3.5.2.1. Bài toán mô phỏng
- Mô phỏng mạng truyền dẫn DWDM gồm 2 mạng vòng ZONE2 và ZONE4&5 với 20 nút mạng ROADM và 1 nút mạng OLA.
- Hệ thống có thể hỗ trợ tối đa 35 bước sóng từ 192,1 THz đến 195,5 THz, thay vì 40 bước sóng như trong dự án thật để tăng tốc độ tính toán của phần mềm Optisystem, mà vẫn cấu hình đủ bước sóng như trong dự án. Vòng
68
ZONE2 sử dụng 18 bước sóng, vòng ZONE4&5 sử dụng 30 bước sóng, có thể tái sử dụng bước sóng vì 2 mạng tách biệt nhau.
- Cấu hình các nút mạng gần giống như thiết kế trong dự án, tuy nhiên sẽ bỏ qua một số tính năng như: bảo vệ OLP/OMSP, giám sát kênh OSC, giám sát công suất.
- Hệ thống phải đảm bảo tất cả tín hiệu tại bộ thu phải thoả mãn điều kiện chất lượng tín hiệu với BER <= 10-9 với tốc độ tín hiệu 10 Gbps.
3.5.2.2. Thiết kế các thành phần DWDM
- Bộ phát đáp OTU2S
Hình 3.8: Cấu trúc bộ OTU2S
- Bộ tái tạo tín hiệu 3R song hướng OTU2F
69
- Bộ ghép/tách kênh quang
Bộ MUX/DEMUX sử dụng phần tử WDM Mux và WDM Demux trong thư viện WDM Multiplexer Library của Optisystem. Hỗ trợ tối đa 35 kênh từ C21- C55 (192,1THz - 195,5THz) theo bảng tần số chuẩn ITU. Suy hao xen là 3 dB.
- Khối bù tán sắc DCM
Hệ thống sử dụng 4 bộ bù tán sắc cho các khoảng cách 20, 40, 60, 80 & 100 km. Bộ bù tán sắc sử dụng sợi quang DCF với các thông số như sau:
Hệ số suy hao: 0,6 dB/km; hệ số tán sắc: -80 ps/nm/km. Bảng 3.1 thống kê giá trị các tham số của các loại DCM.
Loại Chiều dài (km) Suy hao (dB) Tán sắc(ps/nm)
DCM20 4.2 2.5 -336
DCM40 8.5 5.1 -680
DCM60 12.75 7.65 -1020
DCM80 17 10.2 -1360
DCM100 21.25 12.75 -1700
Bảng 3.1 : Các thông số của các module DCM
- Bộ chuyển mạch chọn lọc bước sóng WSS
Bộ này sử dụng các phần tử MUX/DEMUX, bộ chia công suất Power Splitter 1x2 và hệ thống chuyển mạch phụ gồm bộ chuyển mạch quang Y Select 2x1 ( với ROADM 2 bậc ) hoặc 3x1 ( ROADM 3 bậc ). Thiết bị thực tế có thể hỗ trợ tới 8 bậc, tuy nhiên dự án chỉ sử dụng tối đa cho nút 3 bậc. Hình 3.10 minh hoạ cấu trúc bộ WSS cho ROADM 2 bậc.
70
Hình 3.10: Cấu trúc bộ chuyển mạch bước sóng
- Bộ khuếch đại EDFA
Các bộ khuếch đại HOA (BA), PA, và OA sử dụng phần tử Optical Amplifier (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
trong thư viện Amplifier Library/Optical/EDFA. Phần tử này có tính năng cân bằng độ lợi. Giá trị NF của BA là 6, của PA và OA là 4 (nhiễu thấp để đảm bảo chất lượng tín hiệu tại phía thu). Độ lợi của mỗi bộ tuỳ thuộc vào từng nút mạng.
- Bộ khuếch đại Raman
Bộ RAU sử dụng phần từ Raman Amplifier – Avenger Power Model trong thư viện Amplifier Library/Optical/Raman như hình 3.11. Bộ khuếch đại sử dụng đa bơm với cấu hình bơm ngược với 4 laser bơm có công suất và tần số bơm đã được tối ưu hoá để đảm bảo độ lợi được làm phẳng (<1 dB), cung cấp độ lợi khoảng 13 dB, hệ số nhiễu NF khoảng 7.
71
Hình 3.11 : Bộ khuếch đại Raman bơm ngược
- Cấu hình nút ROADM
Nút ROADM 2 bậc sử dụng 2 bộ WSS cùng các tách ghép kênh VMU, ODU, DCM và các bộ khuếch đại. Nút ROADM 3 bậc (hình sử dụng 3 bộ WSS. Các nút có thể có thêm bộ khuếch đại RAU và các card tái tạo tín hiệu OTU2F.
72
Hình 3.13 : Cấu hình ROADM 3 bậc
- Sơ đồ mạng vòng ZONE2
73
- Sơ đồ mạng vòng ZONE4&5
Hình 3.15 : Sơ đồ thiết kế mạng vòng ZONE4&5
3.5.2.4. Cấu hình tham số hệ thống
- Tốc độ dữ liệu: 10 Gbps
- Sợi quang G.652: Hệ số suy hao: 0,3 dB/km ; Hệ số tán sắc 17 ps/nm/km - Sợi quang G.655: Hệ số suy hao: 0,3 dB/km ; Hệ số tán sắc 6 ps/nm/km - Công suất phát quang CW laser: 0 dBm
- Công suất tín hiệu từ OTU: ~ -2,5 dBm ( do suy từ bộ điều chế ngoài ) - Độ nhạy thu: -14 dBm tại BER <=10-12
3.5.2.5. Tính toán suy hao và độ lợi các bộ khuếch đại
- Suy hao xen:
MUX/DEMUX: 3dB WSS: 6 dB
Tín hiệu đi qua ROADM: 12 dB Tín hiệu xen/rẽ tại ROADM: 6 dB
- Bộ khuếch đại BA đảm bảo tín hiệu có công suất phát vào sợi quang khoảng -3 dBm, để tránh ảnh hưởng nhiều bởi hiệu ứng phi tuyến và tăng tốc độ tính toán sợi quang khi chạy phần mềm. Độ lợi PA khoảng 12 dB để bù suy hao xen cho tín hiệu đi qua
- Bộ khuếch đại OA thường bù suy hao của DCM và đảm bảo công suất tín hiệu lớn hơn độ nhạy thu.
74
- Bộ khuếch đại PA có độ lợi phụ thuộc vào khoảng cách truyền dẫn chặng trước và độ lợi khuếch đại Raman kết hợp nếu có.
- Bảng 3.2 thống kê lại suy hao các chặng và độ lợi của các bộ khuếch đại trong từng nút mạng. Ký hiệu x là không được sử dụng.
- Tuy nhiên trong quá trình mô phỏng bằng phần mềm có thể có thay đổi 1 ít giá trị độ lợi và có thể tuỳ chỉnh suy hao qua bộ VOA của bộ MUX trong WSS để đảm bảo công suất các kênh cân bằng nhau.
Chặng Khoảng cách (km) Suy hao (dB) DCM BA (dB) PA (dB) OA (dB) RAU (dB) PNP_VP05_02 – CHA019_ROADM 83 24.9 DCM80 12 25 10 x CHA019_ROADM – CHA_ZONE2 80 24 DCM80 12 25 10 x CHA_ZONE2 – CHA007 65 19.5 DCM60 12 20 8 x CHA007 – SVA006 103 30.9 DCM100 12 18 13 13 SVA006 – PRE017 100 30 DCM100 12 17 13 13 PRE017 – PNP_VP6_02 80 24 DCM80 12 24 10 x PNP_VP06_02 – PNP_VP05_02 15 4.5 x x 5 12 x PNP_VP05_01 – CHH007 101 30.3 DCM100 12 17 13 13 CHH007 – PUR004 102 30.6 DCM100 12 17 13 13 PUR004 – BAT019 61 18.3 DCM60 12 18 8 x BAT019 – BAT002 50 15 DCM40 12 15 6 x BAT002 – PAI002 90 27 DCM80 12 14 10 13 BAT002 – BAN035 85 25.5 DCM80 12 25.5 10 x PAI002 – BAT043 90 27 DCM80 12 14 10 13 BAT043 – BAN046 78 23.4 DCM60 12 23 8 x BAN046 – BAN035 95 28.5 DCM80 12 16 10 13
75 BAN035 – SIE029 51 15.3 DCM40 12 15 6 x SIE029 – SIE056 60 18 DCM60 12 18 8 x SIE056 – SIE_ZONE4 10 3 x x 5 12 x SIE_ZONE4 – SIE014 64 19.2 DCM60 12 19 8 x SIE014 – THO005 93 27.9 DCM80 12 15 10 13 THO005 – CHA019_OLA 94 28.2 DCM80 12 15 10 13 CHA019_OLA – PNP_VP06_01 81 24.3 DCM80 12 24 x x PNP_VP06_01 – PNP_VP05_01 15 4.5 x x 10 8 x (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 3.2: Bảng thống kê suy hao và độ lợi của các bộ khuếch đại
3.5.3. Kết quả và đánh giá
Ta lấy một số mẫu bước sóng để phân tích kết quả. Để đánh giá tính nối tầng nút mạng ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu như thế nào, ta sẽ xét 1 số bước sóng và các tuyến truyền dẫn có khoảng cách và số chặng khác nhau trong ZONE 2 như sau:
- CE01 (192,1 THz): PNP_VP05_02 – CHA019 (1 chặng) - CE05 (192,5 THz): PNP_VP05_02 – CHA_ZONE2 (2 chặng)
- CE03 (192.3 THz) : PNP_VP05_02 – SVA006 (4 chặng) có tái tạo lại tín hiệu tại CHA_ZONE2
- CE33 (195,3 THz) : PNP_VP06_02 – SVA006 (5 chặng) có tái tạo tín hiệu tại CHA_ZONE2
- CE34 (195.4 THz) : PNP_VP06_02 – CHA_ZONE2 (3 chặng)
Tại nút mạng PNP_VP06_02 :
Công suất phát bước sóng 195.3 THz, 195.4 THz khoảng -3 dBm. Phổ tín hiệu sau khi được ghép kênh :
76
Hình 3.16 : Phổ tín hiệu DWDM sau khi ghép kênh
Phổ tín hiệu DWDM sau khi qua bộ khuếch đại công suất:
77
Các thông số về công suất, nhiễu, OSNR các kênh DWDM:
Hình 3.18: Thông số tín hiệu DWDM
Tại nút mạng PNP_VP05_02:
Phổ tín hiệu DWDM sau khi qua bộ khuếch đại công suất như hình 3.19.
78
Các thông số về công suất, nhiễu, OSNR tín hiệu DWDM:
Hình 3.20: Thông số tín hiệu DWDM
Tại nút CHA019:
Mô hình mắt bước sóng 192,1 THz:
79
Tại nút CHA_ZONE2:
Mô hình mắt tại bước sóng 192,5 THz:
Hình 3.22: Mô hình mắt kênh 192,5 THz
Mô hình mắt tại bước sóng 195,4 THz: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
80
Tại nút SVA006:
Mô hình mắt tại bước sóng 192,3 THz:
Hình 3.24: Mô hình mắt kênh 192,3 THz
Mô hình mắt tại bước sóng 195,3 THz:
81
Nhận xét:
- Từ các kết quả trên ta thấy rằng chất lượng tín hiệu giảm dần khi số lượng nút mạng càng nhiều. Các kênh CE01, CE05, CE34, CE03, CE33 lần lượt đi qua từ 1 đến 5 nút, tỉ số BER giảm dần từ 10-29 còn 10-11, dù 2 kênh CE03 và CE33 được tái tạo tại nút trung gian CHA_ZONE2. Điều này được giải thích do đi qua càng nhiều nút thì tích luỹ nhiễu từ bộ khuếch đại, cũng như băng thông bị hẹp và méo do các bộ lọc trong ROADM. Ngoài ra cũng có thể kể do ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến, đặc biệt là hiệu ứng FWM. - Các kênh được xét ở trên đều có chất lượng tín hiệu tốt, BER thoả mãn nhỏ
hơn 10-9.
- Để giải quyết vấn đề chất lượng tín hiệu bị suy giảm do tính nối tầng nút mạng, ta có thể sử dụng các bộ khuếch đại có nhiễu thấp (NF = 5). Với khoảng cách truyền dẫn lớn có thể kết hợp bộ khuếch đại Raman phân bố với EDFA để cải thiện hệ số nhiễu và làm phằng độ lợi. Ngoài ra nên sử dụng các bộ ROADM có công nghệ lọc tốt có băng thông lọc lớn.
82
KẾT LUẬN
Mạng truyền dẫn băng thông rộng hiện nay đều sử dụng công nghệ DWDM để đáp ứng được yêu cầu ngày càng tăng về dung lượng như hiện nay. Thành phần quan trọng nhất trong mạng DWDM hiện nay chính là bộ ghép kênh xen/rẽ kênh tái cấu hình được - ROADM. Đây là thiết bị toàn quang cho phép cấu hình bước sóng từ xa tại bất kỳ nút mạng nào bằng phần mềm, các bước sóng được thiết lập chuyển mạch, xen/rẽ liên tục từ bất kỳ hướng nào. ROADM đem lại nhiều lợi ích to lớn cho việc định tuyến bước sóng trong mạng một cách linh hoạt, là chìa khoá quan trọng để giải quyết vấn đề tắc nghẽn lưu lượng mạng, bảo vệ mạng cũng như tối ưu về chi phí.
Luận văn đã trình bày các khía cạnh kỹ thuật DWDM từ nguyên lý hoạt động, các thành phần và thiết bị đặc trưng, các thông số kỹ thuật khi thiết kế mạng DWDM. Đặc biệt luận văn tập trung tìm hiểu ROADM về các công nghệ từ trước đến nay để xây dựng nên thiết bị, về các kiến trúc của ROADM được sử dụng trong mạng DWDM cũng như các đặc tính hữu ích của nó. Đặc biệt ROADM CDC (Colorless Directionless Contentionless) với khả năng cấu hình linh hoạt các bước sóng đang là kiến trúc mà các nhà sản xuất đang nghiên cứu và phát triển rộng rãi trong tương lai. Chương cuối của luận văn đã mô phỏng lại một dự án thiết kế mạng đường trục DWDM với ROADM cho Campuchia, từ đó có những đánh giá và nhận xét về bản thiết kế cũng như cho thấy tính linh hoạt của các bộ ROADM.
Do những hạn chế về thời gian và năng lực bản thân có hạn nên chắc chắn rằng luận văn còn có nhiều thiếu sót. Tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo để đồ án có thể được chính xác, đầy đủ và hoàn thiện hơn.
83
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]André, H. C. C. Fernandes, J. R. Ferreira da Rocha (2003), Raman Amplifiers for Use in WDM Systems, Rsvista Do Detua, VOL. 3, No. 8.
[2]Ashwin Gumaste and Tony Antony (2002), DWDM Network Designs and Engineering Solutions, Cissco Press, Indiana.
[3]B&C Consulting Service and IGI Consulting, Inc (2008), ROADMs - From the Core to the Edge, Information Gatekeepers Inc, MA.
[4]Đỗ Văn Việt Em (2007), Kỹ thuật thông tin quang 2, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, Hà Nội.
[5]I-Wei Hong (2002), Dispersion compensation in fiber optic communication systems, San Jose State University.
[6]Jane M. Simmons (2014), Optical Network Design and Planning, Springer International Publishing Switzerland.
[7]J. Theodoras (2009), “A Primer on ROADM Architectures”, ADVA Technology White Paper.
[8]J. Zyskind and A. Srivastava (2011), Optically Amplified WDM Networks,
Academic Press, Amsterdam.
[9]Laude, J. P. (2002), DWDM fundamentals, components, and applications, Artech House, Boston.
[10] L. Eldada (2005), “Advances in ROADM technologies and subsystems”, Photonic Applications in Devices and Communication Systems, Volume 5970, pp. 611-620.
[11] L. Eldada (2007), “Roadm architectures and technologies for agile optical networks”, Optoelectronic Integrated Circuits, Proc. SPIE 6476. [12] Louay Eldada (2008), Optical add/drop multiplexing architecture for (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
metro area networks, Proc.Spie 10.1117/2.1200801.0950.
[13] N. Antoniades, G. Ellinas and I. Roudas (2012), WDM Systems and Networks:Modeling, Simulation, Design, and Engineering, Springer Science & Business Media, NY.
84
[14] S. Tibuleac, M. Filer (2010), “Transmission impairments in DWDM networks with reconfigurable optical add-drop multiplexers”, Journal of Lightwave Technology, 28 (4), pp. 557-568.
[15] S. Tibuleac, M. Filer, S. Grindstaff, and D. Atlas (2006), “Design and optimization of multi-haul DWDM networks”, Network Architectures, Management, and Applications IV, Proc. of SPIE Vol. 6354 635421-1. [16] Sterling Perrin (2015), “Next-Generation ROADM Architectures &
Benefits”, Heavy Reading White Paper.
[17] http://www.solidsystems.co.kr/products_corebridge3200.htm [18] https://www.fiberoptics4sale.com/blogs/archive-posts/95052294- optical-fiber-attenuation [19] http://www.fiberdyne.com/products/itu-grid.html [20] http://www.globalspec.com/reference/21710/160210/chapter-2-13-2- chromatic-dispersion