Tr-ờng Đại học vinh Khoa ĐIệN Tử VIễN THÔNG ===== ===== Đồ áN tốt nghiệp ĐạI HọC Đề tài: tìm hiểu công nghệ wdm ứng dụng Giảng viên h-ớng dẫn : ThS lê đình công Sinh viên thùc hiƯn : ngun träng léc Líp : Vinh, 2011 47k - ®tvt MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU Chương Hệ thống thông tin quang 1.1 Khái niệm chung hệ thống thông tin quang 1.1.1 Sự phát triển thông tin quang 1.1.2 Cấu trúc hệ thống thông tin quang 1.1.3 Ưu nhược điểm ứng dụng thông tin quang 1.2 Phân loại hệ thống thông tin quang 1.2.1 Phân loại theo dang tín hiệu 1.2.2 Phân loại theo phương pháp …………………………………………6 1.2.3 Phân loại theo tốc đ cự ly truyền d n 1.3 Các phần tử hệ thống thông tin quang 1.3.1 Sợi quang 1.3.2 Thiết bị phát quang 15 1.3.3 Thiết bị thu quang 16 1.3.4 Các trạm lặp 18 1.3.5 Các trạm xen r k nh 19 1.4 Các tham số hệ thống thông tin quang 19 1.5 Kết luận 21 Chương Tổng quan hệ thống WDM 22 2.1 Cơ sở kỹ thuật WDM 22 2.1.1 Giới thiệu chung 22 2.1.2 Các công nghệ dùng mạng thông tin quang 23 2.1.3 Hệ thống thông tin quang nhiều k nh 26 2.1.4 Nguy n lý hệ thống ghép k nh theo bước sóng WDM 27 2.1.5 Ưu nhược điểm công nghệ WDM 31 2.2 M t số tham số kỹ thuật WDM 32 2.2.1 Suy hao xen 32 2.2.2 Suy hao xuyên kênh 33 2.2.3 Đ r ng k nh khoảng cách k nh 34 2.3 Các thiết bị quang thụ đ ng WDM 39 2.3.1 Các thiết bị WDM vi quang 41 2.3.2.Thiết bị WDM làm việc theo nguy n lý tán sắc góc 46 2.4 Kết luận chương 57 Chương Một số vấn đề công nghệ then chốt WDM 58 3.1 Ổn định bước sóng nguồn quang 58 3.2 Ảnh hưởng tán sắc sợi quang truyền d n 59 3.3 Ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến 62 3.3.1 Hiệu ứng SRS (Stimulated Raman Scattering) 62 3.3.2 Hiệu ứng SBS (Stilmulated Brillouin Scattering) 64 3.3.3 Hiệu ứng SPM (Self Phase Modulation) 65 3.3.4 Hiệu ứng XPM (Cross Phase Modulation) 66 3.3.5 Hiệu ứng FWM (Four Wave Mixing) 67 3.3.6 Phương hướng giải ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến 68 3.4 B khuếch đại quang sợi EDFA m t 69 3.4.1 Tăng ích đ ng điều chỉnh EDFA 69 3.4.2 Tăng ích phẳng EDFA 71 3.4.3 Tích luỹ tạp âm sử dụng b khuếch đại EDFA 72 3.5 Kết luận chương 73 Chương Ứng dụng hệ thống WDM 74 4.1 Ứng dụng WDM mạng truyền d n…………… 74 4.1.1 Tuyến truyền d n điểm - điểm dung lương cao 74 4.1.2 Mạng quảng bá 77 4.2 Ứng dụng WDM mạng đa truy nhập 80 4.2.1 Mở đầu 80 4.2.2 Mạng WDMA đơn chặng 82 4.2.3 Mạng WDM đa chặng 84 4.3 Ứng dụng wdm mạng chuyển mạch quang 87 4.4 Kết luận chương 88 KẾT LUẬN 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu hình hệ thống thơng tin quang Hinh 1.2 Cấu trúc sợi quang Hình 1.3 Hiện tương phản xạ tồn phần sợi quang Hình 1.4 Truyền ánh sáng sợi SI Hình 1.5 Quan hệ P(λ) Pmax phụ thu c vào λ 12 Hình 1.6 Đặc tính suy hao theo bước sóng dạng suy hao 14 Hình 1.7 Sơ đồ khối máy phát quang 15 Hình 1.8 Sơ đồ khối thiết bị thu quang 17 Hình 1.9 Sơ đồ khối tổng quát trạm lặp điện quang 18 Hình 1.10 Sơ đồ khối chức trạm lặp điện quang 19 Hình 2.1 Băng tần truyền d n sợi quang 23 Hình 2.2 Ghép k nh theo thời gian 24 Hình 2.3 Nguy n tắc ghép k nh mạng SONET 25 Hình 2.4 Sơ đồ truyền d n chiều tr n sợi quang 29 Hình 2.5 Sơ đồ truyền d n chiều tr n m t sợi quang 29 Hình 2.6 Mơ tả thiết bị ghép tách hỗn hợp MUX-DEMUX 31 Hình 2.7.Xuy n k nh b tách k nh (a) b ghép tách hỗn hợp (b) 33 Hinh 2.8 Phân loại thiết bị WDM 40 Hình 2.9 B tách bước sóng dùng b lọc màng mỏng 41 Hinh 2.10 Cấu trúc b lọc điện môi 41 Hình 2.11 Phân bố cơng suất đầu b lọc 42 Hình 2.12 Các đặc tính phổ truyền d n loại b lọc giao 42 Hình 2.13 Cấu trúc b tách k nh sử dụng b lọc giao thoa 43 Hình 2.14 Cấu trúc b tách nhiều bước sóng 44 Hình 2.15 M t b tách vi quang k nh thực tế 44 Hình 2.16 Cấu trúc b tách nhiều k nh 45 Hình 2.17 Thiết bị MUX-DEMUX bước sóng 45 Hinh 2.18 Tán sắc dùng lăng kính 46 Hình 2.19 Sử dụng cách tử để tách bước sóng 47 Hình 2.20 Cách tử nhiễu xạ phẳng 48 Hình 2.21 Phân bổ phổ lượng nhiễu xạ bặc m t 50 Hình 2.22 Cách tử lịng chảo 50 Hình 2.23 Sơ đồ cấu trúc b tách sử dụng cách tử lòng chảo 51 Hình 2.24 Nguy n lý cách tử Bragg bù tán sắc 52 Hinh 2.25 Hai phương pháp tạo b ghép sợi cho thiết bị WDM 55 Hình 2.26 Đáp ứng b tách k nh 1300 1500nm với 56 Hình 2.27 B ghép k nh bước sóng ghép 56 Hình 4.1 Tuyến thơng tin quang WDM điểm- điểm 74 Hình 4.2 Mạng WDM quảng bá hình 78 Hình 4.3 Đồ thị biểu diễn phụ thu c BN vào số lượng k nh N 80 Hình 4.4 Sơ đồ khối mạng truyền d n quang đa 81 Hình 4.5 Sơ đồ khối mạng vịng quang thụ đ ng n i hạt 84 Hình 4.6 M t mạng đa chặng nút 85 Hình 4.7 Sơ đồ khối chức m t nút mạng Teranet 86 CÁC BẢNG TRONG ĐỒ ÁN Bảng 2.1 Tần số trung tâm danh định 36 Bảng 2.2 Tần số trung tâm hệ thống WDM có 16 k nh k nh 39 Bảng 2.3 So sáng đ suy hao thiết bị bù tán sắc 53 Bảng 3.1 Cự ly hạn chế tán sắc khơng có trạm lặp 60 Bảng 4.1 M t số hệ thống WDM thực nghiệm 76 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ATM Asynchronous Tranfer Mode Phương thức truyền không đồng b CDMA WDM Code Division Multiplexing Access mã Wavelength Division Ghép k nh quang theo bước Multiplexing CMOS ISDN Đa truy nhập phân chia theo Complementary Metal Oxitde sóng Cơng nghệ dùng để chế tạo Semiconductỏ vi mạch tích hợp Integrated Servicer Digital Cơng nghệ mạng băng hẹp Network Intensity Modulation with Hệ thống truyền d n thông Direct Delectinon tin quang điều chế cường đ LAN Local Area Network Mạng vùng cục b LED Light Emitting Diode Diode phát quang OADM Optical Add/Drop B ghép k nh xen r IM/DD Multiplexer TDM Time Division Multiplexing Ghép k nh theo thời gian SONET Sychronous Optical Network Mạng không đồng b SDH Sychronous Digital Hierarchy Hệ thống phân cấp số đồng b WAN Wide Area Network Mạng diện r ng ISP Internet Service Provider Cung cấp giải pháp kết nối OTDM Optical Time Division Ghép kênh quang phân chia Multiplexing theo thời gian DCF Dispersion Compensater fiber PMD Polarization Mode Dispersion Điều chế tự dịch pha DGD Differential Group Delay SRS Stimulated Raman Scattering Hiệu ứng SRS SBS Stilmulated Brillouin Scattering Hiệu ứng SBS SPM Self Phase Modulation Hiệu ứng SPM XPM Cross Phase Modulation Hiệu ứng XPM FWM Four Wave Mixing Hiệu ứng FWM EDFA Ebrium Doped Fiber B khuếch đại quang có TDMA CDMA FDMA Amplifier Ebrium pha tr n nguy n tố đất Time Division Multiplexing Đa truy nhập phân chia theo Access thời gian Code Division Multiplexing Đa truy nhập phân chia theo Access mã Frequence Division