BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-------------***-------------

BÙI ĐĂNG KHOA

TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ DWDM
VÀ TRIỂN KHAI TRONG MẠNG ĐƯỜNG TRỤC
CỦA NGÀNH ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SỸ
NGÀNH: XỬ LÝ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TRƯƠNG THỊ DIỆU LINH

HÀ NỘI - 2010


-1-

LỜI CẢM ƠN
Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Trương Thị Diệu
Linh, người đã nhiệt tình hướng dẫn, chỉ bảo và đưa ra những đóng góp hết sức
quý báu để tôi hoàn thành bản luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo công tác tại Viện Công
nghệ thông tin và Truyền thông, Đại học Bách Khoa Hà Nội đã trang bị cho tôi
những kiến thức trong suốt thời gian học tập.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn các anh, chị đồng nghiệp tại đã tạo
điều kiện và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện bản luận văn.
Trân trọng cảm ơn!

Hà nội ngày 10 tháng 04 năm 2010
Sinh viên thực hiện

Bùi Đăng Khoa


-2-

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ 1
MỤC LỤC.............................................................................................................. 2
TÓM TẮT LUẬN VĂN ........................................................................................ 5
ABSTRACT ........................................................................................................... 6
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT ........................................................ 7
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐÔ THỊ .................................................................11
DANH MỤC CÁC BẢNG...................................................................................13
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ DWDM ...........................................................16
1.1. Giới thiệu chung ........................................................................................16
1.2 Sự cần thiết của công nghệ DWDM ...........................................................18
1.2.1 Sự thách thức của mạng thông tin trong tương lai...............................18
1.2.2 Sự khủng hoảng băng thông.................................................................19
1.2.3. Khả năng mở rộng của công nghệ DWDM ........................................19
1.3. Sự cần thiết phải triển khai công nghệ DWDM tại Việt Nam nói chung và
của ngành điện nói riêng...................................................................................20
1.4. Nội dung và mục tiêu của đề tài ................................................................21
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG VÀ PHƯƠNG
PHÁP GHÉP KÊNH QUANG DWDM ..............................................................22
2.1. Giới thiệu hệ thống thông tin quang .........................................................22
2.2. Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng DWDM và các tham số cơ
bản:....................................................................................................................26



-32.2.1. Giới thiệu nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng: ....................26
2.2.2 Các tham số cơ bản: ............................................................................29
CHƯƠNG 3. CẤU TRÚC HỆ THỐNG DWMD................................................33
3.1 Laser phát....................................................................................................33
3.2 Bộ điều chỉnh công suất..............................................................................36
3.3 Các bộ tách ghép bước sóng .......................................................................36
3.3.1 Nhóm dựa trên nguyên lý tán sắc góc:................................................36
3.3.2 Nhóm dựa trên nguyên lý giao thoa.....................................................39
3.3.3 Ghép tách kênh sử dụng ống dẫn sóng kiểu cách tử ống dẫn sóng
quang (AWG) ................................................................................................42
3.3.4 Bộ ghép tách kênh sử dụng bộ lọc quang ............................................43
3.4. Bộ khuyếch đại đường quang ....................................................................49
3.4.1 Lý thuyết khuếch đại trong EDFA ......................................................49
3.4.2. Cấu trúc EDFA....................................................................................53
3.4.3. Phổ khuếch đại ....................................................................................53
3.5 Bộ xen rẽ quang ..........................................................................................56
3.6. Bộ nối chéo quang .....................................................................................58
3.7 Thiết bị bù tán sắc ......................................................................................59
3.7.1 Tán sắc .................................................................................................59
3.7.2 Sợi bù tán sắc .......................................................................................62
3.7.3 Cách tử Bragg ......................................................................................63
3.8. Sợi quang ...................................................................................................64
3.8.1 Sợi quang G.652...................................................................................64
3.8.2 Sợi quang G.653...................................................................................65


-43.8.3 Sợi quang G.654...................................................................................66
3.8.4 Sợi quang G.655...................................................................................66

3. 9 Bộ thu quang..............................................................................................67
CHƯƠNG 4: TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG DWDM TRONG MẠNG ĐƯỜNG
TRỤC CỦA NGÀNH ĐIỆN................................................................................68
4.1 Hiện trạng mạng đường trục.......................................................................68
4.1.1 Hệ thống cáp quang..............................................................................68
4.1.2 Hệ thống thiết bị truyền dẫn đường trục Bắc – Nam ...........................70
4.2 Giải pháp triển khai mạng đường trục DWDM..........................................72
4.2.1. Yêu cầu chung.....................................................................................72
4.2.2. Tính toán dung lượng cho hệ thống truyền dẫn đường trục DWDM
Bắc - Nam......................................................................................................74
4.2.3. Cầu trúc hệ thống mạng đường trục....................................................79
4.2.4. Tính toán suy hao cho các tuyến cáp. .................................................81
4.3. Hệ thống quản lý mạng..............................................................................85
4.4. Một số thiết bị mạng DWDM của các nhà cung cấp.................................86
4.4.1. Thiết bị Optix BWS 1600G của Huawei ............................................86
4.4.2. Thiết bị ZXWM M900 của ZTE .........................................................88
KẾT LUẬN ..........................................................................................................90
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................92


