Luận Văn Công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng wdm và ứng dụng trong mạng đường trục việt nam

LỜI MỞ ĐẦU

Ở nước ta hiện nay, thông tin cáp sợi quang đang ngày càng chiếm vị trí quan trọng. Với các ưu điểm như băng thông rộng, ít chịu ảnh hưởng bởi môi trường, chất lượng tín hiệu tốt nên thông tin cáp sợi quang ngày càng chiếm ưu thế trên mạng viễn thông của các Công ty viễn thông trong nước. Thời kỳ đầu, thông tin cáp sợi quang chỉ được ứng dụng trên tuyến trục thông tin quốc gia. Ngày nay, các tuyến cáp quang được sử dụng rộng khắp, ngoài các tuyến cáp quang đường trục liên tỉnh còn các tuyến cáp quang nội hạt được kéo đến hầu hết các quận, huyện trong cả nước.
Trong những năm gần đây, lưu lượng qua mạng tăng trưởng đột biến, nhu cầu phát triển các loại hình dịch vụ thoại, các dịch vụ băng thông rộng và đặc biệt là Internet ngày càng lớn. Những nhà cung cấp dịch vụ mà đặc biệt là các công ty sở hữu và khai thác cơ sở hạ tầng mạng, phải liên tục nâng cấp mạng để đáp ứng nhu cầu về băng thông và dịch vụ. Tuy vậy, hầu như tất cả các dự án giải quyết về lưu lượng mạng đều chậm hơn so với thực tế. Trong tình huống này đã có một sự đột phá về công nghệ nhằm giải quyết vấn đề dung lượng và chất lượng mạng cho xã hội thông tin, đó chính là công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng WDM. Với sự tiến bộ nhanh chóng, công nghệ WDM xứng đáng là giải pháp hợp lý cho vấn đề này hiện nay và cả trong tương lai. Đây là mục tiêu của các nhà cung cấp dịch vụ mạng thông tin nhằm đáp ứng cho sự tăng trưởng nhanh về lưu lượng qua mạng (như Internet) và đảm bảo cho chất lượng dịch vụ ngày càng tốt hơn.
Khi đã lựa chọn được giải pháp công nghệ phù hợp thì việc ứng dụng vào mạng sẽ mang lại hiệu quả cao hơn. Ở Việt Nam, hệ thống WDM đã được ứng dụng trên tuyến trục Bắc - Nam với dung lượng 40Gbps và tiếp tục được nâng lên trong thời gian tới. Để đảm bảo chất lượng thông tin theo yêu cầu ngày càng cao của xã hôi, ngoài ưu thế về công nghệ và chất lượng của thiết bị truyền dẫn, thì đội ngũ nhân viên trực tiếp khai thác, vận hành, bảo dưỡng hệ thống thường xuyên là vô cùng quan trọng.
Với mục đích hiểu rõ hơn về công nghệ từng bước làm chủ thiết bị và thành thạo trong công tác vận hành, bảo dưỡng thiết bị cho công việc sau này, góp phần giúp thiết bị hoạt động ổn định đảm bảo thông tin và chất lượng tín hiệu, em đã chọn đề tài “CÔNG NGHỆ GHÉP KÊNH QUANG THEO BƯỚC SÓNG WDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG MẠNG ĐƯỜNG TRỤC VIỆT NAM”.
Cấu trúc của Đồ án tốt nghiệp bao gồm bốn chương: Chương một tìm hiểu về khái niệm, nguyên lý và các thành phần cấu thành mạng truyền dẫn quang theo công nghệ WDM. Chương hai tìm hiểu về cấu trúc sợi quang và các thiết bị trong hệ thống WDM. Chương ba là những vấn đề kỹ thuật cần chú trọng trong công nghệ WDM và phương án giải quyết cụ thể. Chương bốn nghiên cứu về các thiết bị trong hệ thống WDM của hãng Nortel và ứng dụng của chúng trong mạng đường trục Bắc - Nam. Cụ thể các chương trong Đồ án như sau:
Chương 1- Tổng quan về hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng WDM
Chương 2- Sợi quang và các thiết bị trong hệ thống WDM
Chương 3- Những vấn đề kỹ thuật cần quan tâm đối với hệ thống WDM
Chương 4- Ứng dụng công nghệ WDM trong mạng đường trục Việt Nam
Hệ thống thông tin quang nói chung và công nghệ truyền dẫn WDM nói riêng là lĩnh vực khoa học công nghệ cao, với lượng kiến thức nhiều và luôn luôn thay đổi, đòi hỏi phải liên tục cập nhật và nghiên cứu. Với phạm vi của Đồ án này, em chỉ đi nghiên cứu một lĩnh vực nhỏ với một thế hệ thiết bị được ứng dụng tại Việt Nam. Dù đã hết sức cố gắng nhưng do khối lượng kiến thức nhiều và phức tạp nên Đồ án không tránh khỏi thiếu sót, rất mong được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô.
Qua thời gian học tập tại trường, được sự giúp đỡ của các thầy, các cô trong khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ - Trường Đại Học Quy Nhơn, đã giúp em tiếp thu được nhiều kiến thức bổ ích để em vững vàng và tự tin hơn trong công việc sau này. Để hoàn thành tốt Đồ án tốt nghiệp này, em đã được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của Th.s Lê Thị Cẩm Hà, em xin chân thành cảm ơn cô và tất cả các thầy, các cô trong khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ.







MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC BẢNG BIỂU
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG WDM 1
1.1. Cấu trúc tổng quát của hệ thống thông tin quang wdm 1
1.2. Nguyên lý ghép kênh theo bước sóng WDM 4
1.2.1. Giới thiệu hệ thống ghép kênh theo bước sóng WDM 4
1.2.2. Các kết cấu cơ bản của hệ thống WDM 4
1.2.3. Nguyên lý hoạt động của hệ thống WDM 5
1.3. Hai dạng hệ thống WDM 6
1.3.1. Hệ thống WDM kiểu tích hợp 6
1.3.2. Hệ thống WDM kiểu mở 7
1.4. Đặc điểm chính của công nghệ WDM 8
1.4.1 Tận dụng tài nguyên dải tần rất rộng lớn của sợi quang 8
1.4.2. Truyền dẫn nhiều tín hiệu 8
1.4.3. Thực hiện truyền dẫn hai chiều trên một sợi 9
1.4.4. Tiết kiệm đầu tư cho đường dây 9
1.4.5. Giảm yêu cầu siêu cao tốc đối với linh kiện 9
1.4.6. Tính linh hoạt, tính kinh tế và độ tin cậy cao của cấu hình mạng 9
1.5. Giao diện chuẩn và các tiêu chuẩn liên quan đến hệ thống WDM 9
1.5.1. Giao diện chuẩn cho hệ thống WDM 9
1.5.2. Các tiêu chuẩn liên quan đến hệ thống WDM 10
CHƯƠNG 2 SỢI QUANG VÀ CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG WDM 12
2.1. Sợi quang 12
2.1.1. Cấu tạo và nguyên lý truyền dẫn trong sợi quang 12
2.1.2. Các dạng phân bố chiết suất trong sợi quang 13
2.1.3. Các thông số của sợi quang 15
2.1.3.1. Suy hao của sợi quang 15
2.1.3.2. Tán sắc 18
2.2. Cáp quang 19
2.2.1 Yêu cầu kết cấu của cáp quang 19
2.2.2. Cấu trúc và các thành phần của cáp 20
2.2.2.1. Cấu trúc tổng quát 20
2.2.2.2. Các thành phần của cáp 21
2.2.3.Các loại cáp quang được khuyến nghị sử dụng trong hệ thống WDM 22
2.2.3.1. Sợi SSMF (single-mode optical fibre cable) hay sợi G.652 22
2.2.3.2. Sợi DSF (dispersion-shifted single-mode optical fibre cable) hay sợi G.653 23
2.2.3.3. Sợi CSF (cut-off shifted single-mode optical fibre cable) hay sợi G.654 24
2.2.3.4. Sợi NZ-DSF (non-zero dispersion shifted single-mode optical fibre cable) hay sợi G.655 25
2.3. Nguồn quang WDM 26
2.4. Thiết bị khuếch đại quang sợi 28
2.4.1. Chức năng của bộ khuếch đại quang OA 28
2.4.2. Nguyên lý hoạt động của bộ khuếch đại quang (EDFA) 28
2.4.3. Ứng dụng khuếch đại quang sợi EDFA trong hệ thống WDM 30
2.5. Thiết bị xen rớt quang (OADM) 33
2.5.1. Các chức năng của OADM 33
2.5.2. Các phần tử quang tiên tiến trong thiết bị OADM 33
2.5.3. Module giám sát hệ thống (OPM) trong thiết bị OADM 34
2.5.4. Module điều chỉnh cân bằng tán sắc DEM 35
2.6. Thiết bị kết nối chéo OXC 35
2.6.1. Sự ra đời của công nghệ chuyển mạch quang hoàn toàn 35
2.6.2. Thiết bị kết nối chéo quang OXC 36
CHƯƠNG 3 NHỮNG VẤN ĐỀ KỸ THUẬT CẦN QUAN TÂM ĐỐI VỚI 38
HỆ THỐNG WDM 38
3.1. Số kênh được sử dụng và khoảng cách giữa các kênh 38
3.2. Vấn đề ổn đinh bước sóng của nguồn quang và yêu cầu độ rộng phổ của nguồn phát 43
3.2.1. Ổn định bước sóng của nguồn quang 43
3.2.2. Yêu cầu độ rộng phổ của nguồn phát 44
3.3. Xuyên nhiễu giữa các kênh tín hiệu quang 44
3.4. Suy hao - quỹ công suất của hệ thống WDM 45
3.5. Tán sắc - bù tán sắc 46
3.6. Ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến 47
3.6.1. Ảnh hưởng của hiệu ứng tán xạ 47
3.6.2. Ảnh hưởng của hiệu suất khúc xạ 49
3.7. Một số vấn đề khi sử dụng EDFA trong mạng WDM 51
3.7.1. Tăng ích động có thể điều chỉnh của EDFA 51
3.7.2. Tăng ích bằng phẳng của EDFA 52
3.7.3. Tích luỹ tạp âm khi sử dụng bộ khuếch đại EDFA 52
CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ WDM TRONG MẠNG ĐƯỜNG TRỤC VIỆT NAM 54
4.1. Hệ thống cáp quang DWDM 40Gbps Nortel (Bắc - Nam) 54
4.2. Cấu hình bảo vệ trong mạng 58
4.3. Giới thiệu thiết bị của hãng Nortel được lắp đặt trong mạng đường trục 60
4.3.1. Thiết bị khuếch đại quang OpTera Long Haul 1600G (LH-1600G) 60
4.3.1.1. Chức năng 60
4.3.1.2. Phổ bước sóng quang sử dụng trong mạng 61
4.3.1.3. Cấu hình của khối khuếch đại OpTera LH- 1600G 63
4.3.1.4. Các loại ngăn card trong khối khuếch đại LH-1600G 65
4.3.2. Các bộ ghép và giải ghép bước sóng quang OMUX và ODEMUX 74
4.3.2.1. Các bộ OMUX 75
4.3.2.2. Các bộ ODEMUX 75
4.3.3. Bộ xen/rớt quang OADM 77
4.3.4. Các bộ bù tán sắc (DCM) 78
4.3.5. Thiết bị OpTera Connect DX 78
4.3.5.1. Cấu hình của thiết bị OPTera Connect DX 78
4.3.5.2. Các loại ngăn card trong thiết bị OPTera Connect DX 79
4.3.5.3. Chức năng các ngăn card 79
4.4. Giới thiệu hệ thống ghép kênh xen/rẽ SDH 81
4.4.1. Hệ thống ghép kênh OM4200 81
4.4.1.1. Chức năng 81
4.4.1.2. Cấu trúc phần cứng 81
4.4.1.3. Cấu trúc phần mềm 82
4.4.2. Hệ thống ghép kênh TN-4T 83
4.4.2.1. Chức năng 83
4.4.2.2. Cấu trúc phần cứng 83
4.5. Sự truyền tín hiệu và kết nối các ngăn card 83
4.5.1. Trạm đường dây 83
4.5.2. Trạm đầu cuối 86
KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO