tinh toán thiết kế tuyến thông tin quang WDM trong mạng truyền tải quang

I CHƯƠNG II: KỸ THUẬT SỢI QUANG 11 Cơ sở quang học 12 II Sự truyền dẫn ánh sáng sợi quang 13 III Các dạng phân bố chiết suất sợi quang 13 III Sợi quang có chiết suất nhảy bậc 13 111.2 Sợ i quang có chiết suất giảm dần .14 THONG TIN QUANG 111.3 Các dạng chiết suất khác 14 IV Các thông số sợi quang 15 IV Suy hao 15 IV Tán sắc 20 V Các loại cáp quang thị trường khuyên nghị sử dụng hệ thống TS Pham cong Hung WDM 24 v.l Sợi SSMF (single-mode optical fibre cable) hay sợi G.652 .24 V Sợi DSF (dispersion-shiíted single-mode optical fibre cable) hay sợi G.653 .25 MỤC LỤC III Các chức OADM .66 111.2 Các phần tử quang tiên tiến thiết bị OADM .66 111.3 OPM - module giám sát hệ thống OADM 70 111.4 Module điều chỉnh cân tán sắc DEM 71 111.5 M ột số sản phẩm OADM thương mại 72 IV Thiết bị kết nối chéo oxc 74 IV Sự đời công nghệ chuyển mạch quang hoàn toàn 74 IV Thiết bị kết nối chéo quang oxc 77 CHƯƠNG IV: ÚNG DỤNG WDM TRONG MẠNG ĐƯỜNG TRỤC VIỆT NAM 79 I Các thành phần hoạt động mạng quang WDM 79 1.1 Lớp mạng truyền tải .79 1.2 Các phần tử lớp quang 79 1.3 Chức OAM&P lớp quang .81 1.4 Gi ải pháp kỹ thuật cho lớp quang .84 1.5 Xâ y dựng kết nối quang 85 II Mạng cáp quang đường trục 20Gbps 93 III Tổ chức định hướng cho cấu trúc mạng NGN Việt Nam 106 III Mục tiêu xây dựng mạng truyền tải đường trục, mạng truy nhập cho NGN Việt Nam 106 111.2 Các yêu cầu lớp truyền tải đường trục 108 111.3 Đánh giá khả hệ thống truyền dẫn quang sử dụng theo hướng NGN IV Kết nối mạng truyền tải quang 109 NGN MỤC LỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các thành phần tuyến thông tin cáp sợi quang Hình 1.2 Nguyên lý hệ thống thông tin quang WDM Hình 1.3 Khái quát ưu điểm công nghệ WDM Hình 2.8 Suy hao hấp thụ vùng cực tím hồng ngoại 18 Hình 2.9 Suy hao tán xạ Rayleigh .19 Hình 2.10 Suy hao uốn cong thay đổi theo bán kính 20 Hình 2.11 Dạng xung vào .21 Hình 2.12 Tán sắc (dmod) thay đổi theo chiết suất 22 Hình 2.13 Tán sắc chất liệu (d mod), tán sắc dãn sóng (d wơ) tán sắc thể thay đổi theo buớc sóng 23 Hình 2.14 Phân loại sợi quang theo tán sắc 29 Hình 2.15 Hiệu ứng tán xạ SRS .31 Hình 2.16 Hiệu úng trộn bốn bước sóng FWM 33 Hình 2.17 Hiệu úng điều chế dịch pha SPM 36 Hình 2.18 Ví dụ dạng sóng bị suy hao hiệu úng SPM 36 Hình 2.19 Ví dụ dạng sóng bị suy hao hiệu ứng .XPM 37 Hình 3.1 Quan hệ công suất quang dòng điện kích thích 42 Hình 3.2 Phổ phát xạ laser dạng thực tế 44 Hình 3.3 Phổ laser DFB 44 Hình 3.4 Cơ chế xạ ba mức (a) bốn mức (b) 46 Hình 3.5 Cấu trúc khuếch đại quang sợi EDFA .47 Hình 3.6 ứng dụng EDFA .48 Hình 3.7 Cấu hình EDTFA 51 Hình 3.8 Mô hình truyền dãn WDM 160 kênh bước sóng cho hai băng truyền dẫn C v L 52 Hình 3.9 Cấu hình module khuếch đại quang MOR PLUS Nortel .55 Hình 3.10 Khuếch đại MOR PLUS tuyến WDM 56 Hình 3.11 Cấu hình kết cuối sử