Đồ án Nghiên cứu hệ thống ghép kênh quang DWDM - Chương 5

Đồ án Nghiên cứu hệ thống ghép kênh quang DWDM - Chương 5

Chơng V

Giới thiệu và thảo luận Mạng quang DWDM đờng

trục 20Gb/s của Việt nam

Triệt để tận dụng và bảo đảm tính tơng thích với hệ thống hiện nay (thiết

bị, cáp), quá trình nâng cấp không đợc gây gián đoạn thông tin

Bảo đảm chất lợng của thông tin (BER = 10-10), linh hoạt trong định tuyến.Quản lý mạng mềm dẻo, có khả năng quản lý đợc cả thiết bị của các hãngkhác nhau Trong tơng lai, có thể hỗ trợ, ghép nối với các tuyến cáp quang khác

nh cáp quang quốc tế, cáp quang ven biển nội địa Hệ thống thiết bị mới thuộchàng hiện đại nhất nhng phải là những sản phẩm đã mang tính thơng mại hoácao của những hãng có năng lực và uy tín hàng đầu thế giới hiện nay

Có tính kinh tế, khả thi cao

5.1.2 Dự báo nhu cầu lu lợng mạng quang đờng trục Bắc - Nam

Theo dự báo, đến năm 2010 nhu cầu về lu lợng của tuyến đờng trục BắcNam là 92 luồng STM-1 (xấp xỉ 15 Gbit/s), nh hình 5.1 Để đáp ứng cho nhu cầuphục vụ cho các dịch vụ viễn thông trong tơng lai, có khả năng dự phòng tốttrong các trờng hợp bị sự cố và các trờng hợp nhu cầu đột xuất, mục tiêu là cầnnâng cấp mạng đờng trục lên 20 Gbit/s

Mặt khác với dung lợng truyền dẫn cao, khi kết nối với các mạng cápquang lớn nh: Mạng cáp ven biển, mạng cáp quốc tế, mạng của các Bu điện tỉnh,thì tuyến trục này dễ dàng truyền tải lu lợng cũng nh đề phòng cho các mạngtrên khi sự cố xảy ra

Hình 5.1 Dự báo kích cỡ mạng truyền dẫn đờng trục Bắc Nam 1998-2010

61

5.2 Giới thiệu tuyến cáp quang đờng trục 20Gbit/s Hà nội

-TP HCM

5.2.1 Cấu hình tuyến

Tuyến cáp quang 20 Gbit/s Hà Nội-TP HCM là một hệ thống thông tinquang ghép kênh theo bớc sóng đợc khởi công lắp đặt ngày 10-07-2003 vàkhánh thành đa vào sử dụng ngày 25-09-2003 Tuyến truyền dẫn này đi theo haihớng: dọc quốc lộ 1A và trên đờng dây điện 500 KV, cáp quang trên tuyến làcáp quang đơn mode theo khuyến nghị G.652 Đây là tuyến có cấu hình mạngRing đợc giám sát, quản lý, điều khiển với các vòng Ring con nh hình 5.2 Trong

đó, nửa vòng Ring trên đờng cáp quang theo tuyến đờng dây điện lực chủ yếulàm đờng dự phòng bảo vệ cho lu lợng thông tin trên đờng quốc lộ 1A Hiện nay,trên tuyến chúng ta mới ghép 6 bớc sóng do đó dung lợng thực tế của hệ thốngmới là 15 Gbit/s, nh hình 5.3

Th Hoá 2 R7 Đ.Hà/R9 K.Tum Pleicu1 P.Nhơn B.Mê Thuột

Nam Định

H ng Yên

Quảng Ngãi Th.Hoá 1

Đắc Nông

Hà Nội

An Khê 1

Đà Nẵng

P Sơn/R13

P Thiết Xuân Lộc

Tuy Hoà

Hồ Chí Minh

HuếNam Ròn

P Rang

DWDM Equiqment Line Amplifier

Hình 5.3 Các bớc sóng sử dụng của tuyến cáp quang 20Gb/s Hà Nội

-TPHCM

Mỗi luồng thông tin SDH - 2,5 Gbit/s sẽ đợc chuyển đổi thành một tínhiệu quang tơng ứng với một bớc sóng

