Giáo trình bài giảng môn MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG

BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
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
BÀI GIẢNG MÔN

MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 2
GIỚI THIỆU MÔN HỌC

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.
BÀI GIẢNG MÔN

MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 3
GIỚI THIỆU MÔN HỌC

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:

Tham gia học tập trên lớp: 10%

Thực hành/Thí nghiệm/Bài tập/Thảo luận: 30 %

Kiểm tra giữa kỳ: 10%


Kiểm tra cuối kỳ: 50 %
BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 4
CHƯƠNG 1
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG
WDM
BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 5
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM

NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG QUANG
(WDM) )

CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG WDM

MỘT SỐ VẤN ĐỀ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU NĂNG HỆ
THỐNG WDM

MẠNG TRUYỀN TẢI WDM
BI GING MễN
MNG TRUYN TI QUANG
www.ptit.edu.vn
B MễN: THễNG TIN QUANG - KHOA VT1

Trang 6
H THNG THễNG TIN QUANG WDM

1.1 NGUYấN Lí GHẫP KấNH THEO BC SểNG
QUANG (WDM) )

Khái niệm WDM:
-
Nhu cầu truyền số liệu tăng cao dung lợng 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 bớc sóng quang trên cùng
một sợi quang.
BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 7
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM

C¸c d¶i b¨ng tÇn ho¹t ®éng trong WDM:
•
O-band (Original band):
D¶i b¨ng tÇn tõ 1260 nm ÷ 1360 nm.
•
E-band (Extended band):
D¶i b¨ng tÇn tõ 1360 nm ÷ 1460 nm.

•
S-band (Short wavelength band):
D¶i b¨ng tÇn tõ 1460 nm ÷ 1530 nm.
•
C-band (Conventional band):
D¶i b¨ng tÇn tõ 1530 nm ÷ 1565 nm
•
L-band (Long wavelength band):
D¶I b¨ng tÇn tõ 1565 nm ÷ 1625 nm
•
U-band (Ultra-long wavelength band):
D¶I b¨ng tÇn tõ 1625 nm ÷ 1675 nm
BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 8
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM

Qu¸ tr×nh ph¸t triÓn WDM
Transmitters Receivers
Combining
Signals
Separating
Signals
Transmission on fiber
BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1

Trang 9
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM

C¸c chÕ ®é truyÒn dÉn WDM: (Theo h'íng truyÒn dÉn)

HÖ thèng WDM ®¬n híng:
Transmitters
Receivers
λ Multiplexing
λ Demultiplexing
Fiber 1
λ
1
λ
2
λ
3
λ
n
λ
1
λ
2
λ
3
λ
n
Transmitters Receivers
λ Multiplexing
λ Demultiplexing

Fiber 2
λ
1
λ
2
λ
3
λ
n
λ
1
λ
2
λ
3
λ
n
BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 10
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
HÖ thèng WDM song híng:
Receivers
λ
21
λ
21
Transmitters

λ Multiplexing
+Demultiplexing
Fiber 1
λ
11
λ
1n
λ
2n
λ
1
λ
2
λ
2n
λ Multiplexing
+Demultiplexing
Receivers
Transmitters
Receivers
λ
21
λ
21
Transmitters
λ Multiplexing
+Demultiplexing
Fiber n
λ
11

λ
1n
λ
2n
λ
1
λ
2
λ
2n
λ Multiplexing
+Demultiplexing
Receivers
Transmitters
BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 11
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM

M« h×nh chung hÖ thèng WDM: (®iÓm- ®iÓm)
OTU
OTU
MUX
BA
Bé thu
Bé thu
D
E

M
U
X
PA
LA
M¸y ph¸t quang
M¸y thu quang
KhuÕch ®¹i trung
kÕ quang
Bé thu tÝn hiÖu ®iÒu
khiÓn gi¸m s¸t kªnh
quang
Bé ph¸t tÝn hiÖu ®iÒu
khiÓn gi¸m s¸t kªnh
quang
Thu/ ph¸t tÝn hiÖu
®iÒu khiÓn gi¸m s¸t
kªnh quang
HÖ thèng qu¶n lý
m¹ng
1
n
1
n
λ
s
λ
s
λ
s

λ
s
OTU - Bộ chuyển phát quang
MUX/DEMUX - Bộ ghép/tách bước sóng
BA - Bộ khuyếch đại công suất
PA - Bộ tiền khuyếch đại quang
LA - Bộ khuyếch đại đường truyền
λ
S
- Bước sóng kênh giám sát quang (OSC)
BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 12
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM

Các tham số của hệ thống WDM
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
Bước sóng λ
#1 #2 … # k … # N-1 #N
Côn
g
suất

quan
g
∆λ
Băng thông sử dụng của hệ thống
~ B
BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 13
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
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)
10 2 68 1.3
17 20 150 51.0
273 40 117 1277.6
26 100 410 1066.0
5 320 525 840.0
BÀI GIẢNG MÔN

MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 14
HỆ 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.
Số
kênh
bước
sóng
N
Tốc độ
kênh B
(Gbit/s)
Khoảng
cách
truyền
dẫn Dl
Dung
lượng
truyền
dẫn
(Pb/s-km)
Hệ thống
8 + 4 10 + 40 1 700 0.4 Mạng đường trục DWDM
backbone VNPT (2010)
48 10 39 000 18.7 Mạng liên lục địa
SEAMEWE3 (2007)
64 10 18 800 12 Mạng liên lục địa

SEAMEWE4 (2008)
BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 15
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM

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)
BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 16
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM

1.2- CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG WDM
BI GING MễN
MNG TRUYN TI QUANG
www.ptit.edu.vn
B MễN: THễNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 17
H THNG THễNG TIN QUANG WDM

Nguồn quang:
-
Sử dụng laser đơn mode làm nguồn phát (Có thể sử dụng LED trong

kỹ thuật cắt phổ)
-
Sử dụng bộ điều biến ngoài để giảm chirp, tốc độ điều biến cao và
tạo các định dạng tín hiệu quang khác nhau (NRZ, RZ, CS-RZ, DPSK
).
-
Đảm bảo tín hiệu quang có độ rộng phổ hẹp tại bớc sóng chính xác
theo tiêu chuẩn.
BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 18

Bé thu quang:
-
Gièng c¸c bé thu quang sö dông trong c¸c hÖ thèng ®¬n kªnh
-
§é nh¹y cao trong d¶i réng bíc sãng, nhiÔu thÊp, ho¹t ®éng æn
®Þnh.
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
BI GING MễN
MNG TRUYN TI QUANG
www.ptit.edu.vn
B MễN: THễNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 19

Sợi quang:
-
Sử dụng sợi đơn mode G.652 (SMF) và sợi G.655 (NZ-DSF)

-
Tránh sử dụng sợi G.653 (DSF).
-
Các yếu tố ảnh h
ởng cơ bản:
. Suy hao
. Tán sắc
. Hiệu ứng phi tuyến
Một số loại sợi
điển hình
H THNG THễNG TIN QUANG WDM
BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
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.
-
C¸c tham sè c¬ b¶n:
. Suy hao xen:
. Xuyªn ©m:
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM









Φ
Φ
=
0
lg10
j
j
P
Φ
j
công suất quang đi
vào đường truyền
Φ
0
công suất quang tới
tại λ
j









Φ
Φ
=
jj
ij
ij
D lg10








Φ
Φ
=
∑
≠
jj
ji
ij
j
D lg10
Xuyên kênh i sang kênh j: Xuyên kênh tổng ở kênh j:
BI GING MễN
MNG TRUYN TI QUANG

www.ptit.edu.vn
B MễN: THễNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 21

Bộ tách/ ghép b'ớc sóng: (OMUX/ ODEMUX)
-
Các kỹ thuật sử dụng:
Tách/ghép dựa trên các bộ lọc quang:

Bộ lọc Fabry-Perot

Bộ lọc màng mỏng đa lớp

Bộ giao thoa kế Mach-Zender

Bộ lọc quang- âm
Tách/ghép dựa trên cách tử:

Cách tử nhiễu xạ phẳng

Cách tử Bragg sợi quang
Mảng cách tử dẫn sóng (AWG)
Bộ ghép xen (interleaver), bộ ghép quang (coupler),
H THNG THễNG TIN QUANG WDM
BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 22


Bé t¸ch/ ghÐp b'íc sãng: (OMUX/ ODEMUX)
-
Ph¹m vi øng dông cña mét sè kü thuËt:
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
BI GING MễN
MNG TRUYN TI QUANG
www.ptit.edu.vn
B MễN: THễNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 23

Bộ tách/ ghép bớc sóng: (Bộ lọc quang)
-
Yêu cầu:
Phạm vi điều chỉnh rộng
Xuyên âm thấp (thờng < -20 dB)
Tốc độ điều chỉnh nhanh
Suy hao xen nhỏ
ít nhạy cảm phân cực
ổn định với môi trờng hoạt động
H THNG THễNG TIN QUANG WDM

sig
- rng bng tn ca tớn
hiu a kờnh.

ch
- khong cỏch kờnh.

L
- di ph t do.

BI GING MễN
MNG TRUYN TI QUANG
www.ptit.edu.vn
B MễN: THễNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 24

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

Bộ lọc F- P: Gồm 2 gơng song song
H THNG THễNG TIN QUANG WDM

Điều chỉnh bớc sóng bằng cách thay đổi khoảng cách 2 gơng.
Tốc độ điều chỉnh điển hình 100 às

Độ rộng băng tần tín hiệu WDM
sig
= N
ch
<
L
Xác định khoảng
cách 2 gơng.

sig
= 100 GHz khi L < 1 mm với n = 1,5

Độ rộng băng tần bộ lọc F-P:
FP
<<
ch

, nhng phải đủ lớn để truyền
dẫn kênh đợc lựa chọn (có tốc độ bit là B)
FP
B
BI GING MễN
MNG TRUYN TI QUANG
www.ptit.edu.vn
B MễN: THễNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 25

Số lợng kênh bị giới hạn bởi:
trong đó F là độ mịn bộ lọc:

Sử dụng điều kiện giới hạn:
(mức xuyên âm chấp nhận đợc)
Số lợng kênh đợc xác định hoàn toàn bởi độ phản xạ
R = 90% cho phép 10 kênh quang
R = 99,9 % cho phép 1047 kênh quang

Các bộ lọc FP hiện tại có F = 100 - 5000

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

Bộ lọc F- P: (Cont.)
H THNG THễNG TIN QUANG WDM