Đề tài Phổ quang

Ấnh sáng Tử ngoại (UV) Nhìn thấy Hồng ngoại (IR) Các bước sóng thông tin 850, 1310, 1550 nm Các bước sóng suy hao thấp Các bước sóng đặc biệt 980, 1480, 1625 nm UV IR Visible 850 nm 980 nm 1310 nm 1480 nm 1550 nm 1625 nm l 125 GHz/nm Phổ quang SMF-28(e) (standard, 1310 nm optimized, G.652) Xuất hiện năm 1986. Hiện được sử dụng rộng rãi nhất, rẻ nhất DSF (Dispersion Shifted, G.653) Được thiết kế truyền đơn kênh ở bước sóng 1550 nm NZDSF (Non-Zero Dispersion Shifted, G.655) Dùng cho WDM, tối ưu ở vùng 1550 nm TrueWave, FreeLight, LEAF, TeraLight… Các sợi thế hệ mới nhất được phát triển vào giữa những năm 90. Cho đặc tính tốt đối với các hệ thống WDM dung lượng cao Các loại sợi ULH có PMD thấp Các loại sợi đơn mốt Sự khác nhau chủ yếu là ở tính chất của tán sắc bước sóng (CD) Các giải pháp khác nhau cho các loại sợi khác nhau DWDM Nội dung Giới thiệu Các thành phần hệ thống Thiết kế WDM Tóm tắt Các giải pháp tăng dung lượng mạng Tốc độ điện nhanh hơn (TDM) Tốc độ bit cao hơn, cùng sợi Thiết bị điện đắt tiền hơn Sử dụng thêm sợi (SDM) Cùng tốc độ, thêm sợi. Có thể gặp trở ngại do hết sợi WDM Cùng sợi và tốc độ, thêm l Tận dụng băng thông của sợi Sợi phải thích hợp Giá thành thấp Sử dụng thiết bị điện hiện có Single Fiber (One Wavelength) Kênh 1 Kênh n Single Fiber (Multiple Wavelengths) l1 l2 ln Mạng thông tin quang Time division multiplexing (TDM) Một bước sóng truyền trong một sợi Nhiều kênh truyền trong sợi 4 Kênh OC-3 trong OC-12 4 Kênh OC-12 trong OC-48 16 Kênh OC-3 trong OC-48 Wave division multiplexing Một bước sóng truyền trong một sợi 4, 16, 32, 64 kênh mỗi hệ thống Nhiều kênh truyền trong sợi DS-1 DS-3 OC-1 OC-3 OC-12 OC-48 OC-12c OC-48c OC-192c Fiber DWDM OADM SONET ADM Fiber So sánh TDM và DWDM TDM (SONET/SDH) Lấy tín hiệu đồng bộ và cận đồng bộ và ghép chúng lại thành một luồng quang tốc độ cao Có biến đổi E/O hoặc O/E/O  (D)WDM Lấy các tín hiệu quang và ghép chúng vào một sợi Không cần chuyển đổi định dạng tín hiệu Lịch sử DWDM WDM thế hệ đầu (cuối những năm 80) Hai bước sóng riêng rẽ, cách xa nhau (1310, 1550nm) WDM thế hệ 2 (những năm đầu 90) Hai tới 8 bước sóng trong cửa sổ 1550 nm Khoảng cách kênh 400+ GHz Các hệ thống DWDM (giữa tk90) 16 tới 40 kênh trong cửa sổ 1550 nm Khoảng cách kênh 100 to 200 GHz Các hệ thống DWDM thế hệ sau 64 tới 160 kênh trong cửa sổ 1550 nm Khoảng cách kênh 50 và 25 GHz TERM TERM TERM Hệ thống truyền dẫn TDM —10 Gbps thông thường 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR TERM 40km 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR TERM 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR TERM 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR TERM 120 km OC-48 OA OA OA OA 120 km 120 km OC-48 OC-48 OC-48 OC-48 OC-48 OC-48 OC-48 Hệ thống 10 Gbps DWDM 1 đôi sợi 4 Khuếch đại quang Tại sao sử dụng DWDM TERM 4 đôi sợi 32 Bộ lặp 40km 40km 40km 40km 40km 40km 40km 40km Các động lực về kinh tế thúc đẩy WDM