Đa truy nhập phân chia theo Multiplexing Access WDMA Wavelength Division Multiplexing Access tần số Đa truy nhập phân chia theo bước sóng LỜI NĨI ĐẦU Dưới lãnh đạo Đảng nhà nước, toàn dân ta phấn đấu thi đua thực cơng nghiệp hố - đại hố đất nước Bằng việc tắt đón đầu cơng nghệ mới, ti n tiến tr n giới, công nghệ thông tin, điện tử viễn thông hướng phát triển ti n phong góp phần đưa đất nước ta hướng tới m t xã h i thông tin Nghĩa vụ trách nhiệm m t sinh vi n trường thật khơng nhỏ, họ vận h i thách thức mở phía trước Với nhận thức ấy, đồ án tốt nghiệp báo cáo tổng kết m t phần kiến thức Khoa học Công nghệ chuy n ngành Điện tử Viễn thông mà em đào tạo sau gần năm học tập trường Đại học Vinh Đồ án trình bày cơng nghệ mới: cơng nghệ ghép k nh theo bước sóng quang WDM (Wavelength Division Multiplexing) ứng dụng việc phát triển mạng thông tin quang nhằm tăng dung lượng truyền d n mạng, đáp ứng nhu cầu phát triển dịch vụ tương lai Bố cục đồ án gồm chương: Chương 1: Hệ thống thông tin quang Chương 2: Tổng quan hệ thống WDM Chương 3: M t số vấn đề công nghệ then chốt WDM Chương 4: Ứng dụng hệ thống WDM Chuẩn bị trở thành m t kỹ sư, với kiến thức bổ ích, sâu r ng chuy n ngành điện tử - viễn thông ngày hôm nay, em dìu dắt, giúp đỡ thầy cô giáo khoa Điện Tử Viễn Thông trường Đai Học Vinh Dưới hướng d n thầy giáo ThS Lê Đình Cơng hệ thống đời có dung lượng khoảng cách truyền tăng l n Trong m t thí nghiệm tạo hệ thống 20Gb s( ghép k nh 2,5Gb s), khoảng cách truyền 6000km, khoảng cách b khuếch đại 75km M t thí nghiệm khác tạo hệ thống 40Gb s (ghép k nh 5G s), khoảng cách truyền 4500km sử dụng mã RZ để cải thiện tỉ số tín hiệu tr n tạp âm Năm 1996 cho đời hệ thống WDM thực nghiệm dung lượng 320Gb s (ghép 16 k nh 20Gb s) đ dài tuyến 531km Như đời hệ thống WDM, dung lượng hệ thống thông tin quang tăng l n nhiều M t số hệ thống WDM triển khai thực tế Năm 1995, hệ thống WDM k nh, k nh có tốc đ 2,5Gb s thương mại hoá Đến năm 1996 hệ thống WDM có dung lượng 40Gb s (ghép 16 kênh 2.5Gb s) bắt đầu thương mại hoá Hệ thống sử dụng dải băng tần 12nm bước sóng 1550 nm khoảng cách k nh 0,8nm Đến năm 1997 tồn tuyến thông tin quang 80Gb s tiếp hệ thống 160Gb s Kỹ thuật WDM tạo m t cu c cách mạng hệ thống thông tin quang 4.1.2 Mạng quảng bá Trong mạng quảng bá, nhiều k nh tín hiệu ghép lại truyền tới m t nhóm thu bao Tại thu bao, b thu thực m t chức lựa chọn m t k nh thích hợp thơng qua việc tách k nh Mạng truyền hình cáp CATV m t ví dụ mạng quảng bá Nhiều k nh truyền hình ghép lại đưa tới m t bus quang chung, sau phân phối tới thu bao ri ng biệt Hình 4.2 sơ đồ mạng WDM quảng bá sử dụng quảng bá Mỗi k n h tín hiệu điều chế với m t bước sóng ri ng Các k nh ghép với nhờ nhờ m t coupler quang thụ đ ng phân phối đồng tới tất b thu Mỗi thu bao nhận toàn b dung lượng hệ thống lựa chọn m t k nh thích hợp Mạng gọi mạng phát quảng bá thu lựa chọn Nếu hệ thống thông tin quang sử dụng kĩ thuật tách sóng coherent phía thu lựa chọn k nh cách thay đổi băng thông b lọc trung tần điều chỉnh tần số giao đ ng n i Nếu hệ thống sử dụng kỹ thuật tách sóng trực tiếp ta dùng b lọc quang để lựa chọn bước sóng cần thiết Hiện tồn nhiều ứng dụng mạng quảng bá cấp đ thí nghiệm