bộ giáo dục và đào tạo
trờng đại học bách khoa hà nội
[\

nguyễn lê cờng

Hệ thống DWDM và ứng dụng
trong mạng Truyền dẫn Viettel
Chuyên ngành:

điện tử viễn thông

luận văn thạc sỹ khoa học

Ngời hớng dẫn khoa học:

ts. nguyễn hoàng hải

Hà Nội - 2010


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ khoa học này chính tôi nghiên cứu
và thực hiện. Các thông tin, số liệu được sử dụng trong luận văn là hoàn
toàn trung thực, chính xác và có nguồn gốc rõ ràng.

Hà nội, ngày 18 tháng 10 năm 2010
Học viên

Nguyễn Lê Cường




2.3.1. Phân loại cấu hình thiết bị......................................................................17
2.3.2. Thiết bị OTM...........................................................................................17
2.3.3. Thiết bị OLA............................................................................................20
2.3.4. Thiết bị OADM........................................................................................21
2.3.5. Thiết bị REG ...........................................................................................23
2.3.6. Thiết bị OEQ...........................................................................................24

PHẦN 2: ỨNG DỤNG TRONG MẠNG TRUYỀN DẪN VIETTEL ...... 70
CHƯƠNG IV: GIỚI THIỆU MẠNG TRUYỀN DẪN VIETTEL ........... 70
4.1. Giới thiệu chung. ..............................................................................................70
4.2. Phân vùng quản lý và sử dụng thiết bị...........................................................72
4.3. Cấu trúc mạng. .................................................................................................74

CHƯƠNG V: THIẾT KẾ CHI TIẾT CHO MỘT MẠNG ĐƯỜNG
TRỤC.............................................................................................................. 76
5.1. Yêu cầu chung của hệ thống: ..........................................................................76
5.2. Phân bổ kênh ....................................................................................................77
5.3. Các loại OTU được sử dụng............................................................................79
5.4. Sơ đồ mạng........................................................................................................80
5.5. Quỹ công suất ...................................................................................................82
5.5.1.Tính toán quỹ công suất ........................................................................820
5.5.2. Nguyên tắc khuếch đại............................................................................82
5.5.3. Bù tán sắc ..............................................................................................84
5.5.4. Tán sắc phân cực (PMD- Polarization Mode Dispersion) ............................85
5.6. Tỷ số tín hiệu trên nhiễu (OSNR) ...................................................................86
5.6.1.Giới thiệu chung về quỹ OSNR................................................................86
5.6.2. Công thức OSNR ...................................................................................86
5.6.3. Mối liên hệ giữa BER, Q và OSNR .........................................................88


Khuếch đại tăng cường
Ghép kênh lỏng theo bước sóng

DCC

Data Communication Channel

Kênh truyền thông dữ liệu

DCF

Dispersion Compensation Fiber

Sợi bù tán sắc

DCM

Dispersion Compensator Module

Module bù tán sắc

DE

Disperson Equalizer

Cân bằng tán sắc

DEMUX Demultiplexer


Forward Error Correction

Sửa lỗi chuyển tiếp

FIU

Fiber Interface Unit

Khối giao diện quang

GI

Gradient Index

Chiết suất biến đổi

DWDM

IEEE
IP

Institute of Electrical and
Electronics Engineers
Internet Protocol
International Telecommunication

ITU-T

Union - Telecommunication
Standardization Sector

Sợi quang đa mode chiết suất phân bậc

LASER


MUX

Multiplexer

Bộ ghép kênh

NDSF

Non Dispersion Shifted Fiber

Sợi quang tán sắc không dịch chuyển

NE

Network Element

Phần tử mạng

NMS

Network Management System

Hệ thống giám sát mạng

OA


Optical Multiplexing Unit

Khối ghép tín hiệu quang

OPA

Optical Preamplifier

Khối tiền khuếch đại quang

OPE

Optical Power Equalizer

Cân bằng công suất quang

OSC

Optical Supervision Channel

Kênh giám sát tín hiệu quang

OTM

Optical Terminal Multiplexer

Bộ ghép đầu cuối quang

OTU


SI

Step Index

Chiết suất phân bậc

STM-N

Synchronous Transport Module-N

Khối truyền dẫn đồng bộ cấp N

TDM

Time Division Mutiplexing

Ghép kênh theo thời gian

ROADM


DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU
Hình 1.1: Cấu trúc tổng quát của WDM và phổ của tín hiệu ghép .......................1
Bảng 1.1: Phân chia băng tần quang.....................................................................2
Hình 1.2: Bước sóng của CWDM ..........................................................................3
Hình 1.3: Hệ thống DWDM mở .............................................................................4
Hình 1.4: Hệ thống DWDM tích hợp .....................................................................4
Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý DWDM ........................................................................8
Hình 2.2: Hệ thống DWDM hai hướng................................................................10

Hình 3.19: Cấu trúc một giải pháp PLC ROADM...............................................47
Hình 3.20: Cấu trúc của ROADM 4 hướng trên cơ sở WSS trong trường hợp
cổng xen/tách là colored (a) và colorless (b). .....................................................48
Hình 3.21: Cấu trúc của một nút 4 hướng trên cơ sở WSS hỗ trợ cả chức năng
kết nối mạng hình lưới và các cổng xen tách là colorless. Tổng cộng 12 WSS 1×5
được dùng. ...........................................................................................................48
Hình 3.22:Sơ đồ chức năng của WSS 1×9 n kênh tại một nút xen tách với một
cổng ra tổng và 8 cổng drop ................................................................................49
Hình 3.23: Sơ đồ khối của WSS không gian tự do ...............................................49
Hình 3.24: Cấu trúc phân hệ WXC cho nút mạng 8 hướng 40 bước sóng trên một
sợi quang..............................................................................................................51
Hình 3.25: Cấu trúc chip chuyển mạch ma trận 8×8 có giám sát công suất và
cân bằng công suất tự động .................................................................................51
Hình 3.26: Sơ đồ mức năng lượng của Er3+.......................................................52
Hình 3.27: Sơ đồ hệ thống khuếch đại EDFA......................................................53
Hình 3.28: Giản đồ năng lượng của tán xạ Rayleigh và Raman .........................53
Hình 3.29: Sơ đồ hệ thống khuếch đại Raman.....................................................54
Hình 3.30: các thành phần tán sắc bước sóng.....................................................55
Hình 3.31: Cấu trúc sợi tán sắc âm .....................................................................56
Hình 3.32: Sơ đồ khối bù tán sắc dùng sợi cách tử chu kỳ biến đổi ....................57
Hình 3.33: Nguyên lý bù tán sắc của quang sợi cách tử Bagg chu kỳ biến đổi...58
Hình 3.34: Vị trí cáp quang trong hệ thống DWDM ...........................................59
Hình 3.35: Đường cong tán sắc của sợi quang....................................................61
Hình 3.36: Cấu trúc sợi đơn mode.......................................................................62
Hình 3.37: Cấu trúc sợi đa mode chiết suất nhảy bậc .........................................63
Hình 3.38: Cấu trúc sợi quang đa mode chiết suất nhảy bậc .............................64
Hình 3.39: Cấu trúc sợi quang ............................................................................65


Hình 3.40 : Nguyên lý truyền tín hiệu trong sợi quang.......................................65

ảnh hưởng của sóng điện từ,..v.v..đã đáp ứng được các yêu cầu của dịch vụ. Nhưng
nhu cầu về lưu lượng của các dịch vị viễn thông ngày càng lớn với các dịch vụ ngày
càng trở nên đa dạng và phong phú đòi hỏi dung lượng cao như: Internet tốc độ cao,
hội nghị truyền hình, Video on Demand, các dịch vụ FTTx…với việc một sợi quang
chỉ truyền được một bước sóng, với một nguồn phát quang ở phía phát và một bộ
tách sóng quang ở phía thu. Với một hệ thống như vậy, dải phổ của tín hiệu quang
truyền qua sợi thực tế rất hẹp so với dải thông mà các sợi quang có thể truyền. Bên
cạnh đó nếu ta muốn tăng dung lượng của hệ thống thì phải thêm sợi quang. Để giải
quyết các vấn đề trên, công nghệ WDM đã ra đời. Công nghệ ghép kênh phân chia
theo bước sóng (Wavelength Division Multiplexing – WDM) là công nghệ trong đó
một sợi quang đồng thời truyền dẫn được nhiều bước sóng. Nguyên lý cơ bản là tín
hiệu quang có bước sóng khác nhau ở đầu vào được tổ hợp (ghép kênh) lại sau đó
truyền đi trên một sợi quang và ở đầu thu tín hiệu bước sóng tổ hợp đó được phân
giải (tách kênh) ra và xử lý khôi phục lại tín hiệu gốc rồi đưa đến các đầu cuối khác
nhau. Công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng mật độ cao DWDM (Dense
WDM) cũng theo nguyên lý trên nhưng ghép được nhiều bước sóng hơn, các hệ
thống hiện nay có thể ghép 32, 40, 80 hay thậm chí là 160 bước sóng trên một sợi
quang. Để ứng dụng công nghệ này trong thực tế đòi hỏi một hệ thống rất phức tạp,
linh hoạt.
Với mục đích tìm hiểu và vận dụng hệ thống DWDM trong thực tế tôi đã chọn
đề tài: “Hệ thống DWDM và ứng dụng trong mạng Truyền dẫn Viettel” để làm
luận văn tốt nghiệp, bài luận văn được chia làm 2 phần và 5 chương, bao gồm:


- Phần I: Hệ thống DWDM, gồm 3 chương:
+ Chương I:

Giới thiệu tổng quan về hệ thống, về giải tần hoạt động, các bước
sóng theo khuyến nghị cũng như các ưu điểm của DWDM.


Nguyễn Lê Cường


PHẦN I: HỆ THỐNG DWDM
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN MẠNG DWDM
I. TỔNG QUAN DWDM
1.1. Khái niệm
Ghép kênh theo bước sóng (WDM) là công nghệ ghép nhiều kênh có bước
sóng khác nhau để truyền đi trên cùng một sợi quang. Các bộ ghép và tách kênh
được sử dụng là các thiết bị quang thụ động. Ghép kênh theo bước sóng hoàn toàn
trong suốt đối với dữ liệu được truyền. Vì thế, tốc độ và chuẩn dữ liệu của các kênh
được ghép không cần phải giống nhau.
Cấu trúc tổng quát của một tuyến WDM đơn hướng, n kênh như hình 1.1.

Hình 1.1: Cấu trúc tổng quát của WDM và phổ của tín hiệu ghép
Các luồng thông tin cần truyền được đưa tới khối phát của từng kênh. Các
khối này làm nhiệm vụ phát đáp với bước sóng khác nhau. Đầu ra của các khối phát
được đưa tới bộ ghép kênh theo bước sóng để ghép thành một luồng tổng được
khuyếch đại và phát lên sợi quang. Trên đường truyền, có thể đặt các bộ khuếch đại
1


nhằm đảm bảo về công suất để tăng khoảng cách truyền. Tại đầu thu, tín hiệu này
được khuếch đại để tín hiệu đủ lớn và được đưa tới bộ tách kênh theo bước sóng
để tách thành các kênh tương tự như đầu phát. Các kênh bước sóng riêng được đưa
tới các khối phát tương ứng để chuyển từng kênh thành các luồng tín hiệu riêng
tương ứng với phía phát.
Hiện tại, có hai hệ thống ghép kênh theo bước sóng được biết là hệ thống
ghép kênh theo bước sóng mật độ cao (DWDM – Dense Wavelength Division
Mutiplexing) và hệ thống ghép kênh theo bước sóng thô (CWDM – Coarse

1530 đến 1565

Băng L

Long – băng dài

1565 đến 1625

Băng U

Ultra-long – băng cực dài

1625 đến 1675

DWDM là một công nghệ ghép kênh theo bước sóng với số bước sóng lớn
trong một băng tần hạn chế. Hệ thống ghép kênh DWDM hiện tại hoạt động ở
băng C hoặc băng L (bảng 1-1), dung lượng 32 hoặc 40 kênh, khoảng kênh 0,4
nm và tốc độ tới 10G. Các bước sóng được chuẩn hóa theo khuyến nghị ITU-T
G.692 (xem phụ lục 01). Hiện tại, hệ thống DWDM đã nghiên cứu thử nghiệm với
dung lượng kênh được nâng đến 40G hoặc số lượng kênh được nâng đến 80.
Hệ thống CWDM được phát triển nhằm đáp ứng các ứng dụng dung lượng
nhỏ để giảm chi phí đầu tư. CWDM là hệ thống ghép kênh bước sóng với mật
độ kênh thấp, yêu cầu xử lý băng tần không cao. Số kênh của CWDM nhỏ hơn
hoặc bằng 18 với khoảng kênh 20nm (tương đương khoảng 2,5 THz), dung
lượng một kênh đến 10G, bước sóng theo khuyến nghị ITU-T G.694.2. Bước
sóng của CWDM được phân bổ như hình 1.2.
2


Hình 1.2: Bước sóng của CWDM

Client

Client

Hình 1.3: Hệ thống DWDM mở
Hệ thống DWDM tích hợp không sử dụng công nghệ chuyển đổi bước sóng.
Hệ thống DWDM tích hợp được thiết kế để hoạt động cùng với một số mạng
khác như SDH, Ethernet, ... Các giao diện quang từ thiết bị thuộc các mạng được
tích hợp phải có bước sóng chuẩn hóa DWDM và được kết nối trực tiếp vào bộ tách
ghép kênh của hệ thống DWDM.

Hình 1.4: Hệ thống DWDM tích hợp
Các kiểu mạng này được áp dụng tùy thuộc vào từng hoàn cảnh cụ thể. Trong
thực tế, có thể kết hợp cả hai kiểu ứng dụng này trong một hệ thống mạng.
1.3.2. Ứng dụng DWDM tại các lớp mạng
- Mạng đường trục (back-bone)
Các hệ thống DWDM khoảng cách xa (long-haul) được ứng dụng trong
mạng đường trục để truyền tải thông tin với lưu lượng lớn giữa các vùng trong
một quốc gia. Đặc điểm của các hệ thống này là dung lượng rất lớn và sử dụng
các công nghệ sửa lỗi FEC, khuyếch đại Raman, định dạng xung CRZ cùng với
4


các trạm lặp để tăng cường về khoảng cách. Hệ thống mạng đường trục được xây
dựng dưới dạng hình vòng hoặc hình lưới để tăng khả năng bảo vệ lưu lượng.
- Mạng nội vùng (Metropolitan)
Sử dụng các hệ thống DWDM khoảng cách trung bình để kết nối giữa các
điểm tập trung lưu lượng trong một vùng. Các mạng Metro cũng được xây dựng
dạng hình vòng hoặc hình lưới để tăng khả năng bảo vệ lưu lượng.
1.4. Ưu điểm của DWDM

hiện bằng cách thay đổi hoặc thêm bớt các bộ phát đáp. Do đó, mạng DWDM đáp
ứng tốt về khả năng linh hoạt và tiết kiệm chi phí. Do đặc điểm trong suốt với tín
hiệu truyền nên độ tin cậy của mạng cao hơn hẳn so với các mạng TDM.
1.4.5. Tương thích với chuyển mạch quang hoàn toàn
Theo dự đoán, có thể thực hiện được mạng chuyển mạch hoàn toàn quang
trong tương lai, việc xử lý như xen/rẽ và kết nối của tất cả các dịch vụ viễn thông
có thể được thực hiện bằng cách thay đổi và điều chỉnh các bước sóng tín hiệu
quang. Vì vậy, DWDM là công nghệ cơ sở để thực hiện mạng hoàn toàn quang.
Hơn nữa, các hệ thống DWDM có thể tương thích với các mạng hoàn toàn quang
trong tương lai. Hoàn toàn có thể thực hiện mạng hoàn toàn quang trong suốt và
có độ tin cậy cao trên cơ sở hệ thống DWDM hiện tại.

6


CHƯƠNG II: NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG
2.1. Mô hình hệ thống và nguyên lý hoạt động
Mô hình tổng quát hệ thống DWDM được trình bày trong hình 2.1. Mô hình này
biểu diễn một hệ thống DWDM mở, đơn hướng gồm đầu phát, trạm khuếch đại và bù
tán sắc trung gian và đầu thu. Hệ thống ghép n kênh bước sóng, từ λ1 đến λn.
Tại đầu phát, các luồng tín hiệu đầu vào được đưa đến các bộ phát đáp
(OTU) khác nhau, từ OTU1 đến OTUn. Giao diện đầu vào OTU là các giao diện
dịch vụ truyền dẫn như SDH, PDH, FE, GE,... Nhiệm vụ của các bộ phát đáp là
nhận và gom tín hiệu cần truyền từ đầu vào và phát lại trên các bước sóng chuẩn
hóa của hệ thống DWDM, từ λ1 đến λn. Đầu ra từ các OTU được đưa đến bộ ghép
kênh theo bước sóng OMU. OMU làm nhiệm vụ ghép các tín hiệu tại các bước
sóng khác nhau thành một luồng tín hiệu ghép tổng DWDM. Tín hiệu ghép này
được đưa đến bộ khuếch đại tăng cường (BA) để khuếch đại tới công xuất thích
hợp để phát vào sợi quang.
Trên đường truyền có đặt các bộ khuếch đại đường (LA) để đảm bảo về công



trường hợp hỏng các thành phần thiết bị DWDM (MUX, DEMUX, bộ khuếch
đại,...) nên kênh OSC được ghép vào tín hiệu tổng tại vị trí sau bộ khuếch đại và
được tách ra tại vị trí trước bộ khuếch đại. Hệ thống DWDM trên hình 2.1 sử dụng
chế độ OSC ngoài băng, kênh OSC hoạt động tại bước sóng λOSC trên băng S
Một hay nhiều hệ thống quản lý phần tử EMS được kết nối với các thiết bị
DWDM để tạo thành một mạng quản lý. Mạng quản lý thường là mạng IP và các
thiết bị DWDM cũng như các EMS, NMS đóng vai trò là các node mạng. EMS kết
nối trực tiếp đến một phần tử DWDM, thường bằng giao diện Fast Ethernet. Kênh
truyền thông tin quản lý giữa các phần tử DWDM là kênh OSC. EMS quản lý
các phần tử trực thuộc nó bao gồm: cấu hình, nhận cảnh báo và xem thông tin
cấu hình. EMS xem các phần tử mạng là các đối tượng rời rạc. NMS quản lý toàn
mạng và xem các phần tử mạng là các đối tượng nằm trong hệ thống liên kết.
NMS quản lý mạng thông qua các EMS.
Các hệ thống DWDM tích hợp cũng hoạt động với nguyên lý này. Tuy
nhiên, với hệ thống DWDM tích hợp, các luồng tín hiệu từ mạng được tích hợp
đã được chuẩn hóa về bước sóng DWDM, hệ thống không cần sử dụng OTU.
Trên thực tế, hệ thống DWDM được xây dựng là hệ thống hai hướng. Mô
hình tổng quát của hệ thống DWDM hai hướng được trình bày trên hình 2.2. Mỗi
thiết bị OTM đều có một bộ ghép và tách kênh. OTU giao tiếp về hai phía, mỗi
phía đều có đầu thu và đầu phát. Hướng giao tiếp với các luồng thông tin cần
truyền gọi là client side hay còn gọi là local side. Hướng giao tiếp về phía mạng
DWDM gọi là line side hay còn gọi là network side.

9


Hình 2.2: Hệ thống DWDM hai hướng
Hình 2.3 biểu diễn các cách giao tiếp giữa hệ thống DWDM với các dịch vụ

Rack

Subrack

Board

Hình 2.4: Thành phần phần cứng

Hình 2.4 là hình ảnh ví dụ về tủ thiết bị, khung giá thiết bị và bảng mạch
chức năng. Tủ rack thường được sử dụng là tủ theo chuẩn ETSI rộng 600mm, sâu
300mm, cao 2200mm hoặc 2600mm. Tủ rack làm bằng tấm kim loại kín, với cửa
phía mặt trước để thao tác. Subrack có các kích thước chiều rộng chuẩn là 19 inchs
hoặc 21 inchs, chiều sâu nhỏ hơn 300 mm và chiều cao tùy theo nhà sản xuất. Trên
rack có hệ thống phân phối nguồn nuôi DC và hệ thống đèn cảnh báo cho các thiết
bị nằm trên rack.
Cấu tạo subrack và bảng mạch chức năng tùy theo nhà sản xuất, tuy nhiên
đều có bố trí tương tự như trên hình 2.4. Subrack là một khung với các khe trượt và
hệ thống chân cắm để lắp bảng mạch chức năng. Phía dưới có khe để đi dây. Khối
nguồn có thể bố trí dưới dạng một card chức năng hoặc gắn liền với subrack ở vị
trí trên cùng.
12


Cấu trúc bảng mạch chức năng bao gồm mặt trước, thân card và hệ thống lỗ
cắm tại mặt sau. Mặt trước bao gồm ký hiệu tên card, các giao diện tín hiệu, đèn
cảnh báo và công tắc điều khiển. Khối DCM là một đoạn sợi quang tán sắc ngược
chiều với sợi quang đường truyền được đặt trong khối hộp độc lập với subrack thiết
bị và được gắn trên rack.
2.2.2. Các bộ phận chức năng.
Các khối chức năng chính của một thiết bị DWDM bao gồm: