intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

DUY TRÌ TRONG MẠNG QUANG WDM CHƯƠNG 1

Chia sẻ: Tran Le Kim Yen Tran Le Kim Yen | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:29

Thêm vào BST
Báo xấu
52
lượt xem 11
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích ban đầu của các mạng viễn thông và Internet là cung cấp truy nhập thông tin tới bất cứ nơi đâu vào bất cứ thời điểm nào và dưới bất cứ hình thức nào chúng ta cần.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: DUY TRÌ TRONG MẠNG QUANG WDM CHƯƠNG 1

  1. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN THÔNG TIN QUANG ĐỀ TÀI: DUY TRÌ TRONG MẠNG QUANG WDM CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG Mục đích ban đầu của các mạng viễn thông và Internet là cung cấp truy nhập thông tin tới bất cứ nơi đâu vào bất cứ thời điểm nào và dưới bất cứ hình th ức nào chúng ta cần. Để đạt được mục tiêu này các công nghệ quang và không dây đóng một vai trò quyết định trong mạng viễn thông tương lai. Các mạng quang và không dây có tính bổ sung cho nhau. Mạng quang cho phép cung cấp một băng thông rất lớn mặc dù nó không th ể xuất hiện ở mọi chỗ. Ngược lại, các mạng không dây có khả năng xuất hiện ở mọi chỗ nhưng lại chỉ có khả năng cung cấp các kênh truyền dẫn có băng thông giới hạn tu ỳ thuộc vào việc triển khai khác nhau. Khác với các kênh không dây, sợi quang có một số ưu điểm về đặc tính truyền dẫn như là suy hao nhỏ, băng thông rộng và không chịu ảnh hưởng của nhiễu điện từ. Các mạng quang là môi trường trung gian để cung cấp đủ băng thông khi số người sử dụng đang tăng nhanh. Có hai th ế hệ mạng quang, ở hình 1.1a, mạng quang thế hệ thứ nhất thay thế các dây đồng bằng các sợi quang trong khi các node vẫn là điện. Trong mạng này cách chuyển đổi tín hiệu quang - điện - quang (OEO) xảy ra ở mỗi node. Ban đầu, mỗi sợi quang chỉ mang một bước sóng như trong các chu ẩn FDDI và IEEE 802.6. Để giải quyết khả năng tăng nhanh các lưu lượng dữ liệu và để tận dụng tối đa băng thông của các sợi quang EDFA ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) đã ra đời đầu những năm 90. Nh ờ WDM, mỗi kết nối sẽ mang nhiều bước sóng, mỗi bước sóng hoạt động ở một tốc độ khác nhau.
  2. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung H ình 1.1 Các mạng quang: a. Thế hệ thứ nhất b. Thế hệ thứ hai Trong thế hệ thứ hai của mạng quang (hình 1.1b), các chuyển đổ i OEO chỉ xảy ra tại các node nguồn và node đích, trong khi tất cả các node trung gian hoàn toàn là quang. Bằng cách sử dụng các node trung gian q uang, các thắt cổ chai quang đ iện được loại bỏ và số lượng các card cổ ng giảm đi. K ết quả là chi phí mạng giảm đáng kể. Điều này là một trong các yếu tố quan trọ ng nhất đối với mạng quang. Hơn thế, các đường dẫn toàn quang từ đầu cuối đến đầu cuối có thể cung cấp các kênh trong suốt cho người sử d ụng. Người sử dụng có thể tự chọ n tốc độ bít, đ ịnh dạng khối và giao thức. Sự trong suốt này cho phép dễ dàng hỗ trợ các b ảo m ật khác nhau cũng như các dịch vụ trong tương lai. Network Data link Network IP Data link IP ATM Network ATM SONET Data link IP & MPLS SONET/SDH Physical WDM & Protection/Restoration a) b) c)
  3. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung H ình 1.2: Các chồng giao thức: a) IP/ATM/SONET(SDH)/WDM b) Chi tiết cấu trúc lớp của IP/ATM/SONET/WDM c) Chồng giao thức đơn giản IP/WDM Trong tương lai lưu lượng trong các mạng quang sẽ chủ yếu là IP. Thường thì, các truyền dẫn gói IP trong các m ạng quang WDM được thực hiện theo kiểu trộn lẫn và kiểu ghép. Hình 1.2 mô tả trồng giao thức IP/ATM/SONET (SDH)/WDM mà hiện nay các mạng đang triển khai để truyền dẫn các gói IP. Các gói tin IP có kích cỡ khác nhau được phân mảnh thành các tế bào ATM với kích thước cố định rồi được truyền trên các khung SONET/SDH thông qua các kết nối WDM quang. Trồng giao thức này đòi hỏi một số thao tác sắp xếp giữa các giao thức. Điều này không chỉ làm tăng chi phí và độ phức tạp của mạng mà còn có xu hướng tạo ra các nghẽn cổ chai tính toán trong