dụng thiết bị khuếch đại 1600G - band c Hình 3.12 Tiền khuếch đại EDFA (Pre-AMP) cho .hai hướng Hình 3.13 Bộ khuếch đại công suất (Booster) EDFA 60 Hình 3.22 Nguyên lý làm việc chuyển mạch theo công nghệ Ink-jet .76 Hình 3.23 oxc với ma trận chuyển mạch 77 Hình 3.24 oxc với chuyển mạch kiểu “one wavelength-per- card” .78 Hình 4.1 Lớp SONET lớp quang mạng truyền tải 81 Hình 4.2 Chức OAM&P lớp quang .83 Hình 4.3 Sơ đồ thiết kế kết nối 86 Hình 4.4 Cấu hình mạng đường trục 20Gbps VTN 94 Hình 4.5 Các bước sóng sử dụng mạng đường trục 20 Gbps .95 VTN 95 Hình 4.6 Hệ thống DWDM VTN 96 Hình 4.7 Đường tín hiệu mạng DWDM .99 Hình 4.8 Chế độ bảo vệ chuyển mạch SNCP mạng DWDM 101 Hình 4.9 Trạm đầu cuối Hà Nội 103 Hình 4.10 Trạm đầu cuối Đà Nang 105 Hình 4.11 Lớp chuyển tải cấu trúc NGN 108 Hình 4.12 Cấu hình tuyến cáp quang HNI - ĐNG - Tp HCM118 Hình 4.13 Sơ đồ bù tán sắc suy hao hệ thống 119 MỤC LỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Bảng tổng kết loại sợi quang 38 Bảng 3.1 Tham số kỹ thuật EDFA - Pre-Amplifier 59 Bảng 3.2 Chỉ tiêu khuếch đại .60 Bảng 3.3 Tham số kỹ thuật khuếch đại Ram an 64 Bảng 3.4 Một số đặc tuyến quan trọng khuếch đại Raman EDFA 65 Bảng 4.1 Xây dựng kết nối .85 Bảng 4.2 Bảng tính suy hao vượt 87 Bảng 4.3 Suy hao bước tối đa cho phép giảm 87 Bảng 4.4 Quy tắc phân chia 88 Dispersion Compensator Module Module bù tán sắc Dispersion Equalization Module DEMultiplexing Erbium-Doped Silicon-based Fiber Khuếch đại quang Erbium dựa Ampliíier bán dẫn Silic Fiber Khuếch đại quang Erbium bán dẫn Tellurium Cách tử sợi Bragg Line Amplifier Bộ khuếch đại Long Haul Bộ lặp Long Haul Bộ khuếch đại quang đường truyền Mid-stage Access MỞ ĐẦU Trải qua gần 1/4 kỷ kể từ hệ thống truyền dẫn quang đưa vào khai thác mạng viễn thông, nhận thấy phương thức truyền dẫn mang lại khả to lớn việc truyền tải dịch vụ viễn thông ngày phong phú với nhu cầu lưu lượng ngày lớn hơn, dịch vụ Internet, ISDN, B-ISDN, VLAN, CATV Các hệ thống thông tin quang với ưu điểm băng thông, cự ly, chất lượng thông tin không bị ảnh hưởng nhiễu sóng điện từ, khả bảo mật thông tin ngày có sức hấp dẫn mạnh mẽ nhà khai thác cung cấp dịch vụ viễn thông lượng tuyến lên tới cỡ Tbps hệ thống thử nghiệm; hàng trăm Gbps hệ thống sản phẩm mạng quang thương mại được chào bán triển khai nhiều nước châu Âu, Bắc Mỹ, Nhật Bản X (|Lim) Một ý tưởng Đặc tính suy hao sợi quang theo bước sóng ng thời nhiều tín hiệu quang từ nguốn quang khác có bước sóng phát khác cho nguồn thông tin độc lập Kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng WDM thực ý tưỏng này, bước sóng mang kiểu lưu lượng khác tốc độ STM-n SDH, ATM Ethernet Gigabit , điều có nghĩa hệ Trong khuôn khổ de tai này, xin trình bày cách có hệ thống từ nguyên lý kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng, thành phần hệ thống WDM như: sợi quang, khuếch đại quang EDFA, xen rẽ bước sóng quang OADM, đấu chéo quang OXC ứng dụng WDM mạng đường trục nước ta Chương I: Tổng quan vê hệ thống thông tin quang WDM CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỂ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG (WDM) Ngày nay, hệ thống truyền dẫn quang ứng dụng rộng rãi I Cấu trúc tổng quát hệ thống thông tin quang Tín hiệu điện vào Bộ Bộ phát quang quang Mạch điều khiển Mối hàn sợi Các thiết bị khác Khuếch đại Khuếch đại quans Đầu thu quang Khôi phục tín hiệu Tín hiệu điện Bộ thu quang Hình ĩ Các thành phần tuyến thông tin cáp sợi quang Các thành phần tuyến gồm có phần phát quang, đường truyền cáp sợi quang phần thu quang Phần phát quang cấu tạo từ phần phát tín hiệu -1- Chương IV: ứng dụng WDM mạng đường trục Việt Nam - Xét tổng quát yếu tố mạng đuờng trục kiểu MS SPRING có nhiều ưu điểm Do vậy, kiểu bảo vệ MS SPRING sợi tuyến đường trục Việt Nam hợp lý (thực tế việc áp dụng cấu hình bảo vệ phụ thuộc vào nhiều yếu tố dung lượng Ring, khả xen rẽ, khả truyền dung lượng phụ, tính đơn giản Tuy nhiên, có số điểm cần thảo luận xem xét tới việc tiếp cận NGN cấu hình mạng tại: cáp quang lắp đặt tuyến đườnq trục: nhìn chung, cáp sử dụng tuyến có khác dạng sản phẩm xuất phát từ tính đầu tư nhà cung cấp khác nhau, có chung đặc điểm sau: 110 Chương IV: ứng dụng WDM mạng đường trục Việt Nam dụng sợi đơn mode hợp lý Với tốc độ 2,5Gbps cho luồng mà không cần bù tán sắc khoảng lặp đạt tốc độ 2,5Gbps X 2,5Gbps dùng kỹ thuật WDM Do tiếp tục sử dụng loại sợi nâng cấp tuyến đường trục thời gian định - Tuy nhiên cáp quang tuyến 1A khai thác lâu, cần xem xét lại chất lượng suy hao tán sắc sợi măng sông mối hàn, tuổi thọ ngắn lại với quỹ thời gian khai thác có hiệu hạn hẹp thêm Điều làm trở ngại cho việc tiến tới nâng cấp thành mạng truyền tải với mong muốn có lực mạnh nhiều lần - Trong trường hợp tốc độ bit kênh quang nâng cấp lên tới OGbps cần có phương án bù tán sắc sử dụng EDFA cho phù hợp, khi111 Chương IV: ứng dụng WDM mạng đường trục Việt Nam trung tiến tới mạng TMN (Telecommunication Management Network) Nói chung, tính không đồng công nghệ thiết bị làm ảnh hưởng nhiều đến việc nâng cấp mạng lên NGN Cấu hình nhiều tuyến dạng điểm - điểm thiết bị lại sử dụng công nghệ SDH Một số có cấu hình Ring lại không theo đường vật lý, điều làm giảm độ an toàn tuyến Như vậy, xét tương lai góc độ mạng nâng cấp lên NGN bất cập Các hệ thống thiết bị SDH PDH thuộc mạng liên tỉnh hoạt động không hiệu môi trường IP Chương IV: ứng dụng WDM mạng đường trục Việt Nam thấy rằng: vào nhu cầu lưu lượng cần truyền cấu hình tuyến trục cáp quang Bắc - Nam hoàn toàn đảm bảo truyền tải lưu lượng tới năm 2010 mà nâng cấp tuyến theo công nghệ WDM với bước sóng, tốc độ 2,5Gbps Tuy nhiên, yêu cầu mục tiêu NGN, mạng có vấn đề sau: • Do cấu trúc mạng mà việc phân tải lưu lượng chưa tối ưu • Chất lượng truyền dẫn mạng đường trục nhìn chung chưa đủ đảm bảo tạo sở hạ tầng vững chất lượng để chuyển trực tiếp sang NGN 113 Chương IV: ứng dụng WDM mạng đường trục Việt Nam IV Giải pháp kỹ thuật kết nối bấn Các kết nối truyền dẫn cung cấp cho lớp chuyển mạch cấu trúc NGN có đặc điểm sau: Core - TGW kết nối với cổng quốc tế TDM Kết nối có đặc điểm chủ yếu trạm gần VTN VTI có giao diện TDM thông thường nên kết nối sử dụng hệ thống truyền dẫn phù hợp Edge - Core: cấu trúc dạng hub đơn kép edge đến core vùng Các kết nối có hai loại phân biệt: nội đài liên đài 114 Chương IV: ứng dụng WDM mạng đường trục Việt Nam V Đối Áp với dụng thiết tuyếnhiện thông hệ tính thốngtoán truyền dẩnkêquang có: tin quang WDM mạng truyền tải quang STM 64 = 4032 E1 Trong trình chuyên đổi NGN, việc tận dụng tối đa hệ thống truyền dẫn cóMô nhằm giảm đáng mạng kể chituyến phí đầu xây dựng mạng tả cần thiết thiết kế hệ thống WDM dài tư khoảng 900km X Do có vậy, khả giai đoạn đầu mạng truyền dẫn quang cung cấp phương tiện phát triển đến 32 bước sóng lOGbps với cáp SMF có sẵn dùng khuếch đại truyền kết nốibù củatán mạng gói tương tự sau: đến khu vực địa quang dẫn sợi cho (EDFAs), sắc chuyển (DCF),mạch OADM để ghép xen/tách phương, oxc kỹ thuật ghép đấu chéo đường quang nút đấu chuyển Ring trục - Cấp đường trục Core - Core sử dụng giao diện luồng STM-1 thiết bị router cung cấp giao diện STM-1 với cấu trúc VC-4, sử dụng lóp giao thức IP/ATM/VC-4/STM-1 thông qua giao thức ppp RPR với cấu trúc IP/MPLS overSTM-1 Bảng 4.8 Các đặc điểm kỹ thuật hệ thống WDM V WDM Thiết kế liên kết hệ thông Bảng 4.7 Dự báo lưu lượng truyền thông Đối với cấp đường trục, hệ thống nâng cấp 20Gbps WDM sau cung cấp Đến năm 2005: 115 117 116 Chương IV: ứng dụng WDM mạng đường trục Việt Nam 885 km 916 krn Hình 4.12 Cấu hình tuyến cáp quang HNI - ĐNG - Tp HCM Thiết kế hệ thống hai hướng hai đường sử dụng cáp đơn mode chuẩn (SMF, Df = 17ps/nm/km) đoạn HN - ĐNG, đoạn ĐNG - Tp HCM làm tương tự đấu chuyển hai đoạn oxc có tái tạo tín hiệu Tán sắc màu D bước sóng 1550nm bù đầy đủ module sợi bù tán sắc (DCF, Dc = -lOOps/nm/km) 118 Chương Chương IV:IV: ứng ứng dụng dụng WDM WDM trong mạng mạng đường đường trục trục Việt Việt Nam Nam bước sóng 0,4nm, công nghệ đắt nhiều dùng lOGbps băng Gl(dB) c có phân G2(dB) Hình 4.13 Sơ đồ bù tán sắc suy hao hệ thống Lc(km) SMF: Sợi đơn mode (G.652) Df = +17ps/nm/km 120 119 Chương IV: ứng dụng WDM mạng đường trục Việt Nam Bảng 4.9 Bảng suy hao, EDFAs, DC đoạn cho 2,5Ghps hước sóng Dùng tái tạo tín hiệu Đà Nẵng cho phép truyền đến Tp Hồ Chí Minh mạng không suốt gây khó khăn cho quản lý mạng, muốn suốt, dùng khuếch đại Raman tốn công nghệ phải dùng sợi tán sắc dương âm (-D +D) nhiều Đoạn Hà Nội - Đà Nẵng 121 Chương IV: ứng dụng WDM mạng đường trục Việt Nam 122 123 Chương IV: ứng dụng WDM mạng đường trục Việt Nam Bảng 4.10 Bảng suy hao, EDFAs, DC đoạn cho ỈOGbps hước sóng 124 KẾT LUẬN Kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng mật độ cao DWDM áp dụng rộng rãi toàn giới trở thành phương tiện để thúc đẩy phát triển kỹ thuật thông tin quang tương lai chi phí đầu tư tính ổn định có nhiều điểm hẳn so với ghép kênh truyền thống TDM, mà nhu cầu dung lượng ngày cao Kỹ thuật DWDM ghép nhiều bước sóng dải 1550 nm, tận dụng băng thông rộng khả truyền dẫn sợi quang, từ nâng cao dung lượng truyền dẫn sợi quang, đáp ứng yêu cầu truyền dẫn tốc độ cao Khi nâng cấp hệ thống thông tin quang theo công nghệ WDM, có nhiều vấn đề cần phải xem xét, nhu cầu dung lượng, cấu hình hợp lý cấu hình tối ưu Vấn đề mật độ ghép bước sóng, ITU-T ban hành chuẩn tần số khoảng cách ghép kênh, trở nên lạc hậu so với công nghệ tách/ghép bước sóng nay, mà khoảng cách ghép bước sóng hệ thống WDM giảm xuống 25 GHz 125 tuyến nội tính, nơi nhu cầu lưu lượng gia tăng nhanh chóng LIỆU KHÁO TS Phạm Côns Hùng, giảns TÀI “Ghép kênh THAM quang theo bước sóng DWDM”, 126 Hà Nội 2002 127 [...]... quan vê hệ thống thông tin quang WDM chia quang và các trạm lặp; tất cả tạo nên một tuyến thông tin quang hoàn chỉnh nhu’ hình 1.1 Khi khoảng cách truyền dẫn khá dài, tới một cự ly nào đó, tín hiệu quang trong sợi bị suy hao khá nhiều thì cần thiết phải có trạm lặp quang trên tuyến Cấu trúc của thiết bị trạm lặp quang gồm có thiết bị phát và thiết bị thu ghép quay phần điện vào nhau Thiết bị thu 0 trạm... dụng khuếch đại quang là 640km Các tiêu chuẩn liên quan đến hệ thông WDM 1) ITU-T G.872: kiến trúc của mạng truyền tải quang -10- Chương ChươngII: II:Kỹ Kỹthuật thuậtsợi sợiquang quang II dẫnhọc ánh sáng trong sợi quang I Sự Cơ truyền sở quang CHƯƠNG II: KỸ THUẬT SỢI QUANG c n—— V thành phần quan trọng nhất của mạng Nó là Sợi quang là một trong những hiện phản toàn được phần,chế sợi tạo quang được chế... vật lý, cùng với sợi quang tạo thành lớp kênh quang -7- Chương I: Tổng quan vê hệ thống thông tin quang WDM Thực tế, có nhiều công nghệ hiện diện trong lớp mạng truyền tải cho nên dưới góc độ truyền dẫn, các hệ thống WDM phải có khả năng thích ứng với mọi dạng lớp trên Hiện tại các hệ thống WDM vẫn được thiết kế chủ yếu để mang tín hiệu SDH từ lớp Client Đây cũng là các hệ thống WDM hoàn thiện nhất... trênđiểm sợi quang Nhược của công nghệ WDM: - 6 5 • Dung lượng hệ thống vẫn còn quá nhỏ bé so với băng tần sợi quang CC48: Chương I: Tổng quan vê hệ thống thông tin quang WDM • Các thiết bị đấu chéo Hình ĩ 5 Vị trí của hệ thống WDM trong mạng truyền tải Các tín hiệu SDH, PDH và ATM đại diện cho dịch vụ ở lóp Client mà được mang trên hệ thống WDM Nếu xét đến khái niệm phân lóp mạng thì hệ thống WDM được... rẽ (mật độ kênh) trong hệ thống Những kênh quang trong hệ thống DWDM thường nằm trong một cửa sổ bước sóng, chủ yếu là 1550nm vì môi trường ứng dụng hệ thống này là mạng đường trục, cự ly truyền dẫn dài và -3- Chương I: Tổng quan vê hệ thống thông tin quang WDM thuật tăng dung củangười các mạng hiệnchung có màmọi không dụng và dịch vụKỹmới trênWDM nền cho tảngphép Internet Trướclượng WDM, ta tập nỗ phải... khắc phục được trong loại sợi có chiết suất giảm dần Hình 2.4 Sự truyền ánh sáng trong sợi quang có chiết suất giảm dần (GI) Đường truyền của các tia sáng trong sợi GI cũng không bằng nhau nên vận tốc truyền cũng thay đổi theo Các tia truyền xa trục (đường truyền dài hơn) có vận tốc truyền lớn hơn và ngược lại, các tia truyền gần trục (đường truyền ngắn hơn) có vận tốc truyền nhỏ hơn Tia truyền dọc theo... mãn Ri G.957 G.957 Sì sn Hình 1.7 Hệ thông WDM kiểu mở Rn Trong thực tế xây dựng, các nhà khai thác có thể căn cứ vào nhu cầu để chọn hệ thống kiểu tích hợp hay kiểu mở Như trong điều kiện hệ thống SDH của nhiều Trong thực tế, nhiều hệ thống WDM sẽ cùng liên kết hoạt động tạo ra mạng truyền dẫn cung cấp dịch vụ bước sóng đầu cuối đến đầu cuối (mạng WDM hay mạng quang) Để đảm bảo khả năng phối họp hoạt... kênh được truyền ở một tần số vô tuyến khác nhau và chúng ta lựa chọn một trong số chúng nhờ bộ điều chỉnh kênh (một mạch cộng hưởng trong TV) Tất nhiên, ở đây là sóng vô tuyến còn trong hệ thống WDM là bước sóng quang Ớ một góc độ nào đó, không có sự khác biệt cơ bản nào giữa ghép kênh theo tần số (FDM) và ghép kênh theo bước sóng (WDM) -2- Chương I: Tổng quan vê hệ thống thông tin quang WDM những... các bộ khuếch đại đường truyền quang dải rộng (khuếch đại quang sợi EDFA, khuếch đại Raman) Conventional Optical Transpoit - 20 Gb/s , lQC-48 lQC-48 r-Eipr IOC-48 _ _ o:48.' Ưu điểm của công nghệ WDM: So với công nghệ truyền dẫn đơn kênh quang, hệ thống WDM cho thấy những ưu điểm nổi trội: -4- Chương I: Tổng quan vê hệ thống thông tin quang WDM Công nghệ WDM ngày nay rất hiệu quả trong việc nâng cao dung... hay IP, giao diện của hệ thống WDM chưa hoàn thiện Đối với hệ thống WDM được phát triển để mang SDH, hiện đang có hai xu hướng thực thi, đó là hệ thống WDM tích họp và hệ thống WDM mở Sn , Hình 1.6 Hệ thông WDM kiêu tích hợp n R - Hệ thống WDM kiểu mở: Hệ thống WDM kiểu mở có bộ chuyển đổi bước sóng OTU ở đầu phát; tác -8- Chương I: Tổng quan vê hệ thống thông tin quang WDM bước sóng không quy phạm SDH ... Kết nối mạng truyền tải quang 109 NGN MỤC LỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các thành phần tuyến thông tin cáp sợi quang Hình 1.2 Nguyên lý hệ thống thông tin quang WDM ... đấu chéo quang OXC ứng dụng WDM mạng đường trục nước ta Chương I: Tổng quan vê hệ thống thông tin quang WDM CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỂ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG (WDM) Ngày... thu quang Khôi phục tín hiệu Tín hiệu điện Bộ thu quang Hình ĩ Các thành phần tuyến thông tin cáp sợi quang Các thành phần tuyến gồm có phần phát quang, đường truyền cáp sợi quang phần thu quang