Chuong 1in sv

BÀI GIẢNG MÔN

KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG

www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 1

GIỚI THIỆU MÔN HỌC Thời lượng môn học:

3ĐVHT – 45 tiết (20LT + 10BT&KT + 15TN + 90 giờTự học ) Mục tiêu:

Nắm được kiến thức cơ bản về kỹ thuật thông tin quang: quá trình phát tín hiệu quang, cách thức xử lý tín hiệu quang và việc truyền tín hiệu đi trên sợi quang

Hiểu được hoạt động truyền tin của một hệ thống thông tin sợi quang

Nắm được những kiến thức cơ sở làm tiền đề để sinh viên tự nghiên cứu, tìm hiểu được những vấn đề mới về kỹ thuật thông tin quang

BÀI GIẢNG MÔN



GIỚI THIỆU MÔN HỌC Yêu cầu và đánh giá

Chuyên cần (10%): đi học đầy đủ và có thái độ tích cực trong các buổi học trên lớp

Kiểm tra (25%): tham gia ít nhất 1 bài kiểm tra và điểm kiểm tra khác 0

Thi kết thúc (70%)

BÀI GIẢNG MÔN



GIỚI THIỆU MÔN HỌC Tài liệu tham khảo

1. Cở sở truyền thông sợi quang, Bài giảng HVCNBCVT, 2010

2. G. Keiser, Optical Fiber Communications, 3rd edition, 2002.

3. G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication System, 3rd edition, John Wiley & Sons, 2010.

4. M. Ming & K. Liu, Principles and Applications of Optical Communications, 2rnd edition, 2001.

5. D. K. Mynbaev & L. L. Scheiner, Fiber-Optic Communications Technology, Prentice Hall, 2001.

6. Vũ Văn San, Hệ thống thông tin quang, NXB Bưu điện, 2008.

7. Hoàng Ứng Huyền, Kỹ thuật thông tin quang, NXB Bưu điện..

BÀI GIẢNG MÔN



NỘI DUNG

Hệ thống thông tin quang

Tổng quan về kỹ thuật thông tin quang

Chương

1

Các phần tử cơ bản trong kỹ thuật thông tin quang 2

3

Một số công nghệ quang tiên tiến4

BÀI GIẢNG MÔN



1.1. Lịch sử phát triển hệ thống thông tin quang

1.2. Mô hình chung của hệ thống thông tin quang

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

thông tin quang

1.4. Tổng quan các công nghệ trong kỹ thuật

thông tin quang

Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật thông tin quang

BÀI GIẢNG MÔN



2.1. Các phần tử biến đổi điện-quang (Laser, LED)

2.2. Sợi quang

2.3. Các phần tử biến đổi quang-điện (PIN, APD)

Chương 2: Các phần tử cơ bản trong kỹ thuật

thông tin quang

BÀI GIẢNG MÔN



3.1. Mô hình hệ thống, các phần tử

3.2. Mô hình hệ thống thông tin quang đơn kênh

3.3. Hệ thống truyền dẫn đa kênh

3.4. Một số vấn đề trong thiết kế hệ thống TTQ

Chương 3: Hệ thống thông tin quang

BÀI GIẢNG MÔN



4. 1. Công nghệ truyền tải WDM

4.2 . Truyền tải IP/WDM

4.3. Chuyển mạch quang

4.4. Hệ thống thông tin quang Coherent

4.5. Hệ thống thông tin quang Soliton

4.6. Truyền tín hiệu vô tuyến trong sợi quang (RoF)

Chương 4: Một số công nghệ quang tiên tiến

BÀI GIẢNG MÔN



1. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT TTQ

1.1. Lịch sử phát triển 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

BÀI GIẢNG MÔN



1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

1.1.1. Mét sè hÖ thèng th«ng tin quang cña ng êi

cæ x a

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

quang hiện đại

1.1.3. Một số hệ thống cáp quang lớn trên thế giới

1.1.4. Một số hệ thống cáp quang ở Việt Nam

BÀI GIẢNG MÔN




1.1.1. Mét sè hÖ thèng th«ng tin quang cña ng êi

cæ x a

a. VÒ m« h×nh hÖ thèng

b. Mét sè hÖ thèng th«ng tin quang cña ng êi cæ

x a

BÀI GIẢNG MÔN




a. VÒ m« h×nh hÖ thèng

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:

Nguån tin:

- TÝn hiÖu löa,

- TÝn hiÖu khãi

TÝn hiÖu truyÒn dÉn:

- ¸nh s¸ng

M«i tr êng truyÒn dÉn:

- KhÝ quyÓn

BÀI GIẢNG MÔN



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

Thời cổ xưa, ng êi ta sö dông çc tÝn hiÖu löa vµ tÝn hiÖu khãi truyÒn qua çc ngän nói hay qua çc th¸p ®Ó truyÒn th«ng tin vÒ çc mÖnh lÖnh ®iÒu khiÓn, mÖnh lÖnh phèi hîp t¸c chiÕn còng nh kÕt qu¶ cña çc trËn ®¸nh.

- Çch ®©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. Çc tr¹m ph¸t vµ thu ® îc x©y dùng nh hai bøc t êng trªn çc ®Ønh cao. Trªn mçi bøc t êng cã nhiÒu lç, trong çc lç ®Æt çc ngän ®uèc. Tïy thuéc vµo sè l îng ®uèc ® îc ®èt lªn t¹i t êng bªn ph¶i vµ bªn tr¸i, 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 çc ký hiÖu khãi ®· ® îc quy ®Þnh tr íc. M¹ng th«ng tin nµy gåm çc 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 çc tÝn hiÖu qu©n sù cÇn thiÕt mét çch nhanh chãng.

BÀI GIẢNG MÔN




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.

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

Hình 1.1

BÀI GIẢNG MÔN




a. Çc h íng nghiªn cøu vµ ph¸t triÓn

b. Các thế hệ truyền dẫn quang trong lịch sử phát triển

1.1.2. Một số mốc trong lịch sử phát triển kỹ thuật thông tin quang hiện đại

BÀI GIẢNG MÔN




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)


a. Çc h íng nghiªn cøu vµ ph¸t triÓn

BÀI GIẢNG MÔN



- 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: Corning Glass ®· chÕ t¹o ® îc sîi quang ®Çu tiªn, suy hao: 1000dB/km

- 1970: Corning Glass ®· chÕ t¹o ® îc sîi quang cã suy hao: 20dB/km


Một số mốc trong lịch sử phát triển sợi quang

BÀI GIẢNG MÔN



- 1975: Corning Glass ®· chÕ t¹o ® îc sîi quang, suy hao: 2dB/km

- 1976: NhËt B¶n ®· chÕ t¹o ® îc sîi quang, suy hao: 0,5dB/km ë =1,3m

- 1979: NhËt B¶n ®· chÕ t¹o ® îc sîi quang, suy hao: 0,2dB/km ë =1,55m

- 1982: Corning Glass ®· chÕ t¹o ® îc sîi SM, suy hao 0,16 dB/km ( giíi h¹n lý thuyÕt)


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

BÀI GIẢNG MÔN



1.1.2. 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 1.2

BÀI GIẢNG MÔN




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 = 1,3m vµ 1,55m

1989: LD b¸n dÉn phæ cùc hÑp

BÀI GIẢNG MÔN



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

- 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


Một số mốc trong lịch sử phát triển hệ thống

BÀI GIẢNG MÔN




Các thế hệ truyền dẫn quang trong lịch sử 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.

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

đã trải qua 5 thế hệ phát triển:

BÀI GIẢNG MÔN





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).

BÀI GIẢNG MÔN




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 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 thu và tính chọn lọc bước sóng so với kỹ thuật tách sóng trực tiếp.

BÀI GIẢNG MÔN





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 1991, thử nghiệm hệ thống truyền dẫn quang qua 21.000 km là 2,5 Gb/s, và

hơn 14.300 km tại 5 Gb/s, sử dụng một cấu hình vòng.

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 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.

BÀI GIẢNG MÔN





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.

Bắt đầu từ năm 2000, nhiều thí nghiệm được sử dụng các kênh hoạt động tại

40 Gb/s.

Kỹ thuật solitons cũng được nghiên cứu áp dụng.

BÀI GIẢNG MÔN



1.1.3. Một số hệ thống cáp quang trên thế giới

Hình 1.3

Tổng quan

BÀI GIẢNG MÔN



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

Hình 1.4


BÀI GIẢNG MÔN



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

Hình 1.5


BÀI GIẢNG MÔN



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

Hình 1.6


BÀI GIẢNG MÔN



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. 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.

Hiện nay, ở Việt Nam có 2 nhà khai thác chính có mạng truyền tải quang với

dung lượng lớn. Đó là:

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

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


Tổng quan

BÀI GIẢNG MÔN



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.


BÀI GIẢNG MÔN




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

M¹ng truyÒn dÉn quèc tÕ

BÀI GIẢNG MÔN



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

Hình 1.7


BÀI GIẢNG MÔN



Tuyến cáp quang biển TVH

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.

Tuyến trung kế Vũng Tàu - TP. Hồ Chí Minh sử dụng vi ba 140 Mb/s

2+1. 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.

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.



BÀI GIẢNG MÔN



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. 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.

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.



BÀI GIẢNG MÔN



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.



BÀI GIẢNG MÔN



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.


M¹ng truyÒn dÉn ® êng trôc B¾c Nam

BÀI GIẢNG MÔN



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

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

bị của 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).



BÀI GIẢNG MÔN



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, 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.



BÀI GIẢNG MÔN




Tuyến cửa ngõ quốc tế Móng cái – Quảng ninh:

- Kết nối cáp quang đất liền có dự phòng 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 Netcom, China Unicom, HGC - HK, PCCW - HK, NTT -JP.

Một số hệ thống cáp quang của Viettel


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.

BÀI GIẢNG MÔN



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



BÀI GIẢNG MÔN



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...

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

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

- Đối tác kết nối: AGG (USA)



BÀI GIẢNG MÔN



Đường trục 1A- Dung lượng 5Gb/s- Chạy trên đường trục 500Kv Bắc Nam- Cung cấp dịch vụ với các dung lượng: nx64, E1, E3, STM1, STM4....- Sử dụng công nghệ ghép kênh theo bước sóng-WDM

Đường trục 1B- Dung lượng 10Gb/s - Chạy dọc hành lang an toàn đường sắt tuyến Hà Nội – TP Hồ Chí

Minh- Cung cấp dịch vụ với các dung lượng: nx64, E1, E3, STM1, STM4,

STM-16, GE...- Sử dụng công nghệ truyền dẫn SDH.

Một số hệ thống cáp quang của Viettel M¹ng truyÒn dÉn ® êng trôc b¾c Nam

BÀI GIẢNG MÔN



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:

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

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

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

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

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

Kết luận:

BÀI GIẢNG MÔN





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

BÀI GIẢNG MÔN



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).

1.2. MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ Mô hình tổng quát

Hình 1.8

PT(t) Bé thu quang

ur(t)Pp(t)iD(t) Bé ph¸t quang

M«i tr êng truyÒn dÉn

quang

BÀI GIẢNG MÔN



1.2. MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ Chức năng các khối

Bé ph¸t quang

iD(t) Pp(t)BiÕn ®æi tÝn hiÖu điện iD(t)

thµnh tÝn hiÖu ¸nh s¸ng Pp(t) ®Ó

ghÐp vµo sîi quang.

TruyÒn dÉn ¸nh s¸ng Pp(t) tõ ®Çu

ph¸t ®Õn ®Çu thu PT(t)

Bé thu quang

iT(t)PT(t)


quang

Pp(t) PT(t)

Biến đổi ánh sáng tới PT(t) trở thành

tín hiệu điện iT(t) có dạng giống như

tín hiệu truyền dẫn ban đầu.

BÀI GIẢNG MÔN



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).

1.2. MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ Sơ đồ khối cơ bản của hệ thống thông tin quang đơn kênh

Bé khuÕch ®¹i quang

PT(t)

Sîi quang Sîi quang

Bé thu quang

ur(t)

ThiÕt bÞ lÆp

Sîi quang Sîi quang

Pp(t)

12

n

Bé t¸ch kªnh

iD(t)12n

Bé ghÐp kªnh

Bé ph¸t quang

Hình 1.9

BÀI GIẢNG MÔN



Trong ®ã: MUX : Bộ ghÐp kªnh b íc sãng quangDEMUX : Bộ ghÐp kªnh b íc sãng quangTX, RX : Bộ chuyÓn ®æi b íc sãng quangOLTE : ThiÕt bÞ ®Çu cuèi quang.

1.2. MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ Sơ đồ khối cơ bản của hệ thống thông tin quang WDM

Hình 1.10

MU

X

DE

MU

X

TX RX

1

3 OAOA OAOA

OLTE OLTE

OAOA

1

3

BÀI GIẢNG MÔN



1.2. MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ Çc thµnh phÇn c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng

tin quang

Bé ghÐp kªnh ®iÖn

Chøc n¨ng:

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

Hình 1.11. Sơ đồ bộ ghép kênh điện

iD(t)

1

2

n

Bé ghÐp kªnh điện

BÀI GIẢNG MÔN



1.2. MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ Çc thµnh phÇn c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng tin

quang

Bé ph¸t quang

Sơ đồ khối

Chøc n¨ng:

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

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

Bé ph¸t quang

iD(t) Pp(t)

Hình 1.12. Sơ đồ bộ phát quang

BÀI GIẢNG MÔN



Çc thµnh phÇn c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng tin quang

Bé ph¸t quang

Mét sè yªu cÇu ®èi víi çc 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 lín,

- Cã kh¶ n¨ng ®iÒu chÕ trùc tiÕp,

- HÖ sè biÕn ®æi ®iÖn-quang cao,

- Cã kh¶ n¨ng ®iÒu chÕ víi tÝn hiÖu tèc ®é cao (b¨ng tÇn réng),

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

BÀI GIẢNG MÔN



1.2. MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ

Çc phÇn tö ph¸t quang sö dông trong kü thuËt th«ng tin quang:

§Ó ®¸p øng çc yªu cÇu trªn, trong kü thuËt th«ng tin quang, ng êi ta th êng sö dông çc phÇn tö biÕn ®æi ®iÖn-quang lµ çc 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).

Çc thµnh phÇn c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng tin quang Bé ph¸t quang

BÀI GIẢNG MÔN



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


Sîi quang

BÀI GIẢNG MÔN



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.


Sîi quang

BÀI GIẢNG MÔN



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.


Sîi quang

BÀI GIẢNG MÔN



Çc lo¹i sîi quang sö dông trong kü thuËt th«ng tin quang:

Ph©n lo¹i sîi theo chØ sè chiÕt suÊt

Sîi cã chØ sè chiÕt suÊt ph©n

bËc

Sîi cã chØ sè chiÕt suÊt

Gradien

Ph©n lo¹i theo mode truyÒn dÉn

Sîi ®¬n mode

Sîi ®a mode

Ph©n lo¹i theo cÊu tróc vËt liÖu

Sîi lâi thñy tinh, vá thuû tinh

Sîi lâi thñy tinh, vá chÊt dÎo

Sîi lâi chÊt dÎo, vá chÊt dÎo

Çc thµnh phÇn c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng tin quang Sîi quang

Bảng 1-1

BÀI GIẢNG MÔN




Bé thu quang

Sơ đồ khối

Chøc n¨ng:

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

tín hiệu truyền dẫn ban đầu.

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

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

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

Bé thu quang

iT(t)PT(t)

Hình 1.14. Sơ đồ bộ thu quang

BÀI GIẢNG MÔN



- 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.

Çc thµnh phÇn c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng tin quang Bộ thu quang

Mét sè yªu cÇu ®èi víi çc bé thu quang sö dông trong kü thuËt th«ng tin quang:

BÀI GIẢNG MÔN



Çc phÇn tö thu quang sö dông trong kü thuËt th«ng tin quang:

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

quang, ng êi ta th êng sö dông çc phÇn tö thu quang lµ

çc phÇn tö thu quang b¸n dÉn:

- PIN-Photodiode: không khuếch đại dòng ra,

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

Çc thµnh phÇn c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng tin quang Bé thu quang

BÀI GIẢNG MÔN



1.2. MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ Çc thµnh phÇn c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng

tin quang

Bé t¸ch kªnh ®iÖn

Sơ đồ khối

Chøc n¨ng:

T¸ch tÝn hiÖu ®iÖn cã tèc ®é cao (PDH/SDH) tõ bé gi¶i ®iÒu chÕ quang thµnh çc kªnh tÝn hiÖu ®iÖn (1 n) cã tèc ®é thÊp.

Hình 1.15. Sơ đồ bộ tách kênh điện

1

2

n

Bé t¸ch kªnh điện

BÀI GIẢNG MÔN



Trong ®ã: MUX : Bộ ghÐp kªnh b íc sãng quangDEMUX : Bộ ghÐp kªnh b íc sãng quangTX, RX : Bộ chuyÓn ®æi b íc sãng quangOLTE : ThiÕt bÞ ®Çu cuèi quang.

Bộ ghép và tách kênh quang trong hệ thống thông tin quang WDM

Hình 1.16

MU

X

DE

MU

X

TX RX

1

3 OAOA OAOA

OLTE OLTE

OAOA

1

3

Sơ đồ hệ thống thông tin quang WDM

BÀI GIẢNG MÔN



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

Bé ghÐ

p kªnh b íc

sãng

1, 2, 3,…, n

1

2

3

n

Bé ghÐp kªnh quang theo b íc sãng

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


Sơ đồ khối

BÀI GIẢNG MÔN



Hình 1.18. Sơ đồ bộ tách kênh quang theo bước sóng

Bé t¸ch kªnh b íc

sãng

1, 2, 3,…, n

1

2

3

n

Bé t¸ch kªnh quang theo b íc sãng

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


Sơ đồ khối

BÀI GIẢNG MÔN




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 çc 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 çc bé khuÕch ®¹i quang.

BÀI GIẢNG MÔN



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.


Bé khuÕch ®¹i quang

BÀI GIẢNG MÔN



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 çc tuyÕn truyÒn dÉn dµi, th× ¸nh s¸ng truyÒn ®Õn

®Çu thu PT (t) kh«ng chØ bÞ suy hao lín mµ cßn bÞ t¸n

s¾c lín => 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 xung do t¸n s¾c, trªn tuyÕn truyÒn dÉn ng êi ta cã thÓ sö dông çc bé bï t¸n s¾c/t¸n s¾c ©m.


Bé bï t¸n s¾c

BÀI GIẢNG MÔN



Mét sè kü thuËt bï t¸n s¾c sö dông trong kü thuËt th«ng tin quang:

- Kü thuËt bï tr íc,

- Sö dông sîi cã t¸n s¾c ©m,

- Bï b»ng bé läc c©n b»ng quang,

- Bï b»ng çch tö Bragg,

- KÕt hîp pha quang, ...


Bé bï t¸n s¾c

BÀI GIẢNG MÔN




Bé lÆp quang CÊu tróc c¬ b¶n cña bé lÆp quang:

O/E E/O

Trong ®ã:

O/E : bé biÕn ®æi quang - ®iÖn

: bộ sửa xung

E/O : bé biÕn ®æi điện - quang

Hình 1.19.

BÀI GIẢNG MÔN



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 çc hÖ thèng truyÒn dÉn sö dông çp ®ång cæ

®iÓn, do sö dông çc ®Æc tÝnh cña sîi quang vµ çc linh kiÖn

thu, ph¸t quang.

* Sîi quang cã çc u ®iÓm chñ yÕu sau:

- Suy hao truyÒn dÉn rÊt nhá

- B¨ng tÇn truyÒn dÉn rÊt lín

- Cã tÝnh çch ®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¶.

BÀI GIẢNG MÔN



Ưu ®iÓm của HT TTQ:

* Çc linh kiÖn thu, ph¸t quang cã çc 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 çch 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

BÀI GIẢNG MÔN



- Khã kh¨n trong ghÐp nèi

- Kh«ng sö dông t¹i vïng bÞ chiÕu x¹

Nh îc ®iÓm của HT TTQ:

BÀI GIẢNG MÔN




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



BÀI GIẢNG MÔN



¸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 çc ®¬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:

E = h (1-1)

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

§Æc ®iÓm: Khi photon va ch¹m vµo çc 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.

Mét sè vÊn ®Ò c¬ b¶n vÒ ¸nh s¸ng

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

B¶n chÊt cña ¸nh s¸ng

BÀI GIẢNG MÔN



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:

A(X,t) = eiAo exp[j(t - K.X)] ( 1-2)

Trong ®ã:

X = xex + yey + zez biÓu thÞ mét vector vÞ trÝ

K = kxex + kyey + kzez biÓu thÞ mét vector truyÒn sãng,

cã ®é lín lµ k = 2/ vµ ® îc gäi lµ h»ng sè truyÒn dÉn sãng

Ao lµ biªn ®é lín nhÊt cña sãng;

= 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.

BÀI GIẢNG MÔN



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

z

yH

kE

H

x

kE

Hk

E



B¶n chÊt sãng cña ¸nh s¸ng

Hình 1.20.

BÀI GIẢNG MÔN



Bước sãng

100km

10km 1km 100m 10m 1m10cm

1cm 10-6m

Sîi quang

2.55m800m

Çp ®ång trôc

èng dÉn sãng

VibaSãng dµi Sãng ng¾n

Çp ®èi xøng


¢m thanh

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)

Sãng milimet

Hång ngoai

Nh×n thÊy

Cùc tÝm

TÇn sè

1kHz 10kHz100kH

z1MHz10MHz100MHz 1GHz10GHz 1014Hz

100GHz 1015Hz



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

Hình 1.21.

BÀI GIẢNG MÔN



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 çch 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 çc 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:

v = c/n (1-3)

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.



Mét sè ®Æc tÝnh c¬ b¶n cña ¸nh s¸ng

BÀI GIẢNG MÔN



HiÖn t îng khóc x¹ vµ ph¶n x¹:

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

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




BÀI GIẢNG MÔN







2

2

1 1

Ph¸p tuyÕnTia khóc x¹

Tia ph¶n x¹Tia tíi

n2

n1

n2 < n1

Hình 1.22.

BÀI GIẢNG MÔN







Theo ®Þnh luËt Snell ta cã:

n1 sin1 = n2 sin2 (1-4)

Trong ®ã:

- 1 lµ gãc tíi - gãc hîp gi÷a ph¸p tuyÕn cña mÆt ph©n çch hai m«i tr êng víi tia tíi.

- 2 lµ gãc khóc x¹ - gãc t¹o bëi ph¸p tuyÕn cña mÆt ph©n çch hai m«i trõ¬ng víi tia khóc x¹.

Tõ ph ¬ng tr×nh (1-4) vµ h×nh 1.16 ta cã thÓ viÕt t ¬ng tù nh sau:

n1 cos1 = n2 cos2 (1-5)

BÀI GIẢNG MÔN



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 çch 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.

1

Tia khóc x¹2

1c

Ph¸p tuyÕn

Tia tíi

n2

n1

n2

n1

n2 < n1

(a) (b)

1>cc

c

Ph¸p tuyÕn

Tia ph¶n x¹

Tia tíi

n2 < n1

Hình 1.23.

Quá trình xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần .

BÀI GIẢNG MÔN



§iÒu kiÖn 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 1.24). HiÖn t îng çc tia s¸ng khi ®i tíi mÆt ph©n çch 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 çch hai m«i tr êng gäi lµ ph¶n x¹ toµn phÇn (ph¶n x¹ toµn phÇn).

Ph¸p tuyÕn

Tia tíi

n2 < n1

n2

n1Tia ph¶n x¹

Hình 1.24.

HiÖn t îng ph¶n x¹ toµn phÇn:

BÀI GIẢNG MÔN



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: Çc 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, çc tÝn hiÖu ¸nh s¸ng ® îc truyÒn dùa vµo hiÖn t îng ph¶n x¹ toµn phÇn.

1

2sinn

nc

§iÒu kiÖn ph¶n x¹ toµn phÇn:

BÀI GIẢNG MÔN



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

H×nh 1.25. Çc vïng n¨ng l îng cña çc chÊt

Vïng dÉn

Vïng hãa trÞ

Vïng cÊm ∆E

Çc vïng n¨ng l îng:

Theo lý thuyÕt vïng n¨ng l îng, çc chÊt cã 3 vïng n¨ng l îng:

- Vïng dÉn,

- Vïng cÊm cÊm,

- Vïng ho¸ trÞ,

E : §é réng gi¶i cÊm.

Lý thuyÕt vïng n¨ng l îng

BÀI GIẢNG MÔN




Ph©n lo¹i çc chÊt:

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

lo¹i theo kh¶ n¨ng dÉn ®iÖn, çc chÊt ® îc ph©n thµnh 3

lo¹i sau:

- ChÊt dÉn ®iÖn : E ChÊt dÉn ®iÖn 0,

- ChÊt b¸n dÉn : E ChÊt b¸n dÉn > 0,

- ChÊt çch ®iÖn : E ChÊt ®iÖn m«i >> E ChÊt b¸n dÉn .


BÀI GIẢNG MÔN




Gi¶n ®å n¨ng l îng cña çc chÊt:

Vïng dÉn

Vïng hãa trÞ

Vïng dÉn

Vïng hãa trÞ

Vïng cÊm ∆E

Vïng dÉn

Vïng hãa trÞ

Vïng cÊm ∆E

a) ChÊt dÉn ®iÖn

b) ChÊt b¸n dÉn

c) ChÊt ®iÖn m«i

H×nh 1.26. Ph©n lo¹i çc chÊt theo gi¶n ®å n¨ng l îng


BÀI GIẢNG MÔN




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

H×nh 1.27.Gi¶n ®å n¨ng l îng vµ ph©n bè ®iÖn tö, lç trèng trong chÊt b¸n dÉn


Vïng dÉn(§iÖn tö)

Vïng cÊm

(Lç trèng)Vïng hãa trÞ

Ev

Ec

E =Ec-Ev

BÀI GIẢNG MÔN




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 çch ®iÖn.

Khi cã kÝch thÝch (vÝ dô: khi t¨ng nhiÖt ®é): Çc ®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.


BÀI GIẢNG MÔN




Çc lo¹i b¸n dÉn:

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

nhá çc nguyªn tè thuéc nhãm III hay nhãm V vµo çc

chÊt b¸n dÉn.

Tuú theo vµo chÊt ®Ó pha t¹p (çc 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)


BÀI GIẢNG MÔN




B¸n dÉn lo¹i n:

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

Khi liªn kÕt trong m¹ng tinh thÓ Si hay 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 çc nguyªn tè thuéc nhãm nµy gäi lµ b¸n dÉn lo¹i n.


BÀI GIẢNG MÔN




B¸n dÉn lo¹i n:

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


Ev

Ec

E =Ec- Ev

Møc cho

H×nh 1.28. Gi¶n ®å n¨ng l îng vµ ph©n bè ®iÖn tö vµ lç trèng trong chÊt b¸n dÉn lo¹i n


BÀI GIẢNG MÔN




B¸n dÉn lo¹i p:

§Ó t¨ng tÝnh dÉn ®iÖn, ng êi ta cßn pha t¹p thªm mét l îng nhá çc 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 çc nguyªn tè thuéc nhãm nµy gäi lµ b¸n dÉn lo¹i p.


BÀI GIẢNG MÔN




B¸n dÉn lo¹i p:

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


Vïng cÊm


Ev

Ec

E =Ec-Ev

Møc cho

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 p


BÀI GIẢNG MÔN




TiÕp gi¸p p-n:

H×nh 1.30. TiÕp gi¸p pn vµ gi¶n ®å n¨ng l îng khi kh«ng cã ®iÖn ¸p ngoµi t¸c ®éng

Çc phÇn tö ®a sè: e

Çc phÇn tö ®a sè: p

Vïng ®iÖn tÝch

kh«ng gian

B¸n dÉn pB¸n dÉn n

E Ec

Ef

EV

E


BÀI GIẢNG MÔN




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.


BÀI GIẢNG MÔN




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 lớp tiếp giáp. Dòng của các hạt tải thiểu số tạo ra được gọi là dòng dò.


BÀI GIẢNG MÔN




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.


BÀI GIẢNG MÔN



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

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.

Trong tiếp giáp đơn có 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. Nên 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.

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


BÀI GIẢNG MÔN



1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật TTQ Các hiệu ứng cơ bản của vật liệu quang

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.

H×nh 1. 31. Qóa tr×nh ph¸t x¹ ¸nh s¸ng

C¬ chÕ ph¸t x¹ ¸nh s¸ng

E

§iÖn tö

E2

E1

N¨ng l îng kÝch

thÝch¸nh s¸ng ph¸t raQu¸ tr×nh

hÊp thô

Qu¸ tr×nh ph¸t x¹

BÀI GIẢNG MÔN




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

E PX = E2 - E1 = h. (1-7)

Trong ®ã: 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:

BX = c/ = h.c. / (E2 - E1) (1-8)

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

C¬ chÕ ph¸t x¹ ¸nh s¸ng

BÀI GIẢNG MÔN




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.

Ph¸t x¹ tù ph¸t

BÀI GIẢNG MÔN





Ph¸t x¹ tù ph¸t

H×nh 1.32. Qóa tr×nh ph¸t x¹ tù ph¸t

E

§iÖn tö

E2

E1

N¨ng l îng kÝch

thÝch¸nh s¸ng ph¸t ra

Qu¸ tr×nh

hÊp thô


BÀI GIẢNG MÔN




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.

Ph¸t x¹ kÝch thÝch

BÀI GIẢNG MÔN




Ph¸t x¹ kÝch thÝch

H×nh 1.33. Qóa tr×nh ph¸t x¹ kÝch thÝch

¸nh s¸ng ph¸t ra

E

§iÖn tö

E2

E1

N¨ng l îng kÝch thÝch

Qu¸ tr×nh hÊp

thô

Qu¸ tr×nh ph¸t x¹ kÝch thÝch


BÀI GIẢNG MÔN



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

Cã mét tiÕp gi¸p p-n.

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

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

H×nh 1.34. TiÕp gi¸p p-n vµ qu¸ tr×nh ph¸t

x¹ a/s khi cã ®iÖn tr êng ngoµi t¸c ®éng

E

Ec

Ef

Ev E

a/s ph¸t x¹

B¸n dÉn n

B¸n dÉn pVïng ®iÖn tÝch kh«ng

gian


BÀI GIẢNG MÔN



1. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT TTQ1.4. Các công nghệ trong kỹ thuật TTQ

Hình 1.35. Một số công nghệ trong kỹ thuật thông tin quang

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

Các công nghệ trong kỹ thuật

TTQ

Công nghệ truyền dẫn quang

Công nghệ chuyển mạch quang

BÀI GIẢNG MÔN




Hình 1.36. Các công nghệ truyền dẫn trong kỹ thuật thông tin quang


Các công nghệ truyền dẫn trong kỹ thuật TTQ

Các công nghệ cơ bản

Các công nghệ tích hợp IP trên quang

Công nghệ điều khiển và giám sát tài nguyên mạng

BÀI GIẢNG MÔN




Hình 1.37. Cấu trúc cơ bản của một hệ thống truyền dẫn thông tin quang nhiều kênh


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

Ghép kênh điện theo thời gian (TDM)

Ghép kênh quang theo bước sóng (WDM)

Chia kênh điện theo thời gian (TDM)

Chia kênh quang

theo bước sóng

(WDM)

Sợi quang

BÀI GIẢNG MÔN




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


Công nghệ truyền dẫn cơ bản

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

WDM

DWDM

NGSDH

Ghép kênh theo thời gian (TDM)

Ghép kênh theo bước sóng (WDM)

PDH

SDH

Ghép kênh theo mã (OCDMA)

Các công nghệ truyền dẫn cơ bản trong kỹ thuật TTQ

BÀI GIẢNG MÔN



Công nghệ truyền dẫn quang Công nghệ ghép kênh theo thời gian

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.

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

- Công nghệ PDH

BÀI GIẢNG MÔN



Hình 1.39. Sơ đồ khối của hệ thống truyền dẫn quang PDH


Công nghệ ghép kênh theo thời gian

- Công nghệ PDH

Sơ đồ khối của hệ thống truyền dẫn quang PDH

Bé ph¸t

quang

Bộ thu quang

Bé ghÐp kªnh PDH

Bé t¸ch kªnh PDH

Sîi quang

BÀI GIẢNG MÔN



Hình 1.40. Sơ đồ ghép kênh của hệ thống truyền dẫn quang PDH


- Công nghệ PDH

Sơ đồ ghép kênh của hệ thống truyền dẫn quang PDH

140M

34M

2M

K30

K1K2

M

U

XM

U

XM

U

X

M

U

X

8M

BÀI GIẢNG MÔN



Hình 1.41. Sơ đồ khối của phát quang PDH (a) và thu quang PDH (b)


- Công nghệ PDH

Sơ đồ khối của phát, thu quang PDH

Bộ mã nBmB

Bộ tạo t/h giả ngẫu

nhiên

Bộ phát quang

a)

Bộ giải mã nBmB

Bộ giải t/h giả ngẫu

nhiên

Bộ thu quang

b)

BÀI GIẢNG MÔN





1. Qu¸ tr×nh ghÐp/ t¸ch çc luång sè phøc t¹p.

2. Dung l îng çc 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.

3. 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.

4. Mạng PDH kh«ng linh hoạt trong việc kết nối çc luồng tÝn hiệu.

5. Vấn đề điều khiển trong mạng phức tạp.

6. Hệ thống PDH thiếu phương tiện gi¸m s¸t, đo thử từ xa, mµ chỉ cã thể tiến hµnh tại chỗ.

- Công nghệ SDH

PDH tån t¹i những nh îc ®iÓm sau:

* Sự ra đời của công nghệ SDH

BÀI GIẢNG MÔN





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

2. 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.

3. 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.

4. 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.

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

6. 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.

- Công nghệ SDH

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

* Sự ra đời của công nghệ SDH

BÀI GIẢNG MÔN



Hình 1.42. Sơ đồ khối của hệ thống truyền dẫn quang SDH


- Công nghệ SDH

* Sơ đồ khối của hệ thống truyền dẫn quang SDH

Bé ph¸t

quang

Bộ thu quang

Bé ghÐp kªnh SDH

Bé t¸ch kªnh SDH

Sîi quang

BÀI GIẢNG MÔN



Hình 1.43. Sơ đồ ghép kênh của hệ thống truyền dẫn quang SDH


- Công nghệ SDH

Sơ đồ ghép kênh của hệ thống truyền dẫn quang SDH

STM-N AUG AU-4 VC-4

VC-3 AU-3

VC-3

C-4

TUG-2 C-2

C-12

C-11

C-3

TU-12

TU-11

TUG-3

TU-2

TU-3

VC-2

VC-12

139264 kbit/s

44736 kbit/s 34368 kbit/s

6312 kbit/s

2048 kbit/s

1544 kbit/s

xN x1

x3 x3

x3

x7

x4

x7

VC-11

Xö lý con trá S¾p xÕp § ång chØnh GhÐp kªnh

x1

x1

BÀI GIẢNG MÔN





- Công nghệ SDH

Sơ đồ khối của phát, thu quang SDH

Hình 1.44. Sơ đồ khối của phát quang SDH (a) . Sơ đồ khối của thu quang SDH (b)

Bộ phát quang

Bộ thu quang

Tách byteđồng bộ

a)

b)

BÀI GIẢNG MÔN





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:

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

2. Lãng phí băng thông khi sử dụng cấu hình mesh

3. Lãng phí băng thông khi truyền các lưu lượng truyền dữ liệu quảng bá.

4. Lãng phí băng thông cho việc bảo vệ mạng.

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

- Công nghệ NG-SDH

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

* Sự ra đời của công nghệ NG-SDH

BÀI GIẢNG MÔN





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

GFP

VCAT

LCAS

SDH

GFP

VCAT

LCAS

SDHSDH SDH

Sắp xếp trong khung

Truyền contener ảo

Quản lý băng thông

Đường dẫn Đường dẫn

SDH sẵn có NG-SDHNG-SDHKhách hàng Khách hàng

NG-SDH

PDH

Ethernet

VPN

DVN

SAN

PDH

Ethernet

VPN

DVN

SAN

Hình 1.45. Mô hình cấu trúc của NG-SDH

BÀI GIẢNG MÔN





* 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.

- 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.

Hỗ trợ VPN và QoS Bảo vệ và Khôi phục: Khôi phục có thể thực hiện tại các lớp IP, SDH hoặc là

quang. Duy trì đa lớp: Duy trì trên các lớp từ IP - WDM

BÀI GIẢNG MÔN





* Các giai đoạn phát triển

NG-SDH

PDH

SDH

Thế hệ thứ 3

Thế hệ thứ 1

Thế hệ thứ 2

Hình 1.46. Các giai đoạn phát triển của công nghệ ghép kênh TDM

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 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 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 .

BÀI GIẢNG MÔN




Công nghệ ghép kênh theo bước sóng

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

Hình 1.47. Hệ thống ghép bước sóng theo một hướng

N

11

N

1

N

1

N

BéghÐpkªnh

M¸y ph¸tquang

M¸y ph¸tquang

λ1

λN

Bét¸chkªnh

M¸y thuquang

M¸y thuquang

λ1

λN

λ1, λ2,…, λN

Bét¸chkªnh

M¸y ph¸tquang

M¸y ph¸tquang

λ1

λN

BéghÐpkªnh

M¸y thuquang

M¸y thuquang

λ1

λN

λ1, λ2,…, λN

Bé khuyÕch ®¹i quang


BÀI GIẢNG MÔN





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

Hình 1.48. Hệ thống ghép bước sóng theo hai hướng

N

11

N

BéghÐp

vµt¸chb íc

sãng

M¸y ph¸tquang

M¸y ph¸tquang

λ1

λN

Bét¸chvµ

ghÐpb íc

sãng

M¸y thuquang

M¸y thuquang

λ1

λN

λ1, λ2,…, λN

1

N

M¸y thuquang

M¸y thuquang

1

N

M¸y ph¸tquang

M¸y ph¸tquang


λ’1, λ’

2,..., λ’N

λ’1 λ’

1

λ’N λ’

N

BÀI GIẢNG MÔN





* 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 các

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

BÀI GIẢNG MÔN





* Các giai đoạn phát triển

Hình 1.49. Các giai đoạn phát triển của công nghệ ghép bước sóng

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

DWDMM: 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

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.

MP-DWDM

WDM

DWDM

Thế hệ thứ 3

Thế hệ thứ 1

Thế hệ thứ 2

BÀI GIẢNG MÔN




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.

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

BÀI GIẢNG MÔN





* 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:

1. IP/ATM/SDH/WDM. 3. IP/WDM

2. IP/SDH/WDM. IP/GE/WDM.

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

IP/MPLS/SDH/WDM. IP/GMPLS/WDM.

IP/MPLS/NG-SDH/WDM.

BÀI GIẢNG MÔN





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

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

2. 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.

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

nối.

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

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

Tầng IP

BÀI GIẢNG MÔN





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

mạng.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

Tầng ATM (6 điểm)


BÀI GIẢNG MÔN





5. 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.

6. 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.

Tầng ATM


BÀI GIẢNG MÔN





1. 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.

2. 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.

Tầng SDH (4 điểm)


BÀI GIẢNG MÔN





3. 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.

4. 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.

Tầng SDH


BÀI GIẢNG MÔN





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

1. Lớp kênh quang (Och)

2. Lớp ghép kênh quang (OMS)

3. Lớp truyền dẫn quang (OTS)

Tầng WDM


BÀI GIẢNG MÔN





Chức năng nhiệm vụ của các lớp:

Lớp kênh quang (Och):

1. 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.

2. 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.

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

Tầng WDM


BÀI GIẢNG MÔN





Lớp đoạn ghép kênh quang (OMS):

1. 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.

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

thiết bị truyền dẫn lân cận.

3. 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.

Tầng WDM


BÀI GIẢNG MÔN





Lớp đoạn truyền dẫn quang (OTS):

1. 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.

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

của EDFA, tích luỹ và bù tán sắc.

Tầng WDM


BÀI GIẢNG MÔN





* Các giai đoạn phát triển của IP trên quang

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.

- 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...

- 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.

BÀI GIẢNG MÔN



Công nghệ tích hợp IP trên quang* Các giai đoạn phát triển của IP trên quang

Giai đoạn I: IP over ATM

Hình 1.50. Giai đoạn 1 tích hợp IP trên quang

WDM

ATM

SDH

IP

Çc luångthuª riªng

Çc kªnhthuª riªng

Frame

relay

Çc dÞch vô IP

Çc kªnh b íc sãng thuª riªng

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.

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.

BÀI GIẢNG MÔN




Giai đoạn II: IP over SDH




Frame

relay

Çc dÞch vô IP


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.

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.

DWDM

SDH

ATM

NG-SDH CN khác

MPLS

IP

BÀI GIẢNG MÔN




Giai đoạn III: IP over DWDM




Frame

relay

Çc dÞch vô IP


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.

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.

DWDM

SDH

ATM

NG-SDH CN kh¸c

MPLS GMPLS

IP

BÀI GIẢNG MÔN



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.

- 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.

BÀI GIẢNG MÔN




* 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.

- 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.

BÀI GIẢNG MÔN




* 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:

1. 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.

2. Điều khiển định tuyến: cung cấp chức năng định tuyến, khám phá topo và thiết kế lưu lượng.

3. 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.

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.

BÀI GIẢNG MÔN



Công nghệ điều khiển và quản lý tài nguyên mạng

(GMPLS)

* Các giao thức trong GMPLS

Giao thức báo hiệu

Giao thức định tuyến

Giao thức quản lý tuyến

BÀI GIẢNG MÔN





Giao thức báo hiệu

Các chức năng chính gồm:

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

2. Thiết lập các LSP 2 hướng

3. Báo hiệu để thiết lập đường dự phòng

4. Thúc đẩy việc gán nhãn thông qua các nhãn được đề xuất

5. Hỗ trợ chuyển mạch bước sóng

BÀI GIẢNG MÔN





Giao thức định tuyến

Chức năng, nhiệm vụ:

1. Khám phá một cách tự động về topo mạng,

2. Hiển thị các tài nguyên khả dụng và

3. Thiết kế lưu lượng.

BÀI GIẢNG MÔN





Giao thức quản lý tuyến

Nhiệm vụ: 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.

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

đảm bảo sự an toàn cho cả tuyến.

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

nút 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

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

BÀI GIẢNG MÔN





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

- Chuyển mạch hỗn hợp.

* Các loại chuyển mạch quang

BÀI GIẢNG MÔN





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),

- Chuyển mạch dải bước sóng (Waveband Switching).


BÀI GIẢNG MÔN




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 T-W-S-W-T,

- Chuyển mạch S-T-W-T-S,

- 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, S - Chuyển mạch không gian.

BÀI GIẢNG MÔN




* 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.

Hình 1.53. Mô hình chuyển mạch quang phân chia theo không gian

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.

Mô hình mạch quang phân chia theo

không gian được mô tả ở hình 1.26

BÀI GIẢNG MÔN




* 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 điện quang,

- Các phần tử nhiệt quang và

- Các phần tử âm quang, …

BÀI GIẢNG MÔN




* Chuyển mạch quang phân chia theo thời gian

Khái niệm

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.

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).

BÀI GIẢNG MÔN





Sơ đồ khối chuyển mạch quang phân chia theo thời gian

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.

Bộ ghép kênh

theo thời gian

Bộ tách kênh

theo thời gian

Đường dây trễ

Hình 1.54. Sơ đồ khối chuyển mạch quang phân chia theo thời gian

BÀI GIẢNG MÔN





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.

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.

BÀI GIẢNG MÔN




* Chuyển mạch quang phân chia theo bước sóng

Khái niệm

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.

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.

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.

BÀI GIẢNG MÔN




* Chuyển mạch quang phân chia theo bước sóng

Sơ đồ khối chuyển mạch quang phân chia theo bước sóng

1 ... n 1 ... n

n

...

1

1

...

n

WC

WCBộ tách kênh theo bước sóng

Bộ ghép

kênh theo bước sóng

Hình 1.55. Sơ đồ khối chuyển mạch quang phân chia theo bước sóng

BÀI GIẢNG MÔN




* 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.

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.

BÀI GIẢNG MÔN




* 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 “không 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.

BÀI GIẢNG MÔN




* 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.

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.

BÀI GIẢNG MÔN




* 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.

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.

Documents

Chuong 1in sv