Hệ thống cáp quang biển trục bắc nam thiết kế hệ thống quản lý mạng cho hệ thống cáp quang biển trục bắc nam

Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn thạc sĩ khoa học
Ngành: Xử lý thông tin và truyền thông

Hệ thống cáp quang biển trục Bắc Nam
Thiết kế hệ thống quản lý mạng cho Hệ
thống Cáp quang biển trục Bắc Nam

Lê Công Minh

Hà Nội - 2006


Mục lục

Mục lục
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

Trang
Trang
Trang
Trang

i
iii
viii
ix

Trang

xi

Trang I-

1

Trang ITrang ITrang ITrang I-

1
1
3
3

Trang ITrang ITrang ITrang I-

4
5
5
5

Trang I-

6

bớc sóng.
2.1. Công nghệ truyền dẫn WDM.

Trang II-

8

2.1.1. Các phơng thức truyền dẫn hiện đại.
2.1.2. Công nghệ WDM hiện tại.
2.1.3. Công nghệ sợi quang dùng đáp ứng cho truyền dẫn WDM.
2.1.4. Các cấu hình áp dụng cho hệ thống cáp quang biển.

Trang IITrang IITrang IITrang II-

8
9
21
22

2.1.5. Xu hớng phát triển trong công nghệ WDM dung lợng lớn
2.2. Mạng lới các hệ thống cáp quang biển

Trang IITrang IITrang IITrang II-

23
29
30
33

Trang IITrang II-

34
34

3.1.1. Tổng quan về kiến trúc TMN

3.1.1.1 Cơ cấu tổ chức TMN
3.1.1.2 Mô hình chức năng TMN

Trang IITrang IITrang IIITrang III-

36
36
36
37

3.1.1.3 Các giao diện sử dụng trong TMN

Trang III-

39

Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ đồ thị
Lời nói đầu.
Chơng I Hệ thống cáp quang biển trục Bắc Nam.
1.1. Khái quát về sự phát triển của ngành viễn thông Việt nam đến
năm 2020.
1.1.1. Nhu cầu về dung lợng của hệ thống hiện tại và tơng lai
1.1.2. Nhu cầu dự phòng của hệ thống
1.2. Mạng truyền dẫn đờng trục hiện tại.
1.3. Đặc thù của biển Việt nam và các điều kiện tự nhiên.
1.4. Yêu cầu của hệ thống Cáp quang biển.
1.4.1. Kết nối với hệ thống mạng hiện tại
1.4.2. Yêu cầu dung lợng cho hệ thống cáp quang biển
1.4.3. Công nghệ sử dụng cho hệ thống

1.4.4 Khả năng kết nối với mạng hiện tại
Chơng II Tổng quan về công nghệ truyền dẫn ghép kênh theo

2.3

Thiết kế hệ thống truyền dẫn cáp quang biển trục Bắc - Nam

2.3.1 Công nghệ áp dụng cho hệ thống
2.3.2 Dung lợng cáp quang biển
2.3.2 Tuổi thọ thiết kế của hệ thống
Chơng III Mô hình quản lý mạng viễn thông, hệ
thống NMS của VNPT
3.1. Mô hình quản lý mạng viễn thông.

i


3.1.1.4 Mô hình Logic TMN
3.1.2. Kiến trúc LogicTMN và mô hình thực hiện với các hệ thống CQB
3.1.2.1 Kiến trúc Logic
3.1.2.2 Kiến trúc TMN trong hệ thống truyền dẫn CQB
3.2 Mô hình hệ thống quản lý mạng của VNPT

Trang IIITrang IIITrang IIITrang III-

42
43
43
45

3.2.2.1 Biểu đồ về tổ chức dữ liệu.

Trang IIITrang IIITrang IIITrang III-

50
50
51
51

3.2.2.2 Qui trình kinh doanh TMF
3.2.3 Thiết kế hệ thống NMS
3.2.3.1 Dòng dữ liệu trong hệ thống NMS
3.2.3.2 Báo hiệu và giao thức

Trang IIITrang IIITrang IIITrang III-

51
52
52
58

3.2.4. Mạng DCN.
3.2.4.1 Khái quát về định tuyến OSI
3.2.4.2 Mạng DCN của VNPT
Chơng IV Thiết kế hệ thống quản lý mạng cho hệ

Trang IIITrang IIITrang III-

58
59

60

4.1.1. Tổng quan về thiết bị
4.1.2. Cấu hình của hệ thống quản lý mạng CQB.

Trang IVTrang IVTrang IV-

65
65
65

4.1.3. Các chức năng chính của của hệ thống quản lý CQB
4.1.3.1 Chức năng quản lý lỗi.
4.1.3.2 Chức năng quản lý cấu hình
4.1.3.3 Chức năng quản lý chất lợng

Trang IVTrang IVTrang IVTrang IV-

65
66
74
79

4.1.3.4 Chức năng quản lý bảo mật
4.1.4. Các chức năng tiện ích khác.
4.1.5 Giao diện chuẩn giữa lớp quản lý phần tử mạng và quản lý mạng
4.1.5.1 Giao diện Q

Trang IVTrang IVTrang IVTrang IV-

83
86
87
87

4.1.5.2 Giao diện Corba
4.1.6 Triển khai giao diện Corba
4.1.7. Thiết kế mạng DCN
4.1.7.1 Các bớc thiết kế chung một mạng DCN

Trang IVTrang IVTrang IVTrang IV-

87
88
91
91

4.1.7.2 Thiết kế kích thớc mạng DCN cho TMN
4.2. Kết nối giữa SEM và VNPT NMS

Trang IVTrang IVTrang IVTrang IV-

92
94
94
96

Trang IVTrang IV-

96

97

3.2.1 Giới thiệu chung
3.2.2 Tổng quát về qui trình.

thống cáp quang biển trục Bắc Nam
4.1. Hệ thống quản lý mạng Cáp quang biển trục Bắc Nam.

4.2.1 Mô hình kết nối giữa 2 hệ thống
4.2.2 Yêu cầu của hệ thống SEM
4.2.3 Northbound giao diện cần có giữa 2 hệ thống quản lý mạng
4.2.4 Mediation Device-Thiết bị trung gian kết nối giữa SEM và NMS
Kết luận và kiến nghị
Danh mục Tài liệu tham khảo.

ii


Thuật ngữ viết tắt

Chữ viết tắt

tiếng Anh

Tiếng Việt
Các công nghệ và dịch vụ truyền
thông tiên tiến
Bộ ghép kênh xen/rẽ
Chơng trình dò lỗi t động
Nút truy nhập

Mạng toàn quang
Bộ lọc quang âm điều chỉnh bớc
sang
Diot đánh thủng thác lũ
Chuyển mạch bảo vệ tự động
Giao thức phân giải địa chỉ
Bức xạ tự phát có khuyếch đại

Adm
AFLP
an
Aon
aotf

Advanced Communcation Technologies and
Services
Add/Drop Mutiplexer
Auto Fault Location Program
Access Node
All Optical Network
Acousto Optic Turmable Filter

APD
Aps
Arp
Ase

Avalanche Photo Diot
Automatic Protection Switching
Address Resolution Protoco

Amplified Spontaneous Emission

ASN.1
ason
astn

Abstract Syntax Notation One
Automatic Switching Optical Network
Automatic Switching Transport Network

Atm

Asynchronous Transfer Mode

Awg
Ba
Ber
Bras
bshr
Bw
CATV
Cdma

Arrayed Waveguide
Booster Amplifier
Bit Error Rate
Broadband Remeto Acces Server
Bidirection Self Healing Ring
Band Width
Cable Television

Code Division Multiple Accesss

Chú giải cú pháp trừu tợng số 1
Mạng quang chuyển mạch tự động
Mạng chuyển tải chuyển mạch tự
động
Công nghệ chuyển giao không đồng
bộ
Dẫn sóng dãy
Bộ khuyếch đại công suet
Tỷ số lỗi bit
Máy chủ truy nhập băng rộng
Vòng tự hàn gắn hai hớng
Độ rộng băng tần
Truyền hình cáp
Truy nhập theo mã

CFU

Common Function Unit

Modul chức năng chung

CMIP

Common Management Information Protocol

Giao thức thông tin quản lý chung

CMIS

Common Management Information Service

Dịch vụ thông tin quản lý chung

CMIS

Common Management Information Service
Element

Phần tử dịch vụ thông tin quản lý
chung

CMS

Configuration Management Sub-system

Co

Central Office

Hệ thống con quản lý khai báo cấu
hình.
Trung tâm

acts

iii

cos
Cpe
Css
CTP
CWDM
dcc
dcf
dcn
Dcs

Common Object Request Broker
Architechture
Class of Service
Customer Premises Equipment
Customer Service System
Connection Terminal Point
Coast wavelength Division Multiplexing
Data Communication Channel
Data Communication Function
Data Communication Network
Digital Crossconnect System

Kiến trúc yêu cầu môi giới đối
tợng chung.
Lớp dịch vụ
Thiết bị phía thuê bao
Hệ thống dịch vụ khách hàng
Điểm đầu cuối kết nối
Ghép kênh theo bớc sóng tha
Kênh thông tin số liệu

Chức năng thông tin số liệu
Mạng thông tin số liệu
Hệ thống đấu chéo số

Demux
dfb
dlc
dle
dpt
ds
dscp
dsf
dsl
Dwdm

Demultiplexer
Distributed Feed Back
Digital Loop Carrier
Dynamic Lightpath Establishment
Dynamic Packet Transport
DiffServ
DiffServ Code Point
Directory System Function
Digital Subscriber Loop
Dense Wavelength Division Multiplexing

dxc
e
edf
Edfa

em
EML
EMS
fdm
FEC
ff

Digital Cross Connect
Edge
Erbium Doped Fiber
Erbium Dopped Fiber Amplifier
Element Management
Element Management Layer
Element Management System
Frequency Division
Forward Error Correction
First Fit

Bộ giải ghép kênh
Phân bố phản hồi
Mạch vòng số
Thiết lập luồng quang động
Truyền tải gói động
Phân biệt dịch vụ
Điểm mã phân biệt dịch vụ
Chức năng hệ thống danh bạ
Mạch vòng thuê bao số
Ghép kênh theo bớc sóng mật độ
cao
Nối chéo số

Biên
Sợi quang trộn Erbium
Khuyếch đại quang sợi Er
Quản lý phần tử
Lớp quản lý phần tử
Hệ thống quản lý phần tử
Ghép kênh phân chia theo tần số
Hiệu chỉnh lỗi tiên tiến
Thuật toán gán bớc sóng theo thứ
tự bớc sóng

FMS
Fr
fsr
ftp
fwm
fxc

Fault Management Sub-system
Frame Relay
Free Spectral Range
File Transfer Protocol
Four Wave Mixing
Fiber Crossconect

CORBA

Hệ thống con quản lý lỗi
Chuyển tiếp khung
Miền phổ tự do

Giao thức truyền file
Trộn bốn sóng
Bộ đấu chéo chuyển mạch sợi

iv


GDMO

Guideline for Definition of Managed Objects

Nguyên tắc xác định đối tợng quản
lý

GDP
gf

Gross Domestic Product
Gain Flatting

Tổng sản phẩm quốc nội
Tăng ích bằng phẳng

GNE
Gw
HMI
ilp
ip
ips
isdn

Gateway Network Element
Gateway
Human Machine Interface
Integer Linear Program
Internet Protocol
Intelligent Protection switching
Intergrated Service Digital Network

Phần tử mạng cổng
Cổng
Giao diện ngời máy
Qui hoạch tuyến tính nguyên
Giao thức Internet
Chuyển mạch bảo vệ thông minh
Mạng số liên kết dich vụ

IS-IS

Intermediate Systems -Intermediate Systems

Giao thức giữa các hệ thống trung
gian

ITSN

International Traffic Switch Network

Trung tâm chuyển mạch lu lợng
quốc gia

ITU
la
lan
lane
Lcp
ldp
ll

International Telecommunication Union
Line Amplifier
Local Area Network
LAN Emulation
Least Congested Path
Label Distribution Protocol
Least Loaded

Liên minh viễn thông quốc tế
Khuyếch đại đờng chuyền
Mạng cục bộ
Giải lập LAN
Đờng tắc nghẽ nhỏ nhất
Giao thức phân phối nhãn
Thuật toán gán bớc sóng dựa trên
tải ít nhất

LME

Line monitoring Equipment

Thiết bị giám sát đờng dây.

MAC

Media Access Control

Quản lý truy nhập trung gian

MCC

Main Control Center

Trung tâm điều khiển chính

MD

Mediation Device

Thiết bị trung gian

ME

Managed Element

Phần tử mạng đợc quản lý

MIP
mopa

Management Information Base

Master Oscillating Power Amplifier

mps

Multi Protocol Wavelength Switching

mpls
ms

Multi Protocol layer Switching
Multiectx Section

Cơ sở thông tin quản lý
Bộ khuyếch đại công suất dao động
chủ
Chuyển mạch bớc sóng đa giao
thức
Chuyển mạch nhãn đa giao thức
Đoạn ghép kênh

MTBF

Mean Time Between failures

Thời gian trung bình giữa các lỗi

MTTR

Mean Time To Repair

Thời gian trung bình khi tiến hành
sửa chữa.
v


ne

Network Element

Phần tử mạng

NEOS
ngn

Network Element Operations Systems
Next Generation Network

Hệ điều hành phần tử mạng.
Mạng thế hệ sau

NIMS

Network Inventory management Sub-system

Hệ thống con quản lý sự kiện mạng

NMS

Network Management Systems

Hệ thống quản lý mạng.

NML

Network Management Layer

Lớp quản lý mạng.

NOC

Network Operation Center

Trung tâm vận hành mạng.

NWOS
nz-dsf
oadm
odxc
olt
omspr
omux
onn
opc

Network Management Operations Systems
Non zero-Dispension shifted fiber
Optical Add/Drop Multiplexer
Optical Digital Coross-Connect
Optical line terminal
Optical Multiplex Section Shared Protection

Ring
Optical Multiplex
Optical Network Node
Operation Centre

Hệ điều hành quản lý mạng.
Sợi dịch chuyển tán sắc khác 0
Bộ ghép kênh xen/rẽ quang
Thiết bị đấu nối chéo quang
Đầu cuối đờng truyền quang
Vòng bảo vệ dùng chung mức đoạn
ghép kênh quang
Bộ ghép kênh quang
Nút mạng quang
Trung tâm điều hành

OSI

Open Systems Inteconnection

Kết nối các hệ thống mở

OSS
otdm
otn
pa
pdh

Operation Support Systems
Optical time division multiplexing

Optical Transport Network
Pre Amplifier
Psychronous Digital Hierarchy

Hệ thống trợ giúp điều hành
Ghép kênh theo thời gian quang
Mạng truyền tải quang
Bộ tiền khuyếch đại
Phân cấp số cận đồng bộ

PFE
PMD
PMS
pon
pos
ppp
prc
pstn
Pvc

Power Feeding Equipment
Polarization mode dispersion
Performance Management Sub-system
Passive Optical Network
Packet Over SONET
Point-to-Point Protocol
Primary Reference Clock
Public Switched Telephone Network
Permanent Virtual Circuit

Thiết bị cung cấp nguồn
Tán sắc mode phân cực
Hệ thống con quản lý chất lợng.
Mạng quang thụ động
Gói trên SONET
Giao thức điểm-điểm
Đồng hồ chuẩn sơ cấp
Mạng đIện thoại công cộng
Kênh ảo vĩnh cửu

