Nghiên cứu kỹ thuật ghép kênh quang

Mục lục MUC LUC Chương I Tổng quan truyền dẫn quang I Hệ thông truyền dẫn quang 1 Giới thiệu ch u n g Tiến trình phát triển hệ thống thơng tin quang II Cấu trúc hệ thống thông tin quang III Đặc điểm thông tin quang Đặc điểm sỢi dẫn quang .4 Đặc điểm thiết bị thu - phát quang IV Các tham sô' điện qu ang V Các tham sô' truyền dẫn VI Cáp sợi quang 10 Phân loại cấu trúc sợi quang 10 1.1 Phân loại cáp sợi quang 10 1.2 Cấu trúc sựi quang 14 Đường kính trường mode 18 Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng sựi quang 19 3.1 Đưa ánh sáng vào sựi qu ang 19 3.2 Các mode truyền dẫn ánh sáng tron sợi quang 22 Sô' lượng mode lan truyền bưởc sóng cắt 23 4.1 Sô' lượng mode la tru yền 23 4.2 Bước sóng cắt 23 SVTH : PHẠM THÀNH TRUNG Năm 2007 Mục lục Chương II Kỹ thuật ghép kênh quang I Ghép kênh phân chia thời gian T D M 25 II Ghép kênh phân chia tần số FDM 25 Kết nối điểm - đ iể m 26 Mạng phân bô' quảng b 26 Mạng LAN 27 III Ghép kênh phân chia mã CDM 29 IV Ghép kênh phân chia bưởc sóng W D M 30 Phương án truyền dẫn ghép bưởc sóng quang theo hư ớn g 31 Phương án truyền dẫn WDM hai hư ớng 32 Các loại ghép - tách kênh theo bưức sóng 33 V Thiết bị ghép - tách kênh quang .35 Chương III Tổng quan mạng truyền dẫn quang WDM I Tổng quan tuyến truyền dẫn quang SDH 38 Sơ đồ khối nguyên lý tuyến truyền dẫn quang SDH 38 Cấu trúc điểm - điểm (Point to P oin t) 40 Mạng tuyến trục (Liner Network) 40 Mạng vòng (Ring) 41 Mạng hỗn hợp 44 II Mạng truyền dẫn quang W D M 45 Tông quan mạng quang hệ mơi 45 1.1 Nguyên lý hệ thống W D M SVTH : PHẠM THÀNH TRUNG 45 Năm 2007 Mục lục 1.2 Sự phát triển hệ thông WDM 46 1.3 Lớp quang 47 1.4 Mạng toàn quang suốt 48 1.5 Chuyển mạch g ó i 49 Các lởp khách hàng WDM 50 2.1 Giởi thiệu lổp khách hàng W D M .50 2.2 Công nghệ SONET/SDH W D M 51 2.2.1 Quan hệ SONET/SDH W D M 51 2.2.2 Xây dựng mạng truyền tải SONET/SDH 51 2.2.3 Vận hành SONET/SDH trực tiếp W D M 52 III Mạng truyền dẫn quang thực tế áp dụng Việt Nam Thiết bị truyền dẫn quang S D H 53 1.1 Thiết bị ghép kênh đầu CUỐI T R M 53 1.2 Ký hiệu thiết bị giao diện quang S D H 56 Mạng truyền dẫn quang SDH sử dụng mạng viễn thông Việt Nam 2.1 Mạng truyền dẫn quang tuyến trục Bắc - N am 57 2.2 Hệ thông cáp quang biển quốc tế T V H 59 2.3 Hệ thống cáp quang quốc tế C S C 60 2.4 Mạng vòng Ring SDH Hà Nội 61 2.5 Mạng vịng Ring SDH TP.HỒ Chí M inh 62 2.6 Mạng vòng Ring SDH Đà Nang 63 2.7 cấủ hình mạng viễn thông quốc tế (năm 1995) 64 2.8 cấ ủ hình mạng viễn thơng quốc tế (năm 1996) 65 2.9 Cấu hình mạng viễn thong quốc tế (năm 1997) 66 SVTH : PHẠM THÀNH TRUNG Năm 2007 Chữ viết tắt CHỮ VIÊT TẮT ADM (Add/Drop multiplexer) : Thiết bị xen rđt BW (Bandwidth) : Dải tần CDM (Code Division Multiplexing) : Ghép kênh phân chia mã DXC (Digital Cross Conector) : Bộ kết nối chéo số FDM (Frequency Division Multiplexing) : Ghép kênh phân chia tần sô" GI (Graded Index Fiber) : Sợi quang có chiết suâ"t giảm dần NA (Number Aperture) : Khẩu độ sô" OXC (Optical Cross Conector) : Bộ kết nôi chéo quang PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) : Mạng cận đồng Pntx (Power noise transmitter) : Công suất nhiễu nguồn phát Pnc (Power noise code) : Công suất nhiễu mã hố Pnr (Power noise reflect) : Cơng s"t nhiễu phản ánh Pnds (Power noise distort) : Công suâ"t nhiễu méo Pns (Power noise source) : Công suất nhiễu nguồn Pm (Power noise mode) : Công suất nhiễu mode Pnx (Power noise de-mux) : Công suất nhiễu tách quang Pna (Power noise amplifier) : Công suâ"t khuếch đại Pt (Power transmitter) : Công suất phát quang REG (Repeater) : Trạm lặp Rx (Receiver) : Trạm thu S/N (Signal/Noise) : Tỷ sơ" tín hiệu/nhiễu SDH (Synchronous Digital Hierarchy) : Mạng đồng sô" SI (Step Index Fiber) : Sợi quang có chiết suất phân bậc SM (Single Mode) : Sợi đơn mode SONET (Sychronous Optical Network) : Mạng đồng sử dụng cáp quang STM (Sychronous Transport Module) : Module chuyển giao đồng TDM (Time Division Multiplexing) : Ghép kênh phân chia thời gian Tx (Transmitter) : Trạm phát TRM (Terminal Multiplex) : Trạm đầu cuối W DM (Wavelength Division Multiplexing) : Ghép kênh phân chia bước sóng SVTH :PHẠM THÀNH TRUNG Năm 2007 L i nói đầu Ngày nay, với ứng dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến, giới ngày thay đổi, văn minh đại Sự phát triển khoa học kỹ thuật tạo hàng lọat thiết bị công nghệ với đặc điem nôi bật xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ yếu tố rât cần thiết góp phần cho họat động người đạt hiệu cao Noi bật phát triển rât nhanh, mạnh không ngừng công nghệ truyền dẫn băng thông rộng Mà xu hướng phát triển cơng nghệ truyền dẫn băng rộng : Hệ thống vi ba số - Hệ thông vệ tinh - Hệ thống cáp quang Tuy nhiên lý mà em chọn nghiên cứu hệ thông cáp quang hệ thống truyền dẫn quang có ưu sau : - Chất lượng truyền dẫn tốt - Dung lượng kênh lớn - Phát triển nhanh, giá thành rẻ Nghành Viễn Thông Việt Nam đưa ứng dụng truyền dẫn quang vào thay the cho loại truyền dẫn viba số Hiện nay, tuyến truyền dẫn quang sử dụng Việt Nam : - M ạng truyền dẫn quang tuyến trục B ắc - Nam - Hệ thống cáp quang biển TVH Xuâ't phát từ ứng dụng quan trọng trên, em chọn đề tài ’’Nghiên cứu kỹ th u ật ghép kênh quang” Nội dung phần luận án gồm ba chương : Chương I : Tổng quan truyền dẫn quang Chương I I : Kỹ thuật ghép kênh quang Chương I I I : Tổng quan mạng truyền dẫn quang WDM Do thời gian, tài liệu trình độ cịn hạn chế nên luận án chắn khơng thể tránh thiếu sót Kính mong dẫn góp ý tất thầy bạn TP.HCM tháng 01 năm 2007 NGƯỜI THựC HIỆN PHẠM THÀNH TRUNG SVTH : PHẠM THÀNH TRUNG Năm 2007 Chương I Tổng quan thông tin sợi quang Chương I TỔNG QUAN VỀ TRUYEN d a n quang I Hệ thông truyền dẫn quang Giởi thiệu chung Từ xa xưa người biết sử dụng ánh sáng để báo hiệu cho Qua thời gian dài lịch sử phát triển nhân loại, hình thức thông tin liên lạc đơn giản phát triển thành hệ thống thông tin đại ngày nay, nơi giới liên lạc với cách thuận lợi nhanh chóng Ở trình độ phát triển cao thơng tin liên lạc nay, hệ thông thông tin quang lên trở thành hệ thống liên lạc tiên tiên nhất, triển khai nhanh chóng mạng viễn thông hầu giới, đủ cấu hình khác nhau, tốc độ cự ly truyền dẫn phong phú, bảo đảm chất lượng phục vụ viễn thông tốt Thông tin quang có tổ chức hệ thống tương tự hệ thơng thơng tin khác thành phần thông tin quang tuân thủ theo hệ thơng thơng tin chung (Hình 1.1) ngun lý thơng tin liên lạc mà lồi người sử dụng từ thời kỳ khai sinh hình thức thơng tin liên lạc Trong sơ đồ tín hiệu cần truyền phát vào môi trường truyền dẫn tương ứng, đầu thu thu lại tín hiệu cần truyền Như tín hiệu truyền tải từ nơi gởi đến nơi nhận Đối với hệ thống thơng tin quang mơi trường truyền dẫn sợi quang thực việc truyền ánh sáng mang tín hiệu từ phía phát tới phía thu Để khảo sát cách có hệ thống thơng tin quang, xem xét cách tổng quát bối cảnh hình thành hệ thống thơng tin liên lạc nói chung, từ thấy kỹ thuật thông tin quang đời Tiên trình phát triển hệ thông thông tin quang Vào năm 1960, việc phát minh LASER để làm nguồn phát quang mở thời kỳ có ý nghĩa to lớn lịch sử kỹ thuật thông tin sử dụng dải tần số SVTH : PHẠM THÀNH TRUNG Trang Chương I nh Tổng quan thông tin sợi quang sáng Theo lý thuyết cho phép người thực thông tin với dung lượng kênh lớn vượt nhiều lần hệ thống vi ba có Các thực nghiệm thơng tin bầu khí tiến hành sau Một sơ" kết ban đầu thu tiếc chi phí cho cơng việc tơn kém, chi phí cho việc sản xuất thành phần thiết bị để vượt qua cản trở thời thiết (mưa, sương mù, tuyết ,bụi ) gây lớn Vì chưa thu hút ý mạng lưới Một hướng nghiên cứu khác thời gian tạo hệ thống truyền tin đáng tin cậy so với hướng thơng tin qua khí trên, phát minh sợi dẫn quang Các sợi dẫn quang lần chế tạo có suy hao lớn, bước đầu công nghệ Sau này, năm 1966 Hockman Werts nhận thấy suy hao sợi quang tạp chất câ"u tạo nên Nhận định Kapron, Keck Maurer chế tạo thành cơng sợi thuỷ tinh có suy hao 20dB/km vào năm 1970, bước đầu công nghệ chế tạo sợi quang Năm 1980 hệ thống thông tin sợi quang phổ biến, với vùng bước sóng làm việc 1300nm Cho tới sợi quang đạt tới mức suy hao nhỏ, cỡ khoảng 0,154dB/km bước sóng 1550nm, điều cho thây phát triển mạnh mẽ công nghệ sợi quang hai thập niên qua Giá trị suy hao theo tính tốn lý thuyết cho sợi quang đơn mode đạt tới 0,14dB/km Cùng với cơng nghệ chế tạo nguồn phát thu quang, sợi dẫn quang tạo hệ thống thông tin quang với nhiều ưu điểm trội hẳn so với hệ thông cáp kim loại - Suy hao truyền dẫn nhỏ - Băng tần truyền lớn - Không bị ảnh hưởng nhiễu điện từ (sợi quang không dẫn diện) - Có tính bảo mật tín hiệu thơng tin - Có kích thước trọng lượng nhỏ - Sợi chế tạo từ vật liệu có nhiều thiên nhiên SVTH : PHẠM THÀNH TRUNG Trang Tổng quan thông tin sợi quang Chương I Do ưu điểm mà hệ thống thông tin quang áp dụng rộng rãi mạng lưới Chúng xây dựng làm tuyến đường trục, trung kế, liên tỉnh, thuê bao kéo dài, mạng truy cập thuê bao đáp ứng môi trường truyền dẫn, đất liền tuyến truyền dẫn xuyên lục địa, vượt đại dương v.v Các hệ thống thông tin quang phù hợp cho hệ thơng truyền dẫn số khơng loại trừ tín hiệu dạng ghép kênh nào, tiêu chuẩn Bắc Mỹ, Châu Âu hay Nhật B ả n Ngoài tiêu chuẩn trên, có tiêu chuẩn phát triển năm gần gọi SONET(Synchronous Optical Netwowk), tốc độ truyền dẫn có khác chút ít, xác định cấu trúc khung đồng để gửi lưu lượng ghép kênh sô" sợi quang Khối câu trúc mức phân cấp tín hiệu SONET gọi tín hiệu truyền đồng cấp STS-l(Synchronous Transport Signal-Level 1) Các tín hiệu SONET cấp cao tín hiệu o c - N(Optical Caưier - Level 1) Tín hiệu o c N có tốc độ đường truyền gấp N lần tín hiệu o c - Phân cấp Nhật Bản Khối Châu Âu Số kênh Tốc độ bit Sô" kênh Tốc độ bit thoại thoại Mbiưs Mbit/s 1,544 24 30 2,048 6,312 96 120 8,448 32,064 480 480 34,368 97,28 1440 1920 139,264 396,200 5760 7680 565,148 Bảng 1.1 Tốc độ truyền dẫn tiêu chuẩn Bắc Mỹ, Châu Âu Nhật Bản Khôi Elắc Mỹ Số kênh Tốc độ bit thoại MbiƯs 1,544 24 6,312 96 672 44,736 4032 274,176 - - Ngày hệ thông thông tin quang ứng dụng rông rãi toàn giới, chúng đáp ứng tất tín hiệu tương tự(Analog) hay tín hiệu số(Digital), chúng cho phép truyền tất tín hiệu băng hẹp băng rộng, đáp ứng đầy đủ yêu cầu Hiện sô" lượng cáp quang lắp đặt giới nhiều, đủ loại tốc độ cự ly truyền dẫn khác nhau, câu trúc mạng đa dạng Nhiều nước sử dụng cáp quang làm môi trường truyền dẫn mạng viễn thơng SVTIỈ : PHẠM THÀNH TRUNG Trang Chương I n Tổng quan thông tin sợi quang Câu trúc hệ thông thông tin quang Đ iệ n thoại Đ iện thoại Hình 1.1 Cấu trúc hệ thống thơng tin quang Hình 1.1 biểu diễn cấu hình hệ thống thơng tin quang Tín hiệu điện từ thiết bị đầu cuối, máy điện thoại, máy PC máy Fax đưa đến biến đổi điện quang, (E/O) tín hiệu điện biến đổi thành tín hiệu quang, sau đưa vào cáp quang Các tín hiệu truyền qua cáp quang cơng suất bị suy giảm độ rộng xung bị dãn ra, nên khoảng đường cáp ta thấy có lặp đường dây, sau tín hiệu quang lại biến đổi thành tín hiệu điện trở lại, khơi phục ngun thuỷ tín hiệu điện đầu phát gởi đến thiết bị đầu cuối phía thu (cũng máy điện thoại, máy Fax, máy PC) III Đặc điểm thông tin quang Đặc điểm sỢi dẫn quang Hệ thông thông tin quang có nhiều ưu điểm so vđi hệ thông thông tin cáp kim loại thông thường, sử dụng đặc tính sợi quang, sóng ánh sáng linh kiện quang đại khác(như linh kiện thu, phát quang) SV TH : PHẠM THÀNH TRUNG Trang Chương I _ Tổng quan thông tin sợi quang Sơi cáp quang cổ đăc điểm sau : Ưu điếm : Suy hao truyền dẫn thấp (0,2 - 0,5dB/km) Độ rộng băng thông lớn (100Mhz/km đên - Ghz/km) Đường kính sợi nhỏ, trọng lượng nhe, mềm dẻo Cách điện tốt(đặc tính có ưu lớn ứng dụng cụ thể) - Tiết kiệm tài nguyên, thạch anh(Si) ngun liệu chính, thạch anh phong phú hơn, rẻ tiền so với đồng, nhôm Nhươc điểm : Dễ gẫy Bị ảnh hưởng lực bên ngồi Khó kết nối Đặc điểm thiết bị thu - phát quang, a) Bộ chuyển đổi điện - quang : SVTH : PHẠM THÀNH TRUNG Trang Tổng quan mạng truyền dẫn quang WDM Chương III 2.2.3 V ận hành SONET/SDH trự c tiế p trê n WDM : Hình 3.15 trình bày thứ tự xếp phân lớp chức định nghĩa SONET/SDH ¡3 «1> - Lớp đường dẫn câp thấp ■ (Lower Order Paih Layer) *’ '

CHI