Sợi đi ngầm/dưới biển Sợi hiện có Đào đường Tốn thời gian, nhân công và phải được quyền $15,000 to $90,000 /Km Các bộ lặp 3R Tốn khoảng không, năng lượng … Re-shape, re-time and re-amplify Tính trong suốt Có thể mạng nhiều giao thức trên cùng một sợi quang Giám sát có thể nhận biết đuợc đa giao thức Khoảng cách bước sóng 50GHz, 100GHz, 200GHz Xác định bao nhiêu và bao nhiêu bước sóng và bước sóng nào có thể được sử dụng. Dung lượng mỗi bước sóng Ví dụ: 1.25Gb/s, 2.5Gb/s, 10Gb/s 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Các tính chất của mạng WDM Các băng sóng truyền dẫn quang Lưới bước sóng của ITU ITU-T l grid is based on 191.7 THz + 100 GHz It is a standard for laser in DWDM systems l 1530.33 nm 1553.86 nm 0.80 nm  195.9 THz 193.0 THz 100 GHz Wavelength in Nanometers (nm) 0.2 dB/Km 0.5 dB/Km 2.0 dB/Km Suy hao phụ thuộc vào bước sóng S-Band:1460–1530nm Tính chất suy hao của sợi quang Fibre Attenuation Curve Có khả năng mang nhiều dịch vụ trên một bước sóng Tính chất của mạng WDM (tiếp) Nội dung Giới thiệu Các thành phần hệ thống Thiết kế WDM Tóm tắt Optical Multiplexer Optical De-multiplexer Transponder Các thành phần của hệ thống DWDM l1 l2 l3 l1 l2 l3 850/1310 15xx l1 l2 l3 l1...n l1...n Optical Amplifier (EDFA) Optical Attenuator Variable Optical Attenuator Dispersion Compensator (DCM / DCU) Các thành phần của hệ thống DWDM(tiếp) VOA EDFA DCM VOA EDFA DCM Service Mux (Muxponder) Service Mux (Muxponder) DWDM SYSTEM DWDM SYSTEM Cấu trúc mạng DWDM điển hình Bộ chuyển đổi bước sóng Chuyển các tín hiệu quang băng rộng sang một bước sóng xác định thông qua biến đổi (O-E-O) Được dùng khi đầu cuối quang LTE (Line Termination Equipment) không có bước sóng trùng với lưới WDM. Thực hiện các chức ăng tái tạo 2R hoặc 3R Các bộ chuyển đổi đầu thu thực hiện chức năng ngược lại Low Cost IR/SR Optics Wavelengths Converted l1 From Optical OLTE To DWDM Mux Giám sát hoạt động Giám sát hoạt động được thực hiện trên mỗi bước sóng đi qua transponder Không cần thay đổi mào đầu Tính trong suốt đối với dữ liệu được đảm bảo Các tính chất của Laser DWDM Laser Distributed Feedback (DFB) Non DWDM Laser Fabry Perot Độ rộng phổ lớn Các bước sóng đỉnh/trung tâm không ổ định Một vạch laser chiếm ưu thế Điều khiển bước sóng chặt hơn Yêu cầu bộ thu DWDM Bộ thu chung cho tất cả các Transponder Không riêng biệt đối với bước sóng (Broadband) I Khuếch đại quang Pout = GPin Pin EDFA amplifiers Bé khuÕch ®¹i cho C-band and L-band riªng Nguån t¹p ©m quang §¬n gi¶n G OA Gain Typical Fiber Loss 4 THz 25 THz Độ khuếch đại và suy hao sợi §é khuÕch ®¹i quang cã t©m trong cöa sæ1550 §é réng b¨ng khuÕch ®¹i quang bÐ h¬n ®é réng b¨ng cña sîi quang Erbium Doped Fiber Amplifier Bé khuÕch ®¹i quang sîi pha t¹p Erbium gåm 4 phÇn: Sîi quang pha t¹p Erbium B¬m quang (§Ó ®¶o h¹t t¶i). Bé ghÐp Bé c¸ch ly ®Ó lo¹i bá t¹p ©m truyÒn trë vÒ Isolator Coupler Isolator Coupler Erbium-Doped Fiber (10–50m) Pump Laser Pump Laser Optical Signal-to Noise Ratio (OSNR) Depends on : Optical Amplifier Noise Figure: (OSNR)in = (OSNR)outNF Target : Large Value for X Signal Level Noise Level X dB Loss Management: LimitationsErbium Doped Fiber Amplifier Each amplifier adds noise, thus the optical SNR decreases gradually along the chain; we can have only have a finite number of amplifiers and spans and eventually electrical regeneration will be necessary Gain flatness is another key parameter mainly for long amplifier chains Each EDFA at the Output Cuts at Least in a Half (3dB) the OSNR Received at the Input Noise Figure > 3 dB Typically between 4 and 6 Các thành phần của hệ thống WDM Khuếch đại quang Tx Rx Power/Booster Amplifier In-line Amplifier In-line Amplifier Pre- Amplifier Booster: - Amplifies individual l’s prior to being multiplexed - For compensation component loss (In)Line: - Amplifies aggregated l’s within the span - For longer transmission Pre: - Amplifies aggregated l’s prior to being demultiplexed - For compensation fiber loss l1,l2,l3,...ln l2 l1, ,l3,...ln Dielectric Filter C«ng nghÖ läc quang Multiplexer / Demultiplexer Wavelengths Converted via Transponders Wavelength Multiplexed Signals DWDMMux DWDMDemux Wavelength Multiplexed Signals Wavelengths separated into individual ITU Specific lambdas Loss of power for each Lambda Optical Multiplexer Optical Demultiplexer Optical Add/Drop Filters (OADMs) OADMs allow flexible add/drop of channels Pass Through loss and Add/Drop loss Nội dung Giới thiệu Các thành phần hệ thống Thiết kế WDM Tóm tắt Các chủ đề thiết kế DWDM Các thách thức, trở ngại Đơn hướng và song hướng Dung lượng Khoảng cách Các hiệu ứng truyền dẫn Suy hao: Giảm mức công suất theo khoảng cách Tán sắc và các hiệu ứng phi tuyến: Ảnh hưởng theo tốc độ và khoảng cách Noise and Jitter: Dẫn tới mờ hình ảnh (biểu đồ hình mắt) OA Giải pháp cho suy hao Suy hao Khuếch đại quang Giải pháp cho tán sắc Length Dispersion +D -D Dispersion Bù răng cưa Total dispersion averages to ~ zero Fiber spool Fiber spool DCU DCU DWDM một hướng và hai hướng Hệ thống DWDM có thể được triển khai theo hai cách: Một hướng: Các bước sóng trên một hướng truyền trên một sợi Cần hai sợi cho thông tin hai hướng Hai hướng: Một nhóm bước sóng cho một hướng Cần một sợi cho thông tin hai hướng Hệ thống đơn hướng 32 kênh 32 ch full duplex 16 ch full duplex DWDM một hướng và hai hướng Hệ thống hai hướng 32 kênh Lợi ích của DWDM DWDM có thể cung cấp dung lượng truyền dẫn lên tới hàng trăm, nghìn Gbps Cung cấp dung lượng truyền dẫn vượt ngoài khả năng của TDM Hỗ trợ sự phát triển từ từ có tính modul Cơ sở truyền dẫn cho mạng thế hệ sau ITU-T G.692 DWDM 43 wavelength channels 1,530-1565 nm spacing 100GHz each carrying OC-192 at 10 Gbps ~ 400 Gbps per fibre ~ 80 km without amplification Aggregate Bandwidth 1000 wavelength channels separated by 50 GHz 40 Gbps per wavelength 40 Tbps per fibre 432 fibres per cable 8000 Tbps (@ 50% utilization)