HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC BÁO CÁO MÔN THÔNG TIN QUANG NÂNG CAO Đề tài Phân tích phân loại giao diện quang trong hệ thống thông tin quang sử dụng kỹ thuật khuếch.
Trang 1HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC
BÁO CÁO MÔN THÔNG TIN QUANG NÂNG CAO
Đề tài: Phân tích phân loại giao diện quang trong hệ thống thông tin quang sử dụng kỹ thuật khuếch đại quang và ghép bước sóng quang; phân tích quy
định ghép bước sóng (theo khuyến nghị G.692)
Giảng viên: TS Vũ Tuấn Lâm
TS Hoàng Văn Võ
Học viên: Nguyễn Văn Công
Hà Nội, 04/2021
Trang 2Mục lục
I Giao diện quang cho các hệ thống đa kênh sử dụng kĩ thuật khuyếch đại
quang 3
1 Phạm vi 3
2 Tham chiếu 4
3 Thuật ngữ 5
4 Các từ viết tắt 6
5 Phân loại giao diện quang 7
6 Thực hiện 9
6.1 Cấu hình tham chiếu 9
6.2 Triển khai kênh giám sát quang học 10
6.3 Định nghĩa tham số 10
II Ghép kênh quang theo bước song 12
1 Giới thiệu 12
2 Truyền dẫn hai chiều trên hai sợi: 13
3 Truyền dẫn hai chiều trên một sợi 13
4 Các tham số cơ bản 15
Trang 3I Giao diện quang cho các hệ thống đa kênh sử dụng kĩ thuật khuyếch
đại quang
1 Phạm vi
Khuyến nghị này áp dụng cho các giao diện quang học cho hệ thống đường dây quang đa kênh với quang bộ khuếch đại cho các ứng dụng đường dài trên mặt đất Khuyến nghị này xác định và cung cấp các giá trị cho các tham số giao diện quang học của hệ thống liên văn phòng và đường dài với độ dài mục tiêu lên đến
160 km không có bộ khuếch đại đường truyền và có độ dài mục tiêu lên đến 640
km với bộ khuếch đại đường quang
Mô tả các cấu hình tham chiếu hệ thống và các khối chức năng cấu thành của chúng được chứa trong Khuyến nghị G.681.Mục đích của Khuyến nghị này là cung cấp các thông số kỹ thuật của bộ khuếch đại quang cho SDH và thiết bị khuếch đại quang hướng tới hiện thực hóa đa kênh tương thích ngang trong tương lai các hệ thống Không phải tất cả các thông số kỹ thuật cần thiết để có được hệ thống tương thích ngang đầy đủ đều có thể hoàn thiện ở giai đoạn phát triển hiện tại Tuy nhiên,
vì sự quan tâm của ngành và triển khai, phiên bản ban đầu này được phát hành Thông số kỹ thuật hoàn chỉnh được để lại cho các phiên bản tương lai của Khuyến nghị này
Khuyến nghị này chủ yếu áp dụng cho các hệ thống đa kênh điểm-điểm Các vấn
đề cụ thể của bổ sung quang học không được xem xét
Trang 4 Khuyến nghị này được hình dung để mô tả các hệ thống đường dây quang bao gồm các tính năng sau:
- Số kênh tối đa: 4, 8, 16, 32 hoặc nhiều hơn;
Loại kênh tín hiệu: STM-4, STM-16, hoặc STM-64;
Truyền qua một sợi quang: một chiều hoặc hai chiều
Với công nghệ và thị trường đang phát triển, một số khía cạnh của các tính năng được mô tả ở trên không đầy đủ được đặc trưng tại thời điểm này, và được đánh dấu để nghiên cứu thêm Một số khía cạnh của kênh 16 và 32 hệ thống, STM-64 và
có thể cả truyền dẫn hai chiều đang được nghiên cứu thêm Một số khía cạnh hệ thống
liên quan đến truyền hai chiều (Phụ lục VII), liên quan đến truyền 16 và 32 kênh (Phụ lục VIII) và liên quan đến truyền STM-64 (Phụ lục IX) được nêu trong các phụ lục
Khuyến nghị này đã được chuẩn bị từ kinh nghiệm với Erbium-Doped (dựa trên silica)
Bộ khuếch đại sợi quang (EDFA), hoạt động trong vùng bước sóng 1550 nm Bộ khuếch đại quang học khác hoạt động ở các vùng bước sóng khác nhau, bao gồm
