Mang truyen tai quang

BÀI GIẢNG MÔN

MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG

www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 1

GIỚI THIỆU MÔN HỌC Thời lượng môn học:

4ĐVHT (36LT + 18TL + 6TH) Mục tiêu:

Kiến thức: Trang bị cho sinh viên các kiến thức về ghép kênh quang theo bước sóng WDM, các kỹ thuật khuếch đại quang, xu hướng phát triển của mạng quang.

Kỹ năng: Rèn cho sinh viên có kỹ năng nghiên cứu, phân tích, đánh giá về các công nghệ trên mạng truyền tải quang

Nội dung: Chương 1: Hệ thống thông tin quang WDM Chương 2: Khuyếch đại quang Chương 3: Truyền tải IP/WDM Chương 4: Một số công nghệ, kỹ thuật và xu hướng nghiên cứu

trong mạng truyền tải quang

BÀI GIẢNG MÔN



GIỚI THIỆU MÔN HỌC Tài liệu tham khảo:

Cao Hồng Sơn. Công nghệ IP trên WDM . Nhà xuất bản Bưu Điện, 8-2005. Hoàng Văn Võ. Công nghệ và mạng thế hệ sau. Nhà xuất bản Bưu Điện, 2008 Vũ Văn San. Hệ thống Thông Tin Quang, tập 2. Nhà xuất bản Bưu Điện, 2008. Đỗ Văn Việt Em. Hệ thống thông tin quang II. Học viện Công nghệ Bưu chính

Viễn thông, 2007. J. M. Senior, “Optical Fiber Communications: Principles and Practice”. Second

edition, Prentice Hall, 1993. G. Keiser, “Optical Fiber Communications” . Third edition, McGraw-Hill, 2000. J. Gowar. Optical Communication Systems. Second edition, Prentice-Hall, 1993. G. P. Agrawal. Fiber-Optic Communication Systems. Second edition, John Wiley

& Sons, 1997. Silvello Betti, Giancarlo De Marchis, Eugenio Iannoe. Coherent Optical

Communications Systems . John Wiley & Sons, Inc, 1995.

BÀI GIẢNG MÔN



GIỚI THIỆU MÔN HỌC Tài liệu tham khảo:

Max Ming – Kang Liu. Principles and Applications of Optical Communications, 2001.

Gerard Lachs. Fiber Optic Communications – Systems, Analysis, and Enhancements. McGraw-Hill, 1998.

Peter Tomsu and Christian Schmutzer, "Next Generation Optical Networks", Prentice Hall PTR, 2002.

D. Marcuse, A. R. Chraplyvy, et al., “Effect of Fiber Nonlinearity on Long Distance Transmission”, J. Lightwave Tech., Vol. 9, No.1, pp. 121-128, 1991.

G. P. Agrawal, Nonlinear Fiber Optics. New York: Academic, 1995. Đánh giá:

Tham gia học tập trên lớp: 10% Thực hành/Thí nghiệm/Bài tập/Thảo luận: 30 % Kiểm tra giữa kỳ: 10% Kiểm tra cuối kỳ: 50 %

BÀI GIẢNG MÔN



CHƯƠNG 1

HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM

BÀI GIẢNG MÔN




NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG QUANG (WDM) )

CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG WDM

MỘT SỐ VẤN ĐỀ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU NĂNG HỆ THỐNG WDM

MẠNG TRUYỀN TẢI WDM

BÀI GIẢNG MÔN



HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM 1.1 NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG

QUANG (WDM) ) Kh¸i niÖm WDM:

- Nhu cÇu truyÒn sè liÖu t¨ng cao dung l îng truyÒn dÉn t¨ng nhanh.

- HÖ thèng truyÒn dÉn TDM truyÒn thèng bÞ giíi h¹n vÒ tèc ®é.

- Cöa sæ truyÒn dÉn trong sîi quang:

- WDM lµ kü thuËt cho phÐp truyÒn dÉn nhiÒu kªnh b íc sãng quang trªn cïng mét sîi quang.

BÀI GIẢNG MÔN



HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM Çc d¶i b¨ng tÇn ho¹t ®éng trong WDM:

• O-band (Original band): D¶i b¨ng tÇn tõ 1260 nm 1360 nm.

• E-band (Extended band): D¶i b¨ng tÇn tõ 1360 nm 1460 nm.

• S-band (Short wavelength band): D¶i b¨ng tÇn tõ 1460 nm 1530 nm.

• C-band (Conventional band): D¶i b¨ng tÇn tõ 1530 nm 1565 nm

• L-band (Long wavelength band): D¶I b¨ng tÇn tõ 1565 nm 1625 nm

• U-band (Ultra-long wavelength band): D¶I b¨ng tÇn tõ 1625 nm 1675 nm

BÀI GIẢNG MÔN



HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM Qu¸ tr×nh ph¸t triÓn WDM

Transmitters Receivers

Combining Signals

Separating Signals

Transmission on fiber

BÀI GIẢNG MÔN



HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM Çc chÕ ®é truyÒn dÉn WDM: (Theo h íng

truyÒn dÉn)

HÖ thèng WDM ®¬n h íng:Transmitters Receivers

Multiplexing

DemultiplexingFiber 1

1

2

3

n

1

2

3

n

Transmitters Receivers

Multiplexing

DemultiplexingFiber 2

1

2

3

n

1

2

3

n

BÀI GIẢNG MÔN



HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDMHÖ thèng WDM song h íng:

Receivers

2121

Transmitters Multiplexing

+Demultiplexing

Fiber 1

11

1n

2n

1

2

2n

Multiplexing +Demultiplexin

g

Receivers Transmitters

Receivers

2121

Transmitters


gFiber n

11

1n

2n

1

2

2n


g

Receivers Transmitters

BÀI GIẢNG MÔN



HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM M« h×nh chung hÖ thèng WDM: (®iÓm- ®iÓm)

OTU

OTU

MUX BA

Bé thu

Bé thu

DEMUX

PALA

M¸y ph¸t quang

M¸y thu quang

KhuÕch ®¹i trung kÕ

quang

Bé thu tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t kªnh quang

Bé ph¸t tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t kªnh quang

Thu/ ph¸t tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn

gi¸m s¸t kªnh quang

HÖ thèng qu¶n lý m¹ng

1

n

1

n

s sss

OTU - Bộ chuyển phát quang

MUX/DEMUX - Bộ ghép/tách bước sóng

BA - Bộ khuyếch đại công suất

PA - Bộ tiền khuyếch đại quang

LA - Bộ khuyếch đại đường truyền

S - Bước sóng kênh giám sát quang (OSC)

BÀI GIẢNG MÔN



HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM Các tham số của hệ thống WDMa. Số lượng kênh bước sóng N

b. Khoảng cách giữa các kênh bước sóng Dl

c. Băng thông sử dụng của hệ thống N x Dl

d. Tốc độ truyền tin trên mỗi kênh bước sóng B

e. Dung lượng của hệ thống N x B

f. Dung lượng truyền dẫn của hệ thống N x B x L

g. Hiệu suất sử dụng kênh bước sóng B/Dl

Bước sóng

#1 #2 … # k … # N-1 #N

Côn

g suất

qu

ang

Băng thông sử dụng của hệ thống

~ B

BÀI GIẢNG MÔN




Bảng 1.1- Các tham số chính của một số hệ thống WDM trong các phòng thí nghiệm.

Số kênh bước

sóng N

Tốc độ kênh B (Gbit/s)

Khoảng cách truyền dẫn L (km)

Dung lượng truyền dẫn (Tb/s-km)

10 2 68 1.3

17 20 150 51.0

273 40 117 1277.6

26 100 410 1066.0

5 320 525 840.0

BÀI GIẢNG MÔN



HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDMBảng 1.2- Các tham số chính của một số hệ thống WDM

hiện đang được khai thác trên thế giới.

Số kênh bước sóng

N

Tốc độ kênh B (Gbit/s)

Khoảng cách

truyền dẫn Dl

Dung lượng truyền

dẫn (Pb/s-km)

Hệ thống

8 + 4 10 + 40 1 700 0.4 Mạng đường trục DWDM backbone VNPT (2010)

48 10 39 000 18.7 Mạng liên lục địa SEAMEWE3 (2007)

64 10 18 800 12 Mạng liên lục địa SEAMEWE4 (2008)

BÀI GIẢNG MÔN



HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM Phân loại và các chuẩn của hệ thống WDM

. Hệ thống WDM băng tần rộng (BWDM – Broad passband WDM)

. Hệ thống WDM ghép mật độ thấp (CWDM – Coarse WDM)

Hệ thống WDM ghép mật độ cao (DWDM – Dense WDM)

BÀI GIẢNG MÔN



HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM 1.2- CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG WDM

BÀI GIẢNG MÔN



HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM Nguån quang:

- Sö dông laser ®¬n mode lµm nguån ph¸t (Cã thÓ sö dông LED trong kü thuËt c¾t phæ)

- Sö dông bé ®iÒu biÕn ngoµi ®Ó gi¶m chirp, tèc ®é ®iÒu biÕn cao vµ t¹o çc ®Þnh d¹ng tÝn hiÖu quang kh¸c nhau (NRZ, RZ, CS-RZ, DPSK …).

- §¶m b¶o tÝn hiÖu quang cã ®é réng phæ hÑp t¹i b íc sãng chÝnh x¸c theo tiªu chuÈn.

BÀI GIẢNG MÔN



Bé thu quang:

- Gièng çc bé thu quang sö dông trong çc hÖ thèng ®¬n kªnh

- §é nh¹y cao trong d¶i réng b íc sãng, nhiÔu thÊp, ho¹t ®éng æn ®Þnh.


BÀI GIẢNG MÔN



Sîi quang:

- Sö dông sîi ®¬n mode G.652 (SMF) vµ sîi G.655 (NZ-DSF)

- Tr¸nh sö dông sîi G.653 (DSF).

- Çc yÕu tè ¶nh h ëng c¬ b¶n:

. Suy hao

. T¸n s¾c

. HiÖu øng phi tuyÕn

Mét sè lo¹i sîi ®iÓn

h×nh


BÀI GIẢNG MÔN



Bé t¸ch/ ghÐp b íc sãng: (OMUX/ ODEMUX)

- OMUX: kÕt hîp çc b íc sãng rêi r¹c kh¸c nhau thµnh tÝn hiÖu tæ hîp ® a vµo sîi quang.

- ODEMUX: t¸ch tÝn hiÖu tæ hîp WDM thµnh çc kªnh b íc sãng riªng biÖt ® a tíi bé thu.

- Çc tham sè c¬ b¶n:

. Suy hao xen:

. Xuyªn ©m:


0

lg10 jjP

j công suất quang đi vào đường truyền

0 công suất quang tới tại j

jj

ijijD lg10

jj

ji ij

jD lg10Xuyên kênh i sang kênh j: Xuyên kênh tổng ở kênh j:

BÀI GIẢNG MÔN




- Çc kü thuËt sö dông:

T¸ch/ghÐp dùa trªn çc bé läc quang:• Bé läc Fabry-Perot

• Bé läc mµng máng ®a líp

• Bé giao thoa kÕ Mach-Zender

• Bé läc quang- ©m

T¸ch/ghÐp dùa trªn çch tö:• Çch tö nhiÔu x¹ ph¼ng

• Çch tö Bragg sîi quang

M¶ng çch tö dÉn sãng (AWG)

Bé ghÐp xen (interleaver), bé ghÐp quang (coupler),…


BÀI GIẢNG MÔN




- Ph¹m vi øng dông cña mét sè kü thuËt:


BÀI GIẢNG MÔN



Bé t¸ch/ ghÐp b íc sãng: (Bé läc quang)

- Yªu cÇu:

Ph¹m vi ®iÒu chØnh réng

Xuyªn ©m thÊp (th êng < -20 dB)

Tèc ®é ®iÒu chØnh nhanh

Suy hao xen nhá

Ýt nh¹y c¶m ph©n cùc

æn ®Þnh víi m«i tr êng ho¹t ®éng


sig - độ rộng băng tần của tín hiệu đa kênh.

ch - khoảng cách kênh.

L - dải phổ tự do.

BÀI GIẢNG MÔN




Bé läc F- P: Gåm 2 g ¬ng song song


§iÒu chØnh b íc sãng b»ng çch thay ®æi kho¶ng çch 2 g ¬ng.

Tèc ®é ®iÒu chØnh ®iÓn h×nh 100 s

§é réng b¨ng tÇn tÝn hiÖu WDM sig = N ch < L X¸c ®Þnh kho¶ng çch 2 g ¬ng.

sig = 100 GHz khi L < 1 mm víi n = 1,5

§é réng b¨ng tÇn bé läc F-P: FP << ch, nh ng ph¶i ®ñ lín ®Ó truyÒn dÉn kªnh ® îc lùa chän (cã tèc ®é bit lµ B) FP B

BÀI GIẢNG MÔN



Sè l îng kªnh bÞ giíi h¹n bëi:

trong ®ã F lµ ®é mÞn bé läc:

Sö dông ®iÒu kiÖn giíi h¹n:

(møc xuyªn ©m chÊp nhËn ® îc)

Sè l îng kªnh ® îc x¸c ®Þnh hoµn toµn bëi ®é ph¶n x¹

R = 90% cho phÐp 10 kªnh quang

R = 99,9 % cho phÐp 1047 kªnh quang

Çc bé läc FP hiÖn t¹i cã F = 100 - 5000


Bé läc F- P: (Cont.)


BÀI GIẢNG MÔN




Bé läc mµng máng ®a líp:


Gåm çc líp mµng máng cã chiÕt suÊt thay ®æi lu©n phiªn ho¹t ®éng nh çc bé ph¶n x¹ cã ®é dµy b»ng 1/4 b íc sãng (/4n).

Multiwavelength light

Multilayer interference

filter

Demultiplexed wavelenghts

§¸p øng b¨ng th«ng cña bé läc ® îc t¹o thµnh gièng nh kÕt chuçi nhiÒu bé céng h ëng FP.

Bé läc 100 GHz cã kho¶ng 200 líp, bé läc 20 nm th êng cã kho¶ng 50 líp.

§iÒu chØnh b íc sãng ® îc thùc hiÖn theo mét sè çch: ®iÒu chØnh ®iÖn tö, ®iÒu chØnh quang nhiÖt …

Ph¹m vi ®iÒu chØnh cì 40 nm víi ®é réng b¨ng tÇn <0,35nm ë vïng 1550nm.

BÀI GIẢNG MÔN




Bé läc Mach- Zehnder:


Gåm 2 coupler 3dB kÕt nèi víi nhau trªn 2 nh¸nh cã ®é dµi kh¸c nhau g©y ra sù dÞch pha phô thuéc b íc sãng gi÷a 2 nh¸nh.

Sù giao thoa céng h ëng xÈy ra t¹i mét ®Çu ra cho mét b íc sãng x¸c ®Þnh

§é truyÒn qua:

Ph¹m vi ®iÒu chØnh cì 4 nm, tèc ®é ®iÒu chØnh cì ns

DÔ dµng nèi tÇng vµ chÕ t¹o trªn çc ®Õ silica, InP hoÆc LiNbO3

BÀI GIẢNG MÔN



Çc bé t¸ch/ghÐp nhiÒu b íc sãng ® îc x©y dùng bằng çch nèi tÇng nhiÒu bé giao thoa MZ

§é truyÒn qua cña chuçi M bé giao thoa MZ:

trong ®ã m lµ ®é trÔ t ¬ng ®èi cña bé giao thoa thø m


Bé läc Mach- Zehnder:


ThiÕt bÞ cã thÓ thùc hiÖn ho¹t ®éng t¸ch vµ ho¹t ®éng ghÐp (®¶o chiÒu)

BÀI GIẢNG MÔN



AOTF t¹o ra chuçi çc sãng siªu ©m bªn trong mét èng dÉn sãng tinh thÓ TeO2 h×nh thµnh çch tö ©m

¸nh s¸ng ®i qua sÏ t ¬ng t¸c víi sãng ©m (t ¬ng t¸c photon-phonon) gièng nh mét çch tö.

AOTF ® îc chÕ t¹o b»ng viÖc sö dông çc èng dÉn sãng TeO2 hoÆc LiNbO3 cã sù phô thuéc ph©n cùc thÊp.

AOTF cã d¶i ®iÒu chØnh cì 250 nm c¶ b¨ng C vµ b¨ng L, tèc ®é ®iÒu chØnh cì s.


Bé läc quang- ©m:


BÀI GIẢNG MÔN



Gåm mét ®Õ vµ líp phñ ph¶n x¹ cÊu tróc tuÇn hoµn (gåm çc r·nh çch ®Òu nhau).

¸nh s¸ng ®i vµo çc r·nh sÏ bÞ nhiÔu x¹ thµnh mét d¶i çc mÆt sãng víi çc gãc kh¸c nhau.

§iÒu kiÖn nhiÔu x¹:

T¹i mçi b íc sãng sÏ cã mét gãc x¸c ®Þnh tho¶ m·n ®iÒu kiÖn giao thoa céng h ëng.

Bé t¸ch/ ghÐp b íc sãng: (Çch tö)

Çch tö nhiÔu x¹ ph¼ng:


Chïm tia tíi

Ph¸p tuyÕn çch tö

Tia bÞ nhiÔu x¹

Tia tíi

Ph¸p tuyÕn çch tö

Tia nhiÔu x¹

dChu kú çch tö

dsin

dsin

§é lÖch quang lé b»ng nguyªn

lÇn b íc sãng

sinsin dn

BÀI GIẢNG MÔN




Çch tö nhiÔu x¹ ph¼ng:


sinsin dn

Sö dông kÕt hîp víi thÊu kÝnh GRIN

§iÒu kiÖn Littrow

Mét sè cÊu h×nh cô thÓ:

BÀI GIẢNG MÔN



§ îc chÕ t¹o dùa trªn sîi quang ® îc chiÕu UV t¹o ra sù thay ®æi chiÕt suÊt tuÇn hoµn.

¸nh s¸ng ®i qua bÞ ph¶n x¹ trë l¹i t¹i b íc sãng gÇn víi b íc sãng Bragg:

B = 2neffd/m

trong ®ã neff chiÕt suÊt hiÖu dông lâi sîi, d- chu kú çch tö, m- bËc çch tö.

FBG cã suy hao xen, xuyªn kªnh thÊp.

Cã nhiÒu øng dông: bé läc b¨ng hÑp, OADM, bï t¸n s¾c, bé c¶m biÕn quang


FBG:


Bộ giao thoa Michelson

dựa trªn FBG

BÀI GIẢNG MÔN



Gåm 2 coupler sao kÕt nèi víi nhau qua m¶ng èng dÉn sãng cã ®é trÔ lan truyÒn kh¸c nhau g©y ra sù dÞch pha phô thuéc b íc sãng trªn èng dÉn sãng.

Çc b íc sãng kh¸c nhau héi tô t¹i çc cæng ®Çu ra kh¸c nhau


M¶ng çch tö dÉn sãng- AWG:


BÀI GIẢNG MÔN



DÞch pha cña tÝn hiÖu cã truyÒn tõ cæng ®Çu vµo thø p tíi ®Çu ra thø q qua èng dÉn sãng thø m:

TÝn hiÖu ®¹t cùc ®¹i t¹i ®Çu ra (nhê giao thoa céng h ëng) khi tháa m·n ®iÒu kiÖn:

D¶i phæ tù do của AWG:

AWG cã d¶i ®iÒu chØnh cì 40 nm, tèc ®é ®iÒu chØnh cì 10 ms (c¬ chÕ quang nhiÖt)

øng dông trong çc bé t¸ch/ghÐp, ®Þnh tuyÕn dung l îng lín.


M¶ng çch tö dÉn sãng- AWG:


BÀI GIẢNG MÔN



Bé t¸ch/ ghÐp b íc sãng:

Mét sè thiÕt bÞ quang kh¸c :


Coång 1

Coån

g 2

Coån

g 3

Coång 1C

oång

2C

oång

4Coång 3

(a) (b)

ISOLATOR

321 ,, 321 ,,

4

(c)

ISOLATOR

BÀI GIẢNG MÔN



Bé t¸ch/ ghÐp b íc sãng:


Boä phaân cöïc

Boä quay pha Faraday

Boä phaân cöïc

AÙnh saùng ñi vaøoAÙnh saùng phaûn xaïKhoaù

AÙnh saùng ñi ra

AÙnh saùng ñi vaøo

AÙnh saùng phaûn xaï

AÙnh saùng ñi ra

SWP

Boä quay pha Faraday

SWPMaët phaúng 2/

(a)

(b)

BÀI GIẢNG MÔN



Cã thÓ ® îc h×nh thµnh tõ kÕt hîp çc coupler sîi 2x2: N = 2k

HoÆc tõ mét bã sîi ® îc lµm nãng ch¶y phÇn trén ¸nh s¸ng.

Coupler sao kÕt hîp çc tÝn hiÖu ®Çu vµo vµ ph©n phèi ®Òu cho çc ®Çu ra

Bé t¸ch/ ghÐp b íc sãng: (Coupler)HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM

KÝch th íc NxM thay ®æi phô thuéc vµo øng dông:

~ 100x100 cho LAN.

~100x106 cho ph¸t video qu¶ng b¸

BÀI GIẢNG MÔN



Chøc n¨ng xen/rÏ mét hoÆc mét vµi b íc sãng cã chän läc tõ tÝn hiÖu WDM vµ chuyÓn tiÕp çc b íc sãng cßn l¹i

Bé xen/ rÏ b íc sãng: (OADM)

P2- Çc thµnh phÇn c¬ b¶n ht WDM

OADM

1, 2,… i… n1, 2,… i… n

1, 2,… n

i i

BÀI GIẢNG MÔN



CÊu h×nh OADM ®¬n gi¶n:

Bé xen/ rÏ b íc sãng: (OADM)


DEMUX MUX

Amplifier

Tín hiệu WDM

Tín hiệu WDM

Xen/rẽ điện tử

R T

R: Bộ thu quang

T: Bộ phát quang

Amplifier

Các luồng xen/rẽ

BÀI GIẢNG MÔN



CÊu h×nh OADM sö dông çch tö:

Bé xen/ rÏ b íc sãng: (OADM)HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM

BÀI GIẢNG MÔN



Chøc n¨ng chuyÓn ®æi çc kªnh b íc sãng gi÷a çc cæng ®Çu vµo vµ çc cæng ®Çu ra tÝn hiÖu ®a kªnh kh¸c nhau.

Bé nèi chÐo quang: (OXC)HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM

BÀI GIẢNG MÔN



OXC sö dông thªm çc bé chuyÓn ®æi b íc sãng ®Ó t¨ng ®é linh ho¹t khi sö dông trªn m¹ng, cho phÐp sö dông hiÖu qu¶ tµi nguyªn b íc sãng cã trªn m¹ng.

Bé nèi chÐo quang: (OXC)


BÀI GIẢNG MÔN




1.3- MỘT SỐ VẤN ĐỀ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU NĂNG HỆ THỐNG WDM

BÀI GIẢNG MÔN




• Băng thông các bộ khuếch đại

• Khi truyền tải tín hiệu WDM đi xa, phải sử dụng các bộ

khuếch đại tại các khoảng cách thích hợp.

• Băng thông của các bộ khuếch đại quang là yếu tố quyết

định băng thông sử dụng của các kênh trong hệ thống WDM.

• Erbium (EDFA) sử dụng băng C, băng L .

BÀI GIẢNG MÔN



HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM Độ bằng phẳng

- Để giải quyết vấn đề độ bằng phẳng khuếch đại, có hai giải pháp:

+ Sử dụng các bộ lọc kết hợp với bộ khuếch đại một cách hợp lý để san phẳng phổ khuếch đại

+ Sử dụng phương án phát tín hiệu quang không đồng đều về mặt công suất ngay tại các bộ phát quang

Hình 1.21. Phổ các kênh tín hiệu sau khi đi qua một bộ khuếch đại và sau khi đi qua nhiều bộ khuếch đại

Đầu vào Đầu ra

Đáp ứng hệ thống sau nhiều tầng khuếch đại

Đáp ứng của một khuếch đại

BÀI GIẢNG MÔN



HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM Xuyên kênh

Sự can nhiễu tín hiệu từ một kênh bước sóng này sang một kênh bước sóng khác

Xuyên kênh tuyến tính

j là các kênh khác với kênh i, N số kênh bước sóng, Pj công suất của kênh bước sóng j trước khi qua bộ lọc, Tj hệ số truyền đạt của bộ lọc tại bước sóng j.

Dòng tín hiệu cho kênh i

Ii là dòng điện ứng với Pi, Ij là dòng điện ứng Pj. Ich dòng điện của kênh cần tách và Ix dòng điện dò từ các kênh khác sang.

N

ijjji TPPP

Bước sóng

P…i-2 i-1 i i+1 i+2 …

(a)

Bước sóng

(b)Hệ

số

tru

yền

đạt

P…i-2 i-1 i i+1 i+2 …

(c)

Bước sóng

1

0

Cô

ng

suấ

t qua

ng

Cô

ng

suấ

t qua

ngHình 1.22. Mô tả hiện tượng xuyên kênh tuyến tính: (a) phổ các kênh bước sóng trước khi qua phần tử có chức năng lọc. (b) đặc

tính truyền đạt của bộ lọc cho kênh thứ i. (c) phổ tín hiệu cho kênh bước sóng thứ i.

Xch

N

ijjji IITIII

BÀI GIẢNG MÔN




Cân bằng bù tán sắc các kênh quang

- Bù tán sắc sử dụng DCF- Cân bằng bù tán sắc các kênh quang

BÀI GIẢNG MÔN



HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM Các hiệu ứng quang phi tuyến: xảy ra khi công suất

quang tín hiệu trong phần tử, thiết bị quang lớn hơn một ngưỡng nhất định.

- Loại 1: phát sinh do tác động qua lại giữa các photon ánh sáng với môi trường truyền dẫn ánh sáng: tán xạ kích thích Brillouin (SBS) và tán xạ kích thích Raman (SRS).

- Loại 2: sinh ra do sự phụ thuộc của chiết suất môi trường truyền dẫn vào công suất quang của tín hiệu: hiệu ứng tự điều pha (SPM - Self-Phase Modulation), hiệu ứng điều chế pha chéo (XPM - Cross-Phase Modulation) và hiệu ứng trộn 4 sóng (FWM - Four-Wave Mixing).

BÀI GIẢNG MÔN



HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM Hiệu ứng tán xạ Raman kích thích

Hình 1.25 . Hiệu ứng Raman trong hệ thống WDM

Các bước sóng đầu vào Các bước sóng đầu ra

Sợi quang

BÀI GIẢNG MÔN




Hiệu ứng Brillouin kích thích : Tương tự như SRS. Ánh sáng tới tương tác với môi trường

truyền và mất một phần năng lượng để chuyển lên bước sóng dài hơn.

Bước sóng Stokes ở hiện tượng Brillouin có khoảng cách cỡ 11 GHz so với bước sóng bơm.

Sóng Stokes chỉ sinh ra trên hướng ngược lại với sóng bơm.

BÀI GIẢNG MÔN



HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM Hiệu ứng trộn bốn sóng :là hiệu ứng sinh ra các tần số hài là tổng

hợp từ 3 tần số gốc fi, fj, fk khi có điều kiện tương hợp về pha.

Hình 1.26. Hiệu ứng trộn bốn sóng

fijk - fi = fj - fk (i,j <> k)

1 2 3

f113 f112

f123

f213

f223 f132

f312

f221 f332

f321

f231

f331

BÀI GIẢNG MÔN



HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM 1.4 – MẠNG TRUYỀN TẢI WDM:

BÀI GIẢNG MÔN



HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM Phân loại theo cấu hình :

Mạng đường thẳng

Mạng vòng

. Mạng hình sao

A B D EC

A

B

D

E

C

A Coupler sao

C

D

B

BÀI GIẢNG MÔN




Phân loại theo vùng phủ địa lý : Mạng đường trục WDM (mạng lõi) Mạng đô thị WDM Mạng truy cập

BÀI GIẢNG MÔN



HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM Các phần tử mạng trong hệ thống truyền tải WDM :

Phần tử đầu cuối Phần tử lặp Phần tử xen rẽ (OADM) Phần tử nối chéo(OXC)

BÀI GIẢNG MÔN



HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM Quản lý và báo vệ trong mạng WDM :

Quản lý: Chức năng quản lý trong mạng WDM có thể được thực hiện trên một bước sóng riêng biệt.

Bảo vệ:Lớp kênh quang

Bảo vệ kênh quang

Bảo vệ 1+1

Lớp đoạn ghép kênh quang

Bảo vệ đoạn ghép kênh quang

Bảo vệ 1+1 (W-UPSR)Bảo vệ 1:1, 1:n (W-BLSR)

Lớp đoạn truyền dẫn quang

Bảo vệ đường truyền quang

Bảo vệ 1+1, 1:1

BÀI GIẢNG MÔN



CHƯƠNG 2

KHUẾCH ĐẠI QUANG

BÀI GIẢNG MÔN




2.1 GIỚI THIỆU CHUNG

2.2. KHUẾCH ĐẠI QUANG BÁN DẪN (SOA)

2.3. KHUẾCH ĐẠI QUANG SỬ DỤNG SỢI PHA

ERBIUM (EDFA)

2.4. KHUẾCH ĐẠI QUANG SỬ DỤNG HIỆU ỨNG

RAMAN (RA)

2.5. SO SÁNH CÁC LOẠI BỘ KHUẾCH ĐẠI

BÀI GIẢNG MÔN



Trong mäi hÖ thèng th«ng tin quang, suy hao cña sîi lµm h¹n chÕ kho¶ng çch truyÒn dÉn

§èi víi çc hÖ thèng quang cù ly dµi, ®Ó bï suy hao th êng sö dông çc tr¹m lÆp quang - ®iÖn (rÊt phøc t¹p vµ ®¾t tiÒn ®èi víi hÖ thèng quang WDM).

Gi¶i ph¸p kh¸c: dïng çc bé khuÕch ®¹i quang (OA) ®Ó khuÕch ®¹i trùc tiÕp tÝn hiÖu quang.

1980: mét sè lo¹i bé OA ®· ® îc nghiªn cøu chÕ t¹o

SOA : Semiconductor Optical Amplifier RFA : Raman-based Fiber Amplifier EDFA : Erbium-doped Fiber Amplifier

1990: øng dông OA ®Ó bï suy hao Víi çc hÖ thèng quang: EDFA ® îc sö dông phæ biÕn nhÊt §èi víi çc hÖ thèng cù li dµi: RFA ho¹t ®éng tèt h¬n


BÀI GIẢNG MÔN




Các tham số cơ bản : Hệ số khuếch đại

G = Pout / Pin

G (dB) = 10 log (Pout / Pin)

Pin và Pout là công suất đầu vào và đầu ra của bộ khuếch đại quang [mW].

BÀI GIẢNG MÔN



KHUẾCH ĐẠI QUANG Độ rộng băng tần khuếch đại: - Là đáp ứng tần số quang của bộ khuếch đại G(f) khi đo hệ số

khuếch đại G của các tín hiệu quang ở các tần số khác nhau - Bo được xác định bởi điểm -3dB so với hệ số khuếch đại đỉnh của

bộ khuếch đại Công suất ra bão hòa

HÖ sè K§ G gi¶m khi c«ng suÊt tÝn hiÖu t¨ng (b·o hoµ G) Công suất ở đầu ra tại điểm G giảm 3 dB được gọi là công

suất ra bão hòa Psat, out.

Pin

Pout

Pout, sat

Pin,sat

Pout

3dB

Pout,sat

G

BÀI GIẢNG MÔN



KHUẾCH ĐẠI QUANG NhiÔu bé khuÕch ®¹i

- Çc bé K§ g©y ra nhiÔu vµ lµm gi¶m tØ sè SNR

- Nguån nhiÔu: ph¸t x¹ tù ph¸t (ASE-Amplified Spontaneous Emission)

- MËt ®é phæ nhiÔu ph¸t x¹ tù ph¸t gÇn nh lµ kh«ng ®æi:

- HÖ sè ®¶o mËt ®é (hs ph¸t x¹ tù ph¸t):

- Gi¸ trÞ nhiÔu bé K§ ® îc ®Þnh nghÜa:

- SNR lµ tØ sè SNR ®iÖn t¹o ra trong bé t¸ch quang

hnGS spsp )1()(

112

2

NN

Nnsp

outin

n SNR

SNRF

)(

BÀI GIẢNG MÔN




- Víi mäi bé K§: Pout=GPin

- SNR cña tÝn hiÖu vµo khi h¹n chÕ ® îc nhiÔu b¾n:

- §Ó ®¸nh gi¸ SNR cña tÝn hiÖu K§ cÇn thªm ph©n bè ph¸t x¹ tù ph¸t vµo nhiÔu m¸y thu.

- Ph¸t x¹ tù ph¸t kÕt hîp víi tÝn hiÖu t¹o ra dßng trong bé t¸ch quang cã ®¸p øng R:

- V× Ein vµ Esp cã pha ngÉu nhiªn kh¸c nhau. Dßng nhiÔu:

fh

P

fRPq

RPISNR in

in

in

sin

2)(2

)()(

2

2

2

2

spin EEGRI

cos)(2 2/1spin EGPRI

BÀI GIẢNG MÔN



KHUẾCH ĐẠI QUANG NhiÔu bé khuÕch ®¹i LÊy trung b×nh ®èi víi (cos =1/2) vµ bá qua víi çc nguån

nhiÔu kh¸c:

- Do ®ã SNR cña tÝn hiÖu K§ cã d¹ng:

- Gi¸ trÞ nhiÔu cña bé K§:

- SNR gi¶m 3dB ngay c¶ víi bé K§ lÝ t ëng (nsp=1)

- Thùc tÕ, Fn v ît 3 dB vµ cã thÓ tíi 6-8 dB

fRSRGP spinspsig ))((42

spspn nGGnF 2/12

fS

GPRGPISNR

SP

ininout

4

)(2

2

2

2

BÀI GIẢNG MÔN




- Minh ho¹ çch x¸c ®Þnh Fn :

Sourse Spontaneous Emission (SE)

Input

Ideal output

Actual output

Wavelenght

Power

Sourse SE*GainEDFA ASE

Gain SNRou

tSourse SE*Gain+EDFA ASE

Input Sinal*Gain

BÀI GIẢNG MÔN




2.2. KHUẾCH ĐẠI QUANG BÁN DẪN (SOA)

BÀI GIẢNG MÔN



KHUẾCH ĐẠI QUANG SOA cßn ® îc gäi SLA- Semiconductor Laser Amplifier Ho¹t ®éng ë chÕ ®é ®Þnh thiªn thÊp h¬n dßng ng ìng Thùc tÕ, so víi LD th× SLA cã èng dÉn sãng réng h¬n vµ 2

mÆt ® îc phñ mét líp chèng ph¶n x¹ ®Ó tr¸nh ng ìng LD vµ ®¹t ® îc khuÕch ®¹i cao

Çc bé SOA th êng lµ çc bé khuÕch ®¹i céng h ëng (R1 vµ R2 0)

Ph©n lo¹i SLA theo cÊu tróc: FP-SLA (bộ khuếch đại b¸n dÉn cã khoang céng h ëng FP ) DFB-SLA (bộ khuếch đại b¸n dÉn håi tiÕp ph©n t¸n ) TW-SLA (bộ khuếch đại b¸n dÉn sãng ch¹y )

input fiber

output fiber

R1 R2

Pin Pout=GtotPout

in out

BÀI GIẢNG MÔN




FP-SOA:- HÖ sè K§ cña FP-SOA ® îcx¸c ®Þnh nh sau:

trong ®ã:

- Thùc tÕ GFP gi¶m tíi G khi R1=R2=0 vµ GFP ®¹t ®Ønh khi trïng m vµ gi¶m m¹nh khi ë gi÷a chóng.

- HÖ sè khuÕch ®¹i thùc bị gi¶m cßn inoutGFP

- NÕu dßng ®iÒu khiÓn lµ 10mA th× hÖ sè K§ ®¹t ® îc kho¶ng 25-30 dB, c«ng suÊt ra b·o hoµ lµ 8dB víi ®é réng b¨ng tÇn 1-3GHz

R2

R1

Pout

Pin

L

IB

G - Hệ số khuyếch đại thông đơn

m - tần số céng hưởng của khoang

L - khoảng cách các mode còn gọi là dải phổ tự do của khoang FP

Lm

FPRRGRRG

GRRG

/)(sin4)1(

)1)(1(2

212

21

21

BÀI GIẢNG MÔN




FP-SOA:

- §é réng b¨ng tÇn bé K§ tõ ®iÒu h ëng -m víi GFP gi¶m 3dB so víi gi¸ trÞ ®Ønh:

- §Ó A lín th× ph¶i gÇn b»ng 1.

- H¹n chÕ cña FP-SOA: + Phæ khuÕch ®¹i bÞ nhÊp nh« do sù ph¶n x¹, ®Ønh t¹i =m

+ §é réng b¨ng tÇn bé K§ (A) lµ mét phÇn nhá cña d¶i phæ tù do cña khoang PF (L=100GHz vµ A=10GHz). A nhá lµm cho bé K§ FP kh«ng phï hîp víi çc øng dông hÖ thèng quang.

- §Ó kh¾c phôc nh÷ng h¹n chÕ nµy ph¶i sö dông lo¹i TW-SOA

2/1

21

211

4

1sin

2

RRG

RRGL

A

21RRG

BÀI GIẢNG MÔN



KHUẾCH ĐẠI QUANG TW-SOA:- §Ó c¶i thiÖn ®Æc tÝnh khuÕch ®¹i cÊu tróc dÉn sãng trong

FP-SOA ® îc thay ®æi: èng dÉn sãng ë líp tÝch cùc ® îc ch¹y xiªn, hai ®Çu ® îc bäc líp chèng ph¶n x¹: gi¶m ng ìng LD, t¨ng hÖ sè K§ vµ më réng phæ K§.

- TW- SOA cã hÖ sè ph¶n x¹ rÊt nhá (<0,1 %). §Ó ®¸nh gi¸ trÞ sè chªnh lÖch cña ph¶n x¹ bÒmÆt th«ng qua biÓu thøc:

- §Ó duy tr× G<2 th× hÖ sè ph¶n x¹ ph¶i tho¶ m·n ®k:

- §Ó cã G=1000 (30dB) th×

2

1

21

min

max

1

1

RRG

RRG

G

GG

FP

FP

17,021 RRG

421 107,1 RR

BÀI GIẢNG MÔN



KHUẾCH ĐẠI QUANG Çc vÊn ®Ò ®èi víi SOA:- SOA rÊt nh¹y c¶m víi ph©n cùc, cÇn cã çc biÖn ph¸p kh¾c

phôc nh : m¾c nèi tiÕp çc SOA trùc giao, ph©n tËp ph©n cùc hoÆc quay ph©n cùc.

- HÖ sè nhiÔu cña SOA t ¬ng ®èi lín (7-12 dB).

- Suy hao ghÐp nèi lín 6-8 dB hoÆc h¬n.

- Thùc tÕ, SOA th êng Ýt ® îc sö dông ®Ó K§ tÝnhiÖu WDM, tuy nhiªn çc hiÖu øng xÈy ra trong SOA th êng ® îc sö dông cho nhiÒu øng dông kh¸c trong m¹ng quang (chuyÓn ®æi b íc sãng, chuyÓn m¹ch quang).

BÀI GIẢNG MÔN




2.3 – KHUẾCH ĐẠI QUANG SỬ DỤNG SỢI PHA ERBIUM (EDFA)

BÀI GIẢNG MÔN




CÊu tróc:

- Thành phần chính là sợi pha tạp Erbium, nồng độ pha tạp 100 – 2000 ppm

- Quá trình bơm có thể thực hiện theo hai hướng thuận và nghịch- Các bộ cách ly quang ngăn nhiễu phản xạ và tín hiệu truyền dẫn

theo hướng ngược lại làm giảm chất lượng bộ KĐ- Các thành phần giám sát và điều khiển khác.

BÀI GIẢNG MÔN



KHUẾCH ĐẠI QUANG Nguyªn lý:

- Ion Er+3 hấp thụ photon của laser bơm chuyển lên mức năng lượng cao hơn.

- Ion kích thích sau một thời gian sẽ chuyển về mức năng lượng nền và phát xạ photon theo hai quá trình phát xạ tự phát và phát xạ kích thích.

- Phát xạ kích thích là cơ chế khuyếch đại tín hiệu, phát xạ tự phát gây ra nhiễu quang trong bộ khuyếch đại.

2H11/2

4S3/2

4F9/2

4I9/2

4I11/2

4I13/2

4I15/2

<100 nss

60 ns

5 ns

s

514 nm

532 nm

665 nm

810 nm980 nm

1480 nm1532 nm

<1 ns

10 ms

ESA800 nm1620 nm

HiÖu øng Stark

ChuyÓn tiÕp phonon

ChuyÓn tiÕp photon

BÀI GIẢNG MÔN




Vùng pha ion Er3+

Lõi pha với Ged=3-6 m

n = 0.01 – 0.05

Lớp phủd=250m

Mode sóng quang

Lớp bọc silicad=125m

Mặt cắt ngang của sợi quang pha ion Erbium

BÀI GIẢNG MÔN




- Phổ khuyếch đại của EDFA phụ thuộc vào chất đồng pha tạp, công suất bơm và nồng độ Er.

BÀI GIẢNG MÔN



KHUẾCH ĐẠI QUANG Cấu hình bộ khuếch đại EDFA bơm hai chiều

Coupler

Bộ cách li

Sợi pha Er3+

Bộ cách li

Laser bơm

Coupler

Laser bơm

BÀI GIẢNG MÔN




2.4- BỘ KHUẾCH ĐẠI RAMAN (RA)

BÀI GIẢNG MÔN



KHUẾCH ĐẠI QUANG Kh¸i niÖm:

- Bé K§ sîi Raman dùa vµo t¸n x¹ Raman kÝch thÝch (SRS) x¶y ra trong sîi quang silica khi cã ¸nh s¸ng b¬m.

- SRS kh¸c víi ph¸t x¹ kÝch thÝch:

. Trong ph¸t x¹ kÝch thÝch, mét photon tíi kÝch thÝch ph¸t x¹ mét photon kh¸c cã b íc sãng vµ pha gièng photon kÝch thÝch mµ kh«ng lµm mÊt n¨ng l îng

. Trong SRS photon b¬m trao n¨ng l îng ®Ó t¹o ra photon kh¸c cã n¨ng l îng gi¶m t¹i tÇn sè thÊp; n¨ng l îng cßn l¹i bÞ hÊp thô bëi m«i tr êng d íi d¹ng dao ®éng ph©n tö (çc phonon quang).

- V× vËy çc bé K§ Raman cÇn ® îc b¬m ®Ó cung cÊp kh¶ n¨ng khuÕch ®¹i.

BÀI GIẢNG MÔN



KHUẾCH ĐẠI QUANG CÊu tróc:

- TÇn sè tÝn hiÖu (ωs) vµ tÇn sè sãng b¬m (ωp) ® îc ® a vµo sîi quang qua coupler. N¨ng l îng ® îc chuyÓn tõ sãng b¬m tíi tÝn hiÖu th«ng qua SRS nh lµ hai sãng cïng truyÒn bªn trong sîi.

- TÝn hiÖu vµ sãng b¬m cïng truyÒn ®ång thêi theo cÊu h×nh b¬m thuËn hoÆc ng îc. Cã thÓ ho¹t ®éng ë bÊt kú b íc sãng nµo víi sãng b¬m phï hîp.

- Cã thÓ cung cÊp ®é réng b¨ng tÇn K§ lín b»ng çch sö dông nhiÒu nguån b¬m

- KhuÕch ®¹i kh«ng phô thuéc ph©n cùc nhê sö dông b¬m ph©n cùc trùc giao ë tõng b íc sãng

BÀI GIẢNG MÔN



KHUẾCH ĐẠI QUANG HÖ sè khuÕch ®¹i vµ ®é réng b¨ng tÇn Raman:- HÖ sè K§ Raman quan hÖ víi hÖ sè K§ quang nh sau:

g(ω) = gR(ω) (PP / aP)

trong ®ã: ap lµ diÖn tÝch vïng b¬m bªn trong sîi, tû sè gR/aP lµ sè ®o cña hÖ sè K§ Raman

- §Ønh hÖ sè khuÕch ®¹i bÞ dÞch 13,2 THz (kho¶ng 100nm) so víi b íc sãng b¬m vµ ®é réng b¨ng tÇn K§ kho¶ng 6THz.

- Thùc tÕ, Phæ khuÕch ®¹i Raman cã thÓ lªn ®Õn h¬n 20THz

BÀI GIẢNG MÔN




2.5 SO SÁNH CÁC LOẠI BỘ KHUẾCH ĐẠI

BÀI GIẢNG MÔN



CHƯƠNG 3

TRUYỀN TẢI IP/WDM

BÀI GIẢNG MÔN




3.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ IP

3.2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG TRUYỀN TẢI IP/

WDM

3.3. ĐIỀU KHIỂN TRONG MẠNG IP/ WDM

BÀI GIẢNG MÔN




WDMWDM

IP over WDM

Đơn giảnPhổ biến

Tốc độ caoChuyển mạch linh hoạt

InternetInternet

BÀI GIẢNG MÔN



TRUYỀN TẢI IP/WDM 3.2- GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG TRUYÊN TẢI IP/WDM

IP IP IP IPSONET/SDH SONET/SDH

Bộ điều khiển

Cáp quang vật lý

Các kênh đa bước sóng

Các cổng ghép tín hiệu

Các cổng tách tín hiệu

(Giao diện khách hàng)(Giao diện khách hàng)

Khung chuyển mạch

MU

X/D

EM

UX

Bộ phát đáp

Cổng bước sóng(Giao diện truyền tải)

MU

X/D

EM

UX

Lưu lượng

Vào/Ra

BÀI GIẢNG MÔN




Các mô hình truyền tải IP/WDM

• Giảm tính năng dư thừa• Giảm mào đầu giao thức.• Đơn giản hóa công việc quản lý.

IP

ATM

SDH

Quang/WDMQuang/WDMQuang/WDM

IP

ATM

Quang/WDM Quang/WDM

IP

SDH

Quang/WDM

IP

Quang/WDM

BÀI GIẢNG MÔN




Các cấu trúc mạng IP trên WDM phân loại theo mặt bằng dữ liệu IP/ WDM điểm - điểm IP/WDM cấu hình lại IP/WDM chuyển mạch

Các cấu trúc mạng IP trên WDM phân loại theo mặt bằng điều khiển Mô hình xếp chồng Mô hình ngang hàng

BÀI GIẢNG MÔN




IP/ WDM điểm - điểm

Bộ định tuyến IP




Các tấm đường dây

Các bước sóng

Mux/Demux

Liên kết cáp vật lý

BÀI GIẢNG MÔN



TRUYỀN TẢI IP/WDM IP/WDM cấu hình lại

OXCBộ

định tuyến

IP

OADM

Bộ định

tuyến IP

OADM

Bộ định

tuyến IP

OADM

Bộ định

tuyến IP

OADM

Bộ định

tuyến IP

OADM

OXC

OXC

Giao diện khách hàng

Sợi nhiều bước sóng

Liên kết truy nhập (Sợi một

bước sóng)

BÀI GIẢNG MÔN



TRUYỀN TẢI IP/WDM IP/WDM chuyển mạch






Bộ định tuyến IP OPR

OPR

OLSR OLSR

OLSROLSR

OLSR





Giao diện khách hàng WDM

Sợi nhiều bước sóng

Sợi một bước sóng

Bộ định tuyến gói quang

Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn quang

BÀI GIẢNG MÔN




Mô hình xếp chồng Mô hình ngang hàng

UNI

UNI

UNIUNINNI

Thoâng tin toâpoâ,baùo hieäu, ñieàu

khieån

NNI

Moâ hình xeáp choàng

Moâ hình ngang haøng

BÀI GIẢNG MÔN




Các công nghệ hướng tới truyền tải IP/WDM

- Chuyển mạch burst quang

- Chuyển mạch gói quang quang

BÀI GIẢNG MÔN



TRUYỀN TẢI IP/WDM Chuyển mạch burst quang

Thời gianlệch

2

Xử lý gói điều khiển

(Thiết lập/ dành sẵn băng thông)

Cơ cấu chuyển mạch

O/E/O2

1

Các gói điều khiển

1

Bước sóng điều khiển

Các đột phát dữ liệu

2

1

2

1

Các bước sóng dữ liệu

BÀI GIẢNG MÔN



TRUYỀN TẢI IP/WDM Chuyển mạch gói quang quang

Mở đầugói mới

chuyển đổiE/O

Chuyển đổi O/E

Đường dây trẽ cục bộ

Xử lý mở đầu

Tái tạo mở đầu

Đồng bộ hoá

TảiMở đầu

gói

Độ dài cố định(Nhưng không

sắp xếp)

Xử lý mở đầu điện

Cơ cấu chuyển mạch

BÀI GIẢNG MÔN




3.3. ĐIỀU KHIỂN TRONG MẠNG IP/ WDM

BÀI GIẢNG MÔN



TRUYỀN TẢI IP/WDM Điều khiển truy nhập trong mạng IP/ WDM - Điều khiển truy nhập WDM chịu trách nhiệm sắp xếp các gói

IP vào các kênh bước sóng.

- Khi thiết kế sắp xếp các gói IP vào các kênh bước sóng (MF) phải chú ý đến các đặc tính WDM

- MF được cấu trúc dựa vào các thành phần sau đây Tốc độ kết nối

Chất lượng của kênh quang

Tải trên các đường

BÀI GIẢNG MÔN



CHƯƠNG 4

MỘT SỐ CÔNG NGHỆ, KỸ THUẬT VÀ XU HƯỚNG NGHIÊN

CỨU TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG

BÀI GIẢNG MÔN



MỘT SỐ CÔNG NGHỆ, KỸ THUẬT VÀ XU HƯỚNG NGHIÊN CỨU TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG

4.1. CÁC KỸ THUẬT BÙ TÁN SẮC

4.2. CÁC HIỆU ỨNG PHI TUYẾN VÀ ỨNG DỤNG

4.3. FTTx

4.4. THÔNG TIN QUANG COHERENT

4.5. RoF

BÀI GIẢNG MÔN



4.1. CÁC KỸ THUẬT BÙ TÁN SẮC

HiÖn nay, trong çc hÖ thèng quang chñ yÕu sö dông sîi SSM, GVD lµ nh©n tè chÝnh ¶nh h ëng ®Õn hiÖu n¨ng hÖ thèng

Xu h íng çc hÖ thèng th«ng tin quang:

T¨ng tèc ®é truyÒn dÉn

T¨ng kho¶ng çch truyÒn dÉn

T¨ng sè l îng kªnh quang

Bï t¸n s¾c lµ gi¶i ph¸p cÇn thiÕt ®Ó c¶i thiÖn hiÖu n¨ng hÖ thèng: t¨ng tèc ®é bit vµ kho¶ng çch truyÒn dÉn quang.


BÀI GIẢNG MÔN




Ph ¬ng tr×nh truyÒn xung: (1.15)

Trong ®ã:•

•

• A lµ biªn ®é ® êng bao

Gi¶i ph ¬ng tr×nh 1.15 trong miÒn Fourier ® îc:

(1.16)

• Thùc tÕ, khi |2|>0,1ps2/km th× 3 ® îc bá qua. Khi ®ã:

(1.17)

• ¶nh h ëng cña t¸n s¾c biÓu thÞ qua hÖ sè pha:

Dcd

d

2

2

2

2

2

0

Dcd

d

22

22

2

3

3

3

0

062 3

33

2

22

t

A

t

Aj

z

A

dtjz

jz

jAtzA 3

32

2 62exp),0(

~

2

1,

zj

2exp

2

2

dtjz

jAtzA 2

22exp),0(

~

2

1,

BÀI GIẢNG MÔN



Giíi h¹n tèc ®é bit- Nguån quang cã ®é réng phæ lín (vÝ dô LED), V>>1.

NÕu 2 tréi h¬n vµ bá qua ¶nh h ëng chirp (C=0):• Tõ pt (1.23) tÝnh ® îc ®é réng xung ®Çu ra:

(1.24)

Trong ®ã: - ®Ó ®o d·n xung do t¸n s¾c.

• Giíi h¹n chung ®èi víi tèc ®é bit lµ: (1.25)

§èi víi xung Gauss: ®iÒu nµy cã nghÜa lµ 95% n¨ng l îng cña xung vÉn n»m trong khe bit. Do ®ã, khi d·n xung lín (D>> 0) th× pt(1.25) trë thµnh:

(1.26)

• VÝ dô: D=17ps/nm.km, =15nm --> [BL]max1Gb/s.Km

NÕu 3 tréi h¬n vµ bá qua ¶nh h ëng chirp (C=0):• Khi ®ã: (1.27)

• Giíi h¹n tèc ®é bit: (1.28)

• VÝ dô: S=0,08ps/km.nm2, =15nm --> [BL]max20Gbit/s.Km

LDD

B

TB4

1

4

4

1DBL

8

12 SBL

220

220

22

20 DDLL

220

2220

223

20 2

1

2

1DSLL

BÀI GIẢNG MÔN



Giíi h¹n tèc ®é bit- Nguån quang cã ®é réng phæ nhá (vÝ dô LD), V<<1.

NÕu 2 tréi h¬n vµ bá qua ¶nh h ëng chirp (C=0):• Tõ pt (1.23) tÝnh ® îc ®é réng xung ®Çu ra:

(1.29)

• Giíi h¹n tèc ®é bit lµ:

(1.30)

• VÝ dô: SMF 2=20ps2/km --> [B2L]max3000[(Gb/s)2.Km]2,5 Gb/s truyÒn ® îc 480 Km, 10Gb/s truyÒn ® îc 30 Km

NÕu 3 tréi h¬n vµ bá qua ¶nh h ëng chirp (C=0):• Khi ®ã: (1.31)

• Giíi h¹n tèc ®é bit: (1.32)

• VÝ dô: SMF 3=0,1ps3/km --> [B3L]max3.108[(Gb/s)3.Km]50 Gb/s truyÒn ® îc 2700 Km, 100Gb/s truyÒn ® îc 340 Km

4

12 LB

324,03/1

3 LB

220

202

20 2/ DL

220

2203

20 2/4/ DL

BÀI GIẢNG MÔN



Sù cÇn thiÕt ph¶i bï t¸n s¾cSù cÇn thiÕt ph¶i bï t¸n s¾c

§Ó gi¶m ¶nh h ëng cña GVD: Dïng Laser cã phæ hÑp

B íc sãng ho¹t ®éng gÇn ZD.

