Hệ thống thông tin quang DWDM

Hệ thống thông tin quang DWDM Hệ thống thông tin quang DWDM Hệ thống thông tin quang DWDM Hệ thống thông tin quang DWDM Hệ thống thông tin quang DWDM Hệ thống thông tin quang DWDM Hệ thống thông tin quang DWDM Hệ thống thông tin quang DWDM Hệ thống thông tin quang DWDM Hệ thống thông tin quang DWDM Hệ thống thông tin quang DWDM

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA VIỄN THÔNG ===  === BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN: CHUYÊN ĐỀ ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG DWDM Thực : Vũ Gia Hưng B17DCVT163 Hoàng Đức Nhân B17DCVT267 Giảng viên HD : Nguyễn Văn Vỹ B17DCVT411 Lưu Viết Phán B17DCVT275 PGS.TS.Nguyễn Tiến Ban Hà Nội, 2021 Báo cáo chun đề Lời nói đầu LỜI NĨI ĐẦU Trong thời kì nay, lượng thơng tin trao đổi qua hệ thống thông tin tăng lên nhanh Thế giới phát triển phát triển nhảy vọt chưa thấy mạng máy tính tồn cầu internet, kéo theo đời ứng dùng dịch vụ tảng internet Người sử dụng internert ngày tăng lên dẫn đến nhu cầu truyền tải liệu tăng lên Do yêu cầu đặt cần có hệ thống mạng lưới có băng thơng lớn, tốc độ đường truyền cao, có tin cậy chi phí hợp lý Mạng thông tin quang đời nhằm đáp ứng nhu cầu Mạng thông tin quang với ưu điểm vượt trội dung lượng truyền dẫn lớn, tốc độ truyền tải nhanh, độ ổn đinh cao v v dần thay hệ thống thông tin thông thường Hiện hệ thống truyền dẫn quang sử dụng rộng rãi toàn giới Nhận thấy tầm quan trọng chúng em xin phép vào tìm hiểu hệ thống thơng tin quang DWDM Một hệ thống sử dụng phổ biến Nhóm xin cảm ơn thầy Nguyễn Tiến Ban đồng ý cho phép chúng em thực nội dung đề tài Thực hiện: Nhóm GVHD: PGS.TS.Nguyễn Tiến Ban Báo cáo chuyên đề Mục lục danh mục kèm theo MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG DWDM 1.1 Khái niệm DWDM 1.2 Sơ đồ tổng quát hệ thống DWDM 1.3 Các kiểu mạng DWDM 1.4 Ưu điểm hệ thống DWDM CHƯƠNG 2: CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA HỆ THỐNG DWDM 2.1 Cấu trúc truyền dẫn mạng DWDM 2.2 Khối phát đáp quang OTU 2.3 Bộ giải ghép kênh quang 2.3.1 Phương pháp ghép kênh sử dụng lọc màng mỏng 2.3.2 Phương pháp ghép kênh sử dụng cách tử nhiễu xạ 10 2.3.3 Phương pháp ghép sợi 11 2.4 Bộ khuếch đại quang sử dụng công nghệ EDFA 12 2.4.1 Tổng quan công nghệ EDFA 12 2.4.2 Nguyên lý hoạt động EDFA 13 2.4.3 Phân loại EDFA 14 2.5 Bộ xen/rẽ kênh quang OADM 17 2.6 Bộ kết nối chéo quang OXC 20 2.7 Khối bù tán sắc 22 2.8 Các loại sợi quang sử dụng công nghệ DWDM 23 2.8.1 Sợi quang G.652 23 2.8.2 Sợi quang G.653 23 2.8.3 Sợi quang G.654 24 2.8.4 Sợi quang G.655 24 CHƯƠNG 3: NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG 26 3.1 Mơ hình hệ thống ngun lý hoạt động 26 3.2 Cấu trúc thiết bị 29 3.2.1 Cấu trúc phần cứng 29 3.2.2 Các phận chức 30 3.3 Cấu trúc phần mềm 31 Thực hiện: Nhóm GVHD: PGS.TS.Nguyễn Tiến Ban Báo cáo chuyên đề Mục lục danh mục kèm theo 3.4 Cấu hình thiết bị 35 3.4.1 Phân loại cấu hình thiết bị 35 3.4.2 Thiết bị OTM 36 3.4.3 Thiết bị OLA 38 3.4.4 Thiết bị OADM 39 3.4.5 Thiết bị REG 40 CHƯƠNG 4: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI CHẤT LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG DWDM 42 4.1 Suy hao sợi quang 42 4.2 Băng thông khuếch đại 43 4.2.1 Độ rộng băng thông 43 4.2.2 Độ phẳng 44 4.3 Xuyên kênh tuyến tính phi tuyến 45 4.3.1 Khái niệm xuyên kênh 45 4.3.2 Xuyên kênh tuyến tính 45 4.3.3 Xuyên kênh phi tuyến 49 4.4 Tán sắc 52 4.5 Độ rộng phổ nguồn phát 55 4.6 Quỹ công suất 56 TỔNG KẾT 56 Tài liệu tham khảo 57 Thực hiện: Nhóm GVHD: PGS.TS.Nguyễn Tiến Ban Báo cáo chuyên đề Mục lục danh mục kèm theo Danh mục hình ảnh Hình1 1:Sơ đồ tổng quát hệ thống DWDM Hình1 2: Hệ thống DWDM mở Hình1 3: Hệ thống DWDM tích hợp Hình 1: Nguyên lý thu phát quang OTU Hình 2: Vị trí chuyển đổi bước sóng OTU hệ thống Hình 3: Bộ tách bước sóng dùng lọc Hình 4: Bộ tách kênh dùng thấu kính phẳng lọc Hình 5: Bộ tách kênh dùng lọc lăng kính Grin Hình 6: Cấu tạo lọc nhiều bước sóng Hình 7: Bộ tách kênh vi quang nhiều kênh thực tế Hình 8: Cấu trúc tách kênh sử dụng lọc gắn trực tiếp vào sợi 10 Hình 9: Bộ tách Littrow 11 Hình 10: Phương pháp ghép xoắn sợi 12 Hình 11: Phương pháp mài ghép sợi 12 Hình 12: Giản đồ lượng Erbium 14 Hình 13: Cấu trúc EDFA đơn tầng 14 Hình 14: Sơ đồ vị trí thiết bị node OADM 19 Hình 15: OXC với ma trận chuyển mạch N x N 21 Hình 16: Bộ kết nối chéo chuyển mạch không gian 22 Hình 1: Sơ đồ nguyên lý DWDM 26 Hình 2: Hệ thống DWDM hai hướng 28 Hình 3: Thành phần phần cứng 29 Hình 4: Kiến trúc phần mềm hệ thống 33 Hình 5: Vị trí loại thiết bị DWDM mạng 36 Hình 6: Cấu trúc thiết bị ghép kênh kết cuối quang 36 Hình 7: Cấu trúc thiết bị khuếch đại đường truyền (OLA) 38 Hình 8: Sơ đồ vị trí thiết bị node OADM 40 Hình 9: Cấu trúc thiết bị tái tạo (REG) 41 Hình 1: Phổ kênh tín hiệu sau qua khuếch đại sau qua nhiều khuếch đại 44 Hình 2: Mơ tả tượng xun kênh tuyến tính: 46 Hình 3: Biểu đồ mắt tín hiệu trường hợp: 48 Thực hiện: Nhóm GVHD: PGS.TS.Nguyễn Tiến Ban Báo cáo chuyên đề Mục lục danh mục kèm theo Hình 4: Hiệu ứng Raman hệ thống WDM 50 Hình 5: Hiệu ứng trộn bốn sóng 51 Bảng đối chiếu thuật ngữ Anh Việt Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền không đồng ASE Amplifier Spontaneous Emission Nhiễu tự phát khuếch đại AWG American Wire Gauge Chỉ số kích cỡ dây dẫn theo tiêu chuẩn Mỹ BA Boost Amplifier Bộ khuếch đại tăng cường DCM Dispersion Compensator Module Module bù tán sắc DTF Dielectric thin film filters Bộ lọc màng mỏng điện môi DEM Disperation Equalizier Module Mô-đun cân phân tán DXC Digital Cross Connection Kết nối chéo kỹ thuật số DCF Dispersion Compensate Fiber Sợi bù tán sắc Thực hiện: Nhóm GVHD: PGS.TS.Nguyễn Tiến Ban Báo cáo chuyên đề Mục lục danh mục kèm theo DSF Dispersion Division Multiplexer Sợi dịch chuyển tán sắc DWDM Dense Wavelength Division Ghép kênh theo bước sóng Mutiplexing mật độ cao Erbium Doped Tellurite - Based Bộ khuếch đại sợi quang Fiber Amplifier dựa Erbium Doped EDTFA Tellurite EDSFA Erbium Doped Silic - Based Fiber Bộ khuếch đại sợi quang Amplifier dựa Erbium Doped Silic EMS Element Management System Hệ thống quản lý phần tử EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier Bộ khuếch đại quang sợi pha trộn Erbium GE General Electric Điện tổng hợp FWM Four Wave Mixing Hiệu ứng trộn bốn bước sóng FPM Four-Photon Mixing Trộn bốn photon FIU Fiber Interface Unit Khối giao tiếp quang LA Line Amplifier Bộ khuếch đại đường Thực hiện: Nhóm GVHD: PGS.TS.Nguyễn Tiến Ban Báo cáo chuyên đề Mục lục danh mục kèm theo NMS Network Management System Hệ thống