các mạng tốc độ cao. Hơn thế, như hình 1.2 chỉ ra trồng giao thức này là không hiệu quả vì cùng một khía cạnh quan tâm của mạng và tầng kết nối dữ liệu được đánh địa chỉ ở mỗi giao thức. Điều này dẫn đến các chức năng thừa và các sơ đồ kết nối tầng phức tạp. Đ ể tránh những sự không hiệu quả này và để đ ơn giản sự hoạt động của mạng, cấu trúc tầng giao thức phức tạp trên có thể được thay thế bằng chồng giao thức IP/WD M ít phức tạp hơn nhiều. Chức năng ATM của kĩ thuật lưu lượng (QoS) sẽ được hấp thụ vào trong tầng IP nhờ sử dụng chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS). Và các khả năng truyền d ẫn của SONET/SDH (bảo vệ và tái cấu hình) sẽ đ ược hấp thụ bởi tầng WDM quang. Nhờ đó các mạng WDM tương lai sẽ có trồng giao thức rất đơn giả n là IP/WDM như được mô tả trong hình 1.2c. Mạng IP WDM q uang lắm các hứa hẹn rất lớn cho việc cung cấp hiệu quả một băng thông lớn với độ phức tạp của m ạng nhỏ m ặc dầu các công nghệ
  4. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung quang hiện nay vẫn còn mộ t số giới hạn về tính ổ n định và tính hiệu quả về mặt chi phí. Tuy nhiên, đáng chú ý là, trong tương lai sự phức tạp và chi phí trong các mạng WDM quang có thể được giải quyết. 1.1 Mục tiêu và phương pháp tiếp cận 1.1.1 Mục tiêu Mạng đường trục WDM quang Kết nối đường trục Kết nối đường trục Mạng đô thị Kết nối nội Kết nối nội thị thị Kết nối liên mạng Mạng truy nhập (HFC, FTTx) xDSL, ESCON, Truy nhập không dây ATM, FR, SDH, cable modem Kênh sợi (eg..UMTS,WWLAN) IP, GbE Hình 1.3. Mạng phân cấp (được định nghĩa ở phụ lục B) Trong hình 1.3, mô hình của mạng truyền thông sẽ gồm các m ạng đường trục, mạng nội thị, mạng truy nhập trong đó các mạng sau sẽ thu thập/phân phối dữ liệu từ/đến các trạm trung gian khác ví dụ như các trạm không dây và các LAN.
  5. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung Các LAN gigabit Ethernet cùng với chuẩn 10 GbE IEEE 802.3ae được hoàn thiện năm 2002 được hi vọng sẽ cung cấp đủ băng thông cho ít nhất 5 năm tới. Các công ti điện thoại đã triển khai một số d ạng của đường dây thuê bao số (DSL) và các công ti cáp triển khai các modem cáp. Nghẽn cổ chai ở bước truy nhập đầu tiên sẽ được loại bỏ nhờ ứng dụng chuẩn IEE802.3ab Ethernet mà được đề cập vào tháng 9 năm 2003. Các công nghệ truy nhập băng rộng này cùng với các dịch vụ không dây thế hệ tiếp theo ví dụ như UMTS và các LAN không dây (WLAN) và các giao thức tốc độ cao như ATM, FRAME RELAY (FR) IP, ESCON và kênh sợi quang sẽ đòi hỏi băng thông rất lớn và chất lượng dịch vụ QoS hỗ trợ từ các mạng cao hơn. Nằm giữa các thuê bao tốc độ cao và các đường dẫn cực lớn của mạng đường trục là m ạng truy nhập và mạng nội thị. Ban đ ầu các mạng truy nhập là các hệ thống HFC trong đó chỉ có phần nguồn nuôi ở giữa tổng đài trung tâm và node ở xa của mạng là quang còn mạng phân tán giữa node ở xa và các thuê bao vẫn là điện. K ết quả là, các mạng truy nhập FTTx đang nhận được sự chú ý rất lớn. Các mạng FTTx, nghĩa là mạng sợi quang tới đầu cáp FTTC hay sợi quang tới nhà FTTH, là mạng hoàn toàn quang nghĩa là tín hiệu được truyền d ẫn thông qua sợi q uang từ tổng đài trung tâm ho ặc tất cả các con đường tới khách hàng. Về lí do chi phí nên các mạng truy nhập toàn q uang đều không được cấp nguồn hay còn được gọ i tương ứng là các mạng quang thu động (PON). Các PON đã được xem xét cho mạng truy nhập kể từ giữa những năm 90 trước cả khi nhu cầu băng thông cho Internet bùng nổ. Gần đây, các PON Ethernet cải tiến đang trở thành ứng viên đầy hứa hẹn để cung cấp đầy đủ băng thông cho truyền dẫn hiệu quả lưu lượng dữ liệu. Các mạng nội thị hiện nay chủ yếu là các mạng vòng SONET/SDH. Các mạng này có mộ t số nhược điểm: - V iệc giám sát kênh cho các mạng SONET/SDH mất quá nhiều thời gian thường là từ 6 tuần đến 6 tháng. Do đó giám sát dịch vụ nhanh là điều không thể
  6. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung - Thiết bị SONET/SDH rất đắt và làm giảm đáng kể vùng p hủ trong thị trường nội thị rất nhạy cảm với chi phí trong đó chi phí chỉ được chia sẻ b ởi một lượng ít khách hàng hơn nhiều so với mạng đường trục. Chính chi phí cao đã ngăn cản các công ti mới tham gia vào thị trường nộ i thị. - V iệc nâng cấp một mạng vòng SONET/SDH ảnh hưởng tới tất cả các node chứ không chỉ các node nguồn và node đích mong muố n truyền thông ở tốc độ dữ liệu cao hơn. - Cơ chế chuyển mạch bảo vệ tự động (APS) của SONET/SDH (bảo vệ 1+1) là không hiệu quả về m ặt băng thông bởi vì các đường bảo vệ và làm việc đều mang cùng loại lưu lượng. - SONET/SDH được thiết kế cho lưu lượng đối xứng. Do đó, lưu lượng IP không đố i xứng truyền dẫn không hiệu quả. - Hoạt động TDM tập trung thoại không có khả năng hỗ trợ hiệu quả lưu lượng dữ liệu có tính bùng nổ d ẫn đ ến việc lãng phí băng thông. Những nhược điểm được đề cập ở trên của các mạng vòng SONET/SDH tạo ra một nghẽn cổ chai băng thông nghiêm trọng tại mức nội thị. Hiện tượng này được gọi là Metrogap, ngăn cản các khách hàng tốc độ cao (và cũng ngăn cản các nhà cung cấp dịch vụ) trong việc sử d ụng băng thông còn rất lớn trong mạng đường trục. Nghẽn cổ chai này có thể trở nên nghiêm trọ ng hơn vì thực tế lưu lượng IP tăng lên sẽ mang tính cục bộ bằng cách đ ặt thêm nhiều máy chủ Proxy trong các mạng nội thị để giảm trễ mạng, cân bằng tải máy chủ và có độ sẵn sàng cao hơn. Sự tăng cường sử dụng điện thoại tổ ong và các thiết bị cầm tay đ ối với các d ịch vụ Internet sẽ làm tăng lượng thông tin truy cập nội hạt và cần được cập nhật thường xuyên đặc biệt là các ứng dụng trong nhà, trên xe hơi, và các thiết bị điện tử khác đang b ắt đầu tận d ụng mạng nội thị [KWSR]. Hơn thế, Napster đang báo trước sự xung đột về chia sẻ thông tin, các ứng d ụng đ ồng hàng trong tương lai trong đó mỗi đầu cuối người sử dụng sẽ hoạt động như là một máy chủ và sẽ làm tăng đáng kể lưu lượng bên trong mạng MAN. Để vượt
  7. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung qua độ rộng giữa các khách hàng tốc độ cao và tương lai của mạng đường trục thì các kiến trúc và giao thức mạng nội thị cần phải được triển khai. Gần đây, các nghiên cứu đã b ắt đầu tập trung vào để hạn chế độ rộng nội thị. Sự quan trọng của độ rộng nội thị cũng được phản ánh qua một số lượng lớn các hoạt động chuẩn hoá đang được triển khai gần đây, và các diễn đàn công nghiệp như là IETF WG IPoRPR, IEEE 802.17 RPRWG, diễn đàn Ethernet nội thị (MEF) và liên minh mạng vòng gói mềm dẻo (RPR) bao gồm hơn 70 công ty. Bản đồ án này sẽ tập trung vào các mạng WDM chuyển m ạng gói trong đó các gói tin được lưu trữ trong các RAM điện tử thay vì là các đ ường dây trễ sợi quang. V ới các kiến trúc và giao thức được giới thiệu và kiểm tra ở đây có thể cho phép các khách hàng tốc độ cao và các nhà cung cấp dịch vụ để vượt qua độ rộng nộ i thị và tận dụng tối đa băng thông rất lớn trong mạng đường trục theo một cách hiệu quả, chi phí thấp và có tương lai. 1.1.2 Phương pháp tiếp cận Vấn đề sẽ được tiếp cận để có thể tận dụng các lợi thế tương ứng của miền điện và miền quang trong khi tránh các nhược điểm tương ứng của chúng: truyền dẫn sẽ được thực hiện trong miền quang trong khi việc đệm và các phép logic sẽ được thực hiện trong miền điện. Do sự thiếu hụt các bộ đ ệm quang (RAM) các mạng quang không dùng bộ đệm sẽ được xem xét. Kiến trúc mạng không chuyển mạch hoàn toàn thụ động sẽ được xem xét. Các mạng thụ động không chỉ khá tin cậy mà còn có thể nâng cấp tới mạng thông minh rìa cho phép việc giảm chi phí mạng và đơn giản hoá trong duy trì, bảo dưỡng, ho ạt độ ng của mạng. Mạng đang được xem xét là lựa chọ n bước sóng. Trong một mạng lựa chọ n bước sóng tĩnh, mỗi node nguồn có khả năng tiếp cận nhiều node đích khác nhau bằng cách thay đổi bước sóng truyền dẫn. Đ ể làm được như vậy, mô hình chuyển mạch gói lưu trữ và chuyển tiếp truyền thống phải được thay thế bằng mô hình chuyển đổi bước sóng theo mỗi gói tin tại biên giới m ạng. Trong mạng
  8. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung lựa chọn bước sóng mỗ i bước sóng được định tuyến chỉ trong một phần nhỏ của mạng, các phần còn lại của mạng có thể dùng cùng các bước sóng này. Kết quả là việc tái sử d ụng bước sóng theo không gian không chỉ giảm sự trùng lặp mà còn giữ cho số lượng các bước sóng cần dùng là hữu hạn. Một số lượng nhỏ các bước sóng sẽ đòi hỏi các bộ thu rất nhạy bước sóng để có thể cho truyền qua một dải sóng rất hẹp. Điều này lại cho phép ứng dụng các bộ thu chuyển đổi được mà có thời gian chuyển đổi nhỏ hơn so với các bộ thu với các giải chuyển đổi tương đối lớn. Mạng được xem xét sẽ là mạng hình sao. Các mạng hình sao cho thấy lợi thế về mặt công suất hơn các mạng bus. Cả mạng hình sao và mạng bus đều chịu ảnh hưởng của suy hao do rẽ nhánh. Trong khi suy hao rẽ nhánh tổng (tính bằng dB) ở m ạng hình bus tăng tuyến tính theo số lượng node trong mạng thì suy hao rẽ nhánh tổng (tính bằng dB) ở m ạng hình sao lại chỉ tăng theo hàm logarit. Hơn thế, cấu hình mạng sao vật lí thì dễ d àng thiết lập, cấu hình, điều khiển, và gỡ rối hơn. Ở phía trên tầng vật lí của mạng hình sao mạng đơn chặng sẽ đ ược xem xét. Trong các mạng đơn chặng bất cứ m ột cặp node nguồn và đích nào cũng giao tiếp trực tiếp với nhau mà không thông qua mộ t node trung gian nào. Khác với mạng đa chặng, các mạng đơn chặng có một số lợi thế: Khoảng cách chặng trung bình được tối thiểu hoá (tính đồng nhất), không lãng phí băng thông vì việc chuyển tiếp tại mỗi node x ảy ra ngay khi tiếp cận được đích, mỗi node chỉ phải xử lý các gói tin đ ược định tuyến tới chính nó do đó giảm nhu cầu xử lý tại các node, độ trong suốt được cung cấp, và việc nâng cấp một cặp nguồn-đích nhất định chỉ liên quan tới hai node đó khác với mạng đa chặng vì không có node trung gian nào cần phải nâng cấp. Các mạng đơn chặng cũng giảm đáng kể độ phức tạp của chồng giao thức bởi vì việc định tuyến và chuyển tiếp trong truyền thông đơn chặng không xảy ra. Kết quả là, tầng mạng sẽ hoàn toàn loại bỏ được. Thêm vào đó, các gói tin truyền thông qua đơn chặng quang thụ động duy nhất giữa chặng nguồn và chặng đích, d ẫn đến xác xuất lỗi là rất nhỏ. Do đó, phát hiện và sửa lỗ i ở tầng liên kết dữ liệu có thể loại bỏ và các lỗi truyền dẫn còn lại có thể được lo ại bỏ ở tầng truyền d ẫn.
  9. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung 1.2 Các phần tử cơ bản của mạng MAN đơn chặng lựa chọn bước sóng dựa trên AWG Các linh kiện sau đây là các khối cơ bản để thiết kế mạng WDM. Trong phần mô tả dưới đây sẽ tập trung vào các linh kiện quan trọng trong phần còn lại của đồ án này. 1.2.1 Bộ kết hợp và bộ chia quang Coupler là thuật ngữ chung chỉ tất cả các thiết bị thực hiện kết hợp ánh sáng vào và/ho ặc chia ánh sáng trong mộ t sợi quang. Các bộ kết hợp là các thiết bị mà thực hiện kết hợp ánh sáng từ các sợi quang khác nhau. Các bộ chia quang chia ánh sáng vào nhiều sợi quang. Cả bộ kết hợp và chia quang đều là các thiết bị thụ động. Bộ chia quang phổ b iến nhất là bộ chia 1x2 như được vẽ trên hình 2.1 a). Tỉ số công suất đầu ra được gọ i là tỉ số chia quang α và có thể điều khiển được. Phần α trong công suất đầu vào được đưa ra đầu ra, còn phần (1 -α) còn lại đưa ra đầu ra còn lại. Biểu thị tỉ số chia quang dưới dạng dB sẽ cho chúng ta suy hao do chia quang. Đối với bộ chia quang hai cổng với tỉ lệ chia quang 50:50 là rất phổ b iến, kết quả là suy hao do chia quang sẽ là 3 dB cho mỗi cổ ng ra. Các bộ coupler cũng đ ược dùng để tách mộ t phần công suất từ luồng ánh sáng để d ùng cho các mục đích giám sát ho ặc các nguyên nhân khác. Các bộ coupler như vậy được gọi là bộ rẽ và được thiết kế với các giá trị α rất gần với 1, thường là từ 0.90 tới 0.95. a) b) c) Hình 2.1: a) Bộ chia b) Bộ ghép và c) coupler
  10. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung Khi đổi chiều thì một bộ chia quang sẽ có thể được sử d ụng như là bộ kết hợp quang, như được thể hiện như hình 2.1 b). Một tín hiệu đầu vào tới b ộ kết hợp 2x1 sẽ chịu suy hao công suất là 3dB, mà đôi khi còn gọi là suy hao do ghép quang. Bằng cách dùng bộ kết hợp cùng với bộ chia quang, các coupler có thể được tạo ra. Hình 2.1 c) mô tả một bộ coupler 2x2 bao gồm một bộ kết hợp quang 2x1 được theo sau bởi mộ t bộ chia quang 1x2, có vai trò là phân bố các tín hiệu từ hai sợi quang đầu vào tới hai sợi quang đầu ra. Đ ể có tỉ lệ chia quang là 50:50 cần có bộ coupler 3dB trong đó tín hiệu đầu vào được chia đều cho cả hai đ ầu ra. Ngoài tỉ lệ chia công suất 50:50 xảy ra trong coupler, tín hiệu cũng chịu các suy hao chèn, suy hao thừa và suy hao phản hồi. Suy hao chèn là một phần của công suất (thường được biểu thị dưới dạng dB) bị mất giữa các cổng vào và cổng ra của linh kiện (coupler). Nếu như tín hiệu đi vào m ột coupler, một phần nhỏ công suất sẽ bị phản hồi theo hướng ngược lại và được dẫn trở lại tới các đầu vào của bộ coupler (suy hao phản hồ i). Suy hao thừa gây ra bởi các khiếm khuyết sản xuất trong các vùng rất nhỏ. Một bộ coupler có thể được sản xuất không phụ thuộ c bước sóng hoặc lựa chọn bước sóng, có nghĩa là tính chất của coupler phụ thuộc vào bước sóng. Ưu điểm của coupler là không cần cung cấp nguồn, hoạt động tin cậy, không đắt, mức suy hao thấp. 1.2.2 Coupler hình sao thụ động (PSC) PSC là một thiết b ị thực hiện kết hợp các tín hiệu quang từ các cổng đ ầu vào và chia đều ra các cổng đầu ra. Không giố ng như các bộ tách ghép kênh, các PSC không chứa các phần tử lựa chọn bước sóng. Vì vậy chúng không có khả năng tách các kênh riêng rẽ. Trong trường hợp tổng quát, PSC có số cổng vào (N) và số cổ ng ra (M) không nhất thiết bằng nhau và ký hiệu là PSC NxM. Một PSC NxN được tạo ra từ các coupler 2x2 3dB như được vẽ trong hình 1 1 2.2. 2 2 N x N PSC
  11. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung PSC NxN là mộ t linh kiện N đầu vào và N đầu ra với đặc tính là công suất của mỗi cổ ng đầu vào Pin sẽ được chia đều tới tất cả các cổng đầu ra. Do đó, công suất quang tại mỗi đ ầu ra Pout sẽ bằng: Pout= Pin N Và tỉ lệ chia q uang sẽ là α = 1/N hay tương ứng với suy hao do chia quang là 10 log10 N dB. Một phương pháp để tạo ra PSC là kết nối m ột số các coupler 3dB. Cách này cần (N/2. log2N) coupler 3 dB để tạo ra một PSC NxN. 2.1.3 Cách tử ống dẫn sóng (AWG) Bộ AWG còn được biết đ ến là dãy pha (PHASAR) hay định tuyế n lưới dẫn sóng. Một AWG NxN được vẽ sơ đồ khối như trong hình 2.3, trong đó N≥2, bao gồm các bộ dẫn sóng đầu vào đầu ra N, hai bộ d ẫn sóng tấm tập trung (các vùng truyền dẫn tự do) và một lưới d ẫn sóng hàng, trong đó chiều dài của các ống d ẫn sóng liền kề sai khác nhau một hằng số. Tấm dẫn sóng tại các đường đố i xứng trong linh kiện sẽ loại bỏ sự phụ thuộc phân cực. Do vậy, có thể tạo ra các AWG không phụ thuộc phân cực, suy hao thừa ở mức 0,4 dB. Cả hai dẫn sóng tấm đ ều làm việc giống như các coupler sao NxM, M>>N, sao cho tất cả công suất ánh sáng b ị khuyếch tán trong tấm đều được thu lại. Nếu M>>N xuyên âm tại trung
  12. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung tâm của băng thông sẽ nhỏ hơn so với M=N. Tín hiệu đ ến từ bất kì cổng nào trong N cổng vào cũng sẽ được chia ra M đầu ra của bộ dẫn sóng tấm tới các đ ầu ra hàng. Mỗi luồng sáng đến được khuyếch tán trong tấm đầu vào, đi qua các dẫn sóng xếp hàng, tập trung lại tại tấm đầu ra, và được ghép vào các dẫn sóng đầu ra. Ống dẫn sóng vào/ra N cổng vào N cổng ra Tấm dẫn sóng Ma trận M ống dẫn sóng tấm dẫn sóng tại trục đối xứng H ình 2.3 Biểu đồ sắp xếp của một AWG N x N
  13. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung Các dẫn sóng xếp hàng sẽ trễ pha không phụ thuộ c vào bước sóng vì chỉ các tần số với sự khác pha số nguyên lần 2π mới gây cộng hưởng trong dẫn sóng tấm đầu ra. Do vậy, mỗi cổ ng đầu ra mang các tần số vượt qua có tính tuần hoàn. Độ rộng của các tần số vượt qua có tính tuần hoàn này được gọi là dải phổ tự do (FSR) và xấp xỉ bằng: FSR = C [Hz] (2.2) ng(L + dsinI +dsin0) 2 FSR = [m] (2.3) hoặc đơn giản hơn [Zir98] ngL Trong mỗ i FSR, một AWG NxN chấp nhận một số lượng tổng của N bước sóng từ m ỗi cổ ng vào và nó truyền dẫn m ỗi bước sóng tới một đầu ra nhất định. Mỗi đầu ra nhận các bước sóng N, mỗi bước sóng từ mộ t cổng vào riêng. Ở đ ây tồn tại hoán vị bước sóng vòng lặp tại các dẫn sóng đầu ra nếu các dẫn sóng đ ầu vào khác nhau được sử dụng. Trong hình 2.4 kết nối đ ịnh tuyến của một AWG 8x8 được mô tả. Mỗ i tần số q uang (tương ứng, chúng ta cũng có thể nói mỗi bước sóng) cho ta mộ t chỉ dẫn định tuyến độc lập với cổng vào. Do vậy, thông tin định tuyến của fk ra cổng ra, mà các cổng (k-1) nằm dưới cổ ng vào tương ứng ví d ụ như f1 vào từ cổng vào 1 được ra ở cổng 1 và từ cổng vào 5 sẽ ra ở cổng 5. Tương tự như vậy, f3 vào ở cổng 1 sẽ đi ra ở cổng 3, trong khi nếu f3 vào ở cổng 5 nó sẽ đi ra ở cổng 7. Nhờ vào đặc tính tuần hoàn của AWG, tần số quang f9 (ví dụ như một dải phổ tự do lớn hơn f1) vảo ở cổng 1 và ra ở cổng 1 giống như f17 và các tần số khác được phân tách nhờ m ột số lượng nguyên FSR. Nhưng cũng có các AWG với các phương pháp định tuyến kênh khác, ví dụ như kênh fi vào ở cổng j và ra ở cổng k trong đó k = (8-i+j)mod 8 + 1 với i  N và j,k  {1,2,…8}.
  14. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung Kiểu định tuyến bước sóng của một AWG có thể đ ược mô tả chính thức hơn d ựa vào ma trận chuyển đổ i bước sóng. Nhờ vào hoán vị bước sóng tại các cổng ra AWG nằm trong họ các bộ định tuyến bước sóng hoán vị. Một AWG NxN cung cấp kết nối bên trong NxN đầy đủ. Sử dụng mộ t FSR có thể cho phép có đồng thời N 2 kết nối. Chú ý rằng một PSC NxN chỉ có thể cho phép mang đồng thời tố i đa N kênh. Các đặc tính truyền dẫn sau của một AWG NxN đóng một vai trò quan trọng trong các mạng WDM. Các AWG có suy hao chèn thấp vào khoảng từ 3-5 dB. Cũng như vậy, các AWG với suy hao không thay đổi hình thức đố i với tất cả các kênh cũng được xác định. Độ rộng kênh tần số của bộ kết hợp kênh được cho bởi công thức: 1 x  m2 n g  x  d   [Hz] (2.4)    f  L f  df  L f  ns dc nc      (f1… f4…f8) N=1 1 f1 f8 2 2 f1 3 3 f4 4 4 5 5 INPUT OUTPUT 6 6 7 7 8 8 f8 f4 H ình 2.4 Bộ kết hợp nối của một AWG 8 x 8 Độ rộng kênh thông thường là 100 hoặc 200 GHz. Một độ rộng kênh 100 GHz tại vùng suy hao thấp ở 1 ,55m tương ứng với một đ ộ rộng kênh là 0,8m, dẫn đến ghép kênh phân chia theo bước sóng chặt (DWDM). Mộ t AWG 64x64
  15. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung với độ rộng kênh là 0,4nm (50 GHz) đã được báo cáo trong [OMS95]. G ần đây, AWG độ rộng 25 GHz với 400 kênh đã được báo cáo trong [JJK+ 01]. Tần số đáp ứng của AWG là rất quan trọng cho các ứng dụng. Nó cũng giống như tần số đáp ứng của các bộ lọc thông dải Gauss. Độ rộng tối đa tại nửa đỉnh (FWHM) được cho bởi công thức: 2 ln 20 f [Hz] (2.5) FWHM  x Nói chung, FHWM bằng khoảng 30% độ rộng kênh. Hình dáng của bộ lọc thông dải Gauss đặt ra các giới hạn chặt chẽ cho dung sai bước sóng của các laser diode và đòi hỏi điều khiển nhiệt độ chính xác cho cả các AWG và các laser diode. Sự dao động tần số trong nguồn quang sẽ dẫn tới phải giảm công suất để đạt được cùng giá trị BER tại đầu thu. Hơn nữa, độ rộng dải thông của các AWG thác trở nên nhỏ hơn nhiều so với của bộ lọc AWG đơn chặng. Gần đây, các bộ kết hợp kênh AWG với đáp ứng phổ phẳng đã được công bố [OS96] [TBB+97] [KS01]. Băng thông 3 dB có thể nâng lên tới 124 GHz cho độ rộng kênh 200 GHz và xuyên âm liên kênh từ kênh bước sóng cho trước đố i với các kênh lân cận là nhỏ hơn -27 dB. X uyên âm xuất hiện là do ảnh hưởng của các tín hiệu khác lên một tín hiệu mong muốn. Hệ thống WDM có hai dạng xuyên âm: xuyên âm liên kênh và xuyên âm đồng kênh. Xuyên âm liên kênh xảy ra khi tín hiệu xuyên âm là tại bước sóng khác so với bước sóng tín hiệu mong muốn. Xuyên âm đồng kênh xảy ra khi tín hiệu xuyên âm có cùng bước sóng với tín hiệu mong muố n. Nhưng nó phải trả giá bởi suy hao chèn cao hơn khoảng 3 dB. Các AWG với đáp ứng tần số phẳng và rộng sẽ giải quyết các hạn chế đã được đề cập ở trên. Nói chung, xuyên âm ở vào kho ảng -30dB. Do đó, giải ghép kênh là hoàn toàn có thể đối với m ất công suất không đáng kể, nghĩa là xuyên âm là đủ nhỏ để không làm tăng đáng kể BER. Các thông số truyền dẫn quan trọng của một AWG và các giá trị thông số điển hình được tổng kết trong b ảng 2.1.
  16. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung Suy hao xen ~ 3 – 5 dB Suy hao vượt quá ~ 0.4 dB X uyên nhiễu khác tần ~ -30dB số K hoảng cách kênh (25, 50, 100, 200) GHz ~ 30% của khoảng cách FWHM kênh Số lượng cổng 2 … 400 Bảng 2.1 Đặc tính của một AWG Bảng 2.2 tổng kết các đặc tính của m ột AWG và so sánh chúng với PSC. Chú ý rằng các AWG hỗ trợ đa truyền thông băng rộng nếu một nguồn quang băng rộng được sử dụng ví dụ như một diode phát quang (LED). Tín hiệu đầu vào này sẽ bị chia phổ b ởi AWG sao cho m ột phần nhỏ của tín hiệu băng rộng đầu vào được truyền d ẫn tới mỗi cổng đầu ra tương ứng, như là được trình bày trong phần 1.2.4. Tính bảo mật có nghĩa rằng các bước sóng chỉ được đ ịnh tuyến tới các cổng ra tương mà chúng cần. Điều này khác với PSC lựa chọn và quảng bá trong đó tất cả các đầu ra đều có thể nhận tất cả các bước sóng cùng một lúc. Do vậy, nếu như cùng một bước sóng được đưa vào hai hay nhiều các cổng đầu vào của PSC đồng thời thì xung đột kênh sẽ xảy ra tại tất cả các cổng ra của PSC. Nói cách khác, PSC không cho phép tái sử dụng phân tập các bước sóng tại các cổng ghép kênh đầu vào. Ngược lại, AWG định tuyến theo bước sóng cho phép tái sử dụng bước sóng theo không gian phân tập mà không gây ra xung đột kênh tại các cổng ra của AWG. Do đó, mộ t PSC NxN chỉ cỏ thể hỗ trợ tối đa N truyền d ẫn đồng thời, mỗi truyền d ẫn sử dụng một bước sóng khác nhau. Trong khi đó một AWG NxN không có một yêu cầu nào đối với các tín hiệu đến
  17. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung và hỗ trợ tới N2 truyền dẫn đồng thời mà không gây nên xung độ t kênh tại các đầu ra của AWG. PSC AWG Q uảng bá yes no Phát theo nhóm yes no Đ ịnh tuyến bước sóng no yes Tái sử d ụng bước sóng theo không no yes gian Tính chu kỳ no yes Suy hoa chia yes no Tính riêng tư no yes N ghẽn kênh yes no N2 Số lượng truyền dẫn đồng thời N Bảng 2.2 So sánh các đặc tính của PSC và AWG Như vậy AWG có các ưu điểm: khoảng cách giữa các bước sóng nhỏ , số kênh lớn, băng thông bằng phẳng ... phù hợp cho các hệ thống WDM tốc độ cao và dung lượng lớn. 1.2.4 Các máy phát và thu Ngoài các linh kiện đã đề cập ở trên đ ể xây dựng được một m ạng truyền thông WDM còn cần các bộ phát và các bộ thu. Một bộ phát bao gồm một nguồn quang, một bộ điều chế, và các thiết bị điện hỗ trợ. Một bộ thu cần một
  18. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung bộ lọc quang, m ột photodetector, một bộ giải điều chế và các linh kiện điện hỗ trợ. Các nguồn quang băng thông rộng Ánh sáng đầu ra của m ột nguồn quang băng thông rộng có dải phổ rộng trong khoảng từ 10 -100 nm. Các LED là phổ biến nhất và rất rẻ. Vì các sản phẩm khác có băng thông tương đố i nhỏ nên LED được ứng d ụng chủ yếu ở những nơi mà tốc độ dữ liệu thấp hay khoảng cách truyền dẫn ngắn. Công suất đầu ra phổ biến của chúng là 10 dBm. Tuy nhiên, các diode siêu phát quang với công suất ra của sợi đơn mode là 18,0 dBm và độ rộng băng thông 3 dB là 35 nm đ ã có trên thị trường. Ở tố c độ thấp, các hệ thống nhạy cảm với bước sóng có độ dự trữ nhỏ, LED cung cấp một giải pháp rẻ so với các laser rất đ ắt. Hình 2.5 biểu thị một phần dải phổ của một tín hiệu LED băng rộng qua một AWG định tuyến theo bước sóng. Tại m ỗi cổ ng ra AWG một phần khác nhau của tín hiệu băng rộng gố c được tách ra bởi các node, mỗi phần như thế mang cùng một thông tin. Do đó, một LED có thể được chia sẻ bởi nhiều bộ thu khác nhau. Công suất Các lát cắt  Tín hiệu băng rộng 3x3 AWG
  19. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung Hình 2.5: Lát cắt phổ của tín hiệu băng rộng Laser Để nâng cao băng thông một cách đáng kể các laser thành phẩm khác nhau đã được dùng. Thực ra, một laser là một bộ khuyếch đại quang bao gồm trong một khung phản xạ mà tạo ra ánh sáng dao động thông qua phản hồi dương. Các laser có khả năng tạo ra công suất đầu ra lớn, thường là từ 0 tới 10 dBm. Các laser có thể là cố định với bước sóng danh nghĩa (mặc dù bước sóng này có thể xê d ịch do nhiệt độ hoặc thời gian) hoặc là có thể chuyển đổi được, trong đó các laser chuyển đ ổi được có thể là chuyển đ ổi liên tục hoặc rời rạc. Chỉ có các bước sóng phù hợp với chu kỳ và chiết suất của laser mới được khuyếch đại, một laser có thể chuyển đổi bằng cách điều khiển chiều dài khoảng cộng hưởng và/hoặc chiết suất của môi trường khuyếch đại. Các ví d ụ phổ b iến là cơ học, quang âm, quang điện, và các laser chuyển đổ i được tiêm dòng. Hầu hết các laser chuyển đổi được cơ học sử dụng một buồng Fabry-Perot ngoài mà chiều dài của nó có thể điều chỉnh được. Các laser chuyển đổi được cơ học cho một dải chuyển đổi khá rộng lên tới 500nm nhưng thời gian chuyển đ ổi khá chậm khoảng 1-10ms. Trong laser quang âm và laser quang điện chiết suất của kho ảng bên ngoài được thay đổi nhờ sử dụng một cách tương ứng sóng âm hoặc dòng điện. Mộ t laser quang âm có một dải chuyển đổi trung bình, vào khoảng xấp xỉ 100nm với một thời gian chuyển đổ i trung bình, vào khoảng 10s. Các laser quang điện có thể chuyển đổ i 10-15nm trong vài ns. Các laser dùng dòng tiêm hình thành một họ các nguồn quang cho phép lựa chọ n bước sóng thông qua lưới phản xạ, ví dụ như các laser phản xạ phân bố (DFB) và các laser phản xạ Bragg phân bố (DBR). Việc chuyển đổi được thực hiện bằng cách thay đổi mật độ dòng tiêm và do đó thay đổi chiết suất. Kiểu laser này thường bao gồm nhiều phần đ ể có thể cho phép điều khiển đ ộc lập công suất và bước sóng đầu ra của laser. Gần đây, các bộ phát đa phần chuyển đổ i nhanh có thể chuyển đổi sang bước sóng liền kề chỉ trong 4ns và trong một khoảng rộ ng khoảng 30nm
  20. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu chung trong vòng 15ns đã đ ược báo cáo. Đ ặc biệt, các laser SG-DBR hứa hẹn sử dụng cho các bộ phát với dải chuyển đổi rộng và công suất đầu ra lớn. Các dải chuyển đổi và thời gian chuyển đổi của các loại b ộ phát khác nhau được tổng kết ở trong b ảng 2.3. Chú ý rằng thay vì các laser chuyển đổ i được có thể sử dụng một loạt các laser cố định hoạt động ở bước sóng khác nhau hoặc các laser đa tần số. Kiểu bộ phát G iải điều chỉnh Thời gian điều chỉnh Đ iều chỉnh cơ 500 nm 1-10 ms Q uang âm ~ 100 nm ~ 10 s Q uang điện 10-15 nm 1-10 ns Dòng b ơm ~ 30nm 15 ns Bảng 2.3 Các bộ phát: Giải điều chỉnh và th ời gian điều ch ỉnh Các bộ lọc quang Các bộ lọ c quang được sử dụng đ ể lựa chọn m ột tín hiệu băng rộ ng hoặc một bước sóng nằm ngoài dải răng lược WDM. Bước sóng được lựa chọn được chuyển đổi quang điện nhờ một photodetector. Các bộ lọc quang có thể là cố định hoặc có thể chuyển đổi được, trong khi các bộ lọc chuyển đổi được có thể là liên tục hoặc rời rạc. Các ví dụ về bộ lọc cố định là cách tử nhiễu xạ, các bộ lọc phim mỏng điện, và các cách tử Bragg sợi (FBGs). Các bộ lọc quang điều chỉnh được bao gồm các bộ lọc quang điện, quang âm, nhiệt, cơ và các b ộ lọc Fabry-Perot tinh thể lỏng. Các bộ lọc điều chỉnh cơ bao gồm một hoặc nhiều hơn khoảng được hình thành nhờ hai gương song song (các mặt). Bằng cách điều chỉnh cơ khoảng cách
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.01: Bộ Luận Văn Thạc Sĩ Quản Trị Kinh Doanh MBA
165 tài liệu
2069 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2