Thùc tÕ, çc m¹ng TTQ hÇu hÕt sö dông SSMF cã ZD1,31m. Trong khi çc nguån quang sö dông cã =1,55 m, khi truyÒn trong sîi SSMF cã D 16ps/(km.nm). Khi tèc ®é bÝt >2Gb/s th× GVD ¶nh h ëng nghiªm träng ®Õn hiÖu n¨ng hÖ thèng.

Çc hÖ thèng quang hiÖn ®¹i sö dông çc EDFA, nªn GVD lµ nh©n tè chÝnh giíi h¹n hiÖu n¨ng hÖ thèng .

Do ®ã, cÇn thiÕt ph¶i thùc hiÖn bï t¸n s¾c trong çc hÖ thèng quang ®Ó c¶i thiÖn hiÖu n¨ng cña hÖ thèng.

BÀI GIẢNG MÔN



Çc kü thuËt bïÇc kü thuËt bï

RÊt nhiÒu kü thuËt ® îc sö dông ®Ó gi¶m ¶nh h ëng cña t¸n s¾c. Çc kü thuËt ®iÖn:

Bï tr íc (tr íc khi truyÒn dÉn) Bï sau (sau khi t¸ch tÝn hiÖu)

Çc kü thuËt quang: Sîi bï t¸n s¾c Çc bé läc Çch tö sîi chirp KÕt hîp pha quang Soliton

TÊt c¶ çc kü thuËt nµy cã môc ®Ých lµ khö t¸n s¾c do hÖ sè pha g©y ra khi tÝn hiÖu truyÒn trong sîi:

(1.33)

deAtzA

tzj

2

22

1

),0(~

2

1),(

BÀI GIẢNG MÔN



Sö dông kü thuËt ®iÖn ®Ó bï GVD t¹i m¸y thu. §Ó bï t¸n s¾c sö dông m¸y thu heterodyne ®Ó t¸ch tÝn hiÖu: §Çu tiªn, m¸y thu biÕn ®æi tÝn hiÖu quang thµnh tÝn hiÖu v« tuyÕn t¹i tÇn sè IF trong khi vÉn duy tr× c¶ th«ng tin biªn ®é vµ pha.

Sau ®ã cho tÝn hiÖu qua mét bé läc b¨ng cã hµm truyÒn ®¹t nh sau.

(1.39)

Trong ®ã L lµ chiÒu dµi sîi quang ®Ó kh«i phôc ® îc d¹ng gèc cña tÝn hiÖu. Kü thuËt nµy ®Ó bï t¸n s¾c trong hÖ thèng quang coherent

kü thuËt bï saukü thuËt bï sau

2/exp 22 LjH IF

BÀI GIẢNG MÔN



bï VíI sîi bï t¸n s¾cbï VíI sîi bï t¸n s¾c NÕu bá qua ¶nh h ëng phi tuyÕn, th× t¸n s¾c hoµn toµn ® îc bï b»ng mét ®o¹n sîi quang thø hai cã D<0 (Sîi DCF).

(1.39)

Trong ®ã: L=L1+L2 vµ 2j lµ tham sè GVD cña ®o¹n sîi Lj (j=1,2).

NÕu: 21L1+22L2=0 hay D1L1=-D2L2 th× d¹ng xung ®Çu ra: A(L,t)=A(0,t) ChiÒu dµi cña sîi DCF cµng ng¾n cµng tèt, nªn nã ph¶i cã gi¸ trÞ ©m lín Çc DCF cã D=-300-100ps/nm.km ® îc chÕ t¹o víi tham sè V nhá nh ng suy hao t ¬ng ®èi cao: 0,4 1 dB/km. Çc DCF th ¬ng m¹i, cã L2=4km cã thÓ bï L1=50km sîi SSMF

dtiLLj

AtLA

222121

2

2exp),0(

~

2

1),(

BÀI GIẢNG MÔN



bï t¸n s¾c VíI çch tö bragg sîi CHIRPbï t¸n s¾c VíI çch tö bragg sîi CHIRP

ChiÕt xuÊt trong sîi thay ®æi theo chu kú däc sîi. NÕu n(z) thay ®æi däc sîi theo chu kú sÏ ® îc çch tö sîi chirp

- B íc sãng Bragg, B=2TGB, t¹i ®ã tÝn hiÖu ph¶n x¹ sÏ thay ®æi däc sîi.- Çc thµnh phÇn tÇn sè kh¸c bÞ trÔ víi thêi gian kh¸c nhau- KÕt qu¶ tÝn hiÖu quang ra sÏ bï ® îc t¸n s¸c

BÀI GIẢNG MÔN



Trong hÖ thèng quang cù li dµi, sö dông kü thuËt OPC ®Ó bï t¸n s¾c. Nguyªn lý cña OPC lµ thùc hiÖn kÕt hîp tr êng phøc t¹i chÆng gi÷a cña tuyÕn, kÕt qu¶ lµ t¹i n÷a sau ¶nh h ëng cña GVD sÏ trung hoµ ¶nh h ëng cña GVD ë n÷a ®Çu. Ph ¬ng ph¸p nµy cßn ® îc gäi lµ ®¶o phæ gi÷a chÆng. Ph ¬ng ph¸p sö dông th«ng dông nhÊt trong OPC lµ FWM trong m«i tr êng phi tuyÕn: th êng chän b íc sãng b¬m trïng víi b íc sãng t¸n s¾c kh«ng ThÝ dô vÒ bï t¸n s¾c: tÝn hiÖu =1542,9nm ® îc kÕt hîp pha nhê FWM trong 21 km sîi DSF víi sãng b¬m ë =1546,7nm

bï t¸n s¾c VíI kÕt hîp pha quang (OPC)bï t¸n s¾c VíI kÕt hîp pha quang (OPC)

BÀI GIẢNG MÔN



HÖ thèng quang cù li dµiHÖ thèng quang cù li dµi

Bá qua ¶nh h ëng cña phi tuyÕn, t¸n s¾c GVD tæng ® îc bï mét lóc ë ®Çu thu. Khi xÐt ®Õn ¶nh h ëng cña phi tuyÕn th× ph¶i sö dông mét gi¶i ph¸t kh¸c: qu¶n lý t¸n s¾c theo chu kú. Sö dông çc sîi quang cã GVD d ¬ng vµ ©m trong mét chu kú, sao cho:

D= (D1L1+D2L2)/Lm0

Thùc tÕ, chu kú s¾p xÕp Lm=L1+L2 ® îc chän phô thuéc vµo hiÖu n¨ng hÖ thèng vµ th êng ® îc chän = LA

Lm=LA 80km hÖ thèng quang ®Êt liÒn nh ng gi¶m xuèng 50km ®èi víi hÖ thèng çp biÓn.

BÀI GIẢNG MÔN



HÖ thèng quang cù li dµiHÖ thèng quang cù li dµi Cho hÖ thèng sîi ®¬n mode chuÈn:

RxTx OA OA

DCF S-SMF

Mét chu k× bï t¸n s¾c

LDCF LSSMF

Kho¶ng çch (km)

§é d t¸n s¾c (ps/nm)

0

RxTx OA OA

DCFS-SMF


LDCFLSSMF

Kho¶ng çch (km)


0

RxTx OA OA

DCF S-SMF


1/2LDCF LSSMF

OA

DCF

1/2LDCF

Kho¶ng çch (km)


0

BÀI GIẢNG MÔN



HÖ thèng quang b¨ng réngHÖ thèng quang b¨ng réng

Çc hÖ thèng WDM yªu cÇu bï t¸n s¾c ®ång thêi cho tÊt c¶ çc kªnh:

D1(n)L1+D2(n)L2=0 § êng cong t¸n s¾c DCF ph¶i tho¶ m·n:

S2=-S1(L1/L2)=S1(D2/D1)

TØ sè S/D ph¶i phï hîp trªn c¶ hai ®o¹n. NhiÒu çch tö sîi cã thÓ ® îc sö dông:

BÀI GIẢNG MÔN



Bï t¸n s¾c bËc 3Bï t¸n s¾c bËc 3

BÀI GIẢNG MÔN




4.2. CÁC HIỆU ỨNG PHI TUYẾN VÀ ỨNG DỤNG

BÀI GIẢNG MÔN




Hiệu ứng tự điều chế pha (SPM)- Hiện tượng này tạo nên sự dịch pha phi tuyến NL của

trường quang khi lan truyền trong sợi quang.

NLconst

EnnLnL

2

2022

BÀI GIẢNG MÔN




Hiệu ứng điều chế pha chéo (XPM) - Là hiệu ứng pha phi tuyến gây ra do do tác động của các

xung quang ở các kênh khác. Chỉ xẩy ra trong hệ thống đa kênh.

