Baigiang Truyen dan Quang bang rong 2020 c1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN QUANG BĂNG RỘNG Ngành viễn thông có vai trò quan trọng đến sự phát triển của nền kinh tế xã hội và cuộc sống của con người, sự phát triển nhanh chóng của Internet và điện thoại di động làm gia tăng nhu cầu băng thông, nhu cầu cung cấp dịch vụ của người dùng, dẫn đến sự cần thiết phải phát triển của mạng truyền dẫn quang băng rộng Trong mạng viễn thông số luôn có ba phương thức truyền dẫn chính đó là truyền dẫn vi ba số, truyền dẫn vệ tinh số và truyền dẫ.

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN

QUANG BĂNG RỘNG

Ngành viễn thông có vai trò quan trọng đến sự phát triển của nền kinh tế xã hội

và cuộc sống của con người, sự phát triển nhanh chóng của Internet và điện thoại di động làm gia tăng nhu cầu băng thông, nhu cầu cung cấp dịch vụ của người dùng, dẫn đến sự cần thiết phải phát triển của mạng truyền dẫn quang băng rộng.

Trong mạng viễn thông số luôn có ba phương thức truyền dẫn chính đó là truyền dẫn vi-ba số, truyền dẫn vệ tinh số và truyền dẫn cáp sợi quang, trong đó, hệ thống truyền dẫn quang đã và đang được sử dụng rộng rãi trong mạng viễn thông số vì có chất lượng tốt, dung lượng kênh truyền cao, suy hao sợi quang thấp, truyền được nhiều kênh dịch vụ số hội tụ như thoại, hình ảnh, dữ liệu với chất lượng cao.

Nội dung trong chương trình bày các chủ đề về cấu trúc, các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của mạng truyền dẫn quang băng rộng.

Mục tiêu của chương là giúp người hoc hiểu được các kiến thức cơ bản về mạng truyền dẫn quang băng rộng để có thể thực hiện các bài toán thiết kế, tổ chức, lắp đặt, bảo dưỡng thiết bị quang trong thực tế.

1.1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG BĂNG RỘNG

1.1.1 Giới thiệu

Micro wave

Nốt

#2 User #1

User #k

User #2 Nốt

#n User #1

Trong mạng viễn thông số luôn có ba phương thức truyền dẫn chính đó là truyềndẫn vi-ba số (Micro wave), truyền dẫn vệ tinh số (Satellite) và truyền dẫn cáp sợi quang(Optical fiber) Mạng viễn thông số có cấu trúc đa dạng tùy thuộc vào cấu trúc địa hình

và hạ tầng kỹ thuật mạng, mô hình mạng truyền dẫn số cho phép kết nối hiệu quả các nốttrung tâm dịch vụ mạng và các nốt truy nhập thuê bao, như hình 1.1, trong đó phươngthức truyền dẫn cáp sợi quang được chọn làm phương thức truyền dẫn chính

Ưu điểm của hệ thống truyền dẫn sợi quang là hệ thống có cấu trúc đa dạng, dunglượng kênh truyền cao, chất lượng tốt, giá thành thấp, dễ triển khai, bảo mật cao Sợiquang có băng thông rộng, hệ số suy hao thấp cho phép truyền được nhiều kênh dịch vụthoại, số liệu, hình ảnh chất lượng cao, cự ly truyền dẫn rất dài

1.1.2 Cấu trúc cơ bản của một tuyến truyền dẫn quang

Mạng truyền dẫn quang được thiết lập để truyền dẫn các luồng dữ liệu số tốc độcao và các ứng dụng dịch vụ của người dùng trong mạng viễn thông, tuyến truyền dẫnquang cơ bản từ nốt A đến nốt B và các nốt chuyển tiếp trên một cự ly L(km) được mô tảnhư hình 1.2

MUX

DEMUX

ĐIỀU CHẾ QUANG

ĐIỀU KHIỂN PHÂN CỰC

NGUỒN QUANG

GIẢI ĐIỀU CHẾ QUANG

KHÔI PHỤC

VÀ KHUÊCH ĐẠI

TÁCH SÓNG QUANG TRẠM ĐẦU CUỐI QUANG

MUX

DEMUX

ĐIỀU CHẾ QUANG

ĐIỀU KHIỂN PHÂN CỰC

NGUỒN QUANG

GIẢI ĐIỀU CHẾ QUANG

KHÔI PHỤC

VÀ KHUÊCH ĐẠI

TÁCH SÓNG QUANG

TRẠM ĐẦU CUỐI QUANG

NGUỒN QUANG

KHÔI PHỤC

VÀ KHUÊCH ĐẠI

TÁCH SÓNG QUANG TRẠM KHUẾCH ĐẠI VÀ CHUYỂN TIẾP QUANG

NGUỒN QUANG

KHÔI PHỤC

VÀ KHUÊCH ĐẠI

TÁCH SÓNG QUANG

CÁP SỢI QUANG

CÁP SỢI QUANG

Tín hiệu số

L 1 L N

L(km)

Laser Photo diod

L 2

Trạm đầu cuối

quang

Trạm đầu cuối quang Trạm chuyển

tiếp quang

Trạm chuyển tiếp quang

Trạm chuyển tiếp quang

Cáp quang

Cáp quang quangCáp quangCáp

Hình 1.3.b: Cấu trúc tuyến thông tin quang cự ly dài có nhiều trạm chuyển tiếp quangCấu trúc tuyến truyền dẫn quang cơ bản được chia thành các phần tử chính:

Trạm đầu cuối quang: Thiết bị tại trạm đầu cuối quang TRM (Terminal

Multiplexer Station): bao gồm thành phần thiết bị ghép/phân kênh đầu cuối MUX vàDEM, để ghép các kênh dữ liệu số thành phần thành kênh dữ liệu số truyền dẫn và xử lýkênh tín hiệu số thu được phân chia thành các kênh đầu cuối thành phần, thiết bị phát tínhiệu quang (Laser), và thiết bị thu tín hiệu quang (Photodiod)

Sợi quang: Sợi quang là sợi thủy tinh SiO2, kết nối trực tiếp giữa thiết bị phátquang và thiết bị thu quang

Thiết bị trạm chuyển tiếp quang RS (Repeater stations): Trạm chuyển tiếp quang

là thiết bị thu tín hiệu quang, khuếch đại và phát chuyển tiếp tín hiệu quang, trạm lặpquang chỉ sử dụng trên các tuyến truyền dẫn có cự dài, hoặc sử dụng trên tuyến truyềndẫn quang có nhiều nút mạng, có 2 loại trạm lặp quang là trạm khuếch đại chuyển tiếp

trực tiếp REG (Regenerator Station) và trạm khuếch đại chuyển tiếp có rớt và xen kênh

thành phần ADM (Ad/Drop Multiplexer) Xét theo tính chất truyền tín hiệu quang thìtrạm chuyển tiếp quang có 2 loại trạm là trạm chuyển tiếp Quang-Điện-Quang và trạmchuyển tiếp Quang-Quang

Trong giai đoạn đầu các hệ thống truyền dẫn quang băng rộng sử dụng kỹ thuậtghép kênh cận đồng bộ PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) và ghép kênh đồng bộ

số SDH (Synchronous Digital Hierarchy), dung lượng các đường truyền dẫn quang tăngtheo cấp bậc sử dụng của các chuẩn ghép kênh PDH/SDH, tốc độ gia tăng đến 64 Gbps

và trong giai đoạn tiếp theo hệ thống truyền dẫn quang băng rộng sử dụng công nghệghép kênh theo bước sóng WDM để thiết kế các đường truyền dẫn số có tốc độ tăng lênđến hàng hàng trăm Gbps

1.2 CẤU HÌNH CÁC LOẠI MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG BĂNG RỘNG

Có 4 loại cấu hình mạng tiêu biểu trong mạng truyền dẫn quang là: mạng truyền dẩn quang điểm - điểm, mạng truyền dẫn quang tuyến tính, mạng truyền dẫn quang vòng ring, mạng truyền dẫn quang kết hợp

1.2.1 Tuyến truyền dẫn quang đơn hướng và song hướng

Căn cứ và phương diện truyền sóng ánh sáng trong sợi quang, tuyến truyền dẫnquang được phân chia thành hai loại cơ bản là tuyến truyền dẫn quang đơn hướng vàtuyến truyền dẫn quang song hướng, cấu trúc tuyến như hình vẽ 1.3, 1.4

Tuyến truyền dẫn quang đơn hướng là hệ thống truyền dẫn tín hiệu quang giữa haitrạm đầu cuối, sử dụng ít nhất hai sợi quang, một sợi truyền tín hiệu phát, một sợi để thutín hiệu quang, tín hiệu quang trên mỗi sợi có cùng bước sóng hoặc sử dụng hai bướcsóng khác nhau