quản lý mạng NE Network Element Phần tử mạng NZDSF Non - zero Dispersion Shifted Sợi quang dịch chuyển tán Optical Fiber sắc khác không Non Dispersion Shifted Fiber Sợi không dịch chuyển tán NDSF sắc OMUX Optical Muntiplexer Bộ ghép bước sóng quang ODMUX Optical DeMuntiplexer Bộ tách bước sóng quang OADM Optical Add/Drop Mutiplexer Bộ xen/rẽ bước sóng quang OXC Optical Cross Connect Khối kết nối chéo quang OUT Optical Transponder Unit Khối thu phát quang OTUT Optical Transponder Unit Khối thu phát quang đầu Transmitter phát OTUR Optical Transponder Unit Receiver Khối thu phát quang đầu thu OTUG Thực hiện: Nhóm Optical Transponder Unit Khối thu phát quang Generrator chuyển tiếp GVHD: PGS.TS.Nguyễn Tiến Ban Báo cáo chuyên đề Mục lục danh mục kèm theo OLA Optical Line Amplifier Bộ khuếch đại đường dây OBA Optical Booster Amplifier Bộ khuếch đại công suất OAM Operation Administration Quản trị Vận hành Bảo trì Maintenance OPA Optical Pre-Amplifier Bộ tiền khuếch đại có mức tạp âm thấp OLA Optical Line Amplifier Thiết bị khuếch đại đường truyền OSC Optical Supervise Channel Kênh giám sát quang OPM Optical Performance Moniter Màn hình hiệu suất quang học OXC Optical Cross Connect Khối kết nối chéo quang OSC Optical Supervision Channel Kênh giám sát quang OMU Optical Multiplexing Unit Bộ ghép kênh quang ODU Optical Demultiplexing Unit Bộ tách kênh quang OTM Optical Terminal Multiplexer Thiết bị ghép kênh kết cuối quang Thực hiện: Nhóm GVHD: PGS.TS.Nguyễn Tiến Ban Báo cáo chuyên đề OEQ Mục lục danh mục kèm theo Optical Equalizer Thiết bị cân tín hiệu quang REG Regenerator Thiết bị tái tạo RPU Raman Pump amplifier Unit Bộ khuếch đại Raman SPM Self Phase Modulation Điều chế tự pha SDH Synchronous Digital Hierarchy Hệ thống phân cấp kỹ thuật số đồng SBS Brillouin Stimulated Scattering Tán xạ kích thích Brillouin SRS Raman Stimulated Scattering Tán xạ kích thích Raman WDM Wavelength Division Multiplexer Ghép kênh theo bước sóng Thực hiện: Nhóm GVHD: PGS.TS.Nguyễn Tiến Ban Báo cáo chuyên đề -Sợi dịch Hệ thống thông tin quang DWDM chuyển tán sắc khác (NZ-DSF: Non-Zero Dispersion-Shifted Fiber): chuẩn sợi NZ-DSF ITU-T khuyến nghị G.655, loại có mức tán sắc thấp vùng 1550 nm, khơng khơng (NZ) nên khắc phục hiệu ứng phi tuyến hiệu ứng trộn bốn bước sóng (FWM) Do loại sợi sử dụng cho DWDM Các nguyên nhân gây suy hao sợi quang là: Suy hao hấp thụ ánh sáng, có hấp thụ tử ngoại hấp thụ hồng ngoại Hấp thụ chủ yếu hấp thụ điện tử, hấp thụ tạp chất hấp thụ vật liệu Ngồi ra, cịn phải kể đến suy hao ghép nguồn quang vào sợi quang, suy hao mối hàn, suy hao uốn cong sợi suy hao tán xạ tính khơng đồng quang học lõi sợi gây Có loại suy hao tán xạ lõi sợi quang tán xạ Rayleigh, tán xạ Brillouin tán xạ Raman 4.2 Băng thông khuếch đại 4.2.1 Độ rộng băng thông Như phần phân tích, băng tần mà hệ thống WDM sử dụng lớn (tương ứng với băng tần suy hao thấp sợi quang) Tuy nhiên, để truyền tải tín hiệu WDM xa, khuếch đại quang phải sử dụng khoảng cách thích hợp Lúc này, băng thơng khuếch đại quang yếu tố định thông sử dụng kênh hệ thống WDM Băng thông khuếch đại quang sử dụng sợi pha tạp Erbium (EDFA) thường băng C Gần đây, người ta mở rộng băng thông khuếch đại EDFA sang L Đây lý hệ thống DWDM chủ yếu sử dụng bước sóng hai băng tần