BÀI GIẢNG MÔN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG

MẠNG TRUYỀN TẢI QUANGHỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM Bảng 1.2- Các tham số chính của một số hệ thống WDM hiện đang được khai thác trên thế giới.. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG Bộ thu quang: - Giố

Trang 1

GIỚI THIỆU MÔN HỌC

 Thời lượng môn học:

 4ĐVHT (36LT + 18TL + 6TH)

 Mục tiêu:

 Kiến thức: Trang bị cho sinh viên các kiến thức về ghép kênh quang theo bước sóng WDM, các kỹ thuật khuếch đại quang, xu hướng phát triển của mạng quang

 Kỹ năng: Rèn cho sinh viên có kỹ năng nghiên cứu, phân tích, đánh giá về các công nghệ trên mạng truyền tải quang

 Nội dung:

 Chương 1: Hệ thống thông tin quang WDM

 Chương 2: Khuyếch đại quang

 Chương 3: Truyền tải IP/WDM

 Chương 4: Một số công nghệ, kỹ thuật và xu hướng nghiên cứu trong mạng truyền tải quang

Trang 2

MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG

 Tài liệu tham khảo:

 Cao Hồng Sơn Công nghệ IP trên WDM Nhà xuất bản Bưu Điện, 8-2005.

 Hoàng Văn Võ Công nghệ và mạng thế hệ sau Nhà xuất bản Bưu Điện, 2008

 Vũ Văn San Hệ thống Thông Tin Quang, tập 2 Nhà xuất bản Bưu Điện, 2008.

 Đỗ Văn Việt Em Hệ thống thông tin quang II Học viện Công nghệ Bưu chính

Viễn thông, 2007.

 J M Senior, “Optical Fiber Communications: Principles and Practice” Second

edition, Prentice Hall, 1993.

 G Keiser, “Optical Fiber Communications” Third edition, McGraw-Hill, 2000.

 J Gowar Optical Communication Systems Second edition, Prentice-Hall, 1993.

 G P Agrawal Fiber-Optic Communication Systems Second edition, John Wiley

& Sons, 1997.

 Silvello Betti, Giancarlo De Marchis, Eugenio Iannoe Coherent Optical

Communications Systems John Wiley & Sons, Inc, 1995.

Trang 3

 Tài liệu tham khảo:

 Max Ming – Kang Liu Principles and Applications of Optical

Communications, 2001.

 Gerard Lachs Fiber Optic Communications – Systems, Analysis, and

Enhancements McGraw-Hill, 1998.

 Peter Tomsu and Christian Schmutzer, "Next Generation Optical

Networks", Prentice Hall PTR, 2002.

 D Marcuse, A R Chraplyvy, et al., “Effect of Fiber Nonlinearity on Long

Distance Transmission”, J Lightwave Tech., Vol 9, No.1, pp 121-128,

1991.

 G P Agrawal, Nonlinear Fiber Optics New York: Academic, 1995.

 Đánh giá:

 Thực hành/Thí nghiệm/Bài tập/Thảo luận: 30 %

 Kiểm tra giữa kỳ: 10%

 Kiểm tra cuối kỳ: 50 %

Trang 4

CHƯƠNG 1

HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

WDM

Trang 5

HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM

Trang 6

HỆ THỐNG THễNG TIN QUANG WDM

QUANG (WDM) )

 Khái niệm WDM:

- Nhu cầu truyền số liệu tăng cao  dung l ợng truyền dẫn tăng nhanh

- Hệ thống truyền dẫn TDM truyền thống bị giới hạn về tốc độ.

- Cửa sổ truyền dẫn trong sợi quang:

- WDM là kỹ thuật cho phép truyền dẫn nhiều kênh b ớc sóng quang trên cùng một sợi quang.

Trang 7

HỆ THỐNG THễNG TIN QUANG WDM

 Các dải băng tần hoạt động trong WDM:

• O-band (Original band):

Trang 8

HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM

 Qu¸ tr×nh ph¸t triÓn WDM

Transmitters Receivers

Combining Signals

Separating Signals Transmission on fiber

Trang 9

 Các chế độ truyền dẫn WDM: (Theo h ớng truyền dẫn)

Trang 10

Trang 11

 M« h×nh chung hÖ thèng WDM: (®iÓm- ®iÓm)

PA LA

BA - Bộ khuyếch đại công suất

PA - Bộ tiền khuyếch đại quang

LA - Bộ khuyếch đại đường truyền

S - Bước sóng kênh giám sát quang (OSC)

Trang 12

a Số lượng kênh bước sóng N

b Khoảng cách giữa các kênh bước sóng Dl

c Băng thông sử dụng của hệ thống N x Dl

d Tốc độ truyền tin trên mỗi kênh bước sóng B

e Dung lượng của hệ thống N x B

f Dung lượng truyền dẫn của hệ thống N x B x L

g Hiệu suất sử dụng kênh bước sóng B/Dl

Trang 13

Bảng 1.1- Các tham số chính của một số hệ thống WDM trong các phòng thí nghiệm.

Số kênh bước sóng N

Tốc độ kênh B (Gbit/s)

Khoảng cách truyền dẫn L (km)

Dung lượng truyền dẫn (Tb/s-km)

Trang 14

Bảng 1.2- Các tham số chính của một số hệ thống WDM

hiện đang được khai thác trên thế giới.

Số kênh bước sóng N

Tốc độ kênh B (Gbit/s)

Khoảng cách truyền dẫn Dl

Dung lượng truyền dẫn (Pb/s-km)

Trang 15

 Phân loại và các chuẩn của hệ thống WDM

Hệ thống WDM băng tần rộng (BWDM – Broad passband WDM)

Hệ thống WDM ghép mật độ thấp (CWDM – Coarse WDM)

Hệ thống WDM ghép mật độ cao (DWDM – Dense WDM)

Trang 16

Trang 17

…).

- Đảm bảo tín hiệu quang có độ rộng phổ hẹp tại b ớc sóng chính xác theo tiêu chuẩn.

Trang 18

 Bộ thu quang:

- Giống các bộ thu quang sử dụng trong các hệ thống đơn kênh

- Độ nhạy cao trong dải rộng b ớc sóng, nhiễu thấp, hoạt động ổn định.

Trang 20

 Bé t¸ch/ ghÐp b íc sãng: (OMUX/ ODEMUX)

- OMUX : kÕt hîp c¸c b íc sãng rêi r¹c kh¸c nhau thµnh tÝn hiÖu tæ hîp

® a vµo sîi quang.

- ODEMUX : t¸ch tÝn hiÖu tæ hîp WDM thµnh c¸c kªnh b íc sãng riªng biÖt ® a tíi bé thu.

j công suất quang đi vào đường truyền

0 công suất quang tới tại j

D 10 lg

Trang 21

Bé ghÐp xen (interleaver), bé ghÐp quang (coupler),…).

Trang 22

 Bé t¸ch/ ghÐp b íc sãng: (OMUX/ ODEMUX)

- Ph¹m vi øng dông cña mét sè kü thuËt:

Trang 23

 Bộ tách/ ghép b ớc sóng: (Bộ lọc quang)

- Yêu cầu:

Phạm vi điều chỉnh rộng Xuyên âm thấp (th ờng < -20 dB) Tốc độ điều chỉnh nhanh

Suy hao xen nhỏ

ít nhạy cảm phân cực

ổn định với môi tr ờng hoạt động

sig - độ rộng băng tần của tớn hiệu đa kờnh.

ch - khoảng cỏch kờnh.

L - dải phổ tự do.

Trang 24

 Bộ lọc F- P: Gồm 2 g ơng song song

 Điều chỉnh b ớc sóng bằng cách thay đổi khoảng cách 2 g ơng.

Trang 26

 Bộ lọc màng mỏng đa lớp:

Gồm các lớp màng mỏng có chiết suất thay đổi luân phiên hoạt

động nh các bộ phản xạ có độ dày bằng 1/4 b ớc sóng (/4n).

Multiwavelength

light

Multilayer interference filter

Demultiplexed wavelenghts

 Điều chỉnh b ớc sóng đ ợc thực hiện theo

một số cách: điều chỉnh điện tử, điều chỉnh

quang nhiệt …).