Máy phát t/h quang (TxA)

Máy thu t/h quang (RxA)

Máy thu t/h quang (RxA)

Máy phát t/h quang (TxB)

Cự ly tuyến truyền dẫn tín hiệu quang L(km)

Tín hiệu

băng tần

gốc

Tín hiệu băng tần gốc Sợi quang #1

Sợi quang #2

Hình 1.3: Cấu trúc một tuyến thông tin quang đơn hướngTuyến truyền dẫn quang song hướng là hệ thống truyền dẫn tín hiệu quang giữahai trạm đầu cuối, chỉ sử dụng một sợi quang, để truyền tín hiệu phát, và nhận tín hiệuthu, tín hiệu phát quang và tín hiệu thu quang truyền theo hai hướng trên cùng một sợiquang, theo hai bước sóng khác nhau và sử dụng bộ lọc bước sống để phân chia tín hiệuquang cho máy phát và máy thu quang

Máy phát t/h

quang (TxA)

Máy thu t/h quang (RxA)

Máy thu t/h quang (RxA)

Máy phát t/h quang (TxB)

Bước sóng λ #1

Bộ lọc bước sóng quang

Bộ lọc bước sóng quang

Sợi quang #1 Bước sóng λ #2

1.2.2 Mạng truyền dẫn quang điểm - điểm (Point to Point)

Hình 1.5: Mạng truyền dẫn điểm – điểm

Mạng truyền dẫn quang điểm – điểm, được thiết lập để truyền tính hiệu quanggiữa hai trạm đầu cuối quang, thiết bị đầu cuối quang TRM (Transmiter and ReceiverModule terminal) tại hai trạm đầu cuối quang được nối trực tiếp với nhau bằng một đôicáp quang

Các luồng tín hiệu số PDH hoặc SDH bậc thấp được nối vào phần thiết bị ghép vàphân kênh tại trạm đầu cuối TRM Cấu hình này được sử dụng nhiều trong mạng nội hạt,mạng tiếp cận thuê bao, đặc điểm của mạng là rất đơn giản, dễ dàng cho phép mở rộngmạng trong tương lai Cấu trúc này phù hợp với các đường truyền có cự ly ngắn, cự lytrung bình Chi phí đầu tư thấp, thời gian lắp đặt nhanh Nhược điểm của hệ thống làkhông có tuyến truyền dẫn cáp quang dự phòng, không bảo vệ tuyến, khi xảy ra sự cố đứtcáp, thì tuyến ngưng hoạt động

Tham số kỹ thuật của tuyến được xác định theo các thông số sau:

1 Cự li của tuyến truyền dẫn quang ký hiệu là L(km) là chiều dài sợi quang sửdung để kết nối hai trạm đầu cuối quang

2 Luồng dữ liệu số truyền dẫn d(t) có tốc độ truyền là Rb(bps), công thức tính phổtần cực đại là:

f m(Hz )= R b (bps)

2 (1+α)

(1.1.a)trong đó α là hệ số lài của bộ lọc số

3 Công suất phát quang của nguồn quang là Pt(dBm)

4 Bước sóng nguồn quang phát là λ(nm)

5 Băng thông kênh truyền tín hiệu số trên sợi quang là B(Hz); công thức tính băngthông kênh truyền ứng với luồng số điều chế quang nhị phân là:

B (Hz )=2 f m ( Hz )=R b (bps )(1+α ) (1.1.b)

6 Công suất tín hiệu quang thu thực tế là Pr(dBm)

7 Độ nhạy máy thu quang là mức công suất thu nhỏ nhất theo yêu cầu về chấtlượng thu tín hiêu có tỷ số bít lỗi BER là 10-n , ký hiệu là Pr-min(dBm/ BER=10-n)

8 Độ tán sắc cho phép của thiết bị thu quang là Dt(ps).

Gọi αtb-max(dB/km) tổng suy hao trung bình trên 1km cáp quang, trong đó có α0(dB/km) suy hao trung bình của vật liệu trên 1km cáp quang, αtb-hn-1km(dB/km) suy hao trungbình hàn nối trên 1km cáp quang, αdp-hn-1km(dB/km) suy hao trung bình dự phòng hàn nối

bổ sung trên 1km cáp quang khi có sự cố đức cáp cần hàn nối thêm hay còn gọi là suyhao dự phòng 1km cáp ký hiệu là: αdp-1km-cap(dB/km)

Công thức tính công suất tín hiệu thu quang trong mạng truyền dẫn quang điểm –điểm được tính như sau:

max

P dBm P dBm  n  dB unit   dB  L km   dB km (1.1.c)Trong đó, nC là số connecter sử dụng tại đầu phát và đầu thu để kết nối với sợiquang, mỗi tuyến cần ít nhất 2 connecter, αC(dB/unit) là suy hao của một connecterquang, theo chuẩn ITU thì suy hao connecter phải nhỏ hơn 0,1(dB/unit), suy hao của mộtmối hàn phải nhỏ hơn 0,1(dB/mh)

Qũy công suất tín hiệu quang giữa máy phát và độ nhạy máy thu quang trongtrường hợp có dự phòng sự lão hóa thiết bị thu phát được tính như sau:

min( ) t( ) C C( / ) dpthbi( ) r ( / req)

Số trạm khuếch đại chuyển tiếp quang được tính theo công thức sau:

1.2.3 Mạng truyền dẫn quang tuyến tính (Liner Network)

Hình1.6: Cấu hình mạng truyền dẫn quang tuyến tính

Ký hiệu TRM: là trạm đầu cuối quang; REG: là trạm khuếch đại chuyển tiếp trực tiếp; ADM: là trạm khuếch đại chuyển tiếp có xen và rớt kênh; L(km) là chiều dài toàn tuyến truyền dẫn quang.

Mạng truyền dẫn quang tuyến tính cự ly dài có nhiều trạm chuyển tiếp được mô tảnhư hình 1.6, cấu hình mạng truyền dẫn quang tuyến tính được ứng dụng trên các tuyếntruyền dẫn đường trục, có cự ly truyền dẫn dài, dung lương lớn, tuyến được thiết kế thêmcác trạm khuếch đại chuyển tiếp trung gian (Repeater Station), trạm chuyển tiếp có chứcnăng khuếch đại chuyển tiếp tín hiệu, trạm chuyển tiếp có hai loại là trạm khuếch đạichuyển tiếp trực tiếp REG và trạm khuếch đại chuyển tiếp có xen và rớt kênh ADM

Mạng truyền dẫn quang tuyến tính thường dùng phương thức truyền dẫn cáp treo,cáp chôn và cáp biển Dung lượng truyền dẫn trên tuyến là N luồng PDH hoặc SDH đượcphân chia cho các trạm đầu cuối và các trạm chuyển tiếp có rớt và xen kênh Cấu hìnhnày được sử dụng dễ dàng cho phép mở rộng mạng trong tương lai, Chi phí đầu tư hợp

lý, thời gian lắp đặt nhanh Nhược điểm của nó là không có tuyến truyền dẫn cáp quangbảo vệ, khi xảy ra sự cố đứt cáp, thì tuyến ngưng hoạt động ở các trạm phía sau

1.2.4 Mạng truyền dẫn quang vòng (Ring Network)

Cấu hình mạng truyền dẫn quang kết nối thàng vòng kín, thường gọi là mạng vòngRING, như hình vẽ 1.7, mạng vòng ring được thiết kế khi trong địa hình mạng có từ 3điểm truyền dẫn trở lên, từ một điểm có hai hướng truyền đến điểm đối diện Dữ liệuđược truyền được thiết kế truyền theo hai hướng truyền khác nhau bằng các đôi cáp sợiquang khác nhau và được nối lại thành vòng kín Mạng vòng ring sử dụng các thiết bịghép kênh ADM (add- drop multiplexer) cho phép xen rẽ các loại luồng số PDH, SDHtạo nên nhiều ưu thế trong việc thiết kế tổ chức mạng viễn thông

Hình 1.7: Cấu hình mạng truyền dẫn vòng ringGọi N(A, B) là dung lượng kênh liên lạc giữa hai trạm đầu cuối A và B N(A,Ci) làdung lượng kênh liên lạc giữa trạm A với từng trạm chuyển tiếp Ci; N(B,Ci) là dunglượng kênh liên lạc giữa từng trạm chuyển tiếp Ci tới trạm đầu cuối B; N(Ci;Ck) là dunglượng kênh liên lạc truyền dẫn giữa trạm chuyển tiếp thứ i với từng trạm chuyển tiếp k,thì công thức tính tổng dung lượng kênh sẽ là:

N=N ( A , B)+N(A ,C i)+N(B ,C i)+N (C i , C k) (1.4)Mạng vòng ring cho phép hệ thống truyền dẫn quang luôn được bảo vệ, khi có sự

cố trên bất kỳ hướng nào thì tín hiệu vẫn được truyền trên hướng ngược lại, độ an tòantrên mạng tốt hơn Mạng được áp dụng trong mạng nội hạt, mạng đường dài liên tỉnh,mạng quốc tế, dung lượng kênh lớn Các nút trong mạng vòng đều sử dụng các bộ xen rẽADM được thiết kế theo hai dạng cấu hình ứng với trạm đầu cuối TRM hoặc trạm chuyểntiếp có xen và rớt kênh

Mô hình bảo vệ trong mạng vòng RING, được thiết kế để tăng khả năng bảo vệtrong mọi trường hợp khi có một hướng đường dây cáp quang bị sự cố Hai loại cấu hìnhbảo vệ ứng dụng trong mạng vòng Ring là mạng vòng ring bảo vệ một hướng SP-RING

và mạng Ring bảo vệ hai hướng DP-RING Cấu hình bảo vệ SP-Ring và DP-Ring nhưhình vẽ sau:

Hình 1.8: Sơ đồ kết nối mạng vòng ring đơn hướng SP-RING.

Mạng vòng SP-RING (Shared Protection Ring) tổ chức truyền dẫn theo hai hướng,mỗi hướng truyền dẫn trên một đôi cáp quang, tại các nút mạng sử dụng thiết bị ghépkênh ADM có thể ghép xen và tách rớt dữ liệu số bậc thấp Trên một đôi cáp quang củamỗi hướng có N khe thời gian để truyền N kênh tín hiệu số; trong đó phân chia N/2 khethời gian để truyền N/2 kênh tín hệu số và N/2 khe thời gian còn lại để dự phòng cho N/2kênh dữ liệu số của hướng có sự cố

Mạng vòng SP-RING có dung lượng kênh làm việc tối đa trên một hướng chỉ có50% Để tăng dung lượng các nhà thiết kế xây dựng mạng vòng DP-RING

Hình 1.9: Mạng vòng ring DPRINGMạng vòng DP-RING (Dedicated Protection Ring) tổ chức truyền dẫn theo haihướng; mỗi hướng truyền dẫn trên hai đôi cáp quang, tại các nút mạng sử dụng thiết bịghép kênh ADM theo cấu hình (1+1) có thể xen và rớt kênh số theo hai hướng.

Trên một đôi cáp quang của 1 hướng có N khe thời gian để truyền N kênh tín hệu

số và trên đôi cáp quang còn lại có N khe thời gian để truyền N kênh dự phòng Dunglượng của hệ thống tối đa 100% Mạng vòng DPRING có thể dùng thiết bị đầu cuốiquang TRM hoặc thiết bị chuyển tiếp quang ADM

1.2.5 Mạng truyền dẫn quang kết hợp

Để tăng khả năng bảo vệ và chia tải dung lượng trong các hướng truyền dẫn, các

kỹ sư thiết kế đã xây dựng cấu hình mạng phức hợp đa hướng (Multipath) trên cơ sở kếthợp các loại mạng điểm điểm, mạng tuyến tính, và mạng vòng ring

Hình 1.10: Cấu hình mạng truyền dẫn quang băng rộng hỗn hợpMạng phức hợp có độ tin cậy cao, dung lượng truyền dẫn rất lớn cho phép truyềnđược loại dịch vụ về thoại, số liệu và hình ảnh, linh hoạt trong việc phân chia kênh dữliệu cho các nút truy cập Trong mạng có trạm làm chức năng đầu cuối, có trạm làm chứcnăng trạm chuyển tiếp trực tiếp hoặc chuyển tiếp có rớt và xen kênh nhờ sử dung các bộkết nối chéo số DXC

Các nút mạng sử dụng thiết bị ADM và có gắn theo thiết bị kết nối chéo số DXC(Digital Cross Conecter), làm chức năng tách, ghép, và kết nối chéo các luồng số tạo nên

sự phân bố tổ chức mạng truyền dẫn số rất linh hoạt Việc kết nối chéo tại các trạm thựchiện bằng chương trình điều khiển mạng tự động

