Công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng Wdm và ứng dụng trong mạng đường trục Việt Nam

à các thông báo về cảnh báo, giám sát chất lượng sẽ được thể hiện trên cổng quang đang làm việc. OM4200 OM4200 OM4200 B OM4200 OM4200 OM4200 OM4200 OM4200 A STM-16o ring STM-16o ring STM-4o Hình 4.3. Kết nối liên kết Ring có bảo vệ Với chế độ chuyển mạch bảo vệ SNCP, thông tin được truyền theo vòng kín ở cả hai hướng, cho phép bảo vệ đến cấp STM-1. Khi vận hành bình thường, tuyến thông tin được chọn từ đường làm việc có chất lượng tốt hơn, nhưng với bất cứ một lỗi đường truyền nào tuyến bảo vệ sẽ được lựa chọn. Ví dụ ta xét vòng Ring Vinh - Huế - Đà Nẵng như hình 4.4, tín hiệu được truyền đi theo cả hai hướng, tín hiệu lấy chính trên cáp QL1A tức là tín hiệu đi theo đường từ Vinh qua Huế đến Đà Nẵng, đường bảo vệ trên cáp 500 kV Vinh - Đà Nẵng. Khi có sự cố xảy ra trên đoạn QL1A, đoạn Vinh - Huế - Đà Nẵng (như xảy ra đứt cáp, thu lỗi hoặc có suy hao lớn trên đường truyền...), tín hiệu làm việc sẽ tự động chuyển mạch sang đường bảo vệ 500 kV Vinh - Đà Nẵng để đảm bảo an toàn thông tin trên mạng lưới. Đấu chéo (Cross-Connect) Điểm chuyển bảo vệ tại đầu thu 1 2 Đến Huế Sau Đà Nẵng VINH HUE DA NANG 1 Cáp QL1A Đường bảo vệ 2 1 1 2 2 Cáp 500kV Đường chính DXC Hình 4.4. Chế độ bảo vệ chuyển mạch SNCP trong mạng DWDM 4.3. Giới thiệu thiết bị của hãng Nortel được lắp đặt trong mạng đường trục 4.3.1. Thiết bị khuếch đại quang OpTera Long Haul 1600G (LH-1600G) 4.3.1.1. Chức năng LH-1600G của Nortel Networks cung cấp khả năng khuếch đại quang cho các bước sóng quang 2.5Gbps và 10Gbps. LH-1600G hỗ trợ cho cả hai loại khuếch đại quang sợi trộn Erbium (EDFA) và khuếch đại Raman (DRA), với mục đích tăng khoảng cách truyền dẫn của hệ thống. 4.3.1.2. Phổ bước sóng quang sử dụng trong mạng Trong mạng DWDM của tuyến đường trục Bắc – Nam. Thiết bị LH-1600G sử dụng các bước sóng quang theo tiêu chuẩn ITU-T G.692 trong dải từ 1510÷1615 nm được chia làm 2 băng là băng C (Conventional Band – Băng thông thường) và băng L (Long Band – Băng dài), mỗi băng gồm 40 bước sóng và các kênh dịch vụ quang ngoài băng. Sơ đồ phân bố bước sóng quang được trình bày trong hình 4.5. Hình 4.5. Sơ đồ phân bố bước sóng quang Các bước sóng băng C: nằm trong khoảng từ 1530 nm ÷ 1563 nm, được chia thành 2 lưới: lưới 1 (Grid 1) và lưới 2 (Grid 2), mỗi lưới gồm 40 bước sóng, khoảng cách giữa các bước sóng là 100GHz. Các cấu hình đơn hướng truyền các bước sóng của lưới 1 theo cả 2 hướng trên 2 sợi quang riêng biệt. Các bước sóng của lưới 2 cách các bước sóng của lưới 1 một khoảng 50GHz. Các bước sóng của lưới 2 được dành cho các cấu hình song hướng. Hình 4.6. Sơ đồ phân bố bước sóng băng-C và băng-L theo ITU-T G-692 Các bước sóng băng L: nằm trong khoảng từ 1570 nm – 1603 nm, cũng được chia thành 2 lưới: lưới 3 (Grid 3) và lưới 4 (Grid 4), mỗi lưới gồm 40 bước sóng, mỗi bước sóng cách nhau 100GHz. Các cấu hình đơn hướng truyền bước sóng của lưới 3 theo cả 2 hướng trên 2 sợi quang riêng biệt. Các bước sóng của lưới 4 cách các bước sóng của lưới 3 một đoạn là 50GHz được dành cho các cấu hình song hướng. Các cấu hình đơn hướng phải dùng các bước sóng của lưới 3 và không thể phối hợp các bước sóng của lưới 3 và lưới 4 trên cùng một sợi quang. Bước sóng quang dành cho kênh dịch vụ: Việc truyền thông giữa các trạm với nhau đuợc thực hiện thông qua các kênh dịch vụ quang ngoài băng sóng . Hai kênh dịch vụ quang của thiết bị LH-1600G có bước sóng là 1510 nm và 1615 nm. 4.3.1.3. Cấu hình của khối khuếch đại OpTera LH- 1600G Vùng BIP (Breaker Interface Panel) Vùng cáp Shelf điều khiển LCAP Khung quản lý sợi Shelf chính Bảng điều khiển môi trường Shelf mở rộng 1 Bảng điều khiển môi trường Shelf mở rộng 2 Vùng phủ cáp Máng sợi (ETSI) Máng công suất (ETSI) Thanh dẫn sợi Hình 4.7. Sơ đồ khung máy khuếch đại dùng 3 - shelf Hình 4.8. Sơ đồ khung máy khuếch đại dùng 2 - shelf Khung máy của OpTera LH 1600G có hai loại cấu hình, đó là khung khuếch đại dùng 3-shelf và khung khuếch đại dùng 2-shelf. Nếu là khung có 3 shelf thì có 1 shelf truyền tải chính và 2 shelf truyền tải mở rộng, nếu là khung có 2 shelf thì có 1 shelf truyền tải chính và 1 shelf truyền tải mở rộng, và một shelf nữa là shelf DWDM độc lập dành để lắp đặt các thành phần thụ động. Hình 4.7 và hình 4.8 trình bày sơ đồ mặt máy tổng quát của khối khuếch đại đường dây Long Haul 1600G có 3-shelf và 2- shelf. Khối khuếch đại Long Haul 1600G 3-shelf có 3 shelf truyền tải (1 shelf chính và 2 shelf mở rộng 1 và mở rộng 2). Khung 3-shelf hỗ trợ tất cả những ứng dụng chuẩn như chỉ dùng băng-C, dùng băng-C và băng-L kết hợp, chỉ dùng băng-L. Khối khuếch đại Long Haul 1600G 2-shelf có 2 shelf truyền tải (1 shelf chính và 1 shelf mở rộng) để thực hiện và hổ trợ cho các ứng dụng khuếch đại 1600G đơn hướng chỉ trong băng-C. Vì không có shelf mở rộng thứ hai nên cho phép tùy chọn thêm vào 2 shelf DWDM thụ động để cung cấp tối đa 8 thành phần DWDM thụ động. 4.3.1.4. Các loại ngăn card trong khối khuếch đại LH-1600G Trong giá máy khối khuếch đại LH-1600G có 2 loại shelf: shelf điều khiển và shelf truyền tải. Shelf điều khiển Shelf điều khiển là shelf chuẩn chung cho tất cả các ứng dụng Long Haul 1600. Tùy theo các ứng dụng khác nhau của mạng mà yêu cầu đối với các ngăn card trên shelf điều khiển sẽ khác nhau. Ứng dụng của bộ khuếch đại 1600G gồm các ngăn card trên shelf điều khiển sau: Các module Breaker/Filter. Bộ điều khiển shelf (SC- Shelf Controller) 32 Mbyte. Giao diện bảo dưỡng 128 Mbyte (MI- Maitainance Interface). Trao đổi bản tin (MX- Message Exchange). Bộ điều khiển hoạt động được phân khu (P-OPC- Partitioned Operations Controller). Đo từ xa song song (PT- Parallel Telemetry). Orderwire (OW). Các khối Filler. Hình 4.9. Sơ đồ bố trí card trên shelf điều khiển Các ngăn card trên shelf điều khiển chia ra làm 2 loại: các ngăn card thuộc shelf điều khiển chính và các ngăn card thuộc shelf điều khiển tùy chọn. Hình 4.9 là sơ đồ bố trí các card trên shelf. Trong các khe được tô đậm chỉ các khối mạch chính, các khe để trắng chỉ các khối mạch tùy chọn. a. Các ngăn card chính của shelf điều khiển Module Breaker/Filter: Mỗi shelf điều khiển yêu cầu 2 module breaker/filter (A và B) trong