 Phạm vi điều chỉnh cỡ 40 nm với độ rộng

băng tần <0,35nm ở vùng 1550nm.

Trang 27

 Bộ lọc Mach- Zehnder:

 Gồm 2 coupler 3dB kết nối với nhau trên 2 nhánh có độ dài khác nhau  gây ra sự dịch pha phụ thuộc b ớc sóng giữa 2 nhánh.

Sự giao thoa cộng h ởng xẩy ra tại một đầu ra cho một b ớc sóng xác

Trang 28

 Các bộ tách/ghép nhiều b ớc

sóng đ ợc xây dựng b ng cách nối ằng cách nối

tầng nhiều bộ giao thoa MZ

 Độ truyền qua của chuỗi M bộ

 Thiết bị có thể thực hiện hoạt

động tách và hoạt động ghép (đảo chiều)

Trang 29

 AOTF t¹o ra chuçi c¸c sãng siªu

 AOTF ® îc chÕ t¹o b»ng viÖc sö

dông c¸c èng dÉn sãng TeO2 hoÆc

LiNbO3 cã sù phô thuéc ph©n cùc

Trang 30

Tia bÞ nhiÔu x¹

Tia tíi

Ph¸p tuyÕn c¸ch tö

Tia nhiÔu x¹

d Chu kú c¸ch tö

b íc sãng

n

Trang 31

§iÒu kiÖn Littrow Mét sè cÊu h×nh cô thÓ:

Trang 32

 Đ ợc chế tạo dựa trên sợi quang đ ợc

chiếu UV tạo ra sự thay đổi chiết suất tuần

hoàn

 ánh sáng đi qua bị phản xạ trở lại tại b ớc

sóng gần với b ớc sóng Bragg:

B = 2neffd/m trong đó neff chiết suất hiệu dụng lõi sợi, d-

B giao thoa ộ giao thoa Michelson

d a trên FBG ựa trên FBG

Trang 33

 Gồm 2 coupler sao kết nối với nhau qua mảng ống dẫn sóng có độ trễ lan truyền khác nhau  gây ra sự dịch pha phụ thuộc b ớc sóng trên ống dẫn sóng.

 Các b ớc sóng khác nhau hội tụ tại các cổng đầu ra khác nhau

 Bộ tách/ ghép b ớc sóng: (Cách tử)

 Mảng cách tử dẫn sóng- AWG:

Trang 34

 Dịch pha của tín hiệu có  truyền từ cổng đầu vào thứ p tới đầu ra thứ q qua ống dẫn sóng thứ m:

 Tín hiệu đạt cực đại tại đầu ra (nhờ giao thoa cộng h ởng) khi thỏa mãn điều kiện:

 Dải phổ tự do c a AWG: ủa AWG:

 AWG có dải điều chỉnh cỡ 40 nm, tốc độ điều chỉnh cỡ 10 ms (cơ chế quang nhiệt)

 ứng dụng trong các bộ tách/ghép, định tuyến  dung l ợng lớn.

 Bộ tách/ ghép b ớc sóng: (Cách tử)

 Mảng cách tử dẫn sóng- AWG:

Trang 35

3 2

Trang 36

Ánh sáng đi vào

Ánh sáng phản xạ Khoá

Ánh sáng đi ra

Ánh sáng đi vào

Ánh sáng phản xạ

Ánh sáng đi ra

SWP

Bộ quay pha Faraday

SWP Mặt phẳng  / 2

(a)

(b)

Trang 37

 Có thể đ ợc hình thành từ kết hợp các

coupler sợi 2x2: N = 2k

 Hoặc từ một bó sợi đ ợc làm nóng

chảy phần trộn ánh sáng.

 Coupler sao kết hợp các tín hiệu đầu

vào và phân phối đều cho các đầu ra

 Bộ tách/ ghép b ớc sóng: (Coupler)

 Kích th ớc NxM thay đổi phụ thuộc vào ứng dụng:

~ 100x100 cho LAN

~100x106 cho phát video quảng bá

Trang 38

 Chøc n¨ng xen/rÏ mét hoÆc mét vµi b íc sãng cã chän läc tõ tÝn hiÖu WDM vµ chuyÓn tiÕp c¸c b íc sãng cßn l¹i

Trang 39

 Cấu hình OADM đơn giản:

Tớn hiệu WDM

Xen/rẽ điện tử

R T

R: Bộ thu quang T: Bộ phỏt quang Amplifier

Cỏc luồng xen/rẽ

Trang 40

 CÊu h×nh OADM sö dông c¸ch tö:

 Bé xen/ rÏ b íc sãng: (OADM) HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM

Trang 41

 Chức năng chuyển đổi các kênh b ớc sóng giữa các cổng đầu vào

và các cổng đầu ra tín hiệu đa kênh khác nhau

 Bộ nối chéo quang: (OXC)

Trang 42

 OXC sử dụng thêm các bộ chuyển đổi b ớc sóng để tăng độ linh hoạt khi sử dụng trên mạng, cho phép sử dụng hiệu quả tài nguyên b

ớc sóng có trên mạng.

 Bộ nối chéo quang: (OXC)

Trang 43

THỐNG WDM

Trang 44

• Băng thông các bộ khuếch đại

• Khi truyền tải tín hiệu WDM đi xa, phải sử dụng các bộ khuếch đại tại các khoảng cách thích hợp

• Băng thông của các bộ khuếch đại quang là yếu tố quyết định băng thông sử dụng của các kênh trong hệ thống WDM.

• Erbium (EDFA) sử dụng băng C, băng L

Trang 45

 Độ bằng phẳng

- Để giải quyết vấn đề độ bằng phẳng khuếch đại, có hai giải pháp:

+ Sử dụng các bộ lọc kết hợp với bộ khuếch đại một cách hợp lý để san phẳng phổ khuếch đại

+ Sử dụng phương án phát tín hiệu quang không đồng đều về mặt công suất ngay tại các bộ phát quang

Hình 1.21 Phổ các kênh tín hiệu sau khi đi qua một bộ khuếch đại và sau khi đi qua

nhiều bộ khuếch đại

Đầu vào Đầu ra

Đáp ứng hệ thống sau nhiều tầng

khuếch đại Đáp ứng của một

khuếch đại

Trang 46

 Sự can nhiễu tín hiệu từ một

kênh bước sóng này sang một kênh bước sóng khác

 Xuyên kênh tuyến tính

j là các kênh khác với kênh i, N số kênh

bước sóng, Pj công suất của kênh bước sóng j trước khi qua bộ lọc, Tj hệ số truyền đạt của bộ lọc tại bước sóng j.

 Dòng tín hiệu cho kênh i

 Ii là dòng điện ứng với Pi, Ij là dòng điện

ứng Pj Ich dòng điện của kênh cần tách

và Ix dòng điện dò từ các kênh khác sang

j j

i P T P

X ch N

i j

j j

I

I    



Trang 47

- Bù tán sắc sử dụng DCF

- Cân bằng bù tán sắc các kênh quang

Trang 48

 Các hiệu ứng quang phi tuyến: xảy ra khi công suất

quang tín hiệu trong phần tử, thiết bị quang lớn hơn một

ngưỡng nhất định.

- Loại 1: phát sinh do tác động qua lại giữa các photon ánh sáng với

môi trường truyền dẫn ánh sáng: tán xạ kích thích Brillouin (SBS) và

tán xạ kích thích Raman (SRS).

- Loại 2: sinh ra do sự phụ thuộc của chiết suất môi trường truyền dẫn

vào công suất quang của tín hiệu: hiệu ứng tự điều pha (SPM -

Self-Phase Modulation), hiệu ứng điều chế pha chéo (XPM -

Cross-Phase Modulation) và hiệu ứng trộn 4 sóng (FWM - Four-Wave

Mixing)

Trang 49

 Hiệu ứng tán xạ Raman kích thích

Hình 1.25 Hiệu ứng Raman trong hệ thống WDM

Các bước sóng đầu vào Các bước sóng đầu ra

Sợi quang

Trang 50

 Hiệu ứng Brillouin kích thích :

truyền và mất một phần năng lượng để chuyển lên bước sóng dài hơn

11 GHz so với bước sóng bơm.

Trang 51

 Hiệu ứng trộn bốn sóng : là hiệu ứng sinh ra các tần số hài là tổng

hợp từ 3 tần số gốc fi, fj, fk khi có điều kiện tương hợp về pha

Trang 52

1.4 – MẠNG TRUYỀN TẢI WDM:

Trang 53

 Phân loại theo cấu hình :

Trang 54

 Phân loại theo vùng phủ địa lý :

Trang 55

Trang 56

được thực hiện trên một bước sóng riêng biệt.

