bu tan sac trong thong tin quang toc do cao

8/15/2019 Bu Tan Sac Trong Thong tin Quang Toc Do Cao

1/20

Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu

Quách Bá Lâm – Đ04VT1 i

LỜI NÓI ĐẦU Công nghệ mạng quang WDM ra đời đã tạo nên những bƣớc phát triển rất

lớn cho các mạng truyền tải. Với sự ra đời của công nghệ WDM đã đáp ứng đƣợc

những nhu cầu tăng lên rất lớn về băng thông. Ngày nay các hệ thống thông tinquang đƣờng trục, các hệ thống dung lƣợng lớn đều sử dụng công nghệ WDM, với

những tuyến liên kết điểm điểm, rồi đến những liên kết cấu trúc mạng phức tạp

hơn để phù hợp với những yêu cầu đáp ứng mạng đƣợc đặt ra. Tuy nhiên, do một

số những ảnh hƣởng lớn tác động đến hệ thống WDM nên những nhà khai thác

mạng vẫn chƣa tận dụng đƣợc hết những ƣu điểm vƣợt trội của hệ thống này.

Những ảnh hƣởng đó phải kể đến đầu tiên chính là các ảnh hƣởng của tán sắc đối

với hệ thống WDM. Tán sắc làm hạn chế khoảng cách truyền dẫn cũng nhƣ tốc độ

của hệ thống WDM, gây ra lỗi bit làm xuống cấp nghiêm trọng đặc tính của hệthống WDM. Do đó vấn đề quản lý tán sắc trong hệ thống WDM đã và đang rất

đƣợc quan tâm. Vì vậy em đã lựa chọn nội dung đồ án tốt nghiệp tập trung nghiên

cứu Các phƣơng pháp bù tán sắc và ứng dụng bù tán sắc trong các hệ thống thông

tin quang tốc độ cao.

Nội dung đồ án của em bao gồm ba chƣơng:

Chƣơng I: Tổng quan về công nghệ WDM

Trong chƣơng này tìm hiểu một số nguyên lý cơ bản của công nghệ WDM,các cấu hình mạng và cơ chế bảo vệ cho mạng WDM.

Chƣơng II: Một số ảnh hƣởng đến hệ thống WDM

Tìm hiểu các loại tán sắc và các hiệu ứng phi tuyến cũng nhƣ những ảnh

hƣởng của tán sắc và các hiệu ứng phi tuyến đối với hệ thống WDM.

Chƣơng III: Các phƣơng pháp bù tán sắc và ứng dụng bù tán sắc trong

hệ thống WDM

Đƣa ra sự cần thiết phải quản lý tán sắc. Tìm hiểu các phƣơng pháp bù tánsắc nhƣ các mô hình bù trƣớc, các kỹ thuật bù sau, các sợi bù tán sắc, các bộ lọc

quang, các cách tử Bragg sợi, sự kết hợp pha quang. Ứng dụng bù tán sắc trong

các hệ thống sóng ánh sáng đƣờng dài, các hệ thống dung lƣợng lớn.

Mặc dù đã có nhiều cố gắng song do thời gian và trình độ có hạn nên đồ án

của em không thể tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý


2/20

Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu

Quách Bá Lâm – Đ04VT1 ii

kiến của các thầy cô giáo và các bạn để đồ án đƣợc hoàn thiện hơn. Em xin gửi lời

cảm ơn chân thành nhất tới cô giáo Lê Thanh Thủy đã tận tình hƣớng dẫn, giúp

đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đồ án.

Hà Nội, ngày 10 tháng 11 năm 2008

Sinh viên thực hiện

Quách Bá Lâm


3/20

Đồ án tốt nghiệp Mục lục

Quách Bá Lâm – Đ04VT1 iii

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .......................................................................................................... i

MỤC LỤC ............................................................................................................... iii

DANH MỤC HÌNH VẼ ........................................................................................... v

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT .................................................................................... viii CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WDM .......................................... 1

1.1 Nguyên lý cơ bản của WDM ...................................................................... 1

1.1.1 Giới thiệu về WDM ................................................................................ 1

1.1.2 Sự phát triển của công nghệ WDM ........................................................ 3

1.1.3 Sơ đồ khối hệ thống WDM .................................................................... 5

1.2 Các cấu hình mạng và cơ chế bảo vệ cho mạng WDM .............................. 7 1.2.1 Cấu hình điểm – điểm ............................................................................ 7

1.2.2 Cấu hình vòng Ring ................................................................................ 8

1.2.3 Cấu hình Mesh ...................................................................................... 10

CHƢƠNG II: MỘT SỐ THAM SỐ Ả NH HƢỞNG ĐẾN CHẤT LƢỢNG HỆTHỐNG WDM ...................................................................................................... 12

2.1 Tán sắc ...................................................................................................... 12

2.1.1 Giới thiệu chung ................................................................................... 12

2.1.2 Tán sắc vật liệu ..................................................................................... 13 2.1.3 Tán sắc dẫn sóng .................................................................................. 15

2.1.4 Tán sắc bậc cao ..................................................................................... 17 2.1.5 Tán sắc mode phân cực PMD ............................................................... 19

2.2 Các hiệu ứng phi tuyến ............................................................................. 22

2.2.1 Giới thiệu chung ................................................................................... 22

2.2.2 Hiệu ứng tự điều chế pha SPM ............................................................ 23 2.2.3 Hiệu ứng điều chế xuyên pha XPM ..................................................... 24

