Hệ thống ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng

MỤC LỤC Nội dung Trang MỞ ĐẦU…………………………………………………………………… CHƯƠNG TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 1.1 Quá trình phát tiển của hệ thống thông tin quang 1.2 Sơ đồ nguyên lý và các phần tử bản của hệ thống thông tin quang 1.2.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống thông tin quang 1.2.2 Các phần tử bản của hệ thống thông tin quang 1.3 Đặc điểm của hệ thống thông tin quang 1.3.1 Ưu điểm của hệ thống thông tin quang 1.3.2 Nhược điểm của hệ thống thông tin quang 1.4 Những tồn tại và xu hướng phát triển của hệ thống thông tin quang 1.4.1 Những tồn tại của hệ thống quang 1.4.2 Xu hướng phát triển của hệ thống quang 4 6 8 CHƯƠNG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG WDM 2.1 Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng 11 2.1.1 Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng 11 2.1.2 Các phương pháp truyền dẫn sử dụng ghép kênh quang theo bước sóng 13 2.2 Các công nghệ và thành phần thiết bị WDM .14 2.2.1 Công nghệ WDM vi quang .15 2.2.2 Công nghệ WDM ghép sợi .18 2.3 Các thiết bị sử dụng hệ thống WDM 19 2.3.1 Thiết bị xen rẽ quang OADM 19 2.3.2 Bộ ghép tín hiệu 25 2.3.3 Bộ định tuyến bước sóng 26 2.3.4 Thiết bị đấu nối chéo quang OXC 27 2.3.5 Bộ biến đổi bước sóng .29 2.3.6 Bộ khuếch đại quang 33 2.3.7 Bộ lọc 35 2.4 Số kênh sử dụng và khoảng cách ghép giữa các kênh 38 2.4.1 Số kênh sử dụng và khoảng cách ghép giữa các kênh 38 2.4.2 Việc ổn định bước sóng và độ rộng phổ của nguồn phát .40 2.4.3 Nhiễu xuyên kênh .41 2.4.4 Suy hao 41 2.5 Việc khắc phục ảnh hưởng của tán sắc sợi quang đối với truyền dẫn…… 41 2.5.1.Ảnh hưởng của tán săc sợi quang…………………………………………… 41 2.5.2.Khắc phục ảnh hưởng của tán sắc sợi quang đối với truyền dẫn …… 42 2.6 Việc khắc phục ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến đến truyền dẫn……….48 2.6.1.Ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến đến truyền dẫn……………………… .48 2.6.2.Biện pháp khắc phục ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến đến truyền dẫn…… 48 2.7 Ưu, nhược điểm của hệ thống WDM 49 CHƯƠNG3 ỨNG DỤNG CỦA WDM 3.1 Tổng quan 51 3.2 Hệ thống điểm-điểm dung lượng lớn 51 3.3 Mạng phân bố và quảng bá .54 3.4 Mạng WDM đa truy nhập .56 3.4.1.Mạng WDM đa truy nhập đơn chặng 58 3.4.2.Mạng WDM đa truy nhập đa chặng 59 KẾT LUẬN 62 Tài liệu tham khảo 63 Thuật ngữ viết tắt 64 LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, hệ thống thông tin quang đơn mode mạng thông tin tiên tiến, chưa tận dụng băng thông lớn sợi quang cách hữu hiệu, sợi quang truyền kênh Vì thế, cần phải cải thiện hệ thống thông tin quang có sẵn kỹ thuật tiến tiến với chi phí thấp Kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM (Wavelengh Division Multiplexer) đời, cho phép nâng cao dung lượng truyền dẫn hệ thống lên lớn mà không cần phải tăng thêm sợi quang tận dụng băng tần lớn sợi quang ghép nhiều kênh bước sóng sợi quang Kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng ứng dụng rộng rãi mạng viễn thông Sự phát triển công nghệ WDM với công nghệ khuếch đại quang chuyển mạch quang tạo nên mạng thông tin hệ mới: mạng thông tin toàn quang Xuất phát từ mong muốn tìm hiểu hệ thống thông tin quang sử dụng kỹ thuật WDM đồng ý Thầy hướng dẫn, em thực đề tài tốt nghiệp: “Hê thống ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng” Đề tài gồm chương sau: Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin quang Chương 2: Hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng WDM Chương 3: Ứng dụng của WDM các hệ thống truyền dữ liệu Do thời gian trình độ hạn chế, nên không tránh có sai sót định đồ án Em mong nhận ý kiến đóng góp Quý Thầy, Cô toàn thể bạn để nội dung đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn Thầy, Cô Khoa Điện-Điện tử tàu biển tạo điều kiện cho em học tập hoàn thành nhiệm vụ suốt năm học Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Phạm Văn Phước tận tình hướng dẫn giúp đỡ em suốt trình làm đề tài Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình bạn bè giúp em hoàn thiện đề tài Hải Phòng ngày 03,tháng 02, năm 2012 Sinh viên Phạm Văn Mão Chương I TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 1.1 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG Từ xưa, người biết dùng ánh sáng để báo hiệu cho biết dùng lửa, hải đăng chưa có khái niệm hệ thống thông tin quang Đầu năm 70 đời máy điện báo quang Thiết bị sử dụng khí môi trường truyền dẫn, nên chịu ảnh hưởng điều kiện thời tiết Để khắc phục hạn chế Marconi sáng chế máy điện báo vô tuyến có khả thực trao đổi thông tin người gửi người nhận cách xa Sau đó, A G.Bell phát minh Photophone, ông truyền tiếng nói chùm ánh sáng truyền tín hiệu tiếng nói 213m Đến đầu năm 80 hệ thống thông tin đường trục 45 90 Mbit/s sử dụng sợi quang lắp đặt, cuối năm 80 đời hệ thống 1,2÷2,4 Gbit/s chuẩn SONET Hiện nay, sợi quang có suy hao α ≤ 0,2 dB/km bước sóng 1550nm, có loại sợi đặc biệt có suy hao thấp 1.