Hệ thống cáp quang biển trục bắc nam thiết kế hệ thống quản lý mạng cho hệ thống cáp quang biển trục bắc nam

RFWA Routing Fiber and Wavelength Assignment Định tuyến sợi quang và cấp phát bước sóng Rwa Routing and Wavelength Assignment Định tuyến và gán bước sóng sdh Synchronous Digital Hierac

Bộ giáo dục và đào tạo Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn thạc sĩ khoa học

Ngành: Xử lý thông tin và truyền thông

Hệ thống cáp quang biển trục Bắc Nam Thiết kế hệ thống quản lý mạng cho Hệ thống Cáp quang biển trục Bắc Nam

Lê Công Minh

Hà Nội - 2006

i iii viii

ix xi Chương I – Hệ thống cáp quang biển trục Bắc – Nam

1.1 Khái quát về sự phát triển của ngành viễn thông Việt nam đến

năm 2020

1.1.1 Nhu cầu về dung lượng của hệ thống hiện tại và tương lai

1.1.2 Nhu cầu dự phòng của hệ thống

1.2 Mạng truyền dẫn đường trục hiện tại

1.3 Đặc thù của biển Việt nam và các điều kiện tự nhiên

1.4 Yêu cầu của hệ thống Cáp quang biển

1.4.1 Kết nối với hệ thống mạng hiện tại

1.4.2 Yêu cầu dung lượng cho hệ thống cáp quang biển

1.4.3 Công nghệ sử dụng cho hệ thống

1.4.4 Khả năng kết nối với mạng hiện tại

Trang I-

Trang I- Trang I- Trang I- Trang I- Trang I- Trang I- Trang I- Trang I- Trang I-

Chương II – Tổng quan về công nghệ truyền dẫn ghép kênh theo

bước sóng

2.1 Công nghệ truyền dẫn WDM

2.1.1 Các phương thức truyền dẫn hiện đại

2.1.2 Công nghệ WDM hiện tại

2.1.3 Công nghệ sợi quang dùng đáp ứng cho truyền dẫn WDM

2.1.4 Các cấu hình áp dụng cho hệ thống cáp quang biển

2.1.5 Xu hướng phát triển trong công nghệ WDM dung lượng lớn

2.2 Mạng lưới các hệ thống cáp quang biển

2.3 Thiết kế hệ thống truyền dẫn cáp quang biển trục Bắc - Nam

2.3.1 Công nghệ áp dụng cho hệ thống

2.3.2 Dung lượng cáp quang biển

2.3.2 Tuổi thọ thiết kế của hệ thống

Trang II- Trang II- Trang II- Trang II- Trang II- Trang II- Trang II- Trang II- Trang II- Trang II- Trang II-

36

36

36

37 39

Ch−¬ng IV – ThiÕt kÕ hÖ thèng qu¶n lý m¹ng cho hÖ

thèng c¸p quang biÓn trôc B¾c Nam

4.1 HÖ thèng qu¶n lý m¹ng C¸p quang biÓn trôc B¾c – Nam

4.1.1 Tæng quan vÒ thiÕt bÞ

4.1.2 CÊu h×nh cña hÖ thèng qu¶n lý m¹ng CQB

4.1.3 C¸c chøc n¨ng chÝnh cña cña hÖ thèng qu¶n lý CQB

4.1.5.2 Giao diÖn Corba

4.1.6 TriÓn khai giao diÖn Corba

4.2.2 Yªu cÇu cña hÖ thèng SEM

4.2.3 Northbound giao diÖn cÇn cã gi÷a 2 hÖ thèng qu¶n lý m¹ng

4.2.4 Mediation Device-ThiÕt bÞ trung gian kÕt nèi gi÷a SEM vµ NMS

Trang III- Trang III- Trang III- Trang III- Trang III- Trang III- Trang III- Trang III- Trang III- Trang III- Trang III- Trang III- Trang III- Trang III- Trang III-

Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV-

KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ

Danh môc Tµi liÖu tham kh¶o

Thuật ngữ viết tắt

acts Advanced Communcation Technologies and

Services

Các công nghệ và dịch vụ truyền thông tiên tiến

AFLP Auto Fault Location Program Chương trình dò lỗi tư động

aotf Acousto Optic Turmable Filter Bộ lọc quang âm điều chỉnh bước

sang

Aps Automatic Protection Switching Chuyển mạch bảo vệ tự động Arp Address Resolution Protoco Giao thức phân giải địa chỉ

Ase Amplified Spontaneous Emission Bức xạ tự phát có khuyếch đại ASN.1 Abstract Syntax Notation One Chú giải cú pháp trừu tượng số 1 ason Automatic Switching Optical Network Mạng quang chuyển mạch tự động astn Automatic Switching Transport Network Mạng chuyển tải chuyển mạch tự

động Atm Asynchronous Transfer Mode Công nghệ chuyển giao không đồng

bộ

Bras Broadband Remeto Acces Server Máy chủ truy nhập băng rộng bshr Bidirection Self Healing Ring Vòng tự hàn gắn hai hướng

Cdma Code Division Multiple Accesss Truy nhập theo mã

CMIP Common Management Information Protocol Giao thức thông tin quản lý chung CMIS Common Management Information Service Dịch vụ thông tin quản lý chung CMIS Common Management Information Service

CORBA Common Object Request Broker

Architechture

Kiến trúc yêu cầu môi giới đối tượng chung

Cpe Customer Premises Equipment Thiết bị phía thuê bao

Css Customer Service System Hệ thống dịch vụ khách hàng CTP Connection Terminal Point Điểm đầu cuối kết nối

CWDM Coast wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bước sóng thưa dcc Data Communication Channel Kênh thông tin số liệu

dcf Data Communication Function Chức năng thông tin số liệu

dcn Data Communication Network Mạng thông tin số liệu

Dcs Digital Crossconnect System Hệ thống đấu chéo số

dle Dynamic Lightpath Establishment Thiết lập luồng quang động

dsf Directory System Function Chức năng hệ thống danh bạ

Dwdm Dense Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bước sóng mật độ

cao

Edfa Erbium Dopped Fiber Amplifier Khuyếch đại quang sợi Er

EMS Element Management System Hệ thống quản lý phần tử

FEC Forward Error Correction Hiệu chỉnh lỗi tiên tiến

tự bước sóng FMS Fault Management Sub-system Hệ thống con quản lý lỗi

GDMO Guideline for Definition of Managed Objects Nguyên tắc xác định đối tượng quản

ips Intelligent Protection switching Chuyển mạch bảo vệ thông minh isdn Intergrated Service Digital Network Mạng số liên kết dich vụ

IS-IS Intermediate Systems -Intermediate Systems Giao thức giữa các hệ thống trung

gian ITSN International Traffic Switch Network Trung tâm chuyển mạch lưu lượng

quốc gia ITU International Telecommunication Union Liên minh viễn thông quốc tế

ldp Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn

tải ít nhất LME Line monitoring Equipment Thiết bị giám sát đường dây

MIP Management Information Base Cơ sở thông tin quản lý

mopa Master Oscillating Power Amplifier Bộ khuyếch đại công suất dao động

chủ mpλs Multi Protocol Wavelength Switching Chuyển mạch bước sóng đa giao

thức mpls Multi Protocol layer Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức

MTBF Mean Time Between failures Thời gian trung bình giữa các lỗi MTTR Mean Time To Repair Thời gian trung bình khi tiến hành

sửa chữa

ne Network Element Phần tử mạng

NEOS Network Element Operations Systems Hệ điều hành phần tử mạng

NIMS Network Inventory management Sub-system Hệ thống con quản lý sự kiện mạng NMS Network Management Systems Hệ thống quản lý mạng

NOC Network Operation Center Trung tâm vận hành mạng

NWOS Network Management Operations Systems Hệ điều hành quản lý mạng

nz-dsf Non zero-Dispension shifted fiber Sợi dịch chuyển tán sắc khác 0 oadm Optical Add/Drop Multiplexer Bộ ghép kênh xen/rẽ quang

odxc Optical Digital Coross-Connect Thiết bị đấu nối chéo quang

omspr Optical Multiplex Section Shared Protection

Ring

Vòng bảo vệ dùng chung mức đoạn ghép kênh quang

OSI Open Systems Inteconnection Kết nối các hệ thống mở

OSS Operation Support Systems Hệ thống trợ giúp điều hành

otdm Optical time division multiplexing Ghép kênh theo thời gian quang otn Optical Transport Network Mạng truyền tải quang

pdh Psychronous Digital Hierarchy Phân cấp số cận đồng bộ

PMD Polarization mode dispersion Tán sắc mode phân cực

PMS Performance Management Sub-system Hệ thống con quản lý chất lượng

pstn Public Switched Telephone Network Mạng đIện thoại công cộng

RAS Reliability Availability Survivability Tính tin cậy, sẵn sàng, tồn tại RCC Regional Control Center Trung tâm điều khiển vùng

rcl Relative Capacity Loss Gán bước sóng dựa trên tổn thất

dung lượng tương đối

RFWA Routing Fiber and Wavelength Assignment Định tuyến sợi quang và cấp phát

bước sóng

Rwa Routing and Wavelength Assignment Định tuyến và gán bước sóng sdh Synchronous Digital Hierachy Phân cấp số đồng bộ

SEM Submarine Element Manager Quản lý phần tử cáp quang biển

nhỏ nhất SLE Static Lightpath Establishment Thiết lập luồng quang tĩnh

SLTE Submarine Line Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối biển

SNAP Sub Network Access Point Điểm truy nhập mạng con

SNMP Simple Network Management Protocol Giao thức quản lý mạng

STM Synchronous Transmission Module Modul truyền dẫn đồng bộ

tcp Transport Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải tdm Time Division Multiplexing Ghép kênh theo thời gian

tmn Telecommunication Management Network Mạng quản lý viễn thông

TTs Trouble Ticket Sub-system Hệ thống con ghi chép sự cố

UML Unified Modeling Language Ngôn ngữ kiểu thống nhất

VNPT Vietnam Post and Telecommunication Tập đoàn bưu chính viễn thông Việt

Nam voip Voice over Internet Protocol Thoại trên nền giao thức internet Wadm Wavelenght add/drop multiplexer Bộ ghép kênh xen/rẽ theo bước sóngwdm Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bước sóng

wixc Wavelenght Interchange Crossconnect Bộ đấu chéo trao đổi bước sóng

wsxc Wavelengh selected Crossconnect Bộ đấu chéo lựa chọn bước sóng

Danh môc c¸c b¶ng

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

truyền 7500km

II-27

3.13 TMF – Telecom Operation Map III-52

DCN

IV-95

Ghi chó: Mét sè h×nh vÏ trong ch−¬ng 3, 4 ®−îc trÝch dÉn trong mét sè tµi liÖu cña VNPT

Chương i

hệ thống cáp quang biển trục bắc-nam

1.1 Khái quát về sự phát triển của ngành Viễn thông của việt nam đến năm 2020

1.1.1 Nhu cầu về dung lượng của hệ thống hiện tại và tương lai

Dung lượng của hệ thống viễn thông nhằm đáp ứng, thỏa mãn về số lượng, chất lượng, thời gian, yêu cầu các dịch vụ viễn thông, bao gồm các dịch vụ điện thoại truyền thống, các dịch vụ phi thoại, truyền số liệu, dịch vụ internet, v.v

Để đưa ra nhu cầu về dung lượng của hệ thống chúng ta có thể xem xét một số số liệu dự báo dài hạn của các loại dịch vụ viễn thông dựa trên xu hướng phát triển kinh tế xã hội, mối quan hệ giữa tốc độ tăng trưởng GDP theo đầu người và mật độ của thế giới có tham khảo xu hướng tăng trưởng của các nước khác cùng bối cảnh (các số liệu tham khảo dựa trong kết quả

dự báo của Dự án khả thi và các số liệu thống kê hàng năm của Tổng Công

ty Bưu chính Viễn thông Việt Nam (VNPT) từ năm 1997 đến năm tháng 6

Bảng 1.1 Nhu cầu điện thoại cố định

Về nhu cầu của điện thoại cố định thông thường, theo thống kê mới nhất

đến tháng 6 năm 2004 đã vượt qua số liệu dự báo dài hạn cho năm 2005 Tuy nhiên, trong xu hướng chung của thế giới, điện thoại cố định sẽ đạt trạng thái bão hoà về số thuê bao nên dự báo dài hạn cho thuê bao cố định có thể vẫn

đúng cho đến năm 2020 trong số liệu dự báo dài hạn của VNPT

1.1.1.2 Dự báo về nhu cầu điện thoại di động:

Về số thuê bao di động, hiện nay trên thế giới và Việt Nam, số thuê bao

di động tăng lên với tốc độ lớn Có được điều này là do tính linh động, tính cá nhân và các dịch vụ gia tăng trên điện thoại di động Do vậy, đối với Việt Nam, số thuê bao di động còn tăng lên rất nhiều và với tốc độ có thể còn cao

hơn Xu thế hiện nay cho thấy, có những khách hàng có thể dùng song song

nhiều loại máy di động cùng lúc phụ thuộc vào công việc Trong một gia

đình, có thể có nhiều người cùng sử dụng điện thoại di động Do vậy, dự báo

dài hạn đối với điện thoại được áp dụng trong đề tài được xây dựng trên cơ sở

ngoại suy bậc hai đối với các số liệu thống kê từ năm 1997 trở lại đây

Bảng 1.2 Nhu cầu điện thoại di động

1.1.1.3 Dự báo nhu cầu Internet:

Hiện nay Tổng Công ty Bưu chính Viễn thông Việt Nam đang nghiên cứu

để tăng cường mạng Internet đặc biệt là mạng Internet cho cộng đồng, nhằm

đáp ứng những nhu cầu đang tăng cao và những yêu cầu đang trong tương lai

gần Hướng tới mục tiêu Internet sử dụng cho giáo dục từ xa, dự báo thời tiết,

bảo vệ nguồn tài nguyên thiên nhiên và môi trường, chăm sóc sức khỏe, phổ

biến chính sách Quốc gia, trao đổi du lịch và văn hóa, khuyến khích đầu tư

nước ngoài…

Mạng IP sẽ gồm 3 trung tâm chuyển mạch lưu lượng quốc gia ITSN ở Hà

Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, 15 trung tâm chuyển mạch lưu

lượng vùng ở các tỉnh lớn, 61 các POP ở các tỉnh còn lại

Số lượng thuê bao Internet trong năm 2000 xấp xỉ 70.000, nó đã thể hiện

tăng trưởng mạnh so với dự báo trong quy hoạch tổng thể, tuy nhiên có

những khó khăn không nhỏ để dự báo Internet trong khoảng thời gian ngắn,

do đó đối với dự báo dài hạn cho hệ thống trục chính, kế hoạch tối ưu trong

quy hoạch tổng thể sẽ được sử dụng

1.1.1.4 Dự báo nhu cầu Packet, Frame Relay và ATM:

Tỷ lệ người sử dụng chuyển gói so với điện thoại trong năm 1998 là 0,015% (229 đường) Xem xét xu hướng trên thế giới tỷ lệ so với máy điện

Bảng 1.4 Nhu cầu Packet, Frame Relay, và ATM

1.1.1.5 Nhu cầu thuê kênh:

Tỷ lệ so với điện thoại thông thường năm 1998 là 0,130% (2039 đường) Xem xét đến xu hướng phát triển của thế giới, tỷ lệ so với điện thoại thuần túy vào năm 2020 sẽ là 0,5% và năm 2024 là 0,6%

1.1.2 Nhu cầu dự phòng của hệ thống

Tuyến truyền dẫn đường trục Bắc Nam của VNPT hiện tại gồm có một hệ thống SDH 2,5 Gb/s, một hệ thống WDM 20Gb/s, song cả 2 hệ thống này

đều cùng đi trên đường cáp quang QL1A và được bảo vệ ring trên cáp 500

kV, tuyến dự phòng Viba chỉ có dung lượng thấp 140 Mbps, các tuyến còn lại hiện đang xây dựng chưa xong Như vậy, khả năng dự phòng đáp ứng cho

sự phát triển của mạng viễn thông trong tương lai là chưa hoàn thiện Do vậy, nhất thiết cần phải có thêm một tuyến đường trục nữa có đủ khả năng dự phòng, đặc biệt phải dự phòng bảo vệ vật lý trong các điều kiện thiên tai bão lụt Trong đề tài này sẽ phải tính toán được các việc như sau:

mạng hiện tại nhằm tạo ra một mạng dự phòng về dung lượng khi các tuyến khác gặp sự cố

nguyên dự phòng để mở rộng

1.2 Mạng truyền dẫn đường trục hiện tại

Mạng truyền dẫn đường trục gồm 2 hệ thống chính: Tuyến cáp quang trên Quốc lộ1A (QL 1A) và tuyến Vi ba Bắc Nam (PDH 34Mb/s) , trong đó tuyến Viba chỉ có dung lượng nhỏ 140Mbps

Tuyến truyền dẫn đường trục cáp quang đầu tiên trên QL1A - PDH 34 Mb/s được xây dựng đưa vào khai thác từ cuối năm 1992 Từ đó đến nay, trên đường cáp này Tổng công ty Bưu chính Viễn thông Việt Nam (VNPT)

đã nhiều lần thay đổi thiết bị công nghệ nhằm đáp ứng các nhu cầu tăng trưởng rất nhanh của các dịch vụ viễn thông

Năm 1996, VNPT đã nâng cấp tuyến truyền dẫn đường trục Bắc – Nam trên QL 1A lên thành hệ thống SDH 2,5 Gb/s

Đến năm 2000, VNPT đã phải mở rộng hệ thống thiết bị cáp quang SDH 2,5 Gb/s với dung lượng từ 8 STM1 (504E1) lên 16 STM1 (1008 E1) để đối phó với sự phát triển nhanh của lưu lượng thoại và phi thoại Nhưng với dung lượng 16 STM1 (1008 E1) đã không thể đáp ứng nhu cầu truyền dẫn ngày một tăng rất nhanh, vì thế năm 2003 VNPT đã nâng cấp, mở rộng hệ thống

đường trục Bắc Nam thành hệ thống WDM 20 Gb/s và tăng được dung lượng từ 16 STM1 (1008 E1) lên 3xSTM 16 (3.024 E1)

Lưu lượng yêu cầu trên tuyến Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh các năm 2005, 2010, 2020, là 2.106 E1, 2.969 E1, 5.691 E1 và ngay cả khi hệ thống thêm 20 Gb/s thì dung lượng vẫn quá nhỏ trong tương lai

Hệ thống tuyến cáp quang đường trục hiện có trên Quốc lộ 1A đã bị hỏng nhiều do lũ lụt đào bới… và đã gây ra suy giảm chất lượng hệ thống, do dó cần một hệ thống cáp quang tin cậy về mặt vật lý nhờ sử dụng tuyến địa lý khác nhau và cấu hình vòng phân lớp

1.3 Đặc thù của biển việt nam và các điều kiện tự

Bờ biển trải dài từ Bắc vào Nam và chia làm nhiều đoạn với những đặc

điểm địa hình khác nhau Dọc theo ven biển nước ta có nhiều sông lớn, nhỏ, trung bình cứ 20 km lại có một cửa sông Chính hệ thống sông ngòi này (nhất là hệ thống sông Hồng và sông Cửu Long) đã tạo nên các dòng thủy lưu khác nhau ở mỗi vùng và làm thay đổi, biến động địa hình đáy biển dải ven bờ đặc biệt các khu vực gần các cửa sông lớn

Đặc điểm khí tượng biển: Chế độ gió trên vùng biển nước ta nằm trong hệ

thống gió mùa Châu á Mùa đông, ở phía Bắc có gió mùa Đông Bắc hoạt

động từ cuối tháng 9 đến tháng 4 năm sau Trung bình mỗi tháng chính

Đông có khoảng 2-4 đợt không khí lạnh tràn về Gió mùa Đông Bắc mạnh có

đợt kéo dài 3-5 ngày (có đợt kéo dài đến hàng tuần), tốc độ gió mạnh nhất khi có gió mùa có thể đạt tới cấp 8,9

Do vị trí địa lý và tác động của từng đợt gió mùa mạnh yếu nên thời tiết ở các khu vực trên biển cũng khác nhau Nhiệt độ không khí trung bình 16-

trở vào hầu như không chịu ảnh hưởng của gió mùa cực đới

Về mùa gió Đông Nam, do ảnh hưởng của hai hệ thống gió mùa từ phía Tây và phía Nam Thái Bình Dương liên tiếp luân phiên nhau nên thời tiết vùng biển phía Bắc trong thời kỳ này rất ít có gió mạnh (trừ gió bão); không khí nóng ẩm, oi bức kèm theo giông nhiệt Vùng ven biển Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ có mưa nhiều còn phía Nam mưa chậm hơn (thường kéo dài từ tháng 11 đến tháng 12 hoặc tháng 1 năm sau)

Bão ảnh hưởng đến vùng biển nước ta hàng năm trung bình 6-7 cơn, thường hình thành và tác động đến thời tiết khu vực ven biển từ tháng 5 đến tháng 10 (ở khu vực phía Bắc) và từ tháng 9 đến tháng 12 (ở khu vực phía Nam) trong đó tháng 10 và tháng 11 là tháng có nhiều bão

Với những đặc thù về địa hình đáy, về khí tượng biển như trên việc ảnh hưởng đến tuyến cáp sau khi lắp đặt và cả trong các quá trình khảo sát, thi công cáp quang biển là rất lớn

1.4 Yêu cầu của hệ thống cáp quang biển

1.4.1 Kết nối với mạng truyền dẫn hiện tại

Hệ thống cáp quang biển phải kết nối với mạng truyền dẫn hiện tại và thành lập được các lớp truyền dẫn với các vòng bảo vệ SDH

Độ an toàn của mạng truyền dẫn sẽ được tăng cao trong trường hợp sự cố

và thảm họa thiên nhiên nhờ các vòng ring và tuyến vật lý khác nhau của hệ thống cáp quang biển

Hệ thống tuyến trục chính sẽ tăng cường cả về dung lượng và độ an toàn nhờ tuyến cáp quang biển Bắc Nam sử dụng công nghệ WDM

1.4.2 Yêu cầu về dung lượng cho hệ thống cáp quang biển:

Tuyến cáp quang biển trục Bắc Nam sử dụng 8 sợi cáp Mỗi đôi sợi dùng

8 bước sóng ở dải sóng 1550nm trên một hướng, mỗi bước sóng mang tín

hiệu 2,5 Gb/s (tính toán cho cả với bước sóng 10Gb/s) Dung lượng thực tế sẽ

được mở rộng dần khi thêm các thiết bị đầu cuối (LTE) vào các trạm cập bờ tùy thuộc vào tốc độ tăng trưởng nhu cầu lưu lượng từ 60Gb/s bước đầu tới 320Gb/s khi mở rộng hết dung lượng

1.4.3 Công nghệ sử dụng cho hệ thống:

Trong thông tin sợi quang số, ngoài công nghệ ghép kênh theo thời gian (TDM) mà chúng ta đã biết, còn xuất hiện công nghệ ghép kênh khác, ví dụ ghép kênh theo bước sóng quang (WDM), ghép kênh tần số (FDM) và công nghệ ghép kênh vi ba sóng mang phụ (SCM)…

Công nghệ ghép kênh theo bước sóng quang (WDM: Wavelength Divison Multiplexing) là công nghệ trong một sợi quang đồng thời truyền dẫn nhiều bước sóng tín hiệu quang Nguyên lý cơ bản là tín hiệu quang có bước sóng khác nhau ở đầu vào được tổ hợp lại (ghép kênh) và phối hợp ghép trên cùng một sợi quang của đường cáp dây cáp quang để truyền dẫn, ở đầu thu tín hiệu có bước sóng tổ hợp được phân giải ra (tách kênh) và xử lý thêm một bước, khôi phục lại tín hiệu gốc rồi đưa ra các đầu cuối khác nhau, do đó gọi công nghệ này là ghép kênh chia theo bước sóng quang gọi tắt là công nghệ ghép kênh bước sóng

Công nghệ WDM đối với sự nâng cấp mở rộng dung lượng phát triển dịch

vụ băng rộng như: CATV, HDTV và BIP, ISDN… khai thác đầy đủ các tiềm năng băng rộng của sợi quang thực hiện thông tin siêu cao tốc có ý nghĩa rất quan trọng, nhất là hiện nay có thêm bộ trộn Erbium (EDFA) thì DWM càng

có sức hấp dẫn to lớn với mạng thông tin hiện đại

Công nghệ WDM tận dụng tài nguyên băng rộng 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 đến vài chục lần, từ đó tăng dung lượng truyền dẫn của sợi quang Thông thường, hệ thống thông tin sợi quang chỉ truyền dẫn trong một kênh tín hiệu bước sóng, mà bản thân sợi quang trong khu vực bước sóng có khu vực tổn hao rất rộng, có rất nhiều bước sóng có thể sử dụng như hiện nay

Công nghệ thiết bị WDM với xu hướng nâng cao dung lượng, cải thiện các đặc tính kỹ thuật và khai thác tính tích hợp các chức năng đã đem đến cho các nhà khai thác các sản phẩm thiết bị linh hoạt, có độ tin cậy cao, giá thành hợp lý

1.4.4 Khả năng kết nối với mạng hiện tại:

Giao diện kết nối:

Yêu cầu kết nối của hệ thông phải đảm bảo cả hai khả năng kết nối điện

và kết nối quang Trong kết nối, hệ thống xây dựng phải đảm bảo kết nối

được với tất cả các chủng loại thiết bị viễn thông hiện có trên mạng Các cổng kết nối phải được tuân thủ theo các khuyến nghị của ITU để đảm bảo tính nhất quán trong toàn mạng trong hiện tại và cả tương lai Cụ thể đảm bảo các yêu cầu:

- Đảm bảo khả năng kết nối với các mạng SDH hiện hữu

- Đảm bảo khả năng kết nối với mạng đường trục hiện hữu có thể thông qua giao diện quang WDM hoặc giao diện SDH để đảm bảo khả năng dự phòng và bảo vệ cho các mạng hiện hữu

Kết luận:

Chương này trình bày sơ lược về hiện trạng mạng đường trục của Việt Nam nói chung và của VNPT nói riêng Đồng thời cũng tập trung nghiên cứu các vấn đề như: dự báo lưu lượng, đặc thù của biển Việt Nam, nhu cầu mở rộng dung lượng và dự phòng mạng đường trục Việt Nam, từ

đó đưa ra các yêu cầu cơ bản cho mạng cáp quang biển trong tương lai

Chương 2

Tổng quan về công nghệ truyền dẫn ghép kênh theo

Với sự bùng nổ của cuộc cách mạng thông tin với sự phát triển mạnh mẽ của Internet, đã đặt ra những đòi hỏi to lớn cho mạng truyền dẫn, đặc biệt là các mạng đường trục Những kỹ thuật truyền dẫn truyền thống đã thể hiện không thể đáp ứng được các yêu cầu này Cùng với sự phát triển mạnh mẽ trong công nghệ linh kiện và kỹ thuật khuếch đại tín hiệu quang, công nghệ truyền dẫn WDM tỏ ra đặc biệt chiếm ưu thế cho các yêu cầu nâng cao dung lượng mạng

đường trục với nhiều tính năng mềm dẻo Dưới đây sẽ trình bày tổng quan các

đặc điểm cơ bản của công nghệ này

2.1 công nghệ truyền dẫn WDM

2.1.1 Các phương thức truyền dẫn hiện đại

Trên thế giới hiện nay có ba phương thức truyền dẫn chính là vệ tinh, vô tuyến chuyển tiếp và truyền dẫn quang Vô tuyến chuyển tiếp là phương thức truyền dẫn thường được các nhà khai thác sử dụng cho những nhu cầu phù hợp

về dung lượng truyền dẫn hoặc về địa hình Chi phí đầu tư xây dựng mạng thấp, tuy nhiên dung lượng của hệ thống vi ba thường nhỏ và khó nâng cấp, chịu nhiều ảnh hưởng của các điều kiện thời tiết Hệ thống truyền dẫn vệ tinh

là sự phát triển cao hơn của truyền dẫn bằng vô tuyến Hệ thống vệ tinh cho phép thực hiện các đường truyền dài và đặc biệt hiệu quả cho những nhu cầu khi cần đến vùng phủ sóng rộng Tuy nhiên, chất lượng truyền dẫn của vệ tinh cũng bị ảnh hưởng nhiều bởi các yếu tố nhiễu, thời tiết và đặc biệt, tuổi thọ của vệ tinh ngắn, khả năng mở rộng khó

Công nghệ truyền dẫn quang ra đời là một bước đột phá trong các kỹ thuật truyền dẫn Các ưu điểm nổi bật của truyền dẫn sợi quang là suy hao thấp do đó có thể thiết lập được đường truyền với cự ly xa hơn mà chưa cần

đến trạm lặp Kỹ thuật truyền dẫn này không chịu tác động của môi trường nên chất lượng truyền dẫn cao nhất Với sự phát triển của công nghệ truyền dẫn quang đem lại triển vọng cho công nghệ này như là công nghệ duy nhất

có thể đáp ứng được sự bùng nổ của các dịch vụ băng rộng của hiện tại và tương lai Các đặc điểm truyền dẫn quang bao gồm:

• Suy hao truyền dẫn nhỏ

• Băng tần truyền dẫn lớn

• Không bị nhiễu điện từ

• Bảo mật thông tin cao

• Kích thước và trọng lượng nhỏ

• Khả năng mở rộng dung lượng linh hoạt

Mô hình một tuyến truyền dẫn quang được mô tả trong hình dưới

Hình 2.1 Mô hình một tuyến truyền dẫn quang

2.1.2 Công nghệ WDM hiện tại

1) Các loại truyền dẫn WDM

Hiện nay, công nghệ truyền dẫn WDM được chia làm ba loại tùy thuộc vào mật độ bước sóng truyền trong một sợi quang Gồm có WDM, CWDM và DWDM

WDM (Wavelength Division Multiplexing) là hệ thống tách ghép kênh

nhiều bước sóng với khoảng cách giữa các kênh khá lớn Số lượng các bước sóng truyền trên một sợi quang từ 2 đến 16 kênh Đây là hệ thống đầu tiên

được ứng dụng trong thời kỳ đầu của phương thức truyền dẫn WDM Nó đã

được áp dụng khá lâu nhưng khoảng cách truyền dẫn bị giới hạn nhỏ hơn 100

Thiết bị phỏt quang

Nguồn phỏt quang

Bộ nối quang Mối hàn sợi

Bộ chia quang

Xen rẽ kờnh

Cỏc thiết bị khỏc Mối hàn sợi

1610 nm với số lượng bước sóng tối đa lên đến 18 bước sóng CWDM tuân theo sự phân bố bước sóng của khuyến nghị G 694.2

DWDM (Dense WDM) là hệ thống tách ghép kênh nhiều bước sóng mật

độ cao Khoảng cách giữa các kênh có thể là 200, 100, 50 hoặc 25 GHz Số lượng kênh truyền trên một sợi quang có thể lên tới 128 kênh bước sóng hoặc nhiều hơn Khoảng cách truyền của chúng cũng có thể lên tới hàng nghìn km

và phải kết hợp với các bộ khuếch đại cũng như bộ tái tạo trên tuyến để đảm bảo chất lượng tín hiệu

2) Dải bước sóng sử dụng

Trong thông tin quang, đang sử dụng phổ biến có ba cửa sổ bước sóng tương ứng với các bước sóng trung tâm là 850 nm, 1300 nm và 1550 nm Trong công nghệ truyền dẫn WDM cự ly lớn hiện nay, người ta sử dụng cửa

sổ bước sóng là cửa sổ thứ ba Ưu điểm chính của dải bước sóng này là chúng

nay, các nỗ lực chế tạo sợi quang có suy hao vật liệu thấp (do các lỗi tạp chất trong sợi) đã có những bước tiến lớn Nhiều hãng đã trưng bày những sản phẩm có chỉ số suy hao thấp

3) Các hiệu ứng cơ bản ảnh hưởng truyền dẫn cáp quang

Các hiệu ứng chính có ảnh hưởng tới truyền dẫn thông tin quang bao gồm các hiện tượng như suy hao, tán sắc và các hiệu ứng phi tuyến Với sự tiến bộ không ngừng về công nghệ điện tử, suy hao trong sợi quang đã đạt được những bước tiến vĩ đại Suy hao của sợi quang đã giảm đi nhiều lần so với thập

kỷ trước và đạt mức dưới 0,2 dB/km Với công nghệ nguồn phát quang và tái tạo lại tín hiệu hiện nay, suy hao trong sợi quang không còn là vấn đề đáng quan tâm trong các tuyến đường trục Các vấn đề đáng quan tâm nhất trong truyền dẫn đường trục hiện nay cần tập trung giải quyết là tán sắc và hiệu ứng phi tuyến

• Tán sắc

Tán sắc là hiện tượng xung ánh sáng bị mở rộng theo khoảng cách truyền sóng Có hai nguyên nhân chính gây ra hiện tượng tán sắc là tán sắc mode và tán sắc bước sóng Trong các đường truyền đường trục, người ta thường sử dụng sợi quang đơn mode nên vấn đề tán sắc mode không cần quan tâm Tuy nhiên những vấn đề về tán sắc do bản chất sóng ánh sáng được truyền lại cần phải đặc biệt quan tâm Đối với các đường truyền dung lượng thấp (2.5 Gbit/s,

và có ít bước sóng) thì vấn đề tán sắc chưa gây ra nhiều khó khăn Các đường trục dung lượng lớn với dung lượng mỗi bước sóng từ 10 Gbit/s cần được quan tâm đặc biệt Có hai khía cạnh cần quan tâm: Nguồn phát quang có tính kết hợp cao và ít bị ảnh hưởng của tán sắc và bù tán sắc trong khoảng truyền Việc tạo nguồn sáng ít bị ảnh hưởng bởi tán sắc đang được nỗ lực thực hiện và sẽ

được trình bày ở phần sau Đối với bù tán sắc, hiện nay các kỹ thuật bù tán sắc bằng một sợi dẫn quang có độ tán sắc ngược so với sợi quang đơn mode Đây

là biện pháp đang được sử dụng phổ biến Sợi quang đơn mode có độ tán sắc dương hoặc âm Sau một khoảng cách truyền, người ta đổi môi trường truyền dẫn là sợi quang loại khác có độ tán sắc ngược dấu Như vậy, sự tán sắc sẽ

được bù đắp

• Các hiệu ứng phi tuyến

Đối với mức công suất tín hiệu không lớn, các hiệu ứng truyền dẫn trong sợi quang là tuyến tính Khi đi qua các bộ khuếch đại quang, công suất tín hiệu tăng lên đáng kể và các hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang bắt đầu xuất hiện Các hiệu ứng phi tuyến ảnh hưởng tới truyền dẫn quang gồm các hiện tượng tự điều chế pha (SPM), nhiễu xạ bốn sóng (FWM), hiệu ứng tán xạ Bruilanh và tán xạ Raman (SBS và SRS)

9 SRS là hiện tượng khi cường độ ánh sáng đi vào sợi quang lớn, năng lượng này sẽ kích thích các phân tử trong sợi quang dao động gây ra sự

điều chế tín hiệu quang đưa vào, làm giảm công suất tín hiệu quang của các bước sóng ngắn, giới hạn số kênh bước sóng trong hệ thống ghép kênh WDM

9 SBS cũng là hiện tượng tương tự như SRS, cũng gây ra dao động của các phân tử và chiều của tán xạ ngược chiều với nguồn sáng đi vào Nó làm giảm đáng kể công suất của tín hiệu do phản xạ, đặc biệt với sợi dẫn quang có đường kính nhỏ

9 SPM là hiện tượng khi cường độ quang đưa vào thay đổi, hiệu suất khúc xạ của tín hiệu quang cũng thay đổi theo, gây ra sự biến đổi pha của tín hiệu Kết hợp với sự tán sắc, phổ của tín hiệu quang bị dãn đáng kể do các thành phần khác nhau của ánh sáng bị dịch pha

nguồn ánh sáng ứng với các bước sóng trong hệ thống WDM nên khi khi có sự biến đổi công suất của các nguồn tín hiệu khác nhau, chúng sẽ gây ra sự điều chế pha của các kênh khác nhau, dẫn tới sự biến động về

ì +

≠i

j eff j eff

i o

A

t P A

t P n n

9 FWM là hiện tượng nhiễu xạ của các bước sóng khác nhau Khi có nhiều nguồn sáng có công suất đủ lớn được truyền trong cùng một môi trường, các sóng ánh sáng sẽ tương tác với nhau tạo ra một tần số cộng hưởng mới gây ra nhiễu xuyên kênh giữa các kênh và suy giảm công suất của tín hiệu

(SPM) (XPM)

(4) Các thiết bị thu và phát tín hiệu quang

Linh kiện biến đổi tín hiệu số từ tín hiệu điện sang tín hiệu quang được dùng là Laser Diode Ưu điểm chính của laser là nguồn sáng có tính kết hợp rất cao Để thực hiện biến đổi tín hiệu quang sang tín hiệu điện tại phía thu người ta sử dụng các photodiode Cấu tạo cơ bản của laser diode giống như một diode thường gồm có một chuyển tiếp p-n Khi điện tử chuyển dời từ trạng thái kích thích xuống trạng thái cơ bản, một photon sẽ được giải phóng

có bước sóng tương ứng với khe năng lượng mà điện tử chuyển dời Các photon này giao động trong buồng cộng hưởng của laser được tạo ra bởi hai mặt gương Các photon đáp ứng được các điều kiện cộng hưởng như phân cực, bước sóng … của buồng cộng hưởng chế tạo trong laser (điều kiện giao thoa

ánh sáng) thì cường độ của chúng sẽ tăng lên mạnh mẽ và bức xạ phát ra ngoài Đây là nguyên lý cơ bản của laser Do đó, phổ ánh sáng của laser rất hẹp và có tính kết hợp rất cao Thực tế, các laser này chưa đáp ứng được các yêu cầu của truyền dẫn thông tin số tốc độ cao Để thu nhỏ phổ quang của các module laser và loại bỏ các thành phần pre-chirping, người ta tích hợp các bộ

điều chế quang ngoài cho module laser Dưới đây đề cập cấu trúc một số loại laser thường sử dụng trong kỹ thuật thông tin quang

• F-B Laser

Cấu tạo của laser F-B cũng giống như các laser khác Tuy nhiên, cấu tạo của buồng cộng hưởng điều chế tín hiệu quang khi phát ra được xây dựng dựa trên nguyên lý của giao thoa kế Ferby-Perot Cấu tạo của nó như sau: Tại hai

đầu cửa sổ phát sáng, người ta chế tạo hai mặt gương: Một mặt gương có hệ số phản xạ gần như toàn phần và một mặt gương phản xạ khoảng 45 % công suất quang tạo ra Khi có sự tái hợp của các điện tử (tái hợp ngẫu nhiên), các photon tạo ra bị phản xạ qua lại giữa hai mặt gương Pha của chúng được điều chế sao cho đồng nhất, đạt được trạng thái cộng hưởng Một phần công suất sẽ thoát ra ngoài thông qua mặt gương, một phần đồng thời trở thành nguồn kích thích cho các quá trình tái hợp tiếp theo (tái hợp kích thích) Chiều dài của buồng cộng hưởng F-B sẽ quyết định các mode nào được phát ra do đáp ứng

được các điều kiện cộng hưởng Các mode khác hoặc tái hợp ngẫu nhiên do nhiệt sẽ bị triệt tiêu ngay trong buồng cộng hưởng

• DFB Laser

Dựa trên nguyên lý nhiễu xạ Bragg, người ta chế tạo cách tử đi kèm trong các module laser để lọc phổ ánh sáng tạo ra trong buồng cộng hưởng Cấu tạo của chúng như sau: Trong vùng hoạt chất giữa chuyển tiếp p-n, người ta chế tạo thêm một cách tử Cách tử sẽ có tham số đặc trưng chính là khoảng cách gữa các khe trên cách tử Nguồn sáng phát ra có bản chất sóng, do vậy chúng sẽ bị

nhiễu xạ theo nguyên lý nhiễu xạ ánh sáng Sẽ có một bước sóng đáp ứng

được điều kiện cộng hưởng: Khoảng cách giữa hai khe của cách tử bằng một

số nguyên lần bước sóng nào thì bước sóng đó sẽ được khuếch đại và phát ra

ngoài Phổ của laser loại này rất hẹp và chỉ bằng 1/10 so với phổ laser của các

loại laser khác

• Thiết bị điều chỉnh bước sóng laser

Hiện nay, trong các hệ thống thông tin, người ta không sử dụng một module

laser độc lập Lý do chính là rất khó vận hành hệ thống khi có nhu cầu thay

đổi bước sóng mang, điều chỉnh bước sóng hay mở rộng Do vậy, người ta

thường chế tạo thành modul laser có thể điều chỉnh được bước sóng Cấu tạo

của modul này như sau: Người ta chế tạo một dãy các nhiều laser riêng lẻ có

thể phát các bước sóng khác nhau theo thiết kế của hệ thống trên cùng một lớp

đế Các kênh dẫn sóng độc lập sẽ đưa nguồn quang sau điều chế đi vào cùng

một lõi sợi quang Một bộ vi xử lý sẽ làm nhiệm vụ điều khiển chọn lựa cho

từng laser phát theo yêu cầu Cấu tạo của module 8 laser cho ở hình 2.2

• Thiết bị chuyển đổi bước sóng OTU:

OTU là một linh kiện phát lại tín hiệu quang Vai trò của thiết bị này là

chuyển đổi các bước sóng phi tiêu chuẩn thành bước sóng tiêu chuẩn để sử

dụng trong truyền dẫn WDM Cấu tạo của nó gồm một bộ biến đổi O/E, một

bộ tái sinh có vai trò sửa sai tín hiệu và điều chế lại để đưa tới bộ biến đổi

E/O Thời gian ký sinh trong toàn bộ quá trình này là rất ngắn Cấu tạo của nó

Hiện nay, với mong muốn xây dựng mạng cáp quang “trong suốt” (transparent) hoàn toàn, người ta đang tập trung nghiên cứu các bộ OTU biến

đổi bước sóng theo dạng Quang-Quang Tuy nhiên khả năng ứng dụng trong thực tế của thiết bị này chưa thể được

• Một vài cấu hình điều chế tín hiệu quang

Trong yêu cầu truyền dẫn dung lượng cao, các laser tỏ ra có nhiều nhược

điểm do tồn tại các thành phần phổ không đồng nhất Khi tốc độ dữ liệu tăng lên, xuất hiện các vạch chirp tương ứng với các thành phần tần số khác nhau

Đây là yếu tố gây ảnh hưởng lớn tới tán sắc Các kỹ thuật mới đây cho thấy, các nguồn phát quang điều chế ngoài có cấu trúc phổ đồng nhất hơn và độ rộng phổ cũng được thu hẹp đáng kể Do đó mà các yếu tố ảnh hưởng đến truyền dẫn như tán sắc, nhiễu xạ, GVD giảm đi đáng kể Có hai cấu hình chính đang được triển khai trong hệ thống truyền dẫn quang đường trục là nguồn phát quang điều chế ngoài bằng các giao thoa kế và các nguồn hấp thụ

điện Dưới đây đề cập tới hai cấu hình đang được ứng dụng phổ biến là nguồn phát quang dùng điều chế ngoài là giao thoa kế Match Zender và bộ hấp thụ

điện

9 Bộ điều chế hấp thụ

Một trong các cách điều chế hấp thụ đang được sử dụng phổ biến hiện nay

là bơm dưới ngưỡng Người ta dùng một laser liên tục dạng mode lock hoặc DFB bơm vào miền tích cực của một laser khác Tín hiệu điện muốn

được điều chế sẽ được đưa vào các chân điều khiển của laser thụ động Dưới tác dụng của điện trường này, các điện tử được tái hợp và phát ra các photon đồng nhất hơn Đặc điểm của cấu hình này là, laser thụ động sẽ chỉ

được kích thích dưới ngưỡng thì mới có khả năng thực hiện điều chế

9 Bộ điều chế ngoài MZ

Nguyên tắc điều chế dựa trên các hiệu ứng Pockel Trong một vài vật liệu

có tính chất đặc biệt: Chiết suất của chúng phụ thuộc vào cường độ điện

Nguyên lý của nó như sau: Trên một nhánh của giao thoa kế MZ sẽ được tích hợp vật liệu điều chế pha Nhánh này được tích hợp thêm lưới cách tử kim loại hình răng lược Nguồn sáng từ các laser phát ra được chia ra thành hai nhánh Các thành phần nhanh pha hơn được cho đi qua vật liệu điều chế Nhờ tác dụng của điện trường, các thành phần nhanh pha được điều chế lại để chậm pha đi tương ứng Tại đầu ra của MZ, các thành phần của chirp được loại bỏ, làm cho phổ laser sau điều chế đồng nhất hơn Hiện nay, Nortel đã có những sản phẩm Laser dùng điều chế M-Z với khả năng chịu được tán sắc tổng lên tới 1500 ps/nm

• Thiết bị thu

Hiện nay, để chuyển đổi tín hiệu quang sang điện, người ta vẫn sử dụng photodiode Có hai loại photodiode đang được sử dụng chính là loại photodiode có cấu trúc PIN và loại đánh thủng thác lũ APD Ưu điểm chính của cấu trúc PIN là có tỉ lệ tạp âm thấp Tuy nhiên độ nhạy bộ thu cũng thấp Còn đối với cấu trúc APD, độ nhạy phía thu cao hơn nhưng tạp âm cũng cao hơn

(5) Kỹ thuật tách ghép nhiều bước sóng

Kỹ thuật ghép bước sóng:

Dựa trên nguyên tắc các bước sóng ánh sáng là không có tính tương tác, có thể ghép và tách từng bước sóng ánh sáng độc lập Có nhiều phương pháp tách ghép bước sóng khác nhau Dưới đây đề cập ba phương pháp tách ghép theo bước sóng đang được sử dụng phổ biến trong kỹ thuật truyền dẫn WDM

9 Cách tử dạng mảng

Hình 2.4 Cách tử dẫn sóng dạng mảng

Kết cấu tách và ghép bước sóng theo cách này được dựa trên nguyên lý của cách tử nhiễu xạ Các sợi quang được sắp xếp trên một hàng với các góc tới khác nhau sao cho tương ứng với góc nhiễu xạ tương ứng của từng bước sóng trên cách tử Theo nguyên lý ánh sáng, có thể kết hợp các bước sóng này thành một chùm sáng để đưa vào trong sợi quang Trên hình 2.4 là mô tả nguyên lý ghép kênh Việc thực hiện tách các kênh được thực hiện theo chiều ngược lại Tại đầu thu, chùm sáng đi ra khỏi sợi quang được chiếu lên trên cách tử Các bước sóng khác nhau sẽ nhiễu xạ với các góc khác nhau Nhờ thấu kính hội tụ, có thể biến các chùm sóng đi ra thành các chùm song song

Các kênh sau khi táchkênh kết hợp đầu vào

và đưa vào dãy các sợi quang tương ứng Nói chung, sau quá trình tách, chùm

ánh sáng là đơn bước sóng Tuy nhiên, để giảm các hiệu ứng xuyên kênh, người ta phải đặt các bộ lọc thông quang theo bước sóng

9 Ma trận dẫn sóng bản phẳng

Ma trận dẫn sóng bản phẳng là một ma trận các kênh dẫn sóng bản phẳng

được chế tạo trên một đế phẳng Nguyên lý dẫn sóng của chúng cũng được xây dựng trên cơ sở phản xạ toàn phần Từng đôi nhóm bước sóng được lần lượt ghép với nhau Lý do là để bù khoảng cách và công suất của mỗi bước sóng trước khi ghép vào một kênh tổng Như vậy sẽ tránh được các hiện tượng mất đồng bộ giữa các kênh Đây là phương thức ghép đơn giản và có thể tăng

số ma trận ghép kênh lên vô hạn

Ưu điểm chính của ma trận dẫn sóng bản phẳng là khoảng cách giữa các bước sóng là nhỏ, số kênh ghép là lớn băng thông và công suất của các kênh

là bằng phẳng Đây là linh kiện quan trọng trong truyền dẫn WDM

Tuy nhiên việc tách kênh theo chiều ngược lại sẽ gặp phải một vấn đề lớn

là công suất Dễ thấy, cứ qua mỗi điểm nút, công suất của tất cả cáckênh đều

bị giảm đi 3dB, do vậy ứng với n kênh, thì công suất tổng cộng đầu vào trước

đó của mỗi bước sóng phải được tăng ích lên trước 3n dB thì mới đáp ứng

được độ nhạy bộ thu Do vậy, trước mỗi bộ chia này cần có một bộ tiền khuếch đại quang đủ lớn Ngoài ra, trong mỗi luồng sau khi chia vẫn bao gồm

n bước sóng đầu vào, do vậy, nếu muốn chọn lọc từng bước sóng thì phải dùng các bộ lọc bước sóng thì mới có thể chọn riêng được từng kênh Đây cũng là một ưu điểm bởi người ta có thể chọn lựa kênh mang thông tin và có thể chương trình hoá chúng Hiện nay, người ta đã chế tạo ra được các bộ chia công suất không theo tỉ lệ 1:1 mà có thể là 1:3, 1:5… để có thể chỉ cần tách ra một hoặc một vài bước sóng theo mong muốn để không cần có một ma trận quá lớn tại các điểm Add/Drop trên tuyến

9 Bộ nối chéo quang

Hình 2.5 Cấu tạo của bộ nối chéo quang

Để phục vụ cho việc tách ghép và chuyển đổi định tuyến của một phần dung lượng trong hệ thống WDM, người ta sử dụng các bộ nối chéo luồng số để đưa vào hoặc ra một phần dung lượng nào đó Người ta đã xây dựng các ma trận nối chéo luồng số Cơ sở của ma trận được xây dựng trên một ma trận không gian Các bước sóng trước khi được chuyển chéo hay Add/Drop phải được tách ra thành đơn bước sóng, sau đó đường đi của bước sóng này sẽ được điều chỉnh bằng một gương nhờ hệ thống vi cơ

(6) Công nghệ khuếch đại tín hiệu WDM

Hiện nay có hai kỹ thuật khuếch đại quang đang được ứng dụng chủ yếu

là khuếch đại quang sợi trên cơ sở EDFA và khuếch đại RAMAN Dưới đây

đề cập tới nguyên lý của hai công nghệ khuếch đại này và phân tích các ưu nhược điểm

9 Khuếch đại EDFA

năng lượng ánh sáng đủ lớn, các điện tử sẽ được kích thích để nhảy lên các mức kích thích tương ứng với các khe năng lượng đó, do đây là trạng thái không bền, các điện tử sẽ dịch chuyển về trạng thái siêu bền có trong vùng năng lượng cho phép của Er Nó nằm trong vùng phổ 1550 nm Khi có các phôton ánh sáng thuộc vùng phổ này đi qua môi trường, các điện tử bị tái hợp kích thích để trở về trạng thái cơ bản, giải phóng ra các phôton tương ứng với photon kích thích, và quá trình khuếch đại được thực hiện

Hình 2.6 Sơ đồ khuếch đại quang

Trong vùng năng lượng kích thích của Er, có thể dùng nhiều loại laser khác nhau để làm nguồn kích thích Trong thực tế, có hai loại nguồn bơm laser đang được sử dụng phổ biến có bước sóng kích thích là 980nm và 1480

nm Ưu điểm của nguồn bơm 980 là hiệu suất hấp thụ cao, và có hệ số khuếch

đại với mức tạp âm thấp Tuy nhiên, nguồn bơm phải được đặt gần với môi trường kích thích vì bước sóng này bị suy hao nhanh trong sợi quang Với

Tín hiệu cần kích thích

EDF

Bộ cách

Tín hiệu ra

bước sóng kích thích 1480 nm, tạp âm khuếch đại lớn hơn Công suất kích thích để đạt được cùng một hệ số khuếch đại cũng cần phải lớn hơn Tuy nhiên, khả năng truyền dẫn năng lượng kích thích này trong sợi quang có hệ

số suy hao thấp hơn Do vậy có thể đặt các bộ khuếch đại ở xa so với nguồn kích Đây là ưu điểm để ứng dụng bộ khuếch đại này trong truyền dẫn trên biển

Một đặc điểm cơ bản trong phổ phát xạ của Er là không bằng phẳng Đây

là một nhược điểm không tốt của bộ khuếch đại EDFA Nó làm cho bộ thu gặp khó khăn Để khắc phục vấn đề này, có nhiều giải pháp được áp dụng Một là người ta pha tạp thêm vào môi trường khuếch đại các ion khác để dàn phẳng dải phổ Phổ biến hiện nay là pha tạp nhôm Tuy nhiên độ bằng phẳng này không cao Hai là người ta tích hợp bộ khuếch đại EDFA với một bộ điều chế dàn phẳng công suất ngoài gọi là các bộ equalizer Đặc tính phổ truyền qua của bộ này có cấu trúc ngược với phổ phát xạ của EDFA, chúng được thiết

kế sao cho có thể dàn phẳng công suất trên tất cả các kênh Hiện nay phổ biến vẫn đang sử dụng dùng các loại lọc công suất và bộ dàn phẳng trên cơ sở của

MZ Các sản phẩm bộ khuếch đại EDFA hiện nay có độ bằng phẳng khoảng

35 nm trong vùng bước sóng thuộc băng C Hiện nay đã có nhiều sản phẩm của các hãng có bộ khuyếch đại EDFA có chất lượng rất cao Độ bằng phẳng của bộ khuyếch đại là nhỏ hơn 1 dB Công suất tuyệt đối đạt tới 25 dBm hoặc

30 dBm tùy loại của các hãng Tyco hay Nuphoton Tech

9 Bộ khuếch đại RAMAN

Nguyên lý của bộ khuếch đại RAMAN dựa trên hiệu ứng Raman Môi trường khuếch đại chính là sợi quang siêu sạch Khi có một nguồn kích thích

đủ lớn được bơm vào trong môi trường, các điện tử sẽ hấp thụ photon và nhảy lên mức kích thích Khi có một photon cần khuếch đại đi vào môi trường sẽ kích thích điện tử tái hợp trở về trạng thái cân bằng, giải phóng ra photon

0,98 àm

1,45 - 1,49 àm

1,53 - 1,56 àm 1,53 - 1,56 àm

cưỡng bức

Phát xạ tự phát

giống như photon đi vào và một photon Điều kiện khuếch đại là bước sóng kích thích phải ngắn hơn bước sóng được kích thích 100 nm Độ rộng phổ khuếch đại là khoảng 48 nm

Đỉnh bước sóng được khuếch đại có thể điều chỉnh một cách dễ dàng nhờ điều chỉnh bước sóng nguồn kích thích Do vậy bộ khuếch đại RAMAN có thể khuếch đại mọi vùng cửa sổ bước sóng Tuy nhiên, để đạt được một hệ số khuếch đại thì bộ khuếch đại Raman cần nguồn kích thích có công suất lớn hơn nhiều so với khuếch đại EDFA Phổ so sánh điểm khuếch đại cộng hưởng

được đưa ra trong hình dưới

Hình 2.8 Phổ phát xạ Raman của sợi quang

Hiện nay, một cấu hình lai ghép ứng dụng cả hai bộ khuếch đại EDFA/Raman đã được triển khai trong thực tế để tận dụng ưu điểm của cả hai bộ khuếch đại Lúc đó, bộ khuếch đại Raman đóng vai trò như một bộ dàn phẳng phổ công suất của bộ khuếch đại EDFA

9 Màng lọc

Màng lọc (TFF) là linh kiện được sử dụng trong các kỹ thuật tách ghép tín hiệu quang TFF là linh kiện sử dụng nhiều lớp vật liệu điện môi siêu mỏng được lắng đọng trên các đế thuỷ tinh hoặc đế polimer Các lớp này chỉ cho phép một loại photon ứng với một loại bước sóng đi qua Các bước sóng còn lại bị phản xạ trở lại Bằng cách

tạo nhiều lớp màng lọc này, có thể

tách từng bước sóng theo yêu cầu

Hình 2.9 mô tả ví dụ tách từng bước

sóng trong luồng bốn bước sóng

Lớp TFF đầu tiên cho bước sóng

thứ nhất đi qua và các bước sóng 2, 3

và 4 phản xạ lại Lớp thứ hai sẽ cho

bước sóng thứ hai đi qua còn các bước

sóng 3 và 4 phản xạ lại Tương tự, ta

có thể tách từng bước sóng còn lại

9 Buồng cộng hưởng F-B

Buồng cộng hưởng F-B được xây dựng

trên cơ sở của giao thoa kế Ferby Perot

Buồng có kết cấu là vật liệu áp điện PZT

có thể thay đổi độ rộng nhờ áp đặt các

điện áp Đầu vào của ánh sáng là một mặt

gương truyền qua một chiều Mặt kia là

một mặt gương cho qua một phần Khi có

một chùm sáng đi vào, tuỳ theo chiều dài

của buồng F-B, bước sóng nào đáp ứng

được điều kiện giao thoa, cường độ

Hình 2.10 Buồng cộng hưởng F-B

của chúng sẽ được tăng cường và thoát ra ngoài Đặc điểm của chúng là có thể cho phép độ mịn có thể đạt tới phần nghìn, và độ phân giải bước sóng đạt tới vài chục KHz

9 Bộ lọc M-Z

Bộ lọc M-Z được xây dựng trên cơ sở giao

thoa kế M-Z Nguồn tín hiệu WDM được

chia vào và đi trên hai nhánh của giao

thoa kế Một nhánh sẽ đóng vai trò điều

chế pha của bước sóng tương ứng bằng

cách thay đổi chiết suất của nhánh đó

Bước sóng nào có pha được thay đổi bằng

số nguyên lần 2π thì tại đầu ra bước sóng

λ1 …λi …λn

λ1 λ3 …λn

λ 2 E

đó được tăng cường

Nguyên lý thay đổi chiết suất được dựa trên hiện tượng Porkel (bậc 1) hoặc Kerr (bậc 2) Vật liệu hiện nay đang được áp dụng phổ biến là vật liệu

tinh thể Do vậy người ta chế tạo một lưới các điện cực hình răng lược đan xen vào nhau Khi áp đặt một điện trường biến đổi tần số thấp lên trên lưới điện cực này pha của từng bước sóng sẽ được biến đổi và có thể chọn lọc được từng bước sóng

2.1.3 Công nghệ sợi quang dùng cho truyền dẫn WDM

(1) Các loại sợi quang

Phân loại theo đặc tính truyền dẫn ánh sáng, có hai loại sợi quang là sợi quang

đơn mode và sợi quang đa mode Cần khẳng định ngay rằng, cáp sợi quang dùng cho truyền dẫn đường trục và WDM phải là các sợi quang đơn mode Phân loại theo khuyến nghị của ITU-T, sợi quang đơn mode được chia thành các loại : sợi quang theo các khuyến nghị G650, G651, G652, G653, G654 và G655 Hiện nay đang phổ biến sử dụng hai loại sợi quang theo khuyến nghị G652 và G655

Như trên đã trình bày, trong truyền dẫn cự ly xa với dung lượng lớn, vấn đề tán sắc rất được quan tâm Dựa trên tiêu chí tán sắc, người ta cũng có thể chia

ra thành các loại sợi quang khác nhau gồm sợi quang tán sắc âm, sợi quang tán sắc dương, và sợi quang có tán sắc không Lưu ý rằng, tắn sắc là dương hay âm hay bằng không chỉ xảy ra đối với từng bước sóng và không đúng với bước sóng khác Dựa trên các tiêu chí này, người ta sẽ tổng hợp một tuyến cáp sợi quang với sự bố trí xen kẽ các loại sợi quang khác nhau cho nhóm bước sóng với tham vọng bù đắp sự suy giảm chất lượng tín hiệu do tán sắc gây ra

Sợi cáp quang dùng trong cáp biển được chia thành nhiều loại khác nhau tùy thuộc vào độ sâu nước biển mà cáp phải thả và phương thức bảo vệ cáp

Cụ thể có năm loại được cho trong bảng dưới đây:

2 Cáp một vỏ bọc thép nhẹ SAL Tối đa 1500 m

Bảng 2.1 Các loaị cáp quang biển

Sợi quang sau khi chế tạo được đo kiểm trước khi chế tạo cáp Cáp sợi quang thả biển được chế tạo đặc biệt hơn so với cáp trên đất liền Thứ nhất về lớp vỏ bảo vệ, trong kỹ thuật chế tạo cáp biển, vỏ bọc cáp phải được làm từ nhựa Polietilen tỉ trọng cao (HDPE) để có tính chống ẩm trong môi trường ngập nước và bị ăn mòn Thứ hai là hợp chất điền đầy trong cáp phải có tính ngăn nước rất lớn ngay cả khi cáp bị đứt Cáp biển thường được chế tạo với một chiều dài đủ lớn để có thể vận chuyển một lần cho một tuyến cập bờ

Điều này nhằm hạn chế việc phải thi công các công việc phức tạp về công nghệ ngoài biển như hàn nối, lắp ráp thiết bị ngầm

2.1.4 Các cấu hình áp dụng cho hệ thống

cáp quang biển

Có nhiều cấu hình xây dựng mạng có thể

áp dụng cho hệ thống cáp quang biển, dưới đây

đề cập tới một vài phương pháp thông dụng

được áp dụng phổ biến trên thế giới

(1) Mạng vòng kín

Đây là mô hình được áp dụng nhiều trên

thế giới Nó có đặc điểm nối các điểm nút thông

tin trên toàn tuyến thành một vòng kín có đủ

cấu hình dự phòng Tại mỗi điểm kết nối có đặt một bộ chuyển mạch luồng

Đặc điểm của mạng xây dựng như thế này là tính bảo vệ an toàn cho hệ thống rất cao Thông thường, một nửa số lượng cáp của hệ thống được dùng để bảo

vệ Khi có sự cố xảy ra, tại các nút, các bộ chuyển mạch sẽ làm nhiệm vụ định tuyến lại thông tin trên mạng theo hướng ngược lại Thời gian đáp ứng của hệ thống chỉ vào khoảng hàng trăm mili giây Do vậy, thông tin được đảm bảo an toàn và thông suốt

Tuy nhiên, chi phí xây dựng hệ thống sẽ tăng lên vì số lượng sợi cáp cần thiết cho hệ thống cần nhiều gấp đôi so với thực tế Hình dưới đưa ra cấu hình mạng vòng bốn nút

(2) Mạng trục - nhánh kết hợp

34

Hình 2.12 Mạng vòng ring

Đây là mạng thích hợp

cho các khu vực có nhiều đảo

Một đường trục chính sẽ liên

kết các khu vực chính Các

đảo lân cận sẽ được nối với

trục chính thông qua các bộ rẽ

nhánh Ưu điểm chính của hệ

thống này là nó tiết kiệm chi

phí xây dựng trạm đầu cuối

Mỗi trạm đầu cuối sẽ không

phải đáp ứng toàn bộ dung

lượng của tuyến như trong

mạng vòng mà nó chỉ cần đáp ứng cho dung lượng thực tế mà nó cần Việc kết nối sẽ thông qua các bộ rẽ nhánh quang được đặt dưới biển Trong cấu hình này, để đảm bảo chất lượng truyền dẫn, các bộ lặp lại và các thiết bị phụ trợ khác như nguồn nuôi đều phải được tích hợp cùng với cáp trước khi thả Do vậy quy trình chế tạo, lắp đặt và bảo dưỡng sẽ có chi phí cao hơn Đây cũng là mô hình hay được áp dụng cho các đường truyền xuyên lục địa

2.1.5 Xu hướng phát triển trong công nghệ WDM dung lượng lớn

(1) Yêu cầu của tương lai (yêu cầu có các hệ thống Tbit/s)

Với sự phát triển như vũ bão của ngành công nghệ thông tin, rất nhiều các dịch vụ mới được tạo dựa trên chuẩn của giao thức IP Điều này dẫn tới dung

3 Branching

unit

Đường trục

Đường nhánh

Hình 2.13 Mạng trục nhánh kết hợp

Hình 2.14 Cấu hình mạng hoa cung

lượng của các đường trục bị đòi hỏi tăng lên nhanh chóng Hiện nay, với tốc

độ tăng trưởng của ngành công nghệ thông tin, nhiều nước đã phải quan tâm xây dựng những tuyến đường trục lên tới hàng Tera Bits Để mở rộng tới hệ thống này có nhiều cách đi khác nhau và cũng có nhiều khó khăn cần phải giải quyết ở đây tập trung giới thiệu hai giải pháp chính: tăng số kênh bước sóng trong một sợi quang hoặc tăng dung lượng truyền trên một bước sóng Hiện nay, nhiều nước đang lựa chọn cách tăng số lượng kênh bước sóng truyền trên một đôi sợi quang Có hai ưu điểm chính mà người ta lựa chọn: Việc mở rộng dung lượng thực hiện một cách mềm dẻo thuận tiện hơn và dễ thực hiện Các hệ thống 10 Gb/s với số lượng hàng trăm bước sóng đã được xây dựng

Dưới đây tạp trung phân tích hai yếu tố kỹ thuật nhằm nâng cao dung lượng của hệ thống

(2) Khía cạnh kỹ thuật

Hình 2.21 trình bày các yếu tố kỹ thuật nhằm tăng dung lượng và khoảng cách truyền dẫn cho mạng trục đối với hệ thống WDM Dung lượng của hệ thống có thể tăng bằng hai cách: tăng tốc độ bit cho một kênh bước sóng hoặc tăng số kênh bước sóng truyền dẫn Về độ tin cậy của thiết bị, thì dường như việc tăng số lượng các bước sóng truyền dẫn sẽ dễ hơn việc tăng tốc độ truyền cho một kênh bước sóng Lý do chính là khi tăng tốc độ truyền, nó sẽ đòi hỏi tăng tốc độ hoạt động của các linh kiện điện tử và các linh kiện quang, trong khi đó việc tăng số lượng các bước sóng có thế thu được một cách đơn giản bằng cách thay đổi mạch quang học Do đó, số lượng kênh tín hiệu quang sẽ tăng lên rất nhiều trong hệ thống WDM

Việc tăng số lượng kênh bước sóng sẽ đòi hỏi lớn trong việc tăng hiệu quả sử dụng phổ và dải thông quang của hệ thống Mật độ tín hiệu WDM sẽ bị hạn chế do các tương tác ánh sáng giữa các kênh Trong các thiết bị đầu cuối, các bộ tách ghép tín hiệu WDM có nhiệm vụ chính là phải đảm bảo có xuyên

âm quang thấp Cũng cần phải nói thêm, trong quá trình truyền dẫn trong sợi quang, các đặc tính phi tuyến liên quan đến tương tác giữa các kênh cũng sẽ là vấn đề lớn, nó liên quan chặt chẽ tới tán sắc trong sợi quang, do vậy mà các kỹ thuật hạn chế tán sắc cũng như mở rộng diện tích lõi, có thể giảm bớt các tương tác Để tăng giải thông đòi hỏi phải có các bộ khuếch đại tín hiệu quang băng rộng Tuy nhiên, trong các hệ thống đường trục (long-haul) có nhiều bộ khuếch đại quang, do vậy tổng băng thông khuếch đại của tuyến sẽ bị hẹp khi chiều dài của tuyến tăng lên Khi sử dụng bộ cân bằng hệ số khuếch đại sẽ giải quyết được cả hai vấn đề là băng thông và tiền khuếch đại trong bộ phát

Đối với sợi quang, giải thông của chúng cũng bị giới hạn do tán sắc, do vậy việc giải quyết vấn đề tán sắc cần đặc biệt quan tâm

Hình 2.15 Các khía cạnh liên quan đến đường trục dung lượng lớn

Khi khoảng cách truyền dẫn tăng lên, các tín hiệu nhiễu quang gây ra

do sự phát xạ ngẫu nhiên của bộ khuếch đại quang tăng lên, và nó sẽ làm giảm

hệ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) của hệ thống Tỉ lệ SNR có thể được cải thiện bằng cách tăng công suất tín hiệu quang tại đầu ra của bộ khuếch đại Tuy nhiên, công suất tín hiệu quang lớn sẽ phải chịu hiệu ứng phi tuyến của sợi quang, dẫn tới sự méo dạng xung cũng như các tương tác xuyên kênh của các bước sóng Sự méo dạng sóng liên quan đến dạng xung tín hiệu tạo ra trong bộ phát, tán sắc màu và tán xạ phân cực mode (PMD) trong sơi quang PMD cũng gây ra hiện tượng phadinh phân cực Do đó, giảm PMD trong sợi quang hoặc tạo ra các bộ bù thích ứng PMD trong thiết bị đầu cuối là rất cần thiết, đặc biệt trong các hệ thống truyền dẫn WDM tốc độ cao Ngược lại, giảm công suất tín hiệu quang sẽ tránh được các hiệu ứng phi tuyến của sợi quang Điều đó cũng

có nghĩa là chỉ số SNR của hệ thống giảm, do vậy chỉ số nhiễu do phát xạ ngẫu nhiên trong bộ khuếch đại sẽ phải rất nhỏ Cần phải chú ý chỉ số FEC sẽ

được cải thiện đáng kể khi giảm được sự phát xạ ngẫu nhiên

Độ rộng băng thông quang

Méo dạng xung

Tích luỹ nhiễu

Pha đinh phân cực

Hiệu suất của thiết bị

Thiết bị đầu cuối Mật độ kênh MUX-DEMUX Pre-chirping

Tối ưu dạng xung Tiền khuyếch đại

Bù tán sắc Sửa lỗi trước FEC

Bù tán sắc PMD

Sợi quang Diện tích lõi hiệu dụng sợi lớn

Điều chỉnh tán sắc Sợi có PMD thấp

Bộ lặp lại quang Cân bằng hệ số khuyếch đại Khuyếch đại băng rộng Khuyếch đại tạp âm thấp Hiệu suất kích thích cao

Để thực hiện được truyền dẫn, việc tiết kiệm điện năng tiêu thụ của hệ thống là cần thiết để nâng cao dung lượng của tuyến cũng như khoảng cách truyền Lý do là điện năng của cả hệ thống cáp biển chỉ được cung cấp từ thiết

bị đầu cuối, mất mát năng lượng trên toàn bộ tuyến là rất lớn Tuy nhiên, rất khó có thể nâng được công suất của các bộ cấp nguồn lên quá 10000V Do vậy, chúng ta phải sử dụng các thiết bị có hiệu suất điện năng cao để sử dụng cho bộ lặp lại của cáp biển, đặc biệt là các laser bơm

160 ∼ 640 Gbit/s (10Gbit/s x 16 ∼

64 WMD)

> 1Tbit/s (10 Gbit/s x >

EDFA Siêu băng rộng công suất cao

(C-10 nm ∼20 nm (C-band)

> 30 nm band)

Bảng 2.2: Tổng hợp các công nghệ sử dụng trong hệ thống cáp biển

Tốc độ Bit và m∙ hoá tín hiệu

Tốc độ bit được tăng từ 2,5 Gbit/s lên 10 Gbit/s phù hợp với các mạng STM-64 đang phổ biến Để giảm các hiệu ứng phi tuyến làm méo dạng xung,

và để tăng tốc độ truyền dẫn, mã đường dây được khuyến nghịsử dụng là mã

RZ với pre-chirping thay vì dạng mã NRZ Trong truyền dẫn 10 Gbit/s với mã tín hiệu NRZ, sự phụ thuộc vào méo dạng xung vì hiệu ứng tự dịch pha và tán sắc vận tốc nhóm (SPM-GVD) là rất lớn sau một cự ly truyền lớn như hình 2.19 Nói một cách khác, vì tất cả các xung là độc lập với nhau và có cùng dạng sóng mà độc lập với dữ liệu trong mã RZ

Khuếch đại tín hiệu quang

Bộ khuếch đại EDFA có tạp âm thấp và băng thông rộng đã được áp dụng cho hệ thống 10 Gbit/s WDM Với nguồn kích thích 980 nm có thể làm

hệ số nhiễu do phát xạ ngẫu nhiên một cách đáng kể so với nguồn kích thích

1480 nm Đặc biệt, hệ số nhiễu này chỉ là 4 dB đối với nguồn kích thích 980 nm.Với các module laser diode 980 có độ tin cậy cao sẽ được sử dụng cho các

hệ thống cáp 160 Gbit/s

Mở rộng và trải phẳng hệ số khuếch đại trong toàn bộ dải phổ của hệ thống khuếch đại quang sợi là yêu cầu quan trọng cho hệ thống WDM dung lượng lớn Băng thông được mở rộng từ 2 nm tới 20 nm cho các hệ thống đang khai thác với các kỹ thuật san bằng hệ số khuếch đại như dùng các bộ lọc dựa vào cách tử sợi quang dài hay buồng cộng hưởng Febry-Perot Giản đồ đồng nhất hệ số khuếch đại cân bằng so với giản đồ cân bằng hệ số khuếch đại khối

đem lại hiệu quả hơn trong việc giảm hiệu ứng biến đổi công suất đỉnh và giảm sự vượt ngưỡng phi tuyến trong quá trình truyền dẫn

Sợi quang

Các thông số của sợi quang thay đổi cùng với sự tăng dung lượng của

hệ thống Trong hầu hết các hệ thống khuếch đại quang đơn kênh (TPC-5), phải sử dụng cáp sợi quang dịch tán sắc (DFS) có hệ số tán sắc khoảng -0,2 ps/nm/km để giảm các hiệu ứng SPD-GVD Trong các hệ thống FSA, để cung cấp đường truyền 10Gbit/s, hệ số tán sắc lớn hơn cũng chỉ là ± 1 ps/nm/km, và

Xung 10Gbit/s mã hoá NRZ truyền trên tuyến 9000 km

Hình 2.16 Các xung 10 Gbit/s mô phỏng bằng máy tính qua đường truyền 7500km

hệ số tán sắc phát sinh giữa các bộ lặp được bỏ qua Trong các hệ thống WDM 2,5Gbit/s, thường sử dụng cáp sợi quang NZ-DSF với hệ số tán sắc âm lớn, -2 ps/nm/km để làm giảm các hiệu ứng FWM giữa các kênh WDM

Trong các tuyến 10 Gbit/s WDM đường trục vượt đại dương, diện tích

ứng phi tuyến

Yêu cầu giảm hệ số tán xạ bậc ba là yêu cầu nữa rất cần thiết vì sự méo dạng xung phi tuyến gây ra do các tương tác giữa các hiệu ứng phi tuyến của sợi quang và các quá trình gia tăng sự tán sắc màu trong đường truyền sẽ làm

số tán sắc bậc ba cũng tăng lên Để giảm cả hai hiện tượng phi tuyến và tán sắc bậc ba của đường truyền, người ta phải kết hợp ứng dụng các sợi quang lõi

) được đặt ngay sau bộ khuếch đại quang sợi EDFA để nhận tín hiệu lớn sau khuếch đại nhưng có hiệu ứng phi tuyến của sợi quang thấp

bảo hệ số tán xạ bậc ba trung bình của cả hệ là thấp Với cấu hình lai hoá như thế này, các hiệu ứng phi tuyến cũng như hiệu ứng tán xạ bậc ba đều được giảm một cách hiệu quả và có thể nhận được đầy đủ các ưu điểm về tính chất

của hệ số tán xạ bậc ba với dung lượng của hệ thống và băng thông

Dung lượng tối đa của hệ thống cáp LCF/NZ-DSF

Hình 2.17 Cải tiến các thông số của sợi quang

Hình 2.25 mô tả mối quan hệ dung lượng – khoảng cách của hệ thống với

hệ số chuẩn hoá Q> 15,6 dB và Q > 14 dB cho hệ thống truyền dẫn WDM 10Gbit/s sử dụng sợi quang NZ-DSF kết hợp với hiệu ứng tăng diện tích hiệu dụng của sợi, được sử dụng trong hệ thống vượt đại dương 160 Gbit/s Hình 2.22 chỉ ra dung lượng cực đại của hệ thống phụ thuộc rất lớn vào chiều dài của tuyến Vì sự gia tăng của tán xạ và các hiệu ứng phi tuyến theo chiều dài nên làm giảm mạnh chất lượng dạng xung được truyền, các tính chất truyền dẫn sẽ khác nhiều so với hệ thống có bước sóng tán sắc không và trở nên rất kém vì hệ số tán sắc bậc ba Hơn thế nữa, việc mở rộng dung lượng cho hệ thống cáp biển đòi hỏi phải vượt qua sự phụ thuộc vào bước sóng này khi khai thác cũng như mở rộng băng thông khuếch đại của bộ khuếch đại EDFA

2.2 Mạng lưới các hệ thống cáp quang biển

Lịch sử của hệ thống cáp quang biển bắt đầu từ cuối những năm 1980 Hệ thống truyền dẫn cáp biển sinh ra đầu tiên sử dụng công nghệ tái tạo tín hiệu

điện tại tốc độ truyền dẫn vài trăm Mega Hệ thống dùng công nghệ khuyếch

đại quang sau đó đã đựơc thương mại hoá vào giữa những năm 1990 và sau một thời gian không lâu sau đó thì công nghệ ghép kênh theo bước sóng (DWDM) ra đời đã cung cấp ra một hệ thống truyền dẫn băng rộng Hệ thống này giờ đây đã phát triển một cách nhanh chóng trên thế giới và dung lượng hiện tại đã lên tới hàng trăm Terabit đã lũng đoạn thị trường truyền dẫn

Tập trung vào thị trường mạng cáp quang, có một khái niệm gọi là lớp mạng được mô tả như trong hình 2.31 Một mạng quang nói chung bao gồm một sợi cáp chứa rất nhiều đôi cáp, đường kết các đôi cáp này trong mạng của gọi là lớp vật lý đây là lớp thấp nhất Lớp mạng bước sóng được cấu trúc bên trên của lớp mạng cáp bởi các luồng tín hiệu quang được ghép kênh theo bước sóng (WDM), và được sinh ra từ các cấu hình khác nhau trên cơ sở mạng cáp quang bằng việc tách và ghép các bước sóng và công nghệ chuyển đổi bước sóng tại cùng một nút mạng Về phần của lớp mạng bước sóng, khoảng sóng

là bó các bước sóng có khả năng cấu tạo nên một số kiểu lớp nhất định Lớp

Hình 2.18 Sơ đồ tương quan Dung lượng-Khoảng cách dùng đườngtruyền 10

Gbit/s WDM với sợi NZ-DSF diện tích hiệu dụng lớn