Đồ Án Tìm hiểu công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng WDM

Mục lục
Mục lục 2
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT . 6
Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ WDM 10
I: Sự phát triển của công nghệ WDM . 10
II: Giới thiệu về hệ thống thông tin quang 11
III: Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng và các tham số cơ bản 15
1: Giới thiệu nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng . 15
1.1: Truyền dẫn hai chiều trên hai sợi: 15
1.2: Truyền dẫn hai chiều trên một sợi 16
2: Các tham số cơ bản 18
Chương II: CÁC THIẾT BỊ QUANG THỤ ĐỘNG TRONG WDM . 20
I: Các thiết bị WDM vi quang 21
1: Các bộ lọc thiết bị 22
1.1. Bộ tách hai bước sóng . 24
1.2: Bộ tách lớn hơn hai bước sóng 25
1.3: Thiết bị kết hợp ghép và tách bước sóng (MUX-DEMUX): . 26
2: Thiết bị WDM làm việc theo nguyên lý tán sắc góc: . 29
2.1. Dùng lăng kính làm phần tử tán sắc góc: 29
2.2. Dùng cách tử làm phần tử tán sắc góc: . 30
2.2.1. Mở đầu . 30
2.2.2. Cách tử nhiễu xạ phẳng . 31
2.2.3. Ứng dụng của cách tử nhiễu xạ phẳng: 33
2.2.4. Cách tử hình long chảo . 35
2.2.5. Cách tử Bragg: 36
3
II. CÁC THIẾT BỊ WDM GHÉP SỢI 38
III. MỘT SỐ KỸ THUẬT KHÁC ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG GHÉP WDM. . 41
1. Bộ ghép bước sóng dùng công nghệ phân phối chức năng quang học SOFT. . 41
1.1 Nguyên lý chung 41
1.2. Bộ ghép nhân kênh dùng cách tử: . 42
1.3. Thiết kế bộ ghép n bước sóng. 43
2. AWG và những nét mới về công nghệ trong thiết bị WDM . 46
Chương III: MỘT SỐ VẤN ĐỀ KỶ THUẬT CẦN QUAN TÂM ĐỐI VỚI HỆ THỐNG THÔNG TIN
QUANG WDM 49
I: Số kênh sử dụng và khoảng cách giữa các kênh 50
1: Khả năng công nghệ hiện có đối với các thành phần quang của hệ thống, cụ thể là . 50
2: Khoảng cách giữa các kênh, một số yếu tố ảnh hưởng đến khoảng cách này là: 50
II: Vấn đề ổn định bước sóng của nguồn quang và yêu cầu độ rộng của nguồn phát . 57
1: Ổn định bước sóng của nguồn quang 57
2: Yêu cầu độ rộng của nguồn phát . 57
III: Xuyên nhiễu giữa các kênh tín hiệu quang . 58
IV: Suy hao – Quỹ công suất của hệ thông WDM . 58
V: Tán sắc – Bù tán sắc 59
IV: Ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến 62
1. Hiệu ứng SRS (Stimulated Raman Scattering): 63
2. Hiệu ứng SBS (Stilmulated Brillouin Scattering): 64
3. Hiệu ứng SPM (Self Phase Modulation): 65
4. Hiệu ứng XPM (Cross Phase Modulation): 67
5. Hiệu ứng FWM (Four Wave Mixing): . 67
6. Phương hướng giải quyết ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến: 69
4
VII: Bộ khuếch đại EDFA và một số vấn đề khi sử dụng EDFA trong mạng WDM 69
1. Tăng ích động có thể điều chỉnh của EDFA: 70
2. Tăng ích bằng phẳng của EDFA: 72
3. Tích luỹ tạp âm khi sử dụng bộ khuếch đại EDFA: 73
Chương IV: CÔNG NGHỆ CỦA HỆ THỐNG WDM 74
I. Công nghệ bộ khuếch đại quang sử dụng sợi quang pha trộn ERBIUM (EDFA) . 74
1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của EDFA . 74
2: Đặc tính của EDFA 77
2.1: Đặc tính khuếch đại . 77
2.2: Đặc tính tạp âm nhiễu 78
2.3: EDAF trong hệ thống ghép kệnh theo bước sóng . 82
Chương V: Mạng WDM 84
I: Phân cấp mạng WDM . 84
II. Hai kiểu chuyển mạch của WDM . 86
1. Mạng WDM chuyển mạch kênh quang 86
2. Mạng WDM chuyểm mạch gói: 87
III. Điểm mút của mạng WDM . 88
1. Điểm nút OXC: . 88
2. Điểm nút OADM: 91
IV. Phân phối và định tuyến bước sóng trong mạng WDM . 93
1. Kênh bước sóng và kênh bước sóng ảo. 93
2. Chọn đường trong mạng WDM 95
V: Bảo vệ mạng WDM 96
1. Bảo vệ kiểu 1+1 trên lớp SDH 96
2. Bảo vệ đoạn ghép kênh: . 97
5
VI. WDM và SDH. . 97
VII. Mạng quang và hỗn hợp quang điện 98
VIII. Vấn đề phi tuyến trong mạng quang WDM 99
IX. Thiết kế cấu trúc mạng WDM 99
V. Mạng Ring tự phục hồi ghép bước sóng 101
1. Mở đầu . 101
2. Cấu trúc SHR/WDM đơn hướng 101
2.1. Cấu trúc mạng Ring có 4 nút: 101
2.2. Cấu trúc nút: 102
2.3: Quan hệ giữa số lượng nút và số lượng bước sóng. 104
3. Cấu trúc SHR/WDM hai hướng. . 104
4. So sánh SHR/ADM và SHR/WDM . 106
KẾT LUẬN .
LỜI NÓI ĐẦU
9
Thời gian gần đây, nhu cầu lưu lượng tăng mạnh do sự phát triển bùng nổ của các
loại hình dịch vụ Internet và các dịch vụ băng thông đã tác động không nhỏ tới việc
xậy dựng cấu trúc mạng viễn thông. Việc xây dựng mạng viễn thông thế hệ sau NGN
đang được quan tâm như một giải pháp hữu hiệu nhằm thoả mãn nhu cầu mạng lưới
trong thời gian tới. Trong cấu trúc NGN mang truyền tải lưu lượng là khâu quan trọng
nhất có nhiệm vụ truyền thông suốt lưu lượng lớn trên mạng, trong đó mạng truyền
dẫn được xem là huyết mạch chính. Để thoả mãn việc thông suốt lưu lượng và băng
tần lớn, các hệ thống thông tin quang sử dụng công nghệ WDM được xem là ứng cử
quan trọng cho đường truyền dẫn. Công nghệ WDM đã và đang cung cấp cho mạng
lưới truyền dẫn cao trên băng tần lơn sợi đơn mode, nhiều kênh quang truyền đồng
thời trên một sợi, trong đó mỗi kênh tương đương với một hệ thống truyền dẫn độc
lập tốc độ cao. Công nghệ WDM cho phép các nhà thiết kế mạng lựa chọn được
phương án tối ưu nhất để tăng dung lượng đường truyền với chi phí thấp nhất. Cho
đến nay hầu hết các hệ thống thông tin quang đường trục có dung lượng cao đều sử
dụng công nghệ WDM. Ban đầu từ những tuyến WDM điểm – điểm đến nay đã xuất
hiện các mạng với nhiều cấu trúc phức tạp
Với nhận thức ấy đề tài “Tìm hiểu công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng
WDM” sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn. Báo cáo gồm có 5 chương với nội dung tóm tắt
cụ thể như sau:
Chương I : Giới thiệu chung về thông tin quang, các nguyên lý ghép kênh trên hệ
thống truyền dẫn hai chiều trên hai sợi và một sợi
Chương II: Giới thiệu về các thiết bị quang thụ động trong WDM, các thiết bị
WDM ghép sợi, một số kỷ thuật SOFT, AWG và những nét mới về công nghệ trong
thiết bị
Chương III: Giới thiệu về các vấn đề kỷ thuật cần quan tâm đối với hệ thống
quang WDM như: Vấn đề ổn định bước sóng, vấn đề xuyên kênh, nhiễu kênh, suy
hao, tán sắc-bù sắc và ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến
Chương IV: Các công nghệ then chốt của hệ thống WDM như: Công nghệ lọc
quang có điều chỉnh bước sóng, công nghệ bộ chuyển phát quang (OTU), công nghệ
bộ khuếch đại quan sử dụng sợi quang, công nghệ sợi quang và công nghệ điều khiển
giám sát hệ thông WDM
Chương V: Giới thiệu chung về mạng WDM
10
Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ WDM
I: Sự phát triển của công nghệ WDM
Công nghệ mạng quang đã trở thành nhân tố quan trọng trong sự phát triển của
mạng viễn thông. Yêu cầu băng tần sử dụng lớn là hệ quả tất yếu của nhu cầu truyền
thông dữ liệu ngày nay. Trong hai thập kỷ qua, công nghệ truyền tải quang WDM đã
có sự phát triển vượt bậc. Sự phát triển này có được là nhờ công nghệ chế tạo linh
kiện quang. Những thành tựu của công nghệ này đã góp phần tạo nên hệ thống WDM
dung lượng lớn như ngày nay. Theo thời gian, xuất phát từ những nhu cầu thực tế, các
hệ thống WDM ngày càng trở nên phức tạp. Ở một góc độ nào, sự phức tạp trong hệ
thống WDM là trong những chức năng của thiết bị. Nhờ có chức năng này mà cấu
hình hệ thống WDM chuyển từ đơn giản như cấu hình điểm- điểm sang cấu hình phức
tạp như Ring và Mesh. Các hệ thống WDM đầu tiên xuất hiện từ cuối những năm
1980 sử dụng hai kênh bước sóng trong các vùng 1310nm và 1550nm và thường được
gọi là hệ thống WDM băng rộng. Đầu những năm 1990 xuất hiện các hệ thống WDM
thế hệ hai sử dụng các phần tử WDM thụ động, được gọi là hệ thống WDM băng hẹp
từ 2 đến 8 kênh. Các kênh này nằm trong cửa sổ 1550nm và với khoảng cách kênh
400GHz. Đến giữa những năm 1990 đã có hệ thống WDM mật độ cao (DWDM) sử
dụng từ 16 đến 40 kênh với khoảng cách kênh từ 100 đến 200 GHz. Các hệ thống này
đã tích hợp các chức năng xen rẽ và quản lý mạng. Các hệ thống WDM ban đầu sử
dụng với khoảng cách kênh lớn. Việc lắp đặt hệ thống WDM chi phối bởi những lý do
kinh tế. Việc nâng cấp thiết bị đầu cuối để khai thác các năng lực của WDM có chi
phi thấp hơn việc lắp đặt cáp sợi quang mới. Sự xuất hiện bộ khuếch đại quang
EDFA đã chuyển hầu hết các hệ thống WDM sang cửa sổ 1530 nm đến 1565nm. Các
hệ thống WDM mới lắp đặt gần đây đã sử dụng các kênh quang có khoảng cách giữa
các kênh hẹp từ 25 GHz đến 50 GHz. Nhu cầu về băng tần mạng đang tăng gần
100%/một năm sẽ tiếp tục gia tăng ít nhất là trong vài chục năm tiếp theo. Việc giảm
giá thành của các nhà cung cấp và trên hết là ứng dụng phổ cập của Internet đòi hỏi
băng tần lớn sẽ được tiếp tục đẩy mạnh.
11
Các giải pháp thực tế đối với các vấn đề giới hạn ảnh