Download pdf - 44958156 Chuong I Tong Quan DWDM

Hệ thống DWDM Chương I: Tổng quan DWDM

I. TỔNG QUAN DWDM

1.1. Khái niệm

Ghép kênh theo bước sóng (WDM) là công nghệ ghép nhiều kênh có bước sóng khác nhau để truyền đi trên cùng một sợi quang. Các bộ ghép và tách kênh được sử dụng là các thiết bị quang thụ động. Ghép kênh theo bước sóng hoàn toàn trong suốt đối với dữ liệu được truyền. Vì thế, tốc độ và chuẩn dữ liệu của các kênh được ghép không cần phải giống nhau.

Cấu trúc tổng quát của một tuyến WDM đơn hướng, n kênh như hình 1.1.

Hình 1.1: Cấu trúc tổng quát của WDM và phổ của tín hiệu ghép

Các luồng thông tin cần truyền được đưa tới khối phát của từng kênh. Các khối này làm nhiệm vụ phát đáp với bước sóng khác nhau. Đầu ra của các khối phát được đưa tới bộ ghép kênh theo bước sóng để ghép thành một luồng tổng được khuyếch đại và phát lên sợi quang. Trên đường truyền, có thể đặt các bộ khuyếch đại nhằm đảm bảo về công suất để tăng khoảng cách truyền. Tại đầu thu, tín hiệu này được khuyếch đại để tín hiệu đủ lớn và được đưa tới bộ tách kênh theo bước sóng để tách thành các kênh tương tự như đầu phát. Các kênh bước sóng riêng được đưa tới các khối phát tương ứng để chuyển từng kênh thành các luồng tín hiệu riêng tương ứng với phía phát.

Tx-1

Tx-1

Tx-2

Tx-2

Tx-k

Tx-n

Tx-n

MU

X

D E

MU

X

Rx-1

Rx-1

Rx-2

Rx-2

Rx-k

Rx-n

Rx-n

OA OA

Giao tiếp với phía phát

thông tin cần truyền

Giao tiếp với phía thu

thông tin cần truyền

λ1

λ2

λk

λn

λ1

λ2

λk

λn

λ1 λ2 λk λn λλk λ

Ghép kênh WDM

Phổ của kênh đơn Phổ của tín hiệu ghép WDM

OA


Hiện tại, có hai hệ thống ghép kênh theo bước sóng được biết là hệ thống ghép kênh theo bước sóng mật độ cao (DWDM – Dense Wavelength Division Mutiplexing) và hệ thống ghép kênh theo bước sóng thô (CWDM – Coarse Wavelength Division Mutiplexing).

Bảng 1-1: Phân chia băng tần quang

Băng Ý nghĩa Dải bước sóng (nm)

Băng O Original – băng gốc 1260 đến 1360

Băng E Extended – băng mở rộng 1360 đến 1460

Băng S Short – băng ngắn 1460 đến 1530

Băng C Conventional – băng thông thường 1530 đến 1565

Băng L Long – băng dài 1565 đến 1625

Băng U Ultra-long – băng cực dài 1625 đến 1675

DWDM là một công nghệ ghép kênh theo bước sóng với số bước sóng lớn trong một băng tần hạn chế. Hệ thống ghép kênh DWDM hiện tại hoạt động ở băng C hoặc băng L (bảng 1-1), dung lượng 32 hoặc 40 kênh, khoảng kênh 0,4 nm và tốc độ tới 10G. Các bước sóng được chuẩn hóa theo khuyến nghị ITU-T G.692 (bảng 1-2). Hiện tại, hệ thống DWDM đã nghiên cứu thử nghiệm với dung lượng kênh được nâng đến 40G hoặc số lượng kênh được nâng đến 80.

Bảng 1-2: Bước sóng chuẩn hóa DWDM theo khuyến nghị ITU-T G.692

TT Tần số trung tâm (THz) cho khoảng

kênh 50 GHz

Tần số trung tâm (THz) cho khoảng kênh 100 GHz

hoặc hơn

Bước sóng trung tâm (nm)

1 196.10 196.10 1528.772 196.05 – 1529.163 196.00 196.00 1529.554 195.95 – 1529.945 195.90 195.90 1530.336 195.85 – 1530.727 195.80 195.80 1531.128 195.75 – 1531.519 195.70 195.70 1531.9010 195.65 – 1532.2911 195.60 195.60 1532.6812 195.55 – 1533.0713 195.50 195.50 1533.4714 195.45 – 1533.86TT Tần số trung tâm Tần số trung tâm (THz) Bước sóng trung tâm



kênh 50 GHz


hoặc hơn


(THz) cho khoảng kênh 50 GHz

cho khoảng kênh 100 GHz hoặc hơn

(nm)

15 195.40 195.40 1534.2516 195.35 – 1534.6417 195.30 195.30 1535.0418 195.25 – 1535.4319 195.20 195.20 1535.8220 195.15 – 1536.2221 195.10 195.10 1536.6122 195.05 – 1537.0023 195.00 195.00 1537.4024 194.95 – 1537.7925 194.90 194.90 1538.1926 194.85 – 1538.5827 194.80 194.80 1538.9828 194.75 – 1539.3729 194.70 194.70 1539.7730 194.65 – 1540.1631 194.60 194.60 1540.5632 194.55 – 1540.9533 194.50 194.50 1541.3534 194.45 – 1541.7535 194.40 194.40 1542.1436 194.35 – 1542.5437 194.30 194.30 1542.9438 194.25 – 1543.3339 194.20 194.20 1543.7340 194.15 – 1544.1341 194.10 194.10 1544.5342 194.05 – 1544.9243 194.00 194.00 1545.3244 193.95 – 1545.7245 193.90 193.90 1546.1246 193.85 – 1546.5247 193.80 193.80 1546.9248 193.75 – 1547.3249 193.70 193.70 1547.7250 193.65 – 1548.1151 193.60 193.60 1548.51



kênh 50 GHz


hoặc hơn


52 193.55 – 1548.9153 193.50 193.50 1549.32TT Tần số trung tâm

(THz) cho khoảng kênh 50 GHz


hoặc hơn


54 193.45 – 1549.7255 193.40 193.40 1550.1256 193.35 – 1550.5257 193.30 193.30 1550.9258 193.25 – 1551.3259 193.20 193.20 1551.7260 193.15 – 1552.1261 193.10 193.10 1552.5262 193.05 – 1552.9363 193.00 193.00 1553.3364 192.95 – 1553.7365 192.90 192.90 1554.1366 192.85 – 1554.5467 192.80 192.80 1554.9468 192.75 – 1555.3469 192.70 192.70 1555.7570 192.65 – 1556.1571 192.60 192.60 1556.5572 192.55 – 1556.9673 192.50 192.50 1557.3674 192.45 – 1557.7775 192.40 192.40 1558.1776 192.35 – 1558.5877 192.30 192.30 1558.9878 192.25 – 1559.3979 192.20 192.20 1559.7980 192.15 – 1560.2081 192.10 192.10 1560.61

Hệ thống CWDM được phát triển nhằm đáp ứng các ứng dụng dung lượng nhỏ để giảm chi phí đầu tư. CWDM là hệ thống ghép kênh bước sóng với mật độ kênh thấp, yêu cầu xử lý băng tần không cao. Số kênh của CWDM nhỏ hơn hoặc bằng 18 với khoảng kênh 20nm (tương đương khoảng 2,5 THz), dung lượng một kênh đến 10G,


bước sóng theo khuyến nghị ITU-T G.694.2. Bước sóng của CWDM được phân bổ như hình 1.2.

Hình 1.2: Bước sóng của CWDM

1.2. Động lực phát triển

Sự tăng nhanh yêu cầu về dung lượng, khoảng cách và sự đa dạng về định dạng truyền tin làm cho các hệ thống ghép kênh theo thời gian (TDM) và việc tăng số lượng sợi quang không đáp ứng được. Trong khi, dung lượng của một sợi quang rất lớn thì các hệ thống truyền dẫn quang TDM, với một tín hiệu quang trên mỗi sợi quang, chỉ khai thách một phần nhỏ trong băng tần rộng lớn của sợi quang. Do đó, đã nảy sinh nhu cầu cần một hệ thống có khả năng tăng dung lượng truyền dẫn trên một sợi quang bằng cách tận dụng băng thông rộng của sợi, tăng khoảng cách truyền dẫn và đáp ứng đồng thời nhiều định dạng thông tin. Đây là động lực phát triển hệ thống ghép kênh theo bước sóng WDM.

Hệ thống WDM cho phép tăng dung lượng truyền dẫn trên một sợi quang, mà không tăng tốc độ xung, bằng cách tận dụng băng thông rộng của sợi quang. Có thể ghép các luồng số liệu có tốc độ và định dạng khác nhau. Do đó, hệ thống đáp ứng được các yêu cầu kể trên.

1.3. Ứng dụng

1.3.1. Các kiểu mạng DWDM

DWDM có hai kiểu ứng dụng: kiểu mạng mở và mạng tích hợp.

Kiểu mạng DWDM mở hoạt động với mọi loại giao diện quang đầu cuối. Hệ thống này sử dụng công nghệ chuyển đổi bước sóng để chuyển đổi tín hiệu quang từ bước sóng của luồng tín hiệu cần truyền sang bước sóng quy chuẩn trong hệ thống. Các tín hiệu quang từ các thiết bị đầu cuối khác nhau sau khi được chuyển đổi thành các bước sóng khác nhau phù hợp hệ thống theo khuyến nghị ITU-T được đưa tới bộ ghép để ghép thành tín hiệu DWDM.


Hình 1.3: Hệ thống DWDM mở

Hệ thống DWDM tích hợp không sử dụng công nghệ chuyển đổi bước sóng. Hệ thống DWDM tích hợp được thiết kế để hoạt động cùng với một số mạng khác như SDH, Ethernet, ... Các giao diện quang từ thiết bị thuộc các mạng được tích hợp phải có bước sóng chuẩn hóa DWDM và được kết nối trực tiếp vào bộ tách ghép kênh của hệ thống DWDM.

Hình 1.4: Hệ thống DWDM tích hợp

Các kiểu mạng này được áp dụng tùy thuộc vào từng hoàn cảnh cụ thể. Trong thực tế, có thể kết hợp cả hai kiểu ứng dụng này trong một hệ thống mạng.

1.3.2. Ứng dụng DWDM tại các lớp mạng

- Mạng đường trục (back-bone)

Các hệ thống DWDM khoảng cách xa (long-haul) được ứng dụng trong mạng đường trục để truyền tải thông tin với lưu lượng lớn giữa các vùng trong một quốc gia. Đặc điểm của các hệ thống này là dung lượng rất lớn và sử dụng các công nghệ sửa lỗi FEC, khuyếch đại Raman, định dạng xung CRZ cùng với các trạm lặp để tăng cường về khoảng cách. Hệ thống mạng đường trục được xây dựng dưới dạng hình vòng hoặc hình lưới để tăng khả năng bảo vệ lưu lượng.

- Mạng nội vùng (Metropolitan)

Sử dụng các hệ thống DWDM khoảng cách trung bình để kết nối giữa các điểm tập trung lưu lượng trong một vùng. Các mạng metro cũng được xây dựng dạng hình vòng hoặc hình lưới để tăng khả năng bảo vệ lưu lượng.


1.4. Ưu điểm của DWDM

Hệ thống DWDM có các ưu điểm sau:

1. Dung lượng cực lớn

Băng thông truyền dẫn của sợi quang thông thường được sử dụng rất lớn. Nhưng, tỷ lệ sử dụng của các hệ thống đơn bước sóng vẫn rất thấp. Bằng cách sử dụng công nghệ DWDM, dung lượng truyền dẫn trên mỗi sợi quang được tăng lên rất nhiều lần mà không cần tăng tốc độ bit.

2. Trong suốt đối với tốc độ bit và khuôn dạng dữ liệu

Các hệ thống DWDM được xây dựng trên cơ sở ghép và tách các tín hiệu quang theo bước sóng và việc ghép tách này độc lập với tốc độ truyền dẫn và phương thức điều chế. Vì thế, các hệ thống này trong suốt đối với tốc độ dữ liệu và khuôn dạng dữ liệu. Vì thế, có thể truyền các tín hiệu với các đặc điểm truyền dẫn khác hẳn nhau, có thể tổng hợp và tách các tín hiệu điện khác nhau bao gồm các tín hiệu số và các tín hiệu tương tự, các tín hiệu PDH và các tín hiệu SDH,.v.v.

3. Bảo vệ đầu tư tối đa trong quá trình nâng cấp hệ thống

Trong quá trình mở rộng và phát triển mạng, có thể mở rộng dung lượng mà không cần xây dựng lại hệ thống cáp quang mà chỉ cần thay thế các bộ thu phát quang. Hơn nữa, việc tăng thêm dịch vụ mới và dung lượng mới được thực hiện đơn giản bằng cách tăng thêm bước sóng.

4. Khả năng linh hoạt, tiết kiệm và và độ tin cậy cao

So với các mạng truyền thống sử dụng phương thức TDM điện, mạng DWDM có cấu trúc cực kỳ đơn giản và các lớp mạng được phân tách rõ ràng. Lớp thấp nhất của mạng là lớp toàn quang tính từ đầu vào bộ ghép tới đầu ra bộ tách kênh bước sóng bao gồm các bộ khuyếch đại, bù tán sắc và các thành phần ở trên đoạn đường truyền. Lớp này là được xây dựng cố định với từng mạng và có chi phí rất thấp. Lớp dịch vụ mức cao hơn bao gồm các bộ phát đáp quang. Các bộ phát đáp quang làm nhiệm vụ gom các dữ liệu cần truyền và phát đáp tại các bước sóng chuẩn hóa của hệ thống. Việc thay đổi dung lượng, thêm bớt dịch vụ được thực hiện bằng cách thay đổi hoặc thêm bớt các bộ phát đáp. Do đó, mạng DWDM đáp ứng tốt về khả năng linh hoạt và tiết kiệm chi phí. Do đặc điểm trong suốt với tín hiệu truyền nên độ tin cậy của mạng cao hơn hẳn so với các mạng TDM.

5. Tương thích với chuyển mạch quang hoàn toàn

Theo dự đoán, có thể thực hiện được mạng chuyển mạch hoàn toàn quang trong tương lai, việc xử lý như xen/rẽ và kết nối của tất cả các dịch vụ viễn thông có thể được thực hiện bằng cách thay đổi và điều chỉnh các bước sóng tín hiệu quang. Vì vậy, DWDM là công nghệ cơ sở để thực hiện mạng hoàn toàn quang. Hơn nữa, các


hệ thống DWDM có thể tương thích với các mạng hoàn toàn quang trong tương lai. Hoàn toàn có thể thực hiện mạng hoàn toàn quang trong suốt và có độ tin cậy cao trên cơ sở hệ thống DWDM hiện tại.