›

Bài giảng Mạng truyền tải quang

pdf 55 trang huongle 4030
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Mạng truyền tải quang", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_mang_truyen_tai_quang.pdf

Nội dung text: Bài giảng Mạng truyền tải quang

  1. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG GIỚI THIỆU MƠN HỌC  Thời lượng mơn học: . 4ĐVHT (36LT + 18TL + 6TH)  Mục tiêu: . Kiến thức: Trang bị cho sinh viên các kiến thức về ghép kênh quang theo bước sĩng WDM, các kỹ thuật khuếch đại quang, xu hướng phát triển của mạng quang. . Kỹ năng: Rèn cho sinh viên cĩ kỹ năng nghiên cứu, phân tích, đánh giá về các cơng nghệ trên mạng truyền tải quang  Nội dung: . Chương 1: Hệ thống thơng tin quang WDM . Chương 2: Khuyếch đại quang . Chương 3: Truyền tải IP/WDM . Chương 4: Một số cơng nghệ, kỹ thuật và xu hướng nghiên cứu trong mạng truyền tải quang www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 1
  2. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG GIỚI THIỆU MƠN HỌC  Tài liệu tham khảo: . Cao Hồng Sơn. Cơng nghệ IP trên WDM . Nhà xuất bản Bưu Điện, 8-2005. . Hồng Văn Võ. Cơng nghệ và mạng thế hệ sau. Nhà xuất bản Bưu Điện, 2008 . Vũ Văn San. Hệ thống Thơng Tin Quang, tập 2. Nhà xuất bản Bưu Điện, 2008. . Đỗ Văn Việt Em. Hệ thống thơng tin quang II. Học viện Cơng nghệ Bưu chính Viễn thơng, 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 MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 2
  3. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG GIỚI THIỆU MƠN 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 MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 3
  4. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG CHƯƠNG 1 HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 4
  5. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SĨNG 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 MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 5
  6. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  1.1 NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SĨNG QUANG (WDM) )  Khái niệm WDM: - Nhu cầu truyền số liệu tăng cao dung lượng truyền dẫn tăng nhanh. - Hệ thống truyền dẫn TDM truyền thống bị giới hạn về tốc độ. - Cửa sổ truyền dẫn trong sợi quang: - WDM là kỹ thuật cho phép truyền dẫn nhiều kênh bước sĩng quang trên cùng một sợi quang. www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 6
  7. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Các dải băng tần hoạt động trong WDM: • O-band (Original band): Dải băng tần từ 1260 nm  1360 nm. • E-band (Extended band): Dải băng tần từ 1360 nm  1460 nm. • S-band (Short wavelength band): Dải băng tần từ 1460 nm  1530 nm. • C-band (Conventional band): Dải băng tần từ 1530 nm  1565 nm • L-band (Long wavelength band): DảI băng tần từ 1565 nm  1625 nm • U-band (Ultra-long wavelength band): DảI băng tần từ 1625 nm  1675 nm www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 7
  8. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Quá trình phát triển WDM Transmitters Receivers Combining Separating Signals Signals Transmission on fiber www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 8
  9. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Các chế độ truyền dẫn WDM: (Theo hướng truyền dẫn)  Hệ thống WDM đơn hướng: Transmitters Receivers 1 1  Multiplexing  Demultiplexing Fiber 1 2 2 3 3 n n Transmitters Receivers 1 1  Multiplexing  Demultiplexing Fiber 2 2 2 3 3 n n www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 9
  10. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM Hệ thống WDM song hướng: Transmitters Receivers 11 1  Multiplexing  Multiplexing +Demultiplexing +Demultiplexing Fiber 1 1n 2 21 21 2n 2n Receivers Transmitters Transmitters Receivers 11 1  Multiplexing  Multiplexing +Demultiplexing +Demultiplexing Fiber n 1n 2 21 21 2n 2n Receivers Transmitters www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 10
  11. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Mơ hình chung hệ thống WDM: (điểm- điểm) Máy phát quang Khuếch đại trung Máy thu quang kế quang 1 1 OTU D Bộ thu E PA MUX BA LA M U n n Bộ thu OTU X s s s s Bộ phát tín hiệu điều Thu/ phát tín hiệu điều Bộ thu tín hiệu điều khiển giám sát kênh khiển giám sát kênh khiển giám sát kênh quang quang quang Hệ thống quản lý mạng OTU - Bộ chuyển phát quang PA - Bộ tiền khuyếch đại quang MUX/DEMUX - Bộ ghép/tách bước sĩng LA - Bộ khuyếch đại đường truyền BA - Bộ khuyếch đại cơng suất S - Bước sĩng kênh giám sát quang (OSC) www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 11
  12. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Các tham số của hệ thống WDM a. Số lượng kênh bước sĩng N b. Khoảng cách giữa các kênh bước sĩng Dl c. Băng thơng sử dụng của hệ thống N x Dl d. Tốc độ truyền tin trên mỗi kênh bước sĩng 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 sĩng B/Dl #1 #2 # k # N-1 #N Cơn g suất ~ B quan g Bước sĩng  D Băng thơng sử dụng của hệ thống www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 12
  13. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM Bảng 1.1- Các tham số chính của một số hệ thống WDM trong các phịng thí nghiệm. Tốc độ Khoảng Dung lượng Số kênh kênh B cách truyền truyền dẫn bước (Gbit/s) dẫn L (km) (Tb/s-km) sĩng N 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 www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 13
  14. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM Bảng 1.2- Các tham số chính của một số hệ thống WDM hiện đang được khai thác trên thế giới. Tốc độ Khoảng Dung Hệ thống Số kênh B cách lượng kênh (Gbit/s) truyền truyền bước dẫn Dl dẫn sĩng (Pb/s-km) N 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) www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 14
  15. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG 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 MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 15
  16. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  1.2- CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG WDM www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 16
  17. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Nguồn quang: - Sử dụng laser đơn mode làm nguồn phát (Cĩ thể sử dụng LED trong kỹ thuật cắt phổ) - Sử dụng bộ điều biến ngồi để giảm chirp, tốc độ điều biến cao và tạo các định dạng tín hiệu quang khác nhau (NRZ, RZ, CS-RZ, DPSK ). - Đảm bảo tín hiệu quang cĩ độ rộng phổ hẹp tại bước sĩng chính xác theo tiêu chuẩn. www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 17
  18. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Bộ thu quang: - Giống các bộ thu quang sử dụng trong các hệ thống đơn kênh - Độ nhạy cao trong dải rộng bước sĩng, nhiễu thấp, hoạt động ổn định. www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 18
  19. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Sợi quang: - Sử dụng sợi đơn mode G.652 (SMF) và sợi G.655 (NZ-DSF) - Tránh sử dụng sợi G.653 (DSF). - Các yếu tố ảnh hưởng cơ bản: . Suy hao . Tán sắc . Hiệu ứng phi tuyến Một số loại sợi điển hình www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 19
  20. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Bộ tách/ ghép bước sĩng: (OMUX/ ODEMUX) - OMUX: kết hợp các bước sĩng rời rạc khác nhau thành tín hiệu tổ hợp đưa vào sợi quang. - ODEMUX: tách tín hiệu tổ hợp WDM thành các kênh bước sĩng riêng biệt đưa tới bộ thu. - Các tham số cơ bản: . Suy hao xen: cơng suất quang đi  j j vào đường truyền Pj 10lg . Xuyên âm : 0 0 cơng suất quang tới tại j  ij i j ij Xuyên kênh i sang kênh j: D 10lg Xuyên kênh tổng ở kênh j: D 10lg ij j   jj jj www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 20
  21. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Bộ tách/ ghép bước sĩng: (OMUX/ ODEMUX) - Các kỹ thuật sử dụng: Tách/ghép  dựa trên các bộ lọc quang: • Bộ lọc Fabry-Perot • Bộ lọc màng mỏng đa lớp • Bộ giao thoa kế Mach-Zender • Bộ lọc quang- âm Tách/ghép  dựa trên cách tử: • Cách tử nhiễu xạ phẳng • Cách tử Bragg sợi quang Mảng cách tử dẫn sĩng (AWG) Bộ ghép xen (interleaver), bộ ghép quang (coupler), www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 21
  22. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Bộ tách/ ghép bước sĩng: (OMUX/ ODEMUX) - Phạm vi ứng dụng của một số kỹ thuật: www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 22