QA
Qos

Q- Adapter
Quality of service

Giao diện Q-Adapter
Chất lợng dịch vụ

RAS

Reliability Availability Survivability

Tính tin cậy, sẵn sàng, tồn tại

RCC
rcl

Regional Control Center
Relative Capacity Loss

Trung tâm điều khiển vùng
Gán bớc sóng dựa trên tổn thất
dung lợng tơng đối

vi


RFWA

Routing Fiber and Wavelength Assignment

rmon
Rsu
Rwa
sdh
SDXC
SEM
SNC
SL

Remote Monitoring
Remone Switching Unit
Routing and Wavelength Assignment
Synchronous Digital Hierachy
Synchronous DXC
Submarine Element Manager
Sub-Network Controller
Smallest Last

SLE
SLTE
SNAP
SNMP
SRG
STM
tcp
tdm
tm
tmn
TTs
UML
VNPT

Static Lightpath Establishment
Submarine Line Terminal Equipment
Sub Network Access Point
Simple Network Management Protocol
Ong Shareon Risk Groups
Synchronous Transmission Module
Transport Control Protocol
Time Division Multiplexing
Terminal Multiplexer
Telecommunication Management Network
Trouble Ticket Sub-system
Unified Modeling Language
Vietnam Post and Telecommunication

voip
Wadm

wdm
wixc

Voice over Internet Protocol
Wavelenght add/drop multiplexer
Wavelength Division Multiplexing
Wavelenght Interchange Crossconnect

WS
wsxc
www
xdsl

Workstation
Wavelengh selected Crossconnect
World Wide Web
Digital Subcriber Line

Định tuyến sợi quang và cấp phát
bớc sóng
Giám sát từ xa
Khối chuyển mạch từ xa
Định tuyến và gán bớc sóng
Phân cấp số đồng bộ
Nối chéo số đồng bộ
Quản lý phần tử cáp quang biển
Giám sát mạng con
Thuật toán ghép bớc sóng từ bậc
nhỏ nhất
Thiết lập luồng quang tĩnh

Thiết bị đầu cuối biển
Điểm truy nhập mạng con
Giao thức quản lý mạng
Nhóm chia sẻ hiểm hoạ
Modul truyền dẫn đồng bộ
Giao thức điều khiển truyền tải
Ghép kênh theo thời gian
Thiết bị ghép kênh kết cuối
Mạng quản lý viễn thông
Hệ thống con ghi chép sự cố
Ngôn ngữ kiểu thống nhất
Tập đoàn bu chính viễn thông Việt
Nam
Thoại trên nền giao thức internet
Bộ ghép kênh xen/rẽ theo bớc sóng
Ghép kênh theo bớc sóng
Bộ đấu chéo trao đổi bớc sóng
Máy trạm
Bộ đấu chéo lựa chọn bớc sóng
Đờng dây thuê bao số

vii


Danh mục các bảng

Số TT

Tên bảng

Trang

1.1
1.2
1.3
1.4
2.1
2.2
2.3
3.1

Nhu cầu điện thoại cố định (nguồn VNPT)
Nhu cầu điện thoại di động (nguồn VNPT)
Nhu cầu Internet (nguồn VNPT)
Nhu cầu Packet, Frame Relay, và ATM (nguồn VNPT)
Các loại cáp quang biển
Tổng hợp các công nghệ sử dụng trong hệ thống cáp biển
Khoảng cách giữa các trạm cập bờ
Địa chỉ hiện tại của mạng DCN VNPT (nguồn VNPT)

I-1
I-2
I-2
I-3
II - 21
II - 26
II - 31
III - 63

viii

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Số TT
2.1
2.2
3.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
2.13
2.14
2.15
2.16
2.17
2.18
2.19
2.20
2.21
2.22
2.23
3.1
3.2

3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12

Tên hình vẽ, đồ thị
Mô hình một tuyến truyền dẫn quang
Module laser điều chỉnh đợc bớc sóng
Cấu tạo của OTU
Cách tử dẫn sóng dạng mảng
Cấu tạo của bộ nối chéo quang
Sơ đồ khuếch đại quang
Cấu trúc vùng năng lợng của EDFA và phổ của EDFA
Phổ phát xạ Raman của sợi quang
Nguyên lý lọc băng màng mỏng
Buồng cộng hởng F-B
Bộ lọc dùng Giao thoa kế M-Z
Mạng vòng ring
Mạng trục nhánh kết hợp
Cấu hình mạng hoa cung
Các khía cạnh liên quan đến đờng trục dung lợng lớn
Các xung 10 Gbit/s mô phỏng bằng máy tính qua đờng
truyền 7500km
Cải tiến các thông số của sợi quang

Sơ đồ tơng quan dung lợng
Khái niệm về các lớp mạng quang
Cấu hình hệ thống cáp quang biển
Sơ đồ tuyến cáp
Sơ đồ tín hiệu WDM
Bố trí thiết bị truyền dẫn
Mối liên kết TMN với mạng viễn thông
Các khối trong TMN
Đối tợng quản lý
Phần quản lý, đại lý và cơ sở dữ liệu
Giao thức thông tin
Các khối chức năng trong TMN có s dụng giao diện Q
Mô hình Logic của TMN
Kiến trúc mạng TMN và mô hình thực thi.
Mô hình thực hiện TMN cho một trạm cáp quang biển
Các phần tử mạng trong một hệ thống NMS
Ví dụ hệ thống quản lý mạng 1.
Ví dụ hệ thống quản lý mạng 2.

Trang
II-9
II-13
II-13
II-15
II-16
II-17
II-18
II-19
II-20
II-20

II-20
II-22
II -23
II-23
II-25
II-27
II-28
II-29
II-30
II -30
II-32
II-33
II-35
III-36
III-37
III-40
III-41
III-41
III-42
III-43
II-43
III-46
III-47
III-48
III-49

ix


3.13

3.14
3.15
3.16
3.17
3.18
3.19
3.20
3.21
3.22
3.23
3.24
3.25
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
4.10
4.11
4.12
4.13
4.14
4.15
4.16
4.17
4.18

TMF Telecom Operation Map
III-52
Tổng quan vầ các chức năng của hệ thống NMS
III-53
FMS - Giao diện với bên ngoài
III-54
TTS - Giao diện với bên ngoài
III-54
PMS - Giao diện với bên ngoài
III-55
CMS - Các giao diện với bên ngoài
III-56
NIMS - Các giao diện ngoài
III-56
MDs - Các giao diện bên ngoài
III-57
Các giao thức với các hệ thống con
III-58
Kiến trúc mạng DCN hiện tại
III-61
Lớp mạng Backbone
III-61
Ví dụ lớp mạng distribution
III-62
Lớp mạng Access
III-62
Sơ đồ thiết bị trong mạng NMS
IV-65
Trạng thái và quá trình chuyển trạng thái.

IV-69
Sơ đồ phát sinh báo cáo tóm tắt cảnh báo hiện thời
IV-70
Khả năng ghi chép các cảnh báo
IV-71
Mô hình quản lý xác định vị trí lỗi mạng
IV-72
Giao diện kết nối lên lớp trên
IV-87
Các đối tợng quản lý trong mạng cáp quang biển
IV-89
Phân chia mạng
IV-93
Ví dụ về giải pháp DCN cho mạng NMS
IV-94
Mô hình TMN của hệ thống NMS của VNPT
IV-94
Mô hình kết nối giữa SEM với VNPT NMS
IV-95
Kết nối giữa các lớp mạng trong VNPT thông qua mạng IV-95
DCN
IV-96
Giao diện Northbound
Cấu trúc của hệ thống MD
IV-97
Sơ đồ hệ thống con trung gian cho chất lợng
IV-97
Sơ đồ hệ thống con trung gian cho liệt kê
IV-99
Sơ đồ hệ thống con trung gian cho lỗi

IV-100
Sơ đồ hệ thống con trung gian cho cấu hình.
IV-101

Ghi chú: Một số hình vẽ trong chơng 3, 4 đợc trích dẫn trong một số tài liệu của VNPT

x


Chơng i
hệ thống cáp quang biển trục bắc-nam
1.1. Khái quát về sự phát triển của ngành Viễn thông của
việt nam đến năm 2020.

