Đồ án Chuyển đổi mạng quang Hà Nội từ mạng PDH sang mạng SDH

ết bị còn dùng đèn điện tử. Chúng có nhược điểm là kích thước lớn, cần điện áp cung cấp lớn hằng trăm vôn và hiệu suất lượng từ hoá rất thấp ở các bước sóng dài. Hiệu ứng quang nội là quá trình tạo ra các phân tử mạng điện trong chất rắn, cụ thể là tạo ra các cặp điện tử - lỗ trống trong bán dẫn, khi có tác động của các lượng tử ánh sáng. Các linh kiện loại này bao gồm điển trở quang, phô to diode, transistor quang và thysistor quang. Các linh kiện này phù hợp cho sử dụng trong các hệ thống thông tin hiện đại, vì phù hợp với công nghệ vi điện tử. Trong các hệ thống thông tin quang hiện nay chỉ sử dụng hại loại diode quang phổ biến là diode PIN và diode quang thác APD. Cả hai đều sử dụng hiệu ứng quang nội xảy ra ở vùng lân cận lớp tiếp giáp P - N. Trong các phần tiếp theo cũng chỉ chú trọng tìm hiểu vào hai loại diode này. Quá trình biến đổi quang điện ngược lại với quá trình trong diode LED và LD. Mở LED và LD do ảnh hưởng của điện áp thuận dặt vào mà các cặp điện tử và lỗ trống tái hợp với nhau để bức xạ ra các photon. Lớp tiếp giáp P - N cảu diode thu quang có đặt một điện áp phân cực ngược để tạo ra trường dịch chuyển các phân tử tải điện thiểu số sẽ được sinh ra, sao cho khi chưa có tác dụng của ánh sáng vào thì trong diode thu chưa có dòng điện, chỉ có thể xuất hiện một dòng tối hoặc một dòng rò rất nhỏ, bởi vì diode hoàn toàn bị khoá. Khi cho ánh sáng tác động vào, năng lượng h.f của các photon được trao cho các điện tử để nâng điện tử dải khoá lên dải dẫn. Ed dài dần Ef mức fecmi Eh dải hoá E E P h.f n h.f Hình 4.14: Nguyên tắc tạo các cặp điện tử – lỗ trống ở tiếp giáp P - N Tại chính tiếp giáp P - N sinh ra một miền điện tích không gian do chính điện áp phân cực ngược đặt vào và ở đó có một điện trường. Các điện tử - lỗ trống mới sinh ra ở lân cận vùng điện tích không gian này là các phần tử thiểu số. Do tác động của điện trường vùng điện tích không gian các điện tử thiểu số từ miền P được dịch chuyển qua vùng này sang miền N và các lỗ trống thiểu số từ miền N trôi sang miền P, như thế trên mạch ngoài có một dòng điện chảy qua gọi là dòng quang điện. Tần số và cường độ của dòng này hoàn toàn do tần số và cường độ của ánh sáng kích thích quyết định . Độ rộng của miền điện tích không gian và tốc độ trôi của các phần tử mang dòng thiểu số quyết định thời gian trôi của chúng, do đó cần lưu ý khi sử dụng để truyền với tốc độ cao, vì lúc đó các xung ánh sáng rất hẹp 4.4.2. Phân loại và những thông số cơ bản a. Các yêu cầu cơ bản. Các diode quang hoạt động gắn liền với mạch khuyếch đại thu. Các máy thu phải thoã mãn các yêu cầu cao về chất lượng truyền dẫn, do đó các diode quang cũng phải có nhiều đặc tính tốt. Chúng phải thõa mãn các yêu cầu sau : Có hiệu suất lượng tử hoá cao. Hiệu suất được định nghĩa là Có thời gian tăng nhỏ Điện dung tiếp giáp nhỏ. Dòng tối ( dòng ngược) nhỏ. Tạp âm nội nhỏ. Có độ nhạy lớn. Độ nhạy phổ của diode quang có nhiều cách định nghĩa, trong đó có một định nghĩa đơn giản, đó là tỉ số của dòng quang điện sinh ra và công