khe 1 và khe 2 của shelf điều khiển để cấp nguồn -48V DC cho các shelf. Mỗi module breaker/filter chứa một cái ngắt điện 10A và 6 cái ngắt điện 20A, các bộ lọc tần số thấp và các mạch khởi động mềm. Các module phân phối công suất cho shelf điều khiển, và các shelf truyền tải chính, mở rộng, bao gồm khối điều khiển môi trường (ECU). Ngoài ra , các module breaker/filter còn làm giảm nhiễu trên các đường dây tải điện. Các filter cũng có chức năng giới hạn các quá dòng và quá áp. Bộ điều khiển shelf (SC): Khung OpTera Long Haul 1600 yêu cầu một bộ xử lý shelf (SC) trong khe 6 của shelf điều khiển. Các chức năng của SC gồm có: báo cáo cảnh báo, phát hiện lỗi của hệ thống, cách ly và bảo vệ và khả năng khởi động lại. Giao diện bảo dưỡng (MI): Mỗi OpTera Long Haul 1600 yêu cầu một MI trong khe 9 của shelf điều khiển. MI chứa bộ nhớ flash 128 Mbyte dùng cho cấu hình và cho việc lưu trữ mã. MI kết nối với SC khi hoạt động, và các chức năng chính của nó bao gồm: báo cáo cảnh báo, kiểm tra khối mạch, xử lý chính xác. Module trao đổi bản tin (MX): Các khối mạch MX chứa trong các khe 10 và 11 của shelf điều khiển. MX xử lý các thông tin liên lạc bên ngoài giữa các khối mạch điều khiển và các khối mạch quang, cũng như định tuyến DCC. MX kết nối SC với tất cả các khối mạch dựa trên phần mềm trong OpTera Long Haul 1600 qua star-based LAN ở bên trong. Các card Filler: Để ngăn chặn các phát xạ EMI, cần lắp đặt các khối mạch filler vào tất cả các khe còn trống trong shelf điều khiển của OpTera Long Haul 1600. Các Filler cần thiết trong các khe 16 và 17 của shelf điều khiển. Nên lắp thêm các khối mạch filler vào các khe 3, 4, 5 và 12 của shelf điều khiển nếu hệ thống không có module OPC được phân khu, và vào các khe 11, 13, 14 và 15 nếu hệ thống không có các khối mạch MX dư, PT và orderwire. b. Các ngăn card tùy chọn của shelf điều khiển Bộ điều khiển OPC (OPC-C): Khối OPC-C là thành phần phần cứng cơ bản của thiết bị tính toán OPC cho shelf điều khiển. OPC-C thực hiện liên lạc với các khối mạch OPC-I, OPC-S, SC và MI. Khối lưu trữ OPC (OPC-S): Khối mạch OPC-S gồm có một đĩa cứng và bộ nhớ chỉ đọc được tùy chọn trong khe 3 và 4. Giao diện OPC (OPC-I): Khối mạch OPC-I được thiết kế như một khối mạch tác động lại. OPC-I cung cấp các giao diện khách hàng bên ngoài cho shelf điều khiển và liên lạc với MI và OPC-C. Đo từ xa song song (PT): Có thể lắp 2 khối PT tùy chọn vào khe 13 và 14 của shelf điều khiển. PT cung cấp 64 ngõ vào và 16 ngõ ra chuyển tiếp. Mỗi khối PT hổ trợ tối đa 32 ngõ vào và 8 ngõ ra trên tổng cộng 64 ngõ vào và 16 ngõ ra của khung. PT dùng để giám sát và điều khiển các thiết bị bên ngoài. OrderWire (OW): Khối OW cung cấp một kênh thông tin liên lạc tần số thoại giữa các phần tử mạng LH 1600. Các kênh này hoạt động ở tốc độ 64 Kbit/s và sử dụng các byte dữ trữ trong kênh dịch vụ quang (OSC). Phải lắp các khối mạch OSC trong khe 1 (G0) của shelf truyền tải chính để thu được các thông tin liên lạc orderwire qua tuyến quang. Shelf truyền tải Shelf truyền tải của bộ khuếch đại hỗ trợ tối đa 2 nhóm khuếch đại. Các bộ khuếch đại được đặt tên là G0 và G5 dựa theo vị trí của khối OSC. Khối khuếch đại G0 nằm ở phía bên trái của các shelf trong phần khuếch đại, và khối G5 nằm ở phía bên phải, 2 nhóm khuếch đại này hoạt động và truyền các tín hiệu độc lập nhau. Vì thế, có thể dùng khối G0 để tải các kênh làm việc và khối G5 để tải các kênh bảo vệ hoặc có thể dùng cả hai nhóm khuếch đại này để tải các kênh làm việc và không có bảo vệ. Mỗi shelf truyền tải có 10 khe, được đánh số từ 1 đến 10, các khe chưa sử dụng phải được lắp đầy bằng các khối mạch filler để đảm bảo việc làm mát phù hợp. Trên shelf truyền tải chính của khung máy được lắp ở VTN có các card sau: Dual Amplifier C-band, Booster21 Amplifier C-band được lắp theo từng cặp. Thành phần thụ động DWDM thường là các bộ ghép kênh quang (OMUX), tách kênh quang (ODEMUX), hoặc bộ xen rớt OADM. Vị trí của các card này trong shelf truyền tải được mô tả trong hình 4.10. Hình 4.10. Sơ đồ bố trí ngăn card trên shelf truyền tải dùng cho băng-C Các ngăn card của Shelf truyền tải Ngăn Unidirectional OSC (Optical Service Channel)- UniOSC: UniOSC cung cấp một kênh dịch vụ quang có bước sóng nằm ngoài dải cho thông tin liên lạc qua tuyến quang. Các đặc điểm sau được UniOSC cung cấp: • Khả năng OAM&P (Operations, administration, maintenance, provisioning – Hoạt động, quản lý, bảo dưỡng và cung cấp). • Thông báo cảnh báo cho bộ phận điều khiển hoạt động (OPC) và nhà quản lý mạng. • Cung cấp và bảo vệ từ xa. • Download phần mềm từ xa. Trong các phiên bản trước, UniOSC hoạt động ở 2 bước sóng 1510 nm và 1480 nm, trong các phiên bản mới, UniOSC hoạt động ở 2 bước sóng 1510 nm và 1615 nm. Sử dụng UniOSC 1510/1615 nm trong các cấu hình mạng mới và có sử dụng khuếch đại Raman. Module OSC có các đặc điểm sau đây: • UniOSC là một thành phần quan trọng trong tất cả các cấu hình đơn hướng của khuếch đại LH 1600G. • UniOSC 1510/1480 nm và 1510/1615 nm không thể hoạt động trong cùng một tuyến. Để thiết lập thông tin OSC qua tuyến, mỗi điểm khuếch đại trên tuyến quang phải dùng các bước sóng OSC giống nhau. • Các ứng dụng DRA (Distributed Raman Amplifier) không được hổ trợ trong UniOSC 1510/1480 nm. • Khi module UniOSC được kết nối trong tuyến quang, tín hiệu OSC 1510 nm truyền theo hướng 1 và tín hiệu OSC 1615 nm (hay 1480 nm) sẽ truyền theo hướng 2. Hình 4.11. Trình bày tên và chức năng của các cổng trong module OSC. Hình 4.11. Sơ đồ khối của ngăn UniOSC 1510/1615 nm Ngăn Dual Amplifier Mỗi ngăn Dual Amplifier gồm có 2 module EDFA để khuếch đại theo 2 hướng. Dual Amplifier là một thành phần quan trọng trong mỗi cấu hình khuếch đại LH 1600G. Dual Amplifier C-band dùng để truyền các bước sóng thuộc băng-C, và công suất ngõ ra là 15,5 dBm. Sơ đồ khối của ngăn Dual Amplifier C-band thế hệ mới được trình bày trên hình 4.12. Hình 4.12. Sơ đồ khối của ngăn Dual Amplifier C-band Trong đó tên và chức năng các cổng được trình bày trong bảng sau: Tên cổng Chức năng IN-1 Nhận các bước sóng của băng-C và bước sóng OSC đi theo hướng 1. UPA-1 Lấy ra các bước sóng của OSC lưu lượng hướng 1 MON-1 Giao diện với OSA để cung cấp một mẫu công suất ngõ ra (~ 2%) cho mục đích