Đang tải... (xem toàn văn)
Các thành phần trong hệ thống WDM, Tổng quan về hệ thống WDM.
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN Lời nói đầu: Thời gian gần đây, nhu cầu lu lợng tăng mạnh phát triển bùng nổ loại hình dịch vụ Internet dịch vụ băng rộng đà tác động không nhỏ tới việc xây dựng cấu trúc mạng viễn thông Việc xây dựng mạng hệ sau NGN đợc quan tâm nh giải pháp hữu hiệu nhằm thoả mÃn nhu cầu mạng lới thời gian tới Trong cấu trúc NGN, mạng truyền tải lu lợng khâu quan trọng có nhiệm vụ truyền thông suốt lu lợng lớn mạng, mạng truyền dẫn đợc xem huyết mạch Để thoả mÃn việc thông suốt lu lợng với băng tần lớn, hệ thống thông tin quang sử dụng công nghệ WDM đợc xem ứng cử quan trọng cho đờng truyền dẫn Công nghệ WDM đà cung cấp cho mạng lới khả truyền dẫn cao băng tần lớn sợi đơn mode, nhiều kênh quang truyền đồng thời sợi, kênh tơng đơng hệ thống truyền dẫn độc lập tốc độ nhiều Gbps Với nhận thức ấy,luận văn tốt nghiệp em báo cáo công nghệ WDM Bố cục luận văn gồm chơng: Chơng 1: Tổng quan hệ thống WDM Chơng2: Các thành phần hệ thống WDM Chơng 3: Một số vấn đề công nghệ then chèt hƯ thèng WDM Ch−¬ng4: øng dơng cđa hệ thống WDM Mặc dù đà cố gắng nhng hẳn vấn đề nêu phạm vi đồ án cha thể mang tính hoàn chỉnh vỊ mét vÊn ®Ị hÕt sóc quan träng nh− vËy Nội dung đồ án có vấn đề cần phải xem xét thêm tránh khỏi khiếm khuyết Rất mong đợc Thầy Cô giáo bảo, bạn sinh viên bạn đọc quan tâm tới vấn đề góp ý, dÉn thªm THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Em xin đợc cảm ơn sâu sắc Thầy giáo TS Phùng Văn Vận, nguời Thầy đà hớng dẫn, bảo, giúp em hoàn thành đồ án Xin gửi lời cảm ơn tới Thầy, Cô giáo môn thông tin quang, khoa viễn thông I, đặc biệt Thầy giáo TS Bùi Trung Hiếu, trởng môn thông tin quang, đà tạo điều kiện giúp đỡ em thời gian làm đồ án Hà Đông 24 ngày 10 tháng 10 năm 2005 Sinh viên Nguyễn Thành Chung THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục Mục lục i CHƯƠNG I TæNG QUAN VỊ HƯ THèNG WDM 1.1 Giíi thiƯu chung 1.1.1 Kh¸i qu¸t vỊ WDM 1.1.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống tách/ghép kênh quang 1.1.3 Đặc điểm hệ thống WDM 1.1.3.1 TËn dơng tµi nguyªn 1.1.3.2 §ång thêi trun dÉn nhiỊu tÝn hiƯu 1.1.3.3 NhiỊu øng dơng 1.1.3.4 Giảm yêu cầu siêu cao tốc linh kiện 1.1.3.5 Kªnh trun dÉn IP 1.2 Mét sè tham sè kü thuËt hÖ thèng WDM 1.2.1 Suy hao xen 1.2.2 Suy hao xuyªn kªnh 1.2.3 Độ rộng kênh khoảng cách kênh 1.2.4 Số lợng kênh 10 1.3 øng dông WDM 11 CáC THàNH PHầN TRONG Hệ THốNG WDM 14 Giíi thiƯu chung 14 2.1 Bé ph¸t quang 14 2.1.1 Yêu cầu nguồn quang WDM 15 2.1.2 Nguyªn lÝ Bragg 16 2.1.3 LASER håi tiÕp ph©n bè (DFB) 17 2.1.4 LASER phân bố phản x¹ Bragg (DBR) 18 2.2 Bộ tách quang ghép quang 19 2.2.1 Bé läc Mach-Zender 19 2.2.1.1 Cấu trúc nguyên lý hoạt động cña bé läc MachZender 19 2.2.1.2 Mét sè ®Ỉc tÝnh cđa bé läc quang Mach-Zender 21 Nguyễn Tnành Chung D2001VT i Đồ án tốt nghiệp đại học THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN Chơng Tỉng quan vỊ hƯ thèng WDM 2.2.1.3 Bé läc quang kh¶ chØnh 26 2.2.2Bé läc Fabry-Perot 28 2.2.2.1 Mở đầu 28 2.2.2.2 Mét sè tham sè cña bé läc Fabry-Perot 29 2.2.2.3 Bé läc Fabry-Perot kh¶ chØnh 32 2.2.2.4 Mắc nối tầng lọc Fabry-Perot 35 2.2.3 Bộ tách kênh miỊn kh«ng gian 37 2.2.3.1 Dùng lăng kính làm phần tử tán sắc góc 37 2.2.3.2 Cách tử nhiễu xạ 38 2.2.3.3 C¸ch tử phản xạ Bragg 44 a Cách tử phản xạ Bragg sợi 44 b) C¸c ứng dụng lọc phản xạ Bragg 46 2.3.3.4 Bộ lọc quang âm phản x¹ Bragg 47 2.3 Bé khuếch đại quang 48 2.3.1 Sù cÇn thiÕt sư dụng khuếch đại quang 48 2.3.2 Bộ khuếch đại quang sợi EDFA 49 2.4 Bé thu quang 52 2.5 Sỵi quang 52 Ch−¬ng iii 54 Mét sè vÊn ®Ị c«ng nghƯ then chèt 54 3.1 ổn định bớc sóng nguồn quang 54 3.2 ¶nh hởng tán sắc sợi quang truyền dẫn 55 3.2.1 Phơng pháp bù tán sắc điều chế tự dịch pha(SPM) 56 3.2.3 Phơng pháp bù tán sắc PDC 58 3.2.4 Phơng pháp bù tán sắc Pre-chirp (dịch tần trớc) 59 3.3 ảnh hởng hiệu ứng phi tuyến đến trun dÉn 59 3.3.1 C¸c hiƯu øng phi tuyÕn hÖ thèng WDM 60 3.3.2 Giải pháp khắc phục hiệu ứng phi tuyến sợi quang 63 3.4 Độ phẳng tăng ích khuyếch đại quang sợi 64 3.5 Tích luỹ tạp âm dùng khuyếch đại quang EDFA nhiều tầng 64 Ch−¬ng iv 65 Ngun Tnµnh Chung D2001VT Đồ án tốt nghiệp đại học THệ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Ch−¬ng Tỉng quan vỊ hƯ thèng WDM øng dơng cđa hƯ thèng wdm 65 4.1 øng dơng wdm m¹ng trun dÉn 65 4.1.1 Tun trun dÉn ®iĨm - ®iĨm dung l−ỵng cao 65 4.1.2 Mạng quảng bá 68 4.2 øng dơng cđa WDM mạng đa truy nhập 71 4.2.1 Mở đầu 71 4.2.2 M¹ng WDMA đơn chặng 73 4.2.3 Mạng WDMA đa chặng 75 4.3 øng dơng cđa WDM m¹ng chun m¹ch quang 78 Nguyễn Tnành Chung D2001VT Đồ án tốt nghiệp đại học THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN Chơng Tổng quan hệ thống WDM CHƯƠNG I TỉNG QUAN VỊ HƯ THèNG WDM 1.1 Giíi thiƯu chung Trong năm gần đây, phát triển dịch vụ thoại phi thoại mà đặc biệt Internet nh số dịch vụ khác đà tạo bùng nổ nhu cầu dung lợng Điều đặt lên vai nhà cung cấp dịch vụ đờng trục khó khăn thách thức míi KÜ tht ghÐp kªnh theo miỊn thêi gian TDM đà giải phần yêu cầu nhng hạn chế Trong thực tế, tốc độ tín hiệu TDM thờng nhỏ 10Gb/s Do ảnh hởng tợng tán sắc, hiệu ứng phi tuyến sợi quang tốc độ thành phần điện tử nên tăng tốc độ bit kênh TDM lên giới hạn này, chất lợng hệ thống không đảm bảo Để thích ứng với tăng trởng không ngừng thoả mÃn yêu cầu tính linh hoạt mạng, công nghệ truyền dẫn khác đà đợc nghiên cứu, triển khai thử nghiệm đa vào ứng dụng, số phải kể đến công nghệ WDM, OTDM, Soliton Phơng pháp ghép kênh theo bớc sóng WDM(Wavelength Division Multiplexing) đà tận dụng hữu hiệu nguồn tài nguyên băng rộng khu vực tổn hao thấp sợi quang đơn mode Ghép kênh theo bớc sóng WDM nâng cao dung lợng truyền dẫn hệ thống mà không cần phải tăng tốc độ kênh bớc sóng Do đó, WDM giải pháp tiên tiến kĩ thuật thông tin quang, đáp ứng đợc nhu cầu truyền dẫn yêu cầu chất lợng truyền dẫn hƯ thèng 1.1.1 Kh¸i qu¸t vỊ WDM Trong hƯ thèng WDM, tín hiệu điện kênh quang đợc điều chế với sóng mang quang khác Sau đó, chúng đợc ghép lại truyền sợi quang đến đầu thu Phía thu thực trình tách tín hiệu quang thành kênh quang riêng biệt có bớc sóng khác Mỗi kênh đợc đa đến máy thu riêng Công nghệ WDM cho phép khai thác đợc tiềm băng thông to lớn sợi quang Ví dụ, hàng trăm kênh 10Gb/s truyền sợi quang Khoảng cách kênh khoảng 50GHz Dới tính toán cho thấy hấp dẫn công nghệ WDM: Nguyễn Tnành Chung – D2001VT THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng Tổng quan vỊ hƯ thèng WDM H×nh 1.1 chØ hai cưa sổ truyền dẫn 1,3 1,5 cửa sợi quang Mỗi cửa sổ có băng thông truyền dẫn(suy hao thấp) sợi quang lớn; Chỉ với riêng cửa sổ quang 1550 nm dải bớc sóng sử dụng 1500 nm 1600 nm, tơng ứng với dải tần rộng cỡ 12,5 THz ! Băng tần cửa sỉ 1550 nm Phỉ cđa mét ngn quang α [dB] 1,5 1,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 [àm] Hình 1.1 Băng tần truyền dẫn sợi quang lớn! Sử dụng cho tốc độ truyền tin cỡ 10 Gbps cần sử dụng phần nhỏ băng tần truyền dẫn Rõ ràng, thấy dung lợng yêu cầu cỡ hàng trăm Gbps hoàn toàn nằm khả hệ thống WDM Thêm vào đó, hệ thống mềm dẻo có phần tử nh tách ghép quang, nối chéo quang, chuyển mạch quang, lọc quang thực lựa chọn kênh động tĩnh Khái niệm WDM đà đợc biết đến từ năm 1980, mà hệ thống quang đà đợc bắt đầu thơng mại hóa Dạng đơn giản WDM truyền hai kênh tín hiệu hai cửa sổ khác Ví dụ, truyền hai bớc sóng 1,3àm 1,55àm Khi đó, khoảng cách kênh 250nm Sau đó, khoảng cách kênh giảm dần Năm 1990, khoảng cách kênh nhỏ 0,1nm Trong suốt thập kỉ 90, hệ thống WDM đà đợc nhiều nớc giới quan tâm nghiên cứu Hiện nay, kỹ thuật ghép kênh theo bớc sóng đà đợc ứng dụng nhiều nớc giới nớc ta, Tổng công ty bu viễn thông Việt Nam định nâng cấp tuyến truyền dẫn Bắc Nam giải pháp ghép kênh theo bớc sóng 1.1.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống tách/ghép kênh quang Sơ đồ khối tổng quát hệ thống truyền dẫn quang đơn hớng ghép kênh theo bớc sóng đợc mô tả nh hình 1.2 Nguyễn Tnµnh Chung – D2001VT THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYEN Đồ án tốt nghiệp đại học Tx Chơng Tỉng quan vỊ hƯ thèng WDM λ1 , λ2 , λn λ1 OMUX n Tx Sỵi quang λn λ1 ODMU X n Rx Rx n Hình 1.2 Sơ đồ khối hệ thống WDM đơn hớng Tại phát, tín hiệu điện kênh quang đợc điều chÕ víi sãng mang quang cã ®é réng phỉ rÊt hẹp Tín hiệu quang đầu phát có bớc sóng khác , n Các kênh quang đợc ghép với nhờ ghép kênh quang OMUX truyền sợi quang đến đầu thu Yêu cầu ghép kênh phải có độ suy hao nhỏ để đảm bảo tín hiệu tới đầu ghép bị suy hao, kênh có khoảng bảo vệ định để tránh gây nhiễu sang Tại phía thu, ODMUX thực trình tách tín hiệu thu đợc thành kênh khác Mỗi kênh tơng ứng với bớc sóng Mỗi kênh đợc đa đến đầu thu riêng Để tránh xuyên nhiễu kênh, yêu cầu thiết kế giải ghép thật xác Tx 1 λ1λ .λ n n Tx λn λ n+1 Rx n Rx MUX/ DMUX MUX/ DMUX λ n +1 λ n λ2n λn λ n +1 Rx Rx n Tx Tx n 2n Hình 1.3 Sơ đồ khối hệ thống WDM hai hớng Phần trình bày phơng án truyền dẫn ghép bớc sóng quang hớng, tức tín hiệu đợc ghép đầu tách đầu kia, tín hiệu truyền sợi quang theo mét h−íng Ngoµi ng−êi ta cã thĨ thùc hiƯn trun dÉn ghÐp b−íc sãng quang hai h−íng sợi quang nh hình 1.3 Nguyễn Tnành Chung D2001VT Đồ án tốt nghiệp đại học THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Ch−¬ng Tỉng quan vỊ hƯ thèng WDM Trong hƯ thèng trun dÉn hai hớng, n kênh quang có bớc sóng 1n đợc ghép lại truyền theo hớng, n kênh quang khác có bớc sóng n+12n đợc ghép lại truyền theo hớng ngợc lại sợi quang Phơng pháp yêu cầu nghiêm ngặt độ rộng phổ kênh chất lợng tách kênh Trong hệ thống mà bớc sóng kênh quang cách xa nhau, thờng thuộc cửa sổ khác nhau, đợc gọi ghép tha SWDM (Sparse Wavelength Division Multiplexing) Hệ thống có khoảng cách kênh quang nhỏ, kênh quang có bớc sóng gần đợc gọi hệ thống ghép kênh mật độ cao DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) Khi ®ã vÊn ®Ị trở nên phức tạp nhiều yêu cầu chất lợng thành phần hệ thống quang cao 1.1.3 Đặc điểm hệ thống WDM 1.1.3.1 Tận dụng tài nguyên Công nghệ WDM tận dụng tài nguyên băng thông truyền dẫn to lớn sợi quang, làm cho dung l−ỵng trun dÉn cđa sỵi quang so víi truyền dẫn bớc sóng đơn tăng từ vài lần tới hàng trăm lần, từ tăng dung lợng sợi quang, hạ giá thành hệ thống Hiện nay, dải tần trun dÉn cã suy hao thÊp cđa sỵi quang míi đợc sử dụng phần nhỏ Nếu ứng dụng công nghệ WDM hiệu tận dụng băng tần sợi quang vấn đề truyền dẫn hÕt søc to lín Dïng c«ng nghƯ WDM cã thĨ ghép N bớc sóng truyền dẫn sợi quang đơn mode truyền dẫn hoàn toàn song công Do vậy, truyền dẫn thông tin đờng dài với dung l−ỵng lín, cã thĨ tiÕt kiƯm sè l−ỵng lín sợi quang Thêm vào khả mở rộng dung lợng cho hệ thống quang đà xây dựng Chỉ cần hệ thống cũ có độ d công suất tơng đối lớn tăng thêm dung lợng mà không cần thay đổi nhiều hệ thống