suất ánh sáng đưa vào : b. Phân loại Trong kỹ thuật thông tin quang hiện nay sử dụng hai loại cấu trúc diode quang cơ bản là diode PIN và diode quang thác APD. Nguyên lý chung của chúng về cơ bản giống nhau ở chỗ ánh sáng đưa vào miền tiếp giáp P _N được phân cực ngược, tạo ra trong đó các cặp điện tử - lỗ trống để dịch chuyển nhờ điện trường ngoài, tạo thành dòng quang điện. Diode APD còn có khả năng khuyếch đại dòng quang điện nhờ hiện tượng ion hoá do va chạm, do đó tăng được độ nhạy. * Diode PIN Diode PIN có cấu tạo và nguyên lý như hình vẽ sau : Ed Eh N+ Điện cực Miền trôi Rt U I d P+ Điện cực vòng ánh sáng Lớp chống phản xạ SiO2 a) b) Hình 4.15: Cấu tạo diode quang PIN (a) và phân bố dải năng lượng (b) Trong ba lớp bán dẫn P - I - N của diode PIN thì lớp bán dẫn I là lớp bán dẫn không pha tạp chất hoặc rất ít. Quá trình hấp thụ photon để tách ra các tia điện tử và lỗ trống xảy ra trong lớp 1. Bề dày lớp P phụ thuộc vào khả năng xâm nhập của ánh sáng vào bán dẫn. Khi bước sóng ánh sáng tăng thì khả năng đi qua chất bán dẫn tăng. * Diode quang thác APD. Để tăng độ nhạy của diode quang, người ta có thể ứng dụng hiệu ứng giống như hiệu ứng nhân điện từ trong các bộ phận nhân quang điện. Cấu tạo của diode quang sẽ có dạng đặc biệt, đó là diode quang thác như hình 4.16 sau Về cơ bản cấu tạo của APD giống của PIN, lớp I của PIN được thay thế bằng một lớp bán dẫn P dẫn yếu là Sp. Hai lớp còn lại vẫn là bán dẫn, dẫn tốt P+ và N+. Miền Sp tạo thành miền trôi, và là nơi sinh ra các cặp điện từ - lỗ trống. p+ N N+ SP Điện cực N Rt ánh sáng Điện cực vòng Vùng thác U a) b) Hình 4.16: Cấu tạo của diode APD (a) và sự phân bố cường độ điện trường Khi có ánh sáng đập vào miền dẫn thì năng lượng từ ánh sáng sẽ được truyền vào các điện tử làm cho điện tử trở thành điện tử tự do và nó được gia tốc bởi điện thế phân cực. Các điện tử được gia tốc sẽ nhập vào các điện tử và làm cho các điện tử đó trở thành điện tử tự do và cứ lặp đi lặp lại trở thành dòng thác lũ điện tử. Vậy trong APD dòng quang điện được nhân lên m lần. Dòng quang điện do APD tạo nên sẽ là Iph = S.M.Popt APD có hệ số khuyếch đại tuỳ thuộc vào vật liệu. * So sánh APD và PIN Độ nhạy : APD có độ nhạy cao hơn PIN. Độ nhạy của APD lớn hơn PIN từ 5 á 15dB (hình 4.17). Tuy nhiên do diode PIN có tạp âm rất nhỏ nên người ta làm thêm trong transitor trường nửa là PIN - FET, lúc này thì PIN sẽ có độ nhạy cao gần bằng APD. ADP Tốc độ bit (Mbit/s) PIN 10 100 1000 1 -70 -60 -50 -40 -30 Độ nhạy (dB) Hình 4.17: Độ nhậy của PIN và APD Thời gian đáp ứng : APD có thời gian đáp ứng nhanh hơn PIN do đó dải thông của APD rộng hơn nhiều. Đáp ứng định nhiệt : PIN có độ ổn định nhiệt cao hơn APD. Dòng tối : Của APD cao hơn so với PIN. Giá thành : APD cao hơn khoảng 5 á 10 so với PIN. Chương 5 Hệ thống quang dẫn quang Digital 5.1.