quang 43 GVHD: PGS.TS.Nguyễn Tiến Ban Báo cáo chuyên đề Hệ thống thông tin quang DWDM 4.2.2 Độ phẳng Độ phẳng khuếch đại băng thông hoạt động khuếch đại sử dụng hệ thống WDM quan trọng Do hệ thống WDM đường dài, nhiều khuếch đại quang sử dụng Các sai khác độ khuếch đại kênh bước sóng tích lũy khiến cho vị trí đường truyền, cơng suất kênh bước sóng khơng cịn đồng chất lượng số kênh bước sóng suy giảm khơng thể tiếp tục truyền xa Hình 4.1 mơ tả phổ kênh tín hiệu sau qua khuếch đại mà hệ số khuếch đại không đồng tồn thơng sau qua nhiều khuếch đại có đặc tính Hình 1: Phổ kênh tín hiệu sau qua khuếch đại sau qua nhiều khuếch đại Để giải vấn đề độ phẳng khuếch đại, có hai giải pháp: - Sử dụng lọc kết hợp với khuếch đại cách hợp lý để san phẳng phổ khuếch đại Nhược điểm phương pháp độ khuếch đại sử dụng kỹ thuật không cao khuếch đại thông thường phần công suất quang bị lọc bỏ lọc - Sử dụng phương án phát tín hiệu quang khơng đồng mặt công suất phát quang Như vậy, kênh quang nằm vùng khuếch đại 44 GVHD: PGS.TS.Nguyễn Tiến Ban Báo cáo chuyên đề Hệ thống thông tin quang DWDM thấp phát với công suất lớn Nhược điểm phương pháp việc thiết kế phát quang hồn tồn phụ thuộc vào đặc tính khuếch đại quang 4.3 Xuyên kênh tuyến tính phi tuyến 4.3.1 Khái niệm xuyên kênh Xuyên kênh vấn đề quan trọng WDM Đó can nhiễu tín hiệu từ kênh bước sóng sang kênh bước sóng khác Q trình can nhiễu xảy đặc tính lọc lọc, tách kênh quang chuyển mạch quang khơng đảm bảo ngăn hồn tồn kênh bước sóng kế cận (được gọi xuyên kênh khơng phi tuyến) xảy xuất hiện tượng phi tuyến tán xạ Raman kích thích trộn bốn sóng (cịn gọi xuyên kênh phi tuyến) Sau xét đến xuyên kênh tuyến tính phi tuyến 4.3.2 Xuyên kênh tuyến tính Hình 4.2 mơ tả ví dụ đặc tính lọc phần từ quang sử dụng hệ thống WDM tượng xuyên kênh xảy sau qua phần từ 45 GVHD: PGS.TS.Nguyễn Tiến Ban Báo cáo chuyên đề Hệ thống thơng tin quang DWDM Hình 2: Mơ tả tượng xuyên kênh tuyến tính: (a) phổ kênh bước sóng trước qua phần từ có chức lọc (b) đặc tính truyền đạt lọc cho kênh thứ i (c) phổ tín hiệu cho kênh tuyến tính thứ i Giả sử phổ tín hiệu kênh bước sóng trước đến phân tử lọc đồng kênh Sau qua lọc thiết kế cho kênh thứ 4, phổ tín hiệu đầu chứa thành phần phổ kênh thứ i mà chứa thành phần phổ kênh lân cận (i-1, i-2, i+1, i+2 ) Khi đó, phía thu kênh thứ 3, xét cơng suất quang có: 46 GVHD: PGS.TS.Nguyễn Tiến Ban Báo cáo chuyên đề Hệ thống thông tin quang DWDM Trong đó, j kênh khác với kênh i, N tổng số kênh bước sóng, Pj cơng suất kênh bước sóng j trước qua lọc, Tj hệ số truyền đạt lọc bước sóng j Sau tách thành dịng điện nhờ photodiode, dịng tín hiệu cho kênh i là: Trong Ii dịng điện quang tương ứng với cơng suất quang Pi , Ij dịng điện quang tương ứng với công suất quang Pj Ich ký hiệu cho dòng quang điện kênh cần tách IX , ký hiệu cho dòng quang điện dò từ kênh khác sang Rõ ràng, thành phần tín hiệu kênh cần tách có thành phần tín hiệu kênh khác Đây tượng xuyên kênh - Ảnh hưởng xuyên kênh tuyến tính: Xuyên kênh tuyến tính làm suy giảm tín hiệu kênh truyền Các tín hiệu kênh khác dị sang kênh cần quan tâm khiến cho thông tin kênh (các bit 1) bị sai lệch Trường hợp xấu xảy thời điểm có xuyên kênh, mẫu tín hiệu kênh khác đồng thời mang lượng (mang giá trị bit 1) Phần lượng coi lượng