giám sát công suất (xem chú ý 1 và 2). OUT-1 Gửi lưu lượng của băng-C đã được khuếch đại theo hướng 1 đi đến Booster. IN-2 Nhận các bước sóng của băng-C và OSC đi theo hướng 2. UPA-2 Lấy ra các bước sóng của OSC từ lưu lượng của hướng 2. MON-2 Giao diện với OSA để cung cấp một mẫu công suất ngõ ra (~ 2%) cho mục đích giám sát (xem chú ý 1 và 2). OUT-2 Gửi lưu lượng thuộc băng-C đi theo hướng 2 để đến Booster. Chú ý: Các phiên bản trước của Dual Amplifier C-band dùng tên là UPB-1 và UPB-2 thay cho MON-1 và MON-2. Bảng 4.1. Tên và chức năng các cổng trong module Dual Amplifier C-band Ngăn Booster 18/Booster 21 Amplifier Các bộ khuếch đại Booster được sử dụng với các bộ khuếch đại Dual để thiết lập các cấu hình khuếch đại theo yêu cầu của ứng dụng. Mỗi khối mạch Booster chỉ có một module EDFA. Có 4 loại Booster khác nhau: Booster 18 cho C-band và L-band, Booster 21 cho C-band và L-band. Ta phải thực hiện khuếch đại Booster theo từng cặp (cặp Booster 18 hoặc cặp Booster 21) để có thể khuếch đại trong 2 hướng. Hình 4.13. Sơ đồ khối của module Booster18/Booster 21 Amplifier Sau đây tên và chức năng các cổng có trong module Booster Amplifier. Tên cổng Chức năng IN Nhận lưu lượng của băng-C hoặc băng-L. INTLV Chỉ được dùng trong cấu hình song hướng. MON Cung cấp mẫu công suất ngõ ra (~ 2%) cho mục đích giám sát đến OSA. UPB Trên Booster C-band, cổng này ghép các bước sóng băng-L và OSC với các bước sóng băng-C. OUT Phụ thuộc vào vị trí trong cấu hình khuếch đại, ngõ ra có thể là lưu lượng của băng-C hoặc băng-L, hoặc băng-C + OSC, băg-L + OSC, hoặc băng-C/L + OSC. Bảng 4.2. Tên và chức năng các cổng trong module Booster Amplifier Ngăn DRA (Distributed Raman Amplifier) Khuếch đại DRA dựa trên tán xạ Raman bị kích thích (SRS), là một hiệu ứng phi tuyến trong truyền dẫn sợi quang dẫn đến sự chuyển đổi năng lượng từ các bước sóng bơm ngắn sang các bước sóng bơm dài hơn. Các card DRA cung cấp công suất bơm bước sóng ngắn để khuếch đại DRA. Thiết bị khuếch đại LH-1600G được trang bị 2 card khuếch đại Raman DRA-A và DRA-B. Cả 2 card phải được lắp đặt trên shelf truyền tải để làm nhiệm vụ khuếch đại Raman trong cấu hình đơn hướng. Hình 4.14. Sơ đồ khối của module DRA Về tính năng ứng dụng của card Raman Các card Raman được sử dụng trong cấu hình ghép EDFA-DRA, bằng các card khuếch đại Dual và Booster. Card DRA được dùng để bước sóng bơm Raman truyền theo hướng ngược với các bước sóng EDFA có mang lưu lượng. Cấu hình truyền ngược hướng này cho phép năng lượng được chuyển đổi từ một bước sóng bơm ngắn của các module DRA sang một bước sóng bơm dài hơn thuộc băng-C hoặc băng-L của các bộ khuếch đại Dual và Booster. Tên gọi và chức năng của các cổng trong module DRA như sau. Tên cổng Chức năng DRA-A OUT Truyền các bước sóng DRA vào sợi quang để khuếch đại tín hiệu quang tải lưu lượng nhận được từ vị trí luồng trên. DROP Gửi tín hiệu quang được khuếch đại DRA đến cổng input của bộ khuếch đại Dual ở cùng vị trí. UPG (DRA-B) Ghép các bước sóng DRA-A và DRA-B. MON_C Cung cấp một mẫu công suất tín hiệu của dải C tại cổng DROP (công suất ngõ vào của dải C đến bộ khuếch đại Dual) để giám sát công suất. MON_L Cung cấp một mẫu công suất tín hiệu của dải L tại cổng DROP (công suất ngõ vào của dải L đến bộ khuếch đại Dual) để giám sát công suất. DRA-B OUT (DRA_A) Gửi các bước sóng DRA-B đến cổng UPG của DRA-A. Chú ý: các bước sóng DRA truyền theo huớng ngược với các bước sóng tải lưu lượng nhận được tại một vị trí khuếch đại. Bảng 4.3. Tên và chức năng các cổng trong module DRA Ngăn OSA (Optical Spectrum Analyzer) Sơ đồ khối của ngăn OSA Hình 4.15. Sơ đồ khối của module OSA Ngăn OSA được lắp trong shelf chính để thực hiện cân bằng khuếch đại bằng cách giám sát công suất kênh quang, tỉ số tín hiệu quang trên nhiễu (OSNR). Như sơ đồ khối trên, module OSA gồm có 8 cổng, 4 cổng để giám sát các bước sóng của băng-C và 4 cổng để giám sát các bước sóng của băng-L. Mỗi cổng OSA kết nối với một cổng giám sát khuếch đại (cổng MON) tùy theo một sự sắp xếp kết nối cố định. Hai cổng này được kết nối với nhau bởi một sợi quang chuyên dụng riêng biệt Tùy theo cấu hình MSA (Mid-stage Access) mà có thể có một hoặc hai OSA. Nếu cấu hình MSA đơn chỉ sử dụng một OSA và nếu cấu hình MSA kép thì dùng hai OSA.Chức năng của mỗi cổng trong module OSA được trình bày trong bảng 4.4. Cổng OSA Băng Single MSA (cổng MON của Amp) Dual MSA (Cổng MON của Amp) OSA thứ nhất 1 C Dual Amp (1A) Dual Amp (1A) 2 C Dual Amp (2A) Dual Amp (2A) 3 C Booster (1B) Booster (1C) 4 C Booster (2B) Booster (2C) 5 L Dual Amp (3A) Dual Amp (3A) 6 L Dual Amp (4A) Dual Amp (4A) 7 L Booster (3B) Booster (3C) 8 L Booster (4B) Booster (4C) OSA thứ hai 1 C 2 C 3 C Booster (1B) 4 C Booster (2B) 5 L 6 L 7 L Booster (3B) 8 L Booster (4B) Bảng 4.4. Chức năng của từng cổng trong module OSA 4.3.2. Các bộ ghép và giải ghép bước sóng quang OMUX và ODEMUX Hiện nay, Nortel có các bộ ghép bước sóng quang DWDM loại 10 bước sóng OMUX và ODEMUX. Các bộ này được dùng để ghép và giải ghép các tín hiệu bước sóng quang theo bảng phân bố bước sóng của thiết bị LH-1600G. 4.3.2.1. Các bộ OMUX Mỗi module Mux ghép được 10 bước sóng. Bảng 4.5 liệt kê các kết nối có thể thực hiện trên bộ OMUX. Các bộ OMUX Bước sóng được hổ trợ Các cổng Bộ OMUX 1 21 đến 30 1 cổng giám sát, 4 cổng nâng cấp và 1 cổng dự phòng (chỉ có ở các bộ của băng-C) Bộ OMUX 2 31 đến 41 Bộ OMUX 3 11 đến 20 2 cổng nâng cấp Bộ OMUX 4 1 đến 10  Bảng 4.5. Phân bố bước sóng cho các module MUX Hình 4.16 minh họa các kết nối của bộ OMUX cho phép sử dụng tối đa 40 trong mỗi lưới. Hình 4.16. Kết nối giữa các module Mux 4.3.2.2. Các bộ ODEMUX Mỗi module Demux có thể hỗ trợ tối đa 10 bước sóng và mỗi bước sóng có 1 bộ suy hao quang biến đổi nhỏ (MVOA-Miniature Variable Optical Attenuator). Các bộ MVOA được sử dụng để điều chỉnh công suất thu quang đến giá trị đảm bảo chất lượng tối ưu. Bảng 4.6 liệt kê kết nối của các bộ ODEMUX. Các bộ ODEMUX Bước sóng được hổ trợ Các cổng Bộ ODEMUX 1 21 đến 30 1 cổng giám sát, 4 cổng nâng cấp,1cổng dự phòng (chỉ có ở các bộ của băng-C) Bộ ODEMUX 2 32 đến 41 Bộ ODEMUX 3 11 đến 20 2 cổng nâng cấp Bộ ODEMUX 4 1 đến 10 Bảng 4.6. Phân bố bước sóng cho các module DEMUX Hình 4.17 trình bày sự kết nối