1.2.6 Mạng truyền dẫn quang hình sao

Mạng hình sao được thiết kế ứng dụng cho các thành phố, khu vực đô thị là trungtâm chính và kết nối với các khu vực ngoại vi Sơ đồ thiết kế như hình 1.11 Ưu điểm củacấu hình mạng hình sao là trạm trung tâm đóng vai trò trạm chính, trạm chủ, có chứcnăng quản lý, phân chia lưu lượng, giám sát và vận hành tự động tập trung chung cho cácnút mạng Nhược điểm là không bảo vệ cáp trên từng nút

Hình 1.11: Sơ đồ mạng hình saoCác nút mạng sử dụng thiết bị đầu cuối quang TRM và thiết bị ghép tách kênh dữliệu số Trạm trung tâm sử dụng thiết bị kết nối chéo số DXC (Digital Cross Conecter),làm chức năng tách, ghép, và kết nối chéo các luồng số phân chia cho các nút tạo nên sựphân bố tổ chức mạng truyền dẫn số rất linh hoạt, việc kết nối chéo tại trạm trung tâmthực hiện bằng chương trình điều khiển mạng tự động

1.2.7 Mạng truyền dẫn quang mắc lưới

Trong mạng viễn thông có N nút truy cập mạng phân bố trên khu vực rộng, đatuyến và đa hướng truyền, và có yêu cầu kết nối giữa các nút mạng, vì vậy các kỹ sư thiết

kế mạng truyền dẫn mắc lưới Sơ đồ mạng truyền dẫn quang mắc lưới như hình 1.12, là

sự kết hơp giữa cấu hình mạng hình sao và mạng vòng ring, tại mỗi nút sẽ có các tuyếntruyền dẫn đến các nút còn lại Ưu điểm của mạng mắc lưới là từ 1 nút có các đường kếtnối đến các nút còn lại, có tính bảo vệ mạng cao Nhược điểm là chi phí tăng

Nút 1

Nút 4

Nút 6

Nút 2

Nút 3

Nút 5

Kỹ thuật truyền dẫn quang phân chia bước sóng WDM là hệ thống truyền dẫn tínhiệu trên một sợi quang, có nhiều bước sóng quang khác nhau cùng truyền tín hiệu số từmáy phát đến máy thu Trong đó, mỗi nguồn quang tạo ra mỗi bước sóng thành phần đểmang một luồng dữ liệu số thành phần có tốc độ là Bi(Gbps) Công nghệ WDM có thể

mang đến giải pháp tối ưu nhất vì nó phát triển trên nền hệ thống truyền dẫn quang SDH

có dung lượng truyến là 2,5 Gbps để ghép lại thành các hệ thống truyền dẫn quang băngrộng có tốc độ tăng lên 10 Gbps và tăng đếm 100Gbps

1.3.1.2 Bảng phân chia các băng bước sóng quang

Công nghệ truyền dẫn quang WDM cho phép tăng băng thông đường truyền bằngcách tận dụng cửa sổ làm việc của sợi quang trong khoảng bước sóng 1260 nm đến 1675

nm Độ rộng băng bước sóng quang được chia làm nhiều băng sóng khác nhau và hoạtđộng trên cùng một hệ thống truyền dẫn quang

Hệ thống WDM hoạt động ở cả băng C và băng L, nếu theo chuẩn ITU-T, xétkhoảng cách giữa các kênh bước sóng là 100 Ghz, sẽ có 32 kênh bước sóng thành phầnhoạt động trên mỗi băng Dung lương băng thông tối đa hệ thống truyền dẫn quangWDM trên một băng sóng quang là B=32*Bi(Gbps)

Nếu vẫn giữ nguyên tốc độ bit trên mỗi kênh truyền là Bi(Gbps), dùng công nghệWDM trên hai băng sóng C và L thì băng thông truyền dẫn quang WDM trên một sợiquang tăng lên gấp đôi, B=2*32*Bi(Gbps)= 64*Bi(Gbps)

Sử dụng công nghệ WDM nhằm mục đích tận dụng băng tần truyền dẫn rất lớncủa sợi quang bằng cách truyền đồng thời nhiều kênh bước sóng trên cùng một sợi quang.Tuy nhiên, để tránh hiện tượng nhiễu xuyên kênh, giữa các kênh phải có khoảng cáchnhất định Tiêu chuẩn hóa viễn thông của Liên minh viễn thông quốc tế ITU - T đã đưa ra

cụ thể các kênh bước sóng và khoảng cách giữa các kênh này có thể lựa chọn ở các cấp