nhiễu Rõ ràng, để đảm bảo chất lượng tín hiệu phía thu trường hợp khơng có xun kênh, cơng suất kênh tín hiệu cần quan tâm phải tăng thêm lên để đảm bảo tỷ số tín hiệu nhiễu cần thiết hay rộng đảm bảo tỷ số lỗi bit (được đánh giá thông qua hệ số chất lượng , phân bố mật độ xác suất mức cao mức thấp tín hiệu tn theo phân bố chuẩn Gausian) Phần cơng suất tín hiệu cần tăng thêm gọi “độ thiệt thịi cơng suất - power penalty” 47 GVHD: PGS.TS.Nguyễn Tiến Ban Báo cáo chuyên đề Hệ thống thông tin quang DWDM Việc tính tốn độ thiệt cơng suất xét trường hợp đơn giản dựa độ mở biểu đồ mắt tín hiệu Tức, xét trường hợp khơng có xun kênh tín hiệu, độ mở biểu đồ mắt phải với trường hợp có xuyên kênh tín hiệu có bù cơng suất kênh cần xét (hình 2.29) - Khi chưa có quyền kênh tín hiệu, độ mở mắt (theo biên độ) giả sử Ich (hình 2.29.a) - Khi có xun kênh tín hiệu, độ mở mắt bị hẹp lại biên biểu đồ mắt tăng thêm lượng Ix biến bên trong) biểu đồ mắt khơng thay đổi (hình 2.29.b) Độ mở mắt lúc Ich - IX - Nếu cần bù cơng suất để đảm bảo chất lượng tín hiệu kênh không thay đổi So với trường hợp không bị xuyên kênh, độ mở mắt biểu đồ mắt bù thêm công suất phải giá trị ban đầu (Ich ) Giả sử phải tăng công suất kênh lên F lần, ta có: Vậy, độ thiệt thịi cơng suất kênh tính là: Penalty (dB) = 10 x log (F) = 10 x log (1 +Ix /Ich ) Hình 3: Biểu đồ mắt tín hiệu trường hợp: (a) khơng có xun kênh tuyến tính, (b) có xun kênh tuyến tính (c) có xun kênh tuyến tính kèm theo bù cơng suất kênh bị ảnh hưởng 48 GVHD: PGS.TS.Nguyễn Tiến Ban Báo cáo chuyên đề Hệ thống thông tin quang DWDM 4.3.3 Xuyên kênh phi tuyến a Khái niệm hiệu ứng phi tuyến Các hiệu ứng quang phi tuyến xảy cơng suất quang tín hiệu phần từ, thiết bị quang lớn ngưỡng định Các hiệu ứng phi tuyến chia làm loại: Loại thứ phát sinh tác động qua lại photon ánh sáng với môi trường truyền dẫn ánh sáng Hai hiệu ứng loại tán xạ kích thích Brillouin (SBS) tán xạ kích thích Raman (SRS) Loại thứ hai sinh phụ thuộc chiết suất môi trường truyền dẫn vào cơng suất quang tín hiệu Các hiệu ứng phi tuyến quan trọng loại hiệu ứng tự điều pha (SPM - Self-Phase Modulation), hiệu ứng điều chế pha chéo (XPM - Cross-Phase Modulation) hiệu ứng trộn sóng (FWM- Four-Wave Mixing) Loại hiệu ứng gọi hiệu ứng Kerr Trong hệ thống truyền dẫn thông tin quang số đơn kênh, hiệu ứng phi tuyến gây ảnh hưởng hệ thống chi SPM SBS Ngưỡng xảy hiệu ứng SRS cao nhiều so với SBS hệ thống đơn kênh không chịu ảnh hưởng hiệu ứng Tuy nhiên, hệ thống WDM, mức ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến không tăng cường mà số lượng ảnh hưởng nhiều lên Trong phần đây, xét ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyển đến hiệu hệ thống WDM b Hiệu ứng tán xạ Raman kích thích - Khái niệm: Hiệu ứng tán xạ Raman hiệu ứng phi tuyến liên quan đến trình tương tác sóng ánh sáng mơi trường truyền dẫn Sóng ánh sáng bị hấp thụ phần lượng cho dao động phân tử ( gọi phonon) Phần 49 GVHD: PGS.TS.Nguyễn Tiến Ban Báo cáo chuyên đề Hệ thống thông tin quang DWDM lượng cịn lại chuyển hóa thành photon có bước sóng dài so với bước sóng tới Sóng ánh sáng sinh gọi sóng Stokes Sóng bị mát lượng q trình gọi sóng bơm (chuyển lượng cho sóng Stokes) Khoảng cách từ bước sóng bơm đến bước sóng Stokes hiệu ứng tán xạ Raman 13.2 THz - Ảnh hưởng: Trong hệ thống WDM, kênh bước sóng trải dài vùng phơ, khoảng cách hai bước sóng tín hiệu lớn (cỡ vài chục nm), bước sóng vùng thấp (bước sóng ngắn) gây tán xạ Raman chuyển sang bước sóng vùng cao (bước sóng dài) gây nên tượng khơng đồng cơng suất kênh bước sóng xun kênh tuyến tính Hình 2.30 mơ tả định tính ảnh hưởng tượng tán xạ Raman hệ thống WDM Hình 4: Hiệu ứng Raman hệ thống WDM c Hiệu ứng Brillouin kích thích - Khái niệm: Hiện tượng tương tự tượng tán xạ Raman kích thích Ánh sáng tới tương tác với môi trường truyền phần lượng để 50 GVHD: PGS.TS.Nguyễn Tiến Ban Báo cáo chuyên đề Hệ thống thơng tin quang DWDM chuyền lên bước sóng dài Tuy nhiên, bước sóng Stokes tượng Brillouin có khoảng cách cỡ 11 GHz so với bước sóng bơm Một điểm khác biệt tượng tán xạ Raman Brillouin hướng truyền sóng Stokes Với tán xạ Raman kích thích, sóng Stokes sinh hai hướng với tán xạ Brillouin, sóng Stokes sinh hướng ngược lại với sóng bơm - Ảnh hưởng: Ảnh hưởng hiệu ứng hệ thống đa kênh không khác biệt so với hệ thống đơn kênh khoảng cách kênh WDM lớn nhiều so với 11 GHz Sóng Stokes tạo khiến cơng suất tín hiệu ánh sáng tới bị suy giảm Trường hợp sóng Stokes tiếp tục gây tượng tán xạ Brillouin, ta gọi bước sóng bậc tán xạ Stokes Với bước sóng Stokes bậc cao, gây xuyên nhiễu kênh bước sóng d Hiệu ứng trộn bốn sóng - Khái niệm: Hiệu ứng trộn bốn sóng hiệu ứng sinh tần số hài tổng hợp từ tần số gốc fi, fj, fk có điều kiện tương hợp pha Các tần số hài tạo 2fi - fj , fi + fj - fk (hình 2.31) Hình 5: Hiệu ứng trộn bốn sóng 51 GVHD: PGS.TS.Nguyễn Tiến Ban Báo cáo chuyên đề Hệ thống thông tin quang DWDM - Ảnh hưởng: Hệ thống WDM bao gồm tần số với khoảng cách Các tín hiệu sinh chồng chập lên phố tín hiệu gốc gây xuyên kênh hệ thống Xuyên kênh ảnh hưởng đặc biệt nghiêm trọng khoảng cách kênh hẹp Việc giảm tán sắc GVD làm tăng xuyên kênh gây hiệu ứng trộn bốn bước sóng tán sắc thấp, điều kiện tương hợp pha dễ dàng đạt Vì vậy, hệ thống sử dụng sợi quang dịch chuyển tán sắc chịu ảnh hưởng hiệu ứng trộn bốn bước sóng nhiều hệ thống sử dụng sợi đơn mốt chuần e Một số hiệu ứng khác (SPM, XPM) Trong trường hợp tự điều pha SPM, pha tín hiệu thay đổi cách phi tuyến tính biên độ đường bao xung tín hiệu thay đổi (do chiết suất thay đổi) Vì vậy, tần số sinh vị trí sườn lên xuống xung tín hiệu Điều khiến phổi tín hiệu bị giãn rộng khiến ảnh hưởng tán sắc tăng cường (độ giãn xung tán sắc tỷ lệ thuận với hệ số tán sắc, độ rộng phổ tín hiệu chiều dài tuyến truyền dẫn) Trong hệ thống WDM, pha tín hiệu kênh không chịu ảnh hưởng từ thân thay đổi cơng suất kênh mà cịn chịu ảnh hưởng từ kênh khác Đó hiệu ứng điều chế pha chéo Xét ảnh hưởng, XPM SPM gây ảnh hưởng tương tự mức độ ảnh hưởng XPM lớn nhiều so với SPM 4.4 Tán sắc Khi truyền dẫn tín hiệu số dọc theo sợi quang, xuất hiện tượng giãn xung đầu thu Thậm chí số trường hợp xung lân cận đè lên nhau, khơng phân biệt xung với nữa, gây méo tín hiệu tái sinh 52 GVHD: PGS.TS.Nguyễn Tiến Ban Báo cáo chuyên đề Hệ thống thông tin quang DWDM - Tán sắc bên mode bao gồm tán sắc vật liệu tán sắc dẫn sóng Tán sắc vật liệu số chiết suất vật liệu lõi phụ thuộc vào bước sóng tạo nên Nó gây phụ thuộc bước sóng vào vận tốc nhóm mode Tán sắc dẫn sóng phụ thuộc vào thiết kế sợi số lan truyền mode