-7-

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Viết đầy đủ

viết tắt

Giải thích


3R

Re-sharp, Re- time, Re-amplify

Bù tán sắc, định thời, khuyếch đại

APD

Avalanche photodiode

Đi ốt tách sóng quang thác

AMP

Amplifer

Bộ khuyếch đại

AR

Anti-Reflection

Lớp chống phản xạ

ASE

Amplified spontaneous emission

Phát xạ tự phát được khuyếch đại


ATM

Asynchronous Transfer Module

Chế độ truyền không đồng bộ

AWG

Arrayed Waveguide Grating

Ma trận ống dẫn sóng kiểu lưới

BA

Booster Amplifier

Khuyếch đại công suất

BER

Bit Error Rate

Tỉ số lỗi biet

B-ISDN

Broadband – Intergrated Service Mạng số tích hợp đa dịch vụ
Digital Network


CATV

Cable Television

Truyền hình cáp

CGS

Cross Gain Saturation

Bão hòa khuyếch đại chéo

DBR

Distributed Bragg Refection

Phản hồi tán xạ Bragg phân bố

DCM

Dispersion Compensating Module Bộ phận bù tán sắc

DFB

Distributed Feedback

Phản hồi phân bố

DGT


Dynamic Gain Tilt

Dải rộng khuyếch đại

HDTV

High Definition Television

Truyền hình độ phân giải cao

DISP-C

Dispersion Compesation

Bù tán sắc

DRA

Distributed Raman Amplier

Bộ khuyếch đại Raman phân bố

DST

Discrete Since Transform

Biến đổ rời rạc


-8DWDM


Desen

Walength

Division Ghép kênh phân chia theo bước

Multiplexing

sóng mật độ cao

DX

Digital Cross Connect

Kết nối chéo số

EDFA

Erbium Doped Fiber Amplifier

Khuyếch đại sợi pha tạp erbium

EQUAL

Equalization

Bộ cân bằng

ESCON


Enterprise systems Connection

Mạng kết nối công ty

ESI

External Synchorous Interface

Khối giao tiếp đồng bộ ngoài

F-B

Farby – Perot

Khoang cộng hưởng

FBG

Fiber Bragg Grating

Cách tử Bragg sợi

FEC

Forward Error Correction

Sửa lỗi trước

FWM


Four – Wave Mixing

Trộn bốn bước sóng

IM-DD

Intensity Modulation – Direct Điều chế cường độ - tách trực
Detection

ITU-T

tiếp

International Telecommunication Liên minh viễn thông quốc tế
Union

LA

Line Amplifier

Khuyếch đại đường dây

MOD

Modulation

Điều chế

MPI


Multi Path Interface

Xuyên nhiễu đa kênh

MVOA

Monitor

Variable

Optical Bộ giám sát và điều chỉnh suy hao

Attenuator

quang

MZI

Mach Zehnder Interferometer

Bộ giao thoa Mach Zehnder

NF

Noise Figure

Hệ số nhiễu

NGN


Next Generation Network

Mạng thế hệ sau

NZDSF

None Zero Dispersion
Fiber

Shifted Sợi quang dịch chuyển tán sác
khác không


-9OADM

Optical Add Drop Multiplexer

Bộ xen rẽ sóng quang

ODMUX Optical Demultiplexer

Bộ tách sóng quang

OMUX

Optical Multiplexer

Bộ ghép sóng quang


OOK

On Off Key

Khóa đóng mở

OSNCP

Optical Sub Network Connection Cơ chế bảo vệ mạng kết nối
Protection

quang

OSNR

Optical Signal – Noise Ratio

Tỉ số tín hiệu trên tạp âm

OXC

Optical Cross Connect

Nối chéo quang

PA

Pre Amplifier

Tiền khuyếch đại


PDH

Plesiochronous Digital Hierachy

Phân cấp số cận đồng bộ

PMD

Polarization Mode Dispersion

Tán sắc mode phân cực

PRC

Primary Reference Clock

Đồng hồ tham chiếu chính

SASE

Stand

Alone

Synchoronization Thiết bị khôi phục đồng bộ chuẩn

Equipment
SBS


Stimulated Brillouin Scatting

Tán xạ Brillouin kích thích

SDH

Synchronous

Phân cấp đồng bộ số

SMF

Single Mode Fiber

Sợi quang đơn mode

SPM

Self Phase Modulation

Tự điều chế pha

SRS

Stimulated Raman Scatting

Tán xạ Raman kích thích

SSG


Super Structure Grating

Kết cấu lưới siêu chu kỳ

SSU

Synchoronization Supply Unit

Thiết bị cung cấp đồng bộ

STM

Synchorous Transmision Mode

Chế độ chuyển giao đồng bộ

TDM

Time Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia thời gian

TFF

Thin Film Filters

Bộ lọc màng mòng điện môi

VOA


Variable Optical Attenuator

Bộ suy hoa điều chỉnh được


-10WAN

Wide Area Network

WDM

Wavelength

Mạng diện rộng
Division Ghép kênh phân chia bước sóng

Multiplexing
WT

Wavelength Trasponder

Chuyển đổi bước sóng

XPM

Corss Phase Modulation

Điều chế pha chéo



-11-

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐÔ THỊ
Hình 1. 1: Cấu trúc tổng quát của DWDM và phổ tín hiệu ghép …………........16
Hình 2. 1: Các thành phần chính của tuyến truyền dẫn cáp sợi quang ................23
Hình 2. 2: Độ rộng phổ nguồn quang và dải thông của sợi quang ......................25
Hình 2. 3: Sơ đồ truyền dẫn hai chiều trên sợi quang..........................................27
Hình 2. 4: Sơ đồ truyền dẫn hai chiều trên cùng một sợi quang..........................28
Hình 2. 5: Mô tả thiết bị tách ghép hỗn hợp (MUX-DEMUX) ...........................29
Hình 3. 1: Cấu trúc hệ thống truyền dẫn DWDM điểm- điểm ............................33
Hình 3. 2: Phương pháp điều chế gián tiếp ..........................................................35
Hình 3. 3: Sử dụng cách tử nhiễu xạ phẳng để tách bước sóng...........................36
Hình 3. 4: Bộ tách Littrow. ..................................................................................37
Hình 3. 5: Bộ tách sử dụng cách tử nhiễu xạ Planar và gương lòng chảo ...........38
Hình 3. 6: Cách tử hình lòng chảo .......................................................................38
Hình 3. 7: Sơ đồ cấu trúc bộ tách sử dụng cách tử hình lòng chảo .....................39
Hình 3. 8: Bộ tách kênh sử dụng chuỗi lọc giao thoa MZI..................................39
Hình 3. 9: Cấu trúc cách tử Bragg........................................................................40
Hình 3. 10: Bộ tách kênh sử dụng cách tử sợi quang ..........................................41
Hình 3. 11: Bộ tách kênh sử dụng AWG .............................................................42
Hình 3. 12: Bộ lọc màng mỏng điện môi.............................................................43
Hình 3. 13: Cấu trúc bộ tách kênh sử dụng bộ lọc màng mỏng điện môi ...........44
Hình 3. 14:Phân bổ công suất đầu ra của bộ lọc màng mỏng điện môi...............44
Hình 3. 15: Hàm truyền đạt của bộ lọc màng mỏng điện môi.............................45
Hình 3. 16: Cấu trúc bộ tách hai kênh sử dụng bộ lọc giao thoa .........................46
Hình 3. 17: Cấu trúc cơ bản của bộ tách nhiều bước sóng .................................47
Hình 3. 18: Bộ tách vi quang 5 kênh thực tế........................................................47


-12Hình 3. 19: Bộ tách nhiều kênh sử dụng bộ lọc giao thoa gắn trực tiếp vào sợi .48

Hình 3. 20: Giản đồ phân bố năng lượng của Er3+ ...............................................49
Hình 3. 21: Sơ đồ chuyển đổi trạng thái của Er3+ ................................................52
Hình 3. 22: Cấu trúc EDFA..................................................................................53
Hình 3. 23: Phổ khuyếch đại EDFA ....................................................................54
Hình 3. 24: Bộ khuyếch đại EDFA hai tầng ........................................................56
Hình 3. 25: Bộ xen rẽ quang OADM ...................................................................56
Hình 3. 26: Bộ xen rẽ quang sử dụng cách tử Bragg ...........................................57
Hình 3. 27: Sơ đồ OADM điều khiển ..................................................................58
Hình 3. 28: Sơ đồ bộ nối chéo quang...................................................................59
Hình 3. 29: Nguyên lý bù tán sắc bằng cách tử Bragg ........................................63
Hình 3. 30: Tán sắc của sợi NZ-DSF..................................................................67
Hình 4. 1: Sơ đồ hiện trạng truyền dẫn ngành điện .............................................72
Hình 4. 2: Phương án nâng cấp hệ thống truyền dẫn đường trục lên DWDM ....81


-13-

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1. 1: Các thành tựu cơ bản của thông tin quang .........................................18
Bảng 3. 1: So sánh tính chất của EDFA trong băng C và băng L........................55
Bảng 3. 2: Cự ly bị hạn chế bởi tán sắc khi không có trạm lặp ...........................60
Bảng 3. 3: Giới hạn độ dài tuyến truyền dẫn bởi tán sắc .....................................62
Bảng 3. 4: So sánh sợi bù tán sắc DCF và cách tử Bragg....................................64
Bảng 4.1: Tính toán dung lượng cho hệ thống truyền dẫn đường trục DWDM
……………………………………………………………………………….….82
Bảng 4.2: Tính toán suy hao tán sắc đối với hệ thống DWDM ……………..…87
Bảng 4.3: Thông số kỹ thuật thiết bị Optix BWS 1600G……………………....92


-14LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, thị trường viễn thông thế giới nói chung và
Việt Nam nói riêng đã có những bước phát triển mạnh mẽ. Hàng loạt dịch vụ
mới được triển khai cung cấp như Internet băng rộng, dịch vụ di động, Wifi,
Wimax, video theo yêu cầu, dịch vụ mạng riêng ảo VPN … với yêu cầu về dung
lượng đường truyền ngày một nâng cao.
Tập đoàn Điện lực Việt Nam đã sớm tham gia vào thị trường viễn thông
trong nước và có những bước tiến đáng kể. Cho đến nay dịch vụ điện thoại dựa
trên công nghệ CDMA do EVN Telecom cung cấp đã có trên 3 triệu thuê bao.
Các dịch vụ khác như Internet, kênh thuê riêng, điện thoại cố định, kênh thuê
riêng, dịch vụ VoIp… cũng đã có những thành công nhất định. Với mục tiêu đa
dạng hóa các dịch vụ nhằm thỏa mãn tối đa nhu cầu của khách hàng, trong thời
gian tới Tập đoàn Điện lực Việt Nam sẽ triển khai cung cấp nhiều dịch vụ mới
như Wimax, IPTV, Video on demand, dịch vụ điện thoại di động thế hệ 3. Điều
đó đòi hỏi cơ sở hạ tầng mạng truyền dẫn phải đi trước một bước sẵn sàng đáp
ứng dung lượng đường truyền ngày một tăng cao.
Tuy nhiên dung lượng mạng truyền dẫn đường trục Bắc Nam hiện nay
mới có 5Gbps sử dụng công nghệ truyền dẫn SDH được tổ chức trên các tuyến
cáp quang của đường dây 500KV. Dung lượng như vậy là còn nhỏ và chưa đủ
đáp ứng nhu cầu truyền dẫn trong thời gian tới.
Hiện nay công nghệ DWDM là một công nghệ mới có khả năng nâng cao
dung lượng truyền dẫn gấp nhiều lần trong khi vẫn tận dụng được các tuyến cáp
quang hiện có. Việc ứng dụng công nghệ DWDM sẽ giúp Tập đoàn Điện lực
Việt Nam làm chủ được công nghệ truyền dẫn tiên tiến nhất hiện nay đồng thời
tiết kiệm vốn đầu tư trong khi vẫn đảm bảo đáp ứng được nhu cầu truyền dẫn


-15trong thời gian tiếp theo. Vì vậy là một cán bộ đang làm việc cho ngành Điện, tôi
tập trung nghiên cứu về công nghệ DWDM.
Luận văn được nghiên cứu nhằm mục tiêu trình bày một cách hệ thống
quá trình phát triển của thông tin quang nói chung và công nghệ DWDM nói

riêng. Đồng thời chỉ ra những lợi ích khi áp dụng vào mạng truyền dẫn ngành
Điện và phương án cụ thể nâng cấp mạng cáp quang đường trục ngành Điện. Nội
dung luận văn gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về DWDM
Giới thiệu lộ trình phát triển của thông tin quang, nhu cầu và sự cần thiết
triển khai hệ thống DWDM tại Việt Nam và cụ thể trong hệ thống thông tin
ngành Điện.
Chương 2: Hệ thống thông tin quang và phương pháp ghép kênh
DWDM
Tìm hiểu nguyên lý cơ bản kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng mật độ cao
DWDM. Những tham số cơ bản của hệ thống DWDM.
Chương 3: Cấu trúc hệ thống DWDM
Giới thiệu tổng quan hệ thống DWDM điểm – điểm và các phần tử chính
trong hệ thống DWDM
Chương 4: Triển khai ứng dụng DWDM trong mạng đường trục ngành
Điện
Trình bày hiện trạng mạng truyền dẫn đường trục của ngành Điện và giải
pháp nâng cấp sử dụng công nghệ DWDM, hệ thống quản lý mạng và thiết bị dự
kiến sử dụng.


-16-

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ DWDM
1.1. Giới thiệu chung
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.
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.


-17-

Giao

Tx-

tiếp

Tx-

với
phía
phát
hô


λ1

λ1

λ2

D λ2
M

λk U
TxX
λn
Tx-

E
OA

OA

OA

Rx-

Giao

Rx-

tiếp


M λk RxU
λn
Rx-

với
phía
thu
hô

Ghép kênh

λk
λ
Phổ của kênh

λk
λn
λ1 λ2
λ
Phổ của tín hiệu ghép WDM

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.
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


-18Mutiplexing) 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.
1.2 Sự cần thiết của công nghệ DWDM
1.2.1 Sự thách thức của mạng thông tin trong tương lai
Với sự bùng nổ nhu cầu băng thông của khách hàng, rất nhiều nhà cung
cấp dịch vụ đã và đang bắt đầu cạn kiệt nguồn tài nguyên sợi quang. Một vấn đề

này sinh khách nữa là việc phát triển và tích hợp các công nghệ khác nhau trên
cùng một cơ sở hạ tầng. Nhu cầu của khách hàng và sức ép của sự cạnh tranh đã
buộc các nhà cung cấp dịch vụ phải cung cấp nhiều loại hình dịch vụ khác nhau


-19trên một hệ thống mạng hiện hữu. Công nghệ DWDM giúp cho nhà cung cấp
dịch vụ giải quyết được nhu cầu này. Các dịch vụ IP như email, video, và các
dịch vụ đa phương tiện thông qua nền ATM và cung cấp các dịch vụ voice trên
nền SONET/SDH. Mặc dù trên thực tế các công nghệ IP, ATM, SONET/SDH
cho ta khả năng quản lý băng thông khác nhau nhưng chúng đều có thể truyền tải
được trên cùng một nền truyền dẫn quang sử dụng công nghệ DWDM. Sự hợp
nhất hệ thống mạng này cho phép các nhà cung cấp dịch vụ đáp ứng nhu cầu
khách hàng trên cùng một hệ thống mạng một cách mềm dẻo.
1.2.2 Sự khủng hoảng băng thông
Để đối mặt với thách thức trong việc tăng trưởng dịch vụ, sự cạn kiệt sợi
quang nhu cầu băng thông, các nhà cung cấp dịch vụ cần phải xem xét đến các
giải pháp có tính kinh tế. Một trong các giải pháp nhằm làm giảm sự cạn kiện sợi
quang là xây dựng các tuyến cáp quang mới. Tuy nhiên việc xây dựng các tuyến
cáp quang mới là một giải pháp tốn kém.
Một lựa chọn khác là tăng tốc độ truyền dẫn sử dụng công nghệ ghép kênh
theo thời gian. Tuy nhiên khi sử dụng phương pháp này cần có một sự đột biến
trong tốc độ truyền dẫn. Cần phải chi phí cho một băng thông lớn hơn phần băng
thông họ thực sự cần. Trên cơ sở phân cấp tốc độ truyền dẫn SONET/SDH cần
thiết phải xây dựng một hệ thống truyền dẫn tốc độ 40Gbps nếu ta muốn nâng
dung lượng truyền dẫn lên trên 10Gbps.
1.2.3. Khả năng mở rộng của công nghệ DWDM
Một lựa chọn thứ 3 cho các nhà cung cấp dịch vụ trong việc mở rộng băng
thông là sử dụng công nghệ ghép kênh theo bước sóng DWDM. Trong đó, để
tăng băng thông, ta sẽ ghép theo bước sóng DWDM. Trong đó để tăng băng
thông ta sẽ gán các tín hiệu quang với các bước sóng xác định và ghép các tín

hiệu đầu ra để truyền trên cùng một tuyến thông tin quang duy nhất


-20DWDM kết hợp một nhóm các tín hiệu quang với nhau để truyền trên
một tuyến thông tin quang duy nhất nhằm tăng dung lượng truyền dẫn. Mỗi tín
hiệu đầu vào có thể ở các tốc độ truyền dẫn khác nhau (STM-n) và có thể kết
hợp các tín hiệu đầu này với nhau nhưng vẫn đảm bảo đựoc hiệu suất cũng như
độ tin cậy với hệ thống hiện hữu và thậm chí là vượt trội hơn hệ thống hiện hữu.
Hiện nay, các thiết bị ghép kênh quang theo bước sóng DWDM có thể truyền
dẫn được đến 40 bước sóng, mỗi bước sóng có tốc đọ 10Gbps. Như vây tổng
băng thông trên một tuyến có thể tới 400Gbps tương đương với băng thông cần
thiết để truyên 90 000 bộ bách khoa toàn thư trong một giây.
Kỹ thuật sử dụng trong công nghệ DWDM nhằm đảm bảo truyền dẫn
trong tin tốc độ cao là các bộ khuyếch đại quang – quang. Các bộ khuyếch đại
quang có thể khuyếch đại trực tiếp tín hiệu quang mà không cần phải chuyển đổi
ngược lại tín hiệu điện. Các bộ khuyếch đại quang này còn có thể đồng thời
khuyếch đại trực tiếp tín hiệu quang gồm hàng trăm bước sóng được truyền trên
nó.
1.3. Sự cần thiết phải triển khai công nghệ DWDM tại Việt Nam nói chung
và của ngành điện nói riêng.
Hiện nay tại Việt Nam các nhà cung cấp dịch vụ truyền dẫn đường trục
đều đang sử dụng công nghệ truyền dẫn quang SDH. Với nhu cầu sử dụng các
dịch vụ viễn thông yêu cầu băng thông rộng như các dịch vụ Internet băng rộng,
các dịch vụ di động, Wifi, Wimax, video theo yêu cầu , VPN …đang tăng lên
ngày càng mạnh thì tài nguyên băng thông và sợi quang trên mạng đường trục đã
trở nên cạn kiệt
Trong bối cảnh bùng nổ về nhu cầu viễn thông trong nước, trong khu vực
và thế giới, đặc biệt là các dịch vụ băng rộng, đồng bộ với việc triển khai cung cấp
các dịch vụ, xây dựng mạng liên tỉnh, liên vùng, mạng nội hạt, mạng truy nhập tốc



-21độ cao, việc sử dụng công nghệ DWDM trong các tuyến thông tin huyết mạch để
tối đa hóa khả năng sử dụng băng thông của sợi quang là hết sức cần thiết.
Cùng với sự phát triển của thị trường viễn thông trong nược, ngành Điện
cũng tham gia vào cung cấp các dịch vụ viễn thông và đã có những bước tiến
đáng kể. Cuối năm 2005 dịch vụ điện thoại di động CDMA được chính thức
triển khai trên toàn quốc. Cho đến cuối năm 2007 đã đạt được con số 2 triệu thuê
bao. Các dịch vụ khác như Internet, kênh thuê riêng, điện thoại cố định, VoIP
cũng đã có những bước phát triển nhất định và đang dần dần xây dựng được
thương hiệu. Trong thời gian tới ngành Điện tiếp túc mở rộng thị trường, phát
triển số lượng thuê bao cho dịch vụ CDMA cũng như các loại hình dịch vụ mới
3G, Wimax, IPTV, video on demand .. . Vì vậy nhu cầu về dung lượng đường
truyền sẽ ngày một tăng cao.
Tuy nhiên dung lượng đường trục Bắc Nam hiện nay của ngành Điện mới
có 5Gbps, sử dụng công nghệ truyền dẫn quang SDH và các tuyến cáp quang
treo trên đường dây 500KV. Dung lượng như vậy là còn nhỏ. Vì vậy việc xây
dựng các tuyến thông tin đường trục với dung lượng lớn, sử dụng công nghệ
truyền dẫn hiện đại có khả năng nâng cấp dung lượng đáp ứng được nhu cầu sử
dụng trong tương lai là cần thiết. Do đó ngành điện hiện nay đã và đang đầu tư
hệ thống thông tin quang đường trục Bắc Nam sử dụng công nghệ DWDM nhằm
đáp ứng nhu cầu truyền dẫn hiện tại cũng như trong tương lai
1.4. Nội dung và mục tiêu của đề tài
Luận văn này tập trung nghiên cứu về công nghệ DWDM và tổ chức thiết
kế hệ thống mạng DWDM dựa trên hạ tầng mạng cáp quang và truyền dẫn quang
hiện có của ngành Điện, đảm bảo được nhu cầu về băng thông, khả năng mở
rộng cũng như tính linh hoạt của hệ thống đáp ứng nhu cầu điều hành sản xuất
điện cũng kinh doanh viễn thông của ngành Điện trên phạm vi cả nước.


-22-


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG
VÀ PHƯƠNG PHÁP GHÉP KÊNH QUANG DWDM
2.1. Giới thiệu hệ thống thông tin quang
Trong vòng 10 năm trở lại đây, cùng với sự tiến bộ vượt bậc của của công
nghệ điện tử - viễn thông, công nghệ quang sợi và thông tin quang đã có những
tiến bộ vượt bậc để từ đó tạo ra các hệ thống thông tin quang với nhiều ưu điểm
trội hơn so với các hệ thống thông tin cáp kim loại. Dưới đây là những ưu điểm
nổi trội của môi truờng truyền dẫn quang so với các môi trường truyền dẫn khác,
đó là:
Suy hao truyền dẫn nhỏ
Băng tần truyền dẫn rất lớn
Không bị ảnh hưởng của nhiễu điện từ
Có tính bảo mật tín hiệu thông tin cao
Có kích thước và trọng lượng nhỏ
Sợi có tính cách điện tốt
Độ tin cậy cao
Sợi được chế tạo từ vật liệu rất sẵn có
Chính bởi các lý do trên mà hệ thống thông tin quang đã có sức hấp dẫn
mạnh mẽ các nhà khai thác viễn thông. Các hệ thống thông tin quang không
những chỉ phù hợp với các tuyến thông tin xuyên lục địa, tuyến đường trục, và
tuyến trung kế mà còn có tiềm năng to lớn trong việc thực hiện các chức năng
của mạng nội hạt với cấu trúc tin cậy và đáp ứng mọi loại hình dịch vụ hiện tại
và tương lai.


-23-

Trạm lặp


chia

dẫn

Bộ

Thu

Sợi

Mô hình chung của một tuyến thông tin quang như sau:
Bộ
phát
nối
Bộ
Tín
Mạch điều
Nguồn
Mối hàn
hiệ
khiển
phát quang

quang
Mạch điện
Phát
quang

Các thiết bị khác


Tín hiệu

Khuếch đại

Khuếch

Đầu thu

Khôi phục

đại quang

quang

tín hiệu

Bộ

điện ra

thu

Hình 2. 1: Các thành phần chính của tuyến truyền dẫn cáp sợi quang
Các thành phần chính của tuyến gồm có phần phát quang, cáp sợi quang
và phần thu quang. Phần phát quang được cấu tạo từ nguồn phát tín hiệu quang
và các mạch điện điều khiển liên kết với nhau. Cáp sợi quang gồm có các sợi dẫn
quang và các lớp vỏ bọc xung quanh để bảo vệ sợi quang khỏi tác động có hại từ
môi trường bên ngoài. Phần thu quang do bộ tách sóng quang và các mạch
khuếch đại, tái tạo tín hiệu hợp thành. Ngoài các thành phần chủ yếu này, tuyến
thông tin quang còn có các bộ nối quang (connector), các mối hàn, bộ chia quang

và các trạm lặp; tất cả tạo nên một tuyến thông tin quang hoàn chỉnh.
Đặc tuyến suy hao của sợi quang theo bước sóng tồn tại ba vùng mà tại đó
có suy hao thấp là các vùng xung quanh bước sóng 850 nm, 1300 nm và 1550
nm. Ba vùng bước sóng này được sử dụng cho các hệ thống thông tin quang và
gọi là các vùng cửa sổ thứ nhất, thứ hai và thứ ba tương ứng. Thời kỳ đầu của kỹ
thuật thông tin quang, cửa sổ thứ nhất được sử dụng. Nhưng sau này do công


-24nghệ chế tạo sợi phát triển mạnh, suy hao sợi ở hai cửa sổ sau rất nhỏ cho nên
các hệ thống thông tin quang ngày nay chủ yếu hoạt động ở vùng cửa sổ thứ hai
và thứ ba.
Nguồn phát quang ở thiết bị phát có thể sử dụng diode phát quang (LED)
hoặc Laser bán dẫn (LD). Cả hai loại nguồn phát này đều phù hợp cho các hệ
thống thông tin quang, với tín hiệu quang đầu ra có tham số biến đổi tương ứng
với sự thay đổi của dòng điều biến. Tín hiệu điện ở đầu vào thiết bị phát ở dạng
số hoặc đôi khi có dạng tương tự. Thiết bị phát sẽ thực hiện biến đổi tín hiệu này
thành tín hiệu quang tương ứng và công suất quang đầu ra sẽ phụ thuộc vào sự
thay đổi của cường độ dòng điều biến. Bước sóng làm việc của nguồn phát
quang cơ bản phụ thuộc vào vật liệu cấu tạo. Đoạn sợi quang ra (pigtail) của
nguồn phát quang phải phù hợp với sợi dẫn quang được khai thác trên tuyến.
Tín hiệu ánh sáng đã được điều chế tại nguồn phát quang sẽ lan truyền dọc
theo sợi dẫn quang để tới phần thu quang. Khi truyền trên sợi dẫn quang, tín hiệu
ánh sáng thường bị suy hao và méo do các yếu tố hấp thụ, tán xạ, tán sắc gây
nên. Bộ tách sóng quang ở đầu thu thực hiện tiếp nhận ánh sáng và tách lấy tín
hiệu từ hướng phát đưa tới. Tín hiệu quang được biến đổi trở lại thành tín hiệu
điện. Các photodiode PIN và photodiode thác APD đều có thể sử dụng để làm
các bộ tách sóng quang trong các hệ thống thông tin quang, cả hai loại này đều
có hiệu suất làm việc cao và có tốc độ chuyển đổi nhanh. Các vật liệu bán dẫn
chế tạo các bộ tách sóng quang sẽ quyết định bước sóng làm việc của chúng và
đoạn sợi quang đầu vào các bộ tách sóng quang cũng phải phù hợp với sợi dẫn

quang được sử dụng trên tuyến lắp đặt. Đặc tính quan trọng nhất của thiết bị thu
quang là độ nhạy thu quang, nó mô tả công suất quang nhỏ nhất có thể thu được
ở một tốc độ truyền dẫn số nào đó ứng với tỷ lệ lỗi bít cho phép của hệ thống.


-25Khi khoảng cách truyền dẫn khá dài, tới một cự ly nào đó, tín hiệu quang
trong sợi bị suy hao khá nhiều thì cần thiết phải có trạm lặp quang đặt trên tuyến.
Cấu trúc của thiết bị trạm lặp quang gồm có thiết bị phát và thiết bị thu ghép
quay phần điện vào nhau. Thiết bị thu ở trạm lặp sẽ thu tín hiệu quang yếu rồi
tiến hành biến đổi thành tín hiệu điện, khuếch đại tín hiệu này, sửa dạng và đưa vào
thiết bị phát quang. Thiết bị phát quang thực hiện biến đổi tín hiệu điện thành tín
hiệu quang rồi lại phát tiếp vào đường truyền. Những năm gần đây, các bộ khuếch
đại quang đã được sử dụng để thay thế một phần các thiết bị trạm lặp quang.
Trong các tuyến thông tin quang điểm nối điểm thông thường, mỗi một sợi
quang sẽ có một nguồn phát quang ở phía phát và một bộ tách sóng quang ở phía
thu. Các nguồn phát quang khác nhau sẽ cho ra các luồng ánh sáng mang tín hiệu
khác nhau và phát vào sợi dẫn quang khác nhau, bộ tách sóng quang tương ứng
sẽ nhận tín hiệu từ sợi này. Như vậy muốn tăng dung lượng của hệ thống thì phải
sử dụng thêm sợi quang. Với hệ thống quang như vậy, dải phổ của tín hiệu
quang truyền qua sợi thực tế rất hẹp so với dải thông mà các sợi truyền dẫn
quang có thể truyền dẫn với suy hao nhỏ (xem hình 2.2):

Suy hao sîi (dB/km)

6
Phæ mét nguån

5
4
3


Multi mode

2
1
0

Single mode
O,7

O,8

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

λ


Hình 2. 2: Độ rộng phổ nguồn quang và dải thông của sợi quang


-26Một ý tưởng hoàn toàn có lý khi cho rằng có thể truyền dẫn đồng thời
nhiều tín hiệu quang từ các nguồn quang có bước sóng phát khác nhau trên cùng
một sợi quang. Kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng DWDM ra đời từ ý
tưởng này.
2.2. Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng DWDM và các tham số cơ
bản:
2.2.1. Giới thiệu nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng:
Đặc điểm nổi bật của hệ thống ghép kênh theo bước sóng quang (DWDM)
là tận dụng hữu hiệu nguồn tài nguyên băng rộng trong khu vực tổn hao thấp của
sợi quang đơn mode, nâng cao rõ rệt dung lượng truyền dẫn của hệ thống đồng
thời hạ giá thành của kênh dịch vụ xuống mức thấp nhất. Ở đây việc thực hiện
ghép kênh sẽ không có quá trình biến đổi điện nào. Mục tiêu của ghép kênh
quang là nhằm để tăng dung lượng truyền dẫn. Ngoài ý nghĩa đó việc ghép kênh
quang còn tạo ra khả năng xây dựng các tuyến thông tin quang có tốc độ rất cao.
Khi tốc độ đường truyền đạt tới một mức độ nào đó người ta đã thấy được
những hạn chế của các mạch điện trong việc nâng cao tốc độ truyền dẫn. Khi tốc
độ đạt tới hàng trăm Gbit/s, bản thân các mạch điện tử sẽ không thể đảm bảo đáp
ứng được xung tín hiệu cực kỳ hẹp; thêm vào đó, chi phí cho các giải pháp trở
nên tốn kém và cơ cấu hoạt động quá phức tạp đòi hỏi công nghệ rất cao. Kỹ
thuật ghép kênh quang theo bước sóng ra đời đã khắc phục được những hạn chế
trên.
Hệ thống DWDM dựa trên cơ sở tiềm năng băng tần của sợi quang để
mang đi nhiều bước sóng ánh sáng khác nhau, điều thiết yếu là việc truyền đồng
thời nhiều bước sóng cùng một lúc này không gây nhiễu lẫn nhau. Mỗi bước
sóng đại diện cho một kênh quang trong sợi quang. Công nghệ DWDM phát
triển theo xu hướng mà sự riêng rẽ bước sóng của kênh có thể là một phần rất