1. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
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
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 1
2. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
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.
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 2
3. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
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 %
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 3
4. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
CHƯƠNG 1
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG
WDM
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 4
5. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
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
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 5
6. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
1.1 NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG
QUANG (WDM) )
Kh¸i niÖm W
DM:
- Nhu cÇu truyÒn sè liÖu t¨ng cao ⇒ dung lîng 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 bíc sãng quang trªn cïng mét sîi quang.
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 6
8. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
Qu¸ tr×nh ph¸t triÓn W
DM
Transmitters
Combining
Signals
www.ptit.edu.vn
Receivers
Transmission on fiber
Separating
Signals
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 8
9. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
C¸c chÕ ®é truyÒn dÉn W
DM: (Theo híng truyÒn dÉn)
HÖ thèng WDM ®¬n híng:
Transmitters
λ1
λ2
λ Multiplexing
Fiber 1
λ Demultiplexing
Receivers
λ1
λ2
λ3
λ3
λn
λn
Transmitters
λ1
λ2
λ Multiplexing
Fiber 2
λ Demultiplexing
Receivers
λ1
λ2
λ3
λ3
λn
λn
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 9
10. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
HÖ thèng WDM song híng:
Transmitters
λ 11
λ 1n
λ Multiplexing
+Demultiplexing
Fiber 1
λ Multiplexing
+Demultiplexing
Receivers
λ1
λ2
λ 21
λ 21
λ 2n
λ 2n
Receivers
Transmitters
Transmitters
λ 11
λ 1n
λ Multiplexing
+Demultiplexing
Fiber n
λ Multiplexing
+Demultiplexing
Receivers
λ1
λ2
λ 21
λ 21
λ 2n
λ 2n
Receivers
www.ptit.edu.vn
Transmitters
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 10
11. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
M« h×nh chung hÖ thèng W
DM: (®iÓm- ®iÓm)
M¸y ph¸t quang
1
OTU
MUX
n
M¸y thu quang
KhuÕch ®¹i trung
kÕ quang
OTU
BA
PA
LA
λs
Bé ph¸t tÝn hiÖu ®iÒu
khiÓn gi¸m s¸t kªnh
quang
λs
λs
Thu/ph¸t tÝn hiÖu
®iÒu khiÓn gi¸m s¸t
kªnh quang
λs
D
E
M
U
X
Bé thu
Bé thu
1
n
Bé thu tÝn hiÖu ®iÒu
khiÓn gi¸m s¸t kªnh
quang
HÖ thèng qu¶n lý
m¹ng
OTU - Bộ chuyển phát quang
PA - Bộ tiền khuyếch đại quang
MUX/DEMUX - Bộ ghép/tách bước sóng
LA - Bộ khuyếch đại đường truyền
BA - Bộ khuyếch đại công suất
λS - Bước sóng kênh giám sát quang (OSC)
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 11
12. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
Các tham số của hệ thống WDM
a. 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
#1
#2
…
#k …
# N-1 #N
Côn
g
suất
quan
g
~B
Bước sóng λ
∆λ
Băng thông sử dụng của hệ thống
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 12
13. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
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
Dung lượng
cách truyền truyền dẫn
dẫn L (km) (Tb/s-km)
10
68
1.3
17
20
150
51.0
273
40
117
1277.6
26
100
410
1066.0
5
www.ptit.edu.vn
2
320
525
840.0
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 13
14. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
Bảng 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
8+4
Tốc độ
kênh B
(Gbit/s)
Khoảng
cách
truyền
dẫn Dl
Dung
lượng
truyền
dẫn
(Pb/s-km)
Hệ thống
1 700
48
10
39 000
18.7 Mạng
liên
lục
SEAMEWE3 (2007)
địa
64
www.ptit.edu.vn
10 + 40
0.4 Mạng đường trục DWDM
backbone VNPT (2010)
10
18 800
12 Mạng
liên
lục
SEAMEWE4 (2008)
địa
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 14
15. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
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)
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 15
16. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
1.2- CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG WDM
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 16
17. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
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 c¸c ®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 bíc sãng chÝnh x¸c
theo tiªu chuÈn.
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 17
18. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
Bé thu quang:
- Gièng c¸c bé thu quang sö dông trong c¸c hÖ thèng ®¬n kªnh
- §é nh¹y cao trong d¶i réng bíc sãng, nhiÔu thÊp, ho¹t ®éng æn
®Þnh.
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 18
19. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
Sîi quang:
- Sö dông sîi ®¬n mode G.652 (SMF) vµ sîi G.655 (NZ-DSF)
- Tr¸nh sö dông sîi G.653 (DSF).
- C¸c yÕu tè ¶nh
ëng c¬ b¶n:
h
. Suy hao
. T¸n s¾c
. HiÖu øng phi tuyÕn
Mét sè lo¹i sîi
®iÓn h×nh
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 19
22. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
Bé t¸ch/ghÐp bíc sãng: (OMUX/ODEMUX)
- Ph¹m vi øng dông cña mét sè kü thuËt:
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 22
30. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
Bé t¸ch/ghÐp bíc sãng: (C¸ch tö)
C¸ch tö nhiÔu x¹ ph¼ng:
Chïm tia tíi
α
Gåm mét ®Õ vµ líp phñ ph¶n x¹ cÊu
β
Ph¸p tuyÕn
c¸ch tö
tróc tuÇn hoµn (gåm c¸c r·nh c¸ch
®Òu nhau).
¸nh s¸ng ®i vµo c¸c r·nh sÏ bÞ nhiÔu
x¹ thµnh mét d¶i c¸c mÆt sãng víi c¸c
gãc kh¸c nhau.
Tia bÞ nhiÔu
x¹
§é lÖch quang lé
b»ng nguyªn lÇn
bíc sãng
§iÒu kiÖn nhiÔu x¹:
nλ = d ( sin β − sin α )
T¹i mçi bíc sãng sÏ cã mét gãc x¸c
®Þnh tho¶ m·n ®iÒu kiÖn giao thoa
céng hëng.
www.ptit.edu.vn
dsinβ
Tia tíi
α
d
Chu kú
c¸ch tö
β
Ph¸p tuyÕn
c¸ch tö
Tia nhiÔu x¹
dsinα
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 30
31. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
Bé t¸ch/ghÐp bíc sãng: (C¸ch tö)
C¸ch tö nhiÔu x¹ ph¼ng:
Mét sè cÊu h×nh cô thÓ:
§iÒu kiÖn Littrow
nλ = d ( sin β − sin α )
Sö dông kÕt hîp víi
thÊu kÝnh GRIN
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 31
32. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
Bé t¸ch/ghÐp bíc sãng: (C¸ch tö)
FBG:
§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 bíc
sãng gÇn víi bíc sãng Bragg:
λB = 2neffd/m
trong ®ã neff chiÕt suÊt hiÖu dông lâi sîi,
d- chu kú c¸ch tö, m- bËc c¸ch 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
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Bộ giao thoa
Michelson
dựa trªn FBG
Trang 32
34. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
Bé t¸ch/ghÐp bíc sãng: (C¸ch tö)
M¶ng c¸ch tö dÉn sãng- AWG:
DÞch pha cña tÝn hiÖu cã λ 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 hëng) 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 c¸c bé t¸ch/ghÐp, ®Þnh tuyÕn λ dung lîng lín.