2.4.4 Hiệu ứng trộn bốn sóng FWM ............................................................. 25

2.2.5 Hiệu ứng tán xạ Raman ( SRS ) ........................................................... 26

2.4.6 Hiệu ứng tán xạ Brillouin ( SBS ) ........................................................ 28 CHƢƠNG III: CÁC PHƢƠNG PHÁP BÙ TÁN SẮC VÀ ỨNG DỤNG BÙ TÁNSẮC TRONG HỆ THỐNG WDM ........................................................................ 30

3.1 Sự cần thiết phải quản lý tán sắc .............................................................. 30

3.2 Các mô hình bù trƣớc ............................................................................... 32

3.2.1Kỹ thuật dịch tần trƣớc .......................................................................... 32

3.2.2 Các kỹ thuật mã hóa mới ...................................................................... 36

3.2.3 Các kỹ thuật dịch tần trƣớc phi tuyến .................................................. 38

3.3 Các kỹ thuật bù sau ................................................................................... 40

3.4 Các sợi bù tán sắc ..................................................................................... 42

3.5 Các bộ lọc quang ...................................................................................... 44 3.6 Các cách tử Bragg sợi ............................................................................... 48

3.6.1 Cách tử chu kỳ đều ............................................................................... 49

3.6.2 Cách tử sợi dịch tần .............................................................................. 52


4/20

Đồ án tốt nghiệp Mục lục

Quách Bá Lâm – Đ04VT1 iv

3.6.3 Bộ nối mode dịch tần ............................................................................ 56

3.7 Sự kết hợp pha quang ............................................................................... 57

3.7.1 Nguyên lý hoạt động ............................................................................ 57

3.7.2 Bù của tự điều chế pha SPM ................................................................ 58 3.7.3 Tín hiệu kết hợp pha ............................................................................. 60

3.8 Các hệ thống sóng ánh sáng đƣờng dài ...................................................... 64 3.8.1 Ánh xạ tán sắc theo chu kỳ ................................................................... 64

3.8.2 Nguyên lý đơ n ...................................................................................... 66

3.8.3 Các hiệu ứng phi tuyến trong kênh ...................................................... 69

3.9 Các hệ thống dung lƣợng lớn.................................................................... 71

3.9.1 Bù tán xạ băng rộng .............................................................................. 71 3.9.2 Bù tán sắc điều hƣớng .......................................................................... 74

3.9.3 Quản lý Tán sắc Bậc Cao ..................................................................... 77

3.9.4 Bù PMD ................................................................................................ 80 KẾT LUẬN ............................................................................................................ 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................... 87


5/20

Đồ án tốt nghiệp Danh mục hình vẽ

Quách Bá Lâm – Đ04VT1 v

DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Tốc độ tăng dung lƣợng thoại và số liệu theo thời gian ........................... 1

Hình 1.2 Ghép kênh theo bƣớc sóng WDM ............................................................ 3

Hình 1.3 Hệ thống WDM hai kênh. ......................................................................... 4

Hình 1.4 Sự phát triển của công nghệ WDM. .......................................................... 4 Hình 1.5 Sự tăng nên của dung lƣợng sợi. ............................................................... 5 Hình 1.6 Màu chức năng WDM ............................................................................... 5

Hình 1.7 Kiến trúc điểm – điểm. .............................................................................. 8

Hình 1.8 Cấu hình mạng Ring ................................................................................ 9

Hình 1.9 UPSR bảo vệ trên vòng ring WDM. ....................................................... 10

Hình 1.10 Các kiến trúc vòng ring, điểm điểm, mesh. .......................................... 11 Hình 2.1 Chỉ số chiết suất n và chỉ số nhóm ng thay đổi theo .............................. 15

bƣớc sóng ở sợi thủy tinh ....................................................................................... 15

Hình 2.2 Tham số b và các vi phân của nó d(Vb)/dV và V[d2(Vb)/dV2] .............. 16

thay đổi theo tham số V ......................................................................................... 16 Hình 2.3 Tán sắc tổng D và các tán sắc vật liệu DM, DW cho ............................. 17 sợi đơn mode thông dụng ....................................................................................... 17

Hình 2.4 Bƣớc sóng phụ thuộc vào tham số tán sắc D đối với các sợi .................. 19

tiêu chuần, sợi dịch tán sắc, và sợi tán sắc phẳng. ................................................. 19 Hình 2.5 Hiện tƣợng tán sắc mode phân cực PMD ............................................... 20

Hình 2.6 : Ảnh hƣởng của hiệu ứng tự điều chế pha SPM .................................... 23 Hình 2.7 Ảnh hƣởng của hiệu ứng điều chế xuyên pha XPM ............................... 24

Hình 2.8 Hiệu ứng FWM ....................................................................................... 25

Hình 2.9 Giản đồ năng lƣợng của quá trình tán xạ Raman .................................... 26

Hình 2.10 Phổ khuếch đại Raman của sợi Silic ở bƣớc sóng bơm λ p=1μm .......... 27 Hình 2.11 Ảnh hƣởng của tán xạ Raman ............................................................... 28

Hình 3.1 Sự thay đổi của tham số mở rộng với khoảng cách truyền ..................... 33

cho một xung đầu vào Gaussian dịch tần. .............................................................. 33

Hình 3.2 Sơ đồ kỹ thuật dịch tần trƣớc đƣợc sử dụng để bù tán sắc: ................... 35 (a) đầu ra FM của laze DFB (b) dạng xung do bộ điều chế ngoài tạo ra c) xungđƣợc dịch tần trƣớc đƣợc sử dụng trong truyền tín hiệu. ....................................... 35 Hình 3.3 Bù tán sắc sử dụng mã FSK: (a)Tần số và công suất quang của tín hiệutruyền dẫn.(b) Tần số và công suất của tín hiệu thu và dữ liệu giải mã điện ........ 37

Hình 3.4 Các vạch tuyến dọc của tín hiệu 16 Gb/s đƣợc truyền đi ....................... 37

70 km chiều dài sợi tiêu chuần: (a) có và (b) không có SOA gây ra dịch tần. ...... 37

Hình 3.5 Dịch tần áp dụng ngang xung khuếch đại cho một vài giá trị của Ein/Esat.Một xung đầu vào Gaussian đƣợc thừa nhận cũng nhƣ G0 = 30 dB và βc = 5 ..... 39

Hình 3.6 Tán sắc giới hạn khoảng cách truyền dẫn nhƣ là một hàm của công suất phát đối với các xung Gaussian(m=1) và siêu Gaussian ( m=3 ) ở tốc độ bit là .. 41 Hình 3.7: (a) Biểu đồ của một DCF có sử dụng sợi mode ..................................... 44

bậc cao (HOM) và hai cách tử chu kỳ dài (LPG). (b) Phổ tán sắc của DCF ......... 44

Hình 3.8 Quản lý tán sắc trong đƣờng truyền sợi đƣờng dài có sử dụng ............. 46


6/20


Quách Bá Lâm – Đ04VT1 vi

các bộ lọc quang sau mỗi bộ khuếch đại. Các bộ lọc bù GVD và giảm nhiễu của bộ khuếch đại. ........................................................................................................ 46

Hình 3.9 (a) Một mạch sóng ánh sáng phẳng sử dụng chuỗi giao thoa ................. 47

Mach-Zehnder; (b) tổng quan thiết bị trải rộng. .................................................... 47 Hình 3.10: (a) Cƣờng độ và (b) pha của hệ số phản xạ đƣợc mô tả thành hàm điều

hƣớng δ Lg trong cách tử sợi đều với κLg = 2 ( đƣờng cong liền ) hoặc κLg = 3 (đƣờng cong đứt quãng ). ........................................................................................ 50

Hình 3.11: GVD do cách tử tạo ra đƣợc mô tả là một hàm của δ cho một vài giá trịcủa hệ số ghép κ. .................................................................................................... 51

Hình 3.12: Hệ số truyền (đƣờng nét đứt ) và độ trễ thời gian (đƣờng nét liền) làmột hàm của bƣớc sóng đối với cách tử đều trong đó κ(z) biến thiên tuyến tính từ0 đến 6 cm-1 trên độ dài 11 cm. .............................................................................. 52

Hình 3.13: Bù tán sắc bằng cách tử sợi dịch tần tuyến tính: (a) chỉ số n(z) dọc theochiều dài cách tử.(b) độ phản xạ tần số cao và thấp tại các vị trí khác nhau trongcách tử do sự biến thiên trong bƣớc sóng Bragg. ................................................. 54

Hình 3.14: Hệ số phản xạ và độ trễ thời gian của cách tử sợi dịch tần tuyến tính có băng thông 0,12 nm. ............................................................................................... 55

Hình 3.15: Mô hình bù tán sắc bằng hai bộ lọc truyền dạng sợi: (a) bộ ghép haimode dịch tần (b) sợi hai lõi thon. ......................................................................... 56 Hình 3.16: Thiết lập thí nghiệm để bù tán sắc thông qua biến đổi phổ giữa nhịptrong sợi dịch tán sắc dài 21 km. ........................................................................... 61

Hình 3.17: Vòng lặp sợi xoay vòng đƣợc sử dụng để truyền tín hiện 10 Gb/s đi10.000 km chiều dài sợi tiêu chuẩn trên cơ sở áp dụng DCF theo chu kỳ. Các bộ

phận đƣợc sử dụng bao gồm laze điốt (LD), bộ điều chế hấp thụ điện (EA), hệchuyển mạch quang (SW), bộ khuếch đại sợi (EDFA), sợi đơn mode (SMF), và

DCF. ....................................................................................................................... 65

Hình 3.18: Các cách tử xếp tầng đƣợc sử dụng để bù tán sắc ............................... 73

trong hệ thống WDM ............................................................................................. 73

Hình 3.19: (a) Mô tả phổ phản xạ và (b) toàn bộ GVD nhƣ một hàm của điện ápcho cách tử sợi với gradient nhiệt độ. .................................................................... 76

Hình 3.20: Độ nhạy của máy thu trong thí nghiệm 160 Gb/s, là một hàm của tánsắc dự trƣớc có (hình vuông) và không có (hình tròn) cách tử Bragg dạng sợi(CFBG). Sự tăng trong đồ thị theo dõi đƣợc mô tả cho 110 ps/nm ở hình bên phải. ................................................................................................................................ 77

Hình 3.21: Dạng xung sau khi xung đầu vào 2,6 ps đƣợc truyền đi 300 km bằngsợi dịch tán sắc (β2 = 0). Hình trái và phải so sánh sự cải thiện thu đƣợc bằng bùtán sắc bậc ba. ........................................................................................................ 78 Hình 3.22: Mô hình của bộ bù PMD quang (a) và điện (b). ................................. 81

Hình 3.23: Bù PMD điều hƣởng do cách tử sợi dịch tần lƣỡng chiết. .................. 82 (a) Căn nguyên của trễ nhóm vi phân (b) Dịch dải dừng dải dừng do căng cách tử. ................................................................................................................................ 82