cả vùng 1310 nm, không nhằm mục đích bị loại khỏi Khuyến nghị này
2 Tham chiếu
Các Khuyến nghị ITU-T sau đây và các tài liệu tham khảo khác bao gồm các điều khoản, thông qua tham chiếu trong văn bản này, cấu thành các điều khoản của Khuyến nghị này Tại thời điểm xuất bản, phiên bản được chỉ ra là hợp lệ Tất cả các Khuyến nghị và các tài liệu tham khảo khác có thể được sửa đổi; tất cả người
sử dụng Khuyến nghị này do đó được khuyến khích để điều tra khả năng áp dụng
ấn bản gần đây nhất của Khuyến nghị và các tài liệu tham khảo khác được liệt kê bên dưới Danh sách hiện tại Các khuyến nghị hợp lệ của ITU-T thường xuyên được xuất bản:
ITU-T Recommendation G.652 (1997), Characteristics of a single-mode optical fibre cable
Trang 5 ITU-T Recommendation G.653 (1997), Characteristics of a dispersion-shifted single-mode optical fibre cable
ITU-T Recommendation G.655 (1996), Characterisation of a non-zero dispersion shifted single-mode optical fibre cable
ITU-T Recommendation G.661 (1998), Definition and test methods for the relevant generic parameters of optical amplifier devices and subsystems
ITU-T Recommendation G.662 (1998), Generic characteristics of optical amplifier devices and subsystems
ITU-T Recommendation G.663 (1996), Application related aspects of optical fibre amplifier devices and sub-systems
ITU-T Recommendation G.671 (1996), Transmission characteristics of passive optical components
ITU-T Recommendation G.681 (1996), Functional characteristics of interoffice and long-haul line systems using optical amplifiers, including optical multiplexing
ITU-T Recommendation G.707 (1996), Network node interface for the Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
ITU-T Recommendation G.783 (1997), Characteristics of Synchronous Digital Hierarchy (SDH) equipment functional blocks
ITU-T Recommendation G.955 (1996), Digital line systems based on the
1544 kbit/s and the 2048 kbit/s hierarchy on optical fibre cables
ITU-T Recommendation G.957 (1995), Optical interfaces for equipments and systems relating to the synchronous digital hierarchy
IEC Publication 60825-1 (1993), Safety of laser products – Part 1: Equipment classification
IEC Publication 61291-4 Ed.1.0 (working progress), Performance specification template on optical amplifiers – Part 4: Optical fibre amplifiers for multichannel applications
Trang 63 Thuật ngữ
Khuyến nghị này xác định các thuật ngữ sau:
Kênh giám sát quang học (OSC): Một kênh được truy cập tại mỗi đường quang khu vực khuếch đại được sử dụng cho mục đích bảo trì bao gồm (nhưng không giới hạn ở) cảnh báo trang web từ xa báo cáo, thông tin liên lạc cần thiết cho vị trí lỗi và dây lệnh Giám sát quang học Kênh không được sử dụng để thực hiện lưu lượng có trọng tải
Đường dẫn chính (quang): Nhà máy sợi quang giữa điểm MPI-S của thiết
bị phát và điểm MPI-R của thiết bị thu Lối đi chính không bao gồm bất
kỳ lối đi phụ nào
Giao diện đường dẫn chính: Các giao diện tới nhà máy sợi được chỉ định trong Khuyến nghị này
4 Các từ viết tắt
Khuyến nghị này sử dụng các từ viết tắt sau:
- Tham chiếu tần số tuyệt đối AFR
- Phát xạ tự phát khuếch đại ASE
- Tỷ lệ lỗi bit BER
