Nghiên cứu công nghệ DWDM 100g của mạng truyền dẫn quang và giải pháp triển khai cho mạng truyền dẫn viettel

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN KHẮC TÍNH

--------------------------------------

NGUYỄN KHẮC TÍNH

NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ DWDM 100G CỦA MẠNG
TRUYỀN DẪN QUANG VÀ GIẢI PHÁP TRIỂN KHAI
CHO MẠNG TRUYỀN DẪN VIETTEL

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH: KỸ THUẬT TRUYỀN THƠNG

KHỐ: 2011B

Hà Nội – Năm 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------

NGUYỄN KHẮC TÍNH

NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ DWDM 100G CỦA MẠNG TRUYỀN DẪN
QUANG VÀ GIẢI PHÁP TRIỂN KHAI CHO MẠNG
TRUYỀN DẪN VIETTEL

Chuyên ngành: KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. LÂM HỒNG THẠCH

Hà Nội – Năm 2014


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung
thực và không trùng lặp với các đề tài khác. Tôi cũng xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ
cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thơng tin trích dẫn trong luận văn
đã được chỉ rõ nguồn gốc.

Hà Nội, tháng 3 năm 2014
Tác giả

Nguyễn Khắc Tính


4

Nguyễn Khắc Tính - Luận văn cao học KTTT

Khóa: 2011B

MỤC LỤC
DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT .................................................................... 6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ......................................................................................... 8

LỜI GIỚI THIỆU ........................................................................................................... 3
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 5
CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN HỆ THỐNG MẠNG DWDM. .......................................... 7
1.1 Tổng quan hệ thống mạng DWDM. .........................................................................7
1.2 Nguyên lý hệ thống..................................................................................................9
1.2.1 Mơ hình hệ thống............................................................................................... 9
1.2.2 Ngun lý hoạt động. ....................................................................................... 10
1.2.3 Các khối chức năng chính của một thiết bị DWDM. ........................................ 13
1.3 Các cấu hình cơ bản trong mạng DWDM. ............................................................. 14
1.3.1 Cấu hình OTM................................................................................................. 15
1.3.2 Cấu hình OADM. ............................................................................................ 16
1.3.3 Cấu hình OLA. ................................................................................................ 17
1.3.4 Thiết bị REG. .................................................................................................. 18
1.4 Ưu điểm mạng DWDM. ........................................................................................ 20
1.4.1 Dung lượng lớn................................................................................................ 20
1.4.2 Trong suốt đối với dữ liệu................................................................................ 20
1.4.3 Bảo vệ đầu tư tối đa trong quá trình nâng cấp hệ thống. ................................... 20
1.4.4 Khả năng linh hoạt, tiết kiệm và và độ tin cậy cao. .......................................... 20
1.5 Các yếu tố ảnh hưởng tới mạng truyền dẫn DWDM. ............................................ 21
1.5.1 Suy hao (Attenuation). ..................................................................................... 21
1.5.1.1. Định nghĩa................................................................................................ 21
1.5.1.2 Các nhân tố gây ra suy hao. ....................................................................... 21
1.5.2. Tán sắc (Dispersion). ...................................................................................... 22
1.5.2.1 Chromatic Dispersion. ............................................................................... 23
1.5.2.2 Polarization Mode Dispersion. .................................................................. 25
1.5.3 Các hiệu ứng phi tuyến (No linner – effect). .................................................... 27
1.5.3.1 Tán xạ do kích thích Brillouin (Brillouin Scattering). ................................ 30
1.5.3.2 Stimulated Raman Scattering..................................................................... 31
1.5.3.3 Four Wave Mixing. ................................................................................... 32
1.5.3.4 Self-phase Modulation............................................................................... 33

1.5.3.5 Cross-phase Modulation. ........................................................................... 34
CHƯƠNG 2. HỆ THỐNG MẠNG DWDM 100G VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN TRIỂN
KHAI, CUNG CẤP DỊCH VỤ ..................................................................................... 36
2.1.Tổng quan về mạng DWDM sử dụng cơng nghệ 100G/bước sóng. ........................ 36
2.2 Những thay đổi cơng nghệ trong DWDM bước sóng 100G. ...................................38
2.2.1 Điều chế DP-QPSK ......................................................................................... 39
2.2.2 Bộ Thu coherent .............................................................................................. 42
2.2.3 Bộ thu coherent trong hệ thống 100G sử dụng điều chế DP-QPSK. ................. 45
2.2.4Khối DSP ......................................................................................................... 47
2.2.5 SD-FEC ........................................................................................................... 51


2.3 Các phương án triển khai hệ thống mạng DWDM 100G. ....................................... 56
2.3.1. Mơ hình triển khai mạng DWDM 100G/bước sóng. ....................................... 56
2.3.2.Mơ hình triển khai hỗn hợp.............................................................................. 57
2.3.2.1. Mơ hình đấu nối ....................................................................................... 57
2.3.2.2. Phương án triển khai................................................................................. 57
2.3.2.3. Đánh giá. .................................................................................................. 58
2.3.2.4 Phạm vi áp dụng mơ hình hỗn hợp. .......................................................... 59
2.3.3. Mơ hình triển khai mới ................................................................................... 60
2.3.3.1. Mơ hình đấu nối ....................................................................................... 60
2.3.3.2. Phương án triển khai................................................................................. 60
2.3.3.3. Đánh giá. .................................................................................................. 60
2.3.3.4. Phạm vi áp dụng mơ hình hỗn hợp. .......................................................... 60
2.3.4 Phân tích ưu nhược điểm của các mơ hình ....................................................... 61
2.4 Giải pháp cung cấp dịch vụ trên mạng 100G. ......................................................... 62
2.4.1 Giải pháp DWDM truyền thống (DWDM tranditional) .................................... 62
2.4.1.1 Mơ hình..................................................................................................... 62
2.4.1.2 Phân tích ưu nhược điểm ........................................................................... 63
2.4.1.3 Phạm vi áp dụng ........................................................................................ 63

2.4.2 Giải pháp DWDM OTN................................................................................... 63
2.4.2.1 Mơ hình..................................................................................................... 63
2.4.2.2 Phân tích ưu nhược điểm ........................................................................... 64
2.4.2.3 Phạm vi áp dụng ........................................................................................ 64
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH HIỆN TRẠNG VÀ ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG ÁN TRIỂN
KHAI MẠNG MẠNG TRUYỀN DẪN DWDM 100G CỦA VIETTEL..................... 66
3.1 Hiện trạng và nhu cầu ............................................................................................ 66
3.1.1 Hiện trạng. ....................................................................................................... 67
3.1.2 Nhu cầu. .......................................................................................................... 67
3.2. Phân tích các yếu tố đầu vào khi triển khai mạng truyền dẫn 100G Viettel. .......... 68
3.2.1 Phân tích hiện trạng. ........................................................................................ 68
3.2.2 Phân tích các đầu vào kỹ thuật. ........................................................................ 70
3.2.3 Kết luậnsau khi phân tích hiện trạng và đầu vào. ............................................. 71
3.3. Phương án triển khai. ............................................................................................ 72
3.3.1 Yêu cầu kỹ thuật .............................................................................................. 72
3.3.2 Mơ hình triển khai. .......................................................................................... 73
3.3.3 Kết quả triển khai: ........................................................................................... 75
3.5 So sánh và phân tích .............................................................................................. 81
3.5.1 So sánh ............................................................................................................ 81
3.5.2 Phân tích nguyên nhân của sự khác biệt. .......................................................... 83
3.6. Đánh giá. .............................................................................................................. 83
KẾT LUẬN ................................................................................................................... 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 87


DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Ghép kênh mật độcao theo bước

DWDM

Dense Wavelength Division Mutiplexing

CWDM

Coarse Wavelength DivisionMutiplexing

Ghép kênh lỏng theo bước sóng

FEC

Forward Error Correction

Sửa lỗi chuyển tiếp

IP

Internet Protocol

Giao thức liên mạng

SDH

Synchronous Digital Hierarchy

Phân cấp số đồng bộ

STM-N

Synchronous Transport Module-N

Khối truyền dẫn đồng bộcấp N

TDM

Time Division Mutiplexing

Ghép kênh theo thời gian

WDM

Wavelength Division Mutiplexing

Ghép kênh theo bước sóng

AFEC

Advance Forward Error Correction

Sửa lỗi chuyển tiếp nâng cao

DCF

Dispersion Compensation Fiber

Khối bù tán sắc

DEMUX

Demultiplexer

Bộtách kênh

FEC

Forward Error Correction

Sửa lỗi chuyển tiếp

MUX

Multiplexer

Bộghép kênh

OSC

Optical Supervision Channel

Kênh giám sát quang

OMU

Optical Multiplexing Unit

Bộ ghép kênh quang.

ODU

Optical Demultiplexing Unit

Bộ tách kênh quang.

EMS

Element Management System

Hệ thống quản lý phần tử

NMS

Network Management System

Hệ thống quản lý mạng

BA

Boost Amplifier

Bộ khuếch đại tăng cường

PA

Pre-Amplifier

Bộ tiền khuếch đại.

LA

Line Amplifier

Bộ khuếch đại đường.

DCF

Dispersion Compensate Fibr

Sợi bù tán sắc.

sóng


OUT

Optical Transponder Unit

Bộ phát đáp quang


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình vẽ

Trang

CHƯƠNG I
Hình 1.1: Cấu trúc tổng qt của WDM và phổ của tín hiệu ghép

7

Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý DWDM

9

Hình 1.3: Hệ thống DWDM hai hướng

12

Hình 1.4: Giao tiếp giữa DWDM với các dịch vụ khác

13

Hình 1.5: Vị trí các loại thiết bị DWDM trong mạng

14

Hình 1.6: Cấu trúc thiết bị ghép kênh kết cuối quang (OTM)

15

Hình 1.7: Cấu trúc thiết bị ghép kênh xen/rẽ quang (OADM)

16

Hình 1.8: Cấu trúc thiết bị khuếch đại đường truyền (OLA)

18

Hình 1.9: Cấu trúc thiết bị tái tạo (REG)

19

Hình 1.10: Xung trước và sau khi truyền bị tán sắc

23

Hình 1.11: Mơ tả hiên tượng tín hiệu bị ảnh hưởng do CD

23

Hình 1.12: Các hệ số tán sắc trong sợi đơn mode

25

Hình 1.13: Hiện tượng tán sắc phân cực mode

25

Hình 1.14: Hiện tượng tán sắc do phân cực mode (2)

26

Hình 1.15: Ảnh hưởng của tán sắc đến chất lượng tín hiệu thu

27

Hình 1.16: Các hiệu ứng tán xạ SBS, SRS

28

Hình 1.17: Các hiệu ứng trộn bốn bước sóng, tự điều pha, điều chế pha chéo

29

Hình 1.18: Ngưỡng SBS của laser băng hẹp

31

Hình 1.19: Kết quả trộn do 3 bước sóng tương tác

32

Hình 1.20:Nén và dãn phổ của xung truyền dẫn gây ra bởi tự điều chế pha

34

CHƯƠNG II


Hình 2.1: Các ứng dụng làm nhu cầu băng thơng tăng nhanh.

