Download miễn phí Khuếch đại quang trong hệ thống dwdm lh_1600g nortel
LỜI MỞ ĐẦU Công nghệ truyền dẫn quang đã có những bước phát triển mạnh mẽ trong thời gian qua trên cả hai hướng ghép kênh phân chia thời gian TDM và ghép kênh quang WDM. Tuy nhiên, hướng nghiên cứu phát triển TDM có những hạn chế nhất định về công nghệ, đồng thời những khó khăn công nghệ của WDM được giải quyết thành công với bộ khuếch đại quang EDFA đã thúc đẩy WDM phát triển hơn nữa với công nghệ ghép kênh quang mật độ cao DWDM. Công nghệ DWDM được ứng dụng trong hầu hết các mạng đường trục của các nước trên thế giới.
Cùng với sự phát triển của nền kinh tế xã hội, nhu cầu phát triển về thông tin liên lạc ngày càng đòi hỏi cấp bách. Hiện tại và trong thời gian tới, nhu cầu phát triển các loại hình dịch vụ thoại, các dịch vụ băng rộng và đặc biệt là Internet sẽ rất lớn. Sự bùng nổ thông tin kích thích sự tăng trưởng như vũ bão của dịch vụ thông tin toàn cầu, mà ảnh hưởng trực tiếp là hiện tượng cạn kiệt sợi quang. Đối với tiền vốn xây dựng, đầu tư ban đầu của hệ thống thông tin quang là rất lớn do chi phí lắp đặt thiết bị cũng như cơ sở hạ tầng đáp ứng.
Phương pháp mở rộng dung lượng truyền thống là dùng cách ghép kênh phân chia theo thời gian TDM. Dùng phương pháp này sẽ nâng cao hiệu quả truyền dẫn, là biện pháp hữu hiệu để hạ thấp giá thành truyền dẫn. Nhưng theo sự tăng lên nhanh chóng nhu cầu dung lượng truyền dẫn của mạng viễn thông hiện đại, cách TDM đã ngày càng đến gần giới hạn của các mạch điện tử trong điều kiện hiện nay. Theo lý thuyết, băng thông của sợi đơn mốt có suy hao thấp khoảng 50THz, trong khi tốc độ thu phát điện chỉ có thể đạt 10GHz nghĩa là mới chỉ khai thác 1/5000 băng thông truyền dẫn rộng lớn của sợi quang. Giải pháp cho vấn đề này trở thành công nghệ then chốt cho truyền dẫn quang: “Ghép kênh bước sóng WDM (Wavelength Division Multiplex) – truyền dẫn nhiều kênh bước sóng trên một sợi quang”.Các kênh bước sóng được truyền đồng thời trên một sợi quang sẽ cải tiến hiệu suất truyền dẫn và nâng cao tốc độ ghép kênh. Như vậy công nghệ ghép kênh theo bước sóng tận dụng được hiệu quả tài nguyên
băng rộng của sợi quang, tăng thêm dung lượng truyền dẫn của hệ thống, nâng cao lợi ích kinh tế.
Để hệ thống DWDM hoạt động hiệu quả cần có sự phối hợp của nhiều thiết bị mạng như bộ đầu cuối đường quang OLT (Optical Line Terminal), bộ xen/rớt quang OADM (Optical Add/Drop Multiplexer), bộ kết nối chéo quang OXC (Optical Crossconnect) và bộ khuếch đại đường truyền OLA (Optical Line Amplifier). Mỗi thiết bị đều có vai trò quan trọng đối với hệ thống trong đó bộ khuếch đại đường truyền được đặc biệt quan tâm. Mục đích của việc khuếch đại là bù các suy hao trên đường truyền để tín hiệu được thu đúng. Để khuếch đại trong thực tế người ta sử dụng khuếch đại quang là phổ biến vì những ưu điểm của nó về băng thông, nhiễu, sự trong suốt đối với tín hiệu.
Hiện nay, công nghệ WDM đã và đang được triển khai rộng rãi trên mạng lưới của công ty viễn thông liên tỉnh (VTN). Công nghệ này được xác định là nền tảng cho việc triển khai mạng thế hệ sau NGN tại Việt Nam của công ty VTN. Hệ thống thiết bị DWDM OPTera Long Haul 1600 (LH-1600) của hãng Nortel Networks đã được công ty VTN lựa chọn và đưa vào lắp đặt khai thác.
Từ những điều đã trình bày ở trên, qua đồ án này, tui muốn đưa ra một cái nhìn sơ lược về công nghệ WDM và sẽ tập trung chủ yếu vào kỹ thuật khuếch đại quang cũng như ứng dụng của khuếch đại quang trong các hệ thống WDM, đặc biệt là các bộ khuếch đại quang – một thành phần cực kỳ quan trọng – được sử dụng trong hệ thống DWDM LH-1600 của Nortel Networks.
Với một công nghệ tiên tiến như thế, mà kiến thức và thời gian làm đồ án thì có hạn nên không tránh được những thiếu sót, kính mong sự đóng góp của quý Thầy Cô và các bạn sinh viên có quan tâm về vấn đề này. Xin chân thành cám ơn!
PHẦN I. TỔNG QUAN VỀ KHUẾCH ĐẠI QUANG
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHUẾCH ĐẠI QUANG
-----------oOo----------
Hệ thống thông tin quang đã và đang phát triển mạnh mẽ trong các mạng viễn thông trên thế giới cũng như tại Việt Nam. Việc tăng khả năng truyền dẫn và mở rộng khoảng cách truyền dẫn là vấn đề cần được giải quyết khi triễn khai hệ thống thông tin quang. Suy hao của sợi quang là nguyên nhân giới hạn cự ly truyền của các hệ thống thông tin quang. Đối với các hệ thống truyền dẫn quang cự ly dài, giới hạn về suy hao được khắc phục bằng cách sử dụng các trạm lặp quang điện (optoelectronic repeater) và bộ khuếch đại. Các trạm lặp quang điện đã được sử dụng phổ biến trong các hệ thống truyền dẫn quang một bước sóng như hệ thống truyền dẫn quang SDH. Tuy nhiên, khi sử dụng cho các hệ thống truyền dẫn quang đa bước sóng như hệ thống WDM, rất nhiều trạm lặp quang điện cần được sử dụng để khuếch đại và tái tạo các kênh quang có bước sóng khác nhau. Điều này làm tăng độ phức tạp cũng như tăng giá thành của hệ thống truyền dẫn quang WDM. Cho nên mặc dù có những đặc điểm hấp dẫn nhưng bộ lặp không thể sử dụng cho các tuyến và mạng WDM. Vì vậy sự dịch chuyển từ TDM sang WDM trong mạng truyền dẫn quang không thể thực hiện mà không có bộ khuếch đại quang.
Bộ khuếch đại quang có nhiều ưu điểm hơn so với bộ lặp như : không phụ thuộc vào tốc độ bit, cách điều chế tín hiệu, khả năng khuếch đại các tín hiệu trên nhiều bước sóng cùng truyền trên một sợi quang (trong khi đó mỗi bộ lặp chỉ hoạt động với một kênh bước sóng mà thôi). Tuy nhiên, bộ khuếch đại quang cũng có khuyết điểm là gây nhiễu cho tín hiệu được khuếch đại, nhiễu này có thể được tích hợp qua nhiều chặng khuếch đại, có thể làm nhận sai tín hiệu.
Có hai loại khuếch đại quang là: bán dẫn và sợi. Bộ khuếch đại quang phổ biến nhất là bộ khuếch đại quang sợi trộn Erbium (Erbium-doped fiber amplifier_EDFA), nó mở ra cánh cửa cho việc sử dụng hệ thống truyền dẫn quang WDM. Trong chương này chúng ta sẽ tìm hiểu về định nghĩa chung của khuếch đại quang (chủ yếu đi vào khuếch đại quang sợi EDFA và khuếch đại Raman vì đây là hai loại khuếch đại quang chủ lực trong hệ thống DWDM LH-1600G của Nortel sử dụng tại VTN2), và ứng dụng của khuếch đại quang trong các hệ thống ghép kênh theo bước sóng WDM.
1.1 Tổng quan về khuếch đại quang
1.1.1 Nguyên lý khuếch đại quang
Nguyên lý khuếch đại quang trong các bộ khuếch đại quang được thực hiện dựa trên hiện tượng phát xạ kích thích và không có sự cộng hưởng xảy ra trong quá trình khuếch đại.
Hiện tượng phát xạ kích thích (stimulated emission) là một trong ba hiện tượng biến đổi quang điện được ứng dụng trong thông tin quang. Các hiện tượng này được minh họa trên hình 1.1.
Hình 1.1 Các hiện tượng biến đổi quang điện (a) Hấp thụ (b). Phát xạ tự phát (c). Phát
xạ kích thích
Hiện tượng phát xạ kích thích, hình 1.1(c), xảy ra khi một điện tử đang ở trạng thái năng lượng cao E2 bị kích thích bởi một photon có năng lượng hf12 bằng với độ chênh lệch năng lượng giữa trạng thái năng lượng cao và trạng thái năng lượng thấp của điện tử (Eg= E2 – E1). Khi đó, điện tử sẽ chuyển từ trạng thái năng lượng cao xuống trạng thái năng lượng thấp hơn và tạo ra một photon có năng lượng bằng với năng lượng của photon kích thích ban đầu. Như vậy, từ một photon ban đầu sau khi khi xảy ra hiện tượng phát xạ kích thích sẽ tạo ra hai photon (photon ban đầu và photon mới được tạo ra) có cùng phương truyền, cùng phân cực, cùng pha và cùng tần số (tính kết hợp, coherent, của ánh sáng). Hay nói cách khác, quá trình khuếch đại ánh sáng được thực hiện. Hiện tượng này được ứng dụng trong các bộ khuếch đại quang bán dẫn (OSA) và khuếch đại quang sợi (OFA). Hiện tượng phát xạ kích thích cũng được ứng dụng trong việc chế tạo laser. Tuy nhiên, điểm khác biệt chính giữa laser và các bộ khuếch đại quang là trong các bộ khuếch đại quang không xảy hiện tượng hồi tiếp và cộng hưởng. Vì nếu xảy ra quá trình hồi tiếp và cộng hưởng như trong laser, bộ khuếch đại quang sẽ tạo ra các ánh sáng kết hợp của riêng nó cho dù không có tín hiệu quang ở ngõ vào. Nguồn ánh sáng này được xem là nhiễu xảy ra trong bộ khuếch đại. Do vậy, khuếch đại quang có thể làm tăng công suất tín hiệu ánh sáng được đưa vào ngõ vào bộ khuếch đại nhưng không tạo ra tín hiệu quang kết hợp của riêng nó ở ngõ ra.
Hiện tượng hấp thụ (absorption), hình 1.1(a), xảy ra khi một photon có năng lượng hf12 bị hấp thụ bởi một điện tử ở trạng thái năng lượng thấp. Quá trình này chỉ xảy ra khi năng lượng hf12 của photon bằng với độ chênh lệch năng lượng giữa trạng thái năng lượng cao và trạng thái năng lượng thấp của điện tử (Eg = E2 – E1). Khi xảy ra hiện tượng hấp thụ, điện tử sẽ nhận năng lượng từ photon và chuyển lên trạng thái năng lượng cao. Hay nói cách khác, hiện tượng hấp thụ là nguyên nhân gây suy hao cho tín hiệu quang khi đi qua bộ khuếch đại quang. Quá trình này xảy ra đồng thời với hai hiện tượng phát xạ tự phát và phát xạ kích thích trong môi trường tích cực (active medium) của bộ khuếch đại.
Hiện tượng phát xạ tự phát (spontaneous emission), hình 1.1(b), xảy ra khi một điện tử chuyển trạng thái năng lượng từ mức năng lượng cao E2 xuống mức năng lượng thấp E1 và phát ra một năng lượng Eg= E2 – E1 dưới dạng một photon ánh sáng. Quá trình này xảy ra một cách tự nhiên vì trạng thái năng lượng cao E2 không phải là trạng thái năng lượng bền vững của điện tử. Sau một khoảng thời gian được gọi là thời gian sống (life time) của điện tử ở mức năng lượng cao, các điện tử sẽ tự động chuyển về trạng thái năng lượng thấp hơn (trạng thái năng lượng bền vững). Tùy theo loại vật liệu khác nhau, thời gian sống của điện tử sẽ khác nhau.
Cho dù hiện tượng phát xạ tự phát tạo ra photon ánh sáng, nhưng trong khuếch đại quang, phát xạ tự phát không tạo ra độ lợi khuếch đại. Nguyên nhân là do hiện tượng này xảy ra một cách tự phát không phụ thuộc vào tín hiệu ánh sáng đưa vào bộ khuếch đại. Nếu không có ánh sáng tín hiệu đưa vào, vẫn có năng lượng ánh sáng được tạo ra ở ngõ ra của bộ khuếch đại. Ngoài ra, ánh sáng do phát xạ tự phát tạo ra không có tính kết hợp như hiện tượng phát xạ kích thích. Do vậy, phát xạ tự phát được xem là nguyên nhân chính gây nhiễu trong các bộ khuếch đại quang. Loại nhiễu này được gọi là nhiễu phát xạ tự phát được khếch đại ASE (Amplified Spontaneous Emission noise).
https://mega.nz/#!ocMQWJRI!C0IzsBfIPKQw ... Qt-uxvELM4
Khuếch đại quang trong hệ thống dwdm lh_1600g nortel
Ứng dụng công nghệ DWDM và EDFAtailieu dwdm mọi chủ đề
Khảo sát công suất tín hiệu quang vào ra các bộ khuếch đại