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 34
35. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
Bé t¸ch/ghÐp bíc sãng:
Coåg 2
n
Coåg 2
n
Mét sè thiÕt bÞ quang kh¸c :
λ1 , λ 2 , λ3
Coåg 3
n
(a)
www.ptit.edu.vn
Coåg 3
n
ISOLATOR
ISOLATO
R
λ4
Coåg 4
n
Coåg 1
n
Coåg 1
n
λ1 , λ 2 , λ 3
(b)
(c)
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 35
36. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
Bé t¸ch/ghÐp bíc sãng:
Boä
quay pha Faraday
AÙ saùg ñi ra
nh n
AÙ saùg ñi vaø
nh n
o
Khoaù
AÙ saùg phaû xaï
nh n
n
Boä
phaâ cöï
n
c
Boä
phaâ cöï
n
c
(a)
Boä
quay pha Faraday
AÙ saùg ñi vaø
nh n
o
AÙ saùg ñi ra
nh n
SWP
Maëphaúg λ / 2
t
n
SWP
AÙ saùg phaû xaï
nh n
n
(b)
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 36
39. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
Bé xen/rÏ bíc sãng: (OADM)
CÊu h×nh OADM ®¬n gi¶n:
DEMUX
MUX
Tín hiệu
WDM
Tín hiệu
WDM
Amplifier
RT
Xen/rẽ
điện tử
R: Bộ thu quang
T: Bộ phát quang
Các luồng xen/rẽ
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 39
40. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
Bé xen/rÏ bíc sãng: (OADM)
CÊu h×nh OADM sö dông c¸ch tö:
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 40
41. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
Bé nèi chÐo quang: (OXC)
Chøc n¨ng chuyÓn ®æi c¸c kªnh bíc sãng gi÷a c¸c cæng ®Çu vµo
vµ c¸c cæng ®Çu ra tÝn hiÖu ®a kªnh kh¸c nhau.
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 41
42. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
Bé nèi chÐo quang: (OXC)
OXC sö dông thªm c¸c bé chuyÓn ®æi bíc 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.
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 42
43. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
1.3- MỘT SỐ VẤN ĐỀ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU NĂNG HỆ
THỐNG WDM
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 43
44. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
• 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
.
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 44
45. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
Độ bằng phẳng
Đầu vào
Đáp ứng của một
khuếch đại
Đầu ra
Đáp ứng hệ thống sau nhiều tầng
khuếch đại
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
- 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
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 45
46. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
Sự can nhiễu tín hiệu từ một
kênh bước sóng này sang một
kênh bước sóng khác
P
…i-2
…
i-1
i
(a)
Bước sóng
Xuyên kênh tuyến tính
I = I i + ∑ I j T j = I ch + I X
1
Hệ
số
tru
yền
đạt
N
i+1 i+2
Cô
ng
suấ
t
qua
ng
Xuyên kênh
(b)
j ≠i
0
P
Bước sóng
…i-2
…
i-1
i
Cô
ng
suấ
t
qua
ng
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
i+1 i+2
(c)
N
P = Pi + ∑ PjT j
Ii là dòng điện ứng j với Pi, Ij là dòng điện
≠i
ứng Pj. Ich dòng điện của kênh cần tách
và Ix dòng điện dò từ các kênh khác
sang.
www.ptit.edu.vn
Bước sóng
Hình 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.
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 46
47. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
Cân bằng bù tán sắc các kênh quang
- Bù tán sắc sử dụng DCF
- Cân bằng bù tán sắc các kênh quang
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 47
48. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
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 - SelfPhase Modulation), hiệu ứng điều chế pha chéo (XPM - CrossPhase Modulation) và hiệu ứng trộn 4 sóng (FWM - Four-Wave
Mixing).
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 48
49. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
Hiệu ứng tán xạ Raman kích thích
Các bước sóng đầu ra
Các bước sóng đầu vào
Sợi quang
Hình 1.25 . Hiệu ứng Raman trong hệ thống WDM
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 49
50. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
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.
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 50
51. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
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.
λ1
λ2
λ3
f213
f231
f123
f113
f112
f312
f223
f132
fijk - fi = fj - fk (i,j <> k)
f321
f221
f332
f331
Hình 1.26. Hiệu ứng trộn bốn sóng
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 51
52. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
1.4 – MẠNG TRUYỀN TẢI WDM:
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 52
53. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
Phân loại theo cấu hình :
Mạng đường thẳng
A
B
Mạng vòng
C
D
E
B
C
B
C
D
A
Coupler
sao
A
D
E
. Mạng hình sao
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 53
54. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
Phân loại theo vùng phủ địa lý :
Mạng đường trục WDM (mạng lõi)
Mạng đô thị WDM
Mạng truy cập
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 54
55. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
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)
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 55
56. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
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:
Bảo vệ kênh quang
Bảo vệ 1+1
Bảo vệ đoạn ghép kênh quang
Bảo vệ 1+1 (W-UPSR)
Bảo vệ 1:1, 1:n (W-BLSR)
Bảo vệ đường truyền quang
Bảo vệ 1+1, 1:1
www.ptit.edu.vn
Lớp kênh quang
Lớp đoạn
ghép kênh quang
Lớp đoạn
truyền dẫn quang
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 56
57. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
CHƯƠNG 2
KHUẾCH ĐẠI QUANG
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 57
58. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
KHUẾCH ĐẠI QUANG
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.
www.ptit.edu.vn
SO SÁNH CÁC LOẠI BỘ KHUẾCH ĐẠI
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 58
60. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
KHUẾCH ĐẠI QUANG
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].
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 60
61. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
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.
Pout
G
Pout, sat
3dB
Pin
Pin,sat
www.ptit.edu.vn
Pout
Pout,sat
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 61
64. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
KHUẾCH ĐẠI QUANG
NhiÔu bé khuÕch ®¹i
LÊy trung b×nh ®èi víi θ (cos θ =1/2) vµ bá qua víi c¸c nguån nhiÔu
kh¸c:
-
2
σ sig − sp ≈ 4( RGPin )( RS sp )∆f
Do ®ã SNR cña tÝn hiÖu K§ cã d¹ng:
( SNR ) out =
-
I
2
σ2
( RGPin ) 2
GPin
=
≈
2
σ
4S SP ∆f
Gi¸ trÞ nhiÔu cña bé K§:
Fn = 2nsp ( G − 1) / G ≈ 2nsp
-
SNR gi¶m 3dB ngay c¶ víi bé K§ lÝ tëng (nsp=1)
-
Thùc tÕ, Fn vît 3 dB vµ cã thÓ tíi 6-8 dB
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 64
65. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
KHUẾCH ĐẠI QUANG
NhiÔu bé khuÕch ®¹i
-
Minh ho¹ c¸ch x¸c ®Þnh Fn :
Power
Input Sinal* Gain
Gain
Sourse SE* Gain+EDFA
ASE
Actual output
Ideal output
Input
SNRout
EDFA ASE
Sourse SE* Gain
Sourse Spontaneous
Emission (SE)
W
avelenght
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 65
66. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
KHUẾCH ĐẠI QUANG
2.2. KHUẾCH ĐẠI QUANG BÁN DẪN (SOA)
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 66
68. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
KHUẾCH ĐẠI QUANG
FP-SOA:
- HÖ sè K§ cña FP-SOA ®îc
x¸c ®Þnh nh sau:
(1 − R1 )(1 − R2 )G
Pin
GFP (ν ) =
2
2
(1 − G R1 R2 ) + 4G R1 R2 sin [π (ν −ν m ) / ∆ν L ]
trong ®ã:
G - Hệ số khuyếch đại thông đơn
νm - tần số céng hưởng của khoang
IB
R1
R2
Pout
L
∆νL - khoảng cách các mode còn gọi là dải phổ tự do của khoang FP
-
Thùc tÕ GFP gi¶m tíi G khi R1=R2=0 vµ GFP ®¹t ®Ønh khi ν trïng νm vµ
gi¶m m¹nh khi ë gi÷a chóng.
HÖ sè khuÕch ®¹i thùc bị gi¶m cßn ηinηoutGFP
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
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 68
69. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
KHUẾCH ĐẠI QUANG
FP-SOA:
- §é réng b¨ng tÇn bé K§ tõ ®iÒu hëng ν-νm víi GFP gi¶m 3dB so víi gi¸ trÞ
®Ønh:
1− G R R
2∆ν L
1 2
∆ν A =
sin −1
4G R R 1/ 2
π
1 2
(
-
)
§Ó ∆νA lín th× G R1 R2 ph¶i gÇn b»ng 1.
H¹n chÕ cña FP-SOA:
+ Phæ khuÕ c h ® ¹ i bÞ nhÊp nh« d o s ù p h¶ x ¹ , ® Ø nh t¹ i ν= νm
n
+ § é ré ng b¨ng tÇn bé K§ (∆νA) lµ m é t p hÇn nhá c ña d ¶p hæ tù d o c ña
i
kho a ng PF (∆νL= 1 0 0 G Hz vµ ∆νA= 1 0 G Hz ). ∆νA nhá lµ m c ho bé K§ FP
kh« ng p hï hîp víi c ¸ c ø ng d ô ng hÖ thè ng q ua ng .
- §Ó kh¾c phôc nh÷ng h¹n chÕ nµy ph¶i sö dông lo¹i TW-SOA
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 69
70. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
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 ngìng 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 bÒ
mÆt th«ng qua biÓu thøc:
2
max
1+ G R R
G
1 2
∆G = FP =
min
1− G R R
G FP
1
-
§Ó duy tr× ∆G<2 th× hÖ sè ph¶n x¹
ph¶i tho¶ m·n ®k: G R1 R2 < 0,17
§Ó cã G=1000 (30dB) th× R1 R2 < 1,7 × 10 −4
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 70
72. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
KHUẾCH ĐẠI QUANG
2.3 – KHUẾCH ĐẠI QUANG SỬ DỤNG SỢI PHA
ERBIUM (EDFA)
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 72
73. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
KHUẾCH ĐẠI QUANG
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.
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 73
74. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
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.
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 74
75. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
KHUẾCH ĐẠI QUANG
Mặt cắt ngang của sợi quang pha ion Erbium
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 75
76. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
KHUẾCH ĐẠI QUANG
- Phổ khuyếch đại của EDFA phụ thuộc vào chất đồng pha tạp,
công suất bơm và nồng độ Er.
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 76
77. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
KHUẾCH ĐẠI QUANG
Cấu hình bộ khuếch đại EDFA bơm hai chiều
Sợi pha Er3+
Bộ cách li
Bộ cách li
Coupler
Laser
bơm
www.ptit.edu.vn
Coupler
Laser
bơm
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 77
78. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
KHUẾCH ĐẠI QUANG
2.4- BỘ KHUẾCH ĐẠI RAMAN (RA)
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 78
81. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
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 bíc
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
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 81
82. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
KHUẾCH ĐẠI QUANG
2.5 SO SÁNH CÁC LOẠI BỘ KHUẾCH ĐẠI
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 82
83. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
CHƯƠNG 3
TRUYỀN TẢI IP/WDM
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 83
84. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
TRUYỀN TẢI IP/WDM
3.1.
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ IP
3.2.
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG TRUYỀN TẢI IP/
WDM
3.3.
www.ptit.edu.vn
ĐIỀU KHIỂN TRONG MẠNG IP/ WDM
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 84
85. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
TRUYỀN TẢI IP/WDM
Internet
Đơn giản
Phổ biến
IP over WDM
WDM
www.ptit.edu.vn
Tốc độ cao
Chuyển mạch linh hoạt
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 85
86. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
TRUYỀN TẢI IP/WDM
3.2- GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG TRUYÊN TẢI
IP/WDM
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 86
87. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
TRUYỀN TẢI IP/WDM
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
IP
IP
SDH
ATM
SDH
IP
Quang/WDM
Quang/WDM
Quang/WDM
Quang/WDM
Quang/WDM
Quang/WDM
Quang/WDM
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 87
88. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
TRUYỀN TẢI IP/WDM
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
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 88
89. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
TRUYỀN TẢI IP/WDM
IP/ WDM điểm - điểm
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 89
90. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
TRUYỀN TẢI IP/WDM
IP/WDM cấu hình lại
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 90
91. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
TRUYỀN TẢI IP/WDM
IP/WDM chuyển mạch
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 91
92. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
TRUYỀN TẢI IP/WDM
Mô hình xếp chồng
Mô hình ngang hàng
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 92
93. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
TRUYỀN TẢI IP/WDM
Các công nghệ hướng tới truyền tải IP/WDM
- Chuyển mạch burst quang
- Chuyển mạch gói quang quang
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 93
94. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
TRUYỀN TẢI IP/WDM
Chuyển mạch burst quang
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 94
95. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
TRUYỀN TẢI IP/WDM
Chuyển mạch gói quang quang
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 95
96. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
TRUYỀN TẢI IP/WDM
3.3.
www.ptit.edu.vn
ĐIỀU KHIỂN TRONG MẠNG IP/ WDM
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 96
97. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
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
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 97
98. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
CHƯƠNG 4
MỘT SỐ CÔNG NGHỆ, KỸ
THUẬT VÀ XU HƯỚNG NGHIÊN
CỨU TRONG MẠNG TRUYỀN
TẢI QUANG
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 98
99. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
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
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 99
114. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
MỘT SỐ CÔNG NGHỆ, KỸ THUẬT VÀ XU HƯỚNG NGHIÊN
CỨU TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
4.2.
www.ptit.edu.vn
CÁC HIỆU ỨNG PHI TUYẾN VÀ ỨNG DỤNG
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 114
115. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
MỘT SỐ CÔNG NGHỆ, KỸ THUẬT VÀ XU HƯỚNG NGHIÊN
CỨU TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
Hiệu ứng tự điều chế pha (SPM)
- Hiện tượng này tạo nên sự dịch pha phi tuyến ΦNL của
trường quang khi lan truyền trong sợi quang.
(
2πnL 2πL n 0 + n 2 E
Φ=
=
λ
λ
www.ptit.edu.vn
2
) = const + Φ
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
NL
Trang 115
116. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
MỘT SỐ CÔNG NGHỆ, KỸ THUẬT VÀ XU HƯỚNG NGHIÊN
CỨU TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
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 λi được tính theo công thức sau:
φ NL
www.ptit.edu.vn
2π
=
n 2 z I i ( t ) + 2∑ I j ( t )
λi
i≠ j
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 116
117. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
MỘT SỐ CÔNG NGHỆ, KỸ THUẬT VÀ XU HƯỚNG NGHIÊN
CỨU TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
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 ωi, ωj, ωk thì tổ hợp tần số
mới tạo ra sẽ là những tần số ωijk thoả mãn:
ωijk = ωi + ωj - ωk
- Tổng số các thành phần mới được tạo ra có thể tính như sau:
m = 1/2 (N3 - N2)
www.ptit.edu.vn
với N là số kênh ban đầu
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 117
118. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
MỘT SỐ CÔNG NGHỆ, KỸ THUẬT VÀ XU HƯỚNG NGHIÊN
CỨU TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
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
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 118
119. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
MỘT SỐ CÔNG NGHỆ, KỸ THUẬT VÀ XU HƯỚNG NGHIÊN
CỨU TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
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:
KA eff ∆ν B + ∆ν p
P = 21
gL eff
∆ν B
th
Với: g : là hệ số khuếch đại Brillouin.
∆νp : là độ rộng phổ tín hiệu.
- Hiệu ứng này không phụ thuộc số kênh của hệ thống.
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 119
120. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
MỘT SỐ CÔNG NGHỆ, KỸ THUẬT VÀ XU HƯỚNG NGHIÊN
CỨU TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
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
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 120
121. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
MỘT SỐ CÔNG NGHỆ, KỸ THUẬT VÀ XU HƯỚNG NGHIÊN
CỨU TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
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).
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 121
122. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
MỘT SỐ CÔNG NGHỆ, KỸ THUẬT VÀ XU HƯỚNG NGHIÊN
CỨU TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
FTTC
Tổng đài
Sợi quang
Cá
p
n
đồ
g
Độ dài cáp đồng : xấp xỉ 100m
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 122
123. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
MỘT SỐ CÔNG NGHỆ, KỸ THUẬT VÀ XU HƯỚNG NGHIÊN
CỨU TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
FTTO/H
Tổng đài
Độ dài cáp đồng : xấp xỉ 0m
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 123
124. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
MỘT SỐ CÔNG NGHỆ, KỸ THUẬT VÀ XU HƯỚNG NGHIÊN
CỨU TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
FTTB
Tổng đài
Độ dài cáp đồng : xấp xỉ 10m
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 124
125. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
MỘT SỐ CÔNG NGHỆ, KỸ THUẬT VÀ XU HƯỚNG NGHIÊN
CỨU TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
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.