36

Hình 2.2: Xu hướng phát triển của các hệ thống mạng DWDM 100G.

36

Hình 2.3: Mơ tả các dich vụ sẽ được hỗ trợ bởi hệ thống DWDM 100G.

37

Hình 2.4: Thời gian ITU phê duyệt các chuẩn liên quan tới 100G.

37

Hình 2.5 Mơ hình điều chế QPSK.

39

Hình 2.6 Sơ đồ chịm sao QPSK sử dụng mã gray

40

Hình 2.7 Sơ đồ điều chế QPSK trong hệ thống quang sử dụng mach- zehnder

40

Hình 2.8 Sơ đồ khối điều chế DP-QPSK

41

Hình 2.9 Quan hệ giữa tích dung lượng, khoảng cách, dung lượng với phương thức

42

điều chế của hãng Infinera
Hình 2.10 Lược đồ hệ thống thu coherent

43

Hình 2.11 Cấu trúc bộ thu cân bằng

44

Hình 2.12 Sơ đồ khối90 Optical hybrid.

46

Hình 2.13 Sơ đồ khối bộ thu coherent

47

Hình 2.14 Sơ đồ khối bộ lọc bù PMD

49

Hình 2.15 Sơ đồ khối bộ lọc thích nghi

50

Hình 2.16 Sơ đồ mã hóa FEC

51

Hình 2.17: Điểm khác biệt giữa FEC và SD FEC

53

Hình 2.18 Hard decision decoding

54

Hình 2.19: Soft decision decoding

55

Hình 2.20: Soft decision decoding (2)

55

Hình 2.21 Mơ hình hệ thống triển khai hỗn hợp 10G và 100G/bước sóng.

57

Hình 2.22 Phổ tính hiệu 10G và 100G

58

Hình 2.23 Khuyến nghị của Alcatel – Lucent cho triển khai hệ thống 10/100G

58


Hình 2.24: Khuyến nghị của NEC cho triển khai hệ thống mix 10/100G.

59

Hình 2.25: Hệ thống mạng DWDM chạy tồn bộ bước sóng 100G.

60

Hình 2.26: Mơ hình đấu nối cho hệ thống DWDM truyền thống

62

Hình 2.27: Mơ hình đấu nối của giải pháp OTN switching.

63

Hình 2.28: So sánh hai giải pháp OTN và traditional khi nâng cấp lên bước sóng

65

1x100G
CHƯƠNG III
Hình 3.1 Mơ hình mạng truyền dẫn trục Viettel.

66

Hình 3.2: Sơ đồ mạng trục 1C của Viettel.

67

Hình 3.3: Roadmap phát triển của dịng thiết bị XDM 1000.

69

Hình 3.4 Sơ đồ phân bổ bước sóng theo nhu cầu dung lượng

73

Hình 3.5 Sơ đồ đấu nối dự kiến cho triển khai phương án triển khai hỗn hợp.

74

Hình 3.6 Sơ đồ đấu nối dự kiến cho triển khai phương án triển khai mới.

75

Hình 3.7 Phân bổ bước sóng theo phương án triển khai hỗn hợp.

76

Hình 3.8 Thiết kế bổ sung bước sóng cho khoảng tần bảo vệ.

76

Hình 3.9 Sơ đồ bổ sung thêm trạm lặp sau khi thiết kế.

77

Hình 3.10 Phân bổ bước sóng theo phương án triển khai mới.

78


3

Nguyễn Khắc Tính - Luận văn cao học KTTT

Khóa: 2011B

LỜI GIỚI THIỆU
Trong những năm vừa quavới sự bùng nổ về các thành tựu kinh tế kéo theo các
nhu cầu về các dịch vụ viễn thông cũng tăng lên. Xuất phát điểm viễn thông chỉ đơn
giản là đáp ứng các nhu cầu thông tin cơ bản như thoại cố định, các dịch vụ ADSL và
các dịch vụ di động 2G. Trong những năm gần đây, với nhu cầu tăng đột biến về các
loại hình dịch vụnhư truy cập data 3G, CATV, IPTV, các dịch vụ FTTx (Fiber to the
Home, Building,….) sử dụng cáp quang tới tận nhà để đáp ứng các dịch vụ truy cập
dung lượng lớn như: Nghe nhạc, xem phimtrực tuyến ….
Hiện tại các nhà mạng ở Việt Nam đều đang tạo cho mình một cơ sở hạ tầng mạng
truyền dẫn vững chắc, sẵn sàng cung cấp các đường truyền dung lượng lớn cho các
dịch vụ mới như:
-

Dịch vụ di động: Triển khai dịch vụ LTE (mạng di động 4G), wifi of load.

-

Mạng cố định băng rộng: Các dịch vụ đương truyền dữ liệu cáp quang tới tận nhà
để đáp ứng nhu cầu đa dịch vụ trên một đường truyền: Truy nhập internet, xem
truyền hình (đặc biệt là truyền hình HD theo u cầu – Video on Demand).

-

Các mơ hình kinh doanh Data Center: Nhu cầu backup lưu lượng cho các trung
tâm giữ liệu đặt tại 2 vùng miền khác nhau.
Một vấn đề rất quan trọng nữa là ngoài việc đảm bảo các điều kiện đáp ứng đủ nhu

cầu dung lượng cần thiết cho các dịch vụ, các nhà mạng cũngphải hướng tới việc đáp
ứng các yêu cầu về chất lượng dịch vụ. Ở đây chất lượng dịch vụ được đề cập đến đó là
gián đoạn thơng tin khi có sự cố sảy ra. Do đó, lưu lượng truyền tải các nhà mạng phải

đáp ứng có thể gấp 2 đến 3 lần so với nhu cầu thực với mục đích hạn chế tối đa ảnh
hưởng dịch vụ khi có sự cố bằng cách dùng lưu lượng dự phòng.
Để đáp ứng dụng lượng lớn cho mạng truyền dẫn, các nhà mạng đều phải triển khai
mạng truyền dẫn DWDM 100G. Nhà mạng sẽ triển khai mạng truyền dẫn của mình


4

Nguyễn Khắc Tính - Luận văn cao học KTTT

Khóa: 2011B

như thế nào khi đa số mạng truyền dẫn hiện tại vẫn đang hoạt động tốt. Phương án đưa
ra cho các nhà mạng là:
-

Triển khai hệ thống mới.

-

Nâng cấp hiện tại lên mạng DWDM 100Gbps/bước sóng từ mạng DWDM
10Gbps/bước sóng.

Luận văn này sẽ tập trung vào việc giới thiệu giải pháp và phân tích ưu nhược điểm
của từng giải pháp khi các nhà mạng lựa chọn, xu hướng của các nhà mạng đang lựa
chọn, đồng thời đưa ra phân tích cụ thể trên hiện trạng mạng truyền dẫn Backbone
Viettel có tham khảo mơ hình của một số vendor.


5

Nguyễn Khắc Tính - Luận văn cao học KTTT

Khóa: 2011B

MỞ ĐẦU
1. Cơ sở nghiên cứu và mục đích của luận văn
Cách thức trình bày của luận văn đó là nghiên cứu từ lý thuyết và áp dụng vào
thực tế. Luận văn tập trung vào nghiên cứu các cơ sở lý thuyết về kỹ thuật xử lý tín
hiệu và truyền tải tín hiệu quang trong mạng truyền dẫn DWDM .Vì đây chính là cơ sở
lý thuyết chung và tổng quát cho tồn bộ kết quả nghiên cứu.
Mặt khác, luận văn có nghiên cứu và tham khảo thêm các đánh giá phân tích
cơng nghệ của các bài báo, các tổ chức viễn thông như ITU-T, Infonitic, các nhà cung
cấp thiết bị: Huawei, ZTE, ECI, NEC, Alcatel- Lucent để có cái nhìn đa chiều hơn về
các nội dung nghiên cứu trong đề tài.
Dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết và tham khảo các tài liệu, các kiến thức
thực tế có được trong quá trình làm việc tại Viettel cũng như trong quá trình triển khai
các mạng truyền dẫn. Đánh giá, phân tích xu hướng công nghệ đưa ra phương án triển
khai áp dụng cho mạng truyền dẫn Backbone Viettel sao cho phù hợp với hiện trạng
mạng và cân đối giữa nhu cầu dung lượng, chi phí triển khai.
2. Tổ chức luận văn
Luận văn được trình bày thành 3 chương. Nội dung của từng chương như sau:
Chương 1: Giới thiệu tổng quan về hệ thống DWDM, các thành phần chính trong
mạng, phân tích cấu hình cơ bản và chức năng từng thành phần. Phân tích các tham số
chính ảnh hưởng tới chất lượng tín hiệu mạng DWDM.
Chương 2: Nghiên cứu hệ thống mạng truyền dẫn DWDM 100G, trình bày các
phương án triển khai và cung cấp dịch vụ trên hệ thống DWDM 100G. Phân tích, đánh
giá ưu nhược điểm của từng phương án từ đó đưa ra phạm vi áp dụng tối ưu nhất khi
triển khai vào thực tế mạng truyền dẫn.
Chương 3: Trình bày hiện trạng, nhu cầu triển khai mạng DWDM 100G của Viettel.

Phân tích, đánh giá hiện trạng và các yêu cầu đầu vào phục vụ cho thiết kế hệ thống
mạng DWDM 100G, từ đó đưa ra các đề xuất phương án triển khai có thể áp dụng.


6

Nguyễn Khắc Tính - Luận văn cao học KTTT

Khóa: 2011B

Tiến hành thiết kế thử nghiệm và phân tích kết quả thu được lựa chọn ra một phương
án triển khai phù hợp và tối ưu nhất với truyền dẫn DWDM 100G Viettel.


7

Nguyễn Khắc Tính - Luận văn cao học KTTT

Khóa: 2011B

CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN HỆ THỐNG MẠNG DWDM.
1.1 Tổng quan hệ thống mạng DWDM.
Ghép kênh theo bước sóng (WDM) là cơng nghệ ghép nhiều kênh có bước sóng
khác nhau để truyền đi trên cùng một sợi quang, hoàn toàn trong suốt đối với dữ liệu
được truyền. Vì thế, tốc độ và chuẩn dữ liệu của các kênh được ghép không cần phải
giống nhau. Cấu trúc tổng quát của một tuyến WDM đơn hướng, n kênh như Hình 1.1.
Giao

Tx-

tiếp

Tx-

λ1
λ2

Tx-

λk

Tx-

λ2

Rx-

Giao

Rx-

tiếp

E

U

OA

OA

OA

M

X

phát
thơng

D
M

với
phía

λ1

với
λk

phía

Rx-

U
X

λn

thu
λn

thơng

Rx-

Ghép kênh

λk
Phổ của kênh

λ

λ1

λ2

λk

λn

λ

Phổ của tín hiệu ghép WDM

Hình 1.1: Cấu trúc tổng qt của WDM và phổ của tín hiệu ghép
Các luồng thơng tin cần truyền được đưa tới khối phát của từng kênh. Các khối
này làm nhiệm vụ phát đáp với bước sóng khác nhau. Đầu ra của các khối phát được
đưa tới bộ ghép kênh theo bước sóng để ghép thành một luồng tổng được khuyếch đại

và phát lên sợi quang. Trên đường truyền, có thể đặt các bộ khuyếch đại nhằm đảm bảo
về công suất để tăng khoảng cách truyền. Tại đầu thu, tín hiệu này được khuyếch đại
để tín hiệu đủ lớn và được đưa tới bộ tách kênh theo bước sóng để tách thành các kênh


8

Nguyễn Khắc Tính - Luận văn cao học KTTT

Khóa: 2011B

tương tự như đầu phát. Các kênh bước sóng riêng được đưa tới các khối phát tương
ứng để chuyển từng kênh thành các luồng tín hiệu riêng tương ứng với phía phát.
Hiện tại, có hai hệ thống ghép kênh theo bước sóng được biết là hệ thống ghép
kênh theo bước sóng mật độ cao (DWDM – Dense Wavelength Division Mutiplexing)
và hệ thống ghép kênh theo bước sóng thơ (CWDM – Coarse Wavelength Division
Mutiplexing).
Bảng 1-1: Phân chia băng tần quang
Băng

Ý nghĩa

Dải bước sóng (nm)

Băng O

Original – băng gốc

1260 đến 1360

Băng E

Extended – băng mở rộng

1360 đến 1460

Băng S

Short – băng ngắn

1460 đến 1530

Băng C

Conventional – băng thông thường

1530 đến 1565

Băng L

Long – băng dài

1565 đến 1625

Băng U

Ultra-long – băng cực dài

1625 đến 1675

DWDM là một cơng nghệ ghép kênh theo bước sóng với số bước sóng lớn trong
một băng tần hạn chế. Hệ thống ghép kênh DWDM hiện tại hoạt động ở băng C hoặc
băng L (bảng 1-1), dung lượng 40 hoặc 80 kênh, khoảng kênh 0,4 nm và tốc độ tới
100G. Các bước sóng được chuẩn hóa theo khuyến nghị ITU-T G.692.
Hệ thống CWDM được phát triển nhằm đáp ứng các ứng dụng dung lượng nhỏ để
giảm chi phí đầu tư. CWDM là hệ thống ghép kênh bước sóng với mật độ kênh thấp,
yêu cầu xử lý băng tần không cao. Số kênh của CWDM nhỏ hơn hoặc bằng 18 với
khoảng kênh 20nm (tương đương khoảng 2,5 THz), dung lượng một kênh đến 10G,
bước sóng theo khuyến nghị ITU-T G.694.2.


9

Nguyễn Khắc Tính - Luận văn cao học KTTT

Khóa: 2011B

1.2 Ngun lý hệ thống.
1.2.1 Mơ hình hệ thống.
Mơ hình tổng quát hệ thống DWDM được trình bày trong hình 2.1. Mơ hình này
biểu diễn một hệ thống DWDM mở, đơn hướng gồm đầu phát, trạm khuếch đại và bù
tán sắc trung gian và đầu thu. Hệ thống ghép n kênh bước sóng, từ λ1 đến λn.
Đầu phát

Khuyếch đại

Đầu thu
λ1

λ1

Kênh 1
OTU1

DCF

BA

Kênh n
OTUn

DCF

LA

Sợi quang

Sợi quang

PA

λn

λn

OSC

OSC

NMS

λ1

Kênh 1

OTU1

Kênh n

OTUn

OSC

EMS

λ1

λ
λOSC λ1

λn λ

λOSC λ1

λ

λn λ

λn

λn
Đầu vào

Ghép kênh

Đường truyền

Tách kênh

λ

Đầu ra

Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý DWDM
OSC (Optical Supervision Channel): Kênh giám sát quang

BA (Boost Amplifier): Bộ khuếch đại tăng cường.

OMU (Optical Multiplexing Unit): Bộ ghép kênh quang.

PA (Pre-Amplifier): Bộ tiền khuếch đại.


10

Nguyễn Khắc Tính - Luận văn cao học KTTT

Khóa: 2011B

ODU (Optical Demultiplexing Unit): Bộ tách kênh quang.

LA (Line Amplifier): Bộ khuếch đại đường.

EMS (Element Management System): Hệ thống quản lý

DCF (Dispersion Compensate Fiber): Sợi bù tán

phần tử

sắc.

NMS: Network Management System: hệ thống quản lý

OTU (Optical Transponder Unit): Bộ phát đáp

mạng

quang.

1.2.2 Nguyên lý hoạt động.
Tại đầu phát, các luồng tín hiệu đầu vào được đưa đến các bộ phát đáp (OTU)
khác nhau, từ OTU1 đến OTUn. Giao diện đầu vào OTU là các giao diện dịch vụ
truyền dẫn như SDH, PDH, FE, GE,... Nhiệm vụ của các bộ phát đáp là nhận và gom
tín hiệu cần truyền từ đầu vào và phát lại trên các bước sóng chuẩn hóa của hệ thống
DWDM, từ λ1 đến λn. Đầu ra từ các OTU được đưa đến bộ ghép kênh theo bước sóng
OMU. OMU làm nhiệm vụ ghép các tín hiệu tại các bước sóng khác nhau thành một
luồng tín hiệu ghép tổng DWDM. Tín hiệu ghép này được đưa đến bộ khuếch đại tăng
cường (BA) để khuếch đại tới cơng xuất thích hợp để phát vào sợi quang.
Trên đường truyền có đặt các bộ khuếch đại đường (LA) để đảm bảo về công
suất. Ngồi ra, trên đường truyền cũng có đặt các sợi bù tán sắc (DCF) để hạn chế tán

sắc. Bộ bù tán sắc thường được chèn vào giữa các tầng khuếch đại của một bộ khuếch
đại hoặc chèn vào giữa hai bộ khuếch đại liên tiếp.
Tại đầu thu, vì tín hiệu có cơng suất rất nhỏ nên được đưa vào bộ tiền khuếch đại
(PA) để khuếch đại công suất với tạp âm rất thấp để đảm bảo chất lượng tín hiệu. Bộ
bù tán sắc (DCF) được chèn vào giữa các tầng khuếch đại để bù tán sắc. Tín hiệu sau
khi khuếch đại và bù tán sắc được đưa đến bộ tách kênh (ODU) để tách thành các kênh
bước sóng đơn, từ λ1 đến λn. Tín hiệu bước sóng đơn được đưa đến các bộ phát đáp
tương ứng để chuyển đến giao diện đầu ra của hệ thống (SDH, FE, GE,...).
Trong hệ thống DWDM, hệ thống quản lý được truyền qua kênh giám sát quang
(OSC). Kênh giám sát thường có tốc độ 2Mbit/s. Có hai kiểu OSC: OSC trong băng và
OSC ngồi băng.


11

Nguyễn Khắc Tính - Luận văn cao học KTTT

Khóa: 2011B

Với kiểu OSC trong băng, kênh giám sát quang được ghép vào dữ liệu người
dùng và được truyền cùng với tín hiệu người dùng. Kênh giám sát được ghép tách tại
OTU.
Với kiểu OSC ngoài băng, kênh giám sát quang được truyền bằng một kênh bước
sóng độc lập với dữ liệu người dùng.
Một hay nhiều hệ thống quản lý phần tử EMS được kết nối với các thiết bị
DWDM để tạo thành một mạng quản lý. Mạng quản lý thường là mạng IP và các thiết
bị DWDM cũng như các EMS, NMS đóng vai trị là các node mạng. EMS kết nối trực
tiếp đến một phần tử DWDM, thường bằng giao diện Fast Ethernet. Kênh truyền thông
tin quản lý giữa các phần tử DWDM là kênh OSC. EMS quản lý các phần tử trực thuộc
nó bao gồm: Cấu hình, nhận cảnh báo và xem thơng tin cấu hình. EMS xem các phần

tử mạng là các đối tượng rời rạc. NMS quản lý toàn mạng và xem các phần tử mạng là
các đối tượng nằm trong hệ thống liên kết. NMS quản lý mạng thơng qua các EMS.
Các hệ thống DWDM tích hợp cũng hoạt động với nguyên lý này. Tuy nhiên, với
hệ thống DWDM tích hợp, các luồng tín hiệu từ mạng được tích hợp đã được chuẩn
hóa về bước sóng DWDM, hệ thống không cần sử dụng OTU.
Trên thực tế, hệ thống DWDM được xây dựng là hệ thống hai hướng. Mơ hình
tổng qt của hệ thống DWDM hai hướng được trình bày trên hình 2.2. Mỗi thiết bị
OTM đều có một bộ ghép và tách kênh. OTU giao tiếp về hai phía, mỗi phía đều có
đầu thu và đầu phát. Hướng giao tiếp với các luồng thông tin cần truyền gọi là client
side hay còn gọi là local side. Hướng giao tiếp về phía mạng DWDM gọi là line side
hay còn gọi là network side.


12

Nguyễn Khắc Tính - Luận văn cao học KTTT

OTM
Kênh 1

Khóa: 2011B

OTM

OLA

λ1

λ1

OTU1

DCF

M

O
BA

U

Kênh n

OTU1

DCF

O
LA

PA

Sợi

Sợi

quang

quang

D
U

λn

λn

OTUn
OSC

OSC

OSC

Kênh 1
λ1

λ1

OTU1

OTU1
O
D

O
BA

U
OTUn

Client

Kênh n
OTUn

Kênh 1

Kênh n

Kênh 1

λn

DCF

PA

LA
Sợi

Sợi

quang

quang

U
λn

DCF

Line side

M

Kênh n
OTUn

Line side

Client

EMS

side hay

hay

hay

side hay

local

network

network

local

side

side

side

side

NMS

Hình 1.3: Hệ thống DWDM hai hướng
Hình 1.3 biểu diễn các cách giao tiếp giữa hệ thống DWDM với các dịch vụ khác.
Với hệ thống DWDM mở, sử dụng các bộ phát đáp (OTU) để nhận, gom các luồng
thông tin của các dịch vụ khác nhau để phát trên các bước sóng chuẩn hóa của DWDM.
Như vậy, các dịch vụ ngoài giao tiếp với hệ thống DWDM bằng giao diện quang mở
của hệ thống. Với hệ thống DWDM tích hợp, các luồng số liệu cần truyền từ mạng kết
hợp đã được chuẩn hóa bước sóng nên có thể kết nối trực tiếp với khối tách ghép kênh.
Vì thế các lớp dịch vụ ngoài giao tiếp trực tiếp với lớp DWDM.


13

Nguyễn Khắc Tính - Luận văn cao học KTTT

Khóa: 2011B

Hệ thống DWDM tích hợp có chi phí thấp hơn do khơng phải sử dụng OTU. Hệ
thống DWDM mở có ưu điểm là khả năng linh hoạt tốt hơn.
IP

ATM

SDH

ATM

IP

Khác

Giao diện quang mở

SDH

DWDM
Sợi quang
Hình 1.4: Giao tiếp giữa DWDM với các dịch vụ khác
Các giao diện trực tiếp tới lớp DWDM là các giao diện quang tại bước sóng
chuẩn hóa của hệ thống ghép kênh theo bước sóng DWDM. Các giao diện từ các dịch
vụ khác tới giao diện quang mở là các giao diện điện hoặc giao diện quang tại bước
sóng khơng chuẩn hóa DWDM. Khối giao diện quang mở có thể thực hiện một số chức
năng bổ xung như ghép kênh miền điện, sửa lỗi, đồng bộ lại, tái tạo xung,...
1.2.3 Các khối chức năng chính của một thiết bị DWDM.
Bộ phát đáp quang (OTU): Có chức năng gom và chuyển đổi tín hiệu từ phía
khách hàng thành dịng dữ liệu tại giao diện chuẩn hóa DWDM.
Bộ ghép kênh theo quang (OMU): Có chức năng ghép các tín hiệu tại các bước
sóng đơn chuẩn hóa theo hệ thống DWDM thành luồng tín hiệu ghép kênh theo bước
sóng.
Bộ tách kênh theo quang (ODU): Có chức năng ghép các tín hiệu tại các bước

sóng đơn chuẩn hóa theo hệ thống DWDM từ luồng tín hiệu ghép kênh theo bước
sóng.


14

Nguyễn Khắc Tính - Luận văn cao học KTTT

Khóa: 2011B

Bộ ghép kênh xen rẽ quang (OADM): Có chức năng xen/rẽ các tín hiệu tại các
bước sóng đơn chuẩn hóa theo hệ thống DWDM vào/từ luồng tín hiệu ghép kênh theo
bước sóng.
Bộ khuếch đại quang (OAU): Có chức năng khuếch đại cơng suất tín hiệu quang.
Bộ điều khiển hệ thống và truyền thơng: Có chức năng điều khiển cấu hình tồn
hệ thống, xử lý cảnh bảo hệ thống, giao tiếp với hệ thống quản lý.
Khối giao tiếp kênh giám sát quang (OSC): Có chức năng giao tiếp kênh giám sát
quang đảm bảo liên lạc từ thiết bị đến hệ thống quản lý.
Khối bù tán sắc (DCM): Có chức năng bù tán sắc sợi quang để hạn chế tán sắc.
1.3 Các cấu hình cơ bản trong mạng DWDM.
Thiết bị DWDM bao gồm năm loại cấu hình chính:
-

Thiết bị ghép kênh kết cuối quang (OTM – Optical Terminal Multiplexer)

-

Thiết bị khuếch đại đường truyền (OLA – Optical Line Amplifier)

-

Thiết bị ghép kênh xen/rẽ quang (OADM – Optical Add/Drop Multiplexer)

-

Thiết bị tái tạo (REG – Regenerator).

Mỗi loại trên có một vị trí và chức năng khác nhau trong tổng thể hệ thống (hình
2.4). Do đó, cấu trúc và các thành phần trong thiết bị cũng khác nhau.

TM

OLA

REG

OLA

OADM

Hình 1.5: Vị trí các loại thiết bị DWDM trong mạng

OLA

TM


15

Nguyễn Khắc Tính - Luận văn cao học KTTT

Khóa: 2011B

1.3.1 Cấu hình OTM.
OTM là trạm kết cuối của mạng DWDM. Một OTM bao gồm hướng phát và
hướng thu. Hướng phát là hướng từ phía khách hàng (client side) đến phía mạng
(network side). Hướng thu là hướng ngược lại. (hình 2.4).
OTM
OTU
O

BA

M

Hướng về

OTU

U

Hướng về

phía

phía mạng

OSC1

khách

hàng

F

OTU

I
O

PA

(network
side)

U

D
OTU

U
DCF

Hình 1.6: Cấu trúc thiết bị ghép kênh kết cuối quang (OTM)
Nguyên lý hoạt động của thiết bị OTM như sau: Theo hướng phát, OTM nhận tín
hiệu từ nhiều luồng tín hiệu từ phía khách hàng với các giao diện điện hoặc giao diện
quang với bước sóng khơng chuẩn hóa theo DWDM. Các tín hiệu này được các OTU
gom thành các luồng có tốc độ phù hợp và phát trên các bước sóng chuẩn hóa DWDM
khác nhau. Các tín hiệu từ đầu ra các OTU đưa tới OMU để ghép kênh theo bước sóng
để phát trên một sợi quang. Tín hiệu ghép kênh trước khi phát vào sợi quang được đưa
qua BA để khuếch đại đến một mức cơng suất thích hợp.

Theo hướng thu, OTM nhận tín hiệu ghép kênh đến từ phía mạng (network side),
khuếch đại với tạp âm nhỏ, bù tán sắc và đưa đến ODU để tách thành các kênh có bước


16

Nguyễn Khắc Tính - Luận văn cao học KTTT

Khóa: 2011B

sóng khác nhau. Mỗi kênh này được đưa đến một OTU để chuyển hóa lưu lượng về
phía đầu thu phù hợp với giao diện thiết bị phía khách hàng tương ứng.
1.3.2 Cấu hình OADM.
Thiết bị OADM được sử dụng để xen rẽ một số kênh của luồng ghép kênh tổng,
các kênh còn lại được truyền thẳng qua thiết bị. Hai thiết bị OTM kết nối theo kiểu đấu
lưng (back-to-back) cũng tương đương với một thiết bị OADM. Việc thiết lập các kênh
chuyển thẳng được thực hiện bằng cách đấu nhảy từ đầu ra ODU của thiết bị này đến
đầu vào kênh tương ứng của OMU của thiết bị kia. Các kênh xen/rẽ được thiết lập
tương tự như thiết bị OTM. Hình 1.7 biểu diễn sơ đồ cấu trúc của một thiết bị ghép
kênh xen/rẽ quang.
OADM
OSC2
DCF

Lưu lượng
chuyển qua

F

Mặt

I

hướng

U

PA

BA

OADM

OADM

F
I
U

BA

PA

Mặt
hướng
đông

tây
DCF

O

O

O

O

T

T

T

T

U

U

U

U

Xen rẽ lưu lượng

Xen rẽ lưu lượng

hướng tây

hướng đông

FIU: Fiber Interface Unit – Đơn vị giao diện quang

OSC2: bộ giám sát kênh

quang song hướng
Hình 1.7: Cấu trúc thiết bị ghép kênh xen/rẽ quang (OADM)


17

Nguyễn Khắc Tính - Luận văn cao học KTTT

Khóa: 2011B

Ngun lý hoạt động của OADM như sau: Tín hiệu ghép DWDM tổng từ hướng
tây đến được khuếch đại và bù tán sắc sau đó đưa qua bộ OADM thứ nhất. Tại bộ
OADM này, các kênh có bước sóng xác định λa/d1, λa/d2, ...λa/dn được tách ra và đi vào
các OTU xen rẽ hướng tây tương ứng để chuyển đến thiết bị phía khách hàng. Các
kênh cịn lại đi tiếp tới bộ OADM thứ hai. Tại bộ OADM này, các kênh bước sóng
λa/d1, λa/d2, ...λa/dn từ OTU xen rẽ hướng đơng tương ứng được ghép bổ xung vào để tạo
ra tín hiệu ghép tổng và được phát lên sợi quang hướng phía đơng. Hướng ngược lại
được thực hiện tương tự. Như vậy, các OTU xen rẽ lưu lượng hướng đông sẽ kết nối
với các kênh bước sóng được xen rẽ của tín hiệu hướng đơng. Các OTU xen rẽ lưu
lượng hướng tây sẽ kết nối với các kênh bước sóng xen rẽ của tín hiệu hướng đơng.
Các kênh bước sóng cịn lại được lưu thông thẳng từ hướng đông sang hướng tây và
ngược lại.
So với OTM, thiết bị OADM có một cặp ghép kênh xen rẽ OADM thay vì bộ
ghép và bộ tách kênh. Thiết bị OADM sử dụng khối giao tiếp OSC hai hướng do có hai

hướng liên kết với mạng. Ngồi ra, các thành phần cịn lại cũng tương tự như OTM.
Hiện nay, OADM có hai loại: OADM cố định (FOADM – Fix OADM) và
OADM cấu hình lại được (ROADM – Reconfigurable OADM). Với thiết bị OADM,
các kênh xen rẽ là cố định về bước sóng và hướng kết nối vào mạng. Với thiết bị
ROADM, bước sóng và hướng kết nối của các kênh xen rẽ có thể cấu hình tùy ý. Thiết
bị ROADM có kết nối nhiều hướng vào mạng. Do đó, các kênh bước sóng được thiết
lập rất linh hoạt.
1.3.3 Cấu hình OLA.
Thiết bị khuếch đại đường truyền (OLA) có chức năng khuếch đại tín hiệu
quang hai hướng và để bù lại suy hao của liên kết quang nhằm tăng khoảng cách truyền
dẫn không cần tái tạo. Cấu trúc thiết bị OLA được biểu diễn trên hình 2.6.