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 1.2.1 Sơ đồ nguyên lý thống thông tin quang Một hệ thống quang tổ chức Hình 1.1 Nguồn tin Phần tử điện Biến đổi E/O Biến đổi O/E Phần tử điện Nguồn tin Hình 1.1: Sơ đồ tổng quát thống thông tin quang Nguồn tin bao gồm liệu hình ảnh, âm thanh, tiếng nói hay văn Phần tử điện: có nhiệm vụ biến đổi nguồn tin ban đầu thành tín hiệu điện, tín hiệu tín hiệu tương tự tín hiệu số Bộ biến đổi E/O: biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang để phát (ở đầu phát thông qua hệ thống xạ, điều pha, điều tần) Sợi quang: môi trường truyền tín hiệu quang Sợi quang có yêu cầu phải có băng thông rộng, tốc độ cao suy hao nhỏ Bộ biến đổi quang điện O/E: biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện (ở đầu thu) Tải tin hệ thống thông tin quang ánh sáng có tần số cao: từ 10 ÷1015 Hz Chuyển tiếp tín hiệu: đường truyền tín hiệu quang bị suy giảm nên sau khoảng cách định phải thực trình chuyển tiếp tín hiệu cách đặt trạm lặp để khuếch đại tín hiệu quang Khả truyền dẫn hệ thống đặc trưng băng thông truyền dẫn cự ly trạm lặp Hệ thống thông tin quang vượt xa hệ thống thông tin khác hai yêu cầu 14 1.2.2 Các phần tử thống thông tin quang Cấu trúc hệ thống thông tin quang bao gồm: phần phát quang, phần thu quang sợi quang trình bày Hình vẽ 1.2 Phần phát quang: Gồm nguồn quang mạch điều khiển liên kết với Các mạch điều khiển điều chế hay kích thích tuỳ thuộc vào kỹ thuật điều biến Nguồn quang tạo sóng mang tần số quang, mạch điều khiển biến đổi tín hiệu thông tin thành dạng tín hiệu phù hợp để điều khiển nguồn sáng theo tín hiệu mang tin Có hai loại nguồn sáng sử dụng phổ biến thông tin quang LED (Light Emitting Diode) LD (Laser Diode) Tín hiệu điện Máy phát Tín hiệu quang Mạch điều khiển Nguồn phát quang Tín hiệu điện vào Bộ nối quang Mối hàn sợi Sợi quang Bộ chia quang Thu quang Trạm lặp Mạch điện Các thiết bị khác Phát quang Khuếch đại quang Bộ khuếch đại Đầu thu quang Máy thu Chuyển đổi tín hiệu Tín hiệu điện Hình 1.2: Các phần tử thống thông tin quang Cáp quang: Gồm sợi quang lớp vỏ bọc xung quang để bảo vệ khỏi tác động có hại từ bên So với môi trường truyền dẫn khác truyền dẫn sợi quang có nhiều ưu điểm bật là: không chịu ảnh hưởng môi trường bên ngoài, băng thông truyền dẫn lớn suy hao nhỏ.Chúng đáp ứng yêu cầu khoảng cách đáp ứng dung lượng truyền dẫn cho phép thực mạng thông tin tốc độ cao Sợi quang có loại chính: sợi đơn mode, sợi đa mode chiết suất nhảy bậc sợi đa mode chiết suất biến đổi Tuỳ thuộc vào hệ thống mà sợi quang sử dụng loại Phần thu quang có chức chuyển tín hiệu quang thành nguồn tin ban đầu Nó bao gồm tách sóng quang, khuếch đại khôi phục tín hiệu Bộ tách sóng quang thường sử dụng photodiode PIN APD Ngoài tuyến quang mà có cự ly dài có thêm trạm lặp: bao gồm thu quang, mạch điện tử để khôi phục tái sinh khuếch đại tín hiệu điện, phát quang Các phần tử phụ: nối, mối nối, xen tách kênh 1.3 ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 1.3.1 Ưu điểm thống thông tin quang Thứ tiêu hao truyền dẫn thấp băng tần truyền dẫn rộng: Sợi quang có băng tần truyền dẫn rộng đến hàng Thz cho phép phát triển hệ thống WDM dung lượng lớn, suy hao truyền dẫn sợi quang tương đối nhỏ, đặc biệt vùng cửa sổ 1300nm 1550nm Điều có nghĩa hệ thống thông tin quang gửi nhiều số liệu với khoảng cách lớn so với hệ thống thông tin trước đó, đó, làm giảm số lượng sợi giảm số lượng trạm lặp cần thiết dẫn đến giảm số lượng thiết bị phần tử hợp thành, giảm chi phí thiết lập mạng phức tạp hệ thống Thứ hai trọng lượng kích thước nhỏ: Sợi quang có trọng lượng kích thước nhỏ nhiều so với hệ thống cáp kim loại, hệ thống cáp ngầm thành phố Ngoài có ý nghĩa lớn công nghệ máy bay, vệ tinh, tàu bè Đồng thời, ứng dụng quân sự, nơi mà yêu cầu cáp phải khôi phục cách nhanh chóng Thứ miễn nhiễm ngoài: Cáp sợi quang có tính cách điện nên chúng có tính miễn nhiễm điện từ từ bên ngoài, sợi quang cảm ứng điện từ từ bên tín hiệu truyền sợi quang không gây nhiễu bên Thứ tư tính cách điện: Sợi quang vật cách điện Sợi thuỷ tinh loại bỏ nhu cầu dòng điện cho đường thông tin Cáp sợi quang làm chất điện môi thích hợp không chứa vật dẫn điện cách điện hoàn toàn cho nhiều ứng dụng Nó loại bỏ nhiễu gây dòng điện chạy vòng đất hay trường hợp nguy hiểm gây phóng điện đường dây thông tin sét hay trục trặc điện Tiếp theo an toàn cho tín hiệu: Sợi quang cung cấp độ bảo mật thông tin cao Một sợi quang bị lấy trộm thông tin phương tiện điện thông thường dẫn điện bề mặt hay cảm ứng điện từ, khó trích để lấy thông tin dạng tín hiệu quang Các tia sáng truyền lan tâm sợi quang tia thoát khỏi sợi quang Thậm chí, trích vào sợi quang bị phát nhờ kiểm tra công suất ánh sáng thu đầu cuối Cuối phong phú nguyên liệu: Vật liệu chế tạo sợi chủ yếu Silic phong phú rẻ tiền Chi phí cho việc chế tạo cáp phát sinh chủ yếu việc chế tạo thuỷ tinh cực từ vật liệu thô Do phong phú nguyên liệu nên giá thành cáp giảm dẫn đến giá thành hệ thống giảm theo, tuyến đường dài 1.3.2 Nhược điểm thống thông tin quang Thông tin quang có nhiều ưu điểm sợi quang mang lại Tuy nhiên, hệ thống thông tin quang có số nhược điểm sau: Một khó sửa chữa có cố: Khi có cố quy trình sửa chữa đòi hỏi phải có nhóm kỹ thuật viên có kỹ tốt với thiết bị thích hợp Hai chi phí đầu tư cao: Các hệ thống thông tin có sẵn hạ tầng viễn thông cáp đồng nên muốn cải tiến hạ tầng viễn thông cần phải có chi phí lớn mà quốc gia có điều kiện để làm mà cần phải làm bước Ba vấn đề an toàn lao động: Khi hàn nối sợi quang cần phải để mảnh cắt vào lọ kín để tránh đâm vào tay, phương tiện phát mảnh thuỷ tinh thể Ngoài ra, không nhìn trực diện vào đầu sợi quang hay khớp nối để hở để phòng ngừa có ánh sáng truyền sợi chiếu trực tiếp vào mắt Ánh sáng sử dụng hệ thống thông tin quang ánh sáng hồng ngoại, mắt người không cảm nhận được, nên điều tiết có nguồn lượng này, gây nguy hại cho mắt Bốn vấn đề biến đổi điện-quang: Trong hệ thống thông tin quang, trước đưa tín hiệu thông tin điện vào sợi quang tín hiệu phải chuyển đổi thành sóng ánh sáng truyền Cuối sợi quang dòn, dễ gãy, khó nối ghép sợi bị đứt gãy: Sợi quang sử dụng viễn thông chế tạo từ thuỷ tinh nên dòn dễ gãy Kích thước sợi nhỏ nên việc hàn nối sợi sợi bị đứt gãy khó khăn, muốn hàn nối cần phải có thiết bị chuyên dụng với hệ thống cáp đồng trục việc đấu nối dây dễ dàng nhiều 1.4 NHỮNG TỒN TẠI VÀ XU THẾ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 1.4.1 Những tồn thống quang Ngoài nhược điểm hệ thống quang nêu hệ thống thông tin quang mà chủ yếu hệ thống quang đơn kênh có tồn sau: Các hệ thống quang có dụng lượng thấp ( Thz); Mạch điện hệ thống làm hạn chế tốc độ cự ly truyền dẫn Khi tốc độ hệ thống đạt đến chục Gb/s làm cho cự ly truyền dẫn ngắn lại, thân mạch điện tử không đáp ứng xung tín hiệu cực hẹp Việc khắc phục nhược điểm đòi hỏi phải có công nghệ cao tốn cấu trúc hệ thống phức tạp Hệ thống thông tin quang nhiều kênh giải tồn sau: Thứ nhất: Các phần tử quang thay phần tử điện vị trí quan trọng đòi hỏi tốc độ đáp ứng nhanh, tốc độ xử lý tín hiệu cao khắc phục nhược điểm tốc độ đáp ứng xung mạch điện tử nêu Thứ hai: Các phần tử quang tận dụng phổ hẹp Laser làm tăng khả sử dụng băng tần lớn sợi đơn mode nên tạo khả truyền tải cho ứng dụng tốc độ cao tương lai Vì vậy, sử dụng hệ thống quang nhiều kênh làm tăng dung lượng hệ thống mà không cần tăng thêm sợi quang, tận dụng băng tần không hạn chế sợi 1.4.2 Xu hướng phát triển thống quang Với phát triển không ngừng thông tin viễn thông hệ thống thông tin quang phát triển mạnh mẽ nhiều nước giới Do có nhiều ưu điểm hẳn so với hình thức thông tin khác băng thông, suy hao an toàn tín hiệu mà hệ thống thông tin quang giữ vai trò việc truyền tín hiệu tuyến đường trục tuyến xuyên lục địa, xuyên đại dương, mạng nội hạt, mạng trung kế Công nghệ quang phát triển ngày tiền đề cho hệ thống thông tin quang phát triển theo xu hướng đại kinh tế Hệ thống thông tin quang sử dụng sợi quang đơn mode có ưu điểm trễ, can nhiễu, suy hao đường truyền nhỏ, quãng đường truyền ngắn so với sợi đa mode làm tăng khoảng cách tuyến truyền dẫn quang tạm thời đáp ứng nhu cầu sử dụng người Tuy nhiên, nhu cầu trao đổi thông tin người loại hình dịch vụ băng rộng internet tốc độ cao, FTTH (Fiber To The Home /Building /Premises /Office /Curb/Node), IDTV (Integrated Digital Television) dung lượng tốc độ hệ thống quang đơn mode đáp ứng được, mặt khác, sợi quang đơn mode truyền mode tín hiệu nên không tận dụng băng thông lớn sợi quang, mà muốn nâng cao dung lượng hệ thống lại phải sử dụng thêm sợi quang nên người ta lại nghĩ đến phương thức cải thiện nhược điểm hệ thống quang đơn mode Kết hệ thống quang nhiều kênh đời, tiêu biểu hệ thống quang ghép kênh theo bước sóng WDM (Wavelength Division Multiplexing) Hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng đời làm tăng đáng kể dung lượng cự ly truyền dẫn hệ thống, đặc biệt sử dụng công nghệ làm giảm yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống truyền dẫn quang suy hao, tán sắc, hiệu ứng phi tuyến; công nghệ khuếch đại quang EDFA, chuyển mạch gói quang Ngoài ra, người ta cải tiến công nghệ WDM công nghệ ghép kênh theo bước sóng mật độ cao DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) ghép kênh theo bước sóng lỏng CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) Hiện nay, cách mạng quang quan tâm tầng truyền tải mạng viễn thông Xu hướng phát triển mạng quang minh họa Hình 1.3 Điều khiển động tuyến quang Sự phát triển công nghệ λ2 λ1 λ3 λ3 λ2 Mạng tuyến quang đa tầng Chuyển mạch gói/burst quang λ1 WXC BXC Định tuyến quang ROADM OXC Mạng vòng WDM Mạng tuyến quang cấu hình kiểu lưới Chuyển mạch tuyến quang Điều khiển tĩnh tuyến quang HOXC Tách/ghép cố định tuyến quang OADM Mạng WDM điểm-điểm MUX/DEMUX 1990 2010 2000 Thời gian Hình 1.3 : Xu hướng phát triển thống thông tin quang 10 ỨNG DỤNG CỦA WDM 3.1.TỔNG QUAN Công nghệ WDM đời tạo cách mạng lĩnh vực truyền thông quang Hiện nay, công nghệ ứng dụng nhiều quốc gia giới, nâng cao đáng kể dung lượng hệ thống, đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin người Năm 2001, tập đoàn viễn thông Alcatel Pháp xây dựng tuyến quang WDM có tốc độ băng thông lên tới 10,2 Tbps cách ghép 256 kênh có băng thông 40 Gbps với cự ly truyền dẫn lên tới 100 km Hiện nay, công nghệ này, tập đoàn viễn thông Nhật Bản NTT xây dựng thành công tuyến truyền dẫn quang dung lượng 14 Tbps, ghép 140 kênh, kênh có khả truyền thông tin với băng thông 111 Gbps với khoảng cách truyền lên tới 160 km Tập đoàn Alcatel-Lucent thực đường cáp quang đơn gồm ba chặng (80 km x 3) ghép 16 kênh công nghệ WDM có băng thông tổng cộng 25,6 Tbps Ở Việt Nam nay, VNPT sử dụng công nghệ DWDM tốc độ 80 Gbps tuyến đường trục sử dụng bốn bước sóng, bước sóng có băng thông 20 Gbps Viettel, EVNTelecom ứng dụng công nghệ để truyền dẫn mạng quang đường trục tốc độ 80 Gbps Kỹ thuật WDM ứng dụng nhiều hệ thống thực tế hệ thống điểm-điểm dung lượng lớn, mạng phân bố quảng bá, mạng WDM đa truy nhập đơn chặng đa chặng trình bày 3.2.HỆ THỐNG ĐIỂM-ĐIỂM DUNG LƯỢNG LỚN Trong tuyến thông tin quang điểm-điểm đường dài, tốc độ kênh thường nhỏ 10 Gb/s ảnh hưởng tán sắc sợi quang Công nghệ WDM có vai trò làm tăng dung lượng tuyến truyền dẫn Sơ đồ hệ thống quang điểm-điểm dung lượng lớn sử dụng công nghệ WDM trình bày Hình 3.1 Tx Tx λ1 λ1 λ2 λ2 MUX Sợi quang Tx DE MUX λN λN Tx Tx Tx Hình 3.1: Tuyến thông tin quang WDM điểm-điểm 51 Giả sử có N kênh, kênh có tốc độ B 1, B2, , BN truyền đồng thời qua sợi quang có chiều dài L, tích tốc độ khoảng cách BL xác định theo Công thức (3.1) BL = ( B1 + B2 + + BN ) L (3.1) Khi tốc độ kênh dung lượng hệ thống tăng lên N lần Năm 1985, BL đạt đến 1,37 Tbps.km bước sóng 1550 nm cách ghép 10 kênh Gbps chiều dài tuyến 68,3 km, khoảng cách ghép kênh 1,35 nm, sử dụng sợi đơn mode thông thường Với hệ thống đơn kênh đạt tốc độ thế, ảnh hưởng tán sắc sợi Dung lượng tuyến WDM phụ thuộc vào khoảng cách kênh Khoảng cách tối thiểu kênh bị giới hạn xuyên nhiễu kênh Ở vùng bước sóng 1550 nm vùng suy hao thấp sợi quang khoảng 120 nm Ví dụ, kênh có tốc độ 20 Gbps, khoảng cách tối thiểu kênh 100 Ghz 0,8 nm ghép 200 kênh quang băng thông 120 nm Do đó, tổng dung lượng lên tới Tbps Trong đó, với hệ thống quang đơn kênh với khoảng cách truyền 80 km tốc độ 20 Gbps BL hiệu dụng 1,6 Tbps.km Vì vậy, nói sử dụng công nghệ WDM làm tăng dung lượng tốc độ hệ thống đơn kênh lên cách đáng kể Trong thực tế, có nhiều yếu tố hạn chế việc sử dụng toàn cửa sổ suy hao thấp sợi quang Ví dụ như, hệ thống WDM sử dụng khuếch đại EDFA để khắc phục tượng suy hao sợi quang mà khuếch đại lại làm việc khoảng băng 30-35 nm cửa sổ 1550 nm sợi quang Hơn nữa, có ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến tán sắc sợi quang Để hệ thống WDM ứng dụng thực tế, cần phải có thiết bị có kỹ thuật cao phát tích hợp nhiều laser DBF, MUX, DEMUX có khả xen/tách kênh, khuếch đại băng tần lớn có độ khuếch đại ổn định Hiện nay, có nhiều ứng dụng hệ thống thông tin quang WDM điểm-điểm dung lượng lớn cấp độ thực nghiệm Dựa vào khoảng cách truyền, chia hệ thống WDM thực nghiệm thành hai nhóm: nhóm có khoảng cách truyền tầm 100km nhóm có khoảng cách truyền 1000 km Nhóm thứ nhất: Năm 1985 tồn hệ thống thông tin quang WDM thực nghiệm gồm 10 kênh Gbps có khoảng cách truyền không sử dụng trạm lặp 68,3 km Năm 1995, hệ thống thông tin quang WDM dung lượng 340 Gbps đời cách ghép 17 kênh tốc độ 20 Gbps khoảng cách truyền 150 km Nhưng năm có ba hệ thống WDM thực nghiệm đời với dung lượng Tbps 52 Thứ hệ thống WDM 50 kênh, kênh có tốc độ 20 Gbps, khoảng cách truyền 55 km, dung lượng tổng cộng hệ thống Tbps Thứ hai hệ thốngWDM 55 kênh, khoảng cách kênh 0,8 nm hay 100 Ghz, kênh có tốc độ 20 Gbps, khoảng cách truyền 150 km, sử dụng hai khuếch đại, nên hệ thống có dung lượng 1,1 Tbps Thứ ba hệ thống ghép 10 kênh 100 Gbps với khoảng cách truyền 55 km, dung lượng tổng cộng hệ thống Tbps Hệ thống sử dụng kỹ thuật WDM kết hợp với kỹ thuật ghép kênh phân chia theo thời gian TDM (Time Division Multiplexing), kênh 100 Gbps tạo thành cách ghép 10 kênh 10 Gbps theo kỹ thuật TDM Đến cuối năm 1996, xuất hệ thống có dung lượng 2,64 Tbps cách ghép 132 kênh, khoảng cách kênh 0,27 nm Bảng liệt kê hệ thống WDM thực nghiệm trước năm 1995 Bảng 3.1 Bảng 3.1: Bảng liêt kê thống WDM thực nghiêm trước năm 1995 Số kênh N 10 16 32 32 50 55 132 Tốc độ bít B(Gb/s) 100 10 10 20 20 20 Dung lượng N.B(Gb/s) 1000 160 320 160 1000 1100 2640 Khoảng cách L (km) 40 531 640 9300 55 150 120 NBL (Tb/s.km) 40 85 205 1488 55 165 317 Nhóm thứ hai có khoảng cách truyền 1000 km chia làm hai loại: tuyến sợi quang tuyến tính mạng vòng Năm 1994, thí nghiệm thực truyền dẫn tốc độ 40 Gbps qua tuyến sợi dài tuyến tính với khoảng cách truyền 1420 km ghép 16 kênh 2,5 Gbps có khoảng cách hai khuếch đại 100 km Sau đó, hàng loạt thí nghiệm khác thực nhằm tăng cự ly truyền dẫn tăng tốc độ bít lên Năm 1997, có thí nghiệm truyền dẫn 320 Gbps qua 640 km sợi, ghép 32 kênh, khoảng cách kênh 0,8 nm, tốc độ kênh 10 Gbps Đối với mạch vòng sợi quang, thí nghiệm tuyến truyền dẫn ghép 20 kênh Gbps có dung lượng tổng cộng 100 Gbps vượt biển cách sử dụng kỹ thuật sửa lỗi trước Như vậy, đời kỹ thuật WDW cải thiện dung lượng hệ thống quang thời lên nhiều Một số hệ thống WDM triển khai thực tế Năm 1995, hệ thống WDM kênh, kênh có tốc độ 2,5 Gbps thương mại hoá Đến năm 1996, hệ thống WDM dung lượng 40 Gbps ghép 16 kênh 2,5 Gbps có khoảng cách kênh 0,8 nm thương mại hoá Năm 2000, hệ thống 160 Gbps (ghép 16 kênh 10 Gbps vùng 1550 nm với khoảng