- Bộ khuếch đại sợi quang pha tạp EDFA
- Trộn bốn sóng FWM
- Giao thoa nhiều đường dẫn MPI
- Giao diện đường dẫn chính MPI-R tại đầu thu
- Giao diện đường dẫn chính MPI-S tại máy phát
- Hình tiếng ồn NF
- Bộ khuếch đại quang OA
- Bộ phân kênh quang OD
- Bộ chuyển đổi quang-điện-quang OEO
- Bộ ghép kênh quang OM
- Kênh giám sát quang học OSC
- Tỷ lệ tín hiệu quang trên nhiễu OSNR
Trang 7- Chế độ phân tán PMD
- Máy thu quang RX
- SBS Kích thích Tán xạ Brillouin
- Cấu trúc phân cấp kỹ thuật số đồng bộ SDH
- Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu SNR
- Điều chế tự pha SPM
- STM-N Mô-đun truyền tải đồng bộ cấp N
- Máy phát quang TX
- Ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM
- Điều chế chéo pha XPM
5 Phân loại giao diện quang
Ứng dụng:
Khuyến nghị này đề cập đến các hệ thống đa kênh cho các ứng dụng đường dài trên mặt đất với tổng khoảng cách mục tiêu và khoảng cách bộ khuếch đại rời rạc như mô tả bên dưới
Mã ứng dụng cho các hệ thống không có bộ khuếch đại đường truyền:
Các ứng dụng này bao gồm 4, 8 hoặc 16 kênh quang được ghép kênh quang học với nhau Mỗi kênh có thể là STM-4 hoặc STM-16, bao gồm sự kết hợp đồng thời của các kênh tốc độ khác nhau Các khoảng cách mục tiêu cho các hệ thống này trên danh nghĩa là 80 km, 120 km và 160 km trên G.652, G.653 và G.655 sợi Các
mã ứng dụng với sợi quang G.653 sẽ được nghiên cứu thêm Mã ứng dụng cho Hệ thống không có bộ khuếch đại đường dây được tóm tắt trong Bảng 1
Các mã ứng dụng trong Bảng 1 được xây dựng theo cách sau:
nWx-y.z trong đó, đối với mỗi mã ứng dụng:
• n là số bước sóng lớn nhất
• W là chữ cái chỉ khoảng cách nhịp, chẳng hạn như:
- L chỉ đường dài;
- V chỉ quãng đường rất dài;
- U chỉ đường cực dài
• x là số nhịp tối đa được phép trong mã ứng dụng (x = 1 đối với hệ thống
Trang 8không có bộ khuếch đại dòng Trong trường hợp này, nó không được hiển thị).
• y là tốc độ bit tối đa (mức STM) của tín hiệu bước sóng
• z là loại sợi, như sau:
- 2 chỉ thị sợi G.652
- 3 chỉ sợi G.653
- 5 chỉ thị sợi G.655
Hệ thống hai chiều được biểu thị bằng cách thêm chữ B ở phía trước Mã ứng dụng:
B-nWx-y.z
Mã ứng dụng cho hệ thống có bộ khuyếch đại đường truyền:
Các ứng dụng này cũng bao gồm 4, 8 hoặc 16 kênh quang được ghép kênh quang học với nhau
Khoảng cách mục tiêu giữa các bộ khuếch đại quang học trên danh nghĩa là 80 km
và 120 km với tổng mục tiêu khoảng cách trước khi yêu cầu tái tạo danh nghĩa từ
360 km đến 640 km trên G.652, G.653 và G.655 sợi Để hạn chế sự kết hợp có thể
có của những khoảng cách này, chúng được giảm xuống
các ứng dụng thể hiện trong Bảng 2
Trang 96 Thực hiện
6.1 Cấu hình tham chiếu
Hình 1 minh họa cấu hình tham chiếu cho hệ thống G.692 với số kênh n, với các điểm tham khảo:
- S1 Bám chặt các điểm tham chiếu trên sợi quang tại các đầu nối quang đầu ra của máy phát cho các kênh 1 n tương ứng
- RM1 RMnare các điểm tham chiếu trên cáp quang ngay trước quang đầu vào OM / OA đầu nối cho các kênh 1 n tương ứng
- MPI-S là điểm tham chiếu trên sợi quang ngay sau đầu ra quang OM / OA
tư nối
- S 'là điểm tham chiếu ngay sau đầu nối quang đầu ra OA của đường dây
- R 'là điểm tham chiếu trên sợi quang ngay trước đầu nối quang đầu vào
OA của đường dây