Gần có m t thí nghiệm quảng bá 8x8 để phân phối k nh tín hiệu, khoảng cách k nh 15nm Mỗi b thu có m t b lọc khả chỉnh băng thông 10nm dải điều chỉnh 400nm Ngồi cịn m t b thí nghiệm khác sử dụng kỹ thuật tách sóng coherent, thực ghép 10 k nh quang 70Gb s, khoảng cách k nh 6GHz Thí nghiệm sử dụng quảng bá 128x128 để đưa tín hiệu tới nhiều thu bao khác Hình 4.2 M ng WDM qu ng b hình sa Trong mạng quảng bá có hai vấn đề quan tâm suy hao phân bố suy hao xen Suy hao phân bố tín hiệu tr n đường truyền chia tới tất thu bao Mỗi thu bao nhận m t phần cơng suất tín hiệu tổng Suy hao phân bố tăng N tăng, giới hạn N nhỏ 100 không sử dụng b khuếch đại quang để bù suy hao Đối với suy hao quang bá NxN, suy hao phân bố giảm cơng suất tín hiệu thu bao nhận là: PR =(PT /N)(1-δ)log2N(1- CL ) (4.2) Trong đó: PT cơng suất truyền trung bình tín hiệu δ suy hao xen coupler cấu tạo n n quảng bá CL loại suy hao khác suy hao sợi quang, suy hao connector Công suất nhận PR phải lớn đ nhạy máy thu Prec Prec xác định sau: Prec = NphVB (4.3) Trong đó: Np số lượng photon trung bình tr n m t bit mức công suất vào đ nhạy máy thu B tốc đ bit k nh tín hiệu Từ cơng thức (4.2),(4.3)và giả thiết PR =Prec ta có: BN= ( PT )(1-δ)log2N(1- CL ) NphV (4.4) Từ cơng thức 4.4 ta dự báo dung lượng mạng quảng bá Trong máy thu coherent Np =1000, công suất truyền lớn PT =1mV, bước sóng 1550 nm lượng photon hV= 0,8eV Giả sử suy hao coupler suy hao khác khơng Khi đó, B.N=7,8Tb s Trong thực tế, giá trị B.N thường nhỏ ln tồn suy hao coupler, m t số suy hao khác cơng suất phát quang nhỏ Hình 4.3 phụ thu c B.n vào số lượng k nh N phương pháp tách sóng coherent tách sóng trực tiếp B.N=10Tb s trường hợp lý tưởng khơng có suy hao coupler quang (đường 1) Khi lấy δ=0.05 (suy hao coupler 0,2dB) ta đường Hai đường cong biểu diễn B.N trường hợp thực tế Các đường đứt nét biểu diễn B.N với tốc đ bít cố định Từ đồ thị ta có, B=622Mb s tách sóng trực tiếp B.N= 1Tb/s, N=1600 Khi tách sóng coherent B.N=3Tb/s N=4800 Hình 4.3 Đồ th biểu diễn h thu c BN v số ợng kênh N Ta có th khắc phục ảnh hưởng suy hao phân bố cách sử dụng b khuếch đại quang Năm 1990 có m t thí nghiệm sử dụng hai b khuếch đại quang EDFA mạng quảng bá,mạng có dung lượng bị suy hao phân bố, đảm bảo công suất tín hiệu thu bao đủ lớn 4.2.Ứng dụng WDM mạng đa truy nh p 4.2.1 Mở đầu Trong thực tế có nhiều kiểu đa truy nhập khác TDMA, CDMA,FDMA, WDMA Các kỹ thuật dựa vào tài nguy n thời gian, không gian, tần số bước sóng để phân phối tín hiệu từ trạm thu tới trạm phát Mạng WDM đa truy nhập gọi mạng quang đa truy nhập theo bước sóng WDMA Điểm khác biệt lớn mạng quang đa truy nhập mạng quảng bá mạng đa truy nhập có khả truy nhập song hướng m t thu bao Mỗi thu bao thu phát tín hiệu tới m t thu bao khác Trong mạng WDMA, băng thông r ng sợi quang chia thành khoảng nhỏ, khoảng mang m t k nh quang ri ng biệt Các k nh truyền đồng thời tr n m t sợi quang Khoảng cách tối thiểu hai bước sóng cỡ 0.4 đến 0.8 nm Mỗi bước sóng mang m t k nh tín hiệu có tốc đ l n tới Gb s Hình 4.4 mơ tả sơ đồ khối m t mạng truyền d n quang đa truy nhập phân chia theo bước sóng N N COUPLER N N Hình 4.4 Sơ đồ khối ng tru n dẫn quang đa tru nhậ hân chia the b ơc s