Chương III CÁC KỸ THUẬT CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG VÀ MẠNG HFC
3.1.3.Ưu điểm và nhược điểm của SDH
- Trở tải của photo diode RL >>50Ω thì gọi là bộ tiền khuếch đại trở kháng cao, RL = 50Ω thì gọi là bộ tiền khuếch đại trở kháng thấp.
Ta có L CR f π 2 1 = ∆ , F f R T k n L B T2 =4 ∆
σ , từ 2 công thức này ta thấy bộ tiền khuếch đại trở
kháng cao có ưu điểm là làm giảm tạp nhiệt song lại có băng tần hẹp. Nó thường được dùng kết hợp với bộ san bằng (equalizer) mắc tiếp sau để cải thiện độ rộng băng thông của bộ thu quang. Bộ tiền khuếch đại trở kháng thấp có tạp âm nhiệt lớn nhưng có độ rộng băng thông lớn hơn, nó thường được dùng cho các tuyến thông tin quang không đòi hỏi độ nhạy lớn.
b. Bộ tiền khuếch đại dạng hỗ dẫn ngược
Sơ đồ nguyên lý của bộ tiền khuếch đại dạng hỗ dẫn ngược được mô tả dưới đây. Bộ tiền khuếch đại hỗ dẫn ngược có ưu điểm là cho độ nhạy cao (giảm tạp nhiệt) và độ rộng băng tần lớn.
2.6.CÁC BỘ GHÉP NỐI QUANG HỌC (OPTO-COUPLER)
2.6.1.Bộ ghép/tách tín hiệu quang (Coupler)
Là thiết bị quang dùng để kết hợp tín hiệu từ các sợi quang khác nhau. Nếu coupler chỉ cho ánh sáng truyền qua nó theo một chiều gọi là coupler có hướng (directional coupler). Nếu nó cho phép ánh sáng đi theo hai chiều gọi là coupler song hướng (bidirectional coupler).
Hình2. 33: Cấu tạo của coupler FBT 2x2
Hình2. 34: Coupler hình sao với 8 ngõ vào và 8 ngõ ra
Nguyên lý hoạt động: Khi hai sợi quang được đặt cạnh nhau, ánh sáng sẽ được ghép từ sợi này sang sợi kia và ngược lại. Đó là quá trình truyền mốt ánh sáng trên sợi quang qua vùng ghép sẽ khác so với truyền trên sợi quang đơn. Khi đó, toàn bộ ánh sáng thuộc một sợi quang sẽ được ghép hoàn toàn sang sợi quang ghép với nó, phần
ánh sáng này tiếp tục được ghép ngược lại sang sợi quang ban đầu theo một chu kỳ tuần hoàn khép kín. Kết quả là ta có cường độ trường điện từ ở đầu ra của bộ ghép.
Ứng dụng:
- Bộ coupler với tỷ số ghép α=1 được dùng để trích một phần nhỏ tín hiệu quang, phục vụ cho mục đích giám sát.
- Coupler còn là bộ phận cơ bản để tạo nên các thành phần quang khác: bộ chuyển mạch tĩnh, bộ điều chế, bộ giao thoa …
- Thực hiện ghép/tách sóng trên sợi quang. Coupler 2x2 ghép 50:50 phân bố công suất ánh sáng từ đầu ra làm 2 phần bằng nhau ở 2 ngõ ra. Coupler này còn được gọi là coupler 3dB, được ứng dụng phổ biến nhất.
2.6.2.Bộ Isolator/Circulator
Isolator là thiết bị không thuận nghịch, nó chỉ truyền ánh sáng qua nó theo một chiều và ngăn không cho truyền theo chiều ngược lại. Nó được dùng tại đầu ra của thiết bị quang (bộ khuếch dại, nguồn phát laser) để ngăn quá trình phản xạ ngược trở lại của các thiết bị đó, gây nhiễu và hư hại thiết bị. Hai tham số chính của Isolator là suy hao xen và độ cách ly.
Circulator cũng thực hiện chức năng tương tự như bộ Isolator nhưng nó có nhiều cổng, thường là 3 đến 4 cổng. Hoạt động của Circulator cũng gống như của Isolator nên ta sẽ trình bày hoạtđộng của Isolator.
Hình2. 35:
(a) Sơ đồ khối của bộ Circulator 3 cổng (b) Sơ đồ khối của bộ Circulator 4 cổng
(c) Sơ đồ khối của bộ Isolator
Nguyên lý hoạt động: ánh sáng được truyền trong sợi quang với trạng thái phân cực bất kỳ được đưa đến bộ tách/ghép phân cực SWP (Spatial Walk-off Polarizer), tách thành hai dòng tín hiệu phân cực dọc và ngang theo hai đường độc lập nhau. Tiếp theo, đến bộ quay Faraday, quay pha 45o theo chiều kim đồng hồ. Mặt phẳng (Half- wave plate) thực hiện quay pha 45o theo chiều kim đồng hồ đối với tín hiệu truyền từ trái qua phải, quay pha 45o theo chiều ngược kim đồng hồ theo chiều từ phải qua trái. Cuối cùng, tín hiệu ở hai nhánh được kết hợp lại nhờ bộ SWP thứ hai. Nếu theo chiều ngược lại, hai bộ SWP sẽ khử lẫn nhau. Ánh sáng truyền qua bộ SWP thứ hai, qua bộ quay pha Faraday sẽ không thể kết hợp lại được tại bộ SWP thứ nhất.
Hình2. 36: Cấu tạo bộ Isolator khi ánh sáng vào phân cực dọc
Hình2. 37: Cấu tạo của bộ Isolator khi ánh sáng vào phân cực bất kỳ
Ứng dụng:
- Isolator thường được gắn trước đầu ra của bộ khuếch đại quang hoặc nguồn phát laser để ngăn ánh sáng phản xạ ngược trở lại thiết bị gây nhiễu và làm hỏng thiết bị.
- Bộ Circulator được dùng như một bộ phận để chế tạo phần tử xen rớt quang OADM.
Bộ phân cực Bộ phân cực
Khóa (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bộ quay pha Faraday
Ánh sáng đi vào Ánh sáng đi ra Ánh sáng phản xạ Ánh sáng đi vào
Bộ quay pha Faraday
SWP
A Mặt phẳng λ/2 SWPA
Ánh sáng phản xạ Ánh sáng đi ra
Chương III
CÁC KỸ THUẬT CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG VÀ MẠNG HFC
3.1.KỸ THUẬT TRUYỀN DẪN SDH
3.1.1.Khái quát về SDH
Hệ phân cấp số đồng bộ SDH là một chuẩn quốc tế về truyền dẫn đồng bộ tốc độ cao cho mạng viễn thông quang, được Liên minh viễn thông quốc tế ITU phê chuẩn lần đầu tiên vào tháng 11/1988, nội dung gồm các khuyến nghị G.707, G.708, G.709. Các chuẩn này định nghĩa về tốc độ truyền, khuôn dạng tín hiệu, các cấu trúc ghép kênh và cách xử lý, sắp xếp các bit truyền ứng với một dịch vụ vào một cấu trúc SDH cho một giao diện nút mạng NNI (Network Node Interface – giao diện chuẩn quốc tế của SDH).
Ngoài ra, CCITT còn xây dựng các chuẩn khác để quản lý hoạt động của các bộ ghép kênh đồng bộ (G.781, G.782 và G.783) và quản lý mạng SDH (G.784). Việc tiêu chuẩn hóa các thiết bị SDH để việc quản lý mạng kinh tế, linh hoạt hơn, phù hợp với các đòi hỏi của các nhà điều hành mạng, nhằm đáp ứng cho các dịch vụ mới băng thông rộng trong tương lai.
SDH đáp ứng được những đòi hỏi của các mạng chuyển mạch, truyền dẫn và điều khiển mạng. Những khả năng này cho phép SDH được sử dụng trên cả 3 vùng ứng dụng của mạng truyền thống: mạng nội hạt (Local Network), mạng liên đài (Inter- exchange Network) và mạng đường dài (Long Haul Network). SDH hoạt động dựa trên việc đưa một tín hiệu ghép kênh đồng bộ vào một luồng quang truyền trên cáp sợi quang. SDH cũng được sử dụng trên các tuyến vô tuyến tiếp sức, thông tin vệ tinh và ở các giao diện điện trong thiết bị viễn thông. Do đó, có thể nói SDH đã tạo ra một hạ tầng mạng viễn thông thống nhất.
Các ưu điểm của công nghệ SDH:
- Cho phép xây dựng một mạng viễn thông kinh tế và linh hoạt: Các chuẩn SDH được xây dựng dựa trên nguyên lý ghép kênh đồng bộ trực tiếp, đây là yếu tố
then chốt tạo nên tính kinh tế và linh hoạt của mạng viễn thông. Điều đó có nghĩa là các tín hiệu nhánh có thể được ghép trực tiếp vào một tín hiệu SDH tốc độ cao hơn mà không cần qua các cấp ghép trung gian. Các phần tử mạng SDH có thể được kết nối trực tiếp trên mạng với rất ít thiết bị nên hiệu quả kinh tế cao.
- Tăng cường khả năng bảo trì và quản lý mạng: Việc tăng cường các khả năng bảo trì và quản lý mạng là yêu cầu không thể thiếu đối với một mạng viễn thông. Để thực hiện được điều đó, SDH có cấu trúc nhiều lớp trong một cấu hình ghép kênh, tại các lớp tương ứng với các vùng bảo trì (đoạn và tuyến) đều có thông tin đầy đủ và rõ ràng hỗ trợ cho việc điều hành khai thác và bảo trì ở vùng tương ứng trên mạng. Trong một cấu trúc tín hiệu SDH, người ta đã dành khoảng 5% dung lượng sử dụng cho các thủ tục quản lý, bảo trì và thực hành mạng (PDH chỉ khoảng 0,5%).
- Cung cấp khả năng truyền tải tín hiệu linh hoạt: Tín hiệu SDH có khả năng truyền tất cả các tín hiệu nhánh hiện có trên mạng viễn thông PDH (như các tín hiệu nhánh 2Mb/s, 34 Mb/s và 140 Mb/s của châu Âu CEPT cũng như các tín hiệu nhánh DS1, DS2 và DS3 ở Bắc Mỹ). Tức là, SDH có thể hoàn toàn tương thích với mạng hiện có. Ngoài ra, SDH còn có khả năng truyền tải các tín hiệu băng rộng ứng với các dịch vụ tiên tiến trong tương lai như:
+ Phương thức truyền không đồng bộ ATM (Asynchronous Transfer Mode): chuẩn cho B-ISDN.
+ Giao diện truyền số liệu phân tán trên cáp quang FDDI (Fiber Distributed Data Interface): chuẩn cho mạng cục bộ LAN tốc độ cao.
+ Chuẩn cho mạng MAN DQDB (Distributed Queue Dual Bus).
- Cho phép xây dựng một hạ tầng mạng viễn thông thống nhất: Nhằm đạt được tính mềm dẻo, cấu trúc tín hiệu SDH được tối ưu hóa đối với cả mạng truyền dẫn và các ứng dụng chuyển mạch. Điều đó làm cho việc quản lý mạng rất đơn giản trên cả 3 vùng ứng dụng viễn thông truyền thống nói trên. Có thể có một hạ tầng mạng SDH duy nhất, trong đó cho phép kết nối giữa các vùng trực tiếp, hiệu quả và đơn giản.
Ngoài ra, SDH còn đưa ra một giao diện mạng đã chuẩn hóa là NNI, cho phép kết nối trực tiếp thiết bị truyền dẫn của nhiều nhà cung cấp thiết bị khác nhau.
3.1.2.Truyền dẫn đồng bộ
a. Khái niệm về đồng bộ của các tín hiệu số
Hai tín hiệu được gọi là đồng bộ với nhau nếu như sự dịch chuyển số của chúng là cùng một tốc độ một cách chính xác. Thực tế, vẫn có thể có sự sai pha giữa hai tín hiệu nhưng điều đó không vượt quá giới hạn cho phép. Sự sai pha này có thể do trễ truyền sóng hoặc do hiện tượng trôi tần thấp trong mạng truyền dẫn. Trong mạng đồng bộ, tất cả các đồng hồ đều hoạt động theo một đồng hồ chuẩn PRC (Primary Reference Clock). Độ chính xác của PRC là không kém hơn 10-11 và nhận được từ đồng hồ chuẩn nguyên tử Cesium.
Hai tín hiệu số được gọi là cận đồng bộ nếu như sự dịch chuyển số của chúng chỉ “gần như” cùng một tốc độ với sự biến thiên về tốc độ bị rằng buộc trong một giới hạn rất chặt chẽ. Giới hạn này đã được ITU-T đưa ra trong khuyến nghị G.811.
Trong trường hợp tín hiệu không đồng bộ, các tín hiệu không nhất thiết phải dịch chuyển theo cùng một tốc độ. Khái niệm không đồng bộ trong trường hợp này có thể hiểu là sự sai khác giữa hai đồng hồ phải lớn hơn sự sai khác của hai đồng hồ trong trường hợp cận đồng bộ.
b. Đồng bộ trong truyền dẫn số
Trong hệ thống đồng bộ, tần số trung bình của các đồng hồ trong hệ thống là như nhau. Mọi đồng hồ tớ đều chạy theo một đồng hồ chuẩn có độ ổn định rất cao. Do vậy, tốc độ luồng số STM-1 luôn được giữ vững ở 155,52 Mb/s, làm cho việc ghép các luồng STM-1 lại với nhau không phải dùng kỹ thuật nhồi bit, dẫn đến việc truy nhập vào luồng STM-1 từ các luồng cấp cao hơn rất dễ dàng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Các luồng nhánh tốc độ thấp như 2,048 Mb/s được chuyển trong VC-12 với tốc đô cao hơn (2,304 Mb/s). Để tách ra luồng nhánh từ VC, người ta dùng cơ chế “con trỏ” kết hợp với các bộ đệm để bù lại sự chênh lệch về tần số nhịp của các đồng hồ cũng như sự trôi pha, tránh được hiện tượng mất dữ liệu khi mất đồng bộ.
Trong mạng viễn thông có các hệ thống chuyển mạch số và nối chéo số, tín hiệu đồng bộ thường được chia thành các cấp khác nhau. Trên mạng, các tín hiệu đồng hồ sẽ quan hệ với nhau theo kiểu chủ-tớ tùy theo độ chính xác của tín hiệu đồng hồ.
Các nút có đồng hồ chính xác hơn sẽ cấp tín hiệu định thời cho đồng hồ ở các nút cấp thấp hơn. Tất cả đồng hồ của các nút đều bám theo đồng hồ chuẩn PRC.
Tín hiệu đồng hồ của một thiết bị đầu cuối SDH có thể nhận được từ khối cung cấp tín hiệu SSU (Synchronisation Supply Unit) thông qua các hệ thống chuyển mạch và các thiết bị khác. Do đó, thiết bị đầu cuối này có thể được coi là thiết bị chủ (master) đối với các nút SDH khác, cung cấp tín hiệu định thời vào tín hiệu tín hiệu STM-N ở đầu ra của nó. Các nút SDH khác sẽ làm việc trong chế độ tớ (slave) với đồng hồ của chúng được định thời theo tín hiệu STM-N nhận được. Các chuẩn hiện hay quy định một mạng SDH phải nhận tín hiệu định thời từ một nguồn đồng hồ chuẩn PRC.
Theo khuyến nghịG.707, các tốc độ của phân cấp số đồng bộ SDH như sau:
Tốc độ bit (Mb/s) Viết tắt SDH Dung lượng SDH
51,84 51 Mb/s STM-0 21E1
155,52 155 Mb/s STM-1 63E1 hoặc 1E4
622,08 622 Mb/s STM-4 252E1 hoặc 4E4
2488,32 2,4 Gb/s STM-16 1008E1 hoặc 16E4
9953,28 10 Gb/s STM-64 4032E1 hoặc 64E4
Bảng3. 1: Các tốc độ của phân cấp số đồng bộ SDH.
3.1.3.Ưu điểm và nhược điểm của SDH
a. Ưu điểm
- Đã được tiêu chuẩn hóa quốc tế với mức truyền dẫn cơ sở STM-1 tốc độ 155,52 Mb/s và các cấp truyền dẫn cao hơn, do vậy đáp ứng được các dịch vụ tốc độ cao, ISDN…
- Hệ thống SDH là hệ thống đồng bộ, toàn bộ thiết bị trong hệ thống được đồng bộ với một đồng hồ chủ.
- Phù hợp với cả 2 chuẩn công nghệ của PDH là chuẩn châu Âu, chuẩn Bắc Mỹ và Nhật Bản.
- Đã có tiêu chuẩn cho thiết bị truyền dẫn của các hãng (chuẩn quang).
- Các tín hiệu giám sát, bảo dưỡng quản lý được truyền trực tiếp trong các khung, do vậy có tính thống nhất trên toàn tuyến.
b. Nhược điểm
- Phức tạp: vì phải ghi rõ sự tương quan về pha giữa các luồng (giữa các từ mào đầu).
- Việc ghép luồng theo kiểu byte xen byte làm tăng jitter hơn kiểu bit xen bit của PDH.
- Thiếu mức giao tiếp ghép cho luồng 8 Mb/s.
3.1.4.Cấu trúc ghép kênh SDH
Cấu trúc ghép kênh SDH được trình bày trong khuyến nghị G.709 của CCITT. Không giảm tổng quát và để thấy rõ hơn cấu trúc ghép kênh SDH, ta nghiên cứu cấu trúc ghép kênh SDH để nhận được khung STM-1 theo ETSI (Viện các tiêu chuẩn viễn thông châu Âu).
Hình3. 1: Cấu trúc ghép kênh SDH. Luồng (Mb/s) Container C-n Container ảo C-n Đơn vị luồng TU-n Đơn vị quản lý AU 1.544 C-11 VC-11 TU-11 2.048 C-12 VC-12 TU-12
6.312 C-2 VC-2 TU-2
34.368 C-3 VC-3 TU-3 AU-3
44.736 C-3 VC-3 TU-3 AU-3
139.264 C-4 VC-4 AU-4 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng3. 2: Các thành phần trong cấu trúc ghép kênh SDH.
C-n (Container-n) có kích thước đủ để chứa các byte tải trọng thuộc một trong các luồng cận đồng bộ, đồng thời có khả năng chứa tín hiệu băng rộng.
VC-n (Virtual Container-n) là container ảo. Có hai lại VC là VC cơ sở VC-n (VC-11, VC-12, VC-2) phần tử này gồm một C-n (n=1;2) cộng thêm các byte mang thông tin điều khiển, giám sát và quản lý tuyến gọi là POH (Path Overhead – mào đầu tuyến). VC bậc cao (VC-3, VC-4) gồm một C-n (n=3,4) hoặc tập hợp các nhóm đơn vị nhánh (TUG-2, TUG-3) cùng với các byte POH.
TU-n (Tributary Unit-n) đơn vị nhánh: gồm một VC-n được gắn thêm con trỏ đơn vị nhánh, con trỏ thông báo vị trí bắt đầu của VC-n trong TU-n.
TUG-n (Tributary Unit Group-n) nhóm đơn vị nhánh: là luồng số tốc độ cao hơn được ghép từ một số đơn vị nhánh vào thành một nhóm.
AU-n (Administrative Unit-n) đơn vị quản lý : bao gồm một VC bậc cao được gắn thêm con trỏ để xác định vị trí của VC trong khung truyền dẫn và để ghi nhận sự khác nhau về pha giữa VC và khung truyền dẫn.
Hình3. 2: Các bước ghép kênh đồng bộ.
3.1.5.Cấu trúc khung STM-1
Khung STM-1 là dạng khung cơ bản nhất của SDH. Thời gian truyền của khung là 125μs, do đó sẽ truyền được 8000 khung mỗi giây.