  23. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Bộ tách/ ghép bước sĩng: (Bộ lọc quang) - Yêu cầu: Phạm vi điều chỉnh rộng Xuyên âm thấp (thường < -20 dB) Tốc độ điều chỉnh nhanh Suy hao xen nhỏ ít nhạy cảm phân cực ổn định với mơi trường hoạt động Dsig - độ rộng băng tần của tín hiệu đa kênh. Dch - khoảng cách kênh. DL - dải phổ tự do. www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 23
  24. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Bộ tách/ ghép bước sĩng: (Bộ lọc quang) . Bộ lọc F- P: Gồm 2 gương song song  Điều chỉnh bước sĩng bằng cách thay đổi khoảng cách 2 gương. Tốc độ điều chỉnh điển hình 100 s  Độ rộng băng tần tín hiệu WDM Dsig = N Dch < DL Xác định khoảng cách 2 gương. Dsig = 100 GHz khi L < 1 mm với n = 1,5  Độ rộng băng tần bộ lọc F-P: DFP << Dch, nhưng phải đủ lớn để truyền dẫn kênh được lựa chọn (cĩ tốc độ bit là B) DFP B www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 24
  25. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Bộ tách/ ghép bước sĩng: (Bộ lọc quang) . Bộ lọc F- P: (Cont.)  Số lượng kênh bị giới hạn bởi: trong đĩ F là độ mịn bộ lọc:  Sử dụng điều kiện giới hạn: (mức xuyên âm chấp nhận được) Số lượng kênh được xác định hồn tồn bởi độ phản xạ R = 90% cho phép 10 kênh quang R = 99,9 % cho phép 1047 kênh quang  Các bộ lọc FP hiện tại cĩ F = 100 - 5000 www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 25
  26. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Bộ tách/ ghép bước sĩng: (Bộ lọc quang) . Bộ lọc màng mỏng đa lớp: Gồm các lớp màng mỏng cĩ chiết suất thay đổi luân phiên hoạt động như các bộ phản xạ cĩ độ dày bằng 1/4 bước sĩng (/4n). Multiwavelength light  Đáp ứng băng thơng của bộ lọc được tạo thành Multilayer giống như kết chuỗi nhiều bộ cộng hưởng FP. interference filter  Bộ lọc 100 GHz cĩ khoảng 200 lớp, bộ lọc 20 nm thường cĩ khoảng 50 lớp.  Điều chỉnh bước sĩng được thực hiện theo một Demultiplexed số cách: điều chỉnh điện tử, điều chỉnh quang wavelenghts nhiệt  Phạm vi điều chỉnh cỡ 40 nm với độ rộng băng tần <0,35nm ở vùng 1550nm. www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 26
  27. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Bộ tách/ ghép bước sĩng: (Bộ lọc quang) . Bộ lọc Mach- Zehnder:  Gồm 2 coupler 3dB kết nối với nhau trên 2 nhánh cĩ độ dài khác nhau gây ra sự dịch pha phụ thuộc bước sĩng giữa 2 nhánh. Sự giao thoa cộng hưởng xẩy ra tại một đầu ra cho một bước sĩng xác định  Độ truyền qua:  Phạm vi điều chỉnh cỡ 4 nm, tốc độ điều chỉnh cỡ ns  Dễ dàng nối tầng và chế tạo trên các đế silica, InP hoặc LiNbO3 www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 27
  28. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Bộ tách/ ghép bước sĩng: (Bộ lọc quang) . Bộ lọc Mach- Zehnder:  Các bộ tách/ghép nhiều bước sĩng được xây dựng bằng cách nối tầng nhiều bộ giao thoa MZ  Độ truyền qua của chuỗi M bộ giao thoa MZ: trong đĩ m là độ trễ tương đối của bộ giao thoa thứ m  Thiết bị cĩ thể thực hiện hoạt động tách và hoạt động ghép (đảo chiều) www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 28
  29. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Bộ tách/ ghép bước sĩng: (Bộ lọc quang) . Bộ lọc quang- âm:  AOTF tạo ra chuỗi các sĩng siêu âm bên trong một ống dẫn sĩng tinh thể TeO2 hình thành cách tử âm  ánh sáng đi qua sẽ tương tác với sĩng âm (tương tác photon-phonon) giống như một cách tử.  AOTF được chế tạo bằng việc sử dụng các ống dẫn sĩng TeO2 hoặc LiNbO3 cĩ sự phụ thuộc phân cực thấp.  AOTF cĩ dải điều chỉnh cỡ 250 nm cả băng C và băng L, tốc độ điều chỉnh cỡ s. www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 29
  30. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Bộ tách/ ghép bước sĩng: (Cách tử) . Cách tử nhiễu xạ phẳng: Chùm tia tới Pháp tuyến cách tử  Gồm một đế và lớp phủ phản xạ cấu trúc  tuần hồn (gồm các rãnh cách đều nhau).  ánh sáng đi vào các rãnh sẽ bị nhiễu xạ thành một dải các mặt sĩng với các gĩc Tia bị nhiễu xạ khác nhau. Độ lệch quang lộ bằng nguyên lần  Điều kiện nhiễu xạ: bước sĩng dsin Tia tới n d sin  sin Pháp tuyến  d  cách tử Tại mỗi bước sĩng sẽ cĩ một gĩc xác Chu kỳ định thoả mãn điều kiện giao thoa cộng cách tử Tia nhiễu xạ hưởng. dsin www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 30
  31. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Bộ tách/ ghép bước sĩng: (Cách tử) . Cách tử nhiễu xạ phẳng: Một số cấu hình cụ thể: Điều kiện Littrow n d sin  sin Sử dụng kết hợp với thấu kính GRIN www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 31
  32. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Bộ tách/ ghép bước sĩng: (Cách tử) . FBG:  Được chế tạo dựa trên sợi quang được chiếu UV tạo ra sự thay đổi chiết suất tuần hồn.  ánh sáng đi qua bị phản xạ trở lại tại bước sĩng gần với bước sĩng Bragg: B = 2neffd/m trong đĩ neff chiết suất hiệu dụng lõi sợi, d- chu kỳ cách tử, m- bậc cách tử.  FBG cĩ suy hao xen, xuyên kênh thấp.  Cĩ nhiều ứng dụng: bộ lọc băng hẹp, Bộ giao thoa OADM, bù tán sắc, bộ cảm biến quang Michelson dựa trên FBG www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 32
  33. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Bộ tách/ ghép bước sĩng: (Cách tử) . Mảng cách tử dẫn sĩng- AWG:  Gồm 2 coupler sao kết nối với nhau qua mảng ống dẫn sĩng cĩ độ trễ lan truyền khác nhau gây ra sự dịch pha phụ thuộc bước sĩng trên ống dẫn sĩng.  Các bước sĩng khác nhau hội tụ tại các cổng đầu ra khác nhau www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 33
  34. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Bộ tách/ ghép bước sĩng: (Cách tử) . Mảng cách tử dẫn sĩng- AWG:  Dịch pha của tín hiệu cĩ  truyền từ cổng đầu vào thứ p tới đầu ra thứ q qua ống dẫn sĩng thứ m:  Tín hiệu đạt cực đại tại đầu ra (nhờ giao thoa cộng hưởng) khi thỏa mãn điều kiện:  Dải phổ tự do của AWG:  AWG cĩ dải điều chỉnh cỡ 40 nm, tốc độ điều chỉnh cỡ 10 ms (cơ chế quang nhiệt)  ứng dụng trong các bộ tách/ghép, định tuyến  dung lượng lớn. www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 34
  35. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Bộ tách/ ghép bước sĩng: . Một số thiết bị quang khác : Cổng 2 Cổng Cổng 2 Cổng 1 ,  2, 3 1 , 2 ,  3 Cổng 1 Cổng 3 Cổng 1 ISOLATOR ISOLATO  R 4 Cổng 3 Cổng Cổng 4 Cổng (a) (b) (c) www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 35
  36. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Bộ tách/ ghép bước sĩng: Bộ quay pha Faraday A Ùnh sáng đi ra A Ùnh sáng đi v ào K hoá A Ùnh sáng phản x ạ B ộ phân cực B ộ phân cực (a) Bộ quay pha Faraday A Ùnh sáng đi v ào A Ùnh sáng đi ra A Ùnh sáng phản x ạ SW P M ặt phẳng  / 2 SW P (b) www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 36
  37. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Bộ tách/ ghép bước sĩng: (Coupler)  Cĩ thể được hình thành từ kết hợp các  Kích thước NxM thay đổi phụ thuộc coupler sợi 2x2: N = 2k vào ứng dụng:  Hoặc từ một bĩ sợi được làm nĩng chảy ~ 100x100 cho LAN. phần trộn ánh sáng. ~100x106 cho phát video quảng bá  Coupler sao kết hợp các tín hiệu đầu vào và phân phối đều cho các đầu ra www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 37
  38. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG P2- Các thành phần cơ bản ht WDM  Bộ xen/ rẽ bước sĩng: (OADM)  Chức năng xen/rẽ một hoặc một vài bước sĩng cĩ chọn lọc từ tín hiệu WDM và chuyển tiếp các bước sĩng cịn lại 1, 2, n OADM 1, 2, i n 1, 2, i n i i www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 38
  39. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Bộ xen/ rẽ bước sĩng: (OADM)  Cấu hình OADM đơn giản: DEMUX MUX Tín hiệu Tín hiệu WDM WDM Amplifier R T Xen/rẽ R: Bộ thu quang điện tử T: Bộ phát quang Các luồng xen/rẽ www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 39
  40. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Bộ xen/ rẽ bước sĩng: (OADM)  Cấu hình OADM sử dụng cách tử: www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 40
  41. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Bộ nối chéo quang: (OXC)  Chức năng chuyển đổi các kênh bước sĩng giữa các cổng đầu vào và các cổng đầu ra tín hiệu đa kênh khác nhau. www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 41
  42. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Bộ nối chéo quang: (OXC)  OXC sử dụng thêm các bộ chuyển đổi bước sĩng để tăng độ linh hoạt khi sử dụng trên mạng, cho phép sử dụng hiệu quả tài nguyên bước sĩng cĩ trên mạng. www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 42
  43. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  1.3- MỘT SỐ VẤN ĐỀ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU NĂNG HỆ THỐNG WDM www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 43
  44. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM • Băng thơng 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 thơng của các bộ khuếch đại quang là yếu tố quyết định băng thơng sử dụng của các kênh trong hệ thống WDM. • Erbium (EDFA) sử dụng băng C, băng L . www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 44
  45. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Độ bằng phẳng Đầu vào Đầu ra Đáp ứng của một Đáp ứng hệ thống sau nhiều tầng khuếch đại 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, cĩ 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 khơng đồng đều về mặt cơng suất ngay tại các bộ phát quang www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 45
  46. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Xuyên kênh Cơ i-2 i-1 i i+1 i+2 ng P . Sự can nhiễu tín hiệu từ một suấ (a) kênh bước sĩng này sang một t qua kênh bước sĩng khác ng Bước sĩng  Xuyên kênh tuyến tính Hệ N số 1 tru (b) I Ii  I jTj Ich I X j i yền đạt j là các kênh khác với kênh i, N số kênh 0 Bước sĩng bước sĩng, Pj cơng suất của kênh bước sĩng j trước khi qua bộ lọc, Tj hệ số Cơ i-2 i-1 i i+1 i+2 truyền đạt của bộ lọc tại bước sĩng j. ng P . Dịng tín hiệu cho kênh i suấ (c) t N qua P Pi PjTj ng . Ii là dịng điện ứng jvới i Pi, Ij là dịng điện Bước sĩng ứng Pj. Ich dịng điện của kênh cần tách và Ix dịng điện dị từ các kênh khác sang. Hình 1.22. Mơ tả hiện tượng xuyên kênh tuyến tính: (a) phổ các kênh bước sĩng trước khi qua phần tử cĩ chức năng lọc. (b) đặc tính truyền đạt của bộ lọc cho kênh thứ i. (c) phổ tín hiệu cho kênh bước sĩng thứ i. www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 46
  47. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG 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 MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 47
  48. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Các hiệu ứng quang phi tuyến: xảy ra khi cơng 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 mơi 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 mơi trường truyền dẫn vào cơng 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 sĩng (FWM - Four-Wave Mixing). www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 48
  49. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Hiệu ứng tán xạ Raman kích thích Các bước sĩng đầu vào Các bước sĩng đầu ra Sợi quang Hình 1.25 . Hiệu ứng Raman trong hệ thống WDM www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 49
  50. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Hiệu ứng Brillouin kích thích : . Tương tự như SRS. Ánh sáng tới tương tác với mơi trường truyền và mất một phần năng lượng để chuyển lên bước sĩng dài hơn. . Bước sĩng Stokes ở hiện tượng Brillouin cĩ khoảng cách cỡ 11 GHz so với bước sĩng bơm. . Sĩng Stokes chỉ sinh ra trên hướng ngược lại với sĩng bơm. www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 50
  51. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Hiệu ứng trộn bốn sĩng :là hiệu ứng sinh ra các tần số hài là tổng hợp từ 3 tần số gốc fi, fj, fk khi cĩ điều kiện tương hợp về pha. 1 2 3 f213 f231 fijk - fi = fj - fk (i,j <> k) f123 f312 f321 f113 f112 f223 f132 f221 f332 f331 Hình 1.26. Hiệu ứng trộn bốn sĩng www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 51
  52. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM 1.4 – MẠNG TRUYỀN TẢI WDM: www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 52
  53. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Phân loại theo cấu hình : . Mạng đường thẳng A B C D E . Mạng vịng B C B C D A Coupler sao A D E . . Mạng hình sao www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 53
  54. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG WDM  Phân loại theo vùng phủ địa lý : . Mạng đường trục WDM (mạng lõi) . Mạng đơ thị WDM . Mạng truy cập www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 54
  55. BÀI GIẢNG MƠN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG HỆ THỐNG THƠNG 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 MƠN: THƠNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 55