thiết kế tuyến truyền dẫn WDM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GỊN
KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG

BÁO CÁO MÔN HỌC
MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG BĂNG RỘNG
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ TUYẾN TRUYỀN DẪN
QUANG WDM

Giảng viên hướng dẫn : TS. Hồ Văn Cừu
Sinh viên thực hiện: Lê Thị Cẩm Tiên


Nội Dung Thực Hiện


CHƯƠNG 1: TỔNG QUANG TRUYỀN DẪN
QUANG BĂNG RỘNG
1.1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG BĂNG RỘNG
1.1.1 Giới thiệu

Truyền dẫn quang là phương pháp truyền dẫn tín hiệu dùng bằng cáp
quang, có thể hoạt động ở tốc độ cao, vượt xa tốc độ cáp xoắn và cáp đồng
trục. Vì số liệu được truyền thông bằng luồng ánh sáng nên không bị ảnh
hưởng bởi các xuyên nhiễu điện từ.
Do đó hệ thống truyền dẫn quang thích hợp để sử dụng cho các ứng dụng
truyền tốc độ cao, có khả năng loại bỏ nhiễu cao, phù hợp với các hoạt động
cơng sở có các thiết bị hoạt động với công suất lớn, không gây ra bức xạ
sóng điện từ.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUANG TRUYỀN DẪN

QUANG BĂNG RỘNG
1.1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG BĂNG RỘNG
1.1.2 Cấu trúc tuyến truyền dẫn quang cơ bản
Mạng truyền dẫn quang được thiết lập để truyền dẫn các luồng dữ liệu số tốc độ cao
và các ứng dụng dịch vụ của người dùng trong mạng viễn thông, tuyến truyền dẫn
quang cơ bản từ nốt A đến nốt B và các nốt chuyển tiếp trên một cự ly L(km)

Hình 1.1: Cấu trúc tuyến thơng tin quang có trạm chuyển tiếp quang


CHƯƠNG 1: TỔNG QUANG TRUYỀN DẪN
QUANG BĂNG RỘNG
1.1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG BĂNG RỘNG
1.1.1 Cấu trúc tuyến truyền dẫn quang cơ bản
Thiết bị ghép kênh đầu cuối quang TRM (Terminal Multiplexer Station): bao gồm thành
phần thiết bị ghép/phân kênh đầu cuối, và các thành phần thiết bị thu phát quang.
+ Bao gồm thành phần thiết bị ghép/phân kênh đầu cuối, để ghép các kênh đầu cuối quang
thành phần thành kênh dữ liệu số truyền dẫn và xử lý kênh tín hiệu số thu thành các kênh
đầu cuối quang thành phần, thiết bị phát tín hiệu quang, thiết bị thu tín hiệu quang.
Thiết bị trạm lặp quang (REG – Regenerator Station): là thiết bị thu phát quang chuyển
tiếp tín hiệu quang, có 2 loại trạm lặp quang là khuếch đại trực tiếp và khuếch đại có rớt và
xen kênh ADM
Sợi quang:
+ Sợi quang là sợi thủy tinh SiO2, để kết nối trực tiếp giữa thiết bị phát quang và thiết bị thu
quang, độ dài cự ly tuyến cáp là L(km).


CHƯƠNG 1: TỔNG QUANG TRUYỀN DẪN
QUANG BĂNG RỘNG
1.2 CẤU HÌNH CÁC LOẠI MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG BĂNG RỘNG

1.2.1 Mạng truyền dẫn quang điểm - điểm (Point to Point)
Mạng truyền dẫn quang điểm – điểm, được thiết lập để truyền tính hiệu quang giữa hai trạm
đầu cuối quang, thiết bị đầu cuối quang TRM (Transmiter and Receiver Module terminal) tại
hai trạm đầu cuối quang được nối trực tiếp với nhau bằng một đơi cáp quang.

Hình 1.4: Mạng truyền dẫn điểm – điểm.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUANG TRUYỀN DẪN
QUANG BĂNG RỘNG
1.2 CẤU HÌNH CÁC LOẠI MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG BĂNG RỘNG
1.2.2 Mạng truyền dẫn quang tuyến tính (Liner Network)

Hình1.6: Cấu hình mạng truyền dẫn quang tuyến tính
Ký hiệu TRM: là trạm đầu cuối quang;
REG: là trạm khuếch đại chuyển tiếp trực tiếp;
ADM: là trạm khuếch đại chuyển tiếp có xen và rớt kênh;
L(km) là chiều dài toàn tuyến truyền dẫn quang.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUANG TRUYỀN DẪN
QUANG BĂNG RỘNG
1.2 CẤU HÌNH CÁC LOẠI MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG BĂNG RỘNG
1.2.2 Mạng truyền dẫn quang tuyến tính (Liner Network)
Mạng truyền dẫn quang tuyến tính cự ly dài có nhiều trạm chuyển tiếp được, cấu hình mạng
truyền dẫn quang tuyến tính được ứng dụng trên các tuyến truyền dẫn đường trục, có cự ly
truyền dẫn dài, dung lương lớn, tuyến được thiết kế thêm các trạm khuếch đại chuyển tiếp
trung gian (Repeater Station), trạm chuyển tiếp có chức năng khuếch đại chuyển tiếp tín
hiệu, trạm chuyển tiếp có hai loại là trạm khuếch đại chuyển tiếp trực tiếp REG và trạm
khuếch đại chuyển tiếp có xen và rớt kênh ADM.

Cấu hình này được sử dụng dễ dàng cho phép mở rộng mạng trong tương lai, Chi phí đầu
tư hợp lý, thời gian lắp đặt nhanh. Nhược điểm của nó là khơng có tuyến truyền dẫn cáp
quang bảo vệ, khi xảy ra sự cố đứt cáp, thì tuyến ngưng hoạt động ở các trạm phía sau.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUANG TRUYỀN DẪN
QUANG BĂNG RỘNG
1.2 CẤU HÌNH CÁC LOẠI MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG BĂNG RỘNG
1.2.3 Tuyến truyền dẫn quang đơn hướng và song hướng
Tuyến truyền dẫn quang đơn hướng là hệ thống truyền dẫn tín hiệu quang giữa hai trạm đầu
cuối, sử dụng ít nhất hai sợi quang, một sợi truyền tín hiệu phát, một sợi để thu tín hiệu
quang, tín hiệu quang trên mỗi sợi có cùng bước sóng hoặc sử dụng hai bước sóng khác
nhau.

Hình 1.2: Cấu trúc một tuyến thông tin quang đơn hướng


CHƯƠNG 1: TỔNG QUANG TRUYỀN DẪN
QUANG BĂNG RỘNG
1.2 CẤU HÌNH CÁC LOẠI MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG BĂNG RỘNG
1.2.3 Tuyến truyền dẫn quang đơn hướng và song hướng
Tuyến truyền dẫn quang song hướng là hệ thống truyền dẫn tín hiệu quang giữa hai trạm
đầu cuối, chỉ sử dụng một sợi quang, để truyền tín hiệu phát, và nhận tín hiệu thu, tín hiệu
phát quang và tín hiệu thu quang truyền theo hai hướng trên cùng một sợi quang, theo hai
bước sóng khác nhau và sử dụng bộ lọc bước sống để phân chia tín hiệu quang cho máy
phát và máy thu quang.

Hình 1.3: Cấu trúc một tuyến thơng tin quang song hướng

CHƯƠNG 1: TỔNG QUANG TRUYỀN DẪN
QUANG BĂNG RỘNG
1.2 CẤU HÌNH CÁC LOẠI MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG BĂNG RỘNG
1.2.4 Mạng truyền dẫn quang vịng (Ring Network)
Cấu hình mạng truyền dẫn quang kết nối thàng vịng kín, thường gọi là mạng vịng RING
mạng vịng ring được thiết kế khi trong địa hình mạng có từ 3 điểm truyền dẫn trở lên, từ một
điểm có hai hướng truyền đến điểm đối diện. Dữ liệu được truyền được thiết kế truyền theo
hai hướng truyền khác nhau bằng các đôi cáp sợi quang khác nhau và được nối lại thành
vịng kín.

Hình 1.7: Cấu hình mạng truyền dẫn vòng ring


CHƯƠNG 1: TỔNG QUANG TRUYỀN DẪN
QUANG BĂNG RỘNG
1.2 CẤU HÌNH CÁC LOẠI MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG BĂNG RỘNG
1.2.5 Mạng truyền dẫn quang kết hợp
Để tăng khả năng bảo vệ và chia tải dung lượng trong các hướng truyền dẫn, các kỹ sư thiết
kế đã xây dựng cấu hình mạng phức hợp đa hướng (Multipath) trên cơ sở kết hợp các loại
mạng điểm điểm, mạng tuyến tính, và mạng vịng ring.

Hình 1.8: Cấu hình mạng truyền dẫn quang băng rộng hỗn hợp


CHƯƠNG 1: TỔNG QUANG TRUYỀN DẪN
QUANG BĂNG RỘNG
1.2 CẤU HÌNH CÁC LOẠI MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG BĂNG RỘNG
1.2.6 Mạng truyền dẫn quang hình sao
Mạng hình sao được thiết kế ứng dụng
cho các thành phố, khu vực đô thị là

trung tâm chính và kết nối với các khu
vực ngoại vi. Ưu điểm của cấu hình
mạng hình sao là trạm trung tâm đóng vai
trị trạm chính, trạm chủ, có chức năng
quản lý, phân chia lưu lượng, giám sát và
vận hành tự động tập trung chung cho
các nút mạng. Nhược điểm là không bảo
vệ cáp trên từng nút.
Hình 1.9: Sơ đồ mạng hình sao


CHƯƠNG 1: TỔNG QUANG TRUYỀN DẪN
QUANG BĂNG RỘNG
1.2 CẤU HÌNH CÁC LOẠI MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG BĂNG RỘNG
1.2.7 Mạng truyền dẫn quang mắc lưới

.Trong mạng viễn thơng có N nút truy cập mạng
phân bố trên khu vực rộng, đa tuyến và đa hướng
truyền, và có yêu cầu kết nối giữa các nút mạng, vì
vậy mạng truyền dẫn mắc lưới ra đời là sự kết hơp
giữa cấu hình mạng hình sao và mạng vịng ring, tại
mỗi nút sẽ có các tuyến truyền dẫn đến các nút cịn
lại.

Hình 1.10: Sơ đồ mạng hình mắc lưới 6 nút mạng


CHƯƠNG 1: TỔNG QUANG TRUYỀN DẪN
QUANG BĂNG RỘNG
1.3 ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN QUANG BĂNG RỘNG

Ưu điểm:
- Chất lượng tốt,
- Dung lượng kênh truyền cao,
- Cự ly truyền dẫn rất dài,
- Suy hao sợi quang thấp,
- Truyền được nhiều kênh dịch vụ như thoại, hình ảnh, dữ liệu chất lượng cao, đáp ứng
nhu cầu phát triển của mạng internet.
Nhược điểm:
- Dung lượng hệ thống còn nhỏ, chưa khai thác triệt để băng tần rộng lớn của sợi quang.
- Chi phí cho khai thác, bảo dưỡng tăng do có nhiều hệ thống cùng hoạt động.


CHƯƠNG 2 MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG GHÉP KÊNH THEO
BƯỚC SÓNG WDM.
2.1 KHÁI NIỆM WDM
Ghép kênh theo bước sóng WDM (Wavelength Devision Multiplexing) là công
nghệ “trong một sợi quang đồng thời truyền dân nhiều bước sóng tín hiệu quang". Ở
đầu phát, nhiều tín hiệu quang có bước sóng khác nhau được tổ hợp lại (ghép kênh)
để truyền đi trên một sợi quang. Ở đầu thu, tín hiệu tổ hợp đó đưoc phân giải ra (tách
kênh), khơi phục lại tín hiệu gốc rồi đưa vào các đầu cuối khác nhau.


CHƯƠNG 2 MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG GHÉP KÊNH THEO
BƯỚC SÓNG WDM.
2.2 GIỚI THIỆU CHUNG
Sự phát triển nhanh chóng của các mơ hình truyền số liệu, đặc biệt là Internet đã làm
bùng nổ nhu cầu tăng băng thơng (xem hình 1.1). Trong bối cảnh IP (Internet Protocol)
đang nổi lên như là nền tảng chung của mọi loại hình dịch vụ trong tương lai, các nhà
cung cấp dịch vụ truyền dẫn bắt buộc phải xem xét lại phương thức truyền dẫn TDM
truyền thống, vốn tối ưu cho truyền thoại nhưng lại kém hiệu quả trong việc tận dụng

băng thơng

Hình 2.1 Tương quan giữa nhu cầu truyền thoại và truyền số liệu


CHƯƠNG 2 MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG GHÉP KÊNH THEO
BƯỚC SÓNG WDM.
2.2 GIỚI THIỆU CHUNG
Truyền dẫn ghép phân bước sóng WDM (Wavelength Devision Multiplexing):
ghép thêm nhiều bước sóng để có thể truyền trên một sợi quang, không cần tăng tốc độ
truyền dẫn trên một bước sóng. Cơng nghệ WDM có thể mang đến giải pháp hồn thiện
nhất trong điều kiện cơng nghệ hiện tại. Thứ nhất nó vẫn giữ tốc độ xử lý của các linh kiện
điện tử ở mức 10 Gbps, bảo đảm thích hợp với sợi quang hiện tại.

Bảng 1.1 Sự phân chia các băng sóng


CHƯƠNG 2 MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG GHÉP KÊNH THEO
BƯỚC SÓNG WDM.
2.3 SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT
a) Ðịnh nghĩa
Ghép kênh theo bước sóng WDM (Wavelength Devision Multiplexing) là cơng nghệ
“trong một sợi quang đồng thời truyền dẫn nhiều bước sóng tín hiệu quang”. Ở đầu
phát, nhiều tín hiệu quang có bước sóng khác nhau được tổ hợp lại (ghép kênh) để
truyền đi trên một sợi quang. Ở đầu thu, tín hiệu tổ hợp đó được phân giải ra (tách
kênh), khơi phục lại tín hiệu gốc rồi đưa vào các đầu cuối khác nhau.
b) Sơ đồ chức năng

Hình 2.2 Sơ đồ chức năng hệ thống WDM

CHƯƠNG 2 MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG GHÉP KÊNH THEO
BƯỚC SÓNG WDM.

2.3 SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT
c) Phân loại hệ thống WDM

Cả hai hệ thống đều có những ưu nhược điểm riêng. Giả sử rằng công nghệ hiện tại
chỉ cho phép truyền N bước sóng trên một sợi quang, so sánh hai hệ thống ta thấy:

Hình 2.3 Hệ thống ghép bước sóng đơn hướng và song hướng


CHƯƠNG 2 MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG GHÉP KÊNH THEO
BƯỚC SÓNG WDM.

2.3 SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT
c) Phân loại hệ thống WDM

Hệ thống WDM về cơ bản chia làm hai loại: hệ thống đơn hướng và song hướng hệ
thống đơn hướng chỉ truyền theo một chiều trên sợi quang. Do vậy, để truyền thông tin
giữa hai điểm cần hai sợi quang. Hệ thống WDM song hướng, truyền hai chiều trên một
sợi quang nên chỉ cần 1 sợi quang để có thể trao đổi thông tin giữa 2 điểm
Xét về dung lượng, hệ thống đơn hướng có khả năng cung cấp dung lượng cao gấp đôi
so với hệ thống song hướng. Ngược lại, số sợi quang cần dùng gấp đôi so với hệ thống
song hướng.
Khi sự cố đứt cáp xảy ra, hệ thống song hướng không cần đến cơ chế chuyển mạch bảo
vệ tự động APS vì cả hai đầu của liên kết đều có khả năng nhận biết sự cố một cách tức
thời.
Hệ thống song hướng khó thiết kế hơn vì còn phải xét thêm các yếu tố như: vấn đề

xuyên nhiễu do có nhiều bước sóng hơn trên một sợi quang, đảm bảo định tuyến và
phân bố bước sóng sao cho hai chiều trên sợi quang không dùng chung một bước sóng.


CHƯƠNG 2 MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG GHÉP KÊNH THEO
BƯỚC SÓNG WDM.
2.4 NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH QUANG THEO BƯỚC SÓNG

2.4.1 Dẫn nhập
Sự phát triển mạng Internet và mạng điện thoại di động, làm gia tăng nhu cầu băng
thông, và nhu cầu cung cấp dịch vụ mạng của người dùng dẫn đến sự cần thiết phát
triển của mạng truyền dẫn quang dung lượng cao theo cơng nghệ ghép kênh theo bước
sóng WDM (Wavelength Division Multiplexing).
Kỹ thuật truyền dẫn quang phân chia bước sóng WDM là hệ thống truyền dẫn tín hiệu
trên một sợi quang, có nhiều bước sóng quang khác nhau để cùng truyền tín hiệu số từ
máy phát đến máy thu. Trong đó, mỗi nguồn quang tạo ra mỗi bước sóng thành phần để
mang một luồng dữ liệu số thành phần có tốc độ là Bi(Gbit/s). Cơng nghệ WDM có thể
mang đến giải pháp tối ưu nhất vì nó phát triển trên nền hệ thống truyền dẫn quang
SDH từ 2,5 Gbps đến 10 Gbps hiện hữu.


CHƯƠNG 2 MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG GHÉP KÊNH THEO
BƯỚC SÓNG WDM.
2.4 NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH QUANG THEO BƯỚC SÓNG

2.4.2 Bảng phân chia các băng bước sóng quang
Hệ thống WDM hoạt động ở cả băng C và băng L, nếu theo chuẩn ITU-T, xét khoảng
cách giữa các kênh bước sóng là 100 Ghz, sẽ có 32 kênh bước sóng hoạt động trên
mỗi băng, băng thông truyền dẫn quang WDM trên một sợi quang là B=32*Bi(Gbps).
Nếu vẫn giữ nguyên tốc độ bit trên mỗi kênh truyền là Bi(Gbps), dùng công nghệ WDM

trên hai băng C và L thì băng thơng truyền dẫn quang WDM trên một sợi quang tăng
lên 64 lần, B=64*Bi(Gbps).


CHƯƠNG 2 MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG GHÉP KÊNH THEO
BƯỚC SÓNG WDM.
2.4 NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH QUANG THEO BƯỚC SÓNG

2.4.2 Bảng phân chia các băng bước sóng quang
Băng sóng

Thuật ngữ

Giải bước sóng (nm)

Băng O

Original

1260 đến 1360

Băng E

Extended

1360 đến 1460

Băng S

Short

1460 đến 1530

Băng C

Conventional

1530 đến 1565

Băng L

Long

1565 đến 1625

Băng U

Ultra-long

1625 đến 1675

Giải tần số (THz)

238.1 đến 206,6

220.6 đến 205,5
205.5 đến 196,1
196.1 đến 191,7

191.7 đến 184,6

184,6 đến 179,1

Bảng 1.2: Sự phân chia các băng sóng


CHƯƠNG 2 MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG GHÉP KÊNH THEO
BƯỚC SÓNG WDM.
2.5 CẤU TRÚC CÁC LOẠI CẤU HÌNH MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG WDM

2.5.1 Cấu hình mạng truyền dẫn quang điểm-điểm ghép kênh theo bước sóng
WDM có sử dụng khuếch đại quang
Mạng truyền dẫn quang WDM cũng được xây dựng gần giống như các dạng cấu
hình cơ bản của mạng truyền dẫn quang SDH bao gồm: cấu hình dạng điểm - điểm,
mạng tuyến tính, mạng vịng Ring, và kết hợp nhiều loại cấu hình gọi là mạng hỗn
hợp.
2.5.1.1 Sơ đồ khối

Hình 2.4. Cấu hình mạng quang WDM dạng điểm-điểm