Đặc trưng kỹ thuật cơ bản: Chương này nhằm giới thiệu tổng quát về hệ thống truyền dẫn quang digital đang được sử dụng phổ biến hiện nay trên mạng viễn thông toàn thế giới, đó là các hệ thống truyền dẫn quang thu trực tiếp, ghép kênh thời gian rín hiệu điện nhờ kỹ thuật điều xung mã PCM. Các hệ thống được xem xét là các hệ thống băng rộng, với tốc độ truyền dẫn từ 32 Mbit/s hoặc 34 Mbit/s trở lên. 5.1.1. Phần tín hiệu điện: Các thông tin cần truyền như tiếng nói, tín hiệu truyền thanh, truyền hình, truyền số.. đều được sử lý thành tín hiệu digital và ghép với nhau thành chùm tín hiệu tốc độ cao nhờ kỹ thuật PCM. Hiện tại có hai hệ thống ghép kênh PCM cơ bản là PCM - 30 với tốc độ cơ sở là 2,048 Mbit/s và PCM - 24 với tốc độ 1,544Mbit/s. Các hệ thống này đều là ghép kện truyền dẫn không đồng bộ. Khi ghép các luồng tốc độ nhỏ để có luồng tốc độ cao hơn cần phải phối hợp tốc độ các luồng bằng cách đưa các bit chèn và bit báo chèn bổ xung. Các hệ thống truyền dẫn digital được sử dụng ở VN đều là loại xây dựng theo ghép kện cơ sở PCM - 30 của Châu âu, trog đó kênh thoại được truyền với tốc độ 64 Kbit/s dưới dạng digital. Tín hiệu truyền thanh chất lượng cao được truyền dẫn với tốc độ 384 Kbit/s tương đương với 6 kênh thoại. Còn tín hiệu truyền hình màu được truyền với tốc độ 34 Kbit/s nhờ kỹ thuật DPCM (điều xung mã vi phân). 5.1.2. Phần truyền dẫn quang: Sử dụng nguyên lý điều biến quang trực tiếp ở đầu thu và giải điều trực tiếp ở đầu thu sau khi các tín hiệu điện đã được số hoá. Điều đó có nghĩa là thực hiện điều biến quang. Cũng như trong thông tin điện, quá trình điều biến một nguồn quang la làm thay đổi luồng bức xạ theo thời gian nhờ một tín hiệu điện, thường là tín hiệu có ích. Như thế luồng bức xạ quang là một tải tin. Trong thông tin điện thế tín hiệu tin tức điều khiển biên độ hoặc tần số hoặc pha của tải tin, còn trong thông tin quang thì hiệu tin tức điều khiển cường độ hoặc điều biến pha. Các phần tử đều truyền dẫn bằng rộng và người ta cần có cự ly khoảng lặp lớn nên các phần tử của hệ thống đều được chọn cẩn thận: Sợi quang là sợi đơn mode, làm việc ở bước sóng là 1,3mm hoặc 1,55mm với tán xạ dịch chuyển. Diode phát quang là diode laser đơn mode. Diode thu và máy thu là diode APD, PIN với bộ khuyếch đại tạp âm bé, hoặc tổ hợp PIN- MESFET. Có tạp âm bé và độ nhạy lớn. 5.1.3. Yêu cầu truyền dẫn: Theo sơ đồ khối tổng quát tổ chức hệ thống truyền dẫn như trên hình 1. Về phía thiết bị ghép kênh (điện) ở các đầu cuối cần có các mạch giao tiếp (Interface) chuẩn, đảm bảo truyền luông tín hiệu đigital không bị hạn chế, không phụ thuộc vào nội dung chuỗi xung. Tổ chức CCITT đã có khuyếch nghị cho các điểm giao tiếp theo tốc độ luồng bit theo tiêu chuẩn của tổ chức CEPT. Chuỗi tín hiệu cần dịch chuyển đổi theo mã đường dây phù hợp để có phổ đồng đều, đảm bảo tái sinh tín hiệu không có lỗi và tái sinh nhịp chính xác. Sự suy giảm chất lượng truyền dẫn, nhưng phải đảm bảo tỷ lệ lỗi bit BER là 10-9, 10-10 hoặc 10-11 trên mỗi khoảng lặp. Như thế đối với cáp quang cần có dự trữ cho lắp đặt và hàn nối. Trong quá trình hoạt động cần phải luôn giám sát tình trạng và cho cảnh báo chính xác. Nếu cáp có sự cố bị hỏng thỉ phải cắt mạch laser để an toàn cho con người. 