ng Các k nh quang từ nút khác ghép với nhờ m t coupler quang NxN B ghép tr n tất tín hiệu đến chia công suất tới b thu Kết là, tín hiệu từ tất cổng vào thu từ cổng Hệ thống có chia sẻ bước sóng, từ m t nút thu k nh chung môi trường chia sẻ kênh Tất k nh phát vào môi trường chia sẻ (coupler sao) nút thu tín hiệu tất nút cịn lại tr n mạng Mơi trường chia sẻ có cấu trúc mạng sao, bú mạng ring, kết nối tất nút với Mỗi nút thu tín hiệu mong muốn phương pháp tách sóng trực tiếp coherent Mỗi nút thu phát tần h cố định thay đổi Do việc triển khai mạng WDMA địi hỏi thành phần quang có khả điều chỉnh bước sóng laser phát khả chỉnh, b lọc quang khả chỉnh Các thành phần xây dựng n n b thu phát quang có khả điều chỉnh bước sóng nút mạng Mạng WDMA có hai vấn đề cần quan tâm Đó tốc đ điều chỉnh bước sóng giao thức mạng Tốc đ điều chỉnh bước sóng phải nhanh để đáp ứng y u cầu mạng, đặc biệt mạng chuyển mạch gói Ngồi ra, giao thức triển khai mạng phải đảm bảo kết nối ngang hàng k nh tín hiệu khác Mạng WDMA có hai cấu hình WDMA đơn chặng (single hop) WDMA đa chặng (multi hop) 4.2.2 Mạng WDMA đơn chặng Trong mạng WDMA đơn chặng nút có khả kết nối trực tiếp đến tất nút khác Dữ liệu phát dạng ánh sáng truyền trực tiếp đến nút đích mà khơng phải chuyển dạng tín hiệu điện Để m t gói liệu truyền, trước hết phát vào mạng nhờ m t laser phát Tại nút đích b thu quang phải điều chỉnh bước sóng cho trùng với bước sóng phát Khi đó, gói tin truyền qua mạng tới nút đích Mạng WDMA đơn chặng phân chia làm loại, phát quảng bá thu lựa chọn mạng WDMA định tuyến theo bước sóng Trong mạng WDMA đơn chặng phát quảng bá thu lựa chọn, liệu nút phát ghép lại phát quảng bá tới tất nút khác mạng Phía thu lựa chọn k nh tín hiệu mong muốn dựa vào bước sóng Có bốn loại mạng WDMA phát quảng bá thu lựa chọn, phát thay đổi thu cố định (TT-TR) phát thu cố định (FT-FR) Mạng WDMA đơn chặng sử dụng b định tuyến theo bước sóng ma trận chuyển mạch khơng gian bước sóng Trong thực tế, có nhiều ứng dụng mạng WDMA đơn chặng cấp đ thực nghiệm thực tế M t số ứng dụng mạng WDMA mạng quang thụ đ ng PON(telephone PON Broad PON), mạng Lambdanet, mạng quang thụ đ ng PPL, mạng Rainbow Mạng Lambdanet mạng quang đầu ti n triển khai cấp đ thí nghiệm Mạng Lambdanet mạng phát quảng bá thu lựa chọn hình FT-FR Trong mạng sử dụng m t coupler hình NxN để phân phối tín hiệu tới tất nút Mỗi nút có m t b phát ri ng bước sóng xác định N b thu hoạt đ ng N bước sóng khác (N số người sử dụng hay số nút), nút nhận toàn b lưu lượng mạng Do đó, mạng khơng bi tắc ngh n mà truyền tín hiệu suốt khơng phụ thu c vào tốc đ bít phương pháp điều chế Những người sử dụng khác truyền tín hiệu có tốc đ bit khác dạng điều chế khác nhau, truyền tín hiệu số tín hiệu tương tự Vì mạng Lambdanet linh hoạt thích hợp cho nhiều laọi ứng dụng khác Ta truyền tín hi u thoại m t quan Năm 1987 có m t thí nghiệm mạng 18 k nh tốc đ bit k nh 1,5Gb s, dung lượng hệ thống 27Gb s Mỗi k nh truyền khoảng cách 57,8km Nhược điểm mạng Lambdanet số lược người sử dụng bị giới hạn số lượng bước sóng Ngồi ra, nút cần có nhiều b thu( số lượng ngưới sử dụng) Do tốn đầu tư phần cứng cho hệ thống Hình 4.5 sơ đồ khối mạng vòng quang thụ đ ng, bước sóng quang dùng để định tuyến tín hiệu tr n mạng vòng n i hạt Trạm trung tâm có N b phát bước sóng λ1,λ2 ,…,λN N b thu hoạt đ ng bước sóng λN+1, λN+2,……,λ2N( N số thu bao) Tại thu bao thu phát bước sóng ri ng Trạm xa ghép tín hiệu từ thu bao gửi tới trạm trung tâm Trạm xa thiết bị thụ đ ng n n tốn chi phí bảo dưỡng B chuyển mạch trạm xa định tuyến tín hiệu dựa vào bước sóng Năm 1996, mạng vòng n i hạt thiết kế m t mạng quang thụ đ ng PON Mục đích việc cung cấp khả truy nhập băng thơng rơng khách hàng phân phát tín hiệu hình ảnh video, liệu theo y u cầu mà v n đảm bảo giá thành thấp Ngoài người ta cịn sử dụng cơng nghệ cắt phổ LED để tạo bước sóng cho hệ thống WDM 1 N Bé ph¸t S W I T C H Thuª bao N+ MUX/ DMUX MUX/ DMUX Sợi quang N Bộ thu Thuê bao N+ Trạm xa 2N N Thuê bao N Trạm trung t©m Hình 4.5 Sơ đồ khối ngvịng quang th đ ng n i h t 4.2.3 Mạng WDM đa chặng Trong mạng đa chặng, m t k nh quang chuyển từ m t nút phải chuyển qua m t số nút trung gian Mỗi nút thu phát quang mạng WDMA đa chặng có m t số b thu phát quang thu phát m t vài bước sóng định Kết nối trực tiếp xảy bước sóng định trước nút đích trùng với m t bước sóng định trước nút phát Kết nối nút định tuyến qua nút trung gian Tại nút trung gian liệu chuyển thành tín hiệu điện Địa đích gói giải mã xử lí dạng điệnín Sau gói tin lại chuyển thành tín hiệu quang có bước sóng thích hợp chuyển tới nút đích hay nút trung gian Quá trình lặp lại đích Do vậy, gói tin chuyển qua nhiều chặng, gói tin phải qua m t số nút trung gian trước tới nút đích cuối Số lượng nút trung gian phụ thu c vào thiết kế quy mơ mạng Hình 4.6 m t ví dụ mạng đa chặng có nút Giả sử gói tin truyền từ nút tới nút Ta thiết lập kết nối trực tiếp nút Do đó, gói tin phải qua m t số nút trung gian Giả sử nút phát gói tin bước sóng λ2, gói tin chuyển đến nút Tại nút có q trình biến đổi quang điện, sử dụng bước sóng λ11 để truyền tới nút Hướng gồm chặng Ngồi ra, gói tin theo hướng khác với số chặng lớn M t ưu điểm mạng đa chặng so với mạng đơn chặng khơng thiết phải có thiết bị điều khiển k nh nút mạng hoạt đ ng m t trạm lặp có nhiệm vụ định nhận gói tin hay chuyển gói tin tiếp tới nút khác mạng Kết nối mạng đa chặng thực linh hoạt cách khác nhau, đường khác Chính vậy, mang đa chặng giảm tượng tắc ngh n đường truyền so với mạng đường chặng Hình 4.6 M t ng đa chặng nút Hiện có m t số cấu trúc mạng WDMA đa chặng Ví dụ, mạng đa chặng có cấu trúc hình đa diện Cấu truc thường sử dụng để ghép nhiều b xử lý b máy tính lớn Trong mạng đa chặng nút thi nút nằm góc hình lập phương Trong mạng N nút (N=2m) nút đặt m t đỉnh hình đa diện Mỗi nút nối trực tiếp tới m nút khác Khi truyền tín hiệu từ m t chặng tới m t chặng khác qua nhiều m chặng Số lượng chặng trung bình phải qua m Mỗi nút cần có m b thu Ta sử dụng m t số kĩ thuật khác để giảm số b thu Nhưng số chặng trung bình lại tặng l n M t số mạng WDMA đa chặng triển khai cấp đ thực nghiệm mạng Teranet Starnet Mạng Teranet mạng thực nghiệm triển khai trường đại học Columbia dạng truyền mạch tế bào ATM 1Gb s chuyển mạch k nh 1Gb/s Hình 4.7 mơ tả sơ đồ khối chức m t nút mạng Teranet Hình 4.7 Sơ đồ khối ch c n ng t nút tr ng ng Teranet Thiết bị thu quang m t nút gồm b lọc