Công nghệ DWDM và ứng dụng trong mạng đường trục

bộ giáo dục và đào tạo
trờng đại học bách khoa hà nội
**********************

LUậN VN THC S
KHOA HC
Công nghệ dwdm và ứng dụng
trong mạng đờng trục

Thầy giáo hớng dẫn : TS Nguyễn Văn Khang
Học viên thực hiện : Mai Nh Thảo
Lớp
: Cao học ĐTVT 2005

Hà Nội 2007


Mai nh thảo

bộ giáo dục và đào tạo
trờng đại học bách khoa hà nội
---------------------------------------

luận văn thạc sĩ khoa học

ĐIệN Tử VIễN THÔNG

ngành : ĐIệN Tử VIễN THÔNG

Công nghệ dwdm và ứng dụng trong
mạng đờng trục

Mai nh thảo

2005 2007
H Ni
2007

Hà Nội 2007


bộ giáo dục và đào tạo
trờng đại học bách khoa hà nội
**********************

LUậN VN THC S
KHOA HC
Công nghệ dwdm và ứng dụng
trong mạng đờng trục

Nghành: Điện tử viễn thông
Mã số :
Mai nh thảo
Ngời hớng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Văn Khang

Hà Nội 2007


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................. 4
THUẬT NGỮ CÁC TỪ VIẾT TẮT.............................................................. 7

DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................ 11
DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................ 12
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ DWDM .................................................... 14
I.1. Giới thiệu chung .......................................................................................14
I.2. Sự cần thiết của công nghệ DWDM ......................................................16
I.2.1.

Sự thách thức của mạng thông tin trong tương lai................ 16

I.2.2.

Sự khủng hoảng băng thông.................................................. 18

I.2.3.

Khả năng mở rộng của công nghệ DWDM .......................... 18

I.3. Nhu cầu triển khai công nghệ DWDM tại Việt Nam và của ngành
Điện............................................................................................................19
I.4. Nội dung và mục tiêu của đề tài .............................................................20
CHƯƠNG II. CÔNG NGHỆ DWDM......................................................... 22
II.1. Nguyên lý cơ bản .....................................................................................22
II.2. Các tham số cơ bản ..................................................................................24
II.2.1.

Suy hao xen ........................................................................... 24

II.2.2.

Nhiễu xuyên kênh ................................................................. 24

II.2.3.

Độ rộng phổ kênh.................................................................. 25

II.3. Các tiêu chuẩn tham khảo .......................................................................26
CHƯƠNG III. CẤU TRÚC HỆ THỐNG DWDM .................................... 31
III.1. Laser phát ..................................................................................................31
III.1.1. Các phương thức điều chế laser ............................................ 32
III.1.2. Ổn định bước sóng và điều khiển laser................................. 34
III.2. Bộ điều chỉnh công suất ..........................................................................35
III.3. Các bộ tách, ghép bước sóng ..................................................................35
III.3.1. Nhóm dựa trên nguyên lí tán sắc góc.................................... 36
1


III.3.2. Nhóm dựa trên nguyên lí giao thoa....................................... 37
III.3.3. Ghép/tách kênh sử dụng ống dẫn sóng kiểu cách tử ống dẫn
sóng quang (AWG) ............................................................... 38
III.3.4. Bộ ghép/tách kênh sử dụng bộ lọc quang ............................. 40
III.4. Bộ khuếch đại đường quang ...................................................................41
III.4.1. Nguyên lí khuếch đại EDFA................................................. 42
III.4.2. Phương pháp khuếch đại EDFA ........................................... 43
III.5. Bộ xen rẽ quang........................................................................................47
III.6. Bộ nối chéo quang ...................................................................................50
III.7. Thiết bị bù tán sắc ....................................................................................51
III.8. Sợi quang ..................................................................................................52
III.8.1. Sợi quang G.652.................................................................... 52
III.8.2. Sợi quang G.653.................................................................... 53
III.8.3. Sợi quang G.654.................................................................... 54

III.8.4. Sợi quang G.655.................................................................... 54
III.9. Bộ thu quang .............................................................................................55
III.9.1. Photodiode PIN ..................................................................... 55
III.9.2. APD....................................................................................... 58
CHƯƠNG IV. HỆ THỐNG MẠNG HIỆN CÓ ......................................... 60
IV.1. Hiện trạng mạng đường trục ..................................................................60
IV.1.1. Hệ thống cáp quang............................................................... 60
IV.1.2. Hệ thống thiết bị truyền dẫn đường trục Bắc Nam............... 62
IV.2. Các tham số thiết kế hệ thống mạng DWDM......................................65
IV.2.1. Tỉ số tín hiệu quang trên nhiễu (OSNR) ............................... 65
IV.2.2. Tán sắc (Chromatic Dispersion-CD) .................................... 65
IV.2.3. Tán sắc phân cực mode (PMD) ............................................ 66
CHƯƠNG V. GIẢI PHÁP THIẾT KẾ ....................................................... 67
V.1. Một số giải pháp triển khai mạng DWDM ...........................................67
V.1.1. Giải pháp của Siemens.......................................................... 67
2


V.1.2. Giải pháp của Huawei ........................................................... 68
V.1.3. Giải pháp của ECI ................................................................. 69
V.1.4. Phân tích, đề xuất giải pháp .................................................. 70
V.2. Thiết kế hệ thống......................................................................................71
V.2.1. Mạng truyền dẫn ................................................................... 71
V.2.2. Hệ thống quản lý mạng. ........................................................ 95
V.2.3. Đồng bộ mạng:.................................................................... 101
V.2.4. Phân bổ bước sóng trên hệ thống DWDM.......................... 102
V.2.5. Cơ chế bảo vệ lưu lượng: .................................................... 103
V.3. Một số thiết bị mạng DWDM của các nhà cung cấp .........................104
V.3.1. Thiết bị Optix BWS 1600G của Huawei ............................ 104
V.3.2. Thiết bị ZXWM M900 của ZTE......................................... 107

V.4. Cấu hình một số node mạng .................................................................108
KẾT LUẬN .................................................................................................. 111
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 112

3


LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm qua thị trường viễn thông thế giới nói chung và Việt
Nam nói riêng có những bước phát triển nhảy vọt, nhu cầu sử dụng các dịch
vụ viễn thông ngày càng đa dạng và nâng cao, liên tục có những dịch vụ viễn
thông mới xuất hiện như Internet băng rộng, di động, WiFi, Wimax, video
theo yêu cầu, VPN… với yêu cầu về dung lượng đường truyền ngày một nâng
cao.
Cùng với sự phát triển của thị trường viễn thông trong nước, thị trường
viễn thông của ngành Điện cũng đã có những bước tiến đáng kể. Trong năm
2006 dịch vụ điện thoại di động CDMA đã được triển khai trên toàn quốc với
lượng thuê bao phát triển nhanh chóng và đã đạt được con số 2 triệu thuê bao.
Các dịch vụ khác như Internet, cung cấp kênh thuê riêng, điện thoại cố định,
VoIP cũng đã có những bước phát triển nhất định và đang dần xây dựng được
thương hiệu trên thị trường viễn thông trong nước. Trong thời gian tới ngành
Điện tiếp tục mở rộng thị trường với khả năng tăng trưởng thuê bao cho dịch
vụ CDMA 2000 cũng như các loại hình dịch vụ mới như: Wimax, IpTV,
Video theo yêu cầu và nhiều loại hình dịch vụ khác trên Internet do vậy nhu
cầu về dung lượng đường truyền ngày một tăng cao.
Trong bối cảnh bùng nổ về nhu cầu viễn thông trong nước, trong khu
vực và thế giới, đặc biệt là các dịch vụ băng rộng, đồng bộ với việc triển khai
cung cấp các dịch vụ công cộng, xây dựng mạng liên tỉnh, liên vùng, mạng
nội hạt, mạng truy nhập tốc độ cao, ngành Điện cần thiết phải nâng cấp, xây
dựng mạng trục Bắc Nam, đáp ứng các nhu cầu thông tin của ngành, từng

bước đưa vào kinh doanh một số dịch vụ viễn thông công cộng như VoIP,
điện thoại cố định, cho thuê kênh luồng trong nước và quốc tế, ... góp phần
đảm bảo anh ninh quốc phòng và sự phát triển kinh tế xã hội của đất nước.
Nhằm đưa Viễn thông thành một trong ba lĩnh vực kinh doanh chính
của Ngành, Tập đoàn Điện lực Việt Nam đang đẩy mạnh đầu tư, không ngừng

4


mở rộng và hoàn thiện hạ tầng truyền dẫn, xây dựng mạng đường trục và các
cổng kết nối quốc tế dung lượng cao.
Với mục tiêu tạo ra mạng viễn thông bao phủ tất cả các vùng trong cả
nước, tạo nhiều cổng kết nối mạng quốc tế, mạng liên tỉnh, liên vùng và mạng
nội tỉnh bằng nhiều phương thức thông tin (chủ yếu là thông tin quang) với
các thiết bị công nghệ hiện đại có khả năng cung cấp các loại hình dịch vụ từ
băng hẹp đến băng rộng, cho mọi đối tượng khách hàng, mọi tổ chức kinh tế
xã hội, góp phần phát triển kinh tế quốc dân và an ninh quốc phòng, tăng
nguồn thu mới cho toàn ngành Điện. Vì vậy, cùng với việc mở rộng và phát
triển mạng viễn thông nội hạt, nội vùng để đưa thông tin đến vùng sâu vùng
xa, biên giới hải đảo, ngành Điện cần thiết phải nâng cấp và xây dựng mạng
đường trục kết nối đến hầu hết trung tâm các tỉnh dọc theo ba miền Bắc Trung - Nam với các thiết bị truyền dẫn dung lượng lớn, tốc độ cao.
Tuy nhiên, dung lượng mạng truyền dẫn đường trục Bắc Nam hiện nay
của ngành Điện mới có 5Gbit/s sử dụng công nghệ truyền dẫn quang SDH
được tổ chức trên các tuyến cáp quang của ĐZ 500kV không thể đáp ứng nhu
cầu nhu cầu truyền dẫn thông tin hiện nay cũng như trong thời gian tới. Vì
vậy việc xây dựng các tuyến thông tin đường trục với dung lượng lớn, sử
dụng công nghệ truyền dẫn hiện đại có khả năng nâng cấp dung lượng đáp
ứng được nhu cầu sử dụng trong tương lai là cần thiết. Do đó ngành điện hiện
nay đã và đang xem xét đầu tư xây dựng hệ thống thông tin quang đường trục
Bắc Nam sử dụng công nghệ DWDM nhằm đáp ứng nhu cầu truyền dẫn hiện

tại cũng như trong tương lai của ngành Điện.
Do đó, trong luận văn này, tôi tập trung nghiên cứu về công nghệ
DWDM và tổ chức thiết kế hệ thống mạng DWDM dựa trên hạ tầng mạng
cáp quang và truyền dẫn hiện có của ngành Điện nhằm đáp ứng nhu cầu kinh
doanh viễn thông của ngành Điện trên phạm vi cả nước.
Nội dung luận văn này bao gồm 5 chương:
Chương I: Tổng quan về DWDM:
5


Giới thiệu lộ trình phát triển ngành thông tin quang, nhu cầu và sự cần
thiết triển khai hệ thống DWDM tại Việt Nam và cụ thể trong hệ thống thông
tin ngành điện.
Chương II: Công nghệ DWDM:
Chương này tìm hiểu nguyên lí cơ bản kĩ thuật ghép kênh theo bước
sóng mật độ cao DWDM. Những tham số cơ bản của hệ thống DWDM, và
các tiêu chuẩn quốc tế áp dụng trong công nghệ DWDM.
Chương III: Cấu trúc hệ thống DWDM:
Giới thiệu tổng quan hệ thống DWDM điểm - điểm và các phần tử
chính trong hệ thống DWDM.
Chương IV: Hệ thống mạng hiện có:
Trình bày hiện trạng hệ thống mạng hiện có của ngành điện.
Chương V: Giải pháp thiết kế:
Trình bày một số giải pháp tổ chức mạng DWDM trong ngành Điện,
tính toán cấu hình mạng, cấu hình các Node truyền dẫn và đưa ra một số thiết
bị DWDM dự kiến sử dụng trong hệ thống mạng DWDM của ngành Điện.
Tôi xin chân thành cảm ơn Tiến sỹ Nguyễn Văn Khang đã tận tình
hướng dẫn tôi thực hiện đề án này, xin cảm ơn các bạn đồng nghiệp đã hỗ trợ
tôi trong quá trình thực hiện luận văn.

6


THUẬT NGỮ CÁC TỪ VIẾT TẮT
Viết tắt

Chú giải tiếng anh

Chú giải tiếng việt

3R

Re-Shap, Re-Time, Re-amplify

Bù tán sắc, đồng bộ, khuếch đại

APD

Avanlance Photodiode

Đi ốt tách sóng quang thác

AMP

Amplifier

Bộ khuếch đại

AR

Anti Reflection

Lớp chống phản xạ

ASE

Amplified Spontaneous
Emision

Phát xạ tự phát được khuếch đại

ATM

Asynchronuos Transfer Mode

Chế độ truyền không đồng bộ

AWG

Arrayed Waveguide Grating

Ma trận ống dẫn sóng kiểu lưới

BA

Booster Amplifier

Khuếch đại công suất

BER

Bit Error Rate

Tỉ số lỗi bít

B-ISDN

Broadband- Intergrated Service Mạng số tích hợp đa dịch vụ
Digital Network

băng rộng

CATV

Cable Television

Truyền hình cáp

CGS

Cross Gain Saturation

Bão hòa khuếch đại chéo

DBR

Distributed Bragg Reflection

Phản hồi tán xạ Bragg phân bố

DCM

Dispersion Compensating
Module

Bộ phận bù tán sắc

DFB

Distributed Feedback

Phản hồi phân bố

DGT

Dynamic Gain Tilt

Dải rộng khuếch đại

HDTV

High Difinition Television

Truyền hình độ phân giải cao

DISP-C

Dispersion Compensation

Bù tán sắc

DRA

Distributed Raman Amplifier

Bộ khuyếch đại Raman phân bố

DSF

Dispersion Shifted Fiber

Sợi quang dịch tán sắc

DST

Discrete Since Transform

Biến đổi rời rạc

Desen Wavelength Division

Ghép kênh phân chia theo bước

Multiplexing

sóng mật độ cao.

DWDM

7

DX

Digital Cross Connect

EDFA

Erbium Doped Fiber Amplifier

EQUAL

Equalization

Bộ cân bằng

ESCON

Enterprise Systems Connection

Mạng kết nối công ty

ESI

Extenal Synchorous Interface

Khối giao tiếp đồng bộ ngoài

F-B

Fabry-Perot

Khoang cộng hưởng

FBG

Fiber Bragg Grating

Cách tử Bragg sợi

FEC

Forward Error Correction

Sửa lỗi trước

FWM

Four-Wave Mixing

Trộn bốn bước sóng

GPRS
IM- DD
ITU-T

Global Positioning Radio
Satellite

Kết nối chéo số

Khuếch đại sợi có pha tạp
Erbium

Vệ tinh định vị toàn cầu

Intensity Modulation - Direct

Điều chế cường độ - Tách trực

Detection

tiếp

International
Telecommunication Union

Liên minh viễn thông quốc tế

LA

Line Amplifier

Khuếch đại đường quang

MOD

Modulation

Điều chế

MPI

Multi Path Interface

Xuyên nhiễu đa kênh

Monitored Variable Otiacal

Bộ phận giám sát điều chỉnh

Attennuator

suy hao quang.

MZI

Mach Zehnder Interferometer

Bộ giao thoa Mach Zehnder

NF

Noise Figure

Hệ số nhiễu

NGN

Next Generation Network

Mạng thế hệ sau

None-Zezo Dispersion Shifted

Sợi quang dịch chuyển tán sắc

Fiber

khác không

OADM

Optical Add Drop Multiplexer

Bộ xen rẽ sóng quang

ODMUX

Optical Demultiplexer

Bộ tách sóng quang

MVOA

NZDSF

8


OMUX

Optical Mutltiplexer

Bộ ghép sóng quang

OOK

On Off Key

Đóng mở khóa

Optical Sub Network

Cơ chế bảo vệ mạng kết nối

Connection Protection

quang

OSNR

Optical Signal-Noise Ratio

Tỉ số tín hiệu trên tạp âm quang

OXC

Optical Crossconnect

Nối chéo quang

PA

Pre Amplifier

Tiền khuếch đại

OSNCP

PDH

Plesiochronous Digital
Hierachy

Phân cấp số cận đồng bộ
Cấu trúc bán dẫn P-N có lớp tự

PIN

Positive Intrinsic Negative

PMD

Polarization Mode Dispersion

Tán sắc mốt phân cực

PRC

Primary Reference Clock

Tần số đồng hồ chuẩn

Stand Alone Synchoronization

Thiết bị khôi phục đồng bộ

Equipment

chuẩn

SBS

Stimulated Brillouin Scatting

Tán xạ Brillouin kích thích

SDH

Synchronous Digital Hierachy

Phân cấp đồng bộ số

SMF

Single Mode Fiber

Sợi quang đơn mode

SPM

Self-phase Modulation

Tự điều chế pha

SRS

Stimulated Raman Scatting

Tán xạ Raman kích thích

SSG

Super Structure Grating

Kết cấu lưới siêu chu kì

SSU

Synchronistation Supply Unit

Thiết bị cung cấp đồng bộ

STM

Synchorous Transmision Mode

Chế độ chuyển giao đồng bộ

TDM

Time Division Multiplexing

TFF

Thin Film Filters

Bộ lọc màng mỏng điện môi

VOA

Variable Optiacal Attenuator

Bộ suy hao điều chỉnh được

WAN

Wide Area Network

Mạng diện rộng

SASE

dẫn bên trong

Ghép kênh phân chia theo thời
gian

9

Wavelength Division

Ghép kênh phân chia theo bước

Multiplexing

sóng

WT

Wavelengh Tranponder

Chuyển đổi bước sóng

XPM

Cross Phase Modulation

Điều chế pha chéo

WDM

10


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Qui định ITU-T G.692 về độ rộng kênh và độ di tần cho phép ..... 26
Bảng 2.2: Mã ứng dụng cho hệ thống đa kênh không sử dụng LA ................ 27
Bảng 2.3: Mã ứng dụng cho hệ thống đa kênh có sử dụng LA ...................... 28

Bảng 2.4: Mã ứng dụng định nghĩa theo G.957.............................................. 28
Bảng 2.5: Mã ứng dụng định nghĩa theo G.961.............................................. 29
Bảng 3.1: Chỉ số kĩ thuật của laser bơm 980 nm. ........................................... 44
Bảng 4.1: OSNR cho hệ thống DWDM 4λ/10Gbps mạch 1 .......................... 76
Bảng 4.2: OSNR cho hệ thống DWDM 4λ/10Gbps mạch 2 .......................... 78
Bảng 4.3: OSNR cho hệ thống DWDM 16λ/10Gbps mạch 1 ........................ 81
Bảng 4.4: OSNR cho hệ thống DWDM 16λ/10Gbps mạch 2 ........................ 83
Bảng 4.5: OSNR cho hệ thống DWDM 16λ/10Gbps mạch 2 dùng REG tại
N12.................................................................................................. 86
Bảng 4.6: OSNR cho hệ thống DWDM 16λ/10Gbps mạch 2 dùng REG tại
N13.................................................................................................. 88
Bảng 4.7: OSNR cho hệ thống DWDM 4λ/10Gbps mạch 2 dùng REG tại N13
......................................................................................................... 90
Bảng 4.8: Tính toán tán sắc PMD đối với đường trục mạch 1,2 .................... 93

11


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2.01: Cấu trúc hệ thống ghép bước sóng quang..................................... 23
Hình 2.02: Mô tả vấn đề xuyên kênh .............................................................. 25
Hình 3.01: Cấu trúc hệ thống WDM............................................................... 31
Hình 3.02: Điều chế gián tiếp. ........................................................................ 33
Hình 3.03: Sơ đồ hệ thống điều khiển laser. ................................................... 35
Hình 3.04: Vị trí bộ điều chỉnh công suất ....................................................... 35
Hình 3.05: Bộ tách kênh sử dụng cách tử với thấu kính................................. 36
Hình 3.06: Bộ tách kênh sử dụng cách tử kết hợp lăng kính Grin.................. 37
Hình 3.07: Bộ ghép kênh sử dụng chuỗi lọc MZI .......................................... 37
Hình 3.08: Bộ tách kênh sử dụng cách tử sợi quang ...................................... 38
Hình 3.09: Bộ tách kênh sử dụng AWG. ........................................................ 39

Hình 3.10: Bộ tách kênh sử dụng bộ lọc màng mỏng điện môi. .................... 40
Hình 3.11: Cấu tạo mắt lọc màng mỏng điện môi. ......................................... 41
Hình 3.12: Cơ chế họa động của EDFA ......................................................... 43
Hình 3.13: Khuếch đại EDFA một tầng.......................................................... 43
Hình 3.14: Phổ khuếch đại EDFA. ................................................................. 45
Hình 3.15: Khuếch đại EDFA với băng tần C sử dụng bộ lọc ....................... 46
Hình 3.16: Khuếch đại EDFA hai tầng. .......................................................... 47
Hình 3.17: Bộ xen/rẽ quang OADM ............................................................... 48
Hình 3.18: OADM cố định.............................................................................. 49
Hình 3.19: OADM điều khiển......................................................................... 49
Hình 3.20: Bộ nối chéo OXC kiểu chuyển mạch không gian......................... 51
Hình 3.21 Nguyên lí dịch chuyển tán sắc sợi quang...................................... 53
Hình 3.22 Tán sắc của sợi NZ-DSF. .............................................................. 55
Hình 3.23: Cấu trúc và nguyên lí hoạt động PIN............................................ 57
Hình 3.24: Cấu trúc và nguyên lí hoạt động PAD. ......................................... 58
Hình 4.01: Hiện trạng mạng truyền dẫn.......................................................... 64
Hình 4.02: Phương án triển khai mạng của Siemens ...................................... 67
12


Hình 4.03: Phương án triển khai mạng của Huawei ....................................... 68
Hình 4.04: Phương án triển khai mạng của ECI ............................................. 69
Hình 4.05: Phương án đề xuất......................................................................... 71
Hình 4.06: Sơ đồ hệ thống NMS.................................................................... 97
Hình 4.07: Cơ chế bảo vệ OSNCP................................................................ 104
Hình 4.08: Truy cập đa dịch vụ với hệ thống Optix BWS 1600G................ 105

13

CHƯƠNG I.

TỔNG QUAN VỀ DWDM

I.1. Giới thiệu chung
Các phương tiện sơ khai của thông tin quang là khả năng nhận biết của
con người về chuyển động, hình dáng và màu sắc của sự vật thông qua đôi
mắt. Tiếp đó, một hệ thống thông tin điều chế đơn giản xuất hiện bằng cách
sử dụng các đèn hải đăng, các đèn hiệu.
Sau đó, năm 1791, VC.Chape phát minh ra máy điện báo quang. Thiết
bị này sử dụng khí quyển như là một môi trường truyền dẫn và do đó chịu ảnh
hưởng của các điều kiện về thời tiết. Để giải quyết hạn chế này, Marconi đã
sáng chế ra máy điện báo vô tuyến có khả năng thực hiện thông tin giữa
những người gửi và người nhận ở xa nhau.
Đầu năm 1980, A.G.Bell - người phát sinh ra hệ thống điện thoại - đã
phát minh ra thiết bị quang thoại có khả năng biến đổi dao động của máy hát
thành ánh sáng. Tuy nhiên, sự phát triển tiếp theo của hệ thống này đã bị bỏ
bễ do sự xuất hiện hệ thống vô tuyến.
Năm

Nguồn quang

Cáp sợi quang

1960 Triển khai máy Laser Ruby
(Hughes)
1962 Máy Laser GaAs
1965 Máy Laser Co2 (BL)
1966

Khả năng sử dụng đường truyền
dẫn cáp quang (ST, tổn thất
1000dB/Km)

1970 Máy Laser GaAIAS tạo dao động Triển khai thành công sợi cáp
liên tục (BL, Nga, NEC)

quang sử dụng abaston (Corming,
20dB/Km)

1973

Phương pháp sản xuất sợi quang
có độ tổn thất thấp (MCVD, BL,

14


1dB/Km)
1976 Máy Laser GalnAsP dao động Đề xuất khả năng sản xuất sợi
liên tục (MIT, KDD, TIT, NTT)

quang florua (France, Lucas)

1977 Máy Laser GaAIAs có tuổi thọ
ước lượng là 100 năm (BL, NTT)
1979 Máy Laser GalnAsP 1,55µm dao Chế tạo sợi quang có Abastoes có
động liên tục (KDD, BL, TIT)

độ tổn thất tối thiểu (NTT 0.18

dB/Km (1.55µm))

1980 Cấu trúc Laser riêng lượng tử Chế tạo sợi quang Flo (NRL) độ
được chế tạo (Bell Lab)
1981 GalnAsP

LD

tổn thất 1000dB/Km
(1.6µm)

Continuous Oscillation (TIT)
1982 LD Array High Power (2.5W
Contimuous Oscillation)
1983 Single mode, Single frequence Sợi quang Fluor có độ tổn thất
LD (KDD, Bel Lab)

thấp 10dB/Km (NRT, NTT)

1986 Single mode, Single Frequency Sợi quang Fluor có độ tổn thất
LD

Commercialization (NEC, thấp 1dB/Km (khoảng 2.5µm)

Hitachi…)
1989 GaAI/AIGa Laser Development
Sự nghiên cứu hiện đại về thông tin quang được bắt đầu bằng sự phát
minh thành công của Laser năm 1960 và bằng khuyến nghị của Kao và
Hockham năm 1966 về việc chế tạo sợi quang có độ tổn thất thấp. 4 năm sau,
Kapron đã có thể chế tạo các sợi quang trong suốt có độ suy hao truyền dẫn

khoảng 20 dB/km. Được cổ vũ bởi thành công này, các nhà khoa học và kỹ sư
trên khắp thế giới đã bắt đầu tiến hành các hoạt động nghiên cứu và phát triển
và kết quả là các công nghệ mới về giảm suy hao truyền dẫn, về tăng băng
thông, về các Laser bán dẫn ... đã được phát triển thành công trong những

15


năm 70. Trong những năm này, độ tổn thất của sợi quang đã được giảm đến
0,18 dB/km. Hơn nữa, trong những năm 70 Laser bán dẫn có khả năng thực
hiện dao động liên tục ở nhiệt độ khai thác đã được chế tạo. Tuổi thọ của nó
được ước lượng hơn 100 năm. Dựa trên các công nghệ sợi quang và Laser bán
dẫn giờ đây đã có thể gửi một khối lượng lớn các tín hiệu âm thanh, dữ liệu
đến các địa điểm cách xa hàng 100 km bằng một sợi quang có độ dày như một
sợi tóc, không cần đến các bộ tái tạo. Hiện nay, các hoạt động nghiên cứu
nghiêm chỉnh đang được tiến hành trong lĩnh vực được gọi là photon học - là
một lĩnh vực tối quan trọng đối với tất cả các hệ thống thông tin quang, có
khả năng phát hiện, xử lý, trao đổi và truyền dẫn thông tin bằng phương tiện
ánh sáng. Photon học có khả năng sẽ được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vự
điện tử và viễn thông trong thế kỷ 21.
I.2. Sự cần thiết của công nghệ DWDM
I.2.1. Sự thách thức của mạng thông tin trong tương lai.
Để hiểu được tầm quan trọng của công nghệ DWDM và thông tin cáp
sợi quang, vấn đề băng thông cần được xem xét như là sự thách thức đối với
công nghệ truyền thông và đặc biệt là đối với các nhà cung cấp dịch vụ. Đa số
các mạng viễn thông hiện nay được xây dựng dựa trên sự đánh giá nhu cầu sử
dụng băng thông của khách hàng. Do đó, quá trình dự báo nhu cầu băng thông
được tính toán dựa trên giả thiết mỗi khách hàng chỉ sử dụng băng thông
trong một khoảng thời gian gian nhất định mỗi giờ (6 phút là giá trị hiện đang
được sử dụng như là giá trị mặc định). Quá trình dự đoán này không xem xét

đến sự tăng trưởng lưu lượng của các loại hình dịch vụ như internet (với tốc
độ tăng trưởng là 300% mỗi năm), các dịch vụ fax, điện thoại hội nghị, điện
thoại truyền hình, truyền dữ liệu và đặc biệt là các dịch vụ băng thông rộng,
các dịch vụ Wifi, Wimax, video theo yêu cầu... Với việc xem xét đến các
nhân tố mới này, việc xác định một phương pháp dự báo hoàn toàn khác biệt
là cần thiết. Trên thực tế, hiện nay chúng ta đang sử dụng băng thông tương
đương với khoảng 180 phút mỗi giờ.
16


Vì vậy, để cung cấp các dịch vụ theo yêu cầu cho khách hàng vào thời
điểm này chúng ta cần phải có một băng thông khổng lồ. Chúng ta có thể
tưởng tượng, vào năm 1997, các nhà cung cấp dịch vụ đường trục đã có một
bước tiến dài khi nâng băng thông truyền dẫn trên một đôi sợi cáp quang lên
mức 1.2 Gbps. Với tốc độ truyền dẫn cỡ gigabits mỗi giây, ta có thể truyền
hàng nghìn cuốn sách trong một giây. Tuy nhiên, ngày nay, nếu hàng triệu
khách hàng mong muốn sử dụng các dịch vụ tốc độ cao, các dịch vụ trực
tuyến trên nền internet thì nhu cầu băng thông hàng terabits (Tbps) là cần
thiết. Với băng thông cỡ terabits này, chúng ta có thể truyền 20 triệu cuộc gọi
đồng thời hoặc truyền được tất cả các bài báo trên các tờ nhật báo của 300
năm trong mỗi giây.
Không ai có thể dự báo chính xác tốc độ tăng trưởng của hệ thống
mạng. Ví dụ một nghiên cứu đã chỉ ra rằng, trong khoảng từ năm 1994 đến
1998 nhu cầu băng thông của công ty Interexchange Carriers (IXCs) của Mỹ
tăng gấp 7 lần. Nhưng trên thực tế, băng thông yêu cầu của công ty này của
năm sau tăng gấp 32 lần của năm trước. Và một công bố khác đã chỉ ra nhu
cầu băng thông của họ tăng gấp đôi sau mỗi 6 tháng trong vòng 4 năm trở lại
đây.
Với sự bùng nổ nhu cầu băng thông của khách hàng, rất nhiều nhà cung
cấp dịch vụ đã và đang bắt đầu cạn kiệt nguồn tài nguyên sợi quang. Một vấn

đề nảy sinh khác nữa là việc phát triển và tích hợp các công nghệ khác nhau
trên cùng một cơ sở hạ tầng. Nhu cầu của khách hàng và sức ép của sự cạnh
tranh đã buộc các nhà cung cấp dịch vụ phải cung cấp nhiều loại hình dịch vụ
khác nhau trên cùng một hệ thống mạng hiện hữu. Công nghệ DWDM giúp
cho nhà cung cấp dịch vụ giải quyết được nhu cầu này. Công nghệ DWDM
cho phép cung cấp các dịch vụ IP như email, video và các dịch vụ đa phương
tiện thông qua nền ATM và cung cấp các dịch vụ voice trên nền
SONET/SDH. Mặc dù trên thực tế các công nghệ IP, ATM, SONET/SDH cho
ta khả năng quản lý băng thông khác nhau nhưng chúng đều có thể truyền tải
17


trên cùng một nền truyền dẫn quang sử dụng DWDM. Sự hợp nhất hệ thống
mạng này cho phép nhà cung cấp dịch vụ đáp ứng nhu cầu khách hàng trên
cùng một hệ thống mạng một cách mềm dẻo.
I.2.2. Sự khủng hoảng băng thông
Để đối mặt với thách thức trong việc tăng trưởng dịch vụ, sự cạn kiệt
sợi quang nhu cầu băng thông, các nhà cung cấp dịch vụ cần phải xem xét đến
các giải pháp có tính kinh tế. Một trong những phương án nhằm làm giảm sự
cạn kiệt sợi quang là xây dựng các tuyến cáp quang mới. Tuy nhiên, xây dựng
mới các tuyến cáp quang là không thật sự cần thiết trong việc cung cấp các
dịch vụ mới cũng như tận dụng băng thông trên một hạ tầng truyền dẫn quang
thống nhất.
Một lựa chọn khác cho việc tăng băng thông truyền dẫn là tăng tốc độ
truyền dẫn sử dụng công nghệ ghép kênh theo thời gian (TDM). Tuy nhiên,
nếu các nhà cung cấp dịch vụ sử dụng phương pháp này, họ cần có một sự đột
biến trong tốc độ truyền dẫn, cần phải chi phí cho một băng thông lớn hơn
phần băng thông họ thật sự cần. Trên cơ sở phân cấp tốc độ truyền dẫn của hệ
thống SONET/SDH, cần thiết phải xây dựng một hệ thống truyền dẫn tốc độ
40Gbps nếu ta muốn nâng dung lượng truyền dẫn lên trên 10Gbps.

I.2.3. Khả năng mở rộng của công nghệ DWDM
Một sự lựa chọn thứ 3 cho các nhà cung cấp dịch vụ trong việc mở rộng
băng thông là sử dụng công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng DWDM.
Trong đó, để tăng băng thông, ta sẽ gán các tín hiệu quang với các bước sóng
xác định và ghép các tín hiệu đầu ra để truyền trên cùng một tuyến thông tin
quang duy nhất.
DWDM kết hợp một nhóm các tín hiệu quang với nhau để truyền trên
một tuyến thông tin quang duy nhất nhằm tăng dung lượng truyền dẫn. Mỗi
tín hiệu đầu vào có thể ở các tốc độ truyền dẫn khác nhau (STM-n) và có thể
sử dụng các công nghệ khác nhau (SONET, ATM, data…). DWDM có thể
kết hợp các tín hiệu đầu vào này với nhau nhưng vẫn đảm bảo được hiệu suất
18


cũng như độ tin cậy đối với hệ thống hiện hữu và thậm chí là vượt trội hơn hệ
thống hiện hữu. Hiện nay, các thiết bị ghép kênh quang theo bước sóng
DWDM có thể truyền được đến 40 bước sóng, mỗi bước sóng có tốc độ
10Gbps. Như vậy tổng băng thông của hệ thống có thể lên tới 400Gbps –
tương đương với băng thông cần thiết để truyền đi 90.000 bộ bách khoa toàn
thư trong một giây
Kỹ thuật sử dụng trong công nghệ DWDM nhằm đảm bảo việc truyền
dẫn thông tin tốc độ cao là các bộ khuếch đại quang – quang. Các bộ khuếch
đại quang có khả năng khuếch đại trực tiếp tín hiệu quang mà không cần phải
chuyển đổi ngược trở lại tín hiệu điện do đó nó cho phép mở rộng dung lượng
truyền dẫn của kênh quang. Các bộ khuếch đại quang có thể khuếch đại trực
tiếp tín hiệu quang với hàng trăm bước sóng được truyền trên nó tức là ta có
thể truyền tin với tốc độ hàng terabit mỗi giây. Với tốc độ này ta có thể truyền
đồng thời tất cả các kênh tivi trên toàn thế giới hoặc có thể truyền đồng thời
nửa triệu bộ phim.
I.3. Nhu cầu triển khai công nghệ DWDM tại Việt Nam và của ngành

Điện
Hiện nay ở Việt Nam, các nhà cung cấp dịch vụ truyền dẫn đường trục
đều đang sử dụng công nghệ truyền dẫn quang SDH. Với nhu cầu sử dụng các
dịch vụ viễn thông yêu cầu băng thông rộng như các dịch vụ Internet băng
rộng, các dịch vụ di động, WiFi, Wimax, video theo yêu cầu, VPN… đã dẫn
đến việc cạn kiệt nguồn tài nguyên băng thông lẫn sợi quang trên mạng đường
trục.
Trong bối cảnh bùng nổ về nhu cầu viễn thông trong nước, trong khu
vực và thế giới, đặc biệt là các dịch vụ băng rộng, đồng bộ với việc triển khai
cung cấp các dịch vụ công cộng, xây dựng mạng liên tỉnh, liên vùng, mạng
nội hạt, mạng truy nhập tốc độ cao, việc sử dụng công nghệ DWDM trong các
tuyến thông tin huyết mạch nhằm tối đa hóa khả năng sử dụng băng thông sợi
quang là hết sức cần thiết.
19


Cùng với sự phát triển của thị trường viễn thông trong nước, thị trường
viễn thông của ngành Điện cũng đã có những bước tiến đáng kể. Trong năm
2006 dịch vụ điện thoại di động CDMA đã được triển khai trên toàn quốc với
lượng thuê bao phát triển nhanh chóng và đã đạt được con số 2 triệu thuê bao.
Các dịch vụ khác như Internet, cung cấp kênh thuê riêng, điện thoại cố định,
VoIP cũng đã có những bước phát triển nhất định và đang dần xây dựng được
thương hiệu trên thị trường viễn thông trong nước. Trong thời gian tới ngành
Điện tiếp tục mở rộng thị trường với khả năng tăng trưởng thuê bao cho dịch
vụ CDMA 2000 cũng như các loại hình dịch vụ mới như: Wimax, IpTV,
Video theo yêu cầu và nhiều loại hình dịch vụ khác trên Internet do vậy nhu
cầu về dung lượng đường truyền ngày một tăng cao.
Tuy nhiên, dung lượng mạng truyền dẫn đường trục Bắc Nam hiện nay
của ngành Điện mới có 5Gbit/s sử dụng công nghệ truyền dẫn quang SDH
được tổ chức trên các tuyến cáp quang của ĐZ 500kV không thể đáp ứng nhu

cầu nhu cầu truyền dẫn thông tin hiện nay cũng như trong thời gian tới. Vì
vậy việc xây dựng các tuyến thông tin đường trục với dung lượng lớn, sử
dụng công nghệ truyền dẫn hiện đại có khả năng nâng cấp dung lượng đáp
ứng được nhu cầu sử dụng trong tương lai là cần thiết. Do đó ngành điện hiện
nay đã và đang xem xét đầu tư xây dựng hệ thống thông tin quang đường trục
Bắc Nam sử dụng công nghệ DWDM nhằm đáp ứng nhu cầu truyền dẫn hiện
tại cũng như trong tương lai của ngành Điện.
I.4. Nội dung và mục tiêu của đề tài
Luận văn này tập trung nghiên cứu về công nghệ DWDM và tổ chức
thiết kế hệ thống mạng DWDM dựa trên hạ tầng mạng cáp quang và truyền
dẫn hiện có của ngành Điện, đảm bảo được nhu cầu về băng thông, khả năng
mở rộng cũng như tính linh hoạt của hệ thống nhằm đáp ứng nhu cầu kinh
doanh viễn thông của ngành Điện trên phạm vi cả nước.
Với mục tiêu thiết kế một hệ thống truyền dẫn quang sử dụng công
nghệ DWDM hoàn chỉnh được áp dụng trong thực tế, có dung lượng lớn, độ
20


tin cậy và an toàn cao, khai thác và kết nối dễ dàng và có khả năng nâng cấp
linh hoạt với dung lượng lớn.

21


CHƯƠNG II.

CÔNG NGHỆ DWDM

II.1. Nguyên lý cơ bản
Trong hệ thống thông tin quang điểm - điểm thông thường, mỗi sợi

quang chỉ có thể truyền tín hiệu từ một nguồn phát tới một bộ tách quang ở
hướng thu. Như vậy để truyền các tín hiệu từ các nguồn quang khác nhau đòi
hỏi phải có nhiều sợi quang khác nhau. Trong thực tế thì nguồn quang có độ
rộng phổ tương đối hẹp, vì vậy phương pháp này chỉ sử dụng một phần rất
nhỏ băng tần vốn rất rộng của sợi quang. Về mặt lí thuyết có thể tăng dung
lượng truyền dẫn lên nhiều lần bằng cách truyền đồng thời nhiều tín hiệu
quang trên cùng một sợi quang nếu các nguồn phát có phổ cách nhau một
khoảng hợp lí và ở phía thu có các bộ tách bước sóng quang. Đây chính là cơ
sở cho kĩ thuật ghép kênh theo bước sóng WDM.
Nguyên lí cơ bản của kĩ thuật WDM là các tín hiệu quang có các phổ
khác nhau và không chồng lấn lên nhau được ghép lại với nhau, sau đó truyền
trên một sợi quang đến đầu thu. Tại đầu thu tín hiệu có bước sóng tổ hợp đó
được tách ra thành các tín hiệu có bước sóng riêng biệt và đưa tới các đầu thu
tương ứng.
Trong kĩ thuật ghép bước sóng quang có hai loại hệ thống: Hệ thống
WDM đơn hướng và hệ thống WDM song hướng. Hình 2.01 mô tả cấu trúc
của hai hệ thống này.
− Trong kĩ thuật ghép sóng quang đơn hướng các tín hiệu cần truyền
(ở hướng phát) với các bước sóng khác nhau được ghép lại (λ1,
λ2,… λN) với nhau và sau đó truyền trên cùng một sợi quang thứ
nhất. Tại đầu thu sẽ tách các tín hiệu quang thành các tín hiệu
thành phần trước khi đưa tới các bộ thu quang tương ứng. Hướng
ngược lại (hướng thu) các sóng quang (λ1, λ2,… λN) được ghép và
truyền trên sợi quang thứ hai.
− Trong kĩ thuật ghép sóng quang hai hướng các tín hiệu cần truyền
(hướng phát) với các bước sóng khác nhau (λ1, λ2,… λN) được
22