f Nó thường bỏ qua sợi đa mode lại cần quan tâm sợi đơn mode Gọi tán sắc dẫn sóng tượng thường xảy ống dẫn sóng kể sóng cao tần siêu cao tần - Tán sắc mode Tán sắc ảnh hưởng đến sợi đa mode, sinh có nhiều đường khác (các mode khác nhau) mà tia sáng truyền lan sợi đa mode dẫn đến tia sáng truyền qua quang lộ khác nhau, làm cho xung truyền dẫn bị giãn rộng ra, tán sắc phụ thuộc vào kích thước sợi quang, đặc biệt phụ thuộc vào đường kính lõi sợi Các phương pháp để làm giảm thiểu ảnh hưởng tán sắc đến hệ thống DWDM tốc độ cao có dùng khuếch đại EDFA gồm: làm hẹp bề rộng phổ nguồn phát sử dụng phương pháp bù tán sắc như: -Sử dụng sợi quang có hệ số tán sắc nhỏ -Bù tán sắc phương pháp tự dịch pha SPM -Bù tán sắc thành phần bù tán sắc thụ động -Bù tán sắc sợi DCF -Bù tán sắc modul DCM sử dụng cách tử sợi Bragg Nguyên nhân tán sắc phân cực: Do cấu trúc khơng hồn hảo sợi quang thành phần quang hợp thành nên có khác biệt chiết suất cặp trạng thái phân cực trực giao, gọi lưỡng chiết Sự khác biệt chiết suất sinh độ chênh lệch thời gian truyền sóng mode phân cực Trong sợi đơn mode, tượng bắt nguồn từ khơng trịn ovan lõi sợi 53 GVHD: PGS.TS.Nguyễn Tiến Ban Báo cáo chuyên đề Hệ thống thông tin quang DWDM theo cách: ống dẫn sóng ovan (vốn có tính lưỡng chiết) trường lực căng học tạo nên lõi ovan gồm có lưỡng chiết phụ Nhìn chung, ảnh hưởng ống dẫn sóng ovan có vai trò lớn sợi PMD thấp Sự lưỡng chiết vật liệu suốt giống thạch anh tạo từ cấu trúc tinh thể cân xứng Và vậy, PMD thành phần quang sinh từ lưỡng chiết thành phần thành phần quang hợp thành Tín hiệu truyền đường song song có độ dài quang khác sinh tượng trễ nhóm Sự phân cực sợi đặc trưng cho lưỡng chiết lực học Nhiều phần tử thủy tinh cho vào lớp vỏ sợi nên lõi xuất trường lực không đối xứng dọc theo chiều dài sợi Khi ánh sáng phân cực bị ghép đoạn sợi trường điện đầu ánh sáng đầu vào phân tích thành modul phân cực trực giao với tốc độ truyền khác Các modul phân cực trì dọc theo sợi lượng chúng khơng bị ghép Ngồi ngun nhân trên, lưỡng chiết sinh uốn cong sợi Sự uốn cong làm thay đổi mật độ phân tử cấu trúc sợi, làm cho hệ số khúc xạ đối xứng Tuy nhiên, lưỡng chiết uốn cong nguyên nhân chủ yếu sinh PMD Tán sắc màu gây méo tín hiệu làm giảm chất lượng hệ thống Vì bù tán sắc thống số định đến ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến, kiểm sốt tán sắc có vai trò quan trọng việc khắc phục hiệu ứng phi tuyến hệ thống Đối với hệ thống có tốc độ bit thấp (  2,5Gb/s) ảnh hưởng tán sắc mode phân cực không đáng kể hệ thống thông tin quang tốc độ bít cao (≥10 Gbit/s) cự ly xa bị ảnh hưởng lớn PMD; tác động PMD làm suy giảm biên độ, méo dạng tín hiệu, tăng nhiễu hệ thống nhiễu phát xạ tự phát khuếch đại ASE Kết làm giảm SNR dẫn đến giảm chất lượng truyền dẫn BER 10 54 GVHD: PGS.TS.Nguyễn Tiến Ban Báo cáo chuyên đề Hệ thống thơng tin quang DWDM Việc thiết kế cấu hình tuyến truyền dẫn nâng cấp tuyến thông tin sử dụng sợi quang có hệ số tán sắc mode phân cực nhỏ (≤0,1 ps/km1/2) để tăng cự ly truyền dẫn giải pháp tốt khắc phục ảnh hưởng tán sắc mode phân cực 4.5 Độ rộng phổ nguồn phát Việc chọn độ rộng phổ nguồn phát nhằm đảm bảo cho kênh bước sóng hoạt động cách độc lập nhau, nói khác tránh tượng chồng phổ phía thu kênh lân cận Khoảng cách kênh phụ thuộc vào đặc tính thiết bị MUX/DEMUX, lọc, độ dung sai mức độ ổn định thiết bị Về chất, việc ghép bước sóng khác sợi quang dựa nguyên tắc ghép kênh theo tần số Các kênh khác làm việc kênh tần số khác băng thông sợi quang Theo lý thuyết, băng thông sợi quang rộng nên số lượng kênh bước sóng ghép lớn (ở cửa sổ truyền dẫn) Tuy nhiên, thực tế, hệ thống WDM thường liền với khuếch đại quang sợi làm việc cửa sổ bước sóng 1550 nm Vì vậy, băng tần sợi quang bị giới hạn băng tần khuếch đại Như vậy, vấn đề đặt ghép khoảng cách bước sóng phải thỏa mãn yêu cầu tránh cộng phổ kênh lân cận phía thu Khoảng cách phụ thuộc vào đặc tính phổ nguồn phát ảnh hưởng khác đường truyền tán sắc sợi, hiệu ứng phi tuyến… Một cách lý tưởng, xem hệ thống DWDM xếp chồng hệ thống truyền dẫn đơn kênh khoảng cách kênh bước sóng đủ lớn công suất phát hợp lý Mối quan hệ phổ cơng suất phía thu với phổ cơng suất nguồn phát thể tham số đặc trưng cho giãn phổ 55 GVHD: PGS.TS.Nguyễn Tiến Ban Báo cáo chuyên đề Hệ thống thông tin quang DWDM 4.6 Quỹ công suất Trong môi trường truyền dẫn cáp sợi quang, quỹ công suất yếu tố quan trọng nhằm đảm bảo cho hệ thống hoạt động bình thường Mục đích quỹ công suất bảo đảm công suất đến máy thu đủ lớn để trì hoạt động tin cậy suốt thời gian sống hệ thống Suy hao cơng suất tồn tuyến bao gồm: suy hao sợi dẫn quang, nối quang mối hàn Tổng suy hao toàn tuyến nhận từ phân bổ suy hao liên tiếp phần tử tuyến Ngoài suy hao phần tử tuyến quang gây nêu trên, ta cịn phải có lượng cơng suất quang dự phịng cho tuổi thọ thành phần, thay đổi nhiệt độ suy hao tăng lên thành phần Dự phòng cho tuyến thường thường từ - dB Chính mà quỹ cơng suất tuyến xem công suất tổng nằm nguồn phát quang tách sóng quang Suy hao tổng bao gồm suy hao sợi, suy hao nối quang, suy hao mối hàn dự phòng cho hệ thống TỔNG KẾT Sau qua nội dung chương tóm gọn lại nội dung tìm hiểu sau Trong chương tạo nhìn tổng quan hệ thống thơng tin quang DWDM Tiếp theo chương hai đề cập đến thành phần quan trọng có hệ thống DWDM cách hoạt động phần Nguyên lý hoạt động hệ thống trình bày chi tiết chương ba giúp hiểu rõ cách hoạt động hệ thống DWDM Cuối chương bốn số yếu tố ảnh hưởng tới hiệu hệ thống DWDM 56 GVHD: PGS.TS.Nguyễn Tiến Ban Báo cáo chuyên đề Hệ thống thông tin quang DWDM Tài liệu tham khảo Giáo trình Cơng Nghệ Truyền Tải Quang Học Viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng Đồ án tốt nghiệp sinh viên Trần Thị Kim Chi lớp ĐT1001 trường Đại Học Dân lập Hải Phòng Đồ án tốt nghiệp sinh viên Nguyễn Thị Tưởng lớp D08VT02 Học Viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thông 57 GVHD: PGS.TS.Nguyễn Tiến Ban ... đề Hệ thống thông tin quang DWDM CHƯƠNG 3: NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG 3.1 Mơ hình hệ thống ngun lý hoạt động Hệ thống DWDM chia làm hai loại: hệ thống đơn hướng song hướng.Mô hình tổng quát hệ thống DWDM. .. thay hệ thống thông tin thông thường Hiện hệ thống truyền dẫn quang sử dụng rộng rãi toàn giới Nhận thấy tầm quan trọng chúng em xin phép vào tìm hiểu hệ thống thơng tin quang DWDM Một hệ thống. .. Hệ thống thông tin quang DWDM Với hệ thống DWDM mở, sử dụng phát đáp (OTU) để nhận, gom luồng thông tin dịch vụ khác để phát bước sóng chuẩn hóa DWDM Như vậy, dịch vụ giao tiếp với hệ thống DWDM