Công nghệ truyền tải quang

Công nghệ truyền tải quang
Bộ môn Tín hiệu và Hệ thống

Hà Nội, 2018
1


Giới thiệu môn học
• Thời lượng môn học:
– 4 ĐVHT (32LT + 8BT + 2TH + 3Tự học)
• Mục tiêu:
– Kiến thức: Trang bị cho sinh viên các kiến thức về ghép
kênh quang theo bước sóng WDM, kỹ thuật truyền tải
IP/WDM, các kỹ thuật khuếch đại quang, bù tán sắc, chuyển
mạch quang, các công nghệ mạng truy nhập quang và một
số công nghệ quang tiên tiến.
– Kỹ năng: Rèn cho sinh viên có kỹ năng nghiên cứu, phân
tích, đánh giá về các công nghệ trên mạng truyền tải quang

2/25/19

2


Giới thiệu môn học
• Nội dung:
– Chương 1: Tổng quan về sự phát triển công nghệ truyền
tải quang
– Chương 2: Công nghệ truyền tải WDM
– Chương 3: Công nghệ mạng truyền tải quang: NG-SDH
và OTN

– Chương 4: Truyền tải IP/WDM
– Chương 5: Công nghệ truy nhập quang
– Chương 6: Quản lý và điều khiển mạng quang

2/25/19

3


Giới thiệu môn học
•

Tài liệu tham khảo:
– Học viện CNBCVT, Bài giảng môn Công nghệ truyền tải quang, 2016.
– Cao Hồng Sơn. Công nghệ IP trên WDM . Nhà xuất bản Bưu Điện, 8-2005.
– Đỗ Văn Việt Em. Hệ thống thông tin quang II. Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, 2007.
– G. Keiser, “Optical Fiber Communications” . Third edition, McGraw-Hill, 2000.
– Rajiv Ramaswami, Kumar N. Sivarajan, Galen H. Sasaki, “Optical Networks: A Practical
Perspective”. Third Edition, Elservier, Inc, 2010.
– Khurram Kazi, “Optical Networking Standards: A Comprehensive Guide”, Springer
Science+Business Media, LLC, 2006.
– Stamatios V. Kartalopoulos, “Next Generation Intelligent Optical Networks: From Access to
Backbone”. Springer Science+Business Media, LLC, 2008.
– Huub Van Helvoort. “The Comsoc Guide to Next Generation Optical Transport
SDH/SONET/OTN”. John Wiley & Sons, Inc, 2009.
– Leonid G. Kazovsky et.al. “Broadband Optical Access Networks”. John Wiley & Sons, Inc, 2011.
– ITU-T Recommendations.
2/25/19

4

Giới thiệu môn học
•

Đánh giá:
– Tham gia học tập trên lớp:

– Thực hành/Thí nghiệm/Bài tập/Thảo luận:

10 %

– Kiểm tra giữa kỳ:

20%

– Tiểu luận:
– Kiểm tra cuối kỳ:

2/25/19

10%

10%
50 %

5


Giới thiệu môn học

• Nội dung chi tiết:
Chương 1- TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN
CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI QUANG
– Giới thiệu chung
– Sự phát triển công nghệ quang
• Tiến trình phát triển công nghệ truyền dẫn quang
• Công nghệ chuyển mạch quang
• Kỹ thuật khuếch đại và chuyển đổi bước sóng quang

– Xu hướng phát triển công nghệ truy nhập quang
– Xu hướng phát triển mạng truyền tải quang

2/25/19

6


Giới thiệu môn học
• Nội dung chi tiết:
Chương 2- CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI WDM
– Tổng quan và quá trình phát triển
– Kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng
•
•
•
•

Giới thiệu chung
Kiến trúc hệ thống và nguyên lý WDM
Các đặc điểm và các tham số của hệ thống WDM

Phân loại và các chuẩn của hệ thống WDM

– Xu hướng phát triển công nghệ truy nhập quang
– Xu hướng phát triển mạng truyền tải quang

2/25/19

7


Giới thiệu môn học
• Nội dung chi tiết:
Chương 2- CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI WDM
– Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của HT WDM
• Băng thông của các bộ khuếch đại
• Xuyên kênh tuyến tính và phi tuyến
• Cân bằng bù tán sắc các kênh quang

– Kỹ thuật khuếch đại quang
• Tổng quan về khuếch đại quang
• Bộ khuếch đại quang SOA/ EDFA/ RA
• So sánh các loại bộ khuếch đại quang

– Kỹ thuật bù tán sắc
• Giới thiệu chung

• Các kỹ thuật bù tán sắc
• So sánh các kỹ thuật bù tán sắc
2/25/19

8


Giới thiệu môn học
• Nội dung chi tiết:
Chương 3- CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI QUANG:
SDH và OTN

NG-

– Giới thiệu chung
– Công nghệ NG-SDH
•
•
•
•
•
•

Tổng quan về công nghệ NG-SDH
Các tiêu chuẩn liên quan đến công nghệ NG-SDH
Đặc tính kỹ thuật của NG-SDH
Cơ chế kết chuỗi các container ảo (VCAT)
Cơ chế điều chỉnh dung lượng tuyến (LCAS)
Thủ tục đóng khung tổng quát (GFP)