cũ 1.1.3.2 Đồng thời truyền dẫn nhiều tín hiệu Vì công nghệ WDM sử dụng bớc sóng độc lập với nhau, truyền dẫn tín hiệu có đặc tính hoàn toàn khác nhau, thực việc tổng hợp phân chia dịch vụ viễn thông, bao gồm tín hiệu số tín hiệu tơng tù, tÝn hiƯu PDH vµ tÝn hiƯu SDH, trun dÉn tín hiệu đa phơng tiện (thoại, số liệu, đồ hoạ, ảnh động) Nguyễn Tnành Chung D2001VT Đồ án tốt nghiệp đại học THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN Ch−¬ng Tỉng quan vỊ hƯ thèng WDM 1.1.3.3 NhiỊu ứng dụng Căn vào nhu cầu, công nghệ WDM cã thĨ cã rÊt nhiỊu øng dơng nh− m¹ng đờng trục, mạng phân phối kiểu quảng bá, mạng cục nhiều đờng, nhiều địa chỉ, quan trọng ứng dụng mạng 1.1.3.4 Giảm yêu cầu siêu cao tốc linh kiện Tốc độ truyền dẫn tăng lên không ngừng mà tốc ®é xư lÝ t−¬ng øng cđa nhiỊu linh kiƯn quang điện tăng lên theo nhng không đáp ứng đợc đủ Sủ dụng công nghệ WDM giảm yêu cầu cao tốc độ linh kiện mà đáp ứng dung lợng lớn 1.1.3.5 Kênh truyền dẫn IP Ghép kênh bớc sóng khuôn dạng số liệu suốt, tức quan hệ với tốc độ tín hiệu phơng thức điều chế tín hiệu xét phơng diện điện Ghép kênh bớc sóng biện pháp mở rộng phát triển mạng lí tởng, cách thuận tiện để đa vào dịch vụ băng rộng (ví dụ nh IP) Chỉ cần dùng thêm bớc sóng tăng thêm dịch vụ dung lợng mong muốn 1.2 Một số tham sè kü thuËt hÖ thèng WDM HÖ thèng WDM có số tham số chính, khoảng cách kênh, số kênh ghép, suy hao xen, suy hao xuyên kênh, độ rộng kênh Trong đó, ba tham số suy hao xen, suy hao xuyên kênh, độ rộng kênh ba tham số mô tả đặc tính ghép/tách kênh 1.2.1 Suy hao xen Suy hao xen đợc xác định lợng công suất tổn hao sinh tuyến truyền dẫn quang tuyến có thêm thiết bị tách/ghép kênh quang Suy hao bao gồm suy hao điểm nối ghép thiết bị WDM với sợi suy hao thân thiết bị ghép gây Vì vậy, thực tế ngời thiết kế tuyến phải tính cho vài dB đầu Suy hao xen đợc diễn giải tơng tự nh suy hao tách/ghép hỗn hợp (MUX/DMUX) nhng cần lu ý WDM xét cho bớc sóng đặc trng Suy hao xen đợc xác định nh sau: - Đối với OMUX: Nguyễn Tnành Chung D2001VT ... thành hệ thống Hiện nay, dải tần truyền dẫn có suy hao thấp sợi quang đợc sử dụng phần nhỏ Nếu ứng dụng công nghệ WDM hiệu tận dụng băng tần sợi quang vấn đề truyền dẫn to lín Dïng c«ng nghƯ WDM. .. (thoại, số liệu, đồ hoạ, ảnh động) Nguyễn Tnành Chung D2001VT Đồ án tốt nghiệp đại häc THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Ch−¬ng Tỉng quan hệ thống WDM 1.1.3.3 Nhiều ứng dụng Căn vào nhu cầu, công nghệ WDM. .. án tốt nghiệp đại học THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN Chơng Các thành phần hệ thống WDM CHƯƠNG CáC THàNH PHầN TRONG Hệ THốNG WDM Giới thiệu chung Các thành phần hệ thống WDM cần phải đợc chuẩn hóa