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 125
126. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
MỘT SỐ CÔNG NGHỆ, KỸ THUẬT VÀ XU HƯỚNG NGHIÊN
CỨU TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
Kiến trúc “Home Run”
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 126
127. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
MỘT SỐ CÔNG NGHỆ, KỸ THUẬT VÀ XU HƯỚNG NGHIÊN
CỨU TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
Kiến trúc Active Star Ethernet
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 127
128. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
MỘT SỐ CÔNG NGHỆ, KỸ THUẬT VÀ XU HƯỚNG NGHIÊN
CỨU TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
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
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 128
129. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
MỘT SỐ CÔNG NGHỆ, KỸ THUẬT VÀ XU HƯỚNG NGHIÊN
CỨU TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 129
130. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
MỘT SỐ CÔNG NGHỆ, KỸ THUẬT VÀ XU HƯỚNG NGHIÊN
CỨU TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
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
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 130
131. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
MỘT SỐ CÔNG NGHỆ, KỸ THUẬT VÀ XU HƯỚNG NGHIÊN
CỨU TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
Cấu trúc cơ bản của hệ thống thông tin quang coherent
Dữ liệu
vào
MOD λ1
DE
LC
CWL
Bộ
phát
Homodyne λ1 =
λ1
λ2
Heterodyne λ1 ≠
λ2
DEC
AMP
λ2
DEMOD
Heterodyn
e
LLO
LOC
Bộ thu
-
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 λ1.
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 131
132. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
MỘT SỐ CÔNG NGHỆ, KỸ THUẬT VÀ XU HƯỚNG NGHIÊN
CỨU TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
•
•
•
•
•
•
•
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 λ2.
DEC (Detector): khối này thực hiện hai tính năng, đầu tiên sử dụng coupler FBT cộng
tín hiệu thu được (λ1) và tín hiệu tại chỗ (λ2). 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.
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 132
133. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
MỘT SỐ CÔNG NGHỆ, KỸ THUẬT VÀ XU HƯỚNG NGHIÊN
CỨU TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
Sơ đồ khối tổng quát của bộ thu quang coherent
- Bộ thu quang Heterodyne
Tín hiệu vào
Coupler 2×2
Bộ dao động
nội
Bộ tách sóng
quang
Bộ lọc
khuếch đại
trung tần
Bộ giải điều
chế
AFC
Bộ lọc
khuếch đại
dải nền
Mạch quyết
định bit
Tín hiệu ra
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 133
134. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
MỘT SỐ CÔNG NGHỆ, KỸ THUẬT VÀ XU HƯỚNG NGHIÊN
CỨU TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
- Bộ thu quang Homodyne có khoá pha giữa tín hiệu dao
động nội và tín hiệu vào.
Tín hiệu vào
Coupler 2×2
Coupler 2×2
Bộ tách sóng
quang
Bộ lọc
khuếch đại
dải nền
Bộ dao động
nội
AFC
Mạch quyết
định bit
Tín hiệu ra
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 134
135. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
MỘT SỐ CÔNG NGHỆ, KỸ THUẬT VÀ XU HƯỚNG NGHIÊN
CỨU TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
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).
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 135
136. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
MỘT SỐ CÔNG NGHỆ, KỸ THUẬT VÀ XU HƯỚNG NGHIÊN
CỨU TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
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
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 136
137. BÀI GIẢNG MÔN
MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
MỘT SỐ CÔNG NGHỆ, KỸ THUẬT VÀ XU HƯỚNG NGHIÊN
CỨU TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
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.
www.ptit.edu.vn
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1
Trang 137
Notes de l'éditeur
Giải thích các khối, nguyên lý hoạt động.
Vẽ dạng tín hiệu sau bộ điều chế, tín hiệu trên đường truyền.