- Trong hệ thống đa kênh, dịch pha phi tuyến của tín hiệu tại bước sóng trung tâm i được tính theo công thức sau:

tItIzn jji

ii

NL 22

2

BÀI GIẢNG MÔN




Hiệu ứng trộn bốn sóng (FWM) - Tần số sóng quang mới sinh ra khi 2 hoặc 3 sóng quang với

các tần số khác nhau tương tác với nhau

- Giả sử có 3 bước sóng với tần số i, j, k thì tổ hợp tần số mới tạo ra sẽ là những tần số ijk thoả mãn:

ijk = i + j - k

- Tổng số các thành phần mới được tạo ra có thể tính như sau:

m = 1/2 (N3 - N2) với N là số kênh ban đầu

BÀI GIẢNG MÔN




Hiệu ứng tán xạ Raman (SRS)- Là kết quả của quá trình tán xạ không đàn hồi, trong đó photon ánh

sáng tới chuyển một phần năng lượng của mình cho dao động cơ học của các phần tử cấu thành môi trường truyền dẫn và phần năng lượng còn lại được phát xạ thành ánh sáng có bước sóng lớn hơn bước sóng của ánh sáng tới

- Khi ánh sáng tín hiệu truyền trong sợi quang có cường độ lớn, quá trình này trở thành quá trình kích thích (được gọi là SRS) mà trong đó ánh sáng tín hiệu đóng vai trò sóng (gọi là bơm Raman) làm cho phần lớn năng lượng của tín hiệu được chuyển tới bước sóng Stoke. Công suất của bước sóng Stoke Ps(L) được tính theo công thức:

Ps(L) = P0exp(grP0L/KAeff)

P0 là công đưa vào sợi tại bước sóng tín hiệu; gr là hệ số khuếch đại Raman; Aeff là vùng lõi hiệu dụng; K đặc trưng cho mối quan hệ về phân cực giữa tín hiệu, bước sóng Stoke và phân cực của sợi. Đối với sợi thông thường thì K ≈ 2

BÀI GIẢNG MÔN




Hiệu ứng Brillouin (SBS)- Tương tự như SRS. Ánh sáng tới tương tác với môi trường truyền và mất một phần năng lượng để chuyển lên bước sóng dài hơn.

- Bước sóng Stokes ở hiện tượng Brillouin có khoảng cách cỡ 11 GHz so với bước sóng bơm

- Sóng Stokes chỉ sinh ra trên hướng ngược lại với sóng bơm.

- mức công suất ngưỡng đối với hiệu ứng SBS như sau:

Với: g : là hệ số khuếch đại Brillouin.

p : là độ rộng phổ tín hiệu.

- Hiệu ứng này không phụ thuộc số kênh của hệ thống.

B

pB

eff

effth

gLKA

21P

BÀI GIẢNG MÔN




Ứng dụng các hiệu ứng phi tuyến

- Ứng dụng hiệu ứng SPM làm bộ tái tạo tín hiệu

- Ứng dụng hiệu ứng FWM làm bộ chuyển đổi bước sóng

BÀI GIẢNG MÔN




4.3- FTTx

- Đây là một hình thức truy nhập trong mạng truy nhập sợi quang, để đưa dịch vụ tới khách hàng. FTTx bao gồm các hệ thống truy nhập khác nhau như:

- Sợi quang tới vùng dân cư (FTTC).

- Sợi quang tới cơ quan (FTTO).

- Sợi quang tới tòa nhà (FTTB).

- Sợi quang tới tận nhà (FTTH).

BÀI GIẢNG MÔN




FTTC

Tổng đài

Độ dài cáp đồng : xấp xỉ 100m

Sợi quang

BÀI GIẢNG MÔN




FTTO/H

Tổng đài


BÀI GIẢNG MÔN




FTTB

Tổng đài


BÀI GIẢNG MÔN




Công nghệ AON - Là mạng truy nhập quang để phân phối tín hiệu sử dụng các thiết bị cần

nguồn cung cấp

- Dữ liệu từ phía nhà cung cấp của khách hàng nào sẽ chỉ được chuyển đến khách hàng đó →dữ liệu của khách hàng sẽ tránh được xung đột khi truyền trên đường vật lý chung.

BÀI GIẢNG MÔN




Kiến trúc “Home Run”

BÀI GIẢNG MÔN




Kiến trúc Active Star Ethernet

BÀI GIẢNG MÔN




Công nghệ PON - Là một kiến trúc mạng điểm-đa điểm, sử dụng các bộ chia quang

thụ động (không có nguồn cung cấp) để chia công suất quang từ một sợi quang tới các sợi quang cung cấp cho nhiều khách hàng

- Mạng quang thụ động có ba cấu hình cơ bản đó là:

- Cấu hình Ring

- Cấu hình cây

- Cấu hình bus

BÀI GIẢNG MÔN




BÀI GIẢNG MÔN




4.4- QUANG COHERENT- Tín hiệu thông tin được điều chế ở phía phát với mức độ yêu cầu cao về độ

rộng phổ tín hiệu, độ ổn đình tần số (có thể điều chế trực tiếp hoặc điều chế ngoài)

- Độ phân cực của ánh sáng được giữ nguyên trạng quá trình truyền

- Trước khi tách sóng ở thiết bị thu, tín hiệu thông tin được trộn với tín hiệu dao động nội. Như vậy ánh sáng đã được xử lý trước khi tới bộ tách sóng quang.

- Ưu điểm: Có độ nhạy thu cao Cho phép kéo dài thêm cự ly truyền dẫn Băng tần của hệ thống lớn và có thể điều chỉnh lựa chọn các kênh

quang

BÀI GIẢNG MÔN




Cấu trúc cơ bản của hệ thống thông tin quang coherent

- Chức năng các khối:• DE (Drive Electronic): khối này thực hiện khuếch đại tín hiệu ngõ vào nhằm tạo tín

hiệu có mức phù hợp với các khối phía sau.• CWL (Continuous Wave Laser): đây là bộ dao động quang sử dụng laser bán dẫn có

độ rộng phổ hẹp phát ra ánh sáng liên tục có bước sóng 1.

DE MOD DEC AMP DE-MOD

CWLLC LLO LOC

1 1

2

Homodyne 1 = 2

Heterodyne 1 2

Dữ liệu vào

Bộ phát

Bộ thu

Heterodyne

BÀI GIẢNG MÔN




• LC (laser control): khối này nhằm ổn định bước sóng phát ra của bộ dao động quang.• MOD (Modulator): đây là khối điều chế quang, sử dụng kỹ thuật điều chế ngoài để

tạo ra tín hiệu điều chế dạng ASK (Amplitude Shitf Keying), FSK (Frequency Shitf Keying), PSK (Phase Shitf Keying) hay PolSK (Polarization Shitf Keying ).

• LLO (Laser Local Oscillator): đây là bộ dao động nội tại bộ thu sử dụng laser bán dẫn tạo ra tín hiệu quang có bước sóng 2.

• DEC (Detector): khối này thực hiện hai tính năng, đầu tiên sử dụng coupler FBT cộng tín hiệu thu được (1) và tín hiệu tại chỗ (2). Sau đó đưa tín hiệu tổng tới photodiode để thực hiện tách sóng trực triếp theo qui luật bình phương.

• LOC (Local Oscillator control): khối này nhằm điều khiển pha và tần số của tín hiệu dao động nội ổn định.

• AMP (Amplifier): khối này khuếch đại tín hiệu điện sau khi tách sóng quang.• DEMOD (Demodulator): khối này chỉ cần thiết khi bộ thu hoạt động ở chế độ

heterodyne.

BÀI GIẢNG MÔN




Sơ đồ khối tổng quát của bộ thu quang coherent

- Bộ thu quang Heterodyne

Coupler 22 Bộ tách sóng quang

Bộ lọc khuếch đại trung tần

Bộ giải điều chế

Bộ lọc khuếch đại

dải nền

Mạch quyết định bit

AFC Bộ dao động nội

Tín hiệu vào

Tín hiệu ra

BÀI GIẢNG MÔN




- Bộ thu quang Homodyne có khoá pha giữa tín hiệu dao động nội và tín hiệu vào.

Coupler 22

Bộ tách sóng quang

Bộ lọc khuếch đại

dải nền

Mạch quyết định bit

AFC

Bộ dao động nội

Tín hiệu vào

Tín hiệu ra

Coupler 22

BÀI GIẢNG MÔN




4.5- RoF

- Công nghệ RoF sử dụng đường truyền sợi quang để phân phối các tín hiệu tần số vô tuyến (RF) từ một trạm đầu cuối tới các khối anten đầu xa (RAU).

BÀI GIẢNG MÔN




Các ưu điểm khi sử dụng công nghệ RoF

- Suy hao thấp

- Băng thông lớn

- Lắp đặt và bảo trì đơn giản

- Giảm công suất tiêu thụ

- Phân bổ tài nguyên linh hoạt

BÀI GIẢNG MÔN




Hạn chế của công nghệ RoF

- Do RoF gồm điều chế tương tự và tách sóng quang →về cơ bản là hệ thống truyền dẫn tương tự → tín hiệu bị ảnh hưởng bởi nhiễu và méo.

Documents

Mang truyen tai quang