cách kênh 0,8nm) đưa vào sử dụng Năm 2001, tập đoàn viễn thông Acatel Pháp đạt việc truyền dẫn quang với băng thông 10,2 Tbps cách sử dụng 256 53 kênh, kênh có băng thông 40 Gbps khoảng cách 100km Năm 2010, Nhật Bản tập đoàn viễn thông Nhật Bản thông báo truyền liệu qua cáp quang 14 Tbps khoảng cách 160 km, sử dụng cáp quang gồm 140 kênh, kênh có khả truyền tải thông tin với băng thông 111 Gbps Kỹ thuật WDM tạo cách mạng hệ thống thông tin quang 3.3.MẠNG PHÂN BỐ VÀ QUẢNG BÁ Trong mạng quảng bá phân bố tín hiệu có tín hiệu đa kênh WDM truyền tới nhóm thuê bao Tại thuê bao đầu thu có nhiệm vụ lựa chọn kênh thích hợp thông qua việc tách kênh Một ví dụ mạng quảng bá truyền hình cáp CATV, mạng thực cách ghép nhiều kênh truyền hình lại đưa tới bus quang chung, sau phân phối đến thuê bao riêng biệt Sơ đồ mạng WDM sử dụng cấu hình quảng bá minh họa Hình 3.2 Trong Hình 3.2 kênh tín hiệu điều chế với bước sóng riêng Các kênh ghép với Coupler quang thụ động phân phối đến tất thu Mỗi thuê bao nhận tất kênh lựa chọn kênh thích hợp nhờ sử dụng chế điều chỉnh Mạng gọi mạng phát quảng bá thu có lựa chọn Nếu hệ thống thông tin quang sử dụng kỹ thuật tách sóng Coherent phía thu lựa chọn kênh cách thay đổi băng thông lọc trung tần điều chỉnh tần số dao động nội Nếu hệ thống sử dụng kỹ thuật tách sóng trực tiếp dùng lọc quang để lựa chọn bước sóng cần thiết λ1, λ2,…, λN λ1 λ2 N λN Phát các bước sóng riêng biệt Bên thu khả chỉnh Hình 3.2: Mạng WDM hình quảng bá Có nhiều thí nghiệm ứng dụng mạng quảng bá Thí dụ như, sử dụng kỹ thuật tách sóng coherent để truyền 10 kênh, kênh có tốc độ 70 Mbps với khoảng cách kênh Ghz sử dụng quảng bá để phục vụ cho số lượng lớn thuê bao Ngoài ra, có thí nghiệm khác có tốc độ bít tương đối nhỏ B=622 Mbps lại truyền 100 kênh nhờ sử dụng thiết bị quảng bá 128 × 128 Trong mạng quảng bá WDM, có hai vấn đề ảnh hưởng suy hao xen suy hao phân bố Suy hao phân bố suy hao tín hiệu đường truyền chia 54 tới tất thuê bao Mỗi thuê bao nhận phần công suất tín hiệu tổng Suy hao phân bố bus quang tăng nhanh số lượng bước sóng N tăng theo Công thức (3.2) PN = PT C ( − δ ) ( − C )  N −1 (3.2) Trong đó: PT công suất phát C công suất ghép đầu sợi δ suy hao xen đầu sợi giả thiết sợi PN suy hao phân bố Từ Công thức (3.2) số lượng bước sóng bị giới hạn khoảng N < 100 không sử dụng khuếch đại quang để bù suy hao Đối với thiết bị quảng bá N×N, suy hao phân bố giảm công suất trung bình tín hiệu mà thuê bao nhận theo Công thức (3.3) PR = PT log N ( − δ ) ( − CL ) N (3.3) Trong đó: PT công suất phát trung bình tín hiệu δ suy hao xen Coupler cấu tạo nên quảng bá CL loại suy hao khác N số lượng bước sóng ghép Công suất nhận PR phải lớn độ nhạy máy thu, độ nhạy máy thu P R xác định theo Công thức (3.4) P R = N p hvB (3.4) Trong đó: N p số lượng photon trung bình bit B tốc độ bit kênh tín hiệu h số plank, h=6,626.10-34 v vận tốc photon Từ Công thức (3.3) (3.4) với giả thiết P R = P R băng tần hiệu dụng hệ thống tính theo Công thức (3.5) BN = PT log N ( − δ ) ( − CL ) N p hv 55 (3.5) Từ Công thức (3.5), dự báo dung lượng mạng quảng bá Trong máy thu Coherent có N p = 1000 , công suất truyền trung bình lớn PT = mW hoạt động bước sóng 1550 nm, lượng photon hv=0,8 eV Giả sử, suy hao coupler suy hao khác BN=78 Tbps Trong trường hợp tách sóng trực tiếp với N p = 100 BN=7,8 Tbps Nhưng thực tế, giá trị BN thường nhỏ tồn suy hao coupler, số suy hao khác công suất phát quang nhỏ Đồ thị biểu diễn phụ thuộc BN vào số lượng kênh N Hình 3.3 Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc BN vào số lượng kênh N Hình 3.3 phụ thuộc BN vào số lượng kênh N hai phương pháp tách sóng Coherent tách sóng trực tiếp Đường cong số trường hợp lý tưởng suy hao Coupler BN=10 Tbps Đường cong số trường hợp δ=0,05, hay suy hao coupler 0,2 dB Hai đường cong biểu diễn BN trường hợp thực tế với tách sóng Coherent tách sóng trực tiếp Các đường nét đứt biểu diễn BN với tốc độ bit cố định Từ đồ thị, B= 0,622 Gbps với tách sóng trực tiếp BN=1 Tbps, N=1600 kênh; với tách sóng Coherent BN=3 Tbps, N=4800 kênh Có thể khắc phục ảnh hưởng suy hao cách sử dụng khuếch đại quang Ngày nay, sử dụng khuếch đại quang sợi EDFA để bù lại lượng lượng tín hiệu bị đường truyền để đảm bảo công suất tín hiệu thuê bao đủ lớn để điều chế lại tín hiệu Gần đây, có thí nghiệm thành công hệ thống có dung lượng 39,81 Gbps với cự ly 507 km có khả phục vụ gần 44 triệu thuê bao 3.4.MẠNG WDM ĐA TRUY NHẬP Trên thực tế, có nhiều kiểu đa truy nhập khác đa truy nhập phân chia theo thời gian, đa truy nhập phân chia theo tần số, đa truy nhập phân chia theo mã, đa truy nhập phân chia theo không gian, đa truy nhập phân chia theo bước sóng WDMA (WDM Access) Các kỹ thuật dựa vào tài nguyên thời gian, tần số, không gian, phổ tần bước sóng để truyền tín hiệu từ trạm phát tới trạm thu Mạng 56 WDMA gọi mạng quang đa truy nhập theo bước sóng Điểm khác biệt mạng quang đa truy nhập mạng quang quảng bá mạng quang đa truy nhập có khả đáp ứng truy nhập hai hướng cho thuê bao Trong mạng WDMA, băng thông sợi quang chia thành khoảng nhỏ, khoảng kênh quang riêng biệt Khoảng cách tối thiểu hai bước sóng theo khuyến nghị ITU_T đến thời điểm tốt khoảng 0,2 đến 0,8 nm Một kênh có tốc độ lên tới hàng Gbps Sơ đồ khối mạng WDMA có cấu trúc Hình 3.4 Các kênh quang từ nút khác ghép với nhờ Coupler quang N×N Bộ ghép có nhiệm vụ trộn tất tín hiệu đến chia công suất đến thu Kết là, tất tín hiệu từ cổng vào đưa đến cổng Hệ thống có chia sẻ bước sóng, tức từ nút thu kênh chung môi trường chia sẻ Node Node N Coupler N×N Node Node Hình 3.4: Sơ đồ khối mạng WDMA Tất kênh phát vào môi trường chia sẻ (Coupler hình sao) nút thu tất tín hiệu tất nút lại mạng Môi trường chia sẻ cấu trúc mạng hình sao, bus mạng vòng ring để kết nối tất nút với Mỗi nút thu tín hiệu mong muốn phương pháp tách sóng coherent tách sóng trực tiếp Mỗi nút thu phát tần số cố định thay đổi Do đó, việc triển khai mạng quang WDMA yêu cầu có thành phần quang có khả điều chỉnh bước sóng laser phát khả chỉnh, lọc quang khả chỉnh Các thành phần tạo nên thu phát quang có khả điều chỉnh bước sóng nút mạng Mạng WDMA có hai vấn đề cần quan tâm, tốc độ điều chỉnh bước sóng giao thức mạng Tốc độ điều chỉnh bước sóng phải nhanh để đáp ứng yêu cầu mạng, đặc biệt, mạng chuyển mạch gói, giao thức mạng phải đảm bảo kết nối ngang hàng kênh tín hiệu khác Mạng WDMA có hai cấu hình mạng WDM đa truy nhập đơn chặng mạng WDM đa truy nhập đa chặng 57 3.4.1.Mạng WDM đa truy nhập đơn chặng Mạng WDMA đơn chặng nút kết nối trực tiếp đến tất nút khác mạng Mạng WDMA chia làm hai loại: mạng quang WDMA phát quảng bá thu có lựa chọn mạng WDMA định tuyến theo bước sóng Trong mạng quang WDMA đơn chặng phát quảng bá thu có lựa chọn, liệu nút phát ghép lại với phát quảng bá tới tất nút khác mạng Tại đầu thu, dựa vào bước sóng để lựa chọn tín hiệu mong muốn Có bốn loại mạng phát quảng bá thu có lựa chọn phát thay đổi thu cố định, phát cố định thu thay đổi, phát thu thay đổi phát thu cố định Mạng WDMA đơn chặng sử dụng định tuyến theo bước sóng ma trận chuyển mạch không gian bước sóng Thực tế, triển khai ứng dụng mạng WDMA đơn chặng mạng quang thụ động PON (Telephone PON Broad PON-Passive Optical Networks), mạng Lambdanet, mạng quang thụ động PLL mạng Rainbow Trong đó, kiến trúc Lambdanet thể Hình 3.5 Giao diện điện Phát LD λ1 Thiết bị hình N×N Node Các thu WDM DEMUX Node Node N Hình 3.5: Sơ đồ Lambdanet có N node Mạng Lambdanet mạng toàn quang sử dụng Coupler hình N×N để phân phối tín hiệu tới tất nút mạng Mỗi nút có phát để phát bước sóng N thu để thu N bước sóng khác mạng, nút nhận toàn lưu lượng mạng, thế, mạng không bị nghẽn mà truyền tín hiệu suốt không phụ thuộc vào tốc độ bit phương pháp điều chế Mỗi người sử dụng khác truyền tín hiệu với tốc độ bít phương pháp điều chế khác nhau, truyền tín hiệu số tín hiệu tương tự Vì vậy, mạng Lambdanet linh hoạt thích hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau, truyền tín hiệu thoại mạng liên đài, sử dụng cho mạng chuyển mạch gói Năm 1987, có mạng 18 kênh, kênh có tốc độ 1,5 Gbps, nên dung lượng hệ thống 27 Gbps khoảng cách 57,8 km Nhưng nhược điểm mạng Lambdanet số người sử dụng bị hạn chế số lượng bước sóng, nút lại cần nhiều thu, phí đầu tư vào phần cứng hệ thống cao 58 Để giảm giá thành độ phức tạp hệ thống Lambdanet, thu khả chỉnh sử dụng, mạng gọi mạng Rainbow Mạng có khả kết nối 32 nút, nút phát tín hiệu lên tới Gbps khoảng cách truyền từ 10-20 km Nhược điểm mạng Rainbow thu có tốc độ điều chỉnh chậm, đáp ứng cho chuyển mạch gói Các mạng WDM sử dụng Coupler thụ động gọi mạng quang thụ động PON, nút thu toàn lưu lượng PON có khả kéo sợi quang đến tận nhà thuê bao Sơ đồ khối mạng PON Hình 4.6 λ N phát Tổng đài λ N+1 λ λN MUX DEMUX λ MUX/DEMUX λ λ2N λ N+1 Sợi quang 10 km Nhà TB λ N λ N thu Nhà TB Nhà TB N 2N Node đầu xa Tổng đài trung tâm Hình 3.6: Sơ đồ mạng quang thụ động PON dùng cho mạng nội hạt Hình 3.6 sơ đồ khối mạng PON, bước sóng sử dụng để định tuyến tín hiệu mạng vòng nội hạt Tổng đài trung tâm có N phát hoạt động bước sóng λ1, λ2, …,λN N thu hoạt động bước sóng λN+1, λN+2, …, λ2N với N số thuê bao Mỗi thuê bao thu phát bước sóng riêng Nút đầu xa ghép tín hiệu từ thuê bao gửi tới tổng đài trung tâm, nút đầu xa cấu tạo từ thiết bị thụ động phí bảo dưỡng thấp Bộ chuyển mạch tổng đài trung tâm định tuyến tín hiệu dựa vào bước sóng tín hiệu PON sử dụng để tạo thành đường trục mạng WDMA băng rộng cấp quốc gia thông qua ba lớp LAN, MAN, WAN cấu hình cách linh hoạt 3.4.2.Mạng WDM đa truy nhập đa chặng Trong mạng WDMA đa chặng, nút muốn truyền kênh quang đến nút khác phải qua số nút trung gian Mỗi nút thu phát quang mạng WDMA đa chặng có số thu/phát thu phát vài bước sóng định Kết nối trực tiếp xảy bước sóng định trước nút đích trùng với bước sóng định trước nút phát Kết nối hai nút định tuyến qua nút trung gian Tại nút trung gian tín hiệu quang chuyển thành tín hiệu điện Địa đích gói giải mã xử lý dạng điện Sau đó, gói tin lại chuyển thành tín hiệu quang có bước sóng thích hợp để chuyển tới nút đích nút trung gian Quá trình lặp lại thông tin đến đích Số lượng nút trung gian phụ thuộc vào thiết kế quy mô mạng Ví dụ mạng WDMA đa chặng trình bày Hình 3.7 Giả 59 sử mạng gồm có nút, nút thu phát bước sóng hình vẽ Nút cần phát gói tin bước sóng λ đến nút Nhưng nút thu bước sóng λ11, λ15 Nhìn sơ đồ, có nút nút phát bước sóng λ11, λ15 Trong hình nút truyền gói tin đến coupler hình bước sóng λ2, sau tới nút trung gian Tại tín hiệu biến đổi quang điện để chuyển tín hiệu thành tín hiệu có bước sóng λ 11 để tới nút Như vậy, tín hiệu để tới đích phải qua hai chặng Các tín hiệu khác từ nút theo hướng khác với số chặng lớn hoặc truyền trực tiếp, ví dụ tín hiệu từ nút sang nút thông qua bước sóng λ1 Hình 3.7: Sơ đồ một mạng WDM đa chặng node Có số cấu trúc cho mạng toàn quang đa chặng, ví dụ như, kiến trúc xử lý song song: dùng xử lý song song để kết nối nhiều xử lý siêu máy tính Trong mạng N nút, kích thước vi xử lý song song m N=2 m nút đặt đỉnh hình đa diện Mỗi nút nối trực tiếp với m nút khác Khi tín hiệu truyền hai nút phải qua nhiều m chặng Số lượng chặng trung bình phải qua m/2 Mỗi nút cần có m thu, sử dụng kỹ thuật khác để giảm số thu, đó, số chặng trung bình lại tăng lên Thực tế, mạng WDMA đa chặng triển khai trường đại học Columbia có tên Teranet dạng chuyển mạch tế bào ATM Gbps chuyển mạch kênh Gbps Sơ đồ khối chức nút mạng Teranet Hình 3.8 Bộ thu quang nút bao gồm lọc quang khả chỉnh đặt trước photodiode lọc trung tần có tần số cố định Thiết bị thu quang laser DBF có bước sóng xác định trước Thiết bị chuyển mạch ma trận chuyển mạch 3×3, tốc độ cổng vào/ra Gbps Ma trận chuyển mạch định tuyến gói tin tới cổng thích hợp tuỳ thuộc vào địa đích gói tin 60 Tới đầu vào của các Node khác Từ đầu của Node khác Laser DBF Chuyển mạch ATM 3×3 λ1, λ2,… λ1 λ3 λ1 λ4 λ1, λ2,… λ2 Bộ điều chế RF khả chỉnh λ2 Hình 3.8: Sơ đồ khối chức một nút mạng Teranet Ưu điểm mạng đa chặng so với mạng đơn chặng không thiết phải có thiết bị điều khiển kênh, nút mạng hoạt động trạm lặp có nhiệm vụ định nhận gói tin hay chuyển tiếp gói tin đến nút khác mạng Kết nối mạng đa chặng thực linh hoạt nhiều cách khác nhau, đường khác Chính vậy, mạng đa chặng giảm tắc nghẽn đường truyền so với mạng đơn chặng KẾT LUẬN 61 Sau thời gian tìm hiểu đề tài hướng dẫn giúp đỡ tận tình ThầyTS PHẠM VĂN PHƯỚC nỗ lực thân, đồ án hoàn thành thời gian quy định Đồ án trình bày tổng quan hệ thống thông tin quang ưu nhược điểm, tồn xu hướng phát triển hệ thống quang, nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng số thiết bị quan trọng sử dụng hệ thống WDM, cách khắc phục tán sắc hiệu ứng phi tuyến hệ thống WDM, cuối ứng dụng hệ thống quang tốc độ cao WDM Với việc sử dụng công nghệ WDM làm tăng đáng kể dung lượng cự ly hệ thống quang đơn kênh truyền nhiều bước sóng sợi quang, đặc biệt kết hợp thêm khuếch đại quang sợi EDFA bù tán sắc TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 Nghiêm Xuân Anh, “Bài giảng thông tin quang nhiều kênh WDM”, Đại học giao thông vận tải Hà Nội, Hà Nội, 2007 Chu Công Cẩn, “Bài giảng sở kỹ thuật thông tin sợi quang”, Đại học Giao thông vận tải Hà Nội, Hà Nội, 2008 Lê Quốc Cường, Đỗ Văn Việt Em, Phạm Quốc Hợp, “Kỹ thuật thông tin quang 1”, Học viện công nghệ bưu viễn thông, 2009 Đỗ Văn Việt Em, “Kỹ thuật thông tin quang 2”, Học Viện công nghệ bưu viễn thông, 2007 Fundemeltal of network communication.USA THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 63 AM APD CWDM Amplitude Modulation Avalanche Photo-Diode Coarse Wavelength Division Multiplexing DBF Distributed Feedback laser DCF Dispersion Compensating Fiber DEMUX Demultiplexing DST Dispersion Shifted Fiber DST Dispersion Supported Transsmision DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier E/O Electric-Optical Converter FM Frequency Modulation FSR Spectrum FTTH Fiber To The Home/Building/Premises/Office/C urb/Node FWHM Full Width at Half Maximum FWM FXC IDTV IM-DD ITU_T LAN LD LED MAN MUX OADM OLT OMUX OPC OTDM O/E PCH PDC PIN PON SBS Four-Wave Mixing Fiber XC Integrated Digital Television Intensity Modulation- Direct Detection International Telecommunication Union - Telecommunication Standardization Sector Local Area Network Laser Diode Light Emitting Diode Metropolitan Area Network Multiplexing Optical Add/Drop Multiplexer Optical Line Terminator Optical Multiplexing Optical Phase Combiner Optical Time Division Multiplexing Optical - Electric Converter Pre-chirp Passive Dispersion Compensator Positive Intrinsic Negative Passive Optical Networks Stimulated Brillouin Scattering 64 Điều chế biên độ Diode quang thác Ghép kênh theo bước sóng lỏng Laser hồi tiếp phân bố Sợi bù tán sắc Phân kênh Sợi tán sắc dịch chuyển Truyền dẫn hỗ trợ tán sắc Ghép kênh theo bước sóng mật độ cao Khuếch đại quang sợi pha tạp Bộ chuyển đổi điện/quang Điều tần Phạm vi phổ tự Cáp quang tới tận nhà/toà nha ̀/phòng/văn phòng/nút mạng Một nửa giá trị cực đại hàm truyền đạt Hiệu ứng trộn bốn bước sóng OXC chuyển mạch sợi Truyền hình số tích hợp Điều chế cường độ tách sóng trực tiếp Liên minh viễn thông quốc tế Mạng cục Diode laser Diode phát quang Mạng khu vực đô thị Ghép kênh Bộ xen/tách quang Thiết bị đầu cuối đường quang Ghép kênh quang Bộ kết hợp pha quang Ghép kênh quang phân chia theo thời gian Bộ biến đổi quang/điện Dịch tần trước Bù tán sắc thụ động Cấu trúc PIN Mạng quang thụ động Tán xạ Brillouin kích thích SDH SLA SOA SONET SPM SRS S/N TDM WAN WDM WDMA WIXC WSXC XPM Synchronous Digital Hierachy Semiconductor Laser Amplifier Signal Optical Amplifier Synchronous Optical Network Self-Phase Modulation Stimulated Raman Scattering Signal to Noise ratio Time Division Multiplexing Phân cấp số đồng Bộ khuếch đại Laser bán dẫn Bộ khuếch đại tín hiệu quang Mạng quang đồng Hiệu ứng tự điều chế pha Hiệu ứng Raman kích thích Tỷ số tín hiệu nhiễu Ghép kênh phân chia theo thời gian Wide Area Network Mạng diện rộng Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng Wavelength Division Multiplexing Đa truy nhập phân chia theo bước Access sóng Wavelength Interchange XC OXC trao đổi bước sóng Wavelength Selected XC OXC lựa chọn bước sóng Cross-Phase Modulation Điều chế chéo pha 65 [...]... II HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG WDM 2.1 NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH QUANG THEO BƯỚC SÓNG WDM 2.1.1 Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng a Định nghĩa Định nghĩa WDM (Wavelength Division Multiplexing): WDM là phương thức ghép kênh quang theo bước sóng, cho phép ghép nhiều sóng quang có bước sóng khác nhau nhờ vào một bộ ghép kênh MUX (Multiplexing) rồi truyền trên 1 sợi quang. .. so với các thiết bị của hệ thống CWDM 2.1.2 Các phương pháp truyền dẫn sử dụng ghép kênh quang theo bước sóng Có hai phương pháp thiết lập hệ thống truyền dẫn sử dụng ghép kênh quang theo bước sóng WDM, đó là truyền dẫn WDM đơn hướng và truyền dẫn WDM song hướng a Phương pháp truyền dẫn WDM song hướng Phương pháp truyền dẫn WDM song hướng là: ở hướng đi, các kênh quang tương ứng với các bước sóng... thống thông tin quang WDM có kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng lỏng CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) và kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng mật độ cao DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) Kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng lỏng CWDM: là kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng mà trong đó khoảng cách giữa các kênh liên tiếp nhau lớn hơn 20 nm và độ rộng phổ của một kênh là 2500... ghép kênh DEMUX (Demultiplexing) ở đầu bên kia của sợi quang b.Sơ đồ chức năng Nguyên lý hoạt động của công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng được minh hoạ như trong Hình 2.1 Tx1 Tx2 DE MUX MUX TxN Phát tín hiệu Rx1 Sợi quang Khuếch đại tín hiệu RxN Tách tín hiệu Ghép tín hiệu Rx2 Thu tín hiệu Hình 2.1: Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng WDM Phần phát tín hiệu: Hệ thống WDM. .. Gbit/s Thấp DWDM ≈0,8nm 100 Ghz Có DFB (làm mát) 10 Gbit/s 320 Gbit/s Cao Khi dung lượng của hệ thống tăng lên thì số kênh ghép trong sợi quang tăng lên Điều này làm cho kỹ thuật CWDM khó có thể đáp ứng được nhu cầu Kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao DWDM đã khắc phục điều đó DWDM là kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng mà khoảng cách giữa các kênh quang liền nhau truyền trên sợi quang là... truyền dẫn WDM song hướng b Phương pháp truyền dẫn WDM đơn hướng Phương pháp truyền dẫn WDM đơn hướng là: tất cả kênh quang trên cùng một sợi quang được ghép lại thành một luồng tín hiệu và được truyền theo cùng một hướng Ở hướng đi, các kênh quang tương ứng với các bước sóng λ1 , λ 2 , , λN qua bộ ghép kênh được ghép lại với nhau thành một luồng tín hiệu và truyền dẫn theo một chiều trên một sợi quang. .. Hình 2.13: Bộ ghép bốn bước sóng thực hiên ghép hai tầng Các bộ ghép sợi chỉ có thể hoạt động đồng thời được với hai bước sóng, nếu số kênh cần ghép lớn hơn hai kênh, thì phải xử lý bằng cấu hình rẽ nhánh Hình 2.13 là một ví dụ về thiết bị ghép WDM bốn bước sóng 2.3 CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG WDM 2.3.1 Thiết bị xen /rẽ quang OADM (Optical Add/Drop Multiplexer) Bộ xen/rẽ quang được sử... loại chính theo công nghệ chế tạo, đó là: công nghệ WDM vi quang và công nghệ WDM ghép sợi 2.2.1 Công nghê WDM vi quang Công nghệ WDM vi quang dựa trên cơ sở lắp ráp các thành phần vi quang và được ứng dụng chủ yếu trong hệ thống quang sử dụng sợi đa mode Các thiết bị này dựa trên hai phương pháp công nghệ khác nhau, đó là các thiết bị có bộ lọc và các thiết bị phân tán góc a Phần tử lọc quang cho... Bước sóng của laser thay đổi theo nhiệt độ nhưng đối với kỹ thuật này không cần bộ làm mát vì khoảng cách giữa các kênh liền nhau lớn Kỹ thuật CWDM mang lại hiệu quả kinh tế cao đối với hệ thống cần ít bước sóng Bảng 2.1: Bảng so sánh giữa CWDM và DWDM Khoảng cách bước sóng Độ rộng phổ Điều khiển môi trường Nguồn Laser Tốc độ dữ liệu/ kênh Tốc độ bít tập trung Giá thành kênh CWDM ≈20 nm 2500 Ghz Không... ghép N tín hiệu khác nhau vào một sợi quang 2.3.3 Bộ định tuyến bước sóng Bộ định tuyến bước sóng N×N là một thành phần WDM quan trọng Nó kết hợp chức năng của một bộ ghép hình sao với các hoạt động tách/ghép kênh Các tín hiệu WDM tới từ N cổng vào được giải ghép vào các kênh riêng và chuyển tới N cổng ra của bộ định tuyến sao cho tín hiệu WDM tại mỗi cổng gồm các kênh từ các đầu vào khác nhau được