Bảo vệ đoạn ghép kênh quang

Bảo vệ 1+1 (W-UPSR) Bảo vệ 1:1, 1:n (W-BLSR)

Lớp đoạn truyền dẫn quang Bảo vệ đường truyền quang

Bảo vệ 1+1, 1:1

Trang 57

CHƯƠNG 2

KHUẾCH ĐẠI QUANG

Trang 58

 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG

 2.3 KHUẾCH ĐẠI QUANG SỬ DỤNG SỢI PHA

Trang 59

 Trong mọi hệ thống thông tin quang, suy hao của sợi làm hạn chế khoảng cách truyền dẫn

 Đối với các hệ thống quang cự ly dài, để bù suy hao th ờng sử dụng các trạm lặp quang - điện (rất phức tạp và đắt tiền đối với hệ thống quang WDM).

 Giải pháp khác: dùng các bộ khuếch đại quang (OA) để khuếch đại trực tiếp tín hiệu quang.

 1980: một số loại bộ OA đã đ ợc nghiên cứu chế tạo

 SOA : Semiconductor Optical Amplifier

 RFA : Raman-based Fiber Amplifier

 EDFA : Erbium-doped Fiber Amplifier

 1990: ứng dụng OA để bù suy hao

 Với các hệ thống quang: EDFA đ ợc sử dụng phổ biến nhất

 Đối với các hệ thống cự li dài: RFA hoạt động tốt hơn

Trang 60

Trang 61

 Độ rộng băng tần khuếch đại :

- Là đáp ứng tần số quang của bộ khuếch đại G(f) khi đo hệ số

khuếch đại G của các tín hiệu quang ở các tần số khác nhau

- Bo được xác định bởi điểm -3dB so với hệ số khuếch đại đỉnh của

bộ khuếch đại

 Công suất ra bão hòa

 Công suất ở đầu ra tại điểm G giảm 3 dB được gọi là công

suất ra bão hòa Psat, out.

Pout,satG

Trang 62

 Nhiễu bộ khuếch đại

2 





N N

N

nsp

 out

in n

SNR SNR

Trang 63

vào nhiễu máy thu.

đáp ứng R:

f h

P f

RP q

(

22

2

sp

in E E

G R



cos )

(

2 R GPin 1/2 Esp

I 



Trang 64

khác:

f RS

sp sig2   4 ( )( ) 

GP RGP

I SNR

SP

in

in out

2



Trang 65

Sourse Spontaneous Emission (SE) Input

Trang 66

Trang 67

 Hoạt động ở chế độ định thiên thấp hơn dòng ng ỡng

 Thực tế, so với LD thì SLA có ống dẫn sóng rộng hơn và 2 mặt đ ợc phủ một lớp chống phản xạ để tránh ng ỡng LD và đạt đ ợc khuếch đại cao

 Phân loại SLA theo cấu trúc:

 FP-SLA (b khu ch ộ giao thoa ếch đại bán dẫn có khoang cộng hưởng FP ) đại bán dẫn có khoang cộng hưởng FP ) i bán dẫn có khoang cộng h ởng FP )

 DFB-SLA (b khu ch ộ giao thoa ếch đại bán dẫn có khoang cộng hưởng FP ) đại bán dẫn có khoang cộng hưởng FP ) i bán dẫn hồi tiếp phân tán )

 TW-SLA (b khu ch ộ giao thoa ếch đại bán dẫn có khoang cộng hưởng FP ) đại bán dẫn có khoang cộng hưởng FP ) i bán dẫn sóng chạy )

Tiêu đề	Giới Thiệu Môn Học
Trường học	Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Chuyên ngành	Mạng Truyền Tải Quang
Thể loại	Bài giảng
Năm xuất bản	2023

Định dạng
Số trang	137
Dung lượng	6,52 MB