Nội dung môn học thông tin quang nâng cao

Néi dung m«n häc Th«ng tin quang n©ng cao

PhÇn 1: Tæng quan vÒ kü thuËt th«ng tin quang

Gi¶ng viªn: Hoµng V¨n Vâ

PhÇn 2: C¸c phÇn tö c¬ b¶n trong kü thuËt th«ng tin quang

Gi¶ng viªn: Hoµng V¨n Vâ

PhÇn 3: C¬ së kü thuËt th«ng tin quang

Gi¶ng viªn: Hoµng V¨n Vâ

PhÇn 4: HÖ thèng th«ng tin quang

Gi¶ng viªn: Vò TuÊn L©m

PhÇn 5: Mét sè c«ng nghÖ quang tiªn tiÕn

Gi¶ng viªn: Vò TuÊn L©m

1. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT TTQ

1.1. Lịch sử phát triển hệ thống thông tin quang

1.2. Mô hình chung của hệ thống thông tin quang

– Sơ đồ khối cơ bản của hệ thống thông tin quang

– Các thành phần cơ bản của hệ thống thông tin quang

– Ưu nhược điểm của hệ thống thông tin quang

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật thông tin quang

– Một số vấn đề cơ bản về ánh sáng

– Một số vấn đề cơ bản trong vật lý bán dẫn

– Các hiệu ứng cơ bản của vật liệu quang

1.4. Các công nghệ trong kỹ thuật TTQ

1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

1.1.1. M« h×nh hÖ thèng th«ng tin quang

1.1.2. Mét sè hÖ thèng th«ng tin quang cña ng êi cæ x a

1.1.3. Một số mốc trong lịch sử phát triển kỹ thuật thông tin

quang hiện đại

1.1.4. Một số hệ thống cáp quang trên thế giới và ở Việt Nam

1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 1.1.1. M« h×nh hÖ thèng th«ng tin quang

VÒ c¬ b¶n, m« h×nh hệ thống th«ng tin quang ® îc chØ ra ë h×nh sau:

T/h ¸nh s¸ng

T/h ph¸t

T/h thu

M«i tr êng truyÒn dÉn

Bé ph¸t quang

Bé thu quang

H×nh 1.1. M« h×nh hệ thống th«ng tin quang

1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 1.1.2. Mét sè hÖ thèng th«ng tin quang cña ng êi cæ x a

Tõ xa x a con ng êi ®· biÕt sö dông kỹ thuật thông tin quang để truyền tin. M« h×nh hệ thống th«ng tin quang của người cổ xưa gåm:

TÝn hiÖu ph¸t:

- TÝn hiÖu löa hay tÝn hiÖu khãi ® îc m· hãa

Bé ph¸t quang:

- TÝn hiÖu löa, - TÝn hiÖu khãi

TÝn hiÖu truyÒn dÉn:

- ¸nh s¸ng

M«i tr êng truyÒn dÉn:

- KhÝ quyÓn

Bé ph¸t quang:

- M¾t ng êi.

1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

1.1.2. Mét sè hÖ thèng th«ng tin quang cña ng êi cæ x a

- Thêi kú ®Õ quèc La m· vµ Hy l¹p cæ ®¹i: Ng êi ta sö dông c¸c tÝn hiÖu löa truyÒn qua c¸c ngän nói hay qua c¸c th¸p ®Ó truyÒn th«ng tin vÒ c¸c mÖnh lÖnh, phèi hîp t¸c chiÕn còng nh kÕt qu¶ cña c¸c trËn ®¸nh.

- C¸ch ®©y 2500 n¨m, ng êi ta ®· ph¸t minh ra th«ng tin dïng ®uèc ®Ó m· ho¸ th«ng tin vµ truyÒn dÉn th«ng tin. C¸c tr¹m ph¸t vµ thu ® îc x©y dùng nh hai bøc t êng trªn c¸c ®Ønh cao. Trªn mçi bøc t êng cã nhiÒu lç, trong c¸c lç ®Æt c¸c ngän ®uèc. Tïy thuéc vµo sè l îng ®uèc ® îc ®èt lªn t¹i t êng bªn ph¶i vµ bªn tr¸i (m· ho¸ th«ng tin), th«ng tin ® îc ® îc truyÒn ®i vµ gi¶i m·.

- Tõ n¨m 150 sau c«ng nguyªn, ng êi La m· ®· cã mét m¹ng th«ng tin tÝn hiÖu khãi, víi tæng chiÒu dµi kho¶ng 4500 km. §©y lµ m¹ng tÝn hiÖu quang víi c¸c ký hiÖu khãi ®· ® îc quy ®Þnh tr íc. M¹ng th«ng tin nµy gåm c¸c th¸p n»m trong tÇm nh×n cña nhau. Hµng tr¨m ngän th¸p nh vËy sö dông cho th«ng b¸o

c¸c tÝn hiÖu qu©n sù cÇn thiÕt mét c¸ch nhanh chãng.

1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

1.1.2. Mét sè hÖ thèng th«ng tin quang cña ng êi cæ x a

Năm 1790: Claude Chappe, kỹ sư người Pháp, đã xây dựng một hệ thống điện báo quang (optical telegraph).

Hệ thống này gồm một chuỗi các tháp với các đèn báo hiệu trên đó. Hệ thống đã truyền được tín hiệu qua khoảng cách 200 km trong vòng 15 phút.

Hình 1.2

1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

1.1.3. Một số mốc trong lịch sử phát triển kỹ thuật thông tin quang

hiện đại

 Cã 3 h íng nghiªn cøu vµ ph¸t triÓn:

 Nghiªn cøu chÕ t¹o sîi quang,

 Nghiªn cøu chÕ t¹o nguån ph¸t ¸nh s¸ng,

 Nghiªn cøu ph¸t triÓn hÖ thèng.

(h íng 1 vµ 2 cã thÓ tiÕn hµnh ®éc lËp vµ ®ång thêi, cßn h íng thø 3 ® îc thùc hiÖn trªn c¬ së cña 2 h íng trªn)

 Các thế hệ truyền dẫn quang trong lịch sử phát triển

1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 1.1.3. Một số mốc trong lịch sử phát triển kỹ thuật thông tin quang

hiện đại

 Một số mốc trong lịch sử phát triển sợi quang

- Năm1870: Thí nghiệm của John Tyndall đã chứng minh được ánh sáng có thể dẫn được theo một vòi nước uốn cong dựa vào nguyên lý phản xạ toàn phần

- Năm 1934: Norman R.French, kỹ sư người Mỹ, nhận được bằng sáng chế về hệ thống thông tin quang. Phương tiện truyền dẫn của ông là thanh thủy tinh.

- Vào những năm 1950: Brian O’Brien, Harry Hopkins và Nariorger Kapany đã phát triển sợi quang có hai lớp, bao gồm lớp lõi bên trong để ánh sáng lan truyền trong lớp này và lớp vỏ bao xung quanh bên ngoài lớp lõi, nhằm giam giữ ánh sáng chỉ truyền ở trong lớp lõi.

- 1966: Sîi quang ®Çu tiªn, suy hao: 1000dB/km (Corning Glass)

- 1970: Sîi quang, suy hao: 20dB/km (Corning Glass): Kao vµ Hockham

1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

1.1.3. Một số mốc trong lịch sử phát triển kỹ thuật thông tin quang

hiện đại

 Một số mốc trong lịch sử phát triển sợi quang (tiếp theo)

- 1975: Sîi quang, suy hao: 2dB/km (Corning Glass)

- 1976: Sîi quang, suy hao: 0,5dB/km ë =1,3m (NhËt B¶n)

- 1979: Sîi quang, suy hao: 0,2dB/km ë =1,55m (NhËt B¶n)

- 1982: Sîi SM, suy hao 0,16 dB/km ( giíi h¹n lý thuyÕt)

(Corning Glass)

1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

1.1.3. Một số mốc trong lịch sử phát triển kỹ thuật thông tin quang

hiện đại

 Một số mốc trong lịch sử phát triển sợi quang (tiếp theo)

Hình 1.3

1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

1.1.3. Một số mốc trong lịch sử phát triển kỹ thuật thông tin

quang hiện đại

 Một số mốc trong lịch sử phát triển nguồn phát quang

 1960: LD b¸n dÉn ®Çu tiªn (IBM, Lincoln Lab)

 1970: LD ho¹t ®éng nhiÖt ®é phßng

 1976: LD b¸n dÉn ë  = 1,3m vµ 1,55m

 1989: LD b¸n dÉn phæ cùc hÑp

1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

1.1.3. Một số mốc trong lịch sử phát triển kỹ thuật thông tin

quang hiện đại

 Một số mốc trong lịch sử phát triển hệ thống

- 1977: sîi ®a mode (850nm, IM/DD) 45-90 Mb/s.

- 1980: sîi ®¬n mode (1300nm, IM/DD) 140-280 Mb/s.

- 1984: sîi ®¬n mode (1550nm, coherent) 2,5 Gb/s.

- 1992: sîi ®¬n mode/DWDM (C-band, IM/DD) 400 Gb/s.

- 2001: sîi ®¬n mode/DWDM+RA (C&L band, IM/DD) 2400 Gb/s

Dung l îng hÖ thèng ph¸t triÓn m¹nh kho¶ng sau 1992.

1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

1.1.3. Một số mốc trong lịch sử phát triển kỹ thuật thông tin

quang hiện đại

 Các thế hệ truyền dẫn quang trong lịch sử phát triển

Trong lịch sử phát triển, đến nay kỹ thuật truyền dẫn quang đã trải

qua 5 thế hệ phát triển:

Thế hệ truyền dẫn quang đầu tiên: hoạt động ở cửa sổ bước sóng 800nm; sử dụng sợi quang đa mode truyền dẫn nên suy hao lớn và tốc độ bit chưa cao (hoạt động ở tốc độ là 45 Mb/s) và cho phép khoảng lặp đến 10 km.

1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

1.1.3. Một số mốc trong lịch sử phát triển kỹ thuật thông tin

quang hiện đại

 Các thế hệ truyền dẫn quang trong lịch sử phát triển

Thế hệ thứ 2: Sự dịch chuyển cửa sổ bước sóng hoạt động của hệ thống từ 800nm sang 1300nm cho phép tăng khoảng cách truyền dẫn của hệ thống lên rõ rệt.

Trong thế hệ truyền dẫn quang đầu tiên, tất cả các ứng dụng đều sử dụng sợi đa mode thì đến năm 1984, sợi đơn mode đã được thay thế hầu hết trong các đường trung kế cự li dài (khoảng lặp lên đến 50 km).

Sợi đơn mode có suy hao thấp hơn và băng thông lớn hơn đáng kể so với sợi đa mode (tốc độ truyền dẫn lên đến 1,7 Gb/s).

1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

1.1.3. Một số mốc trong lịch sử phát triển kỹ thuật thông tin

quang hiện đại

 Các thế hệ truyền dẫn quang trong lịch sử phát triển

Thế hệ thứ 3: Sự dịch chuyển cửa sổ bước sóng hoạt động của hệ thống từ 1300nm sang 1550nm. Các hệ thống truyền dẫn quang hoạt động ở cửa sổ bước sóng 1550nm có suy hao thấp nhất nhưng lại chịu ảnh hưởng của tán sắc lớn hơn so với khi hoạt động ở cửa sổ 1300nm.

Từ khi cách tử Bragg sợi quang được sử dụng như là một phương pháp bù tán sắc trong miền quang, các thế hệ truyền dẫn quang tiếp sau này đã tăng được tốc độ bit và khoảng cách truyền dẫn một cách vượt bậc.

Hệ thống thế hệ thứ ba hoạt động ở 2,5Gb/s (thương mại vào năm 1990), hệ thống này có khả năng điều hành với một tốc độ bit lên đến 10 Gb/s

Hệ thống truyền dẫn quang ở bước sóng 1550nm sử dụng cả kỹ thuật tách sóng trực tiếp và tách sóng coherent. Tách sóng coherent cải thiện đáng kể độ nhạy máy thu và tính chọn lọc bước sóng so với kỹ thuật tách sóng trực tiếp.

1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

1.1.3. Một số mốc trong lịch sử phát triển kỹ thuật thông tin

quang hiện đại

 Các thế hệ truyền dẫn quang trong lịch sử phát triển

Thế hệ thứ 4: sử dụng các khuếch đi quang cho gia tăng khoảng cách lặp lại và công nghệ truyền dẫn quang ghép kênh theo bước sóng –WDM để tăng dung lượng.

Năm 1996, triển khai hệ thống tốc độ 5 Gb/s truyền qua 11.300 km xuyên Đại Tây Dương và từ đó một số lượng lớn hệ thống truyền dẫn quang biển tốc độ cao đã được triển khai trên toàn thế giới.

Năm 1991, thử nghiệm hệ thống truyền dẫn quang truyền dữ liệu qua 21.000 km là 2,5 s / Gb, và hơn 14.300 km tại 5 Gb/s, sử dụng một cấu hình vòng.

Năm 2000, thử nghiệm hệ thống WDM với 82 kênh bước sóng, trong đó mỗi bước sóng hoạt động ở 40 Gb/s và truyền qua hơn 3000 km.

1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

1.1.3. Một số mốc trong lịch sử phát triển kỹ thuật thông tin

quang hiện đại

 Các thế hệ truyền dẫn quang trong lịch sử phát triển

Thế hệ thứ năm của hệ thống thông tin sợi quang là có liên quan với việc mở rộng vùng bước sóng trên đó một hệ thống WDM có thể hoạt động đồng thời.

Các cửa sổ bước sóng được sử dụng là băng C, L và S.

Kỹ thuật khuếch đại Raman được sử dụng cho tín hiệu ở cả ba băng tần sóng.

Kỹ thuật solitons cũng được nghiên cứu áp dụng.

Bắt đầu từ năm 2000, nhiều thí nghiệm được sử dụng các kênh hoạt động tại 40 Gb/s; di cư đối với 160 s / Gb cũng có khả năng trong tương lai.

1.1.4. Một số hệ thống cáp quang trên thế giới và ở Việt Nam

 Một số hệ thống cáp quang trên thế giới (2008)

Hình 1.4

1.1.4. Một số hệ thống cáp quang trên thế giới và ở Việt Nam

 Dung lượng một số hệ thống cáp quang trên thế giới (2008)

Hình 1.5

1.1.4. Một số hệ thống cáp quang trên thế giới và ở Việt Nam

 Một số hệ thống cáp quang biển trên thế giới (2008)

Hình 1.6

1.1.4. Một số hệ thống cáp quang trên thế giới và ở Việt Nam

 Một số hệ thống cáp quang biển giữa Mỹ và châu Âu

Hình 1.7

1.1.4. Một số hệ thống cáp quang trên thế giới và ở Việt Nam

 Một số hệ thống cáp quang của Việt Nam

Năm 1992, Việt Nam xây dựng tuyến cáp quang đầu tiên: tuyến trục Bắc Nam dài hơn 1700km, với dung lượng 34 Mb/s.

Hiện nay, mạng truyền tải thông tin quang đã trở thành mạng truyền tải chủ đạo của mạng viễn thông Việt Nam. Dung lượng

Mạng thông tin quang của Việt Nam đã rộng khắp trong cả nước từ kết nối mạng quốc tế, đường trục, liên tỉnh, mạng vùng đến các mạng truy nhập.

Dung lượng của các tuyến đường trục, liên tỉnh, mạng vùng rất lớn từ hàng chục đến vài trăm Gb/s. Đặc biệt, tuyến trục Bắc – Nam lên tới hàng ngàn Gb/s.

1.1.4. Một số hệ thống cáp quang trên thế giới và ở Việt Nam

 Một số hệ thống cáp quang của Việt Nam

Mạng truyền dẫn quang của VN được phân thành 3 cấp :

- Cấp quốc tế: hệ thống truyền dẫn quốc tế chủ yếu do công ty VNPT và

Viettel quản lý, vận hành và khai thác.

- Cấp quốc gia (liên tỉnh): bao gồm các tuyến truyền dẫn đường trục,

tuyến truyền dẫn liên tỉnh cấp vùng.

- Cấp nội tỉnh: bao gồm các tuyến truyền dẫn nội tỉnh do các tỉnh, thành

phố quản lý, vận hành và khai thác.

1.1.4. Một số hệ thống cáp quang trên thế giới và ở Việt Nam

 Một số hệ thống cáp quang của Việt Nam

Hiện nay, ở Việt Nam có 3 nhà khai thác chính có mạng truyền tải quang với dung lượng lớn. Đó là:

- Tổng công ty Viễn thông Quân đội (VietTel) và

- Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam (VNPT),

- Công ty Viễn thông điện lực (EVN-Telecom).

1.1.4. Một số hệ thống cáp quang trên thế giới và ở Việt Nam

 Một số hệ thống cáp quang của Việt Nam

 Một số hệ thống cáp quang của VNPT

 Mạng truyền dẫn quốc tế

Tuyến cáp quang biển SEA-ME-WE 3

Tuyến cáp quang biển SEA-ME-WE 3 nối liền Việt nam với hơn 30 nước trên thế giới trải dài từ Nhật bản tới Châu Âu (hình 6.23) sử dụng công nghệ ghép bước sóng quang (WDM). Hệ thống SMW-3 hiện đang khai thác 16 bước sóng trên hai đôi sợi với tốc độ truyền dẫn trên mỗi bước sóng là 2.5Gb/s cung cấp dung lượng truyền thông quốc tế chất lượng cao đáp ứng các yêu cầu khác nhau của các nước.

Hệ thống gồm 35 điểm cập bờ từ Nhật (Okinawa) tới Đức (Norden). Điểm cập bờ của Việt nam là tại Đà nẵng

 Một số hệ thống cáp quang của VNPT

Sơ đå hÖ thèng quang biÓn quèc tÕ SE-ME-WE 3

 Mạng truyền dẫn quốc tế

Hình 1.8

 Một số hệ thống cáp quang của VNPT

 Mạng truyền dẫn quốc tế

Tuyến cáp quang biển TVH

Tuyến sử dụng công ngệ PDH, có dung lượng mỗi hướng 560Mb/s và có hệ thống cập bờ tại Vũng Tàu (khai thác từ tháng 11/1995), với tổng chiều dài là 3373km, kết nối với Thái Lan và Hồng Kông, có dung lượng 560Mps và kết nối tiếp đi hơn 30 hướng trên thế giới.

Tuyến cáp biển quốc tế TVH (Thái Lan - Việt Nam - Hồng Kông), với trạm cập bờ tại Vũng Tàu nối Việt Nam với Hồng Kông và Thái Lan.

TVH đã được đưa vào khai thác và được nối tiếp tới hơn 30 hướng trên thế giới. Dung lượng danh định Việt Nam có là 128 E1 trên mỗi hướng Hồng Kông và Thái Lan.

 Một số hệ thống cáp quang của VNPT

 Mạng truyền dẫn quốc tế

Tuyến cáp quang CSC

Tuyến CSC được đưa vào khai thác năm 2001, kết nối Trung Quốc, VN, Lào, Thái Lan, Malaysia, Singapore với tốc độ hiện tại 2,5Gbs, khai thác vào tháng 6/2006.

Tuyến cáp này cung cấp dung lượng liên lạc quốc tế với các nước trong khu vực. Ngoài ra tuyến CSC phần Việt nam còn được thiết kế để cung cấp dung lượng cho liên lạc trong nước và là hệ thống cáp quan trọng dùng cho khôi phục các hệ thống cáp quang khác như TVH và SMW-3.

Tỷ lệ dung lượng khai thác trên CSC so với tổng dung lượng quốc tế đang khai thác của VNPT là 10% và đang được nâng cấp lên 10Gbs.

 Một số hệ thống cáp quang của VNPT

 Mạng truyền dẫn quốc tế

Tuyến cáp quang TP. Hồ Chí Minh - Phnompenh (Cam-pu-chia)

Tuyến cáp quang thành phố HCM - Phnompenh, theo thoả thuận giữa hai nước, đã được xây dựng và đưa vào khai thác từ 1999.

Dung lượng ban đầu là tuyến 155Mb/s.

Tuyến PnomPenh – Thành phố Hồ Chí Minh chủ yếu trao đổi thông tin giữa các quốc gia láng giềng Lào, Campuchia.

 Một số hệ thống cáp quang của VNPT

 Mạng truyền dẫn đường trục Bắc - Nam

Hệ thống DWDM đường trục Bắc-Nam 120G của Nortel.

Năm 2004, tuyến này có dung lượng 20G sử dụng thiết bị của hãng Nortel,

Qua thời gian khai thác tuyến trục này được nâng cấp dung lượng từ 20G (gồm 08 bước sóng tốc độ 2.5Gb/s) lên 40G (gồm 04 bước sóng tốc độ 10Gb/s) và lên 60G (bổ sung thêm 02 bước sóng tốc độ 10Gb/s),

Hiện nay, tuyến trục này được nâng cấp dung lượng lên 120G.

 Một số hệ thống cáp quang của VNPT

 Mạng truyền dẫn đường trục Bắc - Nam

Năm 2009, tuyến trục này có dung lượng 80G sử dụng thiết bị của

Hệ thống DWDM đường trục Bắc-Nam 240G của Nortel

hãng Nortel (bao gồm 08 bước sóng tốc độ 10Gb/s),

Hiện nay tuyến trục này được nâng cấp lên dung lượng 240G (bao

gồm cả bước sóng 10Gb/s và 40Gb/s).

 Một số hệ thống cáp quang của VNPT

 Mạng truyền dẫn đường trục Bắc - Nam

Dự án xây dựng tuyến cáp quang biển Bắc-Nam

Đầu năm 2004, VNPT bắt đầu tiến hành lập dự án xây dựng tuyến cáp quang biển Bắc-Nam, đồng thời cùng vận hành với mạng cáp quang trục Bắc Nam.

Tổng chiều dài của tuyến này là 2.034 km cáp quang trên biển nội địa, với 11 điểm cập bờ trải dài từ Hải Phòng đến Sóc Trăng và 197km trên bờ. Dung lượng lớn nhất của tuyến cáp quang này sẽ lên tới 80Gbps, sử dụng công nghệ DWDM.

Cáp quang trên biển sẽ cung cấp các dịch vụ thoại, dịch vụ Internet, truyền số liệu, quảng bá cho kênh truyền hình, truyền dẫn cho các bộ, ngành và đặc biệt là đảm bảo an toàn cho mạng trục Bắc Nam.

Hiện nay, tuyến cáp này đang được hoàn thiện và trong tương lai sẽ được đưa vào sử dụng.

 Một số hệ thống cáp quang của Việt Nam

 Một số hệ thống cáp quang của Viettel

 Mạng truyền dẫn quốc tế

Hiện nay, Viettel đã có hạ tầng mạng truyền dẫn quang đi quốc tế tại các cửa ngõ quốc tế trên đất liền, các cửa ngõ quốc tế biển.

- Kết nối cáp quang đất liền có dự phòng 1+1 qua Trung Quốc

Tuyến cửa ngõ quốc tế Móng cái – Quảng ninh:

- Dung lượng kết nối 2.5Gb/s

- Cung cấp các dịch vụ: nx64,E1/T1, E3/T3, STM1, STM4....

- Đối tác kết nối: China Netcom, China Unicom, HGC - HK, PCCW -

HK, NTT -JP.

 Một số hệ thống cáp quang của Viettel

 Mạng truyền dẫn quốc tế

Cửa ngõ quốc tế Lạng Sơn:

- Kết nối cáp quang đất liền có vu hồi 1+1 qua Trung quốc

- Dung lượng kết nối 2.5Gb/s

- Cung cấp các dịch vụ: nx64,E1/T1, E3/T3, STM1, STM4....

- Đối tác kết nối: China Telecom-TQ, HGC-HK, Teleglobe....

Cửa ngõ quốc tế Lao Bảo & Cầu treo:

- Kết nối cáp quang đất liền có vu hồi 1+1 qua Lào

- Dung lượng kết nối STM-4

- Cung cấp các dịch vụ: nx64,E1/T1, E3/T3, STM1

- Đối tác kết nối: Lao Telecom

 Một số hệ thống cáp quang của Viettel

 Mạng truyền dẫn quốc tế

Cửa ngõ quốc tế An Giang:

- Kết nối cáp quang đất liền có vu hồi 1+1 qua Campuchia

- Dung lượng kết nối STM-4

- Cung cấp các dịch vụ: nx64,E1/T1, E3/T3, STM1

- Đối tác kết nối:Campuchia

Cửa ngõ quốc tế cáp quang biển:

- Kết nối cáp quang biển sang Hong Kong, Thai Lan, Mỹ...

- Cung cấp các dịch vụ: nx64,E1/T1, E3/T3, STM-1

- Dung lượng kết nối 5 x STM-16 (5x2.5Gbps)

- Đối tác kết nối: AGG (USA)

 Một số hệ thống cáp quang của Viettel

 Mạng truyền dẫn đường trục

Đường trục 1A

- Chạy trên đường trục 500Kv Bắc Nam-Mạch 1

- Dung lượng 5Gb/s

- Cung cấp dịch vụ với các dung lượng: nx64, E1/T1, E3/T3, STM1, STM4....

- Sử dụng công nghệ ghép kênh theo b-ước sóng-WDM

Đường trục 1B

- Dung lượng 10Gb/s

- Chạy dọc hành lang an toàn đ-ường sắt tuyến Hà Nội – TP Hồ Chí Minh

- Cung cấp dịch vụ với các dung lư-ợng: nx64, E1/T1, E3/T3, STM1, STM4,

STM-16, GE...

- Sử dụng công nghệ truyền dẫn SDH, hạ kênh trực tiếp từ 10Gbps xuống

E1.

1.1.4. Một số hệ thống cáp quang trên thế giới và ở Việt Nam

 Kết luận:

Có thể thấy trong số hàng chục ngàn phát minh và nghiên cứu về sợi quang cũng như các phần tử trong hệ thống thông tin sợi quang thì 5 phát minh sau đây mang tính bước ngoặt, đó là:

2. Nghiên cứu ra sợi quang suy hao thấp vào những năm 70,

1. Sự phát minh ra LASER vào những năm 60,

3. Sự phát minh ra bộ khuếch đại quang vào những năm 80,

5. Kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM ra đời và được

4. Sự ra đời của cách tử Bragg sợi quang vào những năm 90,

thương mại lần đầu năm 1995.

Kể từ đó đến nay, công nghệ WDM đã trở thành công nghệ then chốt trong các mạng truyền dẫn

1. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT TTQ

1.2. Mô hình chung của hệ thống thông tin quang

 Sơ đồ khối cơ bản của hệ thống thông tin quang

 Các thành phần cơ bản của hệ thống thông tin quang

 Ưu nhược điểm của hệ thống thông tin quang

1.2. MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ

 Sơ đồ khối cơ bản của hệ thống thông tin quang đơn kênh

Sîi quang

iD(t)

Bé ph¸t quang

Bé ghÐp kªnh

1 2 n

Pp(t)

Bé khuÕch ®¹i quang

ThiÕt bÞ lÆp

Sîi quang

ur(t)

1 2

Bé thu quang

Bé t¸ch kªnh

PT(t)

Trong ®ã:

ID (t): tÝn hiÖu vµo (tÝn hiÖu ®iÖn) PP (t) : C«ng suÊt ¸nh s¸ng bøc x¹ cña bé ph¸t quang PT (t): C«ng suÊt ¸n s¸ng truyÒn ®Õn ®Çu vµo bé thu quang ur (t): TÝn hiÖu ra bé thu quang (tÝn hiÖu ®iÖn).

Hình 1.9

1.2. MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ

 Sơ đồ khối cơ bản của hệ thống thông tin quang WDM

OLTE

1



3

X U M

X U M E D





OA OA

Hình 1.10

Trong ®ã:

: Bộ chuyÓn ®æi b íc sãng quang : ThiÕt bÞ ®Çu cuèi quang.

MUX : Bộ ghÐp kªnh b íc sãng quang DEMUX : Bộ ghÐp kªnh b íc sãng quang TX, RX OLTE

1.2. MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ

 C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng tin quang

 Bé ghÐp kªnh ®iÖn

Bé ghÐp kªnh điện

iD(t)

Hình 1.11. Sơ đồ bộ ghép kênh điện

Chøc n¨ng:

GhÐp c¸c kªnh tÝn hiÖu ®iÖn (1  n) cã tèc ®é thÊp thµnh tÝn hiÖu ®iÖn cã tèc ®é cao (SDH) ®Ó ® a vµo ®iÒu chÕ quang.

1.2. MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ

 C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng tin quang

 Bé ph¸t quang

iD(t)

Pp(t)

Bé ph¸t quang

Hình 1.12. Sơ đồ bộ phát quang

Chøc n¨ng:

BiÕn ®æi tÝn hiÖu vµo iD (t) thµnh tÝn hiÖu ¸nh s¸ng Pp (t) ®Ó ghÐp vµo sîi quang.

Qu¸ tr×nh nµy gäi lµ ®iÒu biÕn hay ®iÒu chÕ quang.

1.2. MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ

 C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng tin quang

 Bé ph¸t quang

Mét sè yªu cÇu ®èi víi c¸c bé ph¸t quang sö dông trong kü thuËt th«ng tin quang:

- ¸nh s¸ng ® îc bøc x¹ ra ph¶i cã ®é réng phæ hÑp, - C«ng suÊt ¸nh s¸ng ph¸t x¹ cao, - MËt ®é c«ng suÊt lín, - Cã kh¶ n¨ng ®iÒu chÕ trùc tiÕp, - HÖ sè biÕn ®æi cao, - Cã kh¶ n¨ng ®iÒu chÕ víi tÝn hiÖu tèc ®é cao (b¨ng tÇn ®iÒu chÕ

lín),

- §iÒu kiÖn ghÐp víi sîi quang thuËn tiÖn, - HiÖu suÊt ghÐp ¸nh s¸ng vµo sîi quang cao.