5.2. Cấu trúc thiết bị: Nhiệm vụ chủ yếu của thiết bị truyền dẫn quang, không xét đến phần thiết bị ghép kênh, là truyền đưa tín hiệu điện một cách chính xác dưới dạng tín hiệu quang, sao cho ở đầu thu tín hiệu có dạng đúng như tín hiệu phát. Các xung bị dãn rộng vì suy hao và tán xạ của tuyến truyền quang cần phải được tái sinh về dạng ban đầu. Vì vậy, trên tuyến truyền dẫn phải có các thiết bị đầu cuối và các thiết bị trạm lặp như hình 5.1 P T P T P T P T P T P T P T P T Trạm đầu cuối A Cáp quang Cáp quang Cáp quang Cáp quang Cáp quang Trạm lặp Trạm đầu cuối xen, rẽ kênh C Trạm lặp Trạm đầu cuối B Hình 5.1: Sơ đồ tuyến thông tin quang 5.2.1. Thiết bị trạm đầu cuối. Trên hình 5.2 giới thiệu các khối chức năng của thiết bị trạm đầu cuối. Tại đầu vào F2 - a phía ghép kênh có một chuỗi xung tín hiệu điện đưa đến. Tín hiệu này là một dạng mã truyền dẫn theo khuyến nghị của CCITT có thể có nhiều trạng thái, chẳng hạn như + L, 0, - L. Thiết bị này sẽ đổi mã CCITT thành tín hiệu như phân có hai trạng thái phù hợp với truyền dẫn bằng ánh sáng, nhưng vẫn giữ nguyên tốc độ bit luồng bit được đưa qua bộ ngẫu nhiên hoá SCR nó xáo trộn các xung một cách ngẫu nhiên, nhưng lại có qui ước để thu xung có thể hoàn trả trở lại trật tự cũ để tín hiệu có phổ phân bố đồng đều hơn gần với phổ tín hiệu điều hoà và do đó phù hợp với môi trường truyền dẫn. Sau đó chuỗi xung đưa đến bộ mã hoá coder để tạo mã đường dây phù hợp rồi đưa vào kích thích diode laser phát ra chuỗi xung quang đưa vào sợi quang. Sửa dạng Đổi mã B/U Ngẫu nhiên hoá Mã hoá Kích thich E/O O/E Chuyển đổi nhịp Tách nhịp Điều chỉnh công suất laser Giám sát Tái tạo nhịp Nghiệp vụ Chuyển đổi nhịp Giải ngẫu nhiên hoá Đổi mã U/B Giải mã Phục hồi Khuyếch đại E/O AGC Decoder SCRAMBLER Ghép kênh F2 Sợi quang F1 CODER Hình 5.2: Sơ đồ khối một trạm lặp đầu cuối quang ở hướng thu, tín hiệu quang từ sợi quang vào đầu F1 - b được diode quang chuyển đổi thành tín hiệu điện. Sau khi được khuyếch đại tín hiệu được tái sinh biên độ và thời gian rồi đưa vào bộ giải mã và bộ giải ngẫu nhiên để lấy lại chuỗi tín hiệu đúng như ở đầu phát để cung cấp ra mạch Interface vào ghép kênh F2 - b. 5.2.2. Thiết bị trạm lắp. Trên hình 5.3 sau là sơ đồ một trạm lắp. Các khối chức năng thu phát của nó giống như trạm đầu cuối. Các bộ ngẫu nhiên hoá, giải ngẫu nhiên mã hoá và giải không cần có, vì trạm này không cần lấy thông tin ra. Tại đây có chức năng giám sát mã truyền dẫn để đảm bảo chất lượng truyền dẫn. Hình 5.3: Các khối chức năng 5.3.Các khối chức năng. a. Diode laser phát: Thường tên hệ thống truyền dẫn cự li xa phải dùng diode laser, vì sợi quang phải là sợi đơn mode, chỉ có thể mới đảm bảo tốc độ bit lớn và khoảng lặp lớn. Bởi vì đặc tuyến bức xạ của laser phụ thuộc vào từng mẫu chế tạo và vào nhiệt độ nên cần phải có mạch điều chỉnh biên độ ( cường độ) bức xạ và đảm bảo bước sóng ra không thay đổi. Chức năng này như đã trình bày ở chương trước, do mạch điều khiển và một diode quang giám sát thực hiện cùng với một bộ phận ổn nhiệt. b.Mạch thu quang: Gồm một modul thu, là diode quang và bộ tiền khuyếch đại và một bộ khuyếch đại chính. ở dải bước sóng dài hiện nay thì diode quang silic không được chọn sử dụng mà là diode Ge - APD hoặc diode PIN loại III - V hoặc tổ hợp PIN - MESFET với tốc độ bit 150 Mbit/s thì độ nhậy máy thu có thể đạt ( -42á -45) dBm với BER = 10-10. Mức thu lớn nhất cho phép với độ nhậy lớn nhất là khoảng - 20dB. Với tuyến truyền ngắn nhất hoặc sợi quang có suy hao bé thì phải dùng thêm bộ suy hao quang. c. Bộ khuyếch đại chính: Nhiệm vụ của nó là khuyếch đại tín hiệu điện yếu của dòng quang điện dến một giá trị xác định. Mạch có mạch điều chỉnh biên độ. Các tín hiệu dịch vụ được phát đi dưới dạng điều biên được tách ra ở đây. d. Bộ tái sinh tín hiệu: Tái tạo lại tín hiệu bị méo do suy hao và tán xạ sợi quang. Mạch gồm một bộ quyết định biên độ và quyết định thời gian để quyết định việc tái sinh biên độ và tái sinh thời gian. Để tái sinh thời gian cần có tấn số nhịp từ tín hiệu đến. Nhịp được tách ra sử dụng cho cả phần thiết bị ghép kênh. Các mạch tách nhịp thường là các bộ tạo sóng L - C hoặc thạch anh chất lượng cao. Có thể sử dụng mạch vòng khoá pha PLL, đó là một điều chỉnh theo pha là mộ bộ dao động có tần số và pha được đồng bộ với tín hiệu vào mạch này thực chất là một bộ dao động điều khiển điện áp VCO ( Voltage contrrolled oscillator) và một bộ tách sóng pha có nhiệm vụ so sánh dịch pha giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra của VCO. Mạch điều chỉnh sẽ khắc phục sự chênh lệch của tần số pha. 5.2.4. Mã trong thông tin quang. Chuỗi tín hiệu điện PCM có dạng phù hợp với môi trường truyền dẫn điện đã được CCITT quy định. Thông dụng hiện nay thường là mã HDB - 3 là mã có mật độ cao có không quá ba bit "0" ( Hight Density Bipolar ) có ba trạng thái 0, +1 và -1. Mã này không thể truyền trực tiếp trên sợi quang được. Để phù hợp với trạng thái có và không có ánh sáng thì tốt nhất là phải dunga mã nhị phân. Do đó cần thực hiện đổi mã theo xu thế sau : Hệ thống có dung lượng nhỏ, tốc độ là 2 hoặc 8 Mbit/s thì cần áp dụng phương pháp đổi mã đơn giản, rẻ tiền và có thể băng tần truyền dẫn bị rộng ra nhưng cũng chưa ảnh hưởng. Một phương pháp đơn giản là đổi mã 1B/2B, tức là chuyển một bit thành hai bit 01 hoặc 10. Hệ thống có dung lượng lớn, tốc độ bit từ 34 Mbit/s trở lên thic cần thực hiện đổi mã phức tạp trách làm tăng độ rộng băng truyền dẫn. Một phương pháp đơn giản là đổi mã HDB - 3 sang mã đảo cực CMI ( Code Mark Ivension ) theo quy tắc là một dấu hiệu mã HDB - 3 được đổi thành một dấu hiệu của mã CMI như sau : Dấu hiệu nhị phân 0 1 Dấu hiệu mã HDB3 0 +1 hoặc - 1 Dấu hiệu mã CMI 0L 11,00 Tuy nhiên cả hai cách trên đều làm tăng gấp đôi độ rộng băng truyền dẫn. a. Mã HDB - 3 ( Hight Dentry Binary with maximum of conseccutive zerros ) là mã nhị phân mật độ cao có cực đại 3 số 0 liên tiếp thuật toán này để một tín hiệu nhị phân thành tín hiệu HDB -3 phụ thuộc vào các quy tắc sau đây . * Dãy 3 số "0" trở xuống tín hiệu nhị phân vẫn giữ nguyên trong tín hiệu HDB - 3. * Thay thế tổ hợp 4 bit "0" bằng tổ hợp 000V nếu số bít B giữa 2 V là lẻ còn thay thế bằng tổ hợp BOOOV nếu số B giữa 2V là chẵn. Trong đó : B là bít nhị phân tuân theo luật đảo dấu. V là bit phạm luật đảo dấu. Hình 5.4: Kiểu mã HDB - 3 b. Mã CMI ( Code Mark Invension) Đây là kiểu phương pháp mã số có 2 mức, cũng như trong trường hợp phương pháp mã số lưỡng cực, mã số NRZ ( Non Return Zerro) được chuyển đổi luân phiên. Không được mã số thành các sóng vuông "- +" hoặc "-+" có pha riêng tại điểm trung tâm của 1 bit. Tương ứng, năng lượng một chiều không tồn tại và trạng thái tín hiệu thay đổi nhiều. Vì vậy, nó có hiệu ứng định thời gian tốt hơn so với NRZ. ITU - T đã đề xuất mã số này như một giao diện chuẩn cho các liên lạc ghép kênh của hệ thống CEPT4. Hình 5.5: Mã CMI c. Mã, đổi mã trong thông tin quang. Ta thấy thông tin truyền quang trong sợi quang phải qua hai lần đổi mã. Thứ nhất từ mã tín hiệu điện, thường là mã nhị cựu có ba trạng thái +1, 0,-1 ( HDB - 3) người ta đổi sang mã nhị phân (0,1). Sau đó lại đổi mã nhị phân thành mã mới để tránh sự lặp lại cả các chuỗi bít "0" và "1" liên tiếp, thường là mã 5B/6B. Người ta phải đổi từ mã nhị phân sang mã 5B/6B vì mã nhị phân sau khi vào bộ ngẫu nhiên hoá trộn chuỗi xung một cách ngẫu nhiên theo quy luật nhất định để tránh sự lặp lại một chuỗi dài các bit " 0"và "1" giống nhau những vẫn không thể loại trừ hầu hết các chuỗi "0" và "1" do tính ngẫu nhiên của nó. Vì vậy là tốt nhất là sử dụng thêm bộ mã hoá để đổi mã một lần nữa cho nên người ta sử dụng loại mã tương đối đơn giản là 5B/6B trong đó một mã từ 5 bit được thay bằng từ mã 6 bit. Theo khả năng lựa chọn, tuỳ theo nhu cầu các hãng có quy tắc đổi mã 5B/6B riêng của họ. Bảng 5.1. là quy tắc đổi mã của hãng sản xuất Maconi. Bảng 5.2. là bảng đổi mã của hệ thống truyền dẫn được sử dụng cho tổng đài E - 10B Hà Nội của hãng sản xuất ACATEL - CIT. Từ mã 5B Bảng 6B + - 00000 00001 00010 00011 00100 00101 00110 00111 01000 01001 01010 01011 01100 01101 01110 01111 10000 10001 10010 10011 10100 10101 10110 10111 11000 11001 11010 11011 11100 11101 11110 11111 110010+ 110011- 110110- 100011- 110101+ 100101- 100110+ 100111+ 101011- 101001- 101010+ 001011+ 101100+ 101101+ 101110- 001110- 110001+ 111001+ 111010- 010011- 110100+ 010101+ 010110+ 010111+ 111000- 011001+ 011010+ 011011+ 011100+ 011101- 011110- 001101+ 110010- 100001+ 100010+ 100011- 100100+ 100101- 100110- 000111- 101000+ 101001- 101010- 001011- 101100- 000101+ 000110+ 001110- 110001- 010001+ 010010- 010011- 110100- 010101- 010110- 010100+ 011000+ 011001- 011010- 001010+ 011100- 001001- 001100+ 001101- Bảng 5.1: Quy tắc đổi mã 5B/6B của Maconi Từ mã 5B 6B bảng 1 6B bảng 2 00000 00001 00010 00011 00100 00101 00110 00111 01000 01001 01010 01011 01100 01101 01110 01111 10000 10001 10010 10011 10100 10101 10110 10111 11000 11001 11010 11011 11100 11101 11110 11111 010101 000101 010001 010011 100100 100101 110001 100001 001100 001101 011001 001001 101100 000111 101000 101001 010100 010110 110010 010010 100110 000110 100100 100011 011100 001011 011000 011010 100010 001110 101010 001010 010101 010111 111000 010011 110101 100101 110001 110011 011101 001101 011001 011011 101100 101101 111001 101001 110110 010110 110010 011110 100110 100111 110100 100011 011100 001011 111010 011010 101110 001110 101010 101011 Bảng 5.2: Bảng đổi mã 5B/6B ALCATEL - CIT Vì một từ mã có 5 bit được thay thế bằng 6 bit nên số tổ hợp mã 6 bit tăng gấp đôi số tổ hợp 5 bit cho nên có nhiều tổ hợp mã để lựa chọn chứa ít phần tử "0" và "1" liên tiếp. Theo cách này tốc độ sẽ tăng lên 20%. Nếu tốc độ truyền là 34Mbit/s thì sẽ tăng lên sau khi đổi mã 5B/6B là 41,24Mbit/s còn tốc độ 140Mbit/s sẽ tăng lên 168Mbit/s. Nếu tổ hợp 5 bit sẽ có 25 = 32 từ mã chứa các bit "0" và "1". Người ta sẽ loại đi các tổ hợp bất lợi chứa một chuỗi "0" và "1" liên tiếp. Các tổ hợp 6 bit được dùng có số bit "1" và "0" chênh lệch không quá 2, bao gồm các tổ hợp chứa 3 bit "0" + 3 bit "1" hoặc 4 btit "1" + 2 bit "0". Khi độ chênh lệch bằng 2 thì nhóm bit kế tiếp tục được tra ở cột khác. Các tổ hợp tương ứng mã 5B/6B sẽ được ghi vào trong ROM để dễ tìm. Phần II ứng dụng công nghệ thông tin quang vào mạng Hà nội Chương 1 Cấu hình mạng quang hà nội I. Mạng vòng ring. 1.1. Mạng Với sự phát triển không ngừng cảu các ngành khoa học nói chung và ngành viễn thông nói riêng, người cảm thấy như thế giới thu hẹp lại. Chúng ta có thể liên lạc sang các nước khác một cách dễ dàng. Công việc đó là nhờ vào sự phát triển của mạng viễn thông. Ngày nay có rất nhiều các dịch vụ viễn thông như mạng telex, mạng số liệu công cộng, mạng chuyển mạch gói,... Mỗi mạng có những cấu trúc và đặc tính riêng. 1.2. Mạng vòng Ring SDH. Hiện này hầu hết mạng quang Hà Nội đều sử dụng công nghệ truyền dẫn SDH. Các tuyến trung kế 34 Mbit/s PDH tại Hà Nội đã được thay thế bằng hệ thống thông tin quang 155Mbit/s SDH và thiết lập một số mạng Ring 622 Mbit/s và kết nối vòng Ring 2,5 Gbit/s giữa các HOST. Kỹ thuật SDH cho phép toạ nên rất nhiều cấu hình mạng phức tạp, tuy vậy chúng đều dựa trên một số cấu trúc cơ bản sau. a. Cấu trúc điểm tới điểm ( Point to Point). Cấu trúc này được sử dụng như đối với kỹ thuật PDH thường việc lựa chọn cấu trúc này sẽ có hiệu quả đối với tuyến có dung lượng cao vì cấu trúc này chủ yếu để ghép nhiều luồng nhánh vào luồng có tốc độ cao. Hình 1.1: Cấu trúc điểm tới điểm b. Cấu trúc xen rẽ kênh. Nếu xét về mặt trao đổi thông tin giữa hai điểm bất kỳ của cấu trúc này thì nó cũng tương tự như cấu trúc điểm - điểm. Tức là nó cũng dùng để ghép nhiều luồng tín hiệu nhánh vào luồng có tốc độ cao hơn. Điểm khác biệt duy nhất là từ bộ xen rẽ kênh này có thể có tất cả các bộ xen rẽ kênh còn lại. Hình 1.2: Cấu trúc xen rẽ kênh c. Cấu hình mạng Ring Đối với các mạng có độ tin cậy cao, thông tin không được phép gián đoạn thì người ta sử dụng mạng Ring. Cấu trúc này có ưu điểm là cho phép ta chọn hướng lưu thoại trong trường hợp bị đứt sợi quang hoặc có sự cố thiết bị, do đó luôn đảm bảo lưu thông tuyến. Hình 1.3: Cấu trúc mạch vòng 1.3. Chế độ bảo vệ Vấn đề bảo vệ an toàn là yêu cầu quan trọng bậc nhất đối với các heth truyền dẫn. Tức là phải đảm bảo tính liên tục của thông tin, làm cho thông tin không bị gián đoạn khi sự cố xảy ra trên hệ thống truyền dẫn. Các sự cố xảy ra trên mạng thường được chia ra làm hai loại là sự cố thiết bị truyền dẫn và sự cố tuyến truyền dẫn. Để bảo vệ trong trường hợp sự cố xảy ra với thiết bị ta thường dùng thêm các thiết bị dự phòng. Còn đối với các sự cố đối với tuyến truyền dẫn ta cũng phải có các tuyến truyền dẫn dự phòng. Trong hệ thống truyền dẫn SDH ta cũng dùng phương pháp dự phòng thiết bị và tuyến truyền dẫn như vậy. Tuy nhiên công nghệ SDH cho phép tạo nên cấu hình mạng vòng mà công nghệ truyền dẫn trước đó không tạo nên được. Mạng vòng Ring có thể chia ra làm hai kiểu là mạng vòng một hướng và mạng vòng hai hướng. Đồng thời trong mỗi kiểu ta có thể lựa chọn bảo vệ hướng theo đường truyền( Path Protection) hoặc theo đoạn ( Section Protection). Dưới đây ta sẽ lần lượt xem xét các trường hợp. a. Mạng Ring một hướng. Hình 1.4: Mạng vòng một hướng Trong sơ đồ này tín hiệu đi từ A đến C theo hướng A à B à C. Còn tín hiệu đi từ C đến A theo các đường cáp khác theo hai hướng Cà D àEàA. b. Mạng Ring hai hướng. Mạng Ring hai hướng được mô tả trên hình 1.5. Trong sơ đồ này tín hiệu đi từ A đến theo đường CàBàA theo một cáp khác. Hình 1.5: Mạng vòng hai hướng c. Bảo vệ đường truyền ( Path Protection) Kiểu này được thực hiện bằng cách sắp xếp các luồng dự phòng cho hai điểm bất kỳ. Mỗi một luồng tín hiệu công tác ở mức tín hiệu nhánh đều được dự phòng bởi tín hiệu nhánh tương ứng theo chiều ngược lại và được mô tả ở hình 1.6. Tín hiệu đi từ A đến C theo hướng A à B àC còn tín hiệu đi từ C đến A theo hướng C àDà E àA. Khi có sự cố trên đường truyền( ví dụ BC0 thì tín hiệu từ C đến A vẫn được giữ nguyên, còn tín hiệu từ A đến C sẽ đi theo tuyến A à E à D à C. Hình 1.6: Bảo vệ đường truyền d. Kiểu bảo vệ theo đoạn ( Section protection) Việc bảo vệ trong phương pháp này chỉ được thực hiện trên phần đoạn có sự cố và khi chuyển sang luồng dự phòng thì toàn bộ luồng tín hiệu SDH sẽ bị đổi hướng. ở hình 1.7 mô tả phương pháp bảo vệ theo đoạn. Khi tín hiệu làm việc bình thường đi theo đường A à B àC. Giả sử sự cố xảy ra trên đoạn BC, thì thiết bị ADM tại B sẽ tự động đấu vòng tại phía có sự cố, do đó luồng tín hiệu từ B đến C sẽ chuyển sang luồng từ B à ÀEàC. Hình 1.7: Bảo vệ theo đoạn e. Mạch vòng tự phục hồi theo hướng bảo vệ luồng. Là sự kết hợp phương pháp mạng vòng một hướng và phương pháp bảo vệ theo luồng. Khi vận hành bình thường tín hiệu đi từ A đến C theo hướng A àB àC và tín hiệu đi từ C đến A theo hướng C à DàEàA. Trong trường hợp xảy ra sự cố, ví dụ trên đoạn AB hoặc BC thì chuyển mạch P2 ( Hình 1.8) đổi chiều. Tín hiệu từ C đến A sẽ chuyển sang hướng AEDC. Còn nếu sự cố xảy ra trên đoạn AE, ED hoặc đầu cuối thì chuyển mạch P1 sẽ đổi chiều còn P2 giữ nguyên trạng thái. Kết quả là tín hiệu A đến C vẫn giữ nguyên còn tín hiệu từ C đến A sẽ chuyển từ hướng C - D -E -A sang C - B -A. Cách bảo vệ này đơn giản nhưng đòi hỏi dự phòng 100%. Hinh 1.8: Mạch vòng một hướng bảo vệ luồng g. Mạch vòng tự phục hồi một hướng bảo vệ theo đoạn Ban đầu tín hiệu đi từ A đến C theo hướng ABC còn tín hiệu từ C đến A theo hướng C à D à E àA. Khi có sự cố xảy ra, ví dụ trên đoạn ED thiết bị ADM sẽ tự động đấu vòng tại phía xảy ra sự cố. Do đó tín hiệu đi từ A đ