- MPI-R là điểm tham chiếu trên sợi quang ngay trước đầu vào OA / OD quang
tư nối
- SD1 SDnare các điểm tham chiếu tại các đầu nối quang đầu ra OA / OD
- R1 Rnare các điểm tham chiếu ở đầu vào của đầu nối quang máy thu
Trang 106.2 Triển khai kênh giám sát quang học
Hệ thống đường dây quang được mô tả trong Khuyến nghị này sử dụng bộ khuếch đại đường truyền yêu cầu bổ sung kênh giám sát quang học (OSC) Kênh này sẽ có thể được truy cập tại mỗi bộ khuếch đại Đối với bộ khuếch đại đường quang được triển khai bằng Bộ khuếch đại sợi quang Erbium-Doped Công nghệ (EDFA), kênh giám sát quang học có thể được đặt bên ngoài mức tăng khả dụng băng thông của EDFA ("OSC ngoài băng tần") hoặc cách khác, trong băng thông tăng ích có thể sử dụng ("OSC trong băng") Có những đánh đổi về thiết kế liên quan đến từng sự lựa chọn có thể có này
Điều B.3 chỉ ra tùy chọn OSC trong băng
Bước sóng ưu tiên danh nghĩa cho Kênh giám sát quang ngoài băng tần (OSC) là
1510 nm Các thành phần cho bước sóng 1510 nm (ví dụ: điốt laze, bộ lọc, v.v.) hiện có giới hạn sẵn có Cho đến khi các thành phần này trưởng thành và sẵn có,
Trang 11các bước sóng thay thế 1480 nm hoặc bước sóng trong dải 1310 nm có thể được sử dụng Các lựa chọn thay thế OSC này được chỉ định trong các điều B.1 và B.2 Việc lựa chọn băng tần 1310 nm có thể ngăn cản việc sử dụng băng tần đó cho lưu lượng thay thế Nói chung, các bộ khuếch đại hoạt động với các bước sóng OSC khác nhau sẽ không tương thích ngược
6.3 Định nghĩa tham số
Các thông số áp dụng cho Khuyến nghị này được liệt kê Nhiều thông số trong số này được xác định trong Khuyến nghị G.957 và các tham chiếu này được thực hiện theo G.957 cho các định nghĩa Bổ sung thông tin liên quan đến hệ thống đa kênh được bao gồm ngoài các định nghĩa G.957
Các tham số của điều khoản phụ 6.4.1, 6.4.2, 6.4.3 và 6.8.3 là đủ để xác định theo chiều dọc hệ thống đa kênh tương thích trên từng loại sợi quang (G.652, G.653, G.655) và cho mã ứng dụng được xem xét trong Khuyến nghị này Tuy nhiên, theo mục đích của việc này Khuyến nghị, tất cả các thông số được xác định trong điều 6
là bắt buộc để có được tính tương thích ngang các hệ thống
Các đầu ra máy phát riêng lẻ
Các thông số này áp dụng cho đầu ra của các máy phát kênh riêng lẻ tương ứng với các điểm Sn trong Hình 1 và Hình 2
Đặc điểm quang phổ
Các đặc điểm quang phổ bao gồm độ rộng -20 dB tối đa và chế độ bên tối thiểu triệt tiêu tỷ lệ như được xác định trong Khuyến nghị G.957
Công suất phát động trung bình
Công suất phóng điện trung bình tối đa và tối thiểu được xác định trong Khuyến nghị G.957
Tỷ lệ tắt
Tỷ lệ tắt được xác định trong Khuyến nghị G.957
Mặt nạ họa tiết mắt
Để nghiên cứu thêm
Tần số trung tâm
Trang 12Đối với khoảng cách kênh 50 GHz trên sợi quang, tần số kênh được phép dựa trên
50 GHz lưới với tần số tham chiếu là 193.10 THz Đối với khoảng cách kênh từ
100 GHz trở lên trên sợi quang, tần số kênh cho phép dựa trên lưới 100 GHz với tần số tham chiếu tại 193.10 THz Bảng tần số lưới 50 và 100 GHz của vùng khuếch đại EDFA được hiển thị trong Phụ lục A Các điểm cuối là minh họa, không phải là quy chuẩn
Các lựa chọn tần số trung tâm kênh được đề xuất cho các ứng dụng trên sợi G.652 / G.655 được chứa trong Phụ lục III, trong Bảng III.1
Các lựa chọn tần số trung tâm kênh được đề xuất cho các ứng dụng trên sợi G.653 được chứa trong Phụ lục IV, trong Bảng IV.1
Khoảng cách giữa các kênh
Khoảng cách kênh danh định là chênh lệch tần số giữa các kênh lân cận Kênh khoảng cách có thể bằng nhau hoặc không bằng nhau Khoảng cách kênh không bằng nhau có thể được sử dụng để giảm thiểu hiệu ứng FWM
ở dạng sợi G.653; một phương pháp phân bổ kênh được nêu trong Phụ lục V
Độ lệch tần số trung tâm
Độ lệch tần số trung tâm được định nghĩa là sự khác biệt giữa tần số trung tâm danh định và tần số trung tâm thực tế
Bao gồm trong độ lệch tần số trung tâm là tất cả các quá trình ảnh hưởng đến giá trị tức thời của tần số trung tâm của nguồn trong khoảng thời gian đo thích hợp với tốc độ bit của kênh Những các quy trình bao gồm chirp nguồn, băng thông thông tin, mở rộng do SPM và các hiệu ứng do nhiệt độ và sự lão hóa
Bảng 3 cung cấp độ lệch tần số trung tâm cuối tuổi thọ tối đa được liên kết với mỗi khoảng cách kênh
Đối với hệ thống có khoảng cách kênh không bằng nhau, các kênh ở ranh giới giữa các kênh khác nhau khoảng cách phải hạn chế hơn hai độ lệch
II Ghép kênh quang theo bước song
1 Giới thiệu
Đặc điểm nổi bật của hệ thống ghép kênh theo bước sóng quang (WDM) là tận
Trang 13dụng hữu hiệu nguồn tài nguyên băng rộng trong khu vực tổn hao thấp của sợi quang
đơn mode, nâng cao rõ rệt dung lượng truyền dẫn của hệ thống đồng thời hạ giá thành
của kênh dịch vụ xuống mức thấp nhất ở đây việc thực hiện ghép kênh sẽ không
có
quá trình biến đổi điện nào Mục tiêu của ghép kênh quang là nhằm để tăng dung lượng truyền dẫn Ngoài ý nghĩa đó việc ghép kênh quang còn tạo ra khả năng xây dựng các tuyến thông tin quang có tốc độ rất cao Khi tốc độ đường truyền đạt tới một mức độ nào đó người ta đã thấy được những hạn chế của các mạch điện trong việc nâng cao tốc độ truyền dẫn Khi tốc độ đạt tới hàng trăm Gbit/s, bản thân các mạch điện tử sẽ không thể đảm bảo đáp ứng được xung tín hiệu cực kỳ hẹp; thêm vào đó, chi phí cho các giải pháp trở nên tốn kém và cơ cấu hoạt động quá phức tạp đòi hỏi công nghệ rất cao Kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng ra đời đã khắc phục được những hạn chế trên Hệ thống WDM dựa trên cơ sở tiềm năng băng tần của sợi quang để mang đi nhiều bước sóng ánh sáng khác nhau, điều thiết yếu là việc truyền đồng thời nhiều bước sóng cùng một lúc này không gây nhiễu lẫn nhau Mỗi bước sóng đại diện cho một kênh quang trong sợi quang Công nghệ WDM phát triển theo xu hướng mà sự riêng rẽ bước sóng của kênh có thể là một phần rất nhỏ của 1 nm hay 10 -9 m, điều này dẫn đến các hệ thống ghép kênh theo bước sóng mật độ cao (DWDM) Các thành phần thiết bị trước kia chỉ có khả năng
xử lý từ 4 đến 16 kênh, mỗi kênh hỗ trợ luồng dữ liệu đồng bộ tốc độ 2,5 Gbit/s cho tín hiệu mạng quang phân cấp số đồng bộ (SDH/SONET) Các nhà cung cấp DWDM đã sớm phát triển các thiết bị nhằm hỗ trợ cho việc truyền nhiều hơn các kênh quang Các hệ thống với hàng trăm kênh giờ đây đã sẵn sàng được đưa vào
sử dụng, cung cấp một tốc độ dữ liệu kết hợp hàng trăm Gbit/s và tiến tới đạt tốc
độ Tbit/s truyền trên một sợi đơn Có hai hình thức cấu thành hệ thống WDM đó là:
- Truyền dẫn hai chiều trên hai sợi
- Truyền dẫn hai chiều trên một sợi