1.2. MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ

 C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng tin quang

 Bé ph¸t quang

 C¸c phÇn tö ph¸t quang sö dông trong kü thuËt th«ng

tin quang:

§Ó ®¸p øng c¸c yªu cÇu trªn, trong kü thuËt th«ng tin quang, ng êi ta th êng sö dông c¸c phÇn tö biÕn ®æi ®iÖn-quang lµ c¸c phÇn tö ph¸t quang b¸n dÉn:

- LED (Light Emitting Diode): sù ph¸t x¹ ¸nh s¸ng lµ ph¸t

x¹ tù nhiªn

- LD (Laser Diode): sù ph¸t x¹ ¸nh s¸ng lµ ph¸t x¹ kÝch

thÝch (cã khuÕch ®¹i ¸nh s¸ng).

1.2. MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ

 C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng tin quang

 Sîi quang

 CÊu tróc c¬ b¶n cña sîi quang

Líp lâi (core): cã cÊu tróc d¹ng h×nh trô, cã t¸c dông truyÒn ¸nh s¸ng däc theo trôc cña sîi Líp vá (Cladding): cã cÊu tróc h×nh trô ®ång t©m vµ bao quanh líp lâi, cã t¸c dông giam gi÷ ¸nh s¸ng trong líp lâi Líp vá bäc (Buffer coating): cã t¸c dông b¶o vÖ lâi vµ gia c êng thªm ®é bÒn cña sîi

Hình 1.13

1.2. MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ

 C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng tin quang

 Sîi quang

 Chøc n¨ng: truyÒn dÉn ¸nh s¸ng tõ ®Çu ph¸t ®Õn ®Çu thu

 Mét sè yªu cÇu ®èi sîi quang sö dông trong kü thuËt th«ng

tin quang:

- Giam gi÷ vµ truyÒn lan ¸nh s¸ng theo h íng song

song víi trôc cña nã,

Ýt g©y ra suy hao tÝn hiÖu truyÒn dÉn,

Ýt g©y mÐo tÝn hiÖu.

1.2. MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ

 C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng tin quang

 Sîi quang

 VËt liÖu chÕ t¹o:

- Líp lâi th êng lµm b»ng vËt liÖu thñy tinh cã chØ sè

chiÕt suÊt lín (n1).

- Líp vá ph¶n x¹ th êng lµm b»ng thuû tinh hay b»ng

nhùa víi chiÕt suÊt n2  n1.

- Líp vá b¶o vÖ b»ng nhùa hay sîi tæng hîp.

1.2. MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ

 C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng tin quang

 Sîi quang

C¸c lo¹i sîi quang sö dông trong kü thuËt th«ng tin quang:

Sîi cã chØ sè chiÕt suÊt ph©n bËc

Ph©n lo¹i sîi theo chØ sè chiÕt suÊt

Sîi cã chØ sè chiÕt suÊt Gradien

Sîi ®a mode

Sîi ®¬n mode Ph©n lo¹i theo mode truyÒn dÉn

Sîi lâi thñy tinh, vá thuû tinh

Sîi lâi chÊt dÎo, vá chÊt dÎo

Ph©n lo¹i theo cÊu tróc vËt liÖu Sîi lâi thñy tinh, vá chÊt dÎo

1.2. MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ

 C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng tin quang

 Bé thu quang

iT(t)

PT(t)

Bé thu quang

Hình 1.14. Sơ đồ bộ thu quang

- Biến đổi ánh sáng tới PT(t) trở thành tín hiệu điện iT(t) có dạng giống như tín

Chøc n¨ng:

hiệu truyền dẫn ban đầu.

analog) hoặc lỗi bít (đối với truyền dẫn số).

- Trong tín hiệu ra iT(t) có thể có tạp âm và méo kèm theo (đối với truyền dẫn

- Qu¸ tr×nh nµy gäi lµ giải ®iÒu biÕn hay giải ®iÒu chÕ quang.

1.2. MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ

 C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng tin quang

 Bé thu quang

Mét sè yªu cÇu ®èi víi c¸c bé thu quang sö dông trong kü thuËt

th«ng tin quang:

- Thời gian đáp ứng nhanh,

- Độ nhạy và hiệu suất biến đổi quang điện cao,

- Tạp âm thấp,

- Điều kiện ghép với sợi quang thuận tiện,

- Kích thước nhỏ.

1.2. MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ

 C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng tin quang

 Bé thu quang

§Ó ®¸p øng c¸c yªu cÇu trªn, trong kü thuËt th«ng tin quang,

ng êi ta th êng sö dông c¸c phÇn tö thu quang lµ c¸c phÇn tö

thu quang b¸n dÉn:

- PIN-Photodiode: không khuếch đại dòng ra,

- Diode quang thác APD LD: có khuếch đại dòng ra.

1.2. MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ

 C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng tin quang

 Bé t¸ch kªnh ®iÖn

Bé t¸ch kªnh điện

Hình 1.15. Sơ đồ bộ tách kênh điện

T¸ch tÝn hiÖu ®iÖn cã tèc ®é cao (SDH) tõ bé gi¶i ®iÒu chÕ

Chøc n¨ng:

quang thµnh c¸c kªnh tÝn hiÖu ®iÖn (1  n) cã tèc ®é thÊp.

1.2. MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ

 C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng tin quang

 Bé ghÐp kªnh quang theo b íc sãng

1

2

1, 2, 3,…, n

3

Bé ghÐp kªnh b íc sãng

n

Hình 1.16. Sơ đồ bộ ghép kênh quang theo bước sóng

Chøc n¨ng:

GhÐp c¸c tÝn quang tõ c¸c thiÕt bÞ ®Çu cuèi quang kh¸c nhau (1  n) thµnh tÝn hiÖu quang tæng ®Ó ghÐp vµo sîi quang.

1.2. MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ

 C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng tin quang

 Bé t¸ch kªnh quang theo b íc sãng

1

2

1, 2, 3,…, n

3

Bé t¸ch kªnh b íc sãng

n

Hình 1.17. Sơ đồ bộ tách kênh quang theo bước sóng

Chøc n¨ng:

T¸ch tÝn hiÖu quang tæng tõ sîi quang ® a tíi thµnh c¸c tÝn quang cã c¸c b íc sãng kh¸c nhau (1  n) ®Ó ® a tíi c¸c thiÕt bÞ ®Çu cuèi quang kh¸c nhau.

1.2. MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ

 C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng tin quang

 Bé khuÕch ®¹i quang

 Chøc n¨ng:

Trong qu¸ tr×nh truyÒn ¸nh s¸ng trong sîi quang, ¸nh s¸ng bÞ suy hao. Cù ly truyÒn dÉn cµng dµi th× ¸nh s¸ng truyÒn dÉn cµng bÞ suy. Suy hao cña sîi quang g©y nªn suy gi¶m tÝn hiÖu truyÒn dÉn.

Víi c¸c tuyÕn truyÒn dÉn dµi, th× ¸nh s¸ng truyÒn ®Õn ®Çu thu PT (t) bÞ suy gi¶m lín nªn kh«ng ®¶m b¶o ®Ó bé thu kh«i phôc l¹i tÝn hiÖu truyÒn dÉn ban ®Çu.

Do ®ã, ®Ó bï l¹i suy hao cña sîi quang, trªn tuyÕn truyÒn dÉn ng êi ta cã thÓ sö dông c¸c bé khuÕch ®¹i quang.

1.2. MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ

 C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng tin quang

 Bé khuÕch ®¹i quang

Mét sè bé khuÕch ®¹i quang sö dông trong kü thuËt th«ng tin quang:

Bé khuÕch ®¹i quang sîi,

Bé khÕch ®¹i quang b¸n dÉn,

Bé khuÕch ®¹i Raman.

1.2. MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ

 C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng tin quang

 Bé bï t¸n s¾c

 Chøc n¨ng:

- Trong qu¸ tr×nh truyÒn ¸nh s¸ng trong sîi quang, ¸nh s¸ng bÞ t¸n s¾c. Cù ly truyÒn dÉn cµng dµi th× ¸nh s¸ng cµng bÞ t¸n s¾c. T¸n s¾c cña sîi quang lµm gi·n xung tÝn hiÖu vµ do ®ã g©y nªn mÐo tÝn hiÖu.

- Víi c¸c tuyÕn truyÒn dÉn dµi, th× ¸nh s¸ng truyÒn ®Õn ®Çu thu PT (t) kh«ng chØ bÞ suy gi¶m lín mµ cßn bÞ t¸n s¾c lín. T¸n s¾c lµm d·n xung, nªn kh«ng ®¶m b¶o ®Ó bé thu kh«i phôc l¹i tÝn hiÖu truyÒn dÉn ban ®Çu.

- Do ®ã, ®Ó h¹n chÕ sù gi·n sung do t¸n s¾c, trªn tuyÕn truyÒn dÉn

ng êi ta cã thÓ sö dông c¸c bé bï t¸n s¾c/t¸n s¾c ©m.

1.2. MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ

 C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng tin quang

 Bé bï t¸n s¾c

 Mét sè kü thuËt bï t¸n s¾c sö dông trong kü thuËt th«ng

tin quang:

- Kü thuËt bï tr íc: Kü thuËt bï chirp (chirp do sîi quang, chirp

do bé khuÕch ®¹i,...)

- Sö dông sîi cã t¸n s¾c ©m,

- Bï b»ng bé läc c©n b»ng quang,

- Bï b»ng c¸ch tö Bragg,

- KÕt hîp pha quang, ...

1.2. MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ

 C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng tin quang

 Bé lÆp quang

 CÊu tróc c¬ b¶n cña bé lÆp quang trong truyền dẫn analog:

O/E

E/O

Hình 1.18.

Trong ®ã:

: bé biÕn ®æi quang - ®iÖn

: bé biÕn ®æi điện - quang

O/E

: bộ khuÕch ®¹i quang

E/O

1.2. MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ

 C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng tin quang

 Bé lÆp quang

 CÊu tróc c¬ b¶n cña bé lÆp quang trong truyền dẫn digital:

O/E

E/O

Hình 1.19.

Trong ®ã:

: bộ khuÕch ®¹i quang

O/E

: bé biÕn ®æi quang - ®iÖn

: bộ söa xung

: bé biÕn ®æi điện - quang

E/O

1.2. MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ

 C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng tin quang

 Bé lÆp quang

 Mét sè kü thuËt bï t¸n s¾c sö dông trong kü thuËt th«ng

tin quang:

- Kü thuËt bï tr íc: Kü thuËt bï chirp (chirp do sîi quang, chirp

do bé khuÕch ®¹i,...)

- Sö dông sîi cã t¸n s¾c ©m,

- Bï b»ng bé läc c©n b»ng quang,

- Bï b»ng c¸ch tö Bragg,

- KÕt hîp pha quang, ...

1.2. MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ

 Ưu ®iÓm của HT TTQ:

HÖ thèng truyÒn dÉn th«ng tin quang cã cã mét sè u ®iÓm c¬ b¶n so

víi c¸c hÖ thèng truyÒn dÉn sö dông c¸p ®ång cæ ®iÓn, do sö dông c¸c

®Æc tÝnh cña sîi quang vµ c¸c linh kiÖn thu, ph¸t quang.

* Sö dông sîi quang cã c¸c u ®iÓm chñ yÕu sau:

- Suy hao truyÒn dÉn rÊt nhá - B¨ng tÇn truyÒn dÉn rÊt lín - Cã tÝnh c¸ch ®iÖn tèt - Kh«ng bÞ ¶nh h ëng cña nhiÔu ®iÖn tõ ngoµi. - Cã kÝch th íc nhá vµ träng l îng nhÑ - Sîi ® îc chÕ t¹o tõ vËt liÖu cã s½n, dåi dµo vµ hiÖu qu¶.

1.2. MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ

 Ưu ®iÓm của HT TTQ:

* C¸c linh kiÖn thu, ph¸t quang cã c¸c u ®iÓm:

- Cã kh¶ n¨ng ®iÒu chÕ tèc ®é cao

- KÝch th íc nhá

- HiÖu suÊt biÕn ®æi quang - ®iÖn cao

* HÖ thèng th«ng tin quang

- Kho¶ng c¸ch tr¹m lÆp dµi

- Dung l îng lín

- Cã kh¶ n¨ng truyÒn ® îc t/h b¨ng réng

- TÝnh më réng cao

- DÔ dµng l¾p ®Æt

1.2. MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ

 Ưu ®iÓm của HT TTQ (tiếp theo):

- Suy hao truyÒn dÉn rÊt nhá, do ®ã kho¶ng c¸ch tr¹m lÆp dµi - B¨ng tÇn truyÒn dÉn rÊt lín, do ®ã ding l îng truyÒn t¶I lín vµ cã

kh¶ n¨ng truyÒn t¶i tÝn hiÖu b¨ng réng/tèc ®é cao

- Cã tÝnh c¸ch ®iÖn tèt, kh«ng bÞ ¶nh h ëng cña nhiÔu ®iÖn tõ ngoµi. - Cã kÝch th íc nhá vµ träng l îng nhÑ - Sîi ® îc chÕ t¹o tõ vËt liÖu cã s½n, dåi dµo vµ hiÖu qu¶, - HÖ thèng cã tÝnh më cao vµ dÔ dµng l¾p ®Æt.

 Nh îc ®iÓm của HT TTQ:

- Khã kh¨n trong ghÐp nèi

- Kh«ng sö dông t¹i vïng bÞ chiÕu x¹

1. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT TTQ

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật

thông tin quang

 Một số vấn đề cơ bản về ánh sáng

 Một số vấn đề cơ bản trong vật lý bán dẫn

 Các hiệu ứng cơ bản của vật liệu quang

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ

 Mét sè vÊn ®Ò c¬ b¶n vÒ ¸nh s¸ng

 B¶n chÊt cña ¸nh s¸ng

¸nh s¸ng cã tÝnh sãng, h¹t.

VÒ b¶n chÊt h¹t:

N¨ng l îng ¸nh s¸ng lu«n lu«n bøc x¹ hoÆc bÞ hÊp thô trong c¸c ®¬n vÞ rêi r¹c ® îc gäi lµ photon. N¨ng l îng cña Photon chØ phô thuéc vµo tÇn sè . Mèi quan hÖ gi÷a n¨ng l îng E vµ tÇn sè  cña photon lµ:

(1-1)

E = h

Trong ®ã: h = 6,625 x 10-34 J.s lµ h»ng sè Pl¨ng.

§Æc ®iÓm: Khi photon va ch¹m vµo c¸c nguyªn tö, nã cã thÓ thùc hiÖn chuyÓn n¨ng l îng cña nã cho mét ®iÖn tö ë trong nguyªn tö nµy vµ kÝch thÝch nã nh¶y lªn mét møc n¨ng l îng cao h¬n.

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ

 Mét sè vÊn ®Ò c¬ b¶n vÒ ¸nh s¸ng

 B¶n chÊt cña ¸nh s¸ng

B¶n chÊt sãng cña ¸nh s¸ng ¸nh s¸ng lµ mét sãng ®iÖn tõ ph¼ng, ph©n cùc tuyÕn tÝnh; ph ¬ng tr×nh truyÒn sãng cã d¹ng:

( 1-2)

A(X,t) = eiAo exp[j(t - K.X)]

Trong ®ã:

X = xex + yey + zez K = kxex + kyey + kzez

biÓu thÞ mét vector vÞ trÝ biÓu thÞ mét vector truyÒn sãng, cã ®é lín lµ k = 2/ vµ ® îc gäi lµ

h»ng sè

truyÒn dÉn sãng

lµ biªn ®é lín nhÊt cña sãng; Ao  = 2 víi  lµ tÇn sè cña ¸nh s¸ng,  lµ b íc sãng ¸nh s¸ng. ei lµ vector ®¬n vÞ n»m song song víi trôc cã tªn lµ i.

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ

 Mét sè vÊn ®Ò c¬ b¶n vÒ ¸nh s¸ng

 B¶n chÊt cña ¸nh s¸ng

Sù ph©n bè tr êng ®iÖn vµ tr êng tõ trong c¸c sãng ®iÖn tõ ph¼ng ® îc chØ ra ë h×nh sau:

Hình 1.20.

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ

 Mét sè vÊn ®Ò c¬ b¶n vÒ ¸nh s¸ng

 Ph©n bæ sãng ®iÖn tõ cho kü thuËt th«ng tin quang

10-6m

Bước sãng 100km 10km

1km

100m

10m

10cm

1cm

Cùc tÝm

¢m thanh

Sãng milimet

Hång ngoai

Nh×n thÊy

TÇn sè rÊt thÊp (VLF)

TÇn sè thÊp (VLF)

T/s trung b×nh (VLF)

TÇn sè cao (VLF)

TÇn sè rÊt cao (VLF)

TÇn sè cùc cao (VLF)

TÇn sè siªu cao (VLF)

M«i tr êng truyÒn dÉn

C¸p ®èi xøng

èng dÉn sãng

C¸p ®ång trôc

Sîi quang

Sãng ng¾n

Sãng dµi

Viba

800m

2.55m

TÇn sè

1kHz

10kHz

100kHz 1MHz 10MHz 100MHz 1GHz 10GHz

100GHz

1014Hz

1015Hz

Hình 1.21.

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ

 Mét sè vÊn ®Ò c¬ b¶n vÒ ¸nh s¸ng

 Ph©n bæ sãng ®iÖn tõ cho kü thuËt th«ng tin quang

Hình 1.22.

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ

 Mét sè vÊn ®Ò c¬ b¶n vÒ ¸nh s¸ng

 Mét sè ®Æc tÝnh c¬ b¶n cña ¸nh s¸ng

 Khi truyÒn trong m«I tr êng ®ång nhÊt, th× ¸nh s¸ng truyÒn th¼ng. Cßn khi ¸nh s¸ng ®i qua mÆt ph©n c¸ch gi÷a 2 m«i tr êng sÏ xuÊt hiÖn hiÖn t îng khóc x¹ vµ ph¶n x¹ ¸nh s¸ng.

 VËn tèc cña ¸nh s¸ng lµ c =  víi  lµ tÇn sè ¸nh s¸ng vµ  lµ b íc sãng. Trong kh«ng gian tù do th× c = 3.108 m/s, cßn trong c¸c m«i tr êng trong suèt kh¸c th× vËn tèc ¸nh s¸ng lµ v (nhá h¬n c) vµ ® îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

(1-3)

v = c/n

Trong ®ã, n lµ chiÕt suÊt cña m«i tr êng. n cña kh«ng khÝ lµ 1,00 ; cña n íc lµ 1,33 ; cña thñy tinh lµ 1,50 vµ ë kim c ¬ng lµ 2,42.

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ

 Mét sè vÊn ®Ò c¬ b¶n vÒ ¸nh s¸ng

 Mét sè ®Æc tÝnh c¬ b¶n cña ¸nh s¸ng

 HiÖn t îng khóc x¹ vµ ph¶n x¹:

Khi ¸nh s¸ng ®i qua mÆt ph©n c¸ch cña hai m«i tr êng cã chØ sè chiÕt suÊt kh¸c nhau sÏ xuÊt hiÖn hiÖn t îng ph¶n x¹ vµ khóc x¹ ¸nh s¸ng.

HiÖn t îng khóc x¹: C¸c tia s¸ng ®i tõ m«i tr êng thø nhÊt (cã chØ sè lín h¬n) vµo m«i tr êng thø 2 (cã chØ sè chiÕt suÊt nhá chiÕt suÊt h¬n) vµ bÞ thay ®æi h íng truyÒn cña chóng t¹i ranh giíi ph©n c¸ch gi÷a hai m«i tr êng. C¸c tia s¸ng nµy gäi lµ tia khóc x¹

HiÖn t îng ph¶n x¹: C¸c tia s¸ng khi ®i tíi mÆt ph©n c¸ch cña hai m«i tr êng cã chiÕt suÊt kh¸c nhau bÞ ph¶n x¹ trë l¹i m«i tr êng ban ®Çu. C¸c tia s¸ng quay trë l¹i m«i tr êng ban ®Çu gäi lµ tia ph¶n x¹.

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ

 Mét sè vÊn ®Ò c¬ b¶n vÒ ¸nh s¸ng

 Mét sè ®Æc tÝnh c¬ b¶n cña ¸nh s¸ng

 HiÖn t îng khóc x¹ vµ ph¶n x¹:

Tia khóc x¹

Ph¸p tuyÕn

2

n2 < n1 2

1

1 n1

Tia tíi Tia ph¶n x¹

Hình 1.23.

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ

 Mét sè vÊn ®Ò c¬ b¶n vÒ ¸nh s¸ng

 Mét sè ®Æc tÝnh c¬ b¶n cña ¸nh s¸ng

 HiÖn t îng khóc x¹ vµ ph¶n x¹:

Theo ®Þnh luËt Snell ta cã:

(1-4)

n1 sin1 = n2 sin2

Trong ®ã:

- 1 lµ gãc tíi - gãc hîp gi÷a ph¸p tuyÕn cña mÆt ph©n c¸ch hai m«i

tr êng víi tia tíi.

- 2 lµ gãc khóc x¹ - gãc t¹o bëi ph¸p tuyÕn cña mÆt ph©n c¸ch hai

m«i trõ¬ng víi tia khóc x¹.

Tõ ph ¬ng tr×nh (1-4) vµ h×nh 1.23, ta cã thÓ viÕt t ¬ng tù nh sau:

(1-5)

n1 cos1 = n2 cos2

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ

 HiÖn t îng x¹ vµ ph¶n x¹:

NÕu gãc tíi 1 lín dÇn lªn (gãc 1 nhá ®i ) tíi mét gi¸ trÞ gãc c t¹o ra tia khóc x¹ n»m song song víi ranh giíi ph©n c¸ch hai m«i tr êng th× lóc Êy c ® îc gäi lµ gãc tíi h¹n). Khi ®ã, sÏ kh«ng tån t¹i tia khóc x¹ ë m«i tr êng thø hai.

Ph¸p tuyÕn

2

n2 < n1



c

1

Tia khóc x¹ n2

1>c cc

Tia ph¶n x¹ Tia tíi

Tia tíi

(a) (b)

Hình 1.24. Quá trình xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ

 HiÖn t îng ph¶n x¹ toµn phÇn:

Khi mét tia s¸ng tíi cã gãc 1 lín h¬n gãc tíi h¹n c th× ®Òu bÞ ph¶n x¹ trë l¹i (h×nh 1.24b). HiÖn t îng c¸c tia s¸ng khi ®i tíi mÆt ph©n c¸ch cña hai m«i tr êng cã chiÕt suÊt kh¸c nhau bÞ ph¶n x¹ trë l¹i m«i tr êng ban ®Çu t¹i mÆt ph©n c¸ch hai m«i tr êng gäi lµ ph¶n x¹ toµn phÇn (ph¶n x¹ toµn phÇn - h×nh 1.25).

Hình 1.25.

n2 < n1

Ph¸p tuyÕn

Tia ph¶n x¹ Tia tíi

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ

 HiÖn t îng ph¶n x¹ toµn phÇn:

øng víi gãc tíi h¹n c th× gãc khóc x¹ 2 = 900, khi ®ã:

(1-6)

Nh vËy, ®iÒu kiÖn ®Ó x¶y ra ph¶n x¹ toµn phÇn lµ: C¸c tia s¸ng ph¶i ®i tõ m«i tr êng chiÕt quang h¬n (cã chØ sè chiÕt suÊt lín h¬n) sang m«i tr êng kÐm chiÕt quang h¬n (cã chØ sè chiÕt suÊt nhá h¬n).

Gãc tíi cña tia s¸ng ph¶i lín h¬n gãc tíi h¹n.

Trong sîi dÉn quang, c¸c tÝn hiÖu ¸nh s¸ng ® îc truyÒn dùa vµo hiÖn t îng ph¶n x¹ toµn phÇn.

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ

 Một số vấn đề cơ bản trong vật lý bán dẫn

 Lý thuyÕt vïng n¨ng l îng

Vïng dÉn

 C¸c vïng n¨ng l îng:

Theo lý thuyÕt vïng n¨ng l îng, c¸c chÊt dÉn cã 3 vïng n¨ng l îng:

Vïng cÊm ∆E

- Vïng dÉn,

Vïng hãa trÞ

- Vïng cÊm cÊm,

- Vïng ho¸ trÞ,

E : §é réng gi¶i cÊm.

H×nh 1.26. Gi¶n ®å n¨ng l îng

cña c¸c chÊt dÉn

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ

 Một số vấn đề cơ bản trong vật lý bán dẫn

 Lý thuyÕt vïng n¨ng l îng

 Ph©n lo¹i c¸c chÊt:

Trªn c¬ së lý thuyÕt vïng n¨ng l îng vµ quan ®iÓm ph©n lo¹i theo

kh¶ n¨ng dÉn ®iÖn, c¸c ® îc ph©n thµnh 3 lo¹i sau:

- ChÊt dÉn ®iÖn : E ChÊt dÉn ®iÖn  0,

> 0,

- ChÊt b¸n dÉn : E ChÊt b¸n dÉn

- ChÊt c¸ch ®iÖn : E ChÊt ®iÖn m«i

>> E ChÊt b¸n dÉn .

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ

 Một số vấn đề cơ bản trong vật lý bán dẫn

 Lý thuyÕt vïng n¨ng l îng

Gi¶n ®å n¨ng l îng cña c¸c chÊt:

Vïng dÉn

Vïng cÊm ∆E

Vïng hãa trÞ

b) ChÊt b¸n dÉn

c) ChÊt ®iÖn m«i

a) ChÊt dÉn ®iÖn

H×nh 1.27. Ph©n lo¹i c¸c chÊt theo gi¶n ®å n¨ng l îng

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ

 Một số vấn đề cơ bản trong vật lý bán dẫn

 Lý thuyÕt vïng n¨ng l îng

Gi¶n ®å n¨ng l îng vµ ph©n bè ®iÖn tö vµ lç trèng cña chÊt b¸n dÉn:

Vïng dÉn

(§iÖn tö)

E =Ec-Ev

Vïng cÊm

(Lç trèng)

Vïng hãa trÞ

H×nh 1.28.Gi¶n ®å n¨ng l îng vµ ph©n bè ®iÖn tö, lç trèng trong chÊt b¸n dÉn

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ

 Một số vấn đề cơ bản trong vật lý bán dẫn

 Lý thuyÕt vïng n¨ng l îng

 Nguyªn lý dÉn ®iÖn trong chÊt b¸n dÉn:

Khi kh«ng cã kÝch thÝch: Vïng dÉn kh«ng cã ®iÖn tö => B¸n dÉn

lµ mét vËt liÖu c¸ch ®iÖn.

Khi cã kÝch thÝch (vÝ dô: khi t¨ng nhiÖt ®é): C¸c ®iÖn tö vïng ho¸

nhËn ® îc n¨ng l îng lín h¬n ®é réng gi¶i cÊm, nh¶y lªn vïng

dÉn. Khi ®ã, ë vïng dÉn cã ®iÖn tö.

Khi cã ®iÖn tr êng ngoµi t¸c ®éng, b¸n dÉn sÏ dÉn ®iÖn. Khi ®ã,

b¸n dÉn lµ mét vËt liÖu dÉn ®iÖn.

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ

 Một số vấn đề cơ bản trong vật lý bán dẫn

 Lý thuyÕt vïng n¨ng l îng

 C¸c lo¹i b¸n dÉn:

§Ó t¨ng tÝnh dÉn ®iÖn, ng êi ta pha t¹p thªm mét l îng nhá c¸c

nguyªn tè thuéc nhãm III hay nhãm V vµo c¸c chÊt b¸n dÉn.

Tuú theo vµo chÊt ®Ó pha t¹p (c¸c chÊt thuéc nhãm III hay nhãm

V), ng êi ta cã 2 lo¹i chÊt b¸n dÉn:

- B¸n dÉn lo¹i n (h¹t dÉn ®iÖn chñ yÕu lµ ®iÖn tö)

- B¸n dÉn lo¹i p (h¹t dÉn ®iÖn chñ yÕu lµ lç trèng)

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ

 Một số vấn đề cơ bản trong vật lý bán dẫn

 Lý thuyÕt vïng n¨ng l îng

 B¸n dÉn lo¹i n:

§Ó t¨ng tÝnh dÉn ®iÖn, ng êi ta pha t¹p thªm mét l îng nhá c¸c nguyªn tè thuéc nhãm V (P, As,...) cã 5 ®iÖn tö ë líp ngoµi cïng.

Khi liªn kÕt trong m¹ng tinh thÓ Si hay Ga, Ge, 4 ®iÖn tö cña nguyªn tè pha t¹p thùc hiÖn liªn kÕt ®ång ho¸ trÞ (liªn kÕt chÆt), cßn 1 ®iÖn tö cã liªn kÕt láng, s½n sµng tham gia vµo dÉn ®iÖn.

Qu¸ tr×nh nµy t¹o ra sù t¨ng møc chiÕm võa ®ñ thÊp, n»m ngay d íi vïng dÉn, gäi lµ møc cho. Khi ®ã t¹p chÊt pha thªm gäi lµ t¹p chÊt cho.

B¸n dÉn ® îc pha t¹p c¸c nguyªn tè thuéc nhãm nµy gäi lµ b¸n dÉn lo¹i n.

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ

 Một số vấn đề cơ bản trong vật lý bán dẫn

 Lý thuyÕt vïng n¨ng l îng

 B¸n dÉn lo¹i n:

Vïng dÉn

(§iÖn tö) Møc cho

Gi¶n ®å n¨ng l îng vµ ph©n bè ®iÖn tö vµ lç trèng trong chÊt b¸n dÉn lo¹i n:

Vïng cÊm

E =Ec-Ev

(Lç trèng)

Vïng hãa trÞ

H×nh 1.29. Gi¶n ®å n¨ng l îng vµ ph©n bè ®iÖn tö vµ lç trèng trong chÊt

b¸n dÉn lo¹i n

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ

 Một số vấn đề cơ bản trong vật lý bán dẫn

 Lý thuyÕt vïng n¨ng l îng

 B¸n dÉn lo¹i p:

§Ó t¨ng tÝnh dÉn ®iÖn, ng êi ta cßn pha t¹p thªm mét l îng nhá c¸c nguyªn tè thuéc nhãm III cã 3 ®iÖn tö ë líp ngoµi cïng.

Khi liªn kÕt trong m¹ng tinh thÓ Si hay Ge, 3 ®iÖn tö tö cña nguyªn tè pha t¹p thùc hiÖn liªn kÕt ®ång ho¸ trÞ (liªn kÕt chÆt) vµ lµm xuËt hiÖn 1 lç trèng (do thiÕu ®iÖn tö liªn kÕt) s½n sµng nhËn ®iÖn tö ë vïng ho¸.

Qu¸ tr×nh nµy t¹o ra sù t¨ng møc nhËn võa ®ñ lín, n»m ngay trªn vïng ho¸, gäi lµ møc nhËn. Khi ®ã t¹p chÊt pha thªm gäi lµ t¹p chÊt nhËn.

B¸n dÉn ® îc pha t¹p c¸c nguyªn tè thuéc nhãm nµy gäi lµ b¸n dÉn lo¹i p.

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ

 Một số vấn đề cơ bản trong vật lý bán dẫn

 Lý thuyÕt vïng n¨ng l îng

Vïng dÉn

 B¸n dÉn lo¹i p:

(§iÖn tö)

Vïng cÊm

Gi¶n ®å n¨ng l îng vµ ph©n bè ®iÖn tö vµ lç trèng trong chÊt b¸n dÉn lo¹i p:

E =Ec-Ev

Møc cho

(Lç trèng)

Vïng hãa trÞ

H×nh 1.30. Gi¶n ®å n¨ng l îng vµ ph©n bè ®iÖn tö vµ lç trèng trong chÊt

b¸n dÉn lo¹i p

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ

 Một số vấn đề cơ bản trong vật lý bán dẫn

B¸n dÉn n

Vïng ®iÖn tÝch kh«ng gian

 Lý thuyÕt vïng n¨ng l îng

 TiÕp gi¸p p-n:

C¸c phÇn tö ®a sè: e

C¸c phÇn tö ®a sè: p

Ef EV

E

H×nh 1.31. TiÕp gi¸p pn vµ gi¶n ®å n¨ng l îng khi kh«ng cã ®iÖn ¸p ngoµi t¸c ®éng

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ

 Một số vấn đề cơ bản trong vật lý bán dẫn

 Lý thuyÕt vïng n¨ng l îng

 TiÕp gi¸p p-n:

Khi một tiếp giáp p-n được tạo ra, các hạt tải đa số sẽ khuếch tán qua nó, tức là các điện tử trong lớp bán dẫn n được khuếch tán qua tiếp giáp và lấp đầy các lỗ trống trong lớp bán dẫn p và do vậy sẽ để lại lỗ trống trong lớp bán dẫn n của tiếp giáp.

Kết quả là một điện trường tiếp xúc hay một điện thế tiếp xúc sẽ xuất hiện tại vùng tiếp giáp. Điện trường này sẽ ngăn cản việc chuyển động tự do của các hạt tải cho đến khi cân bằng được thiết lập.

Tại vùng tiếp giáp lúc này sẽ không còn hạt mang điện tự do do các điện tử và lỗ trống đã bị giữ lại trong các liên kết đồng hóa trị. Khi đó, vùng tiếp giáp được gọi là vùng nghèo hoặc vùng không có điện tử tự do.

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ

 Một số vấn đề cơ bản trong vật lý bán dẫn

 Lý thuyÕt vïng n¨ng l îng

 TiÕp gi¸p p-n:

Khi một điện thế ngoài được đưa vào tiếp giáp p-n, nếu cực dương của nguồn nối với bán dẫn n và cực âm nối với bán dẫn p thì tiếp giáp khi đó được phân cực ngược.

Dưới tác dụng của điện áp phân cực ngược, độ rộng lớp nghèo sẽ mở rộng ra ở cả hai phía lớp p và lớp n hay điện trường lớp tiếp giáp được tăng cường.

Điện trường tiếp giáp tiếp tục ngăn cản chuyển động của các hạt tải đa số nhưng lại trở thành điện trường thuận với các hạt tải thiểu số khi đi qua lơp tiếp giáp. Dòng của các hạt tải thiểu số tạo ra được gọi là dòng dò.

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ

 Một số vấn đề cơ bản trong vật lý bán dẫn

 Lý thuyÕt vïng n¨ng l îng

 TiÕp gi¸p p-n:

Trong trường hợp cực dương của nguồn nối với bán dẫn p và cực âm nối với bán dẫn n thì tiếp giáp khi đó phân cực thuận.

Lúc này, điện trường tiếp giáp và điện trường ngoài sẽ ngược chiều nhau, nếu điện trường ngoài đủ lớn, sẽ phá vỡ liên kết cộng hóa trị tại lớp tiếp giáp và các hạt mang điện đa số sẽ được khuếch tán ồ ạt qua lớp tiếp giáp.

Đồng thời, các hạt tải đa số tái hợp với nhau và phát xạ ra ánh sáng.

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ

 Một số vấn đề cơ bản trong vật lý bán dẫn

 Lý thuyÕt vïng n¨ng l îng  TiÕp gi¸p p-n:

Có một vấn đề với tiếp giáp đơn đó là hiện tượng tái hợp điện tử và lỗ trống xảy ra trong vùng nghèo khá rộng (~ 1 – 10 µm) do phụ thuộc vào chiều dài khuếch tán của điện tử và lỗ trống. Do vậy, các hạt tải không tập trung hết vào quanh lớp tiếp giáp nên không tạo ra được khả năng phát xạ lớn.

Giải quyết vấn đề này bằng cách đưa vào giữa hai lớp p và lớp n một lớp bán dẫn có năng lượng giải cấm nhỏ hơn năng lượng giải cấm của lớp p và lớp n hai bên. Lớp bán dẫn ở giữa có thể là bán dẫn không pha tạp hoặc có pha tạp ít tùy theo thiết kế, và nó đóng vai trò giam giữ các hạt tải trong trường hợp phân cực thuận.

Các hiện tượng vừa trình bày trên đây xảy ra với tiếp giáp giữa hai miền vật liệu p và n còn được gọi là tiếp giáp đơn.

Cấu trúc ba lớp như vậy được gọi là cấu trúc dị thể kép.

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ

 Các hiệu ứng cơ bản của vật liệu quang

 C¬ chÕ ph¸t x¹ ¸nh s¸ng

Mét ®iÖn tö ë tr¹ng th¸i n¨ng l îng E1 ® îc kÝch thÝch bëi mét nguån n¨ng l îng (vÝ dô: dßng ®iÖn, ¸nh s¸ng,...) sÏ nh¶y lªn møc n¨ng l îng cao h¬n (E2). Trong qu¸ tr×nh trë vÒ tr¹ng th¸i ban ®Çu nã sÏ gi¶i phãng ra mét n¨ng l îng ¸nh s¸ng d íi d¹ng sãng ®iÖn tõ ®óng b»ng n¨ng l îng mµ nã ®· hÊp thô.

N¨ng l îng kÝch thÝch

¸nh s¸ng ph¸t ra

Qu¸ tr×nh hÊp thô

Qu¸ tr×nh ph¸t x¹

H×nh 1. 32. Qóa tr×nh ph¸t

§iÖn tö

x¹ ¸nh s¸ng

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ

 Các hiệu ứng cơ bản của vật liệu quang

 C¬ chÕ ph¸t x¹ ¸nh s¸ng

N¨ng l îng ¸nh s¸ng ph¸t x¹ E PX ® îc x¸c ®Þnh bëi c«ng thøc:

(1-7)

Trong ®ã:

E PX = E2 - E1 = h. h lµ h»ng sè Planck (b»ng 6,625.10-34 J.s)

 lµ tÇn sè ¸nh s¸ng ph¸t ra.

B íc sãng cña ¸nh s¸ng ph¸t ra ® îc x¸c ®Þnh theo:

(1-8)

BX = c/  = h.c. / (E2 - E1)

Trong ®ã: c lµ vËn tèc ¸nh trong kh«ng gian tù do ( b»ng 3.108 m/s)

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ

 Các hiệu ứng cơ bản của vật liệu quang

 Ph¸t x¹ tù ph¸t

Mét ®iÖn tö ë tr¹ng th¸i n¨ng l îng E1 ® îc kÝch thÝch bëi mét nguån n¨ng l îng (vÝ dô: dßng ®iÖn, ¸nh s¸ng,...) sÏ nh¶y lªn møc n¨ng l îng cao h¬n E2.

Trong qu¸ tr×nh trë vÒ tr¹ng th¸i E1, nã sÏ gi¶i phãng ra mét n¨ng l îng ¸nh s¸ng d íi d¹ng sãng ®iÖn tõ cã ®é lín b»ng E2- E1.

HiÖn t îng ph¸t x¹ nµy gäi lµ ph¸t x¹ tù ph¸t vµ ¸nh s¸ng ® îc

gi¶i phãng ra trong tr êng hîp nµy gäi lµ ¸nh s¸ng ph¸t x¹ tù

ph¸t.

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ

 Các hiệu ứng cơ bản của vật liệu quang

N¨ng l îng kÝch thÝch

¸nh s¸ng ph¸t ra

Qu¸ tr×nh hÊp thô

Qu¸ tr×nh ph¸t x¹

§iÖn tö

H×nh 1.33. Qóa tr×nh ph¸t x¹ tù ph¸t

 Ph¸t x¹ tù ph¸t

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ

 Các hiệu ứng cơ bản của vật liệu quang

 Ph¸t x¹ kÝch thÝch

Khi ¸nh s¸ng ph¸t ra trong qu¸ tr×nh ®iÖn tö trë vÒ tr¹ng th¸i E1 víi n¨ng l îng E2- E1 tiÕp tôc kÝch thÝch mét ®iÖn tö kh¸c ®ang ë tr¹ng th¸i kÝch thÝch.

§iÖn tö nµy hÊp thô n¨ng l îng ¸nh s¸ng tíi vµ trong qu¸ tr×nh ®iÖn tö nµy trë vÒ tr¹ng th¸i E1 nã sÏ gi¶i phãng ra mét n¨ng l îng sãng ®iÖn tõ d íi d¹ng ¸nh s¸ng.

Khi ®ã, c«ng suÊt ¸nh s¸ng bøc x¹ sÏ lín h¬n nhiÒu ®é lín E2- E1 (n¨ng l îng ph¸t x¹ tù ph¸t).

HiÖn t îng ph¸t x¹ nµy gäi lµ ph¸t x¹ kÝch thÝch hay ph¸t x¹ c ìng bøc vµ ¸nh s¸ng ® îc gi¶i phãng ra trong tr êng hîp nµy gäi lµ ¸nh s¸ng ph¸t x¹ kÝch thÝch.

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ

 Các hiệu ứng cơ bản của vật liệu quang

 Ph¸t x¹ kÝch thÝch

N¨ng l îng kÝch thÝch

Qu¸ tr×nh hÊp thô

Qu¸ tr×nh ph¸t x¹

¸nh s¸ng ph¸t ra

Qu¸ tr×nh ph¸t x¹ kÝch thÝch

§iÖn tö

H×nh 1.34. Qóa tr×nh ph¸t x¹ kÝch thÝch

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ

 Các hiệu ứng cơ bản của vật liệu quang

 Nguyªn lý ph¸t x¹ ¸nh s¸ng cña tiÕp gi¸p p-n

c¸c

®iÖn

tö

a/s ph¸t x¹

Khi cã ®iÖn tr êng ngoµi t¸c dÞch ®éng, chuyÓn tõ b¸n dÉn n sang p lç trèng dÞch vµ ng îc l¹i chuyÓn tõ p sang n.

E

B¸n dÉn n

B¸n dÉn p

Vïng ®iÖn tÝch kh«ng gian

Trong qu¸ tr×nh dÞch chuyÓn, lç trèng vµ ®iÖn tö t¸i hîp víi nhau vµ gi¶i phãng ra n¨ng l îng ¸nh s¸ng d íi d¹ng sãng ®iÖn tõ

100

H×nh 1.35. TiÕp gi¸p pn vµ qu¸ tr×nh ph¸t x¹ a/s khi cã ®iÖn tr êng ngoµi t¸c ®éng

1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ

 Các hiệu ứng cơ bản của vật liệu quang

 Ph¸t x¹ kÝch thÝch

N¨ng l îng kÝch thÝch

Qu¸ tr×nh hÊp thô

Qu¸ tr×nh ph¸t x¹

¸nh s¸ng ph¸t ra

Qu¸ tr×nh ph¸t x¹ kÝch thÝch

§iÖn tö

H×nh 1.36. Qóa tr×nh ph¸t x¹ kÝch thÝch

101

1. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT TTQ 1.4. Các công nghệ trong kỹ thuật TTQ

 Tæng quan vÒ c¸c c«ng nghÖ trong th«ng tin quang:

Công nghệ truyền dẫn quang

Các công nghệ trong kỹ thuật TTQ

Công nghệ chuyển mạch quang

102

Hình 1.37. Một số công nghệ trong kỹ thuật thông tin quang

1. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT TTQ

1.4. Các công nghệ trong kỹ thuật TTQ

 Công nghệ truyền dẫn quang

Các công nghệ cơ bản

Các công nghệ tích hợp IP trên quang Các công nghệ truyền dẫn trong kỹ thuật TTQ

Công nghệ điều khiển và giám sát tài nguyên mạng

103

Hình 1.38. Các công nghệ truyền dẫn trong kỹ thuật thông tin quang

1.4. Các công nghệ trong kỹ thuật TTQ

 Công nghệ truyền dẫn quang

Công nghệ truyền dẫn cơ bản

Băng thông của sợi quang là rất lớn => sử dụng các hệ thống thông tin nhiều kênh.

Cấu trúc cơ bản của một hệ thống truyền dẫn thông tin quang nhiều kênh

Sợi quang

Chia kênh điện: Chia kênh theo thời gian (TDM) Ghép kênh điện: Ghép kênh theo thời gian (TDM)

Chia kênh quang: Chia kênh theo bước sóng (WDM) Ghép kênh quang: Ghép kênh theo bước sóng (WDM)

104

Hình 1.39. Cấu trúc cơ bản của một hệ thống truyền dẫn thông tin quang nhiều kênh

 Các công nghệ truyền dẫn quang

 Công nghệ truyền dẫn cơ bản

Các công nghệ truyền dẫn cơ bản trong kỹ thông tin quang nhiều kênh :

SDH

Ghép kênh theo thời gian (TDM)

PDH

Ghép kênh theo mã (OCDMA)

NGSDH

Các công nghệ truyền dẫn cơ bản trong kỹ thuật TTQ WDM

Hình 1.40. Các công nghệ truyền dẫn cơ bản trong kỹ thuật thông tin quang

105

Ghép kênh theo bước sóng (WDM) DWDM

 Các công nghệ truyền dẫn cơ bản

 Công nghệ ghép kênh theo thời gian

- Công nghệ PDH

PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) hay phân cấp số cận đồng bộ là công nghệ truyền dẫn tín hiệu số.

Tín hiệu truyền dẫn được ghép từ các luồng số có tốc độ thấp thành các luồng số có tốc độ cao hơn.

Phương pháp chèn được sử dụng để hiệu chỉnh tốc độ bit của các luồng bậc thấp sao cho chúng hoàn toàn bằng nhau nhưng không đòi hỏi pha của các luồng phải giống nhau, nói cách khác các luồng chỉ đồng bộ về tốc độ bit nhưng không đồng bộ về pha khi ghép, do đó được gọi là ghép kênh cận đồng bộ.

So với hệ thống truyền dẫn tín hiệu tương tự, hệ thống truyền dẫn sử dụng công nghệ PDH đã có những thay đổi vượt bậc về tốc độ truyền dẫn cũng như chất lượng.

106

Tuy nhiên, công nghệ này đã bộc lộ những mặt hạn chế trong môi trường viễn thông đang phát triển mạnh.

 Các công nghệ truyền dẫn cơ bản

 Công nghệ ghép kênh theo thời gian

- Công nghệ PDH

Sơ đồ khối của hệ thống truyền dẫn quang PDH

Sîi quang

Bé ghÐp kªnh PDH

Bé t¸ch kªnh PDH

Bé ph¸t quang Bé thu quang

107

Hình 1.41. Sơ đồ khối của hệ thống truyền dẫn quang PDH

 Các công nghệ truyền dẫn cơ bản

 Công nghệ ghép kênh theo thời gian

- Công nghệ PDH

K1 K2

K30

34M

140M

Sơ đồ ghép kênh của hệ thống truyền dẫn quang PDH

108

Hình 1.42. Sơ đồ ghép kênh của hệ thống truyền dẫn quang PDH

 Các công nghệ truyền dẫn cơ bản

 Công nghệ ghép kênh theo thời gian

- Công nghệ PDH

Sơ đồ khối của phát, thu quang PDH

Bộ mã

Bộ phát quang nBmB Bộ tạo t/h giả ngẫu nhiên

Bộ giải mã

Bộ thu quang b) nBmB Bộ giải t/h giả ngẫu nhiên

109

Hình 1.43. Sơ đồ khối của phát quang PDH (a) và thu quang PDH (b)

 Các công nghệ truyền dẫn cơ bản

 Công nghệ ghép kênh theo thời gian

- Công nghệ SDH

* Sự ra đời của công nghệ SDH

- Qu¸ tr×nh ghÐp/ t¸ch c¸c luång sè phøc t¹p.

PDH tån t¹i những nh îc ®iÓm sau:

- Dung l îng c¸c byte dµnh cho qu¶n lý vµ b¶o d ìng nhá cho nªn viÖc qu¶n

lý m¹ng kh«ng ®¶m b¶o, ®é tin cËy thÊp.

- M· ® êng ®iÖn vµ m· ® êng quang kh¸c nhau nªn thiÕt bÞ ghÐp kªnh vµ thiÕt bÞ truyÒn dÉn quang lµ kh¸c nhau dÉn ®Õn viÖc qu¶n lý cång kÒnh, chiÕm diÖn tÝch lín.

- Mạng PDH kh«ng linh hoạt trong việc kết nối c¸c luồng tÝn hiệu.

- Hệ thống PDH thiếu phương tiện gi¸m s¸t, đo thử từ xa, mµ chỉ cã thể tiến

- Vấn đề điều khiển trong mạng phức tạp.

110

hµnh tại chỗ.

 Các công nghệ truyền dẫn cơ bản

 Công nghệ ghép kênh theo thời gian

- Công nghệ SDH

* Sự ra đời của công nghệ SDH

- Đơn giản hoá các kỹ thuật ghép/tách kênh.

Ưu điểm của công nghệ SDH thể hiện ở những điểm sau:

- Mã đường truyền cho tín hiệu quang được tiêu chuẩn hoá tương thích với

nhiều loại thiết bị do nhiều nhà sản xuất cung cấp.

- Truy nhập được tới các luồng nhánh tốc độ thấp mà không cần đến các quá trình ghép/tách từ tín hiệu nhánh tốc độ cao đến tín hiệu tốc độ thấp hơn.

- Các kênh quản lý mạng cung cấp các khả năng vận hành, quản lý và bảo

dưỡng, cho phép mạng được quản lý hiệu quả hơn.

- Cho phép truyền tải các tín hiệu số ở các tốc độ bit cao. Điều này cho phép triển khai trực tiếp thiết bị SDH trên mạng và phạm vi dịch vụ được mở rộng.

111

- Dễ dàng phát triển đến các mức ghép kênh cao hơn.

 Các công nghệ truyền dẫn cơ bản

 Công nghệ ghép kênh theo thời gian

- Công nghệ SDH

* Sơ đồ khối của hệ thống truyền dẫn quang SDH

Bé ph¸t quang

Sîi quang

Bé ghÐp kªnh SDH

Bé t¸ch kªnh SDH

Bé thu quang

112

Hình 1.44. Sơ đồ khối của hệ thống truyền dẫn quang SDH

 Các công nghệ truyền dẫn cơ bản

 Công nghệ ghép kênh theo thời gian

- Công nghệ SDH

Sơ đồ ghép kênh của hệ thống truyền dẫn quang SDH

113

Hình 1.45. Sơ đồ ghép kênh của hệ thống truyền dẫn quang SDH

 Các công nghệ truyền dẫn cơ bản

 Công nghệ ghép kênh theo thời gian

- Công nghệ SDH

Sơ đồ khối của phát, thu quang SDH

a) Bộ phát quang

b) Bộ thu quang

114

Hình 1.46. Sơ đồ khối của phát quang SDH (a) . Sơ đồ khối của thu quang SDH (b) Tách byte đồng bộ

 Các công nghệ truyền dẫn cơ bản

 Công nghệ ghép kênh theo thời gian

- Công nghệ NG-SDH

* Sự ra đời của công nghệ NG-SDH

Hạn chế của công nghệ truyền dẫn SONET/SDH truyền thống

SONET/SDH truyền thống là công nghệ TDM đã được tối ưu hóa để truyền tải các lưu lượng dịch vụ thoại. Khi truyền tải các lưu lượng dựa trên dịch vụ IP, các mạng sử dụng công nghệ SONET/SDH truyền thống gặp phải một số hạn chế sau:

- Liên kết cứng dẫn tới không sử dụng hiệu quả băng thông của mạng.

- Lãng phí băng thông khi sử dụng cấu hình mesh

- Lãng phí băng thông khi truyền c ác lưu lượng truyền dữ liệu quảng bá.

- Lãng phí băng thông cho việc bảo vệ mạng.

- Giảm hiệu quả sử dụng băng thông của mạng lưới khi truyền data.

=> Ra đời của công nghệ NG-SDH

115

 Các công nghệ truyền dẫn cơ bản

 Công nghệ ghép kênh theo thời gian

- Công nghệ NG-SDH

* Cấu trúc điển hình của một hệ thống NG-SDH

116

Hình 1.47. Mô hình cấu trúc của NG-SDH

 Các công nghệ truyền dẫn cơ bản

 Công nghệ ghép kênh theo thời gian

- Công nghệ NG-SDH

* Đặc tính kỹ thuật của NG-SDH

 Khả năng mở rộng:

- POS cung cấp kết nối hoàn toàn song công điểm-điểm giữa hai giao diện bộ định tuyến, sử dụng khung SDH, tạo ra khả năng mở rộng liên kết rất tốt giữa hệ thống SDH và WDM và không có giới hạn thuộc bản chất về số lượng nút.

 Hỗ trợ VPN và QoS

- GFP có khả năng xử lý tín hiệu ở cả lớp 1 (Fiber Channel) và lớp 2 (PPP, MPLS,...). Tốc độ có thể mở rộng từ 1 Gbit/s cho đến 40 Gbit/s dựa trên giao diện của SONET/SDH đã được chuẩn hoá.

 Bảo vệ và Khôi phục: Khôi phục có thể thực hiện tại các lớp IP, SDH hoặc là

117

quang.

 Duy trì đa lớp: Duy trì trên các lớp từ IP - WDM

 Công nghệ truyền dẫn quang

 Công nghệ ghép kênh theo thời gian

* Các giai đoạn phát triển

NG-SDH Thế hệ thứ 3

NG-SDH là công nghệ truyền dẫn được phát triển trên nền SDH để tuyền tải lưu lượng IP, nhưng nó vẫn tận dụng được cơ sở hạ tầng mạng hiện có sử dụng SDH. Đồng thời, nó khắc phục được những hạn chế của SDH cũ: SDH là công nghệ TDM đã được tối ưu hóa để truyền các lưu lượng thoại.

SDH

Thế hệ thứ 2

SDH sử dụng kỹ thuật ghép kênh đồng bộ linh hoạt và kinh tế hơn công nghệ PDH. SDH sử dụng bộ giao thức toàn cầu thống nhất có thể trợ giúp cho tất cả các phân cấp số. Tín hiệu truyền dẫn dựa trên các khung SDH, tín hiệu nhánh có kích cỡ tiêu chuẩn và gắn vào một vị trí trong khung. Cấu trúc khung cũng cung cấp các kênh cho việc quản lý.

PDH Thế hệ thứ 1

Hình 1.48. Các giai đoạn phát triển của công nghệ ghép kênh TDM

PDH là công nghệ truyền dẫn tín hiệu số. So với hệ thống truyền dẫn tín hiệu tương tự, PDH đã có những thay đổi vượt bậc về tốc độ truyền dẫn cũng như chất lượng. Tuy nhiên, công nghệ này đã bộc lộ những mặt hạn chế:Chủ yếu đáp ứng các dịch vụ điện thoại, hông linh hoạt trong việc kết nối các luồng tín hiệu; Vấn đề điều khiển trong mạng phức tạp, không có điều kiện tổ chức thành mạng quản lý viễn thông .

118

 Công nghệ truyền dẫn quang

 Công nghệ ghép kênh theo bước sóng

* Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật ghép bước sóng quang

λ1

1

M¸y ph¸t quang

M¸y thu quang

Bé t¸ch

Bé khuyÕch ®¹i quang

Bé ghÐp

λN

kªnh

N

M¸y ph¸t quang

M¸y thu quang

λ1, λ2,…, λN

λ1

1

M¸y ph¸t quang

M¸y thu quang

Bé khuyÕch ®¹i quang

Bé ghÐp Bé t¸ch

λN

kªnh kªnh

N

M¸y ph¸t quang

M¸y thu quang

λ1, λ2,…, λN

119

Hình 1.49. Hệ thống ghép bước sóng theo một hướng

 Công nghệ truyền dẫn quang  Công nghệ ghép kênh theo bước sóng

* Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật ghép bước sóng quang

λ1

λ1, λ2,…, λN

1

M¸y thu quang

M¸y ph¸t quang

λN

N

M¸y thu quang

M¸y ph¸t quang

Bé khuyÕch ®¹i quang

λ’

Bé ghÐp vµ t¸ch b íc

1

M¸y thu quang

M¸y ph¸t quang

λ’

1, λ’

2,..., λ’

Bé t¸ch vµ ghÐp b íc sãng sãng

λ’ N λ’ N

N

M¸y thu quang

M¸y ph¸t quang

120

Hình 1.50. Hệ thống ghép bước sóng theo hai hướng

 Công nghệ truyền dẫn quang

 Công nghệ ghép kênh theo bước sóng

* Các phần tử cơ bản của hệ thống WDM

Hệ thống ghép bước sóng (một hướng và hai hướng) thường gồm các phần tử: máy phát quang, máy thu quang, sợi quang, bộ ghép kênh/tách kênh, bộ khuếch đại quang sợi.

- Máy phát quang có nhiệm vụ chuyển tín hiệu điện thành tín hiệu quang. - Bộ ghép kênh có nhiệm vụ ghép các bước sóng từ các máy phát quang khác

nhau tạo thành tín hiệu quang tổng.

- Sợi quang có nhiệm vụ truyền tín hiệu quang tổng từ đầu phát tới đầu thu. - Bộ khuếch đại quang sợi có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu quang tổng để bù

suy hao.

- Bộ tách kênh có nhiệm vụ tách các bước sóng từ luồng quang tổng, đưa đến

- Máy thu quang có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện.

121

các máy thu quang tương ứng.

 Công nghệ truyền dẫn quang

 Công nghệ ghép kênh theo bước sóng

* Các giai đoạn phát triển

MP-DWDM: Ghép kênh quang theo bước sóng ghép với mật độ cao kết hợp với điều chế phase trên một bước sóng => Số lượng kênh quang rất cao.Khả năng truyền tải tín hiệu trên một bước sóng cao, khoảng 40-100GB/s, khả năng chế tạo các linh kiện điện tử thuận lợi

MP- DWDM Thế hệ thứ 3

DWDM: Ghép kênh quang theo bước sóng ghép với mật độ cao => Khoảng cách tần số giữa các kênh quang ≥ 200 GHz.

Khả năng truyền tải tín hiệu trên một bước sóng không cao, khoảng 10GB/s - 40GB/s (phổ biến là 10GB/s vì do khả năng chế tạo các linh kiện điện tử bị hạn chế

DWDM Thế hệ thứ 2

WDM: Ghép kênh quang theo bước sóng ghép với mật độ cao => Khoảng cách tần số giữa các kênh quang < 200 GHz.

Khả năng truyền tải tín hiệu trên một bước sóng không cao, khoảng 10GB/s - 40GB/s (phổ biến là 10GB/s vì do khả năng chế tạo các linh kiện điện tử bị hạn chế.

Thế hệ thứ 1 WDM

122

Hình 1.51. Các giai đoạn phát triển của công nghệ ghép bước sóng

 Công nghệ truyền dẫn quang

 Công nghệ tích hợp IP trên quang

* Sự ra đời của công nghệ tích hợp IP trên quang

Ngày nay, sự phát triển bùng nổ của lưu lượng IP cùng sự phát triển mạnh mẽ công nghệ truyền tải IP với tốc độ cao có đủ khả năng truyền tải tất cả các dịch vụ truyền thông hay dữ liệu làm cho truyền tải IP đang trở thành phương thức truyền tải chính trên cơ sở hạ tầng truyền tải thông tin hiện nay cũng như trong tương lai. Nó đã làm thay đổ hoàn toàn quan điểm thiết kế các mạng truyền thông.

Đồng thời, với sự ra đời của công nghệ truyền dẫn quang WDM, mà giai đoạn tiếp theo của nó là DWDM với những ưu điểm vượt trội về băng thông rộng/tốc độ lớn (tới hàng ngàn Terabit) và chất lượng truyền dẫn cao đã tạo nên một cuộc cách mạng trong mạng truyền tải của các mạng truyền thông.

123

Kết hợp hai công nghệ mạng này trên cùng một cơ sở hạ tầng mạng tạo thành một giải pháp tích hợp truyền tải IP trên quang tạo nên nhân tố then chốt xây dựng nên một mạng viễn thông thế hệ mới

 Công nghệ truyền dẫn quang

 Công nghệ tích hợp IP trên quang

* Các phương thức tích hợp IP trên quang

Cho đến nay người ta đã tạo ra được nhiều giải pháp liên quan đến vấn đề làm thế nào truyền tải các gói IP qua môi trường sợi quang. Và nội dung của chúng đều tập trung vào việc giảm kích thước mào đầu trong khi vẫn phải đảm bảo cung cấp dịch vụ chất lượng khác biệt (nhiều cấp độ dịch vụ), độ khả dụng và bảo mật cao.

Tuỳ từng giải pháp tích hợp truyền tải IP trên quang các tín hiệu dịch vụ được đóng gói qua các tầng khác nhau. Các phương thức tích hợp IP trên quang cơ bản bao gồm:

-IP/ATM/SDH/WDM. - IP/GbE/WDM.

-IP/NG-SDH/WDM.

- IP/GMPLS/WDM.

-IP/SDH/WDM. - IP/MPLS/WDM.

-IP/MPLS/SDH/WDM. - IP/WDM.

124

-IP/MPLS/NG-SDH/WDM.

 Công nghệ truyền dẫn quang

 Công nghệ tích hợp IP trên quang

* Chức năng của một số tầng cơ bản của IP trên quang

Tầng IP

- Tầng IP có chức năng cung cấp dịch vụ cho các tầng dưới.

- Tầng IP cung cấp các liên kết any-to-any, chức năng liên kết mạng phi kết

- Tầng này sử dụng giao thức chính là giao thức IP. Tại đây thực hiện việc đóng gói dữ liệu, thoại và video thành các IP datagram, sau đó định hướng nó truyền qua mạng theo từng bước một.

nối.

- Nó cũng có khả năng tự sửa lỗi, nghĩa là các gói IP có thể được định tuyến

125

động khi mạng, node hay liên kết xảy ra lỗi.

 Công nghệ truyền dẫn quang

 Công nghệ tích hợp IP trên quang

* Chức năng của một số tầng cơ bản của IP trên quang

Tầng ATM

- Tầng ATM nằm ngay trên tầng SDH, hỗ trợ một vài chức năng mạnh cho

mạng.

126

- Đây là kỹ thuật kết nối có định hướng yêu cầu thiết lập một kênh ảo VC giữa nguồn và đích trước khi thông tin được trao đổi. VC có thể được thiết lập thông qua tiến trình xử lý động một cách tự động hoặc bằng lệnh. Tiến trình này có sử dụng báo hiệu của ATM và các giao thức định tuyến. ATM có lớp đa dịch vụ cho phép nhà cung cấp thực hiện ghép kênh và truyền tải lưu lượng dữ liệu, thoại và video với tính năng có thể dự đoán trước lưu lượng để thực hiện ghép kênh thống kê ATDM.

 Công nghệ truyền dẫn quang

 Công nghệ tích hợp IP trên quang

* Chức năng của một số tầng cơ bản của IP trên quang

Tầng ATM

- Ngoài việc định nghĩa kênh ảo VC trên một đường truyền xác định giữa hai điểm trên mạng, nhà cung cấp còn có thể sử dụng ATM để thực hiện kỹ thuật lưu lượng TE.

127

- Tại tầng ATM có thể thực hiện chức năng chuyển mạch gói theo từng tế bào ATM. Việc này được thực hiện tại các tổng đài ATM. Tại đây, chỉ thị kênh ảo VCI và chỉ thị đường ảo VPI được biên dịch để các tế bào ATM đến được đầu ra tương ứng. Đây là xử lý chuyển mạch gói tại miền điện.

 Công nghệ truyền dẫn quang

 Công nghệ tích hợp IP trên quang

* Chức năng của một số tầng cơ bản của IP trên quang

Tầng SDH

- Tầng SDH có tốc độ thấp, các mạch đường dây TDM nối với các thiết bị client (như chuyển mạch ATM), sắp xếp chúng vào khuôn dạng của các khung đồng bộ để truyền tải qua mạng truyền tải tốc độ cao. Điển hình cho chức năng này là hoạt động của bộ ghép kênh xen/rẽ ADM SDH. Nói chung ADM được thiết kế để sử dụng trong cấu hình mạng ring quang, và mạng SDH được tạo bởi hai hay nhiều mạng ring kết nối vào nhau thông qua việc sử dụng các thiết bị kết nối chéo số DXC.

128

- Mạng SDH cung cấp tất cả các chức năng vận hành, quản lý, bảo dưỡng và giám sát (OAM&P). Các chức năng này được dùng để thiết lập và quản lý các mạch kết nối qua mạng.

 Công nghệ truyền dẫn quang

 Công nghệ tích hợp IP trên quang

* Chức năng của một số tầng cơ bản của IP trên quang

Tầng SDH

- Để bảo vệ thông tin khi sợi quang bị đứt hay bị các sự cố khác, mạng SDH có chức năng chuyển mạch bảo vệ tự động (APS). APS cho phép thiết lập và chuyển mạch sang các đường bảo vệ vật lý dự phòng trong trường hợp lỗi xảy ra trên đường hoạt động.

- Dịch vụ được khôi phục nhanh chóng (trong khoảng thời gian xấp xỉ 50 ms), nhưng khi đó ta phải có băng thông rộng hơn và phải có chi phí thêm cho các thiết bị được lắp đặt trên đường truyền dự phòng.

129

 Công nghệ truyền dẫn quang

 Công nghệ tích hợp IP trên quang

* Chức năng của một số tầng cơ bản của IP trên quang

Tầng WDM

Tầng WDM là lớp mạng truyền tải quang, nó bao gồm các lớp sau:

Lớp kênh quang (Och):

- Định nghĩa một kết nối quang giữa hai thực thể client quang. Lớp kênh quang

là sự truyền dẫn trong suốt các tin tức dịch vụ từ đầu cuối đến đầu cuối.

- Nó thực hiện các chức năng sau: định tuyến tin tức của thuê bao khách hàng, phân phối bước sóng, sắp xếp kênh tín hiệu quang để mạng kết nối linh hoạt, xử lý các thông tin phụ của kênh tín hiệu quang, đo kiểm lớp kênh tín hiệu quang và thực hiện chức năng quản lý.

130

- Khi phát sinh sự cố, thực hiện đấu chuyển bảo vệ và khôi phục mạng.

 Công nghệ truyền dẫn quang

 Công nghệ tích hợp IP trên quang

* Chức năng của một số tầng cơ bản của IP trên quang

Tầng WDM

Lớp đoạn ghép kênh quang (OMS):

- Định nghĩa việc kết nối và xử lý trong nội bộ ghép kênh hay một nhóm các

kết nối quang ở mức kênh quang Och.

thiết bị truyền dẫn lân cận.

- Nó đảm bảo truyền dẫn tín hiệu quang ghép kênh nhiều bước sóng giữa hai

131

- OMS có các tính năng như: cấu hình lại đoạn ghép kênh quang để đảm bảo mạng định tuyến nhiều bước sóng linh hoạt, đảm bảo xử lý hoàn chỉnh tin tức phối hợp của đoạn ghép kênh quang nhiều bước sóng và tcung cấp chức năng đo kiểm và quản lý của đoạn ghép kênh quang để vận hành và bảo dưỡng mạng.

 Công nghệ truyền dẫn quang

 Công nghệ tích hợp IP trên quang

* Chức năng của một số tầng cơ bản của IP trên quang

Tầng WDM

Lớp đoạn truyền dẫn quang (OTS):

- Định nghĩa cách truyền tín hiệu quang trên các phương tiện quang đồng thời thực hiện tính năng đo kiểm và điều khiển đối với bộ khuếch đại quang và bộ lặp.

- Lớp này thực hiện các vấn đề sau: cân bằng công suất, điều khiển tăng ích

132

của EDFA, tích luỹ và bù tán sắc.

 Công nghệ truyền dẫn quang

 Công nghệ tích hợp IP trên quang

* Các giai đoạn phát triển của IP trên quang

- Do sự phát triển về công nghệ còn nhiều hạn chế mà kỹ thuật IP trên quang không thể thực hiện ngay lập tức các gói IP trực tiếp trên quang. Để đạt được kỹ thuật này cần phải trải qua một quá trình phát triển.

Tổng quan:

- Trên cơ sở phát triển các công nghệ có sự ảnh hưởng lớn đến việc truyền dẫn IP trên quang như ATM, SDH và WDM, quá trình này được chia ra làm 3 giai đoạn phát triển.

133

- Qua 3 giai đoạn phát triển, có nhận xét càng các giai đoạn về sau thì các tầng ATM, SDH càng giảm do ít sử dụng vì một số hạn chế vốn có của nó, trong khi yêu cầu về chất lượng dịch vụ càng ngày càng tăng, còn DWDM càng tăng lên do có những ưu điểm ưu việt cho việc tích hợp các gói tin IP trên quang. Trong quá trình đó, xuất hiện một số công nghệ mới hỗ trợ cho việc phát triển truyền dẫn cho quá trình tích hợp IP trên quang như GMPLS, GbE...

 Công nghệ truyền dẫn quang

 Công nghệ tích hợp IP trên quang

* Các giai đoạn phát triển của IP trên quang

Giai đoạn I: IP over ATM

C¸c kªnh thuª riªng

Fram e relay

C¸c kªnh b íc sãng thuª riªng

C¸c luång thuª riªng

C¸c dÞch vô IP

Đây là giai đoạn đầu tiên trong công nghệ truyền tải IP trên quang. Trong giai đoạn này, các IP datagram trước khi đưa vào mạng truyền tải quang phải thực hiện chia cắt thành các tế bào ATM để có thể đi từ nguồn tới đích. Tại chuyển mạch ATM cuối cùng, các IP datagram mới được khôi phục lại từ các tế bào.

ATM

SDH

WDM

Đây là giai đoạn có đầy đủ các tầng IP, ATM và SDH, do đó chi phí lắp đặt, vận hành và bảo dưỡng tốn kém nhất. Tuy nhiên, khi công nghệ các router còn nhiều hạn chế về mặt tốc độ, dung lượng thì việc xử lý truyền dẫn IP trên quang thông qua ATM và SDH vẫn có lợi về mặt kinh tế.

134

Hình 1.53. Giai đoạn 1 tích hợp IP trên quang

 Công nghệ truyền dẫn quang

 Công nghệ tích hợp IP trên quang

* Các giai đoạn phát triển của IP trên quang

C¸c kªnh b íc sãng thuª riªng

C¸c dÞch vô IP

C¸c kªnh thuª riªng

Frame relay

C¸c luång thuª riªng

Giai đoạn này, tầng ATM đã bị loại bỏ và các IP datagram được chuyển trực tiếp xuống tầng SDH. Thay vào đó, người ta sử dụng công nghệ router với những ưu điểm vượt trội so với chuyển mạch ATM về mặt tính năng, dung lượng và còn vì router IP là phương tiện có chức năng định hướng cho đơn vị truyền dẫn ưu việt: IP datagram.

ATM

MPLS

SDH

NG-SDH

CN khác

DWDM

Ngoài ra, việc có thêm kỹ thuật MPLS bổ sung vào tầng IP sẽ tạo ra hai khả năng mới. Thứ nhất, nó cho phép thực hiện kỹ thuật lưu lượng nhờ vào khả năng thiết lập kênh ảo VC. Thứ hai, MPLS tách riêng mặt điều khiển ra khỏi mặt định hướng nên cho phép giao thức điều khiển IP quản lý trạng thái thiết bị mà không yêu cầu xác định rõ biên giới của các IP datagram. Như vậy, có thể dễ dàng xử lý đối với các IP datagram có độ dài thay đổi.

Giai đoạn II: IP over SDH

135

Hình 1.54. Giai đoạn 2 tích hợp IP trên quang

 Công nghệ truyền dẫn quang

 Công nghệ tích hợp IP trên quang

* Các giai đoạn phát triển của IP trên quang

Giai đoạn III: IP over DWDM

C¸c kªnh b íc sãng thuª riªng

C¸c dÞch vô IP

C¸c kªnh thuª riªng

Frame relay

C¸c luång thuª riªng

Trong giai đoạn này, tầng SDH cũng bị loại bỏ và IP datagram được chuyển trực tiếp xuống tầng quang. Việc loại bỏ tầng ATM và tầng SDH đồng nghĩa với việc có ít phần tử mạng phải quản lý hơn.

Sự kết hợp IP phiên bản mới với khả năng khôi phục của tầng quang, các thiết bị OAM&P và chức năng định tuyến phân bố đã tạo ra khả năng phục hồi, phát hiện lỗi và giám sát nhanh.

ATM

MPLS

GMPLS

SDH

NG-SDH

CN khác

DWDM

Một điểm mới là với cấu trúc khung gọn nhẹ có thể thay thế cho các chức năng mà các khung SDH thực hiện trong các kết nối Och. Sự tồn tại của hàng loạt giao thức kỹ thuật lưu lượng MPLS (MPLS TE) đã mở rộng khả năng hoạt động cho mạng quang và tầng IP, đặc biệt là các router IP ngày nay có thể giao diện trực tiếp với mạng quang.

136

Hình 1.55. Giai đoạn 3 tích hợp IP trên quang

 Công nghệ truyền dẫn quang

 Công nghệ điều khiển và quản lý tài nguyên mạng (GMPLS)

* Tổng quan về công nghệ GMPLS

- Một thành phần không thể thiếu trong mạng toàn quang đó là thành phần quản lý và điều khiển quang. Hạt nhân của thành phần này là công nghệ GMPLS, công nghệ phát triển tiếp theo của công nghệ MPLS.

137

- Khác với MPLS tập trung cho mảng số liệu, GMPLS chỉ tập trung vào mảng điều khiển để giám sát và điều khiển tài nguyên của toàn bộ mạng. Công nghệ GMPLS cung cấp khả năng quản lý mạng đa lớp, đa nhà cung cấp mạng quang và giảm chi phí cung cấp, kích hoạt và khôi phục dịch vụ. Các tính năng như QoS, khôi phục và VPN trước đây được cung cấp bởi các lớp trung gian như ATM, SDH nay được đảm nhiệm bởi GMPLS qua lớp IP và WDM. Yêu cầu về QoS và VPN có thể thực hiện ở lớp IP, yêu cầu bảo vệ thực hiện qua khôi phục IP và khôi phục quang.

 Công nghệ truyền dẫn quang

 Công nghệ điều khiển và quản lý tài nguyên mạng (GMPLS)

* Tổng quan về công nghệ GMPLS

- Một điểm khác nữa giữa MPLS và GMPLS đó là MPLS yêu cầu luồng chuyển mạch nhãn (LSP) thiết lập giữa các bộ định tuyến biên, trong khi đó GMPLS mở rộng khái niệm LSP ngoài các bộ định tuyến đó. LSP trong GMPLS có thể thiết lập giữa bất kỳ kiểu bộ định tuyến chuyển mạch nhãn như nhau nào ở biên của mạng.

138

- GMPLS cho phép phối hợp hoạt động nhiều kiểu giao diện khác nhau bằng cách lắp chúng trong những thiết bị khác nhau. Điều này mang lại khả năng mở rộng tốt hơn bằng cách tạo nên sự phân cấp phát chuyển.

 Công nghệ truyền dẫn quang

 Công nghệ điều khiển và quản lý tài nguyên mạng (GMPLS)

* Các chức năng mảng điều khiển

Một trong những ứng dụng của GMPLS là thực hiện điều khiển cho mạng quang. Mảng điều khiển bao gồm những chức năng cơ bản sau đây: khám phá tài nguyên, điều khiển định tuyến và quản lý kết nối.

- Khám phá tài nguyên: cung cấp các cơ chế để lưu dấu vết tài nguyên hệ thống

sẵn có như cổng lưu lượng, băng tần và năng lực ghép kênh.

- Điều khiển định tuyến: cung cấp chức năng định tuyến, khám phá topo và thiết

kế lưu lượng.

- Quản lý kết nối: tận dụng các chức năng trên để cung cấp các dịch vụ đầu cuối

đến đầu cuối cho những dịch vụ khác nhau.

139

Mảng điều khiển có thể cung cấp nhiều dịch vụ mà hệ thống quản lý truyền thống khó có thể thực hiện được trong môi trường đa nhà cung cấp thiết bị. Những dịch vụ này bao gồm cung cấp các kết nối từ đầu đến cuối, băng tần theo yêu cầu, thiết kế lưu lượng tự động, bảo vệ và khôi phục và tạo mạng riêng ảo quang.

 Công nghệ truyền dẫn quang

 Công nghệ điều khiển và quản lý tài nguyên mạng (GMPLS)

* Các giao thức trong GMPLS

 Giao thức định tuyến

 Giao thức báo hiệu

140

 Giao thức quản lý tuyến

 Công nghệ truyền dẫn quang

 Công nghệ điều khiển và quản lý tài nguyên mạng (GMPLS)

* Các giao thức trong GMPLS

 Giao thức báo hiệu

Các chức năng chính gồm:

- Trao đổi nhãn, bao gồm cả các mạng không phải chuyển mạch gói.

- Thiết lập các LSP 2 hướng

- Báo hiệu để thiết lập đường dự phòng

- Thúc đẩy việc gán nhãn thông qua các nhãn được đề xuất

141

- Hỗ trợ chuyển mạch bước sóng

 Công nghệ truyền dẫn quang

 Công nghệ điều khiển và quản lý tài nguyên mạng (GMPLS)

* Các giao thức trong GMPLS

 Giao thức định tuyến

- Khám phá một cách tự động về topo mạng,

Chức năng, nhiệm vụ:

- Hiển thị các tài nguyên khả dụng và

142

- Thiết kế lưu lượng.

 Công nghệ truyền dẫn quang

 Công nghệ điều khiển và quản lý tài nguyên mạng (GMPLS)

* Các giao thức trong GMPLS

Nhằm đảm bảo sự thông tin nhãn GMPLS chính xác giữa các phần tử mạng (NE) cần phải xác định các cổng kết nối giữa chúng. LMP hoạt động giữa các hệ thống lân cận cung cấp việc quản lý kênh điều khiển, kiểm tra việc kết nối tuyến, quản lý các đặc tính tuyến và cô lập lỗi.

 Giao thức quản lý tuyến

- Quản lý kênh điều khiển: được thiết lập bởi các tham số tuyến và đảm

- Kiểm tra việc kết nối tuyến: Đảm bảo kết nối vật lý tuyến giữa các nút

bảo sự an toàn cho cả tuyến.

lân cận, sử dụng một PING - như bản tin kiểm tra.

- Quản lý các đặc tính tuyến: Xác định các đặc tính tuyến của các nút

gần kề

143

- Cô lập lỗi: Cô lập các lỗi đơn hoặc lõi kép trong miền quang.

1. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT TTQ 1.3. Các công nghệ trong kỹ thuật TTQ

 Công nghệ chuyển mạch quang

* Các loại chuyển mạch quang

Trên quan điểm phân loại chuyển mạch quang theo trường chuyển mạch có 5 loại chuyển mạch quang là:

- Chuyển mạch phân chia theo thời gian,

- Chuyển mạch phân chia theo không gian,

- Chuyển mạch phân chia theo bước sóng,

- Chuyển mạch phân chia theo mã và

144

- Chuyển mạch hỗn hợp.

1.3. Các công nghệ trong kỹ thuật TTQ

 Công nghệ chuyển mạch quang

* Các loại chuyển mạch quang

Trên quan điểm phân loại chuyển mạch quang theo đặc tính truyền dẫn tín hiệu có 3 loại chuyển mạch quang là:

- Chuyển mạch kênh quang,

- Chuyển mạch gói quang,

- Chuyển mạch chùm quang.

Trong chuyển mạch kênh quang có thể được thực hiện chuyển mạch theo sợi quang hay bước sóng, bao gồm:

- Chuyển mạch sợi quang (Fiber Switching),

- Chuyển mạch bước sóng (Wavelenght Switching),

145

- Chuyển mạch dải bước sóng (Waveband Switching).

1.3. Các công nghệ trong kỹ thuật TTQ  Công nghệ chuyển mạch quang

* Các loại chuyển mạch quang

Trong chuyển mạch quang hỗn hợp có các loại cơ bản sau:

- Chuyển mạch W-S,

- Chuyển mạch W-T,

- Chuyển mạch S-T,

- Chuyển mạch W-T-S-T-W,

- Chuyển mạch S-T-W-T-S,

- Chuyển mạch T-W-S-W-T,

- Chuyển mạch T-S-W-S-T,

- Chuyển mạch W-S-T-S-W,

- Chuyển mạch S-W-T-W-S.

Trong đó: W - Chuyển mạch bước sóng, T - Chuyển mạch thời gian,

146

S - Chuyển mạch không gian.

1.3. Các công nghệ trong kỹ thuật TTQ

 Công nghệ chuyển mạch quang

* Chuyển mạch quang phân chia theo không gian

Chuyển mạch quang phân chia theo không gian là loại chuyển mạch mà quá trình kết nối vật lý đường dẫn sóng ánh sáng từ một sợi đầu vào này đến một sợi đầu vào khác.

Mô hình mạch quang phân chia theo không gian được mô tả ở hình 1.26

147

Trong đó mỗi cổng lối vào I1 - IN sẽ được nối đến các cổng ở đầu ra O1- ON bằng các tuyến. Tuyến có cùng độ rộng dải thông và tốc độ với dòng vào. Mỗi kênh phải chọn ra một tuyến trong các tuyến đó để hướng tới cổng ra mong muốn. Hình 1.56. Mô hình chuyển mạch quang phân chia theo không gian

1.3. Các công nghệ trong kỹ thuật TTQ

 Công nghệ chuyển mạch quang

* Chuyển mạch quang phân chia theo không gian

Một số giải pháp công nghệ chuyển mạch quang phân chia theo không gian

Hiện nay có nhiều công nghệ chế tạo phần tử cho chuyển mạch không gian quang như:

- Các phần tử cơ quang,

- Các phần tử nhiệt quang và

- Các phần tử điện quang,

148

- Các phần tử âm quang, …

1.3. Các công nghệ trong kỹ thuật TTQ

 Công nghệ chuyển mạch quang

* Chuyển mạch quang phân chia theo thời gian

Khái niệm

Do các photon không dễ lưu giữ và phục hồi sau trễ nên việc chuyển mạch phân chia theo thời gian cần phải có các bộ nhớ quang (hiện tại người ta đang sử dụng các bộ trễ quang).

149

Chuyển mạch quang phân chia theo thời gian được thực hiện trên cơ sở các kênh tín hiệu quang được ghép theo thời gian. Tức là, kiểu chuyển mạch này được sử dụng cho các hệ thống ghép kênh quang theo thời gian. Chuyển mạch quang phân chia theo thời gian là quá trình chuyển tín hiệu quang từ khe thời gian này sang khe thời gian khác theo yêu cầu.

1.3. Các công nghệ trong kỹ thuật TTQ

 Công nghệ chuyển mạch quang

* Chuyển mạch quang phân chia theo thời gian

Sơ đồ khối chuyển mạch quang phân chia theo thời gian

Bộ tách kênh theo thời gian Bộ ghép kênh theo thời gian

Đường dây trễ

Hình 1.57. Sơ đồ khối chuyển mạch quang phân chia theo thời gian

150

Tầng đầu là bộ tách kênh theo thời gian, thực hiện tách các khe thời gian của các kênh đưa đến các bộ trễ quang tương ứng. Tiếp theo đó, các khe thời gian được làm trễ theo yêu cầu và được đưa đến bộ ghép kênh theo thời gian để ghép thành khung tín hiệu.

1.3. Các công nghệ trong kỹ thuật TTQ

 Công nghệ chuyển mạch quang

* Chuyển mạch quang phân chia theo thời gian

Ưu nhược điểm của chuyển mạch quang phân chia theo thời gian

Chuyển mạch quang phân chia theo thời gian có ưu điểm là tương thích với các hệ thống truyền dẫn quang TDM.

151

Tuy nhiên, trong chuyển mạch này đòi hỏi tốc độ hoạt động của bộ nhớ cũng như các bộ tách ghép thời gian phải rất nhanh, đồng thời đòi hỏi khắt khe về sự đồng bộ các khe.

1.3. Các công nghệ trong kỹ thuật TTQ

 Công nghệ chuyển mạch quang

* Chuyển mạch quang phân chia theo bước sóng

Khái niệm

Để chuyển mạch bước sóng quang cần có bộ biến đổi bước sóng (WC). Chức năng của bộ này là biến đổi bước sóng mang dữ liệu đầu vào thành một bước sóng đầu ra trong dải thông của hệ thống. Các thiết bị WC có thể là thiết bị quang - điện hay hoàn toàn là quang. Sử dụng loại thiết bị nào phụ thuộc vào yêu cầu của hệ thống. Tuy nhiên, WC hoàn toàn quang có nhiều ưu điểm vượt trội hơn và có xu hướng được sử dụng rộng rãi.

Chuyển mạch quang phân chia theo bước sóng tức là bước sóng λi bất kỳ trong các tín hiệu ghép kênh bước sóng được biến đổi thành bước sóng λj khác theo nhu cầu.

152

Cần phân biệt giữa chuyển mạch bước sóng với định tuyến bước sóng. Định tuyến bước sóng là lợi dụng sự khác nhau giữa các bước sóng để thực hiện chọn đường.

1.3. Các công nghệ trong kỹ thuật TTQ

 Công nghệ chuyển mạch quang

* Chuyển mạch quang phân chia theo bước sóng

n

1

Sơ đồ khối chuyển mạch quang phân chia theo bước sóng

...

1

... n

...

1

... n

Bộ ghép

1

n

Bộ tách kênh theo bước sóng kênh theo bước sóng

153

Hình 1.58. Sơ đồ khối chuyển mạch quang phân chia theo bước sóng

1.3. Các công nghệ trong kỹ thuật TTQ

 Công nghệ chuyển mạch quang

* Chuyển mạch sợi quang

Chuyển mạch sợi quang hoạt động dựa trên các cơ cấu cơ khí tinh vi (như các robot) với độ chính xác rất cao. Đây là loại chuyển mạch quang đầu tiên được chế tạo vì tính đơn giản của nó. Các sợi quang đầu vào sẽ được nối với bất kỳ sợi quang đầu ra nào qua ghép nối cơ khí (connector). Việc điều khiển các kết nối này có thể thực hiện tự động hoặc bằng thao tác nhân công.

Do có kết cấu cơ khí nên loại chuyển mạch này có kích thước cồng kênh, đáp ứng chậm và giá thành cao, các kết cấu cơ khí đòi hỏi sự chính xác rất cao.

154

Loại chuyển mạch quang này đã được ứng dụng trong các thiết bị OXC ngày nay. Tuy nhiên, do đáp ứng chậm trước yêu cầu điều khiển nên loại chuyển mạch này thường dùng ở khu vực mạng truy nhập, kết nối sợi quang đến khách hàng.

1.3. Các công nghệ trong kỹ thuật TTQ

 Công nghệ chuyển mạch quang

* Chuyển mạch gói quang

Ngày nay hầu như các nhà khai thác đều mong muốn xây dựng một cơ sở hạ tầng mạng hướng đến mạng toàn quang và điểm mấu chốt để hiện thực kế hoạch này là phần tử chuyển mạch toàn quang dựa trên công nghệ chuyển mạch gói quang. Tuy nhiên, công nghệ chuyển mạch gói quang vẫn đang trong quá trình nghiên cứu và thử nghiệm.

Chuyển mạch gói quang có thể cấu hình để hoạt động đối với gói có độ dài cố định và thay đổi. Do đó, có hai loại chuyển mạch gói quang cơ bản:

- Chuyển mạch gói quang “phân khe”,

Chuyển mạch gói quang “phân khe” sẽ xử lý các gói có độ dài cố định và yêu cầu tái cấu hình ưu tiên chuyển mạch gói quang để thu nhận tải. Chuyển mạch gói quang “không phân khe” có thể xử lý các gói cố độ dài thay đổi, tuy nhiên do chuyển mạch gói quang không được cấu hình ưu tiên nên sẽ nảy sinh những vấn đề xung đột.

155

- Chuyển mạch gói quang “không phân khe”.

1.3. Các công nghệ trong kỹ thuật TTQ

 Công nghệ chuyển mạch quang

* Chuyển mạch chùm quang

Chuyển mạch chùm quang (OBS) hiện là cơ chế chuyển mạch hiệu quả hơn so với chuyển mạch gói quang. Việc dành trước băng tần là đơn hướng, nhờ đó loại bỏ được yêu cầu đáp ứng bản tin ngay tức khắc.

Các gói tổng hợp trong chùm số liệu cho phép giảm việc xử lý mào đầu và tăng tốc độ toàn mạng.

Bằng cách sử dụng các chùm và kỹ thuật đặt trước băng tần đơn hướng từ đầu cuối đến đầu cuối, OBS loại bỏ được đòi hỏi về xử lý mào đầu tại nút mạng trung gian và thiết lập phần mạng trực tiếp từ nguồn đến đích.

156

Xu hướng hiện thời là phát triển OBS; tuy nhiên khi mà các kỹ thuật đệm quang hoàn thiện thì OPS sẽ trở thành thông dụng hơn OBS, bởi vì OPS dựa trên mô hình mạng chuyển mạch phi kết nối trong miền điện hiện thời.

1.3. Các công nghệ trong kỹ thuật TTQ

 Công nghệ chuyển mạch quang

* Chuyển mạch quang phân chia theo mã

Chuyển mạch quang phân chia theo mã (OCDMA) được thực hiện trên cơ sở công nghệ ghép kênh quang phân chia theo mã. Công nghệ này hiện nay đang được nghiên cứu.

Chuyển mạch quang phân chia theo mã có một số đặc điểm sau:

- Các bộ mã và giải mã quang được thực hiện bằng các thiết bị quang đơn

giản hơn các phương pháp OTDM và WDM.

- Không yêu cầu hệ thống điều khiển đồng bộ thời gian như phương pháp

OTDM.

- Có khả năng kết nối thuận tiện tới mạng không dây và có dây.

Chuyển mạch quang phân chia theo mã dựa trên nguyên tắc tự định hướng và thiết bị chuyển mạch không tuyến tính.

157

Tuy nhiên, chuyển mạch quang phân chia theo mã không được ưa chuộng về mặt cấu trúc, cho nên kiểu chuyển mạch này ít được sử dụng.