Các bớc sóng mà hệ thống sử dụng đều tuân thủ theo các tiêu chí sau:

- Tuân thủ lới bớc sóng G.652/G.653 của ITU: Khoảng cách kênh là 100GHz, phù hợp với hệ thống 8 kênh hoặc nhiều hơn

- Căn cứ theo đờng đặc tuyến của bộ khuếch đại quang EDFA: Các bớcsóng đều nằm ở cửa sổ thứ 3, có hệ số khuếch đại lớn và tơng đối bằng phẳng

- Tránh ảnh hởng xấu của các hiệu ứng phi tuyến

Hệ thống 20Gb/s là hệ thống thông tin 2 chiều nhng không trên cùng mộtsợi quang, có nghĩa là sử dụng 2 sợi quang để truyền tín hiệu, một cho chiều đi

và một cho chiều về, bớc sóng tín hiệu sợi đi cũng nh sợi về, nhng kênh nghiệp

vụ trên 2 đờng là khác nhau: Đối với chiều xuất phát (ở Hà Nội) sử dụng kênhnghiệp vụ có bớc sóng là 1510 nm, còn chiều ngợc lại kênh nghiệp vụ có bớcsóng là 1615 nm

Tín hiệu đợc truyền đi theo một đờng vòng để đề phòng trờng hợp xấu xảy

ra nh đứt cáp quang Trên tuyến có sử dụng nhiều trạm lặp, tại các trạm lặp nàytín hiệu sẽ đợc khuếch đại lên nhờ bộ khuếch đại EDFA Ví dụ nh từ Hà nội tớiNinh Bình (96 km) có một trạm khuếch đại, rồi từ Ninh Bình tới Thanh Hoá (63km) lại có bộ khuyếch đại tiếp theo và lần lợt cho tới Vinh về Nam Định, Hng

63

Yên đều có các trạm lặp Những trạm này đợc xây dựng trên cơ sở thực tế củatừng khu vực và dựa vào đờng quang (suy hao công suất của tín hiệu) mà tín hiệutruyền.

5.2.2 Phổ bớc sóng quang

Các bớc sóng của mạng quang dùng cho thiết bị OPTera Longhaul 1600G,tuân theo một bảng phân bố bớc sóng tơng thích tiêu chuẩn quốc tế ITU - TG692 Bảng phân bố bớc sóng này thành băng C thông thờng (Conventional C -Band) bao gồm 40 bớc sóng và băng dài L (Long - Band) cũng bao gồm 40 bớcsóng Nh vậy, toàn bộ bớc sóng của hệ thống thiết bị quang 1600 G là 80 bớcsóng

Phổ băng C: Các bớc sóng của băng C trải dài 1530 nm  1563 nm Bảngphân bố bớc sóng của băng C đã chia bớc toàn bộ các bớc sóng của băng C ralàm 2 bớc sóng: Lới 1 (Grid 1) và lới 2 (Grid 2) Mỗi lới có 40 bớc sóng, mỗi b-

ớc sóng cách nhau là 100Ghz Những bớc sóng của lới 1 đợc phân bổ tuân theocác quy định của tiêu chuẩn quốc tế là ITU-T G692 Trong cấu hình mạng quang

đơn chiều, các bớc sóng của lới 1 sẽ đợc sử dụng để phát đi trong cả hai chiềutrên cả hai sợi quang tách biệt Các bớc sóng của lới 2 cách khoảng với các bớcsóng của lới 1 là 50GHz Các bớc sóng của lới 2 đợc dùng riêng cho các cấuhình mạng quang truyền hai chiều

Phổ băng L: Các bớc sóng của band - L trải dài từ 1570 nm  1603 nm.Phân bố bớc sóng của băng L đợc tổ chức thành hai lới (lới 3 và lới 4) Mỗi lớigồm có 40 bớc sóng cách khoảng nhau là 100Ghz Các bớc sóng của lới 4 cáchkhoảng với bớc sóng của lới 3 là 50Ghz, các bớc sóng lới 3 đợc sử dụng trongmạng quang đơn chiều, các bớc sóng lới 4 đợc sử dụng trong mạng quang truyền

2 chiều Các mạng quang đơn chiều chỉ sử dụng các bớc sóng của lới 1 và không

đợc sử dụng trộn lẫn với các bớc sóng của lới 3 và lới 4

Hình 5.4 Sơ đồ phân bố b ớc sóng quang band - C và band L

theo ITU-T G692

1500 nm 1530 nm 1563 nm 1570 nm 1603 nm 1615 nm

Conventional band( C – band )

Long band( L – band )OPTera Long Haul 1600 gain window

Bảng 5.1 Băng truyền dẫn sử dụng cho các mạng quang đơn hớng của thiết

bị 1600G.

Ghi chú: Thiết bị 1600G REL.7 chỉ cung cấp những ứng dụng trong mạng

truyền dẫn 2 chiều chỉ trong băng L, phải sử dụng cả 2 băng lới sóng Các bớc sóng của lới 3 theo chiều 1, các bớc sóng của lới 4 theo chiều 2

Phổ bớc sóng tại một số trạm lặp: Ninh Bình nh hình 5.5, Thanh Hoá nhhình 5.6

Hình 5.5 Phổ tại Ninh Bình

65

Hình 5.6 Phổ tại Thanh Hoá

5.2.3 Phương thức bảo vệ lưu lượng thông tin trên các vòng quang DWDM

Có 2 phơng thức bảo vệ chính là:

1) Bảo vệ SNCP trên các thiết bị lớp ghép bớc sóng quang, với các điểmchuyển lu lợng đặt tại DX Bình thờng trên mỗi vòng quang, lu lợng của mỗi bớcsóng quang ở trên nhánh làm việc, khi có sự cố lu lợng của mỗi bớc sóng quang

sẽ chuyển sang nhánh dự phòng Chuyển bảo vệ SNCP mềm hay cứng đều gâygián đoạn lu lợng tức thời

2) Bảo vệ MSP trên các đờng quang kết nối giữa:

+ Các thiết bị kết nối chéo DX với thiết bị 4200

+ Các thiết bị 4200 với thiết bị TN4T

Bình thờng lu lợng của mỗi cặp sợi quang ở trên nhánh làm việc bao gồmcard AGG trên thiết bị 4200 (vị trí S6) và TN4T (vị trí S7) Khi có sự cố l u lợng

sẽ tự động chuyển sang nhánh quang liên kết dự phòng MSP - bao gồm cardAGG trên thiết bị 4200 (vị trí S8) và TN4T (vị trí S9) Chuyển bảo vệ MSP mềmthờng không gây gián đoạn lu lợng tức thời

- Ngoài ra, trên thiết bị TN4T có phơng thức bảo vệ card 2M là 1:N

- Việc chuyển đổi từ nhánh quang làm việc sang nhánh quang bảo vệ củamỗi bớc sóng hay cặp sợi quang liên kết MSP đợc thực hiện tự động khi có sự cốthiết bị hay sợi quang hay khi có trạng thái suy giảm chất lợng truyền dẫn Saukhi chuyển, lu lợng không tự động khôi phục về vị trí ban đầu sau khi sự cố đợc

xử lý

5.2.4 Kết nối chéo lu lợng

Kết nối chéo lu lợng đợc thực hiện chủ yếu trên DX với cấp dung lợngSTM-16 Khai báo kết nối các cấp lu lợng STM-1, 140M, 34M, 2M đợc thựchiện trên các thiết bị 4200, 4150 và TN4T

5.2.5 Đồng bộ tín hiệu đồng hồ

- Tại trạm DX:

+ Tín hiệu đồng hồ cấp cho mỗi trạm có thiết bị DX phải có cấp chất lợngcao nhất PRC

+ Các thiết bị 4200, 4150, TN-4T sẽ lấy tín hiệu đồng bộ từ DX

Tín hiệu đồng hồ cho các thiết bị quang/SDH trong trạm đợc lấy từ tínhiệu quang của một bớc sóng trong tín hiệu quang ghép bớc sóng DWDM

Tại mỗi trạm, tín hiệu đồng hồ nên lấy ra tại ngõ ra đồng hồ của các thiết

Booster Amp

O S C

1

O S C

2

OSC 1 ADD

OSC 1 DROP

OSC 2 DROP

OSC 2 ADD

MON-1

To OSA IN-1

IN-1

OUT-2

To OSA IN-4 MON

MSA 1AB

1B

To OSA IN-3

UPG OUT

bị DX hoặc 4200 để cung cấp cho các thiết bị khác khi có yêu cầu

5.2.6 Phần điều khiển và giám sát thiết bị tại trạm

Tất cả thiết bị thuộc lớp ghép bớc sóng quang và lớp SDH tại mỗi trạm

đều có thể giám sát và điều khiển tại chỗ bằng máy tính PC với phần mềmhyper-terminal thông thờng Các chức năng có thể truy nhập giống nh trên hệthống giám sát chính EC-1 và Preside

5.2.7 Hệ thống quản lý giám sát Preside

Preside là hệ thống quản lý toàn bộ các thiết bị thuộc 2 lớp (ghép bớc sóng vàSDH) tại tất cả các trạm thuộc tất cả các vòng quang Preside làm việc trên hệ

điều hành UNIX gồm 01 máy chủ đặt tại HNI và 01 máy dự phòng nóng tạiHCM Phần mềm giám sát EC-1 quản lý tất cả thiết bị lớp SDH (trừ DX) và dớiquyền giám sát của Preside

Hệ thống Preside thực hiện đầy đủ các chức năng quản lý thiết bị, giámsát cảnh báo và chất lợng truyền dẫn, thiết lập kết nối/xóa/xen rớt/ đấu vòng cácnguồn tín hiệu PDH/SDH, thiết lập và xem cấu hình thiết kế, khai báo phátquang, giám sát các cảnh báo, xem lu lợng truyền dẫn

5.2.8 Thiết bị DWDM OPTera NORTEL 1600G - 20Gbps

Trong mạng 20Gb/s, do đặc thù của tuyến có nhu cầu xen rẽ và cự lytruyền dẫn của các trạm khác nhau nên có nhiều loại thiết bị khác nhau để liênkết thành 1 mạng truyền dẫn linh hoạt có dung lợng 20Gb/s (Tơng đơng8x2,5Gb/s cho lu lợng tải trọng) Sau đây sẽ giới thiệu những thiết bị chính vớichức năng cơ bản, bao gồm:

- Thiết bị khuyếch đại quang : OPTera- AMP

- Thiết bị ghép bớc sóng quang : DWDM

- Thiết bị đấu chéo conector DX : OPTera-Conector DX

- Thiết bị chuyển đổi bớc sóng : Repeater

5.2.8.1 Thiết bị khuếch đại 1600G

Sơ đồ nguyên lý của một trạm có khuếch đại Raman:

67

Những nhóm card CPG dùng cho cấu hình mạng quang đơn chiều củathiết bị khuếch đại 1600G bao gồm:

+ Các bộ khuếch đại Raman Dra-A và Dra-B

+ Card phân tích phổ quang OSA

+ Bộ bù tán sắc và suy hao MSA

+ Card kênh dịch vụ quang OSC

+ Card khuếch đại kép băng C

+ Card khuếch đại Bosster 21

* Chức năng:

- Các bộ khuếch đại Raman Dra-A và Dra-B:

Để tăng đợc cự ly truyền dẫn, ở phía thu ngời ta lắp thêm một bộ khuếch

đại Raman

Card khuếch đại Raman chỉ mới xuất hiện từ phiên bản 7 trở đi, chỉ đợcdùng khi sử dụng cấu hình đơn chiều với card UniOSC 1510/1615nm Khuếch

đại dựa trên nguyên lý sử dụng hiệu ứng phi tuyến Raman, với u điểm làm giảm

tỷ số nhiễu/tín hiệu, tăng đợc cự ly truyền dẫn

Hiệu ứng Raman xảy ra khi có sự tơng tác giữa ánh sáng và các phân tửchuyển động trong sợi quang Các phân tử của sợi quang hấp thụ năng lợng từ b-

ớc sóng bơm Raman và phát lại chúng ở tần số 13,2THz, với mức năng lợng tơng

đơng với mức năng lợng của sóng bơm trừ đi mức năng lợng dao động của phântử

Nguyên lý khuyếch đại Raman không hiệu quả bằng nguyên lý khuếch

đại EDFA, vì nguyên lý khuếch đại Raman cần một công suất bơm lớn hơn để

đạt cùng một giá trị độ lợi Do hạn chế về công suất phát của Laser bơm trong bộkhuếch đại Raman nên thờng sử dụng ghép giữa EDFA và Raman

Dải bớc sóng khuếch đại Raman phụ thuộc vào tần số dao động của cácphân tử trong lõi sợi quang và bớc sóng bơm Đặc biệt phụ thuộc nhiều vào cờng

độ bớc sóng bơm (do đây là hiệu ứng phi tuyến) Bớc sóng cần thiết của Laserbơm vào sợi quang ngắn hơn  50nm đối với phổ bớc sóng cần khuếch đại Đốivới băng-C (1530-1565nm), bớc sóng bơm là  1450nm Để tăng độ lợi và làmcho độ lợi bằng phẳng hơn, bằng cách sử dụng nhiều bớc sóng bơm khác nhau.Card DRA không thể thiếu trong các hệ thống đờng dài do đặc tính làm tăng cự

ly truyền dẫn của khuếch đại Raman Do đó vai trò của nó ngày càng quan trọngvới hệ thống thông tin quang trong tơng lai

Thiết bị khuếch đại 1600G Rel 7 có 2 card khuếch đại Raman DRA-A vàDRA-B Cả 2 card phải đợc lắp để có khuếch đại Raman phân bố Khuếch đạiRaman chỉ đợc dùng trong truyền dẫn đơn chiều Khuếch đại Raman phân bố đ-

ợc thiết lập trên cơ sở của hiện tợng phân tán Raman, một hiệu ứng phi tuyếntrong truyền dẫn sợi quang giúp truyền tải năng lợng từ các bớc sóng bơm, đitrên quảng đờng ngắn hơn vào các bớc sóng đi trên quảng đờng dài hơn CardDRA cung cấp công suất bơm bớc sóng ngắn hơn cho khuếch đại Raman phân

bố Khuếch đại Raman phân bố cải thiện toàn bộ tỷ số tín hiệu quang trên nhiễu(OSNR)

- Card phân tích phổ quang OSA: Card phân tích phổ quang OSA đợc lắptrong giá chính của giá khuếch đại OSA gia tăng cân bằng khuếch đại và chất l-ợng bằng cách kiểm tra công suất kênh quang, tỷ số tín hiệu quang trên nhiễu(OSNR) và công suất toàn băng của mỗi một cổng hoạt động Card này dùng đểgiám sát công suất, tỷ số tín hiệu trên nhiễu và công suất toàn băng trên mỗicổng Với tín hiệu quang mẫu đợc cung cấp từ các card Dual và card Booster,card OSA tiến hành phân tích và phát tín hiệu thông báo cho nhà điều hànhmạng biết để tiện cho việc thay thế hay chỉnh sửa

Việc tryển khai card OSA phụ thuộc vào: Dung lợng bớc sóng, dạng sợiquang, số luồng, sự có mặt của DRA, sự có mặt của OAMD

Card OSA có 8 cổng, 4 cổng để giám sát băng-C và 4 cổng để giám sátbăng-L Mỗi cổng OSA nối đến 1 cổng kiểm tra bộ khuếch đại MON phù hợptheo một sơ đồ kết nối cố định

Tín hiệu từ các ngõ MON của các card khuếch đại Dual và card Booster

đ-ợc đa vào các ngõ IN của card OSA Sau đó, tín hiệu này đđ-ợc đa đến bộ phân tíchphổ (Optical Analizer) qua một Coupler và một Switch Tín hiệu này sẽ đợc phântích và kết quả đợc dùng để điều khiển công suất khuếch đại

69

- Bộ bù tán sắc và suy hao MSA: MSA là điểm truy nhập để kết nối các bộ

bù tán sắc vào OADM, ngoài ra MSA còn sử dụng các bộ suy hao để hạn chếcông suất ngõ vào của card sao cho không vợt quá mức để Photodetector hoạt

động tốt

- Card kênh dịch vụ quang OSC đơn chiều UniOSC: Card UniOSC cungcấp kênh dịch vụ quang ngoài băng bớc sóng cho truyền thông giữa các trạmtrên một tuyến quang, các bớc sóng hoạt động nh hình 5.8 Card này có các chứcnăng sau:

+ Khai thác, quản trị, bảo trì, giám sát ( OAM và B )

+ Chuyển các cảnh báo đến bộ quản lý khai thác ( OPC ) và quản lý mạng.+ Giám sát và bảo dỡng từ xa

mở hay tắt trạm để sử dụng cho mục đích kiểm tra

Bảng 5.2 Chỉ tiêu kỹ thuật của card UniOSC

Mã kỹ thuật của sản phẩm PEC

(Product Engineering Code)

NTCA 15 AE/AG - (1510/1615 nm)NTCA 15 AA/AC/AD - (1510/1480 nm)

Bớc sóng OSC

1510/1615 nm (Tơng thích Raman, sử dụng cho những mạng mới)

1510/1480 nm (Các mạng kế thừa, không

hỗ trợ khuếch đại Raman)

Độ nhạy máy thu - 42 dBm (Cổng vào)

Công suất bảo đảm 0 dBm

Tỉ số bit lỗi BER > 10-9 với giả sử độ nhạy đợc đảm bảo

Tốc độ dữ liệu quang 4.86 Mbps

Công suất tiêu thụ 36 W

Hình 5.8 B ớc sóng hoạt động của UniOSC 1510/ 1615nm.

Conventional band ( C – band )

Long band ( L – band )

OPTera Long Haul 1600 gain

window

- Card UniOSC có 4 cổng:

+ Hai cổng dành cho xen/ rẽ tại 1510nm

+ Hai cổng dành cho xen/ rẽ ở 1615nm

Các chỉ tiêu kỹ thuật của card UniOSC nh bảng 5.2

- Card khuếch đại kép ( Dual Amplifier Circuit Pack )

Mỗi card khuếch đại kép có chứa hai bộ khuếch đại EDFA để khuếch đạiquang theo cả hai chiều Card khuếch đại kép đợc dùng trong tất cả cấu hìnhkhuếch đại 1600G Card khuếch đại kép băng-C sẽ dùng để phát các bớc sóngcủa băng-C và khuếch đại kép băng-L dùng để phát các bớc sóng của băng -L

Bảng 5.3 Chỉ tiêu kỹ thuật cho bộ khuếch đại kép của băng - C.

Mã kỹ thuật của sản phẩm PEC

( Product Engineering Code ) Băng - C - NTCA 15 CK/CM

Phổ độ lợi C - band 1530 - 1563 nm

Khoảng độ lợi tuyến tính khi thiết kế 19.5 dB

Độ biến thiên độ lợi 2 dB cực đại, tại khoảng độ lợi tuyến

tính khi thiết kế

Độ dốc của độ lợi động 2.7 dB cực đại, sử dụng 1563 nm ở

quãng độ lợi tuyến tính thiết kếChỉ số nhiễu 5.5 dB cực đại, ngõ vào -5.25 dBm,

ngõ ra 14.75 dBm

Công suất tiêu thụ chuẩn 64W ( C - band )

- Card khuếch đại Booster 21:

Trong cấu hình khuếch đại của mạng quang với thiết bị 1600G, các bộkhuếch đại Booster đợc dùng liên kết với card khuếch đại kép, mỗi card khuếch

đại Booster có một bộ khuếch đại EDFA, card khuếch đại Booster 21 băng-C có

71