giữa các bộ ODEMUX cho phép sử dụng tối đa 40 trong mỗi lưới. Lưu ý luôn kết cuối các cổng nâng cấp chưa dùng của bộ ODEMUX bằng một đầu cuối quang. Không cần thiết phải kết cuối các cổng bước sóng chưa sử dụng hoặc các cổng bước sóng kết hợp chung. Hình 4.17. Kết nối giữa các module Demux 4.3.3. Bộ xen/rớt quang OADM Bộ xen/rẽ kênh quang (OADM) là một linh kiện quan trọng trong việc tổ chức mạng truyền dẫn. Chức năng chính của nó tách tín hiệu quang từ thiết bị truyền dẫn đưa về mạng tại chỗ, đồng thời ghép tín hiệu từ thuê bao phát cho một điềm nút khác mà không ảnh hưởng đến việc truyền dẫn tín hiệu kênh bước sóng khác. Các hệ thống Amplifier 1600G hiện nay hổ trợ 3 loại bộ ghép OADM đơn hướng 100GHz, đó là: bộ ghép 1-, 2-, và 5-. Hình 4.17 trình bày sơ đồ khối của bộ ghép OADM 2-. Bộ ghép OADM 1-: mỗi bộ ghép OADM 1- cố định là một bộ lọc đơn hướng có khả năng xen/rớt một bước sóng với suy hao tối thiểu cho các bước sóng đi qua thẳng. Vì mỗi bộ ghép là đơn hướng nên cần đặt 2 bộ ghép cho mỗi hướng. Mỗi module chứa một bộ ghép OADM với bước sóng cố định. Bộ ghép OADM 2-: tương tự như OADM 1-, chỉ khác là mỗi bộ ghép OADM 2- cố định là một bộ lọc đơn hướng có khả năng xen/rớt 2 bước sóng với suy hao tối thiểu cho các bước sóng đi qua thẳng. Bộ ghép OADM 5-: mỗi bộ ghép OADM 5- cố định gồm có 2 khối. Khối đầu tiên (khối dải) là một bộ lọc đơn hướng có khả năng xen/rớt một dải 5 bước sóng với suy hao tối thiểu cho các bước sóng đi qua thẳng. Khối thứ hai, khối rời rạc, là một bộ lọc đơn hướng có khả năng xen/rớt 5 bước sóng riêng lẻ có trong 5 dải bước sóng đã được xen/rớt đến từ khối dải. Hình 4.18. Sơ đồ khối của bộ ghép OADM 2- 4.3.4. Các bộ bù tán sắc (DCM) Các module bù tán sắc (DCM) và các module bù độ dốc tán sắc (DSCM) có chức năng bù tán sắc trong hệ thống truyền dẫn đường dài. Những thành phần này gồm có sợi quang bù tán sắc và sợi quang bù độ dốc tán sắc để khôi phục lại các xung quang sau khi chúng bị mở rộng ra trên một đoạn chiều dài sợi quang. DCM và DSCM được kết nối với nhau trong MSA của bộ khuếch đại 1600G. 4.3.5. Thiết bị OpTera Connect DX Thiết bị OPTera Connect DX làm nhiệm vụ kết nối chéo, xen/rẽ tín hiệu, chuyển mạch bảo vệ lưu lượng với dung lượng băng thông là 65Gbit/s, 140Gbit/s và có thể hoạt động từ STM-1 (STS-3) đến STM-64 (STS-192). 4.3.5.1. Cấu hình của thiết bị OPTera Connect DX Khe đi cáp Shelf điều khiển Quạt Shelf chính trên Shelf chính dưới Shelf mở rộng Hình 4.19. Sơ đồ khối thiết bị OpTera Connect DX Khung máy thiết bị OpTera Connect DX là loại cấu hình với 2 shelf truyền tải chính (shelf chính trên và shelf chính dưới) shelf mở rộng được sử dụng để lắp các bộ DCSM cho thiết bị khuếch đại. Hình 4.19 trình bày sơ đồ khối của thiết bị OpTera Connect DX. 4.3.5.2. Các loại ngăn card trong thiết bị OPTera Connect DX a. Các ngăn card trên shelf điều khiển Module Breaker/Filter: lắp tại khe số 1,2 Bộ nhớ OPC (P-OPC Storage): lắp tại khe số 3,4 Bộ điều khiển OPC (POPC): lắp tại khe số 5 Bộ điều khiển shelf (SC): lắp tại khe số 6 Card đồng hồ ngoài (ESI): lắp tại khe số 7, 8 Giao diện bảo dưỡng (MI): lắp tại khe số 9 Module trao đổi bản tin (MX): lắp tại khe số 10, 11 Card giao tiếp OPC (POP Interface): lắp tại khe số 12 b.Các ngăn card trên shelf truyền tải Ngăn chuyển mạch DX 65: lắp tại khe số 14,15 (shelf chính dưới). Ngăn giao tiếp OC-192 T/R 1554,94 nm: lắp tại khe số 12,13 (shelf chính dưới). Ngăn STM-16 Tributary: lắp tại khe số 2,3 (shelf chính trên). 4.3.5.3. Chức năng các ngăn card a. Các ngăn card trên shelf điều khiển Module Breaker/Filter: Nhận nguồn -48V DC và phân phối cho tất cả bộ phận còn lại của phần tử mạng NE. Bộ nhớ OPC (P-OPC Storage): Là ổ địa cứng lưu trữ các thông tin cấu hình của các NE. Bộ điều khiển OPC (POPC): chứa các bộ xử lý OPC cơ bản và có chức năng điều hành toàn bộ hoạt động OPC. Bộ điều khiển shelf (SC): SC điều khiển các chức năng OAM&P ở mức điều khiển phần tử mạng NE. Card SC truyền thông với tất cả các card khác của NE thông qua card giao tiếp bảo dưỡng MI hoặc card trao đổi thông điệp MX. Việc xử lý các lệnh trên NE, phát ra từ người dùng, sẽ thông qua các cổng giao tiếp trên card MI. Card đồng hồ ngoài (ESI): Hai card đồng hồ có thể hoạt động như một nguồn cung cấp tín hiệu đồng hồ ổn định phù hợp theo chuẩn SDH/SONET hoặc theo một nguồn đồng hồ tham chiếu chuẩn bên ngoài khung DX. Giao diện bảo dưỡng (MI): Khối MI gắn một cổng RS-232 nối tiếp và 3 cổng Ethernet vào mặt ngoài của nó. Khối MI liên kết với SC khi hoạt động và có bộ nhớ flash 128 Mbyte mà được dùng cho cấu hình và cho việc lưu trữ mã. Các chức năng chính của khối mạch MI như sau: báo cáo cảnh báo, kiểm tra tình trạng của khối mạch, sự chính xác của bộ xử lý, và tình trạng của cổng Ethernet/RS-232. Module trao đổi bản tin (MX): MX có chức năng như một bộ hub để tin tức trong phần tử mạng được trao đổi đi đến và ra khỏi card SC. Hai card MX được lắp trong giá điều khiển có chức năng bảo vệ card MX. Card giao tiếp OPC (POP Interface): Card giao tiếp OPC cung cấp một giao tiếp từ thiết bị bên ngoài phần tử mạng đi đến OPC. Các ngăn card trên shelf truyền tải Ngăn chuyển mạch DX 65: Card chuyển mạch DX 65 cho phép xen/rớt dung lượng 10Gb/s trên khung thiết bị OpTera Connect DX. Card chuyển mạch DX 65 thực hiện các chức năng sau: • Đồng bộ: Card chuyển mạch nhận 3 luồng tín hiệu đồng hồ chuẩn khác nhau (2 luồng từ giao diện đồng bộ ngoài ESI, 1 luồng từ card chuyển mạch khác). Từ 3 luồng tín hiệu đồng hồ này, card sẽ lựa chọn một tín hiệu chuẩn. • Quản lý lưu lượng: Card chuyển mạch DX điều khiển lưu lượng dữ liệu qua card giữa OC-192 STM-16 T/R và các card Tributary khác. Dung lượng của card chuyển mạch được quyết định ở ma trận chuyển đổi khe thời gian DOS TSI (Data Overhead Switch – Time Slot Interchange). Card DX 65 được gắn theo cặp, một card ở trạng thái làm việc và một card ở trạng thái dự phòng nóng (có nghĩa là card này vẫn làm việc nhưng 2 luồng tín hiệu ra từ 2 card chuyển mạch DX được các card Tributary lựa chọn sao cho chất lượng tốt nhất). • Chuyển mạch bảo vệ: Card chuyển mạch DX 65 tính toán và lưu trữ những nội dung của sơ đồ kết nối chính xác cho mỗi đường truyền liên kết hay mỗi khung chuyển mạch bảo vệ card Tributary. Nó cũng lưu trữ những cấu hình phần tử mạng. Khi cần thiết thì hệ thống sẽ chuyển mạch bảo vệ thiết bị đường truyền hay card Tributary. • Một số chức năng điều khiển khác: Điều khiển sáng led xanh trước mặt card khi mang lưu lượng hay tắt led khi lưu lượng bị hỏng. Liên lạc giữa các vi điều khiển trong card chuyển mạch thứ 2 qua liên kết dành riêng để trao đổi thông tin trạng thái, giám sát và điều khiển. Ngăn giao tiếp OC-192/STM-64 T/R NTCF06: Card OC-192 (STM-64) được sử dụng trong thiết bị Optera Connect DX hỗ trợ cho bước sóng 1554,94 nm. Card này có thêm giao diện TriFEC cung cấp khả năng mã hóa TriFEC trên hướng phát và giải mã trên hướng thu nhằm mục đích sửa lỗi bít. Ngăn OC-48 (STM-16) Tributary: OC-48 (STM-16) Tributary là card giao tiếp nhánh tốc độ thấp. Nó cung cấp các cổng giao diện OC-48 (STM-16) thu phát, xử lý mào đầu, đồng bộ dữ liệu và đồng bộ khung. 4.4. Giới thiệu hệ thống ghép kênh xen/rẽ SDH 4.4.1. Hệ thống ghép kênh OM4200 4.4.1.1. Chức năng Hệ thống OM4200 là hệ thống ghép kênh xen/rẽ với tốc độ tín hiệu tối đa lên đến STM-16. Là hệ thống ghép kênh khá linh hoạt hỗ trợ nhiều cấu hình hoạt động, nhiều kết nối và cho phép xen/rẽ nhiều tốc độ khác nhau với các cấu trúc tín hiệu từ PDH đến SDH (STM-16, STM-4, STM-1, 140Mbps, 34/45Mbps, 2Mbps…). 4.4.1.2. Cấu trúc phần cứng Subrack OM4200 gồm có 15 slot có ký hiệu là “S”, được sử dụng để xác định vị trí slot. S5 sử dụng cho card I/O S0 sử dụng cho SIM card: Cung cấp giao tiếp Ethernet 10Base-T cho subrack, lưu địa chỉ MAC và số seri của các card Agg. Card SIM giao tiếp với các card Agg thông qua SPI bus (Serial Peripheral Interface – Giao tiếp ngoại vi nối tiếp). S15 được chia làm hai phần dành cho hai card EOS (Phần trên S15A: UEOS, phần dưới S15B: LEOS). Hai card STM-16o Agg (S6 và S8): Cung cấp giao tiếp quang STM-16, kết nối, xen/rẽ, trao đổi tải trọng từ VC-12, VC-3, VC-4 đến port Agg và ngược lại. Là card chứa phần mềm điều khiển (SEMF) cũng như các thông tin cấu hình của hệ thống. Phần mềm hệ thống và thông tin cấu hình đều được chứa trong cả hai card Agg (S6 và S8), trong đó một đóng vai trò hoạt động chính một đóng vai trò dự phòng. Tám card Trib (S1, S11): Cung cấp giao tiếp tín hiệu tốc độ thấp hơn để cùng với các card Agg làm nhiệm vụ xen/rẽ các tín hiệu từ các giao tiếp trên card Trib đến giao tiếp quang STM-16 trên card Agg và ngược lại. Card EOS: Cung cấp giao tiếp nguồn, đồng bộ, cảnh báo…. 4.4.1.3. Cấu trúc phần mềm Phần mềm của hệ thống OM4200 phân theo chức năng được chia thành ba loại chính sau: SEME (Synchronous Equipment Managenment Function). NCF (NE Core Function). TCLF (Traffic Card Level Function). Cả hai card Agg đều chứa các bản sao giống nhau của SEMF, NCF và TCLF. Một card Agg điều khiển hoạt động của hệ thống (master) còn card còn lại ở chế độ dự phòng (slave). SEMF điều khiển có thể chuyển từ Agg hoạt động sang Agg dự phòng một cách tự động hay nhờ nhân công quản lý. Các card Trib của hệ thống OM4200 chỉ chứa phần mềm TCLF. TCLF ở card Trib và ở card Agg tương đối giống nhau. Các thành phần chức năng của phần mềm được liên kết bởi giao tiếp IMI (Inter card Message Interface). IMI kiểm tra bản tin của các thành phần chức năng ở trong phần mềm được truyền đi phù hợp không. Các card EOS, I/O, EOW của hệ thống OM4200 chứa phần mềm không nâng cấp được. Phần mềm có các chức năng như: Quản lý cảnh báo, cấu hình, giao tiếp người dùng, điều khiển phần cứng, điều khiển đồng bộ, giám sát chất lượng, giao tiếp EOS, kết nối, bảo vệ lưu lượng, phần mềm thông báo và nâng cấp phần mềm. 4.4.2. Hệ thống ghép kênh TN-4T 4.4.2.1. Chức năng Hệ thống ghép kênh TN-4T là thiết bị ghép kênh mở rộng cung cấp hai card giao tiếp quang (Intershelf) tốc độ STM-4 và tối đa tám card giao tiếp I/O 2Mbps cho phép kết nối 252 luồng số tốc độ 2Mbit/s, kết nối các tín hiệu 2Mbit/s vào tín hiệu STM-4 quang. Về tính năng kết nối, cấu hình và bảo vệ thì TN-4T rất hạn chế. Tuy nhiên, với chức năng xen/rẽ tín hiệu 2Mbps, điều đó đã đem lại cho hệ thống tính hiệu quả trong khai thác, vận hành và bảo dưỡng. Vì cấu trúc đơn giản, dễ thao tác, hoạt động ổn định. 4.4.2.2. Cấu trúc phần cứng Subrack TN-4T gồm có 16 slot có ký hiệu là “S”, được sử dụng để xác định vị trí slot. Hai card Intershelf (S7 và S9) cung cấp giao tiếp quang STM-4 đồng thời chứa phần mềm điều khiển hệ thống SEMF và lưu trữ thông tin cấu hình. Tám card giao tiếp I/O (S1, S3, S4, S6, S10, S12, S13 và S15) mỗi card cung cấp 32 luồng E1. Bốn card 2Mbit Mapper (S2, S5, S11 và S14) nhiệm vụ giao tiếp hai card giao tiếp 2Mbps lân cận nó với card Intershelf. SIM card NTEU6006: làm nhiệm vụ cung cấp địa chỉ Ethernet cho subrack, lưu giữ số Serial của các card tổng hợp được cài đặt và giao tiếp với card này thông qua SPI bus. Card nguồn: trang bị ở Slot 16A và Slot 16B có nhiệm vụ cấp nguồn cho subrack. Về cấu trúc phần mềm của TN-4T cũng tương tự như của OM4200, tuy nhiên có phần đơn giản hơn do chức năng cũng như cấu trúc ít phức tạp hơn. 4.5. Sự truyền tín hiệu và kết nối các ngăn card 4.5.1. Trạm đường dây Sơ đồ kết nối trạm khuếch đại đường dây được biểu diễn như hình 4.20. Hình 4.20. Sơ đồ trạm đường dây có khuếch đại băng -C, băng -L, Raman Sự truyền tín hiệu Thu/Phát (Chiều 1) Một tín hiệu quang bao gồm các bước sóng băng-C (Lưới 1), băng-L (Lưới 3) và một tín hiệu OSC 1510 nm. Chiều-1 sẽ đi vào cổng OUT của card DRA-A, và ra khỏi cổng DROP của card DRA-A và tiếp theo sẽ đi đến cổng IN-1 của card khuếch đại kép 1A. Các bước sóng DRA-B đi ra khỏi cổng OUT của DRA-B và vào cổng UPG của card DRA-A. Card DRA-A ghép các bước sóng DRA-A và DRA-B rồi phát (theo chiều ngược lại). Các bước sóng DRA kết hợp qua cổng OUT của card DRA-A và đến sợi quang để khuếch đại tín hiệu mang lưu lượng đến từ Chiều-1. Tín hiệu mang lưu lượng đến từ Chiều-1 đi đến cổng IN-1 của card khuếch đại kép 1A. Một bộ ghép trong card khuếch đại băng-C tách tín hiệu băng-C khỏi tín hiệu băng-L và tín hiệu OSC 1510 nm. Card khuếch đại băng-C 1A sẽ khuếch đại tín hiệu băng-C và phát tín hiệu này vào điểm MSA (1AB). Bộ MSA (1AB) được dùng để bù tán sắc và chèn suy hao. Bộ ghép trong card khuếch đại băng-C 1A gửi tín hiệu băng-L và tín hiệu OSC 1510 nm từ cổng UPA-1 đi đến cổng