quang khả chỉnh đặt trước m t photodiode m t b lọc trung tần có số cố định.Thiết bị thu quang laser DFB có bước sóng định trước Thiết bị chyển mạch ma trận chuyển mạch điện 3x3, tốc đ vào 1Gb s Ma trận chuyển mạch định tuyến gói tin tới m t cổng thích hợp tuỳ thu c vào địa đích gói tin Mạng Starnet mạng LAN WDMA Coherent xây dựng trường đại học Standford hệ thống hỗ trợ mạng WDMA đơn chặng chuyển mạch k nh đa chặng chuyển mạch gói 100Mb s Mỗi nút có m t b phát hai b thu Hệ thống hoạt đ ng bước sóng trung tâm 1319nm, sợi quang đơn mode, khoảng cách truyền 2km, cơng suất trữ 10dB, tỉ lệ lỗi bít 10 -9 4.3 Ứng dụng WDM mạng chuyển mạch quang Hiện nay, phát triển dịch vụ thoại phi thoại mà đặc biệt Internet m t số dịch vụ băng r ng khác tạo bùng nổ nhu cầu dung lượng Kỹ thuật WDM đời giải vấn đề tr n Như phần tr n đề cập, kỹ thuật WDM ứng dụng mạng truyền d n mạng truy nhập Người ta sử dụng tài nguy n băng thông to lớn sợi quang để truyền nhiều k nh quang tr n sợi quang M t sợi quang truyền d n thông tin số tới hàng chục GB s Sự tăng trưởng với tốc đ nhanh chóng dung lượng hệ thống truyền d n sức ép đ ng lực mạnh cho phát triển hệ thống chuyển mạch Hệ thống chuyển mạch mạng thơng tin có quy mơ y u cầu ngày lớn tốc đ ngày phải cao Hầu hết mạng sử dụng trường chuyển mạch điện sử dụng sợi quang phương tiện truyền d n Chuyển mạch thực thông qua q trình biến đổi tín hiệu quang thành nạg tín hiệu điện ban đầu sau biến đổi ngược lại Chuyển mạch điện có nhược điểm linh kiện điện không cho phép kết nối dải băng r ng sợi quang tạo th m trễ có biến đổi quang điện nút trung gian Để giải vấn đ này, nhà nghi n cứu bắt đầu đưa kỹ thuật quang tử vào hệ thống chuyển mạch, thực chuyển mạch quang Chuyển mạch quang có khả chuyển mạch luồng liệu quang mà không cần biến đổi quang điện Do đó, khơng bị linh kiện chuyển mạch điện tử hạn chế tốc đ Ngoài ra, chuyển mạch quang không phụ thu c vào tốc đ vào tốc đ phương thức điều chế tín hiệu, có cơng suất ti u thụ thấp Song kỹ thuật chuyển mạch quang cịn tồn nhiều khó khăn việc đưa vào ứng dụng thực tế Phần kết nối thiết bị chuyển mạch với sợi sợi vào phức tạp thiết bị phải thoả mãn phân cực nghi m ngặt Do tác dụng linh kiện logic quang cịn đơn giản, khơng thể hồn thành chức xử lí logic phức tạp b phận điều khiển, n n b chuyển mạch quang điện v n cịn phải điều khiển tín hiệu điện Có ba loại chuyển mạch quang chuyển mạch quang theo không gian, chuyển mạch quang theo thời gian chuyển mạch quang theo bước sóng Đặc điểm ba phương pháp ngày khác nhau, mức đ khó dễ thực chuyển mạch khac Nếu tín hiệu quang lúc sử dụng phương pháp chuyển mạch tr n ta có chuyển mạch hỗn hợp Trong đó, phương pháp chuyển mạch khơng gian bước sóng phổ biến 4.4 Kết lu n chương Hiện công nghệ WDM chìa khố để giải tốn truyền tải lưu lượng tốc đ cao, dung lượng lớn Với ưu điểm tr i, ứng dụng nhiều nơi, nhiều mạng phục vụ nhiều loại hình dịch vụ Ở chương tìm hiểu m t số ứng dụng hệ thống WDM truyền d n, mạng đa truy nhập, mạng chuyển mạch quang KẾT LUẬN Truyền d n dung lượng cao theo hướng sử dụng công nghệ WDM có m t sức hút mạnh nhà cung cấp dịch vụ viễn thông hàng đầu giới Đã có hàng loạt tuyến truyền d n vận hành khai thác theo công nghệ này, chi phí đầu tư tính ổn định có nhiều điểm hẳn so với ghép k nh truyền thống TDM, mà nhu cầu dung lượng ngày cao Khi nâng cấp m t hệ thống thông tin quang theo cơng nghệ WDM, có nhiều vấn đề cần phải xem xét, nhu cầu dung lượng, cấu hình hợp lý cấu hình tối ưu Mỗi m t mục nhỏ đồ án m t tốn kỹ thuật, địi hỏi phải có m t giải pháp tối ưu tồn diện Vấn đề mật đ ghép bước sóng, ITU-T ban hành chuẩn tần số khoảng cách ghép k nh, trở n n lạc hậu so với công nghệ tách ghép bước sóng nay, mà khoảng cách ghép bước sóng hệ thống WDM giảm xuống cịn 25 GHz Cơng nghệ khuếch đại quang sợi đời, mở m t chặng cho thơng tin quang nói chung cho thơng tin WDM nói ri ng, giải vấn đề suy hao, quỹ công suất mà không cần b lặp 3R cồng kềnh, chi phí lớn đáp ứng tốc đ thông tin thấp Th m vào đó, module bù tán sắc DCM “nhúng” vào thiết bị WDM, làm cho hệ thống WDM có th m nhiều hứa hẹn Khi k nh bước sóng đạt đến tốc đ 10 Gbit s nữa, nhờ đạt tốc đ Tbit s tr n m t sợi đơn mode SSMF thông thường Với thời gian nghi n cứu tìm hiểu thực tế mạng lưới, tìm hiểu cơng nghệ WDM cịn hạn chế, đề cập đồ án thực nhỏ bé, mang tính chất tìm hiểu, tập dượt Cơng nghệ truyền d n WDM thực tế chưa triển khai nước ta, lại m t cơng nghệ cịn mới, thời kỳ mà có nhiều đ t biến giải pháp, công nghệ cho thiết bị Cuối em xin chân thành cảm ơn quan tâm giúp đỡ thầy cô giáo khoa, tạo điều kiện tốt để em hoàn thành đồ án Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo hướng d n ThS L Đình Cơng giúp đỡ em suốt thời gian làm đồ án Một lần em xin chân thành cảm ơn! Vinh, tháng n 11 Sinh viên Nguyễn Trọng Lộc TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Nguyễn Thị Quỳnh Hoa, B i gi ng thông tin quang, Khoa Điện Tử Viễn Thông - ĐHV [2] WWW.EBOOK.EDU.VN, Tổng quan hệ thống thông tin quang [3] Vũ Văn San (1997), Kỹ thuật thông tin quang, Nxb Khoa học Kỹ thuật [4] Dương Đức Tuệ (2001), Hệ thống ghé kênh the b ớc s ng, Nxb Bưu điện [5] Cao Phán (1998), Ghé kênh quang v khu ch đ i quang, Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng [6] Cao Phán (2000), Cơ sở kỹ thuật thơng tin quang, Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng [7] Trần Thủy Bình, Phạm Hồng Nhung (1999), Nghiên c u c c dẫn quang ới v kh n ng sử d ng v i sợi c c hệ thống tru n dẫn ng viễn thông Việt Na , Viện KHKT Bưu điện [8] Nguyễn Minh Dân (1995), M ng c quang n i h t v thuê ba quang, Đề tài nghi n cứu khoa học cấp ngành, Hà N i [9] DENIS J G MESTDAGH, Fundamentals of Multiaccess Optical Fiber Network, Artech House Boston - London [10] T OKOSHI AND K KIKUCHI, Optical University of Tokyo, Tokyo Fiber Communication, ... Chương Ứng dụng hệ thống WDM 74 4.1 Ứng dụng WDM mạng truyền d n…………… 74 4.1.1 Tuyến truyền d n điểm - điểm dung lương cao 74 4.1.2 Mạng quảng bá 77 4.2 Ứng dụng WDM mạng... thức Khoa học Công nghệ chuy n ngành Điện tử Viễn thông mà em đào tạo sau gần năm học tập trường Đại học Vinh Đồ án trình bày công nghệ mới: công nghệ ghép k nh theo bước sóng quang WDM (Wavelength... 1: Hệ thống thông tin quang Chương 2: Tổng quan hệ thống WDM Chương 3: M t số vấn đề công nghệ then chốt WDM Chương 4: Ứng dụng hệ thống WDM Chuẩn bị trở thành m t kỹ sư, với kiến thức bổ ích,