1.1.1 Nhu cầu về dung lợng của hệ thống hiện tại và tơng lai
Dung lợng của hệ thống viễn thông nhằm đáp ứng, thỏa mãn về số
lợng, chất lợng, thời gian, yêu cầu các dịch vụ viễn thông, bao gồm các
dịch vụ điện thoại truyền thống, các dịch vụ phi thoại, truyền số liệu, dịch vụ
internet, v.v...
Để đa ra nhu cầu về dung lợng của hệ thống chúng ta có thể xem xét
một số số liệu dự báo dài hạn của các loại dịch vụ viễn thông dựa trên xu
hớng phát triển kinh tế xã hội, mối quan hệ giữa tốc độ tăng trởng GDP
theo đầu ngời và mật độ của thế giới có tham khảo xu hớng tăng trởng
của các nớc khác cùng bối cảnh (các số liệu tham khảo dựa trong kết quả
dự báo của Dự án khả thi và các số liệu thống kê hàng năm của Tổng Công
ty Bu chính Viễn thông Việt Nam (VNPT) từ năm 1997 đến năm tháng 6
năm 2006).
1.1.1.1

Dự báo về nhu cầu điện thoại cố định:

Năm

Tháng 6
năm 2006

2010

2015

2020

Nhu cầu

7,127,463

10,659,564

14,669,46
6

18,093,59
2

Mật độ

8.57

11.29

13.94

17.62

Bảng 1.1 Nhu cầu điện thoại cố định
Về nhu cầu của điện thoại cố định thông thờng, theo thống kê mới nhất
đến tháng 6 năm 2004 đã vợt qua số liệu dự báo dài hạn cho năm 2005. Tuy
nhiên, trong xu hớng chung của thế giới, điện thoại cố định sẽ đạt trạng thái
bão hoà về số thuê bao nên dự báo dài hạn cho thuê bao cố định có thể vẫn
đúng cho đến năm 2020 trong số liệu dự báo dài hạn của VNPT.
1.1.1.2

Dự báo về nhu cầu điện thoại di động:

Về số thuê bao di động, hiện nay trên thế giới và Việt Nam, số thuê bao
di động tăng lên với tốc độ lớn. Có đợc điều này là do tính linh động, tính
cá nhân và các dịch vụ gia tăng trên điện thoại di động. Do vậy, đối với Việt
Nam, số thuê bao di động còn tăng lên rất nhiều và với tốc độ có thể còn cao

I-1


hơn. Xu thế hiện nay cho thấy, có những khách hàng có thể dùng song song
nhiều loại máy di động cùng lúc phụ thuộc vào công việc. Trong một gia
đình, có thể có nhiều ngời cùng sử dụng điện thoại di động. Do vậy, dự báo
dài hạn đối với điện thoại đợc áp dụng trong đề tài đợc xây dựng trên cơ sở
ngoại suy bậc hai đối với các số liệu thống kê từ năm 1997 trở lại đây.
Năm

Tháng 6
năm 2006

2010

2015

2020

Nhu cầu

10.402.18
1

18.834.26
2

24.766.67
7

40.643.04
2

Mật độ

12,5,2

16,86

25,33

39,54

58,4%

62,62%

66,16%

69,19%

Tỷ lệ đối với điện thoại

Bảng 1.2 Nhu cầu điện thoại di động
1.1.1.3

Dự báo nhu cầu Internet:

Hiện nay Tổng Công ty Bu chính Viễn thông Việt Nam đang nghiên cứu
để tăng cờng mạng Internet đặc biệt là mạng Internet cho cộng đồng, nhằm
đáp ứng những nhu cầu đang tăng cao và những yêu cầu đang trong tơng lai
gần. Hớng tới mục tiêu Internet sử dụng cho giáo dục từ xa, dự báo thời tiết,
bảo vệ nguồn tài nguyên thiên nhiên và môi trờng, chăm sóc sức khỏe, phổ
biến chính sách Quốc gia, trao đổi du lịch và văn hóa, khuyến khích đầu t
nớc ngoài
Mạng IP sẽ gồm 3 trung tâm chuyển mạch lu lợng quốc gia ITSN ở Hà
Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, 15 trung tâm chuyển mạch lu
lợng vùng ở các tỉnh lớn, 61 các POP ở các tỉnh còn lại.
Số lợng thuê bao Internet trong năm 2000 xấp xỉ 70.000, nó đã thể hiện
tăng trởng mạnh so với dự báo trong quy hoạch tổng thể, tuy nhiên có
những khó khăn không nhỏ để dự báo Internet trong khoảng thời gian ngắn,
do đó đối với dự báo dài hạn cho hệ thống trục chính, kế hoạch tối u trong

quy hoạch tổng thể sẽ đợc sử dụng.
Năm

2006

2010

2015

2020

Nhu cầu

311,617

1,077,623

1,855,084

2,128,769

Mật độ

0.36%

1.17%

1.90%

2.07%

Bảng 1.3 Nhu cầu Internet

I-2


1.1.1.4

Dự báo nhu cầu Packet, Frame Relay và ATM:

Tỷ lệ ngời sử dụng chuyển gói so với điện thoại trong năm 1998 là
0,015% (229 đờng). Xem xét xu hớng trên thế giới tỷ lệ so với máy điện
thoại trong năm 2020 sẽ là 0,10%.
Năm

2006

2010

2015

2020

Tel, mật độ

7,127,463

10,659,564

14,669,46

6

18,093,59
2

Nhu cầu

2.354

4.425

8.473

18.094

Tỷ lệ so với nhu cầu
Tel

0.032%

0.042%

0.057%

0.100%

Bảng 1.4 Nhu cầu Packet, Frame Relay, và ATM
1.1.1.5

Nhu cầu thuê kênh:

Tỷ lệ so với điện thoại thông thờng năm 1998 là 0,130% (2039 đờng).
Xem xét đến xu hớng phát triển của thế giới, tỷ lệ so với điện thoại thuần
túy vào năm 2020 sẽ là 0,5% và năm 2024 là 0,6%.
1.1.2

Nhu cầu dự phòng của hệ thống

Tuyến truyền dẫn đờng trục Bắc Nam của VNPT hiện tại gồm có một hệ
thống SDH 2,5 Gb/s, một hệ thống WDM 20Gb/s, song cả 2 hệ thống này
đều cùng đi trên đờng cáp quang QL1A và đợc bảo vệ ring trên cáp 500
kV, tuyến dự phòng Viba chỉ có dung lợng thấp 140 Mbps, các tuyến còn
lại hiện đang xây dựng cha xong. Nh vậy, khả năng dự phòng đáp ứng cho
sự phát triển của mạng viễn thông trong tơng lai là cha hoàn thiện. Do vậy,
nhất thiết cần phải có thêm một tuyến đờng trục nữa có đủ khả năng dự
phòng, đặc biệt phải dự phòng bảo vệ vật lý trong các điều kiện thiên tai bão
lụt. Trong đề tài này sẽ phải tính toán đợc các việc nh sau:

1.2

-

Thiết kế của hệ thống phải đáp ứng đợc các yêu cầu để kết nối với
mạng hiện tại nhằm tạo ra một mạng dự phòng về dung lợng khi
các tuyến khác gặp sự cố.

-

Thiết kế phải đảm bảo khả năng mở rộng trong tơng lai, có đủ tài
nguyên dự phòng để mở rộng .

Mạng truyền dẫn đờng trục hiện tại

Mạng truyền dẫn đờng trục gồm 2 hệ thống chính: Tuyến cáp quang trên
Quốc lộ1A (QL 1A) và tuyến Vi ba Bắc Nam (PDH 34Mb/s) , trong đó
tuyến Viba chỉ có dung lợng nhỏ 140Mbps.

I-3


Tuyến truyền dẫn đờng trục cáp quang đầu tiên trên QL1A - PDH 34
Mb/s đợc xây dựng đa vào khai thác từ cuối năm 1992. Từ đó đến nay,
trên đờng cáp này Tổng công ty Bu chính Viễn thông Việt Nam (VNPT)
đã nhiều lần thay đổi thiết bị công nghệ nhằm đáp ứng các nhu cầu tăng
trởng rất nhanh của các dịch vụ viễn thông.
Năm 1996, VNPT đã nâng cấp tuyến truyền dẫn đờng trục Bắc Nam
trên QL 1A lên thành hệ thống SDH 2,5 Gb/s.
Đến năm 2000, VNPT đã phải mở rộng hệ thống thiết bị cáp quang SDH
2,5 Gb/s với dung lợng từ 8 STM1 (504E1) lên 16 STM1 (1008 E1) để đối
phó với sự phát triển nhanh của lu lợng thoại và phi thoại. Nhng với dung
lợng 16 STM1 (1008 E1) đã không thể đáp ứng nhu cầu truyền dẫn ngày
một tăng rất nhanh, vì thế năm 2003 VNPT đã nâng cấp, mở rộng hệ thống
đờng trục Bắc Nam thành hệ thống WDM 20 Gb/s và tăng đợc dung
lợng từ 16 STM1 (1008 E1) lên 3xSTM 16 (3.024 E1) .
Lu lợng yêu cầu trên tuyến Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh các
năm 2005, 2010, 2020, là 2.106 E1, 2.969 E1, 5.691 E1 và ngay cả khi hệ
thống thêm 20 Gb/s thì dung lợng vẫn quá nhỏ trong tơng lai.
Hệ thống tuyến cáp quang đờng trục hiện có trên Quốc lộ 1A đã bị hỏng
nhiều do lũ lụt đào bới và đã gây ra suy giảm chất lợng hệ thống, do dó
cần một hệ thống cáp quang tin cậy về mặt vật lý nhờ sử dụng tuyến địa lý
khác nhau và cấu hình vòng phân lớp.

1.3 . Đặc thù của biển việt nam và các điều kiện tự
nhiên
Vùng biển Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, có hai hệ
thống gió mùa chính là Đông Bắc (mùa khô) và Tây nam (mùa ma). Đờng
bờ biển dài và khúc khuỷ. Địa hình đáy phức tạp, có nơi sâu tới 4000m
nhng có chỗ chỉ sâu vài chục mét. Có khu vực địa hình đáy tơng đối bằng
phẳng độ sâu nhỏ và thay đổi ít nh vùng biển miền Đông Nam Bộ, nhng có
nơi địa hình đáy phức tạp, độ sâu lớn nh vùng biển miền Trung và nam
Trung bộ.
Bờ biển trải dài từ Bắc vào Nam và chia làm nhiều đoạn với những đặc
điểm địa hình khác nhau. Dọc theo ven biển nớc ta có nhiều sông lớn, nhỏ,
trung bình cứ 20 km lại có một cửa sông. Chính hệ thống sông ngòi này
(nhất là hệ thống sông Hồng và sông Cửu Long) đã tạo nên các dòng thủy
lu khác nhau ở mỗi vùng và làm thay đổi, biến động địa hình đáy biển dải
ven bờ đặc biệt các khu vực gần các cửa sông lớn.

I-4


Đặc điểm khí tợng biển: Chế độ gió trên vùng biển nớc ta nằm trong hệ
thống gió mùa Châu á. Mùa đông, ở phía Bắc có gió mùa Đông Bắc hoạt
động từ cuối tháng 9 đến tháng 4 năm sau. Trung bình mỗi tháng chính
Đông có khoảng 2-4 đợt không khí lạnh tràn về. Gió mùa Đông Bắc mạnh có
đợt kéo dài 3-5 ngày (có đợt kéo dài đến hàng tuần), tốc độ gió mạnh nhất
khi có gió mùa có thể đạt tới cấp 8,9.
Do vị trí địa lý và tác động của từng đợt gió mùa mạnh yếu nên thời tiết ở
các khu vực trên biển cũng khác nhau. Nhiệt độ không khí trung bình 16180C, nhiệt độ thấp nhất có nơi xuống tới 3-50C. PhíaNam, từ vĩ tuyến 120N
trở vào hầu nh không chịu ảnh hởng của gió mùa cực đới.
Về mùa gió Đông Nam, do ảnh hởng của hai hệ thống gió mùa từ phía
Tây và phía Nam Thái Bình Dơng liên tiếp luân phiên nhau nên thời tiết

vùng biển phía Bắc trong thời kỳ này rất ít có gió mạnh (trừ gió bão); không
khí nóng ẩm, oi bức kèm theo giông nhiệt. Vùng ven biển Bắc Bộ và Bắc
Trung Bộ có ma nhiều còn phía Nam ma chậm hơn (thờng kéo dài từ
tháng 11 đến tháng 12 hoặc tháng 1 năm sau).
Bão ảnh hởng đến vùng biển nớc ta hàng năm trung bình 6-7 cơn,
thờng hình thành và tác động đến thời tiết khu vực ven biển từ tháng 5 đến
tháng 10 (ở khu vực phía Bắc) và từ tháng 9 đến tháng 12 (ở khu vực phía
Nam) trong đó tháng 10 và tháng 11 là tháng có nhiều bão.
Với những đặc thù về địa hình đáy, về khí tợng biển nh trên việc ảnh
hởng đến tuyến cáp sau khi lắp đặt và cả trong các quá trình khảo sát, thi
công cáp quang biển là rất lớn.
1.4 Yêu cầu của hệ thống cáp quang biển
1.4.1 Kết nối với mạng truyền dẫn hiện tại
Hệ thống cáp quang biển phải kết nối với mạng truyền dẫn hiện tại và
thành lập đợc các lớp truyền dẫn với các vòng bảo vệ SDH.
Độ an toàn của mạng truyền dẫn sẽ đợc tăng cao trong trờng hợp sự cố
và thảm họa thiên nhiên nhờ các vòng ring và tuyến vật lý khác nhau của hệ
thống cáp quang biển.
Hệ thống tuyến trục chính sẽ tăng cờng cả về dung lợng và độ an toàn
nhờ tuyến cáp quang biển Bắc Nam sử dụng công nghệ WDM.
1.4.2 Yêu cầu về dung lợng cho hệ thống cáp quang biển:
Tuyến cáp quang biển trục Bắc Nam sử dụng 8 sợi cáp. Mỗi đôi sợi dùng
8 bớc sóng ở dải sóng 1550nm trên một hớng, mỗi bớc sóng mang tín

I-5


hiệu 2,5 Gb/s (tính toán cho cả với bớc sóng 10Gb/s). Dung lợng thực tế sẽ
đợc mở rộng dần khi thêm các thiết bị đầu cuối (LTE) vào các trạm cập bờ
tùy thuộc vào tốc độ tăng trởng nhu cầu lu lợng từ 60Gb/s bớc đầu tới

