(LUẬN văn THẠC sĩ) nghiên cứu công nghệ thông tin quang CO OFDM WDM và đề xuất giải pháp ứng dụng cho mạng đường trục của VNPT hải dương

1 HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - Dương Lâm Dương Lâm NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THÔNG TIN QUANG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THÔNG TIN QUANG CO-OFDM-WDM VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG CHO CO-OFDM-WDM VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG CHO MẠNG ĐƯỜNG TRỤC VNPT HẢI DƯƠNG MẠNG ĐƯỜNG TRỤC VNPT HẢI DƯƠNG Chuyên Ngành : Kỹ thuật Viễn thông SĨ KỸ THUẬT MãLUẬN Số VĂN THẠC : 8.52.02.08 (Theo định hướng ứng dụng) LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:TS VŨ TUẤN LÂM HÀ NỘI - 2021 HÀ NỘI – 2021 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu kết nghiên cứu nêu Luận văn trung thực, trích dẫn tài liệu tham khảo tạp chí, trang web tham khảo đảm bảo theo quy định chưa cơng bố cơng trình khác Tơi xin cam đoan rằng, giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Tác giả luận văn Dương Lâm LỜI CẢM ƠN Đầu tiên xin em trân trọng gửi lời cảm ơn sâu sắc đến quý thầy cô Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng thời gian qua dìu dắt tận tình truyền đạt cho em kiến thức, kinh nghiệm vô quý báu để em có kết ngày hơm Em xin trân trọng cảm ơn thầy giáo TS Vũ Tuấn Lâm, người hướng dẫn khoa học luận văn, hướng dẫn tận tình giúp đỡ mặt để hoàn thành luận văn Xin trân trọng cảm ơn quý thầy cô Khoa Đào tạo sau đại học hướng dẫn giúp đỡ em trình thực luận văn MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt ADC ASK DAB DAC DVB Nghĩa tiếng anh Analog-to-digital converter) Amplitude shift keying DFT FSK MCM Discrete fourier transform Frequency shift keying Multicarier modulation MIMO Multiple input output Inter symbol interference Orthogonal frequency division multiplexing Phase shift keying Signal to noise ratio Quadrature phase shift keying Radio frequency Voltage controlled oscillator ISI OFDM PSK SNR QPSK RF VCO Digital-to-analog converter Digital video broadcasting Nghĩa tiếng việt Mạch chuyển đổi tương tự số Điều chế số theo biên độ tín hiệu Điều chế số theo biên độ tín hiệu mạch chuyển đổi số tương tự Điều chế số theo tần số tín hiệu Phep biến dổi fourier rời rạc Phương phap diều chế da song mang multiple Nhiều đầu vào nhiều đầu Nhiễu xuyên âm Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Điều chế số theo pha tín hiệu Tỉ lệ tín hiệu nhiễu Điều chế pha cầu phương Sóng điện từ tần số cao Bộ dao động điều khiển điện áp LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, nhu cầu truyền thông xã hội ngày lớn với nhiều dịch vụ băng rộng đa phương tiện, mạng truyền dẫn cần phải có khả truyền tải tốc độ dung lượng lớn Mạng viễn thông VNPT Hải Dương với 363 trạm 3G; 361 trạm 4G; 109 OLT; 189 SWL2 cung cấp đa dịch vụ Một mạng cung cấp dịch vụ phải có mạng truyền dẫn dung lượng lớn để đáp ứng nhu cầu phục vụ Mục tiêu nghiên cứu, tìm hiểu nắm bắt công nghệ thông tin quang COOFDM-WDM nội dung luận văn tập trung nghiên cứu, khảo sát đề xuất giải pháp ứng dụng cho mạng đường trục VNPT Hải Dương Vì vậy, em chọn đề tài luận văn tốt nghiệp là: “Nghiên cứu công nghệ thông tin quang CO-OFDM-WDM đề xuất giải pháp ứng dụng cho mạng đường trục VNPT Hải Dương” Công nghệ CO-OFDM-WDM công nghệ thông tin quang kết hợp ba công nghệ thông tin quang Coherent ghép kênh phân chia theo tần số trực giao kết hợp với ghép băng trực giao CO-OFDM-WDM công nghệ tiên tiến tạo giải pháp công nghệ truyền thông có khả truyền tải dung lượng lớn, tốc độ cao Để thực mục tiêu trên, đề tài luận văn gồm nội dung sau: Chương 1: Tổng quan kỹ thuật ghép kênh quang Chương 2: Tổng quan kỹ thuật ghép kênh quang CO-OFDM-WDM Chương 3: Đề xuất giải pháp ứng dụng công nghệ CO-OFDM-WDM cho mạng đường trục VNPT Hải Dương mô đánh giá hiệu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GHÉP KÊNH QUANG 1.1 Công nghệ OFDM quang 1.1.1 Sơ đồ hệ thống truyền dẫn OFDM quang Mơ hình hệ thống OFDM qua bao gồm năm khối chức bản: Khối phát RF OFDM, chuyển đổi từ RF sang quang (RTO), đường truyền quang, chuyển đổi quang sang RF (OTR) khối thu RF OFDM Trong phần này, RF sử dụng để thay cho miền điện để biểu thị cho giao diện vật lí điều trái ngược miền quang Độ tuyến tính kênh truyền dẫn sở giả định OFDM Do đó, nghiên cứu tính phi tuyến khối chức có tầm quan trọng lớn Khối phát thu RF OFDM nghiên cứu hệ thống RF giữ vai trị quan trọng hệ thống OFDM 1.1.2 Các khối chức hệ thống truyền dẫn OFDM quang 1.1.1.1 Khối phát RF OFDM Như trình bày nội dung hệ thống OFDM, khối phát RF OFDM bao gồm chuyển đổi nối tiếp-song song (S/P), ánh xạ kí tự sóng mang con, điều chế IDFT, chèn khoảng bảo vệ GI biến đổi D/A Hình 1.1 Kiến trúc hệ thống OFDM quang Dữ liệu đầu vào nối tiếp đưa vào S/P (chuyển đổi nối tiếp sang song song), liệu chuyển thành Nsc “kí tự thơng tin” song song Những kí tự đưa vào mapper nhằm nâng cao dung lượng kênh truyền Tín hiệu miền thời gian thu sau qua ánh xạ (mapper) đưa đến điều chế OFDM (IDFT) Khối IDFT có nhiệm vụ rời rạc hóa tín hiệu OFDM miền thời gian, giả sử tín hiệu thu sau biến đổi IDFT cki sau chèn khoảng bảo vệ nhờ chèn GI để tránh phân tán kênh, chống nhiễu ISI (nhiễu liên kí tự) nhiễu ICI (nhiễu kênh lân cận) Khoảng bảo vệ thêm vào dạng sóng tín hiệu OFDM 1.1.1.2 Khối chuyển RF sang quang khối chuyển quang sang RF Sau thu tín hiệu băng gốc phần thực phần ảo tín hiệu RTO điều chế quang để chuyển thành tín hiệu quang sau đưa lên 10 đường truyền quang Trong kỹ thuật OFDM quang có giải pháp điều chế, là: điều chế quang trực tiếp, điều chế quang gián tiếp điều chế I-Q Trong loại OFA, có khuếch đại quang EDFA khuếch đại quang Raman Hiện nay, khuếch đại quang EDFA sử dụng phổ biến Dưới hình vẽ minh họa cho khuếch đại EDFA: Hình 1.2 Bộ khuếch đại EDFA Ở phía thu, tín hiệu OFDM quang chuyển đổi thành tín hiệu OFDM RF q trình ngược lại so với phía phát chuyển đổi tín hiệu OFDM RF thành tín hiệu quang 