độ 200 Ghz, 100 Ghz, 50 Ghz

Bảng 1.1: Bảng phân chia các băng sóng quang sử dung trong hệ thống quang WDM

1.3.1.3 Sơ đồ khối cơ bản hệ thống truyền dẫn quang WDM

Hệ thống truyền dẫn quang ghép kênh theo bước sóng WDM là trong một sợiquang đồng thời truyền dẫn nhiều bước sóng tín hiệu quang, mỗi bước sóng mang mộtkênh dữ liệu số thành phần Ở đầu phát, nhiều nguồn tín hiệu quang có bước sóng khác

nhau được ghép lại thành kênh quang nhiều bước sóng để truyền đi trên một sợi quang Ởđầu thu, tín hiệu quang nhiều bước sóng thành phần được phân tách lọc theo từng kênhquang thành phần có bước sóng thành phần khác nhau để đưa đến bộ tách sóng quang, bộtách sóng quang khôi phục lại luồng tín hiệu gốc rồi đưa vào các đầu cuối tương ứng.

Sơ đồ chức năng hệ thống truyền dẫn quang WDM như hình 1.13

Data 1

Data 2

Data N

Truyền tín hiệu trên sợi quang EDFA/

λ1, λ2, « , λN MUX

λN

λ2 λ1

Hình 1.13: Sơ đồ khối hệ thống truyền dẫn quang WDM Trong đó: Tx(i): thiết bị phát quang SDH thành phần tại đầu cuối tương ứng vớicác kênh dữ liệu số thành phân di(t) MUX: bộ ghép kênh quang theo bước sóng;DEMUX bộ tách kênh quang theo bước sóng; Rx(i): là bộ tách sóng quang thành phần tạiđầu cuối; EDFA là bộ khuếch đại tín hiệu quang

Hệ thống truyền dẫn quang WDM phải thực hiện các chức năng sau:

 Thiết bị phát tín hiệu quang thành phần Tx(i): Trong hệ thống WDM sử dụngnguồn phát quang là laser, thường dùng một số loại nguồn phát như: laser điều chỉnhđược bước sóng (tunable laser), laser đa bước sóng (Multiwavelength laser), mỗi nguồnphát quang điều chế với một kênh dữ liệu số thành phần, và tạo ra một bước sóng quangthành phần là λ(i)

 Thiết bị ghép tín hiệu quang theo bước sóng MUX: MUX là thiết bị ghép tín hiệuquang theo bước sóng, là sự kết hợp một số nguồn quang khác nhau có bước sóng quang

là λ(i), i=1,2,3,…N, để thành một luồng tín hiệu quang tổng hợp đa bước sống truyềndẫn qua sợi quang

 Thiết bị phân chia tín hiệu quang theo bước sóng DEMUX: DEMUX là thiết bịtách tín hiệu quang, phân chia luồng ánh sáng tổng hợp đó thành các tín hiệu ánh sángriêng lẽ tương ứng với mỗi bước sóng quang λ(i) để đưa đến cổng đầu vào của mỗi bộtách sóng quang tương ứng

 Thiết bị thu tín hiệu quang Rx(i): Rx(i) là hệ thống máy thu tín hiệu quang, máythu quang sử dụng các loại bộ tách sóng quang đặc biệt chất lượng cao Thường dùng là

bộ tách sóng quang PD (photo diod) hoặc photo diod hiệu ứng thác điện tử APD(avalence photo diod)

 Sợi quang là sợi thủy tinh để truyền dẫn tín hiệu quang đa bước sóng: Quá trìnhtruyền dẫn tín hiệu đa bước sóng trong sợi quang từ điểm A đến điểm B trong khoảngcách L(km) Chất lượng truyền tín hiệu trên sợi quang trong WDM chịu ảnh hưởng củanhiều yếu tố như suy hao sợi quang, dịch tán sắc, các hiệu ứng phi tuyến.

 Thiết bị bộ khuếch đại quang sợi EDFA: Trong các tuyến truyền dẫn quang có cự

ly truyền dẫn xa, hệ thống có sử dụng các bộ khuếch đại quang Hệ thống WDM hiện tạichủ yếu sử dụng bộ khuếch đại quang sợi EDFA Mục tiêu dùng bộ khuếch đại EDFAtrong hệ thống WDM là để đảm bảo các yêu cầu về độ lợi khuếch đại đồng đều đối vớitất cả các kênh quang đưa đến bộ ghép kênh theo bước sóng, EDFA có khả năng pháthiện sự chênh lệch mức công suất đầu vào của các kênh khác nhau, để điều chỉnh lại các

hệ số khuếch đại nhằm đảm bảo đặc tuyến khuếch đại bằng phẳng đối với tất cả các kênh

1.3.2 Cấu hình hệ thống truyền dẫn quang WDM

Căn cứ và số sợi quang sử dụng trong mỗi tuyến truyền dẫn quang mà chia hệthống truyền dẫn WDM thành 2 loại là: hệ thống truyền dẫn quang WDM đơn hướng và

hệ thống truyền dẫn quang WDM song hướng

1.3.2.1 Hệ thống truyền dẫn quang WDM đơn hướng

Hệ thống truyền dẫn quang WDM đơn hướng minh hoạ trên hình 1.14, trong hệthống đơn hướng có 2 sợi quang, trên mỗi sợi quang chỉ truyền tín hiệu quang theo mộtchiều 1 sợi truyền tín hiệu phát đa bước sóng và 1 sợi thu tín hiệu đa bước sóng Tín hiệuphát và thu độc lập nhau, nên bước sóng quang sử dụng cho đường phát và đường thu cóthể giống nhau Như vậy, để truyền thông tin giữa 2 điểm cần 2 sợi quang

λ1

λ1, λ2, « , λN Tx1

λ2

Tín hiệu thu λN

λ2 λ1

Data N EDFA

TxN λN Tín hiệu phát

Tx2 λ2

Tx1 Data 1

Data 2 λ1

MUX EDFA

Hình 1.14: Sơ đồ hệ thống truyền dẫn quang đơn hướng

1.3.2.2 Hệ thống truyền dẫn quang WDM song hướng

Hệ thống truyền thông tin giữa 2 điểm chỉ có 1 sợi quang Sợi quang trong hệthống WDM song hướng, có hai chiều truyền tín hiệu quang Chiều truyền tín hiệu phát

có các bước sóng lẽ lần lược là λ(i), i=1,3,…N, chiều truyền tín hiệu quang thu về cóbước sóng quang là λ(j), j=0,2,4,…N-1, như vậy, trên một tuyến truyền dẫn quang chỉ), j), j=0,2,4,…N-1, như vậy, trên một tuyến truyền dẫn quang chỉ=0,2,4,…N-1, như vậy, trên một tuyến truyền dẫn quang chỉcần một sợi quang để có thể trao đổi thông tin hai chiều giữa 2 điểm

MUX

Tx1

Tx2

TxN Tín hiệu phát

Data 1

Data 2

Data N

λ(N+1) λ3 λ1

λN

λ2 λ0

Hệ thống WDM song hướng

Hình 1.15: Hệ thống ghép kênh theo bước sóng song hướng

Ưu điểm của hệ thống truyền dẫn quang song hướng là sử dụng hiệu quả sợi cápquang, nhưng cũng có nhiều nhược điểm như: Về khía cạnh thiết kế mạng, hệ thống songhướng khó thiết kế hơn vì còn phải xét thêm các yếu tố như: vấn đề xuyên nhiễu do cónhiều bước sóng hơn trên một sợi quang, đảm bảo định tuyến và phân bố bước sóng saocho hai chiều trên sợi quang không dùng chung một bước sóng

Các bộ khuếch đại trong hệ thống song hướng thường có cấu trúc phức tạp hơntrong hệ thống đơn hướng Tuy nhiên, do số bước sóng khuếch đại trong hệ thống songhướng giảm ½ theo mỗi chiều nên ở hệ thống song hướng, các bộ khuếch đại sẽ cho côngsuất quang ngõ ra lớn hơn so với ở hệ thống đơn hướng

Xét về dung lượng, hệ thống đơn hướng có khả năng cung cấp dung lượng cao gấpđôi so với hệ thống song hướng Ngược lại, khi xét về số lượng sợi quang cần dùng thì hệthống đơn hướng cấn gấp đôi so với hệ thống song hướng

Hệ thống ghép kênh theo bước sóng song hướng thường dùng trong mạng truynhập quang thuê bao, để giải quyết bài toán sử dụng cáp sợi quang