320Gb/s khi mở rộng hết dung lợng.
1.4.3 Công nghệ sử dụng cho hệ thống:
Trong thông tin sợi quang số, ngoài công nghệ ghép kênh theo thời gian
(TDM) mà chúng ta đã biết, còn xuất hiện công nghệ ghép kênh khác, ví dụ
ghép kênh theo bớc sóng quang (WDM), ghép kênh tần số (FDM) và công
nghệ ghép kênh vi ba sóng mang phụ (SCM)
Công nghệ ghép kênh theo bớc sóng quang (WDM: Wavelength Divison
Multiplexing) là công nghệ trong một sợi quang đồng thời truyền dẫn nhiều
bớc sóng tín hiệu quang. Nguyên lý cơ bản là tín hiệu quang có bớc sóng
khác nhau ở đầu vào đợc tổ hợp lại (ghép kênh) và phối hợp ghép trên cùng
một sợi quang của đờng cáp dây cáp quang để truyền dẫn, ở đầu thu tín
hiệu có bớc sóng tổ hợp đợc phân giải ra (tách kênh) và xử lý thêm một
bớc, khôi phục lại tín hiệu gốc rồi đa ra các đầu cuối khác nhau, do đó gọi
công nghệ này là ghép kênh chia theo bớc sóng quang gọi tắt là công nghệ
ghép kênh bớc sóng.
Công nghệ WDM đối với sự nâng cấp mở rộng dung lợng phát triển dịch
vụ băng rộng nh: CATV, HDTV và BIP, ISDN khai thác đầy đủ các tiềm
năng băng rộng của sợi quang thực hiện thông tin siêu cao tốc có ý nghĩa rất
quan trọng, nhất là hiện nay có thêm bộ trộn Erbium (EDFA) thì DWM càng
có sức hấp dẫn to lớn với mạng thông tin hiện đại.
Công nghệ WDM tận dụng tài nguyên băng rộng to lớn của sợi quang,
làm cho dung lợng truyền dẫn của sợi quang so với truyền dẫn bớc sóng
đơn tăng từ vài lần đến vài chục lần, từ đó tăng dung lợng truyền dẫn của
sợi quang. Thông thờng, hệ thống thông tin sợi quang chỉ truyền dẫn trong
một kênh tín hiệu bớc sóng, mà bản thân sợi quang trong khu vực bớc
sóng có khu vực tổn hao rất rộng, có rất nhiều bớc sóng có thể sử dụng nh
hiện nay.
Công nghệ thiết bị WDM với xu hớng nâng cao dung lợng, cải thiện
các đặc tính kỹ thuật và khai thác tính tích hợp các chức năng đã đem đến
cho các nhà khai thác các sản phẩm thiết bị linh hoạt, có độ tin cậy cao, giá

thành hợp lý.
1.4.4 Khả năng kết nối với mạng hiện tại:
Giao diện kết nối:

I-6


Yêu cầu kết nối của hệ thông phải đảm bảo cả hai khả năng kết nối điện
và kết nối quang. Trong kết nối, hệ thống xây dựng phải đảm bảo kết nối
đợc với tất cả các chủng loại thiết bị viễn thông hiện có trên mạng. Các
cổng kết nối phải đợc tuân thủ theo các khuyến nghị của ITU để đảm bảo
tính nhất quán trong toàn mạng trong hiện tại và cả tơng lai. Cụ thể đảm
bảo các yêu cầu:
- Đảm bảo khả năng kết nối với các mạng SDH hiện hữu
- Đảm bảo khả năng kết nối với mạng đờng trục hiện hữu có thể thông
qua giao diện quang WDM hoặc giao diện SDH để đảm bảo khả năng dự
phòng và bảo vệ cho các mạng hiện hữu.
Kết luận:
Chơng này trình bày sơ lợc về hiện trạng mạng đờng trục của
Việt Nam nói chung và của VNPT nói riêng. Đồng thời cũng tập trung
nghiên cứu các vấn đề nh: dự báo lu lợng, đặc thù của biển Việt Nam,
nhu cầu mở rộng dung lợng và dự phòng mạng đờng trục Việt Nam, từ
đó đa ra các yêu cầu cơ bản cho mạng cáp quang biển trong tơng lai.

I-7


Chơng 2.
Tổng quan về công nghệ truyền dẫn ghép kênh theo
bớc sóng (Wavelength Division Multiplexer-WDM)

Với sự bùng nổ của cuộc cách mạng thông tin với sự phát triển mạnh mẽ của
Internet, đã đặt ra những đòi hỏi to lớn cho mạng truyền dẫn, đặc biệt là các
mạng đờng trục. Những kỹ thuật truyền dẫn truyền thống đã thể hiện không
thể đáp ứng đợc các yêu cầu này. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ trong công
nghệ linh kiện và kỹ thuật khuếch đại tín hiệu quang, công nghệ truyền dẫn
WDM tỏ ra đặc biệt chiếm u thế cho các yêu cầu nâng cao dung lợng mạng
đờng trục với nhiều tính năng mềm dẻo. Dới đây sẽ trình bày tổng quan các
đặc điểm cơ bản của công nghệ này.
2.1. công nghệ truyền dẫn WDM
2.1.1. Các phơng thức truyền dẫn hiện đại
Trên thế giới hiện nay có ba phơng thức truyền dẫn chính là vệ tinh, vô
tuyến chuyển tiếp và truyền dẫn quang. Vô tuyến chuyển tiếp là phơng thức
truyền dẫn thờng đợc các nhà khai thác sử dụng cho những nhu cầu phù hợp
về dung lợng truyền dẫn hoặc về địa hình... Chi phí đầu t xây dựng mạng
thấp, tuy nhiên dung lợng của hệ thống vi ba thờng nhỏ và khó nâng cấp,
chịu nhiều ảnh hởng của các điều kiện thời tiết. Hệ thống truyền dẫn vệ tinh
là sự phát triển cao hơn của truyền dẫn bằng vô tuyến. Hệ thống vệ tinh cho
phép thực hiện các đờng truyền dài và đặc biệt hiệu quả cho những nhu cầu
khi cần đến vùng phủ sóng rộng. Tuy nhiên, chất lợng truyền dẫn của vệ tinh
cũng bị ảnh hởng nhiều bởi các yếu tố nhiễu, thời tiết và đặc biệt, tuổi thọ
của vệ tinh ngắn, khả năng mở rộng khó.
Công nghệ truyền dẫn quang ra đời là một bớc đột phá trong các kỹ
thuật truyền dẫn. Các u điểm nổi bật của truyền dẫn sợi quang là suy hao
thấp do đó có thể thiết lập đợc đờng truyền với cự ly xa hơn mà cha cần
đến trạm lặp. Kỹ thuật truyền dẫn này không chịu tác động của môi trờng
nên chất lợng truyền dẫn cao nhất. Với sự phát triển của công nghệ truyền
dẫn quang đem lại triển vọng cho công nghệ này nh là công nghệ duy nhất
có thể đáp ứng đợc sự bùng nổ của các dịch vụ băng rộng của hiện tại và
tơng lai. Các đặc điểm truyền dẫn quang bao gồm:

Suy hao truyền dẫn nhỏ
Băng tần truyền dẫn lớn
Không bị nhiễu điện từ
Bảo mật thông tin cao
II - 8


Kích thớc và trọng lợng nhỏ
Khả năng mở rộng dung lợng linh hoạt
Mô hình một tuyến truyền dẫn quang đợc mô tả trong hình dới
Thit b phỏt quang
Tớn hiu in vo

B ni quang
Mch iu
khin

Mi hn si

Ngun phỏt
quang
Xen r kờnh
B chia quang
Thu quang
Cỏc thit b khỏc
Mch in

Mi hn si
Khuych i

Phỏt quang

Trm lp

Bự tỏn sc

Thit b thu quang

Tỏch súng
quang

Chuyn i
tớn hiu

Tớn hiu in ra

Khuych i in

Hình 2.1 Mô hình một tuyến truyền dẫn quang
2.1.2. Công nghệ WDM hiện tại
1) Các loại truyền dẫn WDM
Hiện nay, công nghệ truyền dẫn WDM đợc chia làm ba loại tùy thuộc
vào mật độ bớc sóng truyền trong một sợi quang. Gồm có WDM, CWDM và
DWDM.
WDM (Wavelength Division Multiplexing) là hệ thống tách ghép kênh
nhiều bớc sóng với khoảng cách giữa các kênh khá lớn. Số lợng các bớc
sóng truyền trên một sợi quang từ 2 đến 16 kênh. Đây là hệ thống đầu tiên
đợc ứng dụng trong thời kỳ đầu của phơng thức truyền dẫn WDM. Nó đã
đợc áp dụng khá lâu nhng khoảng cách truyền dẫn bị giới hạn nhỏ hơn 100
km.

CWDM (coarse WDM) là hệ thống tách ghép kênh tha. Khoảng cách
giữa các kênh là 20 nm đợc định nghĩa trong dải bớc sóng từ 1270 nm đến

II - 9


1610 nm với số lợng bớc sóng tối đa lên đến 18 bớc sóng. CWDM tuân
theo sự phân bố bớc sóng của khuyến nghị G 694.2.
DWDM (Dense WDM) là hệ thống tách ghép kênh nhiều bớc sóng mật
độ cao. Khoảng cách giữa các kênh có thể là 200, 100, 50 hoặc 25 GHz. Số
lợng kênh truyền trên một sợi quang có thể lên tới 128 kênh bớc sóng hoặc
nhiều hơn. Khoảng cách truyền của chúng cũng có thể lên tới hàng nghìn km
và phải kết hợp với các bộ khuếch đại cũng nh bộ tái tạo trên tuyến để đảm
bảo chất lợng tín hiệu.
2) Dải bớc sóng sử dụng
Trong thông tin quang, đang sử dụng phổ biến có ba cửa sổ bớc sóng
tơng ứng với các bớc sóng trung tâm là 850 nm, 1300 nm và 1550 nm.
Trong công nghệ truyền dẫn WDM cự ly lớn hiện nay, ngời ta sử dụng cửa
sổ bớc sóng là cửa sổ thứ ba. Ưu điểm chính của dải bớc sóng này là chúng
có suy hao thấp nhất trong môi trờng sợi quang làm bằng vật liệu SiO2. Hiện
nay, các nỗ lực chế tạo sợi quang có suy hao vật liệu thấp (do các lỗi tạp chất
trong sợi) đã có những bớc tiến lớn. Nhiều hãng đã trng bày những sản
phẩm có chỉ số suy hao thấp.
3) Các hiệu ứng cơ bản ảnh hởng truyền dẫn cáp quang
Các hiệu ứng chính có ảnh hởng tới truyền dẫn thông tin quang bao gồm
các hiện tợng nh suy hao, tán sắc và các hiệu ứng phi tuyến. Với sự tiến bộ
không ngừng về công nghệ điện tử, suy hao trong sợi quang đã đạt đợc
những bớc tiến vĩ đại. Suy hao của sợi quang đã giảm đi nhiều lần so với thập
kỷ trớc và đạt mức dới 0,2 dB/km. Với công nghệ nguồn phát quang và tái
tạo lại tín hiệu hiện nay, suy hao trong sợi quang không còn là vấn đề đáng

quan tâm trong các tuyến đờng trục. Các vấn đề đáng quan tâm nhất trong
truyền dẫn đờng trục hiện nay cần tập trung giải quyết là tán sắc và hiệu ứng
phi tuyến.
Tán sắc
Tán sắc là hiện tợng xung ánh sáng bị mở rộng theo khoảng cách truyền
sóng. Có hai nguyên nhân chính gây ra hiện tợng tán sắc là tán sắc mode và
tán sắc bớc sóng. Trong các đờng truyền đờng trục, ngời ta thờng sử
dụng sợi quang đơn mode nên vấn đề tán sắc mode không cần quan tâm. Tuy
nhiên những vấn đề về tán sắc do bản chất sóng ánh sáng đợc truyền lại cần
phải đặc biệt quan tâm. Đối với các đờng truyền dung lợng thấp (2.5 Gbit/s,
và có ít bớc sóng) thì vấn đề tán sắc cha gây ra nhiều khó khăn. Các đờng
trục dung lợng lớn với dung lợng mỗi bớc sóng từ 10 Gbit/s cần đợc quan
tâm đặc biệt. Có hai khía cạnh cần quan tâm: Nguồn phát quang có tính kết
hợp cao và ít bị ảnh hởng của tán sắc và bù tán sắc trong khoảng truyền. Việc
tạo nguồn sáng ít bị ảnh hởng bởi tán sắc đang đợc nỗ lực thực hiện và sẽ

II - 10


đợc trình bày ở phần sau. Đối với bù tán sắc, hiện nay các kỹ thuật bù tán sắc
bằng một sợi dẫn quang có độ tán sắc ngợc so với sợi quang đơn mode. Đây
là biện pháp đang đợc sử dụng phổ biến. Sợi quang đơn mode có độ tán sắc
dơng hoặc âm. Sau một khoảng cách truyền, ngời ta đổi môi trờng truyền
dẫn là sợi quang loại khác có độ tán sắc ngợc dấu. Nh vậy, sự tán sắc sẽ
đợc bù đắp.
Các hiệu ứng phi tuyến
Đối với mức công suất tín hiệu không lớn, các hiệu ứng truyền dẫn trong
sợi quang là tuyến tính. Khi đi qua các bộ khuếch đại quang, công suất tín
hiệu tăng lên đáng kể và các hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang bắt đầu xuất
hiện. Các hiệu ứng phi tuyến ảnh hởng tới truyền dẫn quang gồm các hiện

tợng tự điều chế pha (SPM), nhiễu xạ bốn sóng (FWM), hiệu ứng tán xạ
Bruilanh và tán xạ Raman (SBS và SRS)
9 SRS là hiện tợng khi cờng độ ánh sáng đi vào sợi quang lớn, năng
lợng này sẽ kích thích các phân tử trong sợi quang dao động gây ra sự
điều chế tín hiệu quang đa vào, làm giảm công suất tín hiệu quang của
các bớc sóng ngắn, giới hạn số kênh bớc sóng trong hệ thống ghép
kênh WDM.
9 SBS cũng là hiện tợng tơng tự nh SRS, cũng gây ra dao động của các
phân tử và chiều của tán xạ ngợc chiều với nguồn sáng đi vào. Nó làm
giảm đáng kể công suất của tín hiệu do phản xạ, đặc biệt với sợi dẫn
quang có đờng kính nhỏ.
9 SPM là hiện tợng khi cờng độ quang đa vào thay đổi, hiệu suất khúc
xạ của tín hiệu quang cũng thay đổi theo, gây ra sự biến đổi pha của tín
hiệu. Kết hợp với sự tán sắc, phổ của tín hiệu quang bị dãn đáng kể do
các thành phần khác nhau của ánh sáng bị dịch pha.
9 XPM: Do chiết xuất là hàm phụ thuộc vào tổng công suất của các
nguồn ánh sáng ứng với các bớc sóng trong hệ thống WDM nên khi
khi có sự biến đổi công suất của các nguồn tín hiệu khác nhau, chúng sẽ
gây ra sự điều chế pha của các kênh khác nhau, dẫn tới sự biến động về
độ rộng phổ
P (t )
P (t )
n = no + n2 ì i + 2 j
j i Aeff

Aeff
(SPM)

(XPM)

9 FWM là hiện tợng nhiễu xạ của các bớc sóng khác nhau. Khi có
nhiều nguồn sáng có công suất đủ lớn đợc truyền trong cùng một môi
trờng, các sóng ánh sáng sẽ tơng tác với nhau tạo ra một tần số cộng
hởng mới gây ra nhiễu xuyên kênh giữa các kênh và suy giảm công
suất của tín hiệu.
II - 11


(4) Các thiết bị thu và phát tín hiệu quang
Linh kiện biến đổi tín hiệu số từ tín hiệu điện sang tín hiệu quang đợc
dùng là Laser Diode. Ưu điểm chính của laser là nguồn sáng có tính kết hợp
rất cao. Để thực hiện biến đổi tín hiệu quang sang tín hiệu điện tại phía thu
ngời ta sử dụng các photodiode. Cấu tạo cơ bản của laser diode giống nh
một diode thờng gồm có một chuyển tiếp p-n. Khi điện tử chuyển dời từ
trạng thái kích thích xuống trạng thái cơ bản, một photon sẽ đợc giải phóng
có bớc sóng tơng ứng với khe năng lợng mà điện tử chuyển dời. Các
photon này giao động trong buồng cộng hởng của laser đợc tạo ra bởi hai
mặt gơng. Các photon đáp ứng đợc các điều kiện cộng hởng nh phân cực,
bớc sóng của buồng cộng hởng chế tạo trong laser (điều kiện giao thoa
ánh sáng) thì cờng độ của chúng sẽ tăng lên mạnh mẽ và bức xạ phát ra
ngoài. Đây là nguyên lý cơ bản của laser. Do đó, phổ ánh sáng của laser rất
hẹp và có tính kết hợp rất cao. Thực tế, các laser này cha đáp ứng đợc các
yêu cầu của truyền dẫn thông tin số tốc độ cao. Để thu nhỏ phổ quang của các
module laser và loại bỏ các thành phần pre-chirping, ngời ta tích hợp các bộ
điều chế quang ngoài cho module laser. Dới đây đề cập cấu trúc một số loại
laser thờng sử dụng trong kỹ thuật thông tin quang.
F-B Laser
Cấu tạo của laser F-B cũng giống nh các laser khác. Tuy nhiên, cấu tạo
của buồng cộng hởng điều chế tín hiệu quang khi phát ra đợc xây dựng dựa
trên nguyên lý của giao thoa kế Ferby-Perot. Cấu tạo của nó nh sau: Tại hai

đầu cửa sổ phát sáng, ngời ta chế tạo hai mặt gơng: Một mặt gơng có hệ số
phản xạ gần nh toàn phần và một mặt gơng phản xạ khoảng 45 % công suất
quang tạo ra. Khi có sự tái hợp của các điện tử (tái hợp ngẫu nhiên), các
photon tạo ra bị phản xạ qua lại giữa hai mặt gơng. Pha của chúng đợc điều
chế sao cho đồng nhất, đạt đợc trạng thái cộng hởng. Một phần công suất sẽ
thoát ra ngoài thông qua mặt gơng, một phần đồng thời trở thành nguồn kích
thích cho các quá trình tái hợp tiếp theo (tái hợp kích thích). Chiều dài của
buồng cộng hởng F-B sẽ quyết định các mode nào đợc phát ra do đáp ứng
đợc các điều kiện cộng hởng. Các mode khác hoặc tái hợp ngẫu nhiên do
nhiệt sẽ bị triệt tiêu ngay trong buồng cộng hởng.
DFB Laser
Dựa trên nguyên lý nhiễu xạ Bragg, ngời ta chế tạo cách tử đi kèm trong các
module laser để lọc phổ ánh sáng tạo ra trong buồng cộng hởng. Cấu tạo của
chúng nh sau: Trong vùng hoạt chất giữa chuyển tiếp p-n, ngời ta chế tạo
thêm một cách tử. Cách tử sẽ có tham số đặc trng chính là khoảng cách gữa
các khe trên cách tử. Nguồn sáng phát ra có bản chất sóng, do vậy chúng sẽ bị

II - 12


nhiễu xạ theo nguyên lý nhiễu xạ ánh sáng. Sẽ có một bớc sóng đáp ứng
đợc điều kiện cộng hởng: Khoảng cách giữa hai khe của cách tử bằng một
số nguyên lần bớc sóng nào thì bớc sóng đó sẽ đợc khuếch đại và phát ra
ngoài. Phổ của laser loại này rất hẹp và chỉ bằng 1/10 so với phổ laser của các
loại laser khác.
Thiết bị điều chỉnh bớc sóng laser
Hiện nay, trong các hệ thống thông tin, ngời ta không sử dụng một module
laser độc lập. Lý do chính là rất khó vận hành hệ thống khi có nhu cầu thay
đổi bớc sóng mang, điều chỉnh bớc sóng hay mở rộng. Do vậy, ngời ta
thờng chế tạo thành modul laser có thể điều chỉnh đợc bớc sóng. Cấu tạo

của modul này nh sau: Ngời ta chế tạo một dãy các nhiều laser riêng lẻ có
thể phát các bớc sóng khác nhau theo thiết kế của hệ thống trên cùng một lớp
đế. Các kênh dẫn sóng độc lập sẽ đa nguồn quang sau điều chế đi vào cùng
một lõi sợi quang. Một bộ vi xử lý sẽ làm nhiệm vụ điều khiển chọn lựa cho
từng laser phát theo yêu cầu. Cấu tạo của module 8 laser cho ở hình 2.2

Hình 2.2 Module laser điều chỉnh đợc bớc sóng

Thiết bị chuyển đổi bớc sóng OTU:
OTU là một linh kiện phát lại tín hiệu quang. Vai trò của thiết bị này là
chuyển đổi các bớc sóng phi tiêu chuẩn thành bớc sóng tiêu chuẩn để sử
dụng trong truyền dẫn WDM. Cấu tạo của nó gồm một bộ biến đổi O/E, một
bộ tái sinh có vai trò sửa sai tín hiệu và điều chế lại để đa tới bộ biến đổi
E/O. Thời gian ký sinh trong toàn bộ quá trình này là rất ngắn. Cấu tạo của nó
đợc cho ở hình dới.
O/E

Tái sinh
định thời

E/O

G.957

G.692

Hình 2.3 Cấu tạo của OTU

II - 13

Hiện nay, với mong muốn xây dựng mạng cáp quang trong suốt
(transparent) hoàn toàn, ngời ta đang tập trung nghiên cứu các bộ OTU biến
đổi bớc sóng theo dạng Quang-Quang. Tuy nhiên khả năng ứng dụng trong
thực tế của thiết bị này cha thể đợc.
Một vài cấu hình điều chế tín hiệu quang
Trong yêu cầu truyền dẫn dung lợng cao, các laser tỏ ra có nhiều nhợc
điểm do tồn tại các thành phần phổ không đồng nhất. Khi tốc độ dữ liệu tăng
lên, xuất hiện các vạch chirp tơng ứng với các thành phần tần số khác nhau.
Đây là yếu tố gây ảnh hởng lớn tới tán sắc. Các kỹ thuật mới đây cho thấy,
các nguồn phát quang điều chế ngoài có cấu trúc phổ đồng nhất hơn và độ
rộng phổ cũng đợc thu hẹp đáng kể. Do đó mà các yếu tố ảnh hởng đến
truyền dẫn nh tán sắc, nhiễu xạ, GVD giảm đi đáng kể. Có hai cấu hình
chính đang đợc triển khai trong hệ thống truyền dẫn quang đờng trục là
nguồn phát quang điều chế ngoài bằng các giao thoa kế và các nguồn hấp thụ
điện. Dới đây đề cập tới hai cấu hình đang đợc ứng dụng phổ biến là nguồn
phát quang dùng điều chế ngoài là giao thoa kế Match Zender và bộ hấp thụ
điện.
9 Bộ điều chế hấp thụ
Một trong các cách điều chế hấp thụ đang đợc sử dụng phổ biến hiện nay
là bơm dới ngỡng. Ngời ta dùng một laser liên tục dạng mode lock
hoặc DFB bơm vào miền tích cực của một laser khác. Tín hiệu điện muốn
đợc điều chế sẽ đợc đa vào các chân điều khiển của laser thụ động.
Dới tác dụng của điện trờng này, các điện tử đợc tái hợp và phát ra các
photon đồng nhất hơn. Đặc điểm của cấu hình này là, laser thụ động sẽ chỉ
đợc kích thích dới ngỡng thì mới có khả năng thực hiện điều chế.
9 Bộ điều chế ngoài MZ
Nguyên tắc điều chế dựa trên các hiệu ứng Pockel. Trong một vài vật liệu
có tính chất đặc biệt: Chiết suất của chúng phụ thuộc vào cờng độ điện
trờng áp đặt lên chúng. Vật liệu đang đợc áp dụng phổ biến NiLiO3.

Nguyên lý của nó nh sau: Trên một nhánh của giao thoa kế MZ sẽ đợc
tích hợp vật liệu điều chế pha. Nhánh này đợc tích hợp thêm lới cách tử
kim loại hình răng lợc. Nguồn sáng từ các laser phát ra đợc chia ra thành
hai nhánh. Các thành phần nhanh pha hơn đợc cho đi qua vật liệu điều
chế. Nhờ tác dụng của điện trờng, các thành phần nhanh pha đợc điều
chế lại để chậm pha đi tơng ứng. Tại đầu ra của MZ, các thành phần của
chirp đợc loại bỏ, làm cho phổ laser sau điều chế đồng nhất hơn. Hiện
nay, Nortel đã có những sản phẩm Laser dùng điều chế M-Z với khả năng
chịu đợc tán sắc tổng lên tới 1500 ps/nm.

II - 14