IN-3 của card khuếch đại kép băng-L 3A. Bộ ghép trong card khuếch đại kép băng-L 3A tách tín hiệu băng-L và gửi tín hiệu OSC 1510 nm từ cổng UPA-3 đi đến cổng OSC 2 DROP của bộ OSC. Card khuếch đại kép băng-L 3A sẽ khuếch đại tín hiệu băng-L và phát tín hiệu này vào điểm MSA (3AB). Bộ MSA (3AB) được dùng để bù tán sắc và chèn suy hao. Tín hiệu băng-C đã được khuếch đại đi ra khỏi điểm MSA (1AB) và đi đến cổng IN của card Booster 1B. Tín hiệu băng-L đã được khuếch đại sẽ đi ra khỏi điểm MSA (3AB) và đi đến cổng IN của card Booster 3B. Card OSC 1 phát tín hiệu OSC 1510 nm từ cổng OSC 1 ADD tới cổng UPB của card Booster băng-L (3B). Card Booster băng-L (3B) khuếch đại tín hiệu băng-L và ghép tín hiệu này với tín hiệu OSC 1510 nm và phát tín hiệu đã được kết hợp với nhau đi từ cổng OUT của card Booster băng-L (3B) đến cổng UPB của card Booster băng-C (1B). Card Booster băng-C (1B) khuếch đại tín hiệu băng-C, ghép tín hiệu này với tín hiệu băng-L và tín hiệu OSC 1510 nm, đồng thời phát tín hiệu kết hợp đó từ cổng OUT của card Booster băng-C (1B) và đi vào sợi quang theo Chiều-1 tới trạm kế tiếp. b. Thu/Phát (Chiều 2) Tín hiệu quang sẽ được truyền đi qua các khối tương tự Chiều-1 nhưng ở hướng ngược lại. 4.5.2. Trạm đầu cuối Sơ đồ kết nối trạm khuếch đại đầu cuối như hình 4.21. Sự truyền tín hiệu a. Phần phát (Chiều 1) Card khuếch đại kép băng-C thu một tín hiệu quang bao gồm các bước sóng băng-C được ghép lại (trong Lưới-1) ở tại cổng IN-1 của card khuếch đại kép 1A. Card khuếch đại kép băng-L thu 1 tín hiệu quang bao gồm các bước sóng băng-L được ghép lại (trong Lưới-3) ở tại cổng IN-3 của card khuếch đại kép 3A. Card khuếch đại kép băng-C 1A khuếch đại tín hiệu băng-C và phát tín hiệu này vào MSA (1AB) . Card khuếch đại kép băng-L 3A khuếch đại tín hiệu băng-L và phát tín hiệu này vào MSA (3AB). Cả hai MSA hỗ trợ việc bù tán sắc và suy hao. Tín hiệu băng-C được khuếch đại sẽ ra khỏi MSA (1AB) và đi vào cổng IN của card Booster 1B. Tín hiệu băng-L sau được khuếch đại sẽ ra khỏi MSA (3AB) và đi vào cổng IN của card Booster 3B. Card OSC1 phát tín hiệu OSC 1510 nm từ cổng OSC1 ADD tới cổng UPB của card Booster băng-L 3B. Card Booster 3B khuếch đại tín hiệu băng-L và ghép tín hiệu băng-L với tín hiệu OSC 1510 nm và phát tín hiệu kết hợp từ cổng OUT của card Booster 3B vào cổng UPB. Card Booster băng-C 1B khuếch đại tín hiệu băng-C và ghép tín hiệu này với hiệu băng-L và tín hiệu OSC 1510 nm, đồng thời phát tín hiệu kết hợp từ cổng OUT của card Booster 1B đi vào sợi quang theo Chiều-1. b. Phần thu (Chiều 2) Một tín hiệu quang bao gồm các bước sóng băng-C (Lưới 1), băng-L (Lưới 3) và một tín hiệu OSC 1615 nm. Chiều-2 đi vào cổng OUT của card DRA-A, ra khỏi cổng DROP của card DRA-A và đi vào cổng IN- 2 của card khuếch đại kép 2A. Các bước sóng DRA-B ra khỏi cổng OUT của DRA-B và đi vào cổng UPG của card DRA-A. Card DRA-A ghép bước sóng DRA-A và DRA-B sau đó phát (truyền theo hướng ngược lại) các bước sóng DRA đã được kết hợp qua cổng OUT của card DRA-A và đi vào sợi quang để khuếch đại tín hiệu mang lưu lượng theo Chiều-2. Tín hiệu quang kết hợp gồm các bước sóng băng-C (Lưới 1), băng-L (Lưới 3) và một tín hiệu OSC 1615 nm sau khi đi vào card khuếch đại kép 2A sẽ được tách tín hiệu băng-C và phát tín hiệu này đến MSA 2AB để bù tán sắc và suy hao. Bộ ghép trong card khuếch đại kép 2A sẽ gửi tín hiệu kết hợp băng-L và tín hiệu OSC 1615 nm từ cổng UPA-2 đến cổng IN- 4 của card khuếch đại kép băng-L 4A. Tín hiệu băng-C đã được khuếch đại đi ra khỏi MSA 2AB và đi đến cổng IN của card Booster băng-C 2B. Card Booster 2B khuếch đại tín hiệu băng-C và phát tín hiệu này từ cổng OUT đi vào bộ giải ghép bước sóng quang băng-C Demux để giải ghép bước sóng quang. Tín hiệu kết hợp gồm tín hiệu băng-L và tín hiệu OSC 1615 nm sau khi đi vào card khuếch đại kép băng-L 4A, một bộ ghép trong bộ khuếch đại sẽ tách ra tín hiệu băng-L và phát tín hiệu này đến MSA 4AB để bù tán sắc và suy hao đồng thời gửi tín hiệu OSC 1615 nm qua cổng UPA- 4 đến cổng OSC 1 DROP của card OSC. Tín hiệu băng-L sau khi được khuếch đại sẽ đi ra khỏi MSA 4AB vào cổng IN của card Booster băng-L 4B. Card Booster 4B khuếch đại tín hiệu băng-L và phát tín hiệu này từ cổng OUT đi vào bộ giải ghép bước sóng quang băng-L Demux để giải ghép bước sóng quang. Hình 4.21. Sơ đồ trạm đầu cuối có khuếch đại băng -C, băng -L, Raman KẾT LUẬN Công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng WDM hiện đang được áp dụng rộng rãi trên toàn thế giới và sẽ trở thành phương tiện để thúc đẩy sự phát triển của kỹ thuật thông tin quang trong tương lai. Bởi vì, chi phí đầu tư và tính ổn định của nó có nhiều điểm hơn hẳn so với ghép kênh truyền thống TDM, nhất là khi mà nhu cầu về dung lượng ngày càng cao như hiện nay. Kỹ thuật WDM có thể ghép nhiều bước sóng trong dải 1550 nm, tận dụng được băng thông rất rộng và khả năng truyền dẫn của sợi quang, từ đó nâng cao được dung lượng truyền dẫn trên sợi quang, đáp ứng được những yêu cầu về truyền dẫn tốc độ cao. Với những ưu điểm nổi trội, công nghệ WDM hiện đang được công ty viễn thông liên tỉnh VTN ứng dụng rộng rãi trên mạng đường trục Bắc Nam. Thời kỳ đầu khi nhu cầu về dung lượng còn thấp thì hệ thống chỉ thực hiện ghép 8 bước sóng. Khi nhu cầu về dung lượng ngày càng tăng thì hệ thống đã nâng cấp lên 16 bước sóng, hiện tại là 32 bước sóng và trong tương lai có thể nâng cấp nhiều hơn nữa. Vì vậy, nghiên cứu về công nghệ WDM là rất thiết thực và có tính thực tế cao. Ở Việt Nam tuyến cáp quang đường trục Bắc Nam đã và đang sử dụng công nghệ WDM với dung lượng 40Gbps, đáp ứng được nhu cầu tăng dung lượng hàng năm trong nước. Việc triển khai kỹ thuật này trong mạng truyền dẫn sẽ được thúc đẩy nhanh chóng trên mọi tuyến đường trục và cả các tuyến nội tỉnh, tại những nơi nhu cầu lưu lượng đang gia tăng nhanh chóng. Em xin chân thành cảm ơn Th.s Lê Thị Cẩm Hà người trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, cùng các thầy cô trong khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ - Trường Đại Học Quy Nhơn đã tận tình chỉ dạy em trong thời gian qua và các bạn lời cảm ơn chân thành nhất. TÀI LIỆU THAM KHẢO TS. Phạm Công Hùng, bài giảng “Ghép kênh quang theo bước sóng DWDM”, Hà Nội 2002. 2 Bài giảng Thông tin quang 2 (Dành cho Đại học từ xa) của Đỗ Văn Việt Em – Học viện Công nghệ BCVT biên soạn năm 2007. 3 TS. Vũ Văn San, Hệ thống thông tin quang, Hà Nội, 2003. 4 Hệ thống thiết bị ghép kênh theo bước sóng quang DWDM của Lê Quang Tuấn - Trung tâm Viễn thông liên tỉnh khu vực 2 biên soạn năm 2005. 5 Tài liệu về thiết bị DWDM 40Gbps của hãng Nortel - 1600G Amplifier Unidirectional Network Application Guide Rel 11 Standard Issue 1 December 2005 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU THUẬT NGỮ VIẾT TẮT KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Các thành phần chính của tuyến truyền dẫn cáp sợi quang 1 Hình 1.2. Độ rộng phổ nguồn quang và dải thông của sợi quang 3 Hình 1.3. Hệ thống ghép bước sóng đơn hướng và song hướng 5 Hình 1.4. Sơ đồ chức năng hệ thống WDM 6 Hình 1.5. Hệ thống WDM kiểu tích hợp 7 Hình 1.6. Hệ thống WDM kiểu mở 8 Hình 2.1. Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang 13 Hình 2.2. Sự truyền ánh sáng trong sợi quang có chiết suất nhảy bậc (SI) 13 Hình 2.3. Sự truyền ánh sáng trong sợi GI 14 Hình 2.4. Chiết suất dạng dịch độ tán sắc 15 Hình 2.5. Chiết suất dạng san bằng tán sắc 15 Hình 2.6. Công suất truyền trên sợi 16 Hình 2.7. Dạng xung vào và xung ra sau hiện tượng tán sắc 18 Hình 2.8. Cấu trúc tổng quát của cáp quang 21 Hình 2.9. Phân loại sợi quang theo tán sắc 26 Hình 2.10. Cơ chế bức xạ trong ba mức (a) và trong bốn mức (b) 28 Hình 2.11. Cấu trúc của khuếch đại quang sợi EDFA 29 Hình 2.12. Ứng dụng của EDFA 30 Hình 2.13. Mô hình truyền dẫn WDM 160 kênh bước sóng cho cả hai băng truyền dẫn C và L 32 Hình 2.14. Ma trận chuyển mạch OXC 36 Hình 2.15. OXC với chuyển mạch kiểu “one wavelength-per-card” 37 Hình 3.1. Hiệu ứng tán xạ SRS 48 Hình 4.1. Sơ đồ mạng lưới hệ thống Long Haul 56 Hình 4.2. Đường đi của tín hiệu trong mạng DWDM 58 Hình 4.3. Kết nối liên kết Ring có bảo vệ 59 Hình 4.4. Chế độ bảo vệ chuyển mạch SNCP trong mạng DWDM 60 Hình 4.5. Sơ đồ phân bố bước sóng quang 61 Hình 4.6. Sơ đồ phân bố bước sóng băng-C và băng-L theo ITU-T G-692 62 Hình 4.7. Sơ đồ khung máy khuếch đại dùng 3 - shelf 63 Hình 4.8. Sơ đồ khung máy khuếch đại dùng 2 - shelf 64 Hình 4.9. Sơ đồ bố trí card trên shelf điều khiển 65 Hình 4.10. Sơ đồ khối của ngăn UniOSC 1510/1615 nm 68 Hình 4.11. Sơ đồ khối của ngăn Dual Amplifier C-band 69 Hình 4.12. Sơ đồ khối của module Booster18/Booster 21 Amplifier 70 Hình 4.13. Sơ đồ khối của module DRA 71 Hình 4.14. Sơ đồ khối của module OSA 72 Hình 4.15. Kết nối giữa các module Mux 73 Hình 4.16. Kết nối giữa các module Demux 75 Hình 4.17. Sơ đồ khối của bộ ghép OADM 2- 76 Hình 4.18. Sơ đồ khối thiết bị OpTera Connect DX 77 Hình 4.19. Sơ đồ trạm đường dây có khuếch đại băng -C, băng -L, Raman 78 Hình 4.20. Sơ đồ trạm đầu cuối có khuếch đại băng -C, băng -L, Raman 84 Hình 4.21. Sơ đồ trạm đầu cuối có khuếch đại băng -C, băng -L, Raman 88 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1. Tần số trung tâm danh định 40 Bảng 3.2. Tần số trung tâm của hệ thống WDM có 16 kênh và 8 kênh 43 Bảng 3.3. Cự ly bị hạn chế bởi tán sắc khi không có trạm lặp (trị số lý thuyết) 46 Bảng 4.1. Tên và chức năng các cổng trong module Dual Amplifier C-band 70 Bảng 4.2. Tên và chức năng các cổng trong module Booster Amplifier 71 Bảng 4.3. Tên và chức năng các cổng trong module DRA 73 Bảng 4.4. Chức năng của từng cổng trong module OSA 74 Bảng 4.5. Phân bố bước sóng cho các module MUX 75 Bảng 4.6. Phân bố bước sóng cho các module DEMUX 76 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ADM Add/Drop Multiplexer Bộ ghép kênh xen/rẽ AN Access Network Mạng truy nhập APD Avalanche Photodiode Đi ốt quang thác ASE Amplifier Spontaneous Emission Bức xạ tự phát được khuếch đại ATM Asynchronous Transfer Mode Kiểu truyền dẫn không đồng bộ AWG Array Wave Grating Cách tử AWG BA Booster Amplifier Bộ khuếch đại công suất đầu phát B-ISDN Broadband-Intergrated Service Digital Network Mạng số đa dịch vụ băng rộng CPM Cross Phase Modulation Điều chế chéo pha DC Dispersion Compensator Bộ bù tán sắc DCF Dispersion Compensator Fiber Sợi bù tán sắc DCG Dispersion Compensator Grating Cách tử bù tán sắc DCM Dispersion Compensator Module Module bù tán sắc DEM Dispersion Equalization Module Module điều chỉnh tán sắc DEMUX DEMultiplexing Bộ tách kênh DFB Distributed Feedback Phản hồi phân bố DSCM Dispersion Slope Compensation Module Khối bù độ dốc tán sắc DSF Dispersion Shifted Fiber Sợi tán sắc dịch chuyển DXC Digital Cross Connect Bộ đấu chéo số EDFA Erbium-Doped Fiber Amplifier Khuếch đại quang Erbium EMI Electromagnetic Interference Nhiễu điện từ ESI External Synchronous Interface Giao tiếp đồng bộ ngoài FBG Fiber Bragg Grating Cách tử sợi Bragg FEC Forward Error Correction Khối sửa lỗi trước FR Frame Relay Chuyển tiếp khung FWM Four Wave Mixing Hiệu ứng trộn bốn bước sóng IP Internet Protocol Giao thức Internet ITU International Telecommunication Union Hiệp hội viễn thông quốc tế LA Line Amplifier Bộ khuếch đại đường truyền LASER Light Amplication by Stimulate Emission of Radiation LD Laser Diode LH AMP Long Haul Amplifier Bộ khuếch đại Long Haul LH RPT Long Haul Repeater Bộ lặp Long Haul LOA Line Optical Amplifier Bộ khuếch đại quang đường truyền LTE Line Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối đường dây MAN Metropolitan Area Network Mạng nội thị MI Modulation Instability Tính không ổn định của điều chế MOR Multi-wavelength Optical Repeater Trạm lặp đa kênh quang MPLS Multi Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MS SPRING Multi Section-Share Protection Ring Ring bảo vệ luồng đoạn ghép kênh MSA Mid-stage Access Khối trung gian MSP Multiplex Section Protection Bảo vệ đoạn ghép kênh MUX Multiplexing Bộ ghép kênh MX Message Exchange Trao đổi bản tin NDSF Non-Dispersion Shifted Fiber Sợi tán sắc dịch chuyển bằng không NF Noise Figure Hệ số tạp âm NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau NLE Non-Linear Effect Hiệu ứng không tuyến tính NZ-DSF Non-Zero Dispersion Shifted Fiber Sợi tán sắc dịch chuyển khác không OA Optical Amplifier Bộ khuếch đại quang OADM Optical Add/Drop Multiplexer Bộ ghép kênh xen/rẽ quang OAM Optical Amplifier Module Module khuếch đại quang OC Optical Channel