...]... kỹ thuật ghép kênh quang Ngày nay, dịch vụ thông tin tăng trởng nhanh chóng Để thích ứng với sự tăng trởng không ngừng của dung lợng truyền dẫn thông tin và thoả mãn yêu cầu về tính linh hoạt của sự thay đổi mạng, đã xuất hiện các công nghệ ghép kênh nh công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số quang OFDM, công nghệ ghép kênh quang phân chia theo thời gian OTDM, công nghệ ghép kênh theo bớc sóng WDM... Chơng III Tính toán thiết kế hệ thống thông tin quang ghép bớc sóng 3.1 Một số vấn đề cần quan tâm khi tính toán thiết kế hệ thống thông tin quang ghép bớc sóng 3.1.1 Kênh bớc sóng - vấn đề xuyên nhiễu giữa các kênh 3.1.1.1 Khoảng cách kênh bớc sóng Một trong các yếu tố quan trọng cần phải xem xét là hệ thống sẽ sử dụng bao nhiêu kênh bớc sóng và điều cần lu ý là số kênh bớc sóng cực đại có thể sử dụng... Kỹ thuật ghép kênh theo bớc sóng cho phép tăng dung lợng truyền dẫn quang mà không cần tăng tốc độ bit đờng truyền và cũng không cần tăng thêm số sợi quang Nguyên lý của kỹ thuật ghép kênh theo bớc sóng đợc mô tả trong hình 1.6 1 Bộ ghép kênh Bộ tách kênh Hình 1.10 Hệ thống ghép kênh theo bớc sóng (WDM) Giả sử có các nguồn phát quang làm việc ở các bớc sóng khác nhau 1, 2, , n Phía phát sẽ ghép các... các kênh quang riêng rẽ nh ở đầu vào bộ ghép kênh ở phía phát Nguồn quang sử dụng trong kỹ thuật ghép kênh theo thời gian thờng là các laser phát xung rất hẹp ở tốc độ rất cao, bớc sóng làm việc thờng trong vùng 1550 nm do có suy hao nhỏ nhất và phù hợp với các bộ khuyếch đại quang sợi sử dụng trong hệ thống Tín hiệu Phát xung nhịp Điều chế Điều chế Nguồn phát KĐ quang Ghép quang Chia quang KĐ quang. .. Tách kênh Sợi quang Điều chế Điều chế Hình 1.8 Hệ thống ghép kênh theo thời gian TDM Trễ quang Lợi ích của công nghệ TDM là tăng dung lợng truyền dẫn của một kênh cáp quang đơn lên trên 10 Gb/s Các hệ thống hoạt động ở tốc độ trên đang dần dần thay thế các hệ thống TDM 2,5 Gb/s Với các tốc độ nhỏ hơn 10 Gb/s, các đặc tính chủ yếu của sợi quang ít ảnh hởng đến chất lợng truyền dẫn, còn với các hệ thống. .. sợi quang thông thờng và đạt đợc mức tán xạ xấp xỉ 15 ps/nm.km Đây là một trong những loại sợi quang có tán xạ hạn chế Sử dụng sợi quang có tán xạ dịch chuyển cho phép tăng khoảng cách truyền dẫn (hàng nghìn km) 1.3.3 Công nghệ ghép kênh theo bớc sóng (WDM) Do các nguồn phát quang có độ rộng phổ khá hẹp, các hệ thống thông tin cáp sợi quang thờng chỉ sử dụng phần rất nhỏ băng tần truyền dẫn của sợi quang. .. Hình 1.7 Ghép kênh theo tần số quang (OFDM) Đặc tính của sợi quang là có suy hao nhỏ trong dải bớc sóng từ 800 đến 1800 nm tơng đơng với dải tần 200000 GHz Tần số của sóng quang rất cao, có thể trên 200000 GHz Vì vậy, có thể truyền dẫn trên sợi quang một số lợng lớn các kênh ghép có tần số khác nhau, mỗi kênh có dải tần rộng Chẳng hạn, với băng thông 200000 GHz của sợi quang có vùng tần số nằm trong dải... thức ghép kênh đều có những u và nhợc điểm riêng Để ứng dụng trong những mạng lới thực tế cần phải lựa chọn sau khi xem xét những yếu tố nh xu hớng về nhu cầu, cấu hình mạng lới, độ tin cậy của phần cứng và khả năng mở rộng trong tơng lai Các phơng pháp này thờng đợc kết hợp với nhau để tăng dung lợng hệ thống 1.3.1 Kỹ thuật ghép kênh theo tần số quang (OFDM) Phơng pháp ghép kênh theo tần số quang. .. dụng các bộ lọc quang thật chính xác Phổ biến hiện nay là các bộ lọc quang 100 kênh có thể tạo ra khoảng cách kênh từ 5 đến 10 GHz dựa trên hiệu ứng quang phi tuyến của các loại vật liệu bán dẫn hay các vật liệu điện môi Dải dịch tần số quang hiện nay có thể đạt đợc khoảng 1000 GHz 1.3.2 Kỹ thuật ghép kênh quang theo thời gian (OTDM) Trong kỹ thuật ghép kênh theo thời gian, tín hiệu quang trên một sợi... bớc sóng 1500 nm đến 1600 nm có độ suy hao nhỏ nhất, có thể ghép tới 1000 kênh quang tốc độ lớn hơn 1 Gb/s với khoảng cách kênh 10 GHz Khi đó, dung lợng tổng cộng trên sợi quang này sẽ lớn hơn 1 Tb/s Tần số của các nguồn phát quang sử dụng kỹ thuật ghép kênh theo tần số quang (OFDM) phải rất ổn định, các bộ khuyếch đại quang dải rộng phải đảm bảo khuyếch đại đồng đều tất cả các kênh Các thiết bị quang ... công nghệ ghép kênh nh công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số quang OFDM, công nghệ ghép kênh quang phân chia theo thời gian OTDM, công nghệ ghép kênh theo bớc sóng WDM Mỗi phơng thức ghép kênh. .. Bộ ghép kênh Bộ tách kênh Hình 1.10 Hệ thống ghép kênh theo bớc sóng (WDM) Giả sử có nguồn phát quang làm việc bớc sóng khác 1, 2, , n Phía phát ghép tín hiệu quang có bớc sóng khác vào sợi quang. .. đại quang sợi sử dụng hệ thống Tín hiệu Phát xung nhịp Điều chế Điều chế Nguồn phát KĐ quang Ghép quang Chia quang KĐ quang Tách kênh Sợi quang Điều chế Điều chế Hình 1.8 Hệ thống ghép kênh theo