DWDM và ứng dụng trong mạng truyền dẫn Hanoi Telecom

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------VI THÀNH NAM

VI THÀNH NAM

KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
DWDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG MẠNG TRUYỀN DẪN
HANOI TELECOM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

KTVT2014A
Hà Nội – Năm 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------VI THÀNH NAM

TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
DWDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG MẠNG TRUYỀN DẪN
HANOI TELECOM

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
PGS.TS.Nguyễn Quốc Trung

Hà Nội – Năm 2017


DWDM và Ứng dụng trong mạng truyền dẫn Hanoi Telecom

KTVT2014A

LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi. Các số
liệu và kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chƣa từng đƣợc ai cơng bố
trong bất kỳ cơng trình khoa học nào khác.

Hà Nội, Ngày…. Tháng …. năm 2017
Học viên

VI THÀNH NAM

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Quốc Trung

1

HV: Vi Thành Nam


DWDM và Ứng dụng trong mạng truyền dẫn Hanoi Telecom

KTVT2014A

LỜI CẢM ƠN
Trong q trình nghiên cứu luận văn này, tơi đã nhận đƣợc sự hƣớng dẫn, giúp
đỡ tận tình của các thầy cô trong viện Điện tử – Viễn thông, trƣờng Đại học Bách
Khoa Hà Nội, thầy giáo hƣớng dẫn, bạn bè, ngƣời thân và đồng nghiệp để tơi hồn
thành đƣợc luận văn của mình.
Nhân đây, tơi cũng xin đƣợc gửi lời cảm ơn Viện Điện tử – Viễn thông, Viện
Đào tạo sau đại học trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận
lợi, động viên giúp đỡ tơi hồn thành nghiên cứu của mình.
Và đặc biệt, tơi xin gửi lời cảm ơn đến Phó Giáo Sƣ, Tiến sỹ Nguyễn Quốc
Trung, ngƣời đã định hƣớng, giúp đỡ, chỉ bảo cho tơi rất tận tình, chu đáo trong
từng giai đoạn mà tơi nghiên cứu, đảm bảo hồn thành luận văn đúng tiến độ và
đảm bảo đƣợc các yêu cầu đề ra.
Tôi xin gửi lời cám ơn đến Thạc sỹ Bùi Thế Quân, Trƣởng bộ phận vận hành
– truyền dẫn Trung tâm Truyền dẫn Công ty Cổ phần Viễn Thông Hà Nội – Hanoi
Telecom đã hỗ trợ thông tin, số liệu và đóng góp cho việc hồn thiện đề tài này.
Cuối cùng, xin đƣợc gửi lời cảm ơn ngƣời thân, bạn bè, đồng nghiệp, những
ngƣời đã luôn bên cạnh, động viên, là động lực giúp tơi hồn thành luận văn của
mình.

Tác giả luận văn

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Quốc Trung

2

HV: Vi Thành Nam

DWDM và Ứng dụng trong mạng truyền dẫn Hanoi Telecom

KTVT2014A

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................1
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................2
MỤC LỤC ...................................................................................................................3
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ...........................................................................5
DANH SÁCH HÌNH VẼ ............................................................................................7
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................8
CHƢƠNG I: HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG ..................................................10
1.1 Kiến trúc truyền dẫn bằng giao thức IP .......................................................10
1.2

Hệ thống truyền dẫn thông tin quang ..........................................................11

1.3

Kỹ thuật truyền dẫn đồng bộ (SDH)............................................................13

1.3.1

Tiêu chuẩn tốc độ bit của SDH .............................................................15

1.3.2

Hệ thống quản lý mạng SDH ................................................................15

1.4

Kỹ thuật ghép kênh quang phân chia theo thời gian OTDM ......................16

1.4.1

Nguyên lý ghép kênh OTDM ...............................................................17

1.4.2

Đặc tính truyền dẫn của OTDM ...........................................................19

1.5

Kết luận........................................................................................................20

CHƢƠNG II: GHÉP KÊNH QUANG THEO BƢỚC SĨNG MẬT ĐỘ CAO
DWDM ......................................................................................................................21
2.1 Cơng nghệ ghép kênh quang theo bƣớc sóng WDM ..................................21
2.1.1

Kết cấu cơ bản của hệ thống WDM ......................................................22

2.1.2

Nguyên lý hoạt động của hệ thống WDM ............................................23

2.1.3

Các tham số kỹ thuật của hệ thống WDM ............................................24

2.1.4

Đặc điểm chính của cơng nghệ WDM ..................................................25

2.1.5

Những tồn tại của hệ thống WDM và hƣớng phát triển .......................27

2.2

Công nghệ ghép kênh quang theo bƣớc sóng mật độ cao DWDM .............28

2.2.1

Khối phát đáp quang OTU (Optical Transponder Unit) .......................29

2.2.2

Khối ghép/ tách kênh quang MUX/DEMUX .......................................29

2.2.3

Khối khuếch đại quang .........................................................................31

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Quốc Trung

3

HV: Vi Thành Nam


DWDM và Ứng dụng trong mạng truyền dẫn Hanoi Telecom

KTVT2014A

2.2.4

Khối xen rẽ quang OADM ...................................................................33

2.2.5

Khối kết nối chéo quang OXC..............................................................35

2.3

Khả năng bảo vệ và phục hồi mạng DWDM ..............................................38

2.3.1

Khả năng bảo vệ ...................................................................................38

2.3.2

Khả năng khôi phục ..............................................................................41

2.4

Kết luận........................................................................................................42

CHƢƠNG III: ỨNG DỤNG DWDM TRONG MẠNG TRUYỀN DẪN................43
HANOI TELECOM ..................................................................................................43
3.1 Giới thiệu về Hanoi Telecom ......................................................................43
3.2

Định hƣớng phát triển mạng truyền dẫn DWDM của Hanoi Telecom .......43

3.3

Hiện trạng mạng truyền dẫn của Hanoi Telecom ........................................44

3.3.1

Kiến trúc hệ thống.................................................................................44

3.3.2

Kiến trúc thực tế của mạng Hanoi Telecom .........................................47

3.4

Nhu cầu áp dụng DWDM cho mạng truyền dẫn Hanoi Telecom ...............50

3.5

Ứng dụng thực tế của mạng DWDM trong mạng Hanoi Telecom .............51

3.5.1

Hệ thống truyền dẫn hiT 7300 ..............................................................51

3.5.2

Ƣu điểm của hệ thống truyền dẫn hiT 7300 .........................................52

3.5.3

Ứng dụng của hệ thống truyền dẫn hiT 7300 .......................................54

3.5.4

Dải bƣớc sóng trong hệ thống hiT 7300 ...............................................57

3.5.5

Khả năng tƣơng thích với các hệ thống khác .......................................64

3.6

Hệ thống hiT 7300 trong mạng truyền dẫn Hanoi Telecom........................64

KẾT LUẬN ...............................................................................................................67
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................69

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Quốc Trung

4

HV: Vi Thành Nam

DWDM và Ứng dụng trong mạng truyền dẫn Hanoi Telecom

KTVT2014A

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

ATM

Asynchronous Transfer Mode

Chế độ truyền không đồng bộ

BCN

Broadband Convergence Network Mạng hội tụ băng rộng

BRAS

Broadband Remote Access Server Thiết bị cung cấp địa chỉ ip

DEMUX

Demultiplexer

Mạch giải ghép kênh

DFA

Doped Fiber Amplifier

Khuếch đại quang sợi

DSLAM

Digital Subscriber Line Access
Multiplexer

Bộ ghép kênh truy nhập đƣờng
dây thuê bao số tập trung

DWDM

Dense Wavelength Division
Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo bƣớc
sóng mật độ cao

EDFA

Erbium – Doped Fiber Amplifier

Bộ khuếch đại quang sợi EDFA

FTTH

Fiber to the home

Internet Cáp quang

GE

Gigabit Ethernet

Mạng Ethernet tốc độ gibabit

GMPLS

Generalized Multiprotocol Label
Switching

Chuyển mạch nhãn đa giao thức
tổng quát

IP

Internet Protocol

Giao thức kết nối Internet

LED

Light Emitting Diode

Đi ốt phát quang

MPLS

Multi-Protocol Label Switching

Chuyển mạch nhãn đa giao thức

MUX

Multiplexer

Mạch ghép kênh

NGN

Next Generation Network

Mạng thế hệ sau

OADM

Optical Add/Drop Multiplexer

Khối xen rẽ quang

OFA

Optical Fiber Amplifier

Khuếch đại quang sợi

OLR

Optical Line Repeater

Bộ lặp đƣờng quang

OMSP

Optical module signal protect

Bảo vệ đoạn ghép kênh quang

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Quốc Trung

5

HV: Vi Thành Nam


DWDM và Ứng dụng trong mạng truyền dẫn Hanoi Telecom

KTVT2014A

ONN

Optical Network Node

Nút mạng quang

OTDM

Optical time division
Multiplexing

Ghép kênh quang phân chia
theo thời gian

OTN

Optical Transport Network

Mạng truyền tải quang

OUT

Optical Transponder Unit

Khối phát quang

OXC

Optical Cross Connect

Bộ kết nối chéo quang

ROADM

Reconfigurable Optical Add/
Drop Multiplexer

Khối xen rẽ quang cấu hình lại
đƣợc

SDH

Synchronous Digital Hierarchy

Phân cấp số cận đồng bộ

SNR

Signal Noise Rate

Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

SOA

Optical Semiconductor Amplifier

Khuếch đại quang bán dẫn

TDM

Time Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo thời
gian

WDM

Wavelength Division
Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo bƣớc
sóng

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Quốc Trung

6

HV: Vi Thành Nam


DWDM và Ứng dụng trong mạng truyền dẫn Hanoi Telecom

KTVT2014A

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1: Các kiểu kiến trúc tích hợp IP trên quang .................................................11
Hình 1.2: Các thành phần chính của hệ thống truyền dẫn quang .............................11
Hình 1.3: Độ rộng phổ nguồn quang và dải thơng của sợi quang.............................13
Hình 1.4: Sơ đồ khối ghép kênh SDH.......................................................................14
Hình 1.5: Mơ hình ghép kênh phân chia theo thời gian ............................................17
Hình 1.6: Mơ hình OTDM ghép 4 kênh quang .........................................................18
Hình 2.1: Mơ hình ghép kênh phân chia theo bƣớc sóng .........................................21
Hình 2.2: Hệ thống ghép bƣớc sóng đơn hƣớng và song hƣớng ..............................22

Hình 2.3: Sơ đồ chức năng hệ thống WDM..............................................................23
Hình 2.4: Ứng dụng WDM và TDM để tăng dung lƣợng hệ thống truyền dẫn .......26
Hình 2.5: Mơ hình khối ghép/ tách kênh quang n bƣớc sóng ...................................29
Hình 2.6: Ghép tầng để tạo bộ ghép dung lƣợng cao................................................31
Hình 2.7: Giải pháp sử dụng OADM tại nút B .........................................................33
Hình 2.8: Kiến trúc OADM dạng nối tiếp và dạng tách băng ..................................35
Hình 2.9: Mơ hình chuyển mạch OXC .....................................................................36
Hình 2.10: Mơ hình mạng sử dụng OXC ..................................................................36
Hình 2.11: Bảo vệ kiểu 1 + 1 trên lớp SDH ..............................................................39
Hình 2.12: Bảo vệ kiểu 1 : n trên lớp SDH ...............................................................40
Hình 2.13: Bảo vệ kiểu 1 : n trong hệ thống DWDM ...............................................40
Hình 2.14: Bảo vệ đoạn ghép kênh quang ................................................................41
Hình 3.1: Mơ hình kiến trúc mạng Hanoi Telecom ..................................................46
Hình 3.2: Sơ đồ tuyến cáp quang trục Bắc – Nam của Hanoi Telecom ...................48
Hình 3.3: Sơ đồ hệ thống SDH của Hanoi Telecom .................................................49
Hình 3.4: Sơ đồ hệ thống Metronet của Hanoi Telecom ..........................................50
Hình 3.5: Mơ hình hiT 7300 trong mơi trƣờng mạng ...............................................52
Hình 3.6: Các mơ hình mạng sử dụng các phần tử nút và bộ lặp quang hiT 7300 ...56
Hình 3.7: Mơ hình mạng sử dụng phần tử nút quang riêng lẻ SONs........................56
Hình 3.8: Mơ hình triển khai cáp quang Hanoi Telecom .........................................65
Hình 3.9: Mạng DWDM Hanoi Telecom áp dụng hiT 7300 ....................................66

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Quốc Trung

7

HV: Vi Thành Nam


DWDM và Ứng dụng trong mạng truyền dẫn Hanoi Telecom

KTVT2014A

MỞ ĐẦU
Ngày nay, cả thế giới đang phát triển vũ bão trong kỷ nguyên của nền kinh tế
tri thức – kỷ ngun số, trong đó cơng nghệ thơng tin chính là động lực thúc đẩy sự
phát triển của toàn xã hội. Sự chuyển dịch lại gần nhau của viễn thông và công nghệ
thông tin cũng tạo ra nhu cầu về truyền thông ngày càng lớn với nhiều dịch vụ mới
băng thông rộng và đa phƣơng tiện trong đời sống kinh tế – xã hội của từng quốc
gia cũng nhƣ kết nối tồn cầu. Điều đó địi hỏi các mạng viễn thơng phải có khả
năng linh hoạt cao, tốc độ truyền dẫn lớn, băng thơng rộng, dung lƣợng lớn và có
khả năng cung cấp đa dịch vụ đáp ứng mọi nhu cầu về trao đổi thông tin. Các nhà
khoa học công nghệ, các tổ chức viễn thơng quốc tế uy tín, các hãng cung cấp thiết
bị và các đơn vị khai thác … ln ln tìm mọi giải pháp để nâng cao chất lƣợng
của mạng nên trong thời gian qua, các giải pháp về mạng và cơng nghệ viễn thơng
đã có những bƣớc phát triển mang tính đột phá.
Sự hội tụ của các dịch vụ viễn thông cơ bản nhƣ thoại, dữ liệu, truyền hình,
các loại dịch vụ mới nhƣ internet, di động, truyền số liệu, bigdata… của mạng thế
hệ sau (Next Generation Network – NGN) chính là cuộc cách mạng của công nghệ
viễn thông – công nghệ thông tin. NGN và giai đoạn phát triển tiếp theo của nó là
mạng hội tụ băng rộng BCN ( Broadband Convergence Network) đã phân tách cơ
sở hạ tầng mạng viễn thông khỏi lớp dịch vụ và ứng dụng, tạo ra khả năng trao đổi
thông tin thuận lợi cho tồn xã hội mà khơng phải quan tâm đến hạ tầng cơ sở mạng
mà vẫn đáp ứng đƣợc tất cẩ các dạng truy cập, các loại dịch vụ mới thay đổi liên
tục. BCN chính là xu hƣớng phát triển tất yếu của các mạng viễn thông các quốc gia
trên thế giới và đã đƣợc triển khai tại nhiều nƣớc.
Để đáp ứng đƣợc nhu cầu triển khai mạng BCN, khai thác hiệu quả và phát
huy thế mạnh của mạng NGN cũng nhƣ mạng BCN trong tƣơng lai, việc lựa chọn
các giải pháp công nghệ cho mạng NGN/BCN mà quan trọng nhất là công nghệ của
lớp truyền tải là một trong những yếu tố đóng vai trị quyết định.

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Quốc Trung

8

HV: Vi Thành Nam


DWDM và Ứng dụng trong mạng truyền dẫn Hanoi Telecom

KTVT2014A

Công nghệ truyền dẫn ghép kênh quang theo bƣớc sóng WDM (Wavelength
Division Multiplexing) và giai đoạn phát triển tiếp theo của nó là ghép kênh quang
theo bƣớc sóng mật độ cao DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing)
cùng với các công nghệ chuyển mạch quang, đặc biệt là chuyển mạch quang tự
động ra đời với những ƣu điểm vƣợt trội về chất lƣợng truyền dẫn cao, đặc biệt là
băng thông rộng/ dung lƣợng lớn/ tốc độ cao chính là giải pháp phát triển mạng viễn
thông. Công nghệ thông tin quang đã, đang và sẽ trở thành công nghệ chủ đạo của
mạng viễn thông trong tƣơng lai.
Nằm trong xu thế phát triển của mạng viễn thông thế hệ mới, nhu cầu đột phá
trong việc xây dựng vận hành và khai thác hiệu quả mạng truyền dẫn quang, Công
ty Cổ phần Viễn Thông Hà Nội – Hanoi Telecom tuy tuổi đời còn non trẻ nhƣng đã
mạnh dạn áp dụng các công nghệ mới nhất cho mạng truyền dẫn của mình. DWDM
đã đƣợc lựa chọn để xây dựng các tuyến truyền dẫn quang huyết mạch, đảm bảo
hoạt động của toàn mạng, khả năng khai thác, vận hành linh hoạt ở tốc độ cao, đáp
ứng hầu hết nhu cầu về truyền dẫn ngày càng đa dạng của khách hàng, nâng cao
tính cạnh tranh, giảm giá thành đầu tƣ và nhanh chóng thu hồi vốn từ việc khai thác
dịch vụ.
Bản luận văn DWDM và Ứng dụng trong mạng truyền dẫn Hanoi Telecom sẽ

cung cấp thông tin tổng quát về công nghệ DWDM và ứng dụng trong thực tiễn của
mạng truyền dẫn Hanoi Telecom.

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Quốc Trung

9

HV: Vi Thành Nam


DWDM và Ứng dụng trong mạng truyền dẫn Hanoi Telecom

KTVT2014A

CHƢƠNG I: HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG
1.1 Kiến trúc truyền dẫn bằng giao thức IP
Ra đời cùng với sự phát triển của nền kinh tế tri thức, sự bùng nổ của lƣu
lƣợng Internet, công nghệ truyền dẫn IP băng rộng/ tốc độ cao có khả năng truyền
tải đƣợc tất cả các dịch vụ viễn thông, các loại dữ liệu khác nhau dẫn tới công nghệ
IP sẽ trở thành phƣơng thức truyền tải chính trên cơ sở hạ tầng truyền dẫn hiện nay
và tƣơng lai.
Với sự tăng trƣởng vƣợt bậc của việc sử dụng mạng Internet, sự hội tụ nhanh
chóng của các dịch vụ IP, khả năng kết nối đơn giản, dễ dàng và linh hoạt đã tạo ra
sự chuyển biến lớn, thay đổi hoàn toàn về quan điểm thiết kế của các mạng viễn
thông hiện nay. Mặt khác các công nghệ tiên tiến về truyền dẫn quang ghép kênh
quang theo bƣớc sóng (WDM – Wavelength Division Multiplexer) ra đời với ƣu
điểm vƣợt trội về băng thông và tốc độ lên tới hàng ngàn terabit, cùng với đó là chất
lƣợng truyền dẫn cao đã tạo ra một vấn đề hết sức thời sự là kết hợp hai công nghệ
này trên cùng một cơ sở hạ tầng mạng để tạo ra bƣớc tiến mới mang tính đột phá
cho hệ thống truyền dẫn thơng tin quang.

Để giải quyết đƣợc vấn đề này, chúng ta đang nghiên cứu trên hai hƣớng chính
là giữ lại các cơng nghệ cũ và phát triển các tính năng phù hợp cho lớp mạng trung
gian nhƣ TDM, ATM, SDH… hoặc tại ra công nghệ và giao thức mới nhƣ MPLS,
GMPLS… Việc sử dụng cơng nghệ cũ có nhiều lớp liên quan nên đặc tính chung
của mơ hình này là dƣ thừa các tính năng khơng cần thiết dẫn tới chi phí cao và bảo
dƣỡng phức tạp. Việc nghiên cứu các công nghệ mới hiện nay lại rất cần thời gian
để đƣa vào thực tế và khai thác, không đáp ứng đƣợc nhu cầu thay đổi ngay của các
mạng truyền dẫn. Mặt khác, công nghệ thay đổi đồng nghĩa với việc phải thay đổi
toàn bộ hệ thống thiết bị cũ kỹ, lạc hậu và đƣa vào các thiết bị mới vẫn cịn đang
đƣợc tiếp tục nghiên cứu nên chi phí cực kỳ đắt đỏ và tính thực tiễn chƣa cao. Do
đó, một số nhà cung cấp và tổ chức tiêu chuẩn đã đề xuất những giải pháp mới cho
việc khai thác IP trên một kiến trúc mạng đơn giản, ở đó lớp WDM là nơi cung cấp
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Quốc Trung

10

HV: Vi Thành Nam


DWDM và Ứng dụng trong mạng truyền dẫn Hanoi Telecom

KTVT2014A

băng tần truyền dẫn. Tuy nhiên, trong thực tế cũng chỉ có một số kiến trúc có nhiều
đặc tính hứa hẹn nhƣ giải pháp gói trên SONET/SDH, GE… Tùy từng giải pháp,
các tín hiệu dịch vụ đƣợc đóng gói qua các tầng khác nhau.

IP
ATM

IP

IP

IP

SDH

ATM

SDH

Cơng nghệ khác

IP

Ghép kênh theo bƣớc sóng
Sợi quang vật lý
Hình 1.1: Các kiểu kiến trúc tích hợp IP trên quang
1.2 Hệ thống truyền dẫn thông tin quang
Ƣu điểm vƣợt trội của hệ thống truyền dẫn thông tin quang là cự ly truyền dẫn
xa, khả năng truyền dẫn lớn và chất lƣợng truyền dẫn cao.

Hình 1.2: Các thành phần chính của hệ thống truyền dẫn quang
Mơ hình tuyến truyền dẫn quang cơ bản gồm có phần phát quang, cáp sợi
quang và phần thu quang. Ở phần phát quang gồm nguồn phát tín hiệu quang và các
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Quốc Trung

11

HV: Vi Thành Nam


DWDM và Ứng dụng trong mạng truyền dẫn Hanoi Telecom

KTVT2014A

mạch điện điều khiển liên kết với nhau. Nguồn phát quang có thể sử dụng các
Diode phát quang (LED) hoặc Laser bán dẫn (LD). Cả hai loại nguồn này đều phù
hợp với các hệ thống thơng tin quang, với tín hiệu quang đầu ra có tham số biến đổi
tƣơng ứng với sự thay đổi của dòng điều biến đầu vào ở dạng số hoặc dạng tƣơng
tự. Thiết bị phát sẽ biến tín hiệu điện này thành tín hiệu quang tƣơng ứng, cơng suất
quang đầu ra phụ thuộc cƣờng độ dịng điều biến. Bƣớc sóng làm việc của nguồn
phát quang phụ thuộc vào vật liệu chế tạo.
Cáp sợi quang là phần chịu trách nhiệm truyền dẫn tín hiệu chính trong hệ
thống truyền dẫn quang. Bao gồm các sợi dẫn quang và lớp bảo vệ khỏi các yếu tố
tác động từ bên ngoài. Đặc tuyến suy hao của sợi dẫn quang theo bƣớc sóng tồn tại
ba vùng mà ở đó có suy hao thấp là các vùng xung quanh bƣớc sóng 850nm,
1310nm, 1550nm. Ba vùng này gọi là vùng cửa sổ thứ nhất, thứ hai và thứ ba tƣơng
ứng. Thời kỳ đầu do cơng nghệ chế tạo sợi quang cịn chƣa phát triển nên cửa sổ
thứ nhất đƣợc sử dụng. Hiện nay, công nghệ chế tạo sợi đã rất phát triển nên các hệ
thống truyền dẫn quang chủ yếu sử dụng cửa sổ thứ hai và thứ ba do suy hao sợi ở
hai cửa sổ này rất nhỏ. Ngoài phần cáp sợi quang, cịn có các bộ nối quang, mối hàn
quang, bộ chia quang, trạm lặp… tạo nên một hệ thống truyền dẫn cáp sợi quang
hoàn chỉnh.
Phần thu quang sẽ thực hiện thu các ánh sáng và tách lấy tín hiệu đƣợc truyền
tới từ phần phát quang qua hệ thống cáp sợi quang. Tại đây tín hiệu quang đƣợc
biến đổi trở lại tín hiệu điện. Các photodiode PIN và photodiode thác APD đều có
thể sử dụng làm bộ tách sóng quang. Chúng có hiệu suất làm việc cao và tốc độ
chuyển đổi nhanh. Các vật liệu chế tạo bộ tách sóng quang sẽ quyết định bƣớc sóng

làm việc của chúng. Đặc tính quan trọng nhất của phần thu quang là độ nhạy thu
quang, nó mơ tả cơng suất quang nhỏ nhất có thể thu đƣợc ở một tốc độ truyền dẫn
nào đó ứng với tỷ lệ lỗi bit cho phép của hệ thống truyền dẫn quang.

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Quốc Trung

12

HV: Vi Thành Nam


DWDM và Ứng dụng trong mạng truyền dẫn Hanoi Telecom

KTVT2014A

Hình 1.3: Độ rộng phổ nguồn quang và dải thông của sợi quang
Trong các tuyến thông tin quang điểm nối điểm thơng thƣờng, mỗi sợi quang
sẽ có một nguồn phát quang ở phía phát và một bộ tách sóng quang ở phía thu. Các
nguồn phát khác nhau sẽ tạo ra các luồng sáng khác nhau mang tín hiệu khác nhau
và phát vào sợi dẫn quang khác nhau. Bộ tách sóng quang tƣơng ứng sẽ nhận tín
hiệu từ sợi này. Nhƣ vậy muốn tăng dung lƣợng của hệ thống thì phải sử dụng thêm
sợi và các bộ thu phát khác nhau. Với hệ thống nhƣ vậy, dải phổ của tín hiệu quang
truyền qua sợi thực tế rất hẹp so với dải thông mà các sợi dẫn quang có thể truyền
tín hiệu với suy hao nhỏ.
1.3 Kỹ thuật truyền dẫn đồng bộ (SDH)
Bản chất của truyền dẫn đồng bộ SDH là ghép các tín hiệu có tốc độ thấp
thành tín hiệu có tốc độ cao hơn để truyền dẫn. Trƣớc đây khi công nghệ chƣa phát
triển và các dịch vụ chính cần truyền dẫn là dịch vụ thoại thì các nhà cung cấp dịch
vụ chỉ cần sử dụng hệ thống truyền dẫn phân cấp cận đồng bộ PDH. Tuy nhiên,
trong hệ thống PDH, trƣớc khi ghép các luồng có tốc độ thấp thành luồng có tốc độ

cao hơn thì phải hiệu chỉnh tốc độ bit của các luồng vào hoàn toàn bằng nhau bằng
cách chèn thêm các bit không mang tin tức. Do đó các luồng vào đồng bộ về tốc độ
nhƣng khơng đồng bộ về pha dẫn tới:
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Quốc Trung

13

HV: Vi Thành Nam


DWDM và Ứng dụng trong mạng truyền dẫn Hanoi Telecom

KTVT2014A

 Quá trình ghép/tách các luồng số phức tạp.
 Dung lƣợng các byte dành cho việc quản lý và bảo dƣỡng nhỏ nên việc quản
lý mạng không đảm bảo, độ tin cậy thấp.
 Mã đƣờng điện và mã đƣờng quang khác nhau nên thiết bị khác nhau dẫn tới
việc quản lý cồng kềnh, chiếm diện tích, chi phí đầu tƣ cao và không hiệu
quả.
 Tồn tại nhiều phân cấp đồng bộ số khác nhau của các quốc gia dẫn tới giao
diện quốc tế chƣa chuẩn hóa.
SDH ra đời đã giải quyết đƣợc triệt để các vấn đề trên và mang rất nhiều ƣu
điểm:
 Giao diện đồng bộ, thống nhất, có thể sử dụng nhiều chủng loại thiết bị của
nhiều hãng khác nhau.
 Việc ghép/ tách các luồng nhánh từ/thành tín hiệu tốc độ cao đơn giản và dễ
dàng.
 Có thể ghép đƣợc nhiều loại tín hiệu khác nhau
 Khả năng quản lý mạng tốt, độ tin cậy cao.

Hình 1.4: Sơ đồ khối ghép kênh SDH

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Quốc Trung

14

HV: Vi Thành Nam


DWDM và Ứng dụng trong mạng truyền dẫn Hanoi Telecom

1.3.1

KTVT2014A

Tiêu chuẩn tốc độ bit của SDH

SDH đƣợc hình thành và phát triển trên cơ sở các tiêu chuẩn của mạng thông
tin quang đồng bộ SONET. Tiêu chuẩn tốc độ bit của SDH đƣợc ITU-T ban hành:
 STM-1: 155,52 Mbps
 STM-4: 622,08 Mbps
 STM-16: 2488,32 Mbps
 STM-64: 9953,28 Mbps
Phƣơng thức ghép luồng bậc cao: muốn có tín hiệu STM-4 cần sử dụng 4 tín
hiệu STM-1 và ghép xen byte các tín hiệu đó. Tín hiệu STM-16 đƣợc hình thành
bằng cách ghép xen byte 16 tín hiệu STM-1 hoặc ghép xen nhóm 4 byte tín hiệu
STM-4. Tƣơng tự là tín hiệu STM-64 từ 4 tín hiệu STM-16. Tuy nhiên cũng có
thể sử dụng hỗn hợp các tín hiệu bậc thấp để ghép thành tín hiệu bậc cao hơn.
1.3.2

Hệ thống quản lý mạng SDH

Mạng quản lý SDH sử dụng quá trình quản lý phân chia đa lớp. Mỗi lớp cung
cấp một chức năng quản lý mạng, lớp bậc thấp gồm các phần tử mạng SDH cung
cấp các dịch vụ và chức năng ứng dụng quản lý. Các chức năng chính của hệ thống
quản lý mạng:
 Quản lý cấu hình: Chức năng quản lý cấu hình gồm: thay đổi cấu hình, khởi
tạo các đối tƣợng, ngắt và loại bỏ chúng ra khỏi dịch vụ. Thu thâpk các thông
tin về trạng thái mạng lƣới thƣờng xuyên hoặc theo yêu cầu, cung cấp thiết
bị và các dịch vụ đáp ứng các yêu cầu của ngƣời dùng.
 Quản lý sự cố: Khi có một sự cố sẽ có khả năng xuất hiện nhiều sự kiện cảnh
báo. Chức năng quản lý sự cố là từ một sự kiện cảnh báo nhận đƣợc, phải
phân tích, đánh giá để xác định chính xác vị trí xảy ra sự cố, sau đó phải lƣu
trữ các sự cố xảy ra bằng các thông tin ngắn gọn và đầy đủ.

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Quốc Trung

15

HV: Vi Thành Nam


DWDM và Ứng dụng trong mạng truyền dẫn Hanoi Telecom

KTVT2014A

 Quản lý chất lượng: chức năng chính là phân tích các số liệu thống kê về số
liệu hệ thống, suy giảm chất lƣợng, nguyên nhân suy giảm, ảnh hƣởng của
các cảnh báo tới chất lƣợng hệ thống và thời gian khắc phục… Qua đó có thể

cung cấp các thơng tin giúp cho việc đánh giá chất lƣợng dịch vụ trên hệ
thống. Bằng số liệu lƣu trữ có khả năng đánh giá, cảnh báo đƣợc khuynh
hƣớng xuống cấp của thiết bị nhằm giảm nhỏ chi phí cho sửa chữa, bảo
dƣỡng hệ thống.
 Quản lý bảo an: Quản lý bảo an về mặt vật chất, truy nhập và an toàn dữ liệu
của ngƣời khai thác mạng.
 Quản lý chứng từ thanh toán: Chức năng này giúp chuẩn bị chứng từ thanh
toán của ngƣời dùng, phụ thuộc vào các số liệu thống kê đƣợc cung cấp bởi
từng đối tƣợng trong mạng. Quản lý chứng từ thanh tốn cịn chức năng
kiểm kê cho phép theo dõi từng loại thiết bị đƣợc sử dụng trong mạng, các số
liệu liên quan đến đặc điểm, giá trị của thiết bị, hợp đồng mua thiết bị….
1.4 Kỹ thuật ghép kênh quang phân chia theo thời gian OTDM
Ghép kênh phân chia theo thời gian về cơ bản tức là chia thời gian sử dụng
đƣờng truyền thành nhiều khung khác nhau, mỗi khung lại chia làm nhiều khe thời
gian khác nhau để truyền tín hiệu.

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Quốc Trung

16

HV: Vi Thành Nam


DWDM và Ứng dụng trong mạng truyền dẫn Hanoi Telecom

KTVT2014A

Hình 1.5: Mơ hình ghép kênh phân chia theo thời gian
Trƣớc đây, ghép kênh phân chia theo thời gian thƣờng đƣợc thực hiện trong
miền điện. Tuy nhiên khi công nghệ thông tin quang phát triển và việc ghép kênh sẽ

khơng cịn miền điện nào do giới hạn về tốc độ và khả năng thiết kế các mạch điện
tử. Để khắc phục tình trạng trên và tận dụng nền tảng kỹ thuật ghép kênh theo thời
gian, kỹ thuật ghép kênh quang và đặc biệt là ghép kênh quang phân chia theo thời
gian (OTDM) đã ra đời với nhiều tính năng ƣu việt và đƣợc sử dụng rộng rãi trên
toàn thế giới.
OTDM cũng rất phù hợp với hệ thống thông tin quang SONET/SDH, q trình
ghép kênh SDH sẽ tạo ra các luồng tín hiệu quang và OTDM sẽ thực hiện việc ghép
các luồng quang này để tạo ra các tuyến truyền dẫn dung lƣợng cao.
1.4.1

Nguyên lý ghép kênh OTDM

Trong hệ thống OTDM, tín hiệu đầu vào sau khi đƣợc khuếch đại phù hợp với
yêu cầu sẽ đƣợc chia thành các luồng khác nhau, mỗi luồng sẽ đƣợc điều chế nhờ
các bộ điều chế ngồi với tín hiệu nhánh có tốc độ B Gbit/s và đƣa qua các bộ trễ
quang. Tùy theo vị trí của từng kênh theo thời gian trong khung mà các bộ trễ này
sẽ thực hiện trễ để dịch các khe thời gian quang một cách tƣơng ứng. Thời gian trễ
là chu kỳ của một tín hiệu clock và nhƣ vậy, tín hiệu sau khi đƣợc ghép sẽ có tốc độ
là B Gbit/s. Bên phía thu, thiết bị tách kênh sẽ tách kênh và khôi phục xung clock

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Quốc Trung

17

HV: Vi Thành Nam


DWDM và Ứng dụng trong mạng truyền dẫn Hanoi Telecom

KTVT2014A

khi đó sẽ đƣa ra đƣợc từng kênh quang riêng biệt tƣơng ứng với kênh quang ở đầu
vào của bộ ghép phía phát.

Hình 1.6: Mơ hình OTDM ghép 4 kênh quang
Các hệ thống ghép kênh OTDM thƣờng hoạt động ở vùng bƣớc sóng 1550nm,
là vùng có suy hao nhỏ nhất, phù hợp với bộ khuếch đại quang sợi có mặt trong hệ
thống. Các hệ thống OTDM này khi lựa chọn tuyến quang ta cần quan tâm đến tỷ lệ
đánh điểm – khoảng trống và nó phụ thuộc vào mức độ ghép kênh đặt ra. Trong hệ
thống OTDM 4 kênh, tỷ lệ đánh điểm – khoảng trống lớn hơn đối với nguồn phát
xung quanh. Khi tuyến truyền dẫn rất xa thì tỷ lệ này sẽ yêu cầu cao hơn. Một số
nguồn phát xung đang đƣợc sử dụng rộng rãi:
 Laser hốc cộng hƣởng ngoài mode 4 x 5Gbps
 Laser DFB chuyển mạch khuếch đại 8 x 6.25 Gbps
 Laser vịng sợi khóa mode 4 x 10 Gbps và 16 x 6.25 Gbps
 Các nguồn phát liên tục 16 x 6.25 Gbps. (Nguồn phát liên tục là một công cụ
thực hiện linh hoạt dựa trên sự mở rộng quang phổ bằng cách truyền những
xung năng lƣợng cao trên dây cáp quang)

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Quốc Trung

18

HV: Vi Thành Nam


DWDM và Ứng dụng trong mạng truyền dẫn Hanoi Telecom

1.4.2

KTVT2014A

Đặc tính truyền dẫn của OTDM

Do ánh sáng truyền trong sợi quang bị giãn rộng do sự tán sắc của sợi quang,
trong khi đó các hệ thống tin quang sử dụng kỹ thuật OTDM hoạt động với tốc độ
rất cao, điều đó địi hỏi các xung phát ra phải rất ngắn. Để khắc phục tán sắc, chúng
ta có thể đƣa vào hệ thống truyền dẫn Soliton ( các xung lan truyền khoảng cách dài
mà khơng bị thay đổi hình dạng xung do chúng không nhạy cảm với tán sắc), tuy
nhiên vẫn phải quan tâm đến vấn đề tạo ra các xung cực hẹp. Điều kiện lý tƣởng là
các bộ khuếch đại quang đƣợc đặt dọc theo tuyến thông tin quang và đƣợc sử dụng
khi cần thiết.
Trong truyền dẫn tuyến tính tín hiệu mã hóa RZ trên sợi có tán sắc, vấn đề bù
tán sắc cho hệ thống chỉ thiết lập khi các xung tín hiệu bị mất đi năng lƣợng vào các
khe thời gian lân cận. Tuy vậy, mỗi khi điều này xảy ra thì hệ thống bị suy giảm rất
nhanh nên để tăng cực đại khoảng cách truyền dẫn thì phải đƣa các hệ thống truyền
dẫn OTDM vào các tuyến có tán sắc tiến tới khơng. Giải pháp đầu tiên là nguồn
phát phải làm việc tại bƣớc sóng gần với bƣớc sóng có tán sắc tiến tới khơng nhƣng
điều này rất khó thực hiện vì phải giảm cơng suất tín hiệu để tránh giãn xung cần
thiết nhƣng điều này có thể làm cho đặc tính của hệ thống bị giới hạn do tỷ lệ S/N.
Giải pháp thứ hai là các kỹ thuật điều tiết tán sắc ánh sáng có thể đƣợc sử dụng để
duy trì hình thức truyền dẫn tuyến tính của tuyến.
Hệ thống sử dụng các bộ phát OTDM trong truyền dẫn số phi tuyến tính có ƣu
điểm lớn. Các dạng sung ngắn phù hợp với truyền dẫn Soliton nên khắc phục đƣợc
tán sắc của sợi quang. Với hệ thống Soliton thì khoảng lặp của hệ thống OTDM phi
tuyến có thể đƣợc tăng lên rất lớn bằng cách thực hiện kỹ thuật điều khiển Soliton,
thông qua việc sử dụng các bộ lọc dẫn hoặc định thời tích cực. Nhờ các cơng nghệ
này ngƣời ta có thể thực hiện một trạm lặp bao gồm khối khôi phục clock điện để
điều khiển thiết bị điện – quang hoặc quang hoàn toàn nhằm đƣa ra dịch pha cho tín
hiệu quang.

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Quốc Trung

19

HV: Vi Thành Nam


DWDM và Ứng dụng trong mạng truyền dẫn Hanoi Telecom

KTVT2014A

1.5 Kết luận
Hệ thống thơng tin quang có nhiều ƣu điểm vƣợt trội về băng thông, tốc độ
truyền tải dữ liệu đã, đang và sẽ tiếp tục là sự lựa chọn hàng đầu cho các nhà cung
cấp dịch vụ. Các công nghệ IP, SDH, OTDM tuy đã đƣợc nghiên cứu và đƣa vào
vận hành, khai thác nhƣng vẫn tiếp tục đƣợc các nhà cung cấp dịch vụ, các nhà
khoa học nghiên cứu, đổi mới liên tục để cung cấp ra thị trƣờng các dịch vụ tối ƣu
nhất với giá thành rẻ nhất, đảm bảo chi phí đầu tƣ và khai thác hiệu quả mạng
truyền dẫn quang. Công nghệ ghép kênh quang phân chia theo thời gian có nhiều ƣu
điểm sẽ là nền tảng để phát triển nghiên cứu các công nghệ mới phù hợp với mạng
thông tin quang trong tƣơng lai.

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Quốc Trung

20

HV: Vi Thành Nam

DWDM và Ứng dụng trong mạng truyền dẫn Hanoi Telecom

KTVT2014A

CHƢƠNG II: GHÉP KÊNH QUANG THEO BƢỚC SÓNG MẬT ĐỘ CAO
DWDM
2.1 Cơng nghệ ghép kênh quang theo bƣớc sóng WDM
Ghép kênh quang theo bƣớc sóng WDM là cơng nghệ ghép kênh nhằm truyền
dẫn nhiều bƣớc sóng tín hiệu quang khác nhau (màu sắc khác nhau) trên cùng một
sợi quang. Ở phía phát, tín hiệu quang có bƣớc sóng khác nhau đƣợc tổ hợp lại
(ghép kênh) để truyền đi chung trên một sợi quang. Ở phía thu, tín hiệu tổ hợp đó
đƣợc phân giải ra (tách ra), khơi phục lại tín hiệu gốc rồi đƣa vào các trạm đầu cuối
khác nhau.

Hình 2.1: Mơ hình ghép kênh phân chia theo bước sóng
Hệ thống ghép kênh quang theo bƣớc sóng WDM tận dụng hữu hiệu nguồn tài
nguyên băng thông rộng trong khu vực tổn hao thấp của sợi quang đơn mode, nâng
cao dung lƣợng truyền dẫn của hệ thống và giảm giá thành dịch vụ. Việc ghép kênh
quang theo bƣớc sóng cịn tạo ra khả năng xây dựng các tuyến truyền dẫn thông tin
quang có tốc độ rất cao với chi phí hợp lý. Do khi tốc độ đƣờng truyền đạt tới một
mức độ nào đó, các mạch điện tử sẽ có hạn chế là không thể đảm bảo đáp ứng đƣợc

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Quốc Trung

21

HV: Vi Thành Nam


DWDM và Ứng dụng trong mạng truyền dẫn Hanoi Telecom

KTVT2014A

xung tín hiệu cực kỳ hẹp, dẫn tới chi phí cho giải pháp nâng cao năng lực của các
mạch điện tử này tăng cao địi hỏi u cầu cơng nghệ rất cao và không thực tế.
2.1.1 Kết cấu cơ bản của hệ thống WDM
WDM có hai hình thức cấu thành hệ thống là hệ thống đơn hƣớng và hệ thống
song hƣớng.
 Hệ thống đơn hƣớng: chỉ truyền theo một chiều trên sợi quang. Các tín hiệu
quang có bƣớc sóng khác nhau đƣợc tổ hợp lại với nhau thông qua bộ ghép kênh
quang và truyền dẫn cùng chiều trên một sợi quang. Ở đầu thu, bộ tách kênh quang
thực hiện tách các tín hiệu có bƣớc sóng khác nhau để đƣa vào đầu cuối, hồn thành
việc truyền dẫn tín hiệu quang nhiều kênh theo cùng chiều. Hệ thống đơn hƣớng
đƣợc mô tả nhƣ trong hình 1.3
 Hệ thống song hƣớng: truyền tín hiệu quang theo cả hai chiều. Các tín hiệu
có bƣớc sóng khác nhau qua bộ ghép/tách kênh truyền trên sợi quang theo cả hai
chiều. Do có bƣớc sóng khác nhau nên thơng qua bộ ghép/tách kênh ở hai đầu có
thể dễ dàng khơi phục tín hiệu ban đầu. Mơ tả hệ thống song hƣớng nhƣ trong hình
1.3

Hình 2.2: Hệ thống ghép bước sóng đơn hướng và song hướng

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Quốc Trung

22

HV: Vi Thành Nam


DWDM và Ứng dụng trong mạng truyền dẫn Hanoi Telecom

KTVT2014A

2.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống WDM
Về cơ bản, thành phần quang để cấu thành hệ thống WDM bao gồm một hoặc
nhiều nguồn phát (laser), một bộ ghép kênh, một hoặc nhiều bộ khuếch đại quang,
sợi dẫn quang, một bộ tách kênh và các bộ thu tƣơng ứng với phía phát, kênh tín
hiệu điều khiển giám sát quang và hệ thống xử lý. Mỗi phần tử trên hệ thống đều
thực hiện các chức năng khác nhau đƣợc xác định một cách chính xác.
Sơ đồ chức năng của hệ thống WDM đƣợc mơ tả ở Hình 1.3. Ở phía phát, tín
hiệu đƣợc chuyển thành tín hiệu quang có bƣớc sóng phù hợp với phổ bƣớc sóng
quang WDM. Sau đó các tín hiệu quang sẽ đƣợc tổng hợp thơng qua bộ ghép sóng
quang, đƣợc khuếch đại cơng suất quang và phát lên sợi quang. Khi khoảng cách
truyền dẫn giữa hai nút mạng quá lớn (lớn hơn 130 km), tín hiệu quang cần đƣợc
khuếch đại chuyển tiếp.

Hình 2.3: Sơ đồ chức năng hệ thống WDM
Ở phía thu, bộ tiền khuếch đại sẽ khuếch đại tín hiệu quang tổng hợp (đang bị
suy giảm nhiều về cơng suất), sau đó tín hiệu đƣợc chuyển qua bộ tách sóng quang
và tại đây, các tín hiệu quang có bƣớc sóng nhất định sẽ đƣợc tách ra khỏi tín hiệu
quang tổng hợp. Sau đó thơng qua các bộ chuyển đổi tín hiệu quang điện trở thành
tín hiệu ban đầu. Bộ thu quang phải đảm bảo các yêu cầu về độ nhạy quang, công
suất quá tải, chịu đƣợc tín hiệu quang có tạp âm, có khả năng khuếch đại băng
rộng…

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Quốc Trung

23

HV: Vi Thành Nam