Kênh quang ODEMUX Optical DEMultiplexing Bộ tách kênh quang ODU Optical Demultiplexing Unit Đơn vị tách kênh quang OL Optical Line Đường truyền quang OM Optical Multiplex Bộ ghép kênh quang OMU Optical Multiplexing Unit Đơn vị ghép kênh quang OMUX Optical Multiplexing Bộ ghép kênh quang OPM Optical Performance Monitor Thiết bị giám sát mạng quang OSC Optical Supervisor/Service Channel Kênh giám sát quang OTN Optical Transport Network Mạng truyền tải quang OTPM Optical Translator Port Module Module cổng chuyển đổi quang OTU Optical Translator Unit Đơn vị chuyển đổi quang OXC Optical Cross Connect Bộ nối chéo quang PA Pre-Amplifier Bộ tiền khuếch đại PDH Plesiochronous Digital Hierarchy Phân cấp cận đồng bộ số PMD Polarization Mode Dispersion Tán sắc mode phân cực PSTN Publish Service Transport Network Mạng dịch vụ công cộng PTE Path Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối đường truyền QOTU Quad Optical Translator Unit Đơn vị chuyển đổi quang mật độ cao REG Regenerator Trạm lặp (3R) Regen Regeneration Tái tạo S/N Signal/Noise Tỷ số Tín hiệu/Tạp âm SBS Stimulated Brillouin Scattering Tán xạ Brillouin SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp đồng bộ số SMF Single-Mode Fiber Sợi quang đơn mode SNCP Sub-Network Connection Protection Bảo vệ mạch vòng thứ cấp SOA Semiconductor Optical Amplifier Bộ khuếch đại quang bán dẫn SONET Synchronous Optical NETwork Mạng quang đồng bộ SPM Self Phase Modulation Điều chế tự dịch pha SRS Stimulated Raman Scattering Tán xạ Raman SSMF Standard Single Mode Fiber Sợi cáp quang đơn mode chuẩn STE Section Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối đoạn STM Synchronous Transport Module Module truyền tải đồng bộ TMN Telecommunication Management Network Mạng quản lý viễn thông TriFEC Triple Forward Error Control Điều khiển lỗi hướng tới VC Virtual Channel Kênh ảo WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bước sóng WT Wavelength Transponder Chuyển đổi bước sóng XPM Cross Phase Modulation Điều chế pha chéo LỜI MỞ ĐẦU Ở nước ta hiện nay, thông tin cáp sợi quang đang ngày càng chiếm vị trí quan trọng. Với các ưu điểm như băng thông rộng, ít chịu ảnh hưởng bởi môi trường, chất lượng tín hiệu tốt nên thông tin cáp sợi quang ngày càng chiếm ưu thế trên mạng viễn thông của các Công ty viễn thông trong nước. Thời kỳ đầu, thông tin cáp sợi quang chỉ được ứng dụng trên tuyến trục thông tin quốc gia. Ngày nay, các tuyến cáp quang được sử dụng rộng khắp, ngoài các tuyến cáp quang đường trục liên tỉnh còn các tuyến cáp quang nội hạt được kéo đến hầu hết các quận, huyện trong cả nước. Trong những năm gần đây, lưu lượng qua mạng tăng trưởng đột biến, nhu cầu phát triển các loại hình dịch vụ thoại, các dịch vụ băng thông rộng và đặc biệt là Internet ngày càng lớn. Những nhà cung cấp dịch vụ mà đặc biệt là các công ty sở hữu và khai thác cơ sở hạ tầng mạng, phải liên tục nâng cấp mạng để đáp ứng nhu cầu về băng thông và dịch vụ. Tuy vậy, hầu như tất cả các dự án giải quyết về lưu lượng mạng đều chậm hơn so với thực tế. Trong tình huống này đã có một sự đột phá về công nghệ nhằm giải quyết vấn đề dung lượng và chất lượng mạng cho xã hội thông tin, đó chính là công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng WDM. Với sự tiến bộ nhanh chóng, công nghệ WDM xứng đáng là giải pháp hợp lý cho vấn đề này hiện nay và cả trong tương lai. Đây là mục tiêu của các nhà cung cấp dịch vụ mạng thông tin nhằm đáp ứng cho sự tăng trưởng nhanh về lưu lượng qua mạng (như Internet) và đảm bảo cho chất lượng dịch vụ ngày càng tốt hơn. Khi đã lựa chọn được giải pháp công nghệ phù hợp thì việc ứng dụng vào mạng sẽ mang lại hiệu quả cao hơn. Ở Việt Nam, hệ thống WDM đã được ứng dụng trên tuyến trục Bắc - Nam với dung lượng 40Gbps và tiếp tục được nâng lên trong thời gian tới. Để đảm bảo chất lượng thông tin theo yêu cầu ngày càng cao của xã hôi, ngoài ưu thế về công nghệ và chất lượng của thiết bị truyền dẫn, thì đội ngũ nhân viên trực tiếp khai thác, vận hành, bảo dưỡng hệ thống thường xuyên là vô cùng quan trọng. Với mục đích hiểu rõ hơn về công nghệ từng bước làm chủ thiết bị và thành thạo trong công tác vận hành, bảo dưỡng thiết bị cho công việc sau này, góp phần giúp thiết bị hoạt động ổn định đảm bảo thông tin và chất lượng tín hiệu, em đã chọn đề tài “CÔNG NGHỆ GHÉP KÊNH QUANG THEO BƯỚC SÓNG WDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG MẠNG ĐƯỜNG TRỤC VIỆT NAM”. Cấu trúc của Đồ án tốt nghiệp bao gồm bốn chương: Chương một tìm hiểu về khái niệm, nguyên lý và các thành phần cấu thành mạng truyền dẫn quang theo công nghệ WDM. Chương hai tìm hiểu về cấu trúc sợi quang và các thiết bị trong hệ thống WDM. Chương ba là những vấn đề kỹ thuật cần chú trọng trong công nghệ WDM và phương án giải quyết cụ thể. Chương bốn nghiên cứu về các thiết bị trong hệ thống WDM của hãng Nortel và ứng dụng của chúng trong mạng đường trục Bắc - Nam. Cụ thể các chương trong Đồ án như sau: Chương 1- Tổng quan về hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng WDM Chương 2- Sợi quang và các thiết bị trong hệ thống WDM Chương 3- Những vấn đề kỹ thuật cần quan tâm đối với hệ thống WDM Chương 4- Ứng dụng công nghệ WDM trong mạng đường trục Việt Nam Hệ thống thông tin quang nói chung và công nghệ truyền dẫn WDM nói riêng là lĩnh vực khoa học công nghệ cao, với lượng kiến thức nhiều và luôn luôn thay đổi, đòi hỏi phải liên tục cập nhật và nghiên cứu. Với phạm vi của Đồ án này, em chỉ đi nghiên cứu một lĩnh vực nhỏ với một thế hệ thiết bị được ứng dụng tại Việt Nam. Dù đã hết sức cố gắng nhưng do khối lượng kiến thức nhiều và phức tạp nên Đồ án không tránh khỏi thiếu sót, rất mong được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô. Qua thời gian học tập tại trường, được sự giúp đỡ của các thầy, các cô trong khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ - Trường Đại Học Quy Nhơn, đã giúp em tiếp thu được nhiều kiến thức bổ ích để em vững vàng và tự tin hơn trong công việc sau này. Để hoàn thành tốt Đồ án tốt nghiệp này, em đã được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của Th.s Lê Thị Cẩm Hà, em xin chân thành cảm ơn cô và tất cả các thầy, các cô trong khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ.