Nghiên cứu công nghệ truyền dẫn quang WDM trong mạng NGN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUN VN THC S KHOA HC Nghiên cứu công nghƯ trun dÉn quang wdm m¹ng ngn NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mà SỐ: 50 62 70 NGUYỄN m¹nh Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHẠM MINH VIỆT HÀ NỘI 2006 BẢN CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan tồn nội dung đề cập luận văn “Nghiªn cứu công nghệ truyền dẫn quang WDM mạng NGN viết dựa kết nghiên cứu theo đề cương cá nhân hướng dẫn PGS.TS Phạm Minh Việt Mọi thông tin số liệu tham khảo trích dẫn đầy đủ nguồn sử dụng luật quyền quy định Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nội dung lun Hc viờn Nguyn Mạnh Duy Các thuật ngữ chữ viết tắt ADM Add-Drop Multiplexers Bộ xen rẽ AON All-Optical Network Mạng toàn quang ATM BA BICC Asynchronous Transfer Mode Booster Amplifier Bearer Independent Call Control Protocol Kiểu truyền dẫn không đồng Bộ khuếch đại công suất đầu phát Giao thức điều khiển gọi độc lập với kênh mang DC DCG Bộ bù tán sắc Cách tử bù tán sắc DEMUX DXC Dispersion Compensator Dispersion Compensator Grating DEMultiplexing Digital Cross Connect DWDM Dense Wavelength Division Ghép kênh theo bước sóng mật độ Multiplexing cao Erbium-Doped Fiber Amplifier Erbium-Doped Silicon-based Fiber Amplifier Erbium-Doped Tellurite Fiber Amplifier Khuếch đại quang Erbium Frequency Division Ghép kênh theo tần số EDFA EDSFA EDTFA FDM Bộ tách kênh Bộ đấu chéo số Khuếch đại quang Erbium dựa bán dẫn Silic Khuếch đại quang Erbium bán dẫn Tellurium Multiplexing FXC Fiber Cross-Connect Đấu nối chéo sợi IP Internet Protocol Giao thøc Internet LA LOA MOR Line Amplifier Line Optical Amplifier Multi-wavelength Optical Repeater Multi Protocol Label Switching Bộ khuếch đại đường truyền Bộ khuếch đại quang đường truyền Trạm lặp đa kênh quang MPLS Chuyển mạch nhÃn ®a giao thøc MS SPRING MUX NGN OA OADM OAM OC ODEMUX ODU OXC PA PSTN RWA Multi Section-Share Protection Ring Multiplexing Next Generation Network Optical Amplifier Optical Add/Drop Multiplexer Optical Amplifier Module Optical Channel Optical DEMultiplexing Optical Demultiplexing Unit Optical Cross Connect Pre-Amplifier Public Switched Telephone Network Ring bảo vệ luồng đoạn ghép kênh Routing and Wavelength Định tuyến gán bước sóng Bộ ghép kênh Mạng hệ sau Bộ khuếch đại quang Bộ ghép kênh xen/rẽ quang Module khuếch đại quang Kênh quang Bộ tách kênh quang Đơn vị tách kênh quang Bộ nối chéo quang Bộ tiền khuếch đại Mạng điện thoại công cộng Assignment SDH SMF SG Synchronous Digital Hierarchy Single-Mode Fiber Signalling Gateway Phân cấp đồng số Sợi quang đơn mode Gateway báo hiệu TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thêi gian VoIP Voice over IP Tho¹i qua IP VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo WDM Wavelength Division Ghép kênh phân chia theo bước sóng Multiplexing WLL Wireless Local Loop Mạch vòng vô tuyến nội hạt Mở đầu Trong xà hội phát triển, nhu cầu trao đổi thông tin ngày tăng với loại hình thông tin đòi hỏi tốc độ dung lượng truyền dẫn lín Ph­¬ng tiƯn trun dÉn quang cã rÊt nhiỊu ­u ®iĨm nỉi bËt so víi ph­¬ng tiƯn trun dÉn trun thống cáp kim loại, hệ thống vi bađà bộc lộ điểm hạn chế Cáp sợi quang đời đà chứng tỏ khả đáp ứng tốt đòi hỏi tốc độ dung lượng truyền dẫn, với ưu điểm suy hao nhỏ, độ ổn định cao, băng tần truyền dẫn lớn, chống nhiễu tốt Sợi quang lại có kích thước nhỏ vật liệu chế tạo sợi quang sẵn có Những ưu điểm đà phát triển cho ứng dụng rộng rÃi mạng truyền dẫn Về mặt kỹ thuật, công nghệ sợi quang có nhiều tiến nên phương thức ghép kênh quang theo bước sóng ứng dụng mạng Viễn thông đường trục Quốc tế đây, WDM cho phép ta tăng dung lượng kênh mà không cần tăng tốc độ bit đường truyền không dùng thêm sợi dẫn quang Trên giới mạng WDM đà thương mại hoá từ năm 1996 Xu phát triển mạng giới Việt nam xây dựng mạng truyền tải toàn quang cho mạng hệ sau NGN dựa công nghệ WDM Đề tài: Công nghệ truyền dẫn quang mạng NGN bao gồm nội dung sau: Chương 1: Giới thiệu vấn đề chung công nghệ sợi quang, công nghệ DWDM, đồng thời nêu bật đặc điểm nguyên lý thành phần công nghệ phù hợp theo khuyến nghị tiêu chuẩn hoá Chương 2: Mô tả đặc tính thiết bị khuyếch đại sợi quang thiết bị xen rẽ kênh quang, đề cập đến vai trò đáp ứng cụ thể loại Chương : Chương tập trung mô tả khía cạnh thiết bị WDM Đây thiết bị then chốt tuyến đường trục Bắc Nam phạm vi mạng lưới Viễn thông Việt nam Chương 4: Trình bày tổ chức mạng NGN Việt Nam tổ chức mạng cáp quang Từ kết thu trình phân tích phần trên, phần trình bày phương tiện truyền tải theo hướng phát triển mạng NGN Việt Nam Đề tài nghiên cøu vµ hoµn thµnh d­íi sù h­íng dÉn trùc tiÕp Thày Phạm Minh Việt Trong trình thực đề tài, đà nhận nhiều giúp đỡ quý báu thày cô khoa Điện tử - Viễn thông, trường đại học Bách khoa Hà nội Tôi xin đặc biệt cảm ơn hướng dẫn tận tình thày Phạm Minh Việt tỏ lời cảm ơn chân thành đến thày cô khoa Điện tử - Viễn thông, Trung tâm Sau đại học, trường Đại học Bách khoa Hà nội Cho phép gửi lời cảm ơn đến bạn bè, đồng nghiệp gia đình đà động viên giúp đỡ trình nghiên cứu hoàn thành luận văn Luận văn hoàn thành tránh khỏi thiếu sót, mong nhận bảo thày cô ý kiến đóng góp từ bạn người đọc Hà nội, ngày tháng 10 năm 2006 Học viên Nguyễn Mạnh Duy Chương Công nghệ sợi quang, công nghệ DWDM 1-1 Công nghệ sợi quang 1-1-1 Cấu tạo sợi quang: Sợi quang dây nhỏ dẻo sản xuất vật liệu để truyền ánh sáng nhìn thấy tia hồng ngoại, chúng có lõi có phần bao bọc xung quanh lõi Vỏ bọc phía bảo vệ sợi quang khỏi bị ẩm ăn mòn, đồng thời chỗng xuyên âm với sợi bên cạnh làm cho sợi quang dễ xử lý Để bọc ta dùng nguyên liệu mềm độ tổn thất lượng quang lớn Lõi áo làm thuỷ tinh hay chất dẻo (Silica), chất dẻo, kim loại, flour, sợi quang kết tinh) Ngoài chúng phân loại thành sợi quang đơn mode đa mode tương ứng với số lượng mode ánh sáng truyền qua sợi quang Ngoài chúng phân loại thành sợi quang cã chØ sè b­íc vµ chØ sè líp t theo hình dạng triết suất phần lõi sợi quang Hình 1.1: Cấu tạo sợi quang Sợi quang cấu tạo gồm phần chính: - Một lõi dẫn quang đặc có chiết suất n , bán kính a, đường kính d k R R R mét líp vá cịng lµ vËt liƯu dÉn quang bao xung quanh ruét cã chiÕt suÊt n R (n >n ) đường kính d m Ngoài độ lệch chiết suất sợi quang: R R R R R R ∆n = n - n R R R Và độ lệch tương đối: R R ∆n n − n n 12 − n 22 ∆= = = n1 n1 2.n 12 Hai tham số định đặc tuyến truyền dẫn sợi quang 1-1-2 Phân loại sợi quang: Các loại sợi quang phân chia theo nhiều cách khác có hai loại phân loại sau chủ yếu: a Phân loại vào phương pháp truyền sóng: * Sợi Đa - mode (Multi - Modes): MM Trong lõi sợi cáp có nhiều tia sáng đồng thời truyền dẫn tới đường khác gọi mode Loại MM có đường kính d k = (25 ữ R R 100) àm * Sợi đơn mode (Single - Modes): SM b Phân loại theo số chiết suất: * Sợi có chiết suất phân bậc (Step - Index): SI Sợi có chiÕt suÊt lâi n lu«n lu«n b»ng h»ng sè đột biến bề mặt tiếp R R giáp lõi vỏ: Hình 1-2 Chỉ số chiết suất phân bậc * Sợi có chiết suất liên tục (Gradien - Index): GI ChiÕt suÊt lâi sÏ gi¶m tõ tâm lõi vỏ lõi đột biến bề mặt tiếp xúc lõi vỏ Hình số chiết suất liên tục Song thực tế người ta thường phân làm loại: - Sợi đa mode có số khúc xạ phân bậc SI - MM (StepIndex - MultiMode) - Sợi đa mode có số khúc xạ liên tục GI - MM (GradienIndex MultiMode) - Sợi đơn mode có số khúc xạ phân bậc SI - SM (StepIndex - SingleMode) Hình 4: Các loại sợi quang SI – MM(a), GI – MM(b), SI – SM(c) vµ sù biến thiên số khúc xạ theo bán kính sợi Sự biến thiên chiết suất sợi biểu thị qua công thức sau:  r n − 2.∆( ) g n(r ) =  a  n r < a  Víi  r > a  Trong trường hợp nhỏ công thức cho sợi GI, g n (r) n tức ta có sợi SI Trong thực tế g 10 đà coi sợi SI Trong R R R R thông tin đường dài sợi GI có g có đặc tính truyền dẫn tốt nên thường chọn sử dụng g Thông thường tiêu chuẩn kích thước loại sợi quang quốc gia qui định tiêu chuẩn hoá quốc tế - Sợi SI - MM: Là loại sợi có chiết suất lõi không đổi Đường kính lõi 50 àm ( 3àm ) Đường kinh vỏ d m = 125 àm ( 3àm ) R R - Sơi GI -MM: Là loại sợi có chiết suât lõi giảm dần Đường kính lõi 50 àm ( 3àm ) Đường kinh vỏ d m = 125 àm ( 3àm ) R R - Sợi đơn mode: Có d m = 125 àm Đường kính lõi d k = ( ữ 10 ) àm , sợi SI -MM R R R R thùc tÕ lo¹i dùng suy hao lớn, sợi GI - MM dùng tuyến cự li ngắn trung bình với tốc độ số liệu khoảng vài trục Mbit/s, sợi đơn mode thường dùng tuyến đường trục tốc độ cao 1-1-3 Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng sợi quang: Nguyên lý truyền sóng ánh sáng sợi cáp để ánh sáng truyền từ đầu sợi đến cuối sợi quang không bị lớp vỏ phải dựa vào tượng ... sợi dẫn quang Trên giới mạng WDM đà thương mại hoá từ năm 1996 Xu phát triển mạng giới Việt nam xây dựng mạng truyền tải toàn quang cho mạng hệ sau NGN dựa công nghệ WDM Đề tài: Công nghệ truyền. .. Công nghệ truyền dẫn quang mạng NGN bao gồm nội dung sau: Chương 1: Giới thiệu vấn đề chung công nghệ sợi quang, công nghệ DWDM, đồng thời nêu bật đặc điểm nguyên lý thành phần công nghệ phù hợp... Học viên Nguyễn Mạnh Duy Chương Công nghệ sợi quang, công nghệ DWDM 1-1 Công nghệ sợi quang 1-1-1 Cấu tạo sợi quang: Sợi quang dây nhỏ dẻo sản xuất vật liệu để truyền ánh sáng nhìn thấy tia hồng