Tải bản đầy đủ - 31 (trang)
2 Hệ thống ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao DWDM

2 Hệ thống ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao DWDM

Tải bản đầy đủ - 31trang

Bộ môn Hệ thống viễn thông



PGS.TS Vũ Văn Yêm



- Đa giao thức: giao thức DWDM không phụ thuộc vào tốc độ truyền dữ liệu, vì



thế các giao thức IP, ATM, SONET/SDH có thể truyền với tốc đọ từ 100Mbps

đến 2,5Gbps.

- DWDM có thể truyền nhiều dạng tín hiệu khác nhau trên cùng một kênh.

Nhược điểm:

- Giá thành đắt, chi phí lắp đặt triển khai đắt hơn so với mạng cũ WDM.

Sự phát triển công nghệ DWDM.

Đầu những năm 1990, thời kỳ của hệ thống WDM thế hệ 2 chuyển từ sử

dụng 2 kênh lên 8 kênh, nhữn kênh này đặt cách nhau một khoảng 400GHz ở

miền 1550nm. Giữa những năm 1990, hệ thống DWDM nổi lên mạnh mẽ với

sử dụng 16-40 kênh và khoảng cách tần số 100-200GHz. Cuối những năm

1990 hệ thống DWDM đã phát triển lên mức 64-100 kênh song song, mật độ

đóng gói lên đến khoảng cách tần số 50 hay thậm chí 25GHz .



Sự tăng cường mật độ kênh do ứng dụng công nghệ DWDM đã ảnh hưởng

mạnh mẽ lên dung lượng mang tín hiêu của sợi quang. Năm 1995, khi những

hệ thống 10Gbps đầu tiên được triển khai, tốc độ tăng dung lượng từ 4 lần

mỗi năm .



Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao Page 6



Bộ môn Hệ thống viễn thông



PGS.TS Vũ Văn Yêm



2.2.2. Thành phần mạng DWDM

2.2.2.1 Bộ ghép kênh đầu cuối DWDM

Bộ ghép kênh chứa các bộ transponder(bộ tách sóng) chuyển đổi bước sóng

cho từng bước sóng mang tín hiệu. Các transponder này nhận tín hiệu quang

đầu vào, chuyển chúng thành các tín hiệu điện và truyền lại bằng laser ở dải

băng 1550nm. Các bộ ghép kênh đầu cuối này còn có cả bộ ghép kênh tín hiệu

quang, chúng sẽ ghép các tín hiệu trong băng 1550nm vào một sợi cáp (SMF28fiber). Bộ ghép kênh đầu cuối có thể hoặc không hỗ trợ bộ khuếch đại

quang EDFA nội bộ đối với tín hiệu quang đa bước sóng .

2.2.2.2 Các bộ lặp quang tức thời

Mỗi khoảng 80-100km lại đặt một bộ để giảm suy hao công suất quang khi

truyền trên đường dây. Tín hiệu sẽ được khuếch đại bởi EDFA .

2.2.2.3 Đầu cuối quang tức thời (bộ ADM)

Là phần địa điểm bộ khuếch đại từ xa mà khuếch đại các tín hiệu đa bước

sóng đã truyền lên đến 140km hoặc hơn thế trước khi tới trạm remote sites.

Phân tích và đo đạc tín hiệu quang được thực hiện tại các site, để cho phép

định vị bất cứ sự đứt gãy hoặc suy giảm tín hiệu nào. Trong các hệ thống

phức tạp các tín hiệu vượt ra ngoài tín hiệu đa bước sóng có thể được loại bỏ

ở từng phần .

2.2.2.4 Thiết bị đầu cuối phân kênh DWDM

Chuyển tín hiệu đa bước sóng trở về từng tín hiệu đơn như trước đo, đưa

trả về các sợi khác nhau trong hệ thống client-layer(như SONET/SDH). Cơ

bản phần phân kênh này được thực hiện hoàn toàn thụ động trừ một vài

phép đo, hầu hết các hệ thống SONET đầu nhận các tín hiệu bước sóng

SONET đều nhận các tín hiệu bước sóng 1550nm. Tuy nhiên để chuyển đến hệ

thống client-layer, để đảm bảo tính toàn vẹn tín hiệu số các tín hiệu phân

kênh này thông thường sẽ được gửi sàng các transponder đầu ra O/E/O

trước khi chuyển đến hệ thống client-layer.

2.2.2.5 Kênh giám sát quang optical supervisory channel(OSC)

Truyền các thông tin về tín hiệu quang đa bước sóng cũng như điều kiện

remote tại các điểm đầu cuối .

2.2.2.6. Giao diện DWDM

Phần lớn các hệ thống DWDM hỗ trợ chuẩn giao tiếp với SONET/SDH. Bên

trong hệ thông DWDM, transponder chuyển tín hiệu quang của client từ tín

hiệu điện gửi trả. Những tín hiệu này được sử dụng cho đầu vào laser. Mỗi

transponder trong hệ thống sẽ chuyển tín hiệu của client của nó thành một

bước sóng khác nhau. Các bước sóng khác nhau của tất cả các client qua

transponder sẽ được ghép kênh quang lại. Và ở bên phía đầu thu của hệ

Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao Page 7



Bộ môn Hệ thống viễn thông



PGS.TS Vũ Văn Yêm



thống DWDM sẽ diễn ra quá trình ngược lại. Các bước sóng đơn lẻ sẽ được

tách ra từ bộ tách sóng, chuyển đến từng transponder tương ứng, mà tại đó

tín hiệu sẽ được chuyển lại thành tín hiệu điện và giao diện chuẩn trả về cho

client.

2.2.3 Chức năng hệ thống



Hệ thống gồm các chức năng chính sau :

2.2.3.1 Tạo tín hiệu

Nguồn tín hiêu laser phát sáng ổn định, băng hẹp mang tín hiệu số được

điều chế dạng tín hiệu tương tự .

2.2.3.2 Ghép kênh tín hiệu

Hệ thống DWDM triển khai ghép kênh để tổng hợp tín hiệu. Có nhiễu xảy ra

ở các quá trình tách và ghép kênh, nhiễu này phụ thuộc vào số kênh được

truyền nhưng có thể được tổi thiểu bằng các bộ lọc quang- sẽ cải thiện tất cả

các tín hiệu quang mà không cần chuyển sang tín hiệu điện .

2.2.3.3 Truyền tín hiệu

Dưới tác động nhiễu xuyên và suy hao tín hiệu quang gây sauy hao, tổn thất

do truyền tín hiệu trong sợi quang. Giảm các suy hao này bằng điều khiển các

thông số như khoảng cách tần số, dung sai bước sóng, công suất phát laser.

Các tín hiệu quang cần được khuếch đại để tăng khoảng cách truyền cũng

như giảm nhiễu .

2.2.3.4 Phân kênh tín hiệu

Tín hiệu được phân kênh được nhận bởi thiết bị thu quang như

photodetector, thêm nữa một hệ thống DWDM cần được trang bị giao diện

phía người dùng để nhận tín hiệu phía đầu vào, chức năng này được thực

hiện bởi các transponder. Về mặt DWDM sẽ là các giao diện quang liên kết

vởi hệ thống DWDM .

2.2.4 Các thông số ảnh hưởng đến hệ thống DWDM

 Suy hao.

Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao Page 8



Bộ môn Hệ thống viễn thông















PGS.TS Vũ Văn Yêm



Số kênh bước sóng.

Độ rộng phổ của nguồn phát.

Quỹ công suất.

Tán sắc.

Hiệu ứng phi tuyến.

Dải bước sóng làm việc của hệ thống.



2.2.5 Các kiểu mạng DWDM

-DWDM có hai kiểu ứng dụng: kiểu mạng mở và mạng tích hợp.

Kiểu mạng DWDM mở hoạt động với mọi loại giao diện quang đầu cuối. Hệ

thống

này sử dụng công nghệ chuyển đổi bước sóng để chuyển đổi tín hiệu quang từ

bước

sóng của luồng tín hiệu cần truyền sang bước sóng quy chuẩn trong hệ thống.

Các tín

hiệu quang từ các thiết bị đầu cuối khác nhau sau khi được chuyển đổi thành

các

bước sóng khác nhau phù hợp hệ thống theo khuyến nghị ITU-T được đưa tới

bộ

ghép để ghép thành tín hiệu DWDM.



Hình 1. 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.

Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao Page 9



Bộ môn Hệ thống viễn thông



PGS.TS Vũ Văn Yêm



Hình 2. Hệ thống DWDM tích hợp



Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao

10



Page



Bộ môn Hệ thống viễn thông



PGS.TS Vũ Văn Yêm



2.2.6 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 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.



PHẦN III. PHẦN MỀM OPTISYSTEM



3.1. Tổng quan về phần mềm Optisystem



Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao

11



Page



Bộ môn Hệ thống viễn thông



PGS.TS Vũ Văn Yêm



Cùng với sự bùng nổ về nhu cầu thông tin, các hệ thống thông tin

quang ngày càng trở nên phức tạp. Để phân tich, thiết kế các hệ thống này

bắt buộc phải sử dụng các công cụ mô phỏng. OptiSystem là phần mềm mô

phỏng hệ thống thông tin quang. Phần mềm này có khả năng thiết kế, đo

kiểm tra và thực hiện tối ưu hóa rất nhiều loại tuyến thông tin quang, dựa

trên khả năng mô hình hóa các hệ thống thông tin quang trong thực tế. Bên

cạnh đó, phần mềm này cũng có thể dễ dàng mở rộng do người sử dụng có

thể đưa thêm các phần tử tự định nghĩa vào. Phần mềm có giao diện thân

thiện, khả năng hiển thị trực quan. OptiSystem có thể giảm thiểu các yêu cầu

thời gian và giảm chi phí liên quan đến thiết kế của các hệ thống quang học,

liên kết, và các thành phần. Phần mềm OptiSystem là một sáng tạo, phát triển

nhanh chóng, công cụ thiết kế hữu hiệu cho phép người dùng lập kế hoạch,

kiểm tra, và mô phỏng gần như tất cả các loại liên kết quang học trong lớp

truyền dẫn của một quang phổ rộng của các mạng quang học từ mạng LAN,

SAN, MAN tới mạng ultra-long-haul. Nó cung cấp lớp truyền dẫn, thiết kế và

quy hoạch hệ thống thông tin quang từ các thành phần tới mức hệ thống. Hội

nhập của nó với các sản phẩm Optiwave khác và các công cụ thiết kế của

ngành công nghiệp điện tử hàng đầu phần mềm thiết kế tự động góp phần

vào OptiSystem đẩy nhanh tiến độ sản phẩm ra thị trường và rút ngắn thời

gian hoàn vốn.

3.1.1. Lợi ích

- Cung cấp cái nhìn toàn cầu vào hiệu năng hệ thống

- Đánh giá sự nhạy cảm tham số giúp đỡ việc thiết kế chi tiết kỹ thuật

- Trực quan trình bày các tùy chọn thiết kế và dự án khách hàng tiềm

năng

- Cung cấp truy cập đơn giản để tập hợp rộng rãi các hệ thống đặc tính

dữ liệu

- Cung cấp các tham số tự động quét và tối ưu hóa

- Tích hợp với họ các sản phẩm Optiwave

3.1.2. Ứng dụng

Tạo ra để đáp ứng nhu cầu của các nhà khoa học nghiên cứu, kỹ sư viễn

thông quang học, tích hợp hệ thống, sinh viên và một loạt các người dùng

khác, OptiSystem đáp ứng các nhu cầu của thị trường lượng tử ánh sáng

phát triển mạnh mẽ nhưng vẫn dễ sử dụng công cụ thiết kế hệ thống quang

học.

OptiSystem cho phép người dùng lập kế hoạch, kiểm tra, và mô phỏng:

- Thiết kế mạng WDM / TDM hoặc CATV

- Thiết kế mạng vòng SONET / SDH

- Thiết kế bộ phát, kênh, bộ khuếch đại, và bộ thu thiết kế bản đồ phân tán

Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao

12



Page



Bộ môn Hệ thống viễn thông



PGS.TS Vũ Văn Yêm



- Đánh giá BER và penalty của hệ thông với các mô hình bộ thu khác nhau

- Tính toán BER và quĩ công suất tuyến của các hệ thống có sửng dụng

khuếch đại quang.

- Thay đổi hệ thống tham số BER và tính toán khả năng liên kết “Khi hệ thống

quang học trở nên nhiều hơn và phức tạp hơn, các nhà khoa học và kỹ sư

ngày càng phải áp dụng các phần mềm kĩ thuật mô phỏng tiên tiến, quan

trọng hỗ trợ cho việc thiết kế. Nguồn OptiSystem và linh hoạt tạo điều kiện

thuận lợi hiệu quả và hiệu quả trong việc thiết kế nguồn sáng. "

3.2. Đặc điểm và chức năng

3.2.1. Cấu tạo thư viện (Component Library)

Thư viện OptiSytem bao gồm hàng trăm các thành phần cho phép bạn

có thể nhập các thông số được đo từ các thiết bị thực sự. Nó tích hợp với các

thử nghiệm và thiết bị đo lường từ các nhà cung cấp khác nhau. Người sử

dụng có thể kết hợp các thành phần mới dựa trên hệ thống con và người sử

dụng và định nghĩa là thư viện, hoặc sử dụng mô phỏng cùng với một công cụ

của bên thứ ba chẳng hạn như MATLAB hoặc SPICE.

Cụ thế bao gồm:

 Thư viện nguồn quang

 Thư viện các bộ thu quang

 Thư viện sợi quang

 Thư viện các bộ khuếch đại (quang, điện)

 Thư viện các bộ MUX, DEMUX

 Thư viên các bộ lọc (quang, điện)

 Thư viện các phần tử FSO

 Thư viện các phần tử truy nhập

 Thư viện các phần tử thụ động (quang, điện)

 Thư viện các phần tử xử lý tín hiệu (quang, điện)

 Thư viện các phần tử mạng quang

 Thư viện các thiết bị đo quang, đo điện



Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao

13



Page



Bộ môn Hệ thống viễn thông



PGS.TS Vũ Văn Yêm



3.2.2. Tích hợp với các công cụ phần mềm Optiwave

Optisystem cho phép người dùng sử dụng kết hợp với các công cụ phần

mềm khác của Optiwave như OptiAmplifier, OptiBPM, OptiGrating,

WDM_Phasar và OptiFiber để thiết kế ở mức phần tử.

Miêu tả được tín hiệu pha trộn

OptiSystem xử lý các định dạng tín hiệu hỗn hợp cho tín hiệu quang và điện

trong Hợp phần Thư viện. OptiSystem tính toán các tín hiệu đang sử dụng

thích hợp các thuật toán có liên quan đến các yêu cầu mô phỏng chính xác và

hiệu quả.

Chất lượng và thực hiện các thuật toán

Để dự đoán hiệu suất hệ thống, OptiSystem tính toán các thông số chẳng hạn

như BER và Q-Factor bằng cách sử dụng phân tích số hoặc bán phân tích kỹ

thuật của hệ thống giới hạn bởi biểu tượng nhiễu và tiếng ồn.

Các công cụ trực quan nâng cao

Các công cụ trực quan tiên tiến tạo ra phổ OSA ,xung tín hiệu,biểu đồ

mắt,phân cực trạng thái,các sơ đồ hợp thành và nhiều hơn nữa.Ngoài ra,bao

gồm các công cụ nghiên cứu WDM các danh sách tín hiệu nguồn,hình ảnh

tiếng ồn và OSNR cho mỗi kênh.

Theo dõi, giám sát dữ liệu

Bạn có thể chọn các cổng thành phần lưu dữ liệu và gắn màn hình sau khi mô

phỏng kết thúc. Điều này cho phép bạn xử lý dữ liệu sau khi mô phỏng mà

không cần tính toán lại , Bạn có thể tùy ý đính kèm một số hiện hình tới màn

hình tại cùng một cổng.

3.2.3. Các công cụ hiển thị

Optisystem có đầy đủ các thiết bị đo quang, đo điện. Cho phép hiển thị tham

số, dạng, chất lượng tín hiệu tại mọi điểm trên hệ thống.

 Thiết bị đo quang:

 Phân tích phổ (Spectrum Analyzer)





Thiết bị đo công suất (Optical Power Meter)







Thiết bị đo miền thời gian quang (Optical Time Domain Visualizer)







Thiết bị phân tích WDM (WDM Analyzer)







Thiết bị phân tích phân cực (Polarization Analyzer)

Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao

14



Page



Bộ môn Hệ thống viễn thông





PGS.TS Vũ Văn Yêm



Thiết bị đo phân cực (Polarization Meter)...



 Thiết bị đo điện:





Oscilloscope







Thiết bị phân tích phổ RF (RF Spectrum Analyzer)







Thiết bị phân tích biểu đồ hình mắt (Eye Diagram Analyzer)







Thiết bị phân tích lỗi bit (BER Analyzer)







Thiết bị đo công suất (Electrical Power Meter)







Thiết bị phân tích sóng mang điện (Electrical Carrier Analyzer)...



3.2.4. Mô phỏng phân cấp với các hệ thống con (subsystem)

Để việc mô phỏng được thực hiện một cach linh hoạt và hiệu quả,

Optisystem cung cấp mô hình mô phỏng tại các mức khác nhau, bao gồm mức

hệ thống, mức hệ thống con và mức phần tử.

3.2.5. Thiết kế nhiều lớp(Multiple Layout)

Trong một file dự án, Optisystem cho phép tạo ra nhiều thiết kế, nhờ

đó người sử dụng có thế tạo ra sửa đổi các thiết kế một cách nhanh chóng và

hiệu quả. Mỗi file dự án thiết kế của Optisystem có thế chứa nhieuf phiên bản

thiết kế. Mỗi phiên bản được tính toán và thay đổi một cách độc lập nhưng

kết quả tính toán của các phiên bản khác nhau có thế được kết hợp lại, cho

phép so sánh các phiên bản thiết kế một cách dễ dàng.

3.2.6. Trang báo cáo (report page)

Trang báo cáo của Optisystem cho phép hiển thị tất cả hoặc một phần

các tham số cũng như các kết quả tính toán được của thiết kế tùy theo yêu

cầu của người sử dụng. Các báo cáo tạo ra được tổ chức dưới dạng text, dạng

bảng tinh, đồ thị 2D và 3D. Cũng có thể kết xuất báo cáo dưới dạng file HTML

hoặc dưới dạng các file template đã được định dạng trước

3.2.7 Quét tham số và tối ưu hóa (parameter sweeps and

optimizations)

Quá trình mô phỏng có thể thực hiện lặp lại một cách tự động với các

giá trị khác nhau của tham số để đưa ra các phương án khác nhau của thiết

kế. Người sử dụng cũng có thể sử dụng phần tối ưu hóa của Optisystem để

Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao

15



Page



Bộ môn Hệ thống viễn thông



PGS.TS Vũ Văn Yêm



thay đổi giá trị của một tham số nào đó để đạt được kết quả tốt nhất, xấu

nhât hoặc một giá mục tiêu nào đó của thiết kế.

3.3 Một số giao diện phần mềm

Thư viện các phần tử ( component library ) :

Người dùng truy cập vào lấy các phần tử để thiết kế (Hình 1)



Hình 2.1: Thư viện các phần tử



Thư viện các phần tử:

- Thư viện nguồn quang - ( optical sources library )

- Thư viện các bộ thu quang - (receivers library)

- Thư viện sợi quang - (optical fiber library)

- Thư viện các bộ khuếch đại (quang, điện) - (amplifier library)

- Thư viện các bộ MUX, DEMUX

- Thư viện các bộ lọc (quang, điện) - (filter library)

- Thư viên các phần tử FSO - ( free space optics library)

- Thư viện các phần tử truy nhập - ( access library)

- Thư viện các phần tử thụ động (quang, điện) - (passiver library)

- Thư viện các phần tử xử lý tín hiệu (quang, điện) -( signal processing

library)

- Thư viện các phần tử mạng quang (network library)

- Thư viện các thiết bị đo quang, đo điện

Ngoài ra các phần tử được định nghĩa sẵn, Optisystem còn có

- Các phần tử Measured components. Với các phần tử này, Optisystem cho

phép nhập các tham số được đo tử các thiết bị thực của các nhà cung cấp

khác nhau.

- Các phần tử do người sử dụng tự định nghĩa ( User-defined Components)

Thiết kế mô phỏng hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao

16



Page



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

2 Hệ thống ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao DWDM

Tải bản đầy đủ ngay(31 tr)

×