– Công nghệ mạng truyền tải quang
•
•
•

•
•
•
•
2/25/19

Giới thiệu chung
Hệ thống khuyến nghị ITU-T về mạng truyền tải quang OTN
Giao diện nút mạng trong mạng truyền tải quang OTN
Kiến trúc chức năng của mạng truyền tải quang OTN
Kiến trúc truyền tải thông tin trong OTN
Cấu trúc khung OTN G.709
Hệ thống phân cấp ghép kênh và sắp xếp tín hiệu trong OTN

– So sánh NG-SDH và OTN

9


Giới thiệu môn học
• Nội dung chi tiết:
Chương 4- TRUYỀN TẢI IP/WDM
– Xu hướng tích hợp IP trên WDM
– Kiến trúc truyền tải IP/WDM
• Tổng quan
• Các kiến trúc IP/ WDM
• Chức năng của một số tầng cơ bản trong kiến trúc IP/ WDM

– Các giai đoạn phát triển IP/WDM
• Giai đoạn IP/ATM/SDH /WDM

• Giai đoạn IP/SDH /WDM
• Giai đoạn IP/WDM
2/25/19

10


Giới thiệu môn học
• Nội dung chi tiết:
Chương 4- TRUYỀN TẢI IP/WDM
– Các mô hình kết nối mạng IP/WDM
• Phân loại
• Mô hình kết nối mạng IP/ WDM điểm - điểm
• Mô hình kết nối mạng IP/ WDM tái cấu hình
• Mô hình kết nối mạng IP/ WDM chuyển mạch
– Các mô hình dịch vụ mạng IP/WDM
• Mô hình dịch vụ miền
• Mô hình dịch vụ hợp nhất
• Các dịch vụ
2/25/19

11


Giới thiệu môn học
• Nội dung chi tiết:
Chương 5- CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP QUANG
– Tổng quan về mạng truy nhập quang (FTTx)
• Khái niệm

• Ưu nhược điểm của FTTx
• Các ứng dụng của FTTx
– Cấu hình của mạng truy nhập quang FTTx
• Cấu hình cơ bản của mạng truy nhập quang FTTx
• Cấu hình tham chiếu của mạng truy nhập quang FTTx
• Các khối chức năng cơ bản của mạng truy nhập quang
FTTx
2/25/19

12


Giới thiệu môn học
• Nội dung chi tiết:
Chương 5- CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP QUANG
– Các phương thức truy nhập quang (FTTx)
• Phương thức FTTC
• Phương thức FTTB
• Phương thức FTTO/H
– Các công nghệ sử dụng trong mạng FTTx
• Tổng quanvề các công nghệ sử dụng trong mạng truy
nhập quang FTTx
• Công nghệ truy nhập quang tích cực AON
• Công nghệ truy nhập quang thụ động PON
2/25/19

13


Giới thiệu môn học

• Nội dung chi tiết:
Chương 6- QUẢN LÝ VÀ ĐIỀU KHIỂN MẠNG QUANG

2/25/19

– Tổng quan về quản lý và điều khiển trong mạng quang
– Vấn đề điều khiển và kết nối trong mạng quang
• Báo hiệu trong mạng quang
• Các phương pháp điều khiển trong mạng quang
• Định tuyến trong mạng và gán bước sóng trong mạng quang
– Các công nghệ điều khiển trong mạng quang
• ASON
• GMPLS
– Bảo vệ và hồi phục trong mạng quang
• Mô hình bảo vệ và phục hồi trong mạng quang
• Các phương pháp bảo vệ trong mạng quang
• Phục hồi trong mạng quang

14


Ôn tập kiến thức cơ bản
• Cơ sở kỹ thuật thông tin quang:
– Gửi tín hiệu thông tin dưới dạng ánh sáng (miền quang)
– Sử dụng ánh sáng hồng ngoại (IR) trong dải từ 800 –
1600 nm.
– Sử dụng sợi thủy tinh làm môi trường truyền dẫn
– Có nhiều ưu điểm so với cáp đồng:
• Trọng lượng nhẹ, kích cỡ nho
• Không bị tác động bởi EMI (nhiễu giao thoa điện từ)

• Suy hao nho, dung lượng truyền dẫn lớn

– Có một số thách thức kỹ thuật khi triển khai:
• Hàn nối
• Phát triển các cấu kiện quang – điện tử chuyên biệt
• Thiết kế và sản xuất sợi và cáp sợi quang đặc biệt
15


Ôn tập kiến thức cơ bản
• Các phần tử cơ bản trên tuyến truyền dẫn quang:
 Sợi quang
 Bô phát quang
 Bô thu quang
 Bô khuyếch đại quang
 Bô bù tán sắc

16


Ôn tập kiến thức cơ bản
• Sợi quang:
– Loại phổ biến dựa trên vật liệu thủy tinh gồm lõi và vo
– Nguyên lý truyền tín hiệu quang: phản xạ nội toàn phần
– Hai loại sợi cơ bản: sợi đa mode (MM) và sợi đơn mode (SM)
• Số lượng mode truyền phụ thuộc: kích thước lõi, chiết suất lõi (n1) và vo
(n2), bước sóng hoạt động.
• Sợi đơn mode chỉ truyền một mode phân cực tuyến tính cơ bản

17

Ôn tập kiến thức cơ bản
• Đặc tính sợi quang:
– Suy hao (attenuation): công suất quang suy giảm khi lan truyền

 Hê số suy hao:
• 0.5 dB/km (1300 nm)
• 0.2 dB/km (1550 nm)
18


Ôn tập kiến thức cơ bản
• Đặc tính sợi quang:
– Tán sắc: các thành phần khác nhau của tín hiệu lan truyền tại
các vận tốc khác nhau  Xung quang bị trải rộng về thời gian 
gây lỗi do ISI
 Các loại tán sắc:
• Tán sắc mode (chỉ có ở sợi
MM)
• Tán sắc sắc thể (CD)
• Tán sắc mode phân cực
(PMD)
 Mức đô mở rông xung do CD
ps/km/nm

 = D.L.

ps

km

nm
19


Ôn tập kiến thức cơ bản
- Các tiêu chuẩn sợi quang cơ bản của ITU-T
•
•
•

G.651: sợi đa mode sử dụng tại 850nm cho LAN
G.652A/B: sợi đơn mode tiêu chuẩn (sử dụng tại 1300nm)
G.652C/D: sợi có đỉnh hấp thụ nho
– Sử dụng cho các mạng truy nhâp (FTTP, FTTH, FTTX)

•

G.653: sợi dịch tán sắc (DSF) (sử dụng ban đầu tại 1550 nm)
– Bị lỗi thời do sự ra đời sợi NZ-DSF (G.655)

•
•

G.654: sợi quang biển (bước sóng cắt 1500nm)
G.655A-E: sợi dịch tán sắc khác không (NZ-DSF)
– Được phát triển cho truyền dẫn DWDM khoảng cách dài từ 1530-1625 nm

•

G.656: sợi tán sắc thấp
– Sợi G.655 nâng cấp cho hoạt đông CWDM/DWDM trong dải 1460-1625 nm

•

G.657: sợi đơn mode giảm đô nhạy tổn hao do uốn cong
– Các sợi G.657A tương thích với các sợi G.652
20


Ôn tập kiến thức cơ bản
- Môt số loại sợi quang NZDSF thương mại

21


Ôn tập kiến thức cơ bản
• Bộ phát quang:
– Nguồn quang: LED và laser diode (LD)
– Nguồn LED: dựa trên phát xạ tự phát
•
•
•
•
•

Phổ đầu ra rộng (50 – 150 nm)
Công suất đầu ra thấp < -13 dBm (50 W)
Có thể được điều biến lên tới vài trăm Mbps

Rẻ tiền hơn LD
Sử dụng rộng rãi trong các LAN

22


Ôn tập kiến thức cơ bản
• Bộ phát quang:
– Nguồn LD: dựa trên phát xạ kích thích
•
•
•
•
•
•
•
•

Phổ đầu ra hẹp (4 – 0.01 nm)
Công suất đầu ra cao (0 - 10 dBm)
Có nhiều loại cho mục đích sử dụng khác nhau
Fabry-Perot (F-P) laser: phổ đa mode đầu ra, sử dụng cho hệ thống khoảng
cách ngắn
Distributed feedback laser (DFB): phổ đơn mode đầu ra, sử dụng cho hầu
hết các hệ thống tốc độ cao
Vertical cavity surface-emitting laser (VCSEL): rẻ tiền hơn cho chế tạo
Các laser khả chỉnh: sử dụng cho hệ thống DWDM, đắt tiền
Các laser bơm cho các bộ khuyếch đại quang: công suất đầu ra cao (200 –
500 mW)

– Các loại điều biến tín hiệu
• Điều biến trực tiếp: bị giới hạn tốc độ điều biến do chirping
• Điều biến ngoài: sử dụng nguồn CW + bộ điều biến ngoài
23


Ôn tập kiến thức cơ bản

24


Ôn tập kiến thức cơ bản
• Bộ thu quang:
– Nguồn thu quang: PIN và APD
– Nguồn PIN:
• Rẻ tiền hơn APD, độ nhạy kém hơn.

– Nguồn APD:
•
•
•
•

Độ nhạy cao nhờ quá trình nhân thác
Đòi hoi điện áp phân cực cao hơn, có nhiễu lớn hơn
Nhạy cảm hơn với thay đổi nhiệt độ và điện áp phân cực
Chi phí cao

– Các bộ tiền khuyếch đại:
• Trở kháng thấp:

• Trở kháng cao
• Truyền trở kháng (hồi tiếp âm)

– Các tham số chính:
• Độ nhạy thu, công suất bão hòa
• Băng tần thu (đáp ứng tần)
25