7/20


Quách Bá Lâm – Đ04VT1 vii

Hình 3.24: Hệ số mở rộng xung là hàm của DGD trung bình trong bốn trƣờng hợp.Đƣờng chấm mô tả sự tăng do sử dụng bộ bù PMD bậc một. Các vòng tròn bôiđen và rỗng mô tả kết quả mô phỏng số. ............................................................... 84


8/20

Đồ án tốt nghiệp Thuật ngữ viết tắt

Quách Bá Lâm – Đ04VT1 viii

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

AM Amplitude Modulation Điều chế biên độ APS

Automatic Protection

SwitchingChuyển mạch bảo vệ tự động

ATMAsynchronous Transfer

ModeChế độ chuyển tải bất đồng bộ

BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit

BLSRBidirectional Line

Switched RingVòng ring chuyển mạch đƣờng hai chiều

BPF Bandpass filter Bộ lọc thông dải CD Chromatic Dispersion Tán sắc sắc thể

DBRDistributed Bragg

Reflection Phản xạ phân bố Bragg

DCFDispersion Compensating

Fiber

Sợi bù tán sắc

DDFDispersion Decreasing

FiberSợi giảm tán sắc

DEMUX Demultiplexer Bộ giải ghép kênh DFB Distributed Feedback Hồi tiếp phân tán DSF Dispersion Shifted Fiber Sợi quang dịch tán sắc DWDM Dense WDM WDM mật độ cao

EA

Electroabsorption

Modulator Bộ điều chế hấp thụ điện

EDFAErbium Dopped Fibre

AmplifierBộ khuếch đại quang sợi Ebrium

FBG Fiber Gragg Grating Cách tử Bragg sợi FM Frequency Modulation Điều tần FP Fabry-Perot Khoang cộng hƣởng FSK Frequency Shift Keying Khóa dịch pha tần số FWM Four-Wave Mixing Trộn bốn sóng

GVDGroup Velocity

DispersionTán sắc vận tốc nhóm

IOF Inter-Office Facility Thiết bị văn phòng IP Internet Protocol Giao thức Internet

LASER

Light Amplified and

Stimulated Emission of

Radiation

Khuếch đại ánh sáng bức xạ kích thích

MESH Mesh Dạng lƣới MMF Multimode Fibre Sợi đa mode


9/20

Đồ án tốt nghiệp Thuật ngữ viết tắt

Quách Bá Lâm – Đ04VT1 ix

MUX Multiplexer Bộ ghép kênh

MZMach-Zehnder

InterferometerBộ giao thoa kế Mach-Zehner

NLS Nonlinear Schroedinger Schroedinger phi tuyến

NZDSF

None-Zero Dispersion

Shifted Fiber

Sợi quang dịch chuyển tán sắc khác

không

OADMOptical Add/Drop

MultiplexerBộ ghép kênh xen/rẽ quang

OPCOptical Phase

ConjugationK ết hợp pha quang

PC Polarization Controller Bộ điều khiển phân cực

PDHPlesiochronous Digital

HierachyPhân cấp cận đồng bộ

PMDPolarization Mode

DispersionTán sắc mode phân cực

PSP Principal State ofPolarization Trạng thái phân cực chính

RING Ring Dạng vòng RMS Root-Mean-Square Trị hiệu dụng RZ Return to Zero Trở về không

SBSStimulated Brillouin

ScatteringTán xạ Brillouin kích thích

SDHSynchronous Digital

HierachyPhân cấp số đồng bộ

SMF Single Mode Fibre Sợi quang đơn mode

SOA Semiconductor OpticalAmplifier Bộ khuếch đại quang bán dẫn

SONETSynchronous Optical

NetworkMạng quang đồng bộ

SOP State of Polarization Trạng thái phân cực SPM Self of Polarization Tự điều chế pha

SRSStimulated Raman

ScatteringTán xạ Raman kích thích

SW Optical Switch Hệ chuyển mạch quang

TDMTime Division

MultiplexingGhép kênh theo thời gian

UPSRUnidirectional Path

Switched RingVòng ring chuyển mạch tuyến một chiềuduy nhất

WDMWavelength Division

MultiplexingGhép kênh theo bƣớc sóng

XPM Cross Phase Modulation Điều chế chéo pha ZD Zero-Dispersion Tán sắc bằng không


10/20

Đồ án tốt nghiệp Chương I: Tổng quan về công nghệ WDM

Quách Bá Lâm – Đ04VT1 1

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WDM

1.1 Nguyên lý cơ bản của WDM

1.1.1 Giới thiệu về WDM Phần dƣới đây chúng ta sẽ tìm hiểu một vài thông tin cần thiết để biết tại

sao Hệ thống ghép kênh phân chia theo bƣớc sóng (WDM) lại là một sự đổi mới

quan trọng trong các mạng quang và những lợi ích mà nó có thể cung cấp.

-

Nhu cầu về băng thông : sự bùng nổ nhu cầu băng thông mạng do sự tăng

trƣởng mạnh của lƣu lƣợng số liệu, đặc biệt là giao thức internet (IP). Cứ 6 ÷ 9

tháng dịch vụ cung cấp băng thông tăng gấp đôi trên mạng đƣờng trục. Lƣu lƣợng

Internet tăng 300% mỗi năm trong khi tốc độ tăng trƣởng của lƣu lƣợng thoại chỉ

khoảng 13% mỗi năm (xem hình 1.1). Ở cùng một thời điểm giá trị lƣu lƣợ ng

mạng tăng cao, lƣu lƣợng dữ liệu tự nhiên của nó là rất phức tạp. Lƣu lƣợng trên

mạng đƣờng trục có thể bắt nguồn dựa trên cơ sở mạch (fax và thoại TDM), cơ sở

gói (IP), hoặc cơ sở tế bào (ATM và Frame Relay). Thêm vào đó, có một phần dữ

liệu tăng nhạy cảm với trễ nhƣ thoại qua IP và luồng video.

Hình 1.1 Tốc độ tăng dung lƣợng thoại và số liệu theo thời gian

-

Những sự lựa chọn trong việc tăng băng thông : Với thách thức tăng lên

đột ngột của dung lƣợng mạng trong khi chi phí bị rằng buộc, các hãng truyền


11/20



thông có hai sự lựa chọn: lắp đặt sợi quang mới hoặc tăng hiệu quả băng thông của

sợi có sẵn.

Lắp đặt sợi mới là các phƣơng pháp truyền thống đƣợc sử dụng với các

hãng truyền thông để mở rộng mạng của họ. Tuy nhiên, triển khai sợi mới là rất

tốn kém. Chi phí lắp đặt sợi mới khoảng 70000 đô trên một dặm, mà chi phí này

hầu hết là các chi phí giấy phép và xây dựng nhiều hơn là chi phí cho chính sợi

quang. Chỉ lắp đặt sợi mới khi cần phải mở rộng bao lấy mạng cơ sở.

Tăng hiệu quả dung lƣợng của sợi có sẵn có thể thực hiện bằng hai cách:

+ Tăng tốc độ bit của các hệ thống có sẵn.

+ Tăng số bƣớc sóng trên một sợi.

Tăng tốc độ bit: sử dụng TDM, dữ liệu thƣờng đƣợc truyền ở tốc độ 2,5

Gbps và tăng đến 10 Gbps; những kết quả gần đây đƣa ra ở tốc độ 40 Gbps. Tuynhiên, các mạch điện tử muốn làm đƣợc điều này thì rất phức tạp và tốn kém, cả

về mua sắm và bảo dƣỡng. Thêm nữa, có những vấn đề kỹ thuật quan trọng có thể

làm hạn chế tính ứng dụng của kỹ thuật này. Ví dụ, truyền dẫn ở 10 G bps qua sợi

đơn mode ( SM ), bị ảnh hƣởng bởi tán sắc màu nhiều hơn 16 lần tốc độ 2,5 Gbps.

Công suất truyền dẫn lớn hơn cũng yêu cầu tốc độ bit cao hơn, đƣa hiệu ứng phi

tuyến có thể ảnh hƣởng đến chất lƣợng dạng sóng. Thêm nữa tán sắc mode phân

cực tác động làm giới hạn khoảng cách xung ánh sáng có thể truyền.

Tăng số bƣớc sóng: trong phƣơng pháp này, nhiều bƣớc sóng đƣợc kết

hợp lại vào trong một sợi đơn. Sử dụng công nghệ ghép kênh phân chia theo bƣớc

sóng ( WDM ) với một vài bƣớc sóng, hoặc màu sắc ánh sáng có thể ghép đồng

thời mỗi tín hiệu 2,5 Gbps đến 40 Gbps trên một thành phần sợi. Không phải lắp

đặt thêm sợi mới, hiệu quả dung lƣợng của sợi sẵn có có thể tăng từ hệ số 16 or

32. Các hệ thống với 128 và 160 bƣớc sóng đƣợc hoạt động ngày nay, với mật độ

cao hơn.

Ghép kênh phân chia theo bƣớc sóng: WDM làm tăng dung lƣợng truyềncủa môi trƣờng vật lý ( sợi ) sử dụng phƣơng pháp hoàn toàn khác của TDM.

WDM gán các tín hiệu quang vào trong các tần số riêng của ánh sáng ( các bƣớc

sóng hoặc các lam đa λ ) bên trong một dải tần nào đó. Bởi vì mỗi kênh đƣợc

truyền ở một tần số khác nhau, nên chúng ta có thể lựa chọn chúng sử dụng một


12/20



bộ điều hƣớng. Một cách khác để nghĩ về WDM là mỗi kênh sẽ có một màu sắc

ánh sáng khác nhau; một số kênh sau đó sẽ làm nên một “ cầu vồng ”.

Hình 1.2 Ghép kênh theo bƣớc sóng WDM

Trong hệ thống WDM, mỗi một bƣớc sóng đƣợc truyền trong sợi, và các tín

hiệu đƣợc phân kênh ở đầu cuối thu. Giống TDM, dung lƣợng kết quả là kết hợp

của các tín hiệu đầu vào, nhƣng WDM mang mỗi tín hiệu đầu vào độc lập khác

nhau. Điều này có nghĩa rằng mỗi kênh có băng thông của riêng mình; tất cả các

tín hiệu đi đến ở cùng một thời điểm, hơn nữa không bị chia ra và mang vào mỗi

khe thời gian.

1.1.2 Sự phát triển của công nghệ WDM

Hệ thống WDM đầu tiên đƣợc bắt đầu khoảng cuối năm 1980 sử dụng hai bƣớc sóng có khoảng cách rộng trong miền 1310 nm và 1550 nm ( hoặc 850 nm

và 1310 nm ), thỉnh thoảng đƣợc gọi là WDM băng rộng. Hình 1.3 miêu tả một ví

dụ về WDM khuôn mẫu đơn này. Chú ý rằng một đôi sợi đƣợc sử dụng để truyền

và một đôi sợi đƣợc sử dụng để nhận dữ liệu.

Khoảng đầu năm 1990 đƣợc thấy hệ thống WDM thế hệ hai, còn đƣợc gọi

là hệ thống WDM băng hẹp, trong hệ thống này có từ hai đến tám kênh đƣợc sử

dụng. Khoảng cách giữa các kênh này là khoảng 400 Ghz ở cửa sổ bƣớc sóng

1550 nm. Vào giữa năm 1990, các hệ thống WDM mật độ cao ( DWDM ) đƣợcđƣa ra với 16 đến 40 kênh và khoảng cách giữa các kênh là từ 100 đến 200 Ghz.

Vào cuối năm 1990 các hệ thống DWDM đã đƣợc phát triển có dung lƣợng lên tới

64 đến 160 kênh song song, khoảng cách giữa các kênh có mật độ rất dày ở

khoảng 50 hoặc thậm chí 25 Ghz.


13/20



Hình 1.3 Hệ thống WDM hai kênh.

Ở hình 1.4 cho thấy, quá trình phát triển của công nghệ có thể đƣợc xemnhƣ sự tăng nên của các bƣớc sóng, thêm vào đó là sự giảm đi của khoảng cách

giữa các bƣớc sóng. Cùng với sự tăng lên của mật độ các bƣớc sóng, các hệ thống

cũng đƣợc cải tiến sao cho có cấu hình mềm dẻo hơn, nhờ vào các chức năng tách

ghép, và năng lực quản lý.

Hình 1.4 Sự phát triển của công nghệ WDM.

Sự tăng trong mật độ các kênh từ công nghệ DWDM đã tạo ra một ảnh

hƣởng sâu sắc đến dung lƣợng mang của sợi. Vào năm 1995, khi mà các hệ thống


14/20



10 Gbps đầu tiên đƣợc chứng minh, tốc độ tăng lên của dung lƣợng sợi đƣợc đi lên

theo tính tuyến tính cho mỗi bốn năm một ( hình 1.5 ).

Hình 1.5 Sự tăng nên của dung lƣợng sợi.

1.1.3 Sơ đồ khối hệ thống WDM

a)

Các chức năng của hệ thống WDM

Ở lõi của hệ thống WDM gồm có một số nhỏ các chức năng của lớp vật lý.

Điều này đƣợc miêu tả trong hình 1.6 , cho thấy một WDM màu với bốn kênhthông tin. Mỗi kênh quang chiếm một bƣớc sóng riêng của chính nó.

Hình 1.6 Màu chức năng WDM

Hệ thống WDM thực hiện các chức năng chính sau:


15/20



- Phát tín hiệu: Nguồn, các laze bán dẫn, phải đƣợc cung cấp ổn định với

mỗi kênh riêng, độ rộng phổ hẹp để mang dữ liệu số, đƣợc điều chế nhƣ

một tín hiệu tƣơng tự.

- Kết hợp tín hiệu: các hệ thống WDM hiện đại sử dụng các bộ ghép kênh

để kết hợp các tín hiệu. Có một số các suy hao vốn có đi cùng với các bộ

ghép và tách kênh. Các suy hao này phụ thuộc vào số các kênh thông tin

nhƣng có thể đƣợc bù lại bằng các bộ khuếch đại quang, cái mà khuếch đại

tất cả các bƣớc sóng lên mà không cần phẩi biến đổi thành điện.

-

Truyền dẫn tín hiệu: các ảnh hƣởng của xuyên nhiễu và suy giảm hay

suy hao tín hiệu quang cần phải đƣợc tính toán trong truyền dẫn sợi quang.

Các ảnh hƣởng này có thể đƣợc giảm bớt bằng cách điều chỉnh các biến

nhƣ khoảng cách kênh, khoảng bƣớc sóng, và các mức công suất laze. Quamột liên kết truyền dẫn, tín hiệu cần phải đƣợc khuếch đại quang lên.

- Tách các tín hiệu nhận được: Ở đầu cuối thu, các tín hiệu đƣợc ghép

phải đƣợc tách ra. Mặc dù, thao tác này đƣợc đƣa ra chỉ là ngƣợc lại của

phƣơng pháp kết hợp tín hiệu nhƣng nó thực sự lại là một công nghệ rất

khó.

-

Nhận tín hiệu: Tín hiệu đã đƣợc giải ghép kênh sẽ đƣợc thu bởi các bộ

tách sóng quang.

Với các chức năng này, một hệ thống WDM cũng phải đƣợc trang bị cácgiao diện khách để nhận tín hiệu vào. Chức năng này đƣợc thực hiện bởi các hệ

thống nhận và phát tín hiệu lại. Trên WDM khách là các giao diện sợi quang đƣợc

liên kết với các hệ thống WDM.

b) Các công nghệ cho phép

Mạng quang, không giống SONET/SDH, không dựa vào việc xử lý dữ liệu

điện. Đƣợc hiểu theo nghĩa thông thƣờng, sự phát triển của nó nhiều liên kết

quang hơn liên kết điện. Trong cấu trúc đầu tiên, nhƣ miêu tả ở phần trƣớc, WDMcó dung lƣợng mang các tín hiệu qua hai bƣớc sóng với khoảng cách rộng, và

truyền với một khoảng cách tƣơng đối ngắn. Tại thời điểm xa hơn ở trạng thái ban

đầu này, WDM cần tới cả sự tiến bộ trong các công nghệ sẵn có và cả những phát

minh công nghệ mới nữa. Sự tiến bộ trong các bộ lọc quang và các laze băng hẹp

cho phép WDM đƣợc kết hợp nhiều hơn hai bƣớc sóng tín hiệu trên một sợi. Sự


16/20



phát minh ra bộ khuếch đại quang có độ lợi phẳng, đƣợc nối trên đƣờng truyền với

sợi truyền dẫn để khuếch đại tín hiệu quang, làm cho khả năng của các hệ thống

WDM đƣợc tăng lên rất lớn về khoảng cách truyền dẫn.

Các công nghệ khác đã góp phần rất quan trọng trong sự phát triển của hệ

thống WDM bao gồm cả các sợi quang đã đƣợc cải tiến với suy hao thấp hơn và

các đặc tính truyền dẫn quang tốt hơn, các EDFA, và các thiết bị nhƣ là cách tử

Bragg sợi đƣợc sử dụng trong các bộ ghép kênh tách/xen quang.

1.2 Các cấu hình mạng và cơ chế bảo vệ cho mạng WDM

Các kiến trúc mạng đều đƣợc dựa trên rất nhiều các nhân tố, bao gồm các

kiểu ứng dụng và các giao thức, khoảng cách, mô hình sử dụng và truy nhập, và

các cấu hình mạng sẵn có. Ví dụ xét trong mạng khu vực đô thị, cấu hình điểm

điểm phải đƣợc sử dụng để kết nối các vị trí tổ chức kinh doanh, các cấu hìnhvòng ring để kết nối các thiết bị trong văn phòng ( IOFs ) và để truy cập đến các

khu dân cƣ, và cấu hình mesh phải đƣợc sử dụng cho các kết nối bên trong POP và

kết nối đến các mạng trục đƣờng dài . Trong thực tế, lớp quang phải có khả năng

hỗ trợ nhiều loại cấu hình, bởi vì sự phát triển không ổn định trong các khu vực

này, các cấu hình đó phải đƣợc linh hoạt.

Ngày nay, cấu hình chính trong sự phát triển là cấu hình điểm điểm và vòng

ring. Với các liên kết điểm điểm trên WDM ở giữa các vị trí kinh doanh diện rộng,

chỉ cần có một thiết bị trƣớc khách hàng để biến đổi lƣu lƣợng ứng dụng thành các bƣớc sóng và ghép chúng. Các hãng truyền thông với các cấu hình vòng ring tuyến

tính có thể mở rộng theo hƣớng toàn vòng ring dựa trên cơ sở các OADM. Nhƣ

thế các chuyển mạch và kết nối chéo quang có thể trở nên phổ biến hơn, các mạng

vòng ring và điểm điểm này sẽ đƣợc kết nối đến các mesh, biến các mạng đô thị

quang thành những nền tảng khá linh động.

1.2.1 Cấu h ình điểm – điểm

Cấu hình điểm điểm có thể đƣợc bổ sung hoặc không cần OADM. Các

mạng này có đặc điểm đƣợc tạo bởi các tốc độ kênh cực cao ( 10 đến 40 Gbps ),

tính toàn vẹn và đáng tin cậy của tín hiệu cao, và khả năng phục hồi tuyến nhanh.

Trong các mạng đƣờng dài, khoảng cách giữa các bộ phát và bộ thu có thể là vài

trăm kilomet, và số các bộ khuếch đại yêu cầu giữa các điểm đầu cuối là phải nhỏ

hơn 10. Trong mạng MAN, thƣờng không sử dụng các bộ khuếch đại.


17/20



Sự bảo vệ trong các cấu hình điểm điểm có thể đƣợc cung cấp ở trong một

khoảng cách kết hợp. Trong thiết bị thế hệ đầu tiên, tính dự phòng thể hiện ở mức

hệ thống. Các liên kết song song kết nối hệ thống ở các đầu cuối. Sự chuyển giao

trong trƣờng hợp lỗi đƣợc chịu trách nhiệm của các thiết bị khách ( ví dụ nhƣ một

thiết bị chuyển mạch hoặc một bộ định tuyến ), trong khi chính các hệ thốngWDM chỉ cung cấp dung lƣợng.

Trong thiết bị thế hệ hai, tính dự phòng thể hiện ở mức card. Các liên kết

song song kết nối các hệ thống đơn ở đầu cuối đó bao gồm các bộ tách sóng, các

bộ ghép và các CPU. Ở đây sự bảo vệ đƣợc chuyển đến thiết bị WDM, với các

quyết định chuyển mạch dƣới sự điều khiển cục bộ. Cho ví dụ về một kiểu bổ

sung, sử dụng mô hình bảo vệ 1 + 1 dựa trên chuyển mạch bảo vệ tự động SONET

( APS ). Xem hình 1.7.

Hình 1.7 Kiến trúc điểm – điểm.

1.2.2 Cấu hình vòng Ring

Các vòng ring là kiến trúc phổ biến nhất đƣợc tìm thấy ở trong các khu vực

đô thị và các nhịp nối khoảng 10 kilomét. Các vòng ring sợi phải bao gồm ít cũng

khoảng bốn kênh bƣớc sóng, và đặc trƣng là số node ít hơn số kênh. Tốc độ bit

nằm trong dải từ 622 Mbps đến 10 Gbps trên mỗi kênh.

Cấu hình vòng ring có thể đƣợc triển khai với một hoặc nhiều hệ thốngWDM, hỗ trợ nhiều đến nhiều kiểu lƣu lƣợng, hoặc chúng có thể có một trạm hub

và một hoặc một số các node OADM, hoặc trạm vệ tinh ( xem hình 1.8 ). Ở node

hub lƣu lƣợng bắt đầu, đƣợc kết thúc và đƣợc quản lý, và kết nối đến các mạng

khác đã đƣợc thiết lập. Ở các node OADM, các bƣớc sóng đƣợc lựa chọn thì đƣợc


18/20



tách và đƣợc xen, trong khi các bƣớc sóng khác thì đƣợc truyền qua (gửi các

kênh). Trong cách này, các kiến trúc vòng ring cho phép các node trên vòng ring

cung cấp truy nhập đến các phần tử mạng nhƣ các bộ định tuyến, các chuyển

mạch, hoặc các máy chủ bằng cách xen hoặc tách các kênh bƣớc sóng trong miền

quang. Tuy nhiên với sự tăng thêm các OADM, tín hiệu tùy thuộc vào sự suy haovà sự khuếch đại có thể đƣợc cần đến.

Hình 1.8 Cấu hình mạng Ring

Các mạng đƣa ra cho ứng dụng WDM trong khu vực đô thị thƣờng đƣợcdựa trên các cấu trúc vòng ring SONET với 1 + 1 sự bảo vệ sợi. Do đó các mô

hình nhƣ Vòng Ring chuyển mạch tuyến một chiều duy nhất ( UPSR ) hoặc Vòng

Ring chuyển mạch đƣờng hai chiều ( BLSR ) có thể đƣợc sử dụng lại để bổ sung

cho WDM. Hình 1.9 cho thấy mô hình UPSR với hai sợi. Ở đây, hub và các node

gửi trên hai vòng xoay ngƣợc nhau, nhƣng cùng sợi bình thƣờng đƣợc sử dụng cho

tất cả các thiết bị nhận tín hiệu; do đó có tên một chiều. Nếu vòng ring làm việc bị

lỗi, thiết bị thu chuyển đến đôi khác. Mặc dù cách này cung cấp dự phòng, không

dùng lại băng thông có thể sử dụng, nhƣ thế sợi dự phòng phải luôn luôn sẵn sàngđể mang lƣu lƣợng làm việc. Mô hình này đƣợc sử dụng phổ biến nhất trong các

mạng truy nhập.


19/20



Hình 1.9 UPSR bảo vệ trên vòng ring WDM.

Các mô hình khác, nhƣ Vòng Ring chuyển mạch đƣờng hai chiều ( BLSR ),

cho phép lƣu lƣợng đi từ node gửi đến node nhận bằng tuyến tuyệt đối tốt nhất.

Bởi vì cách này, BLSR đƣợc coi là thích hợp cho các mạng lõi SONET, đặc biệt là

khi đƣợc thực hiện với bốn sợi.

1.2.3 Cấu hình Mesh

Cấu hình mesh là cấu hình tƣơng lai của các mạng quang. Do sự mở rộng

của nhiều mạng, nên các kiến trúc mạng ring và mạng điểm – điểm sẽ vẫn đƣợc phát triển, nhƣng mesh hứa hẹn đến một cấu hình mạnh mẽ nhất. Phát triển cấu

hình này sẽ có thể cho phép đƣợc đƣa vào cấu hình các kết nối chéo quang và các

chuyển mạch quang. Điều đó sẽ có trong một vài trƣờng hợp thay thế và trong các

trƣờng hợp khác bổ sung các thiết bị WDM cố định.

Từ quan điểm thiết kê, có một tuyến phát triển sẵn có từ cấu hình điểm

điểm đến cấu hình mesh. Bằng cách bắt đầu với các liên kết điểm điểm, đƣợc

trang bị thêm các node OADM ở nơi bắt đầu tính linh động, và rồi sau đó nối liền

chúng, mạng có thể mở rộng vào trong mesh mà không phải thiết kế hoàn toàn lại.

Thêm nữa, các cấu hình vòng ring và mesh có thể đƣợc nối bởi các liên kết điểm

điểm ( xem hình 1.10 ).


20/20


Q á h Bá Lâ Đ04VT1 11

Hình 1.10 Các kiến trúc vòng ring, điểm điểm, mesh.

Các mạng mesh WDM sẽ cần đến một cấp độ thông minh bậc cao để thực

hiện các chức năng bảo vệ và quản lý băng thông, kể cả sợi và chuyển mạch bƣớc

sóng. Tuy nhiên, lợi ích trong tính linh hoạt và hiệu suất là rất lớn. Sử dụng sợi có

thể đƣợc mức thấp trong giải pháp vòng ring bởi vì nhu cầu để các sợi bảo vệ trên

mỗi ring, có thể đƣợc tận dụng trong thiết kế mesh. Sự bảo vệ và khôi phục có thể

dựa trên các tuyến thành phần, bằng cách ấy cần một ít đôi sợi cho cùng số lƣợng

của lƣu lƣợng và không ảnh hƣởng các bƣớc sóng không đƣợc dùng đến. Cuối cùng, các mạng mesh sẽ phụ thuộc lớn vào các phần mềm để quản lý.

Một giao thức dựa trên chuyển mạch nhãn đa giao thức ( MPLS ) dƣới sự phát

triển để hỗ trợ chuyển các hƣớng qua một mạng toàn quang. Thêm vào nữa, sự

quản lý sẽ cần đến một kênh không chuẩn để mang thông tin giữa các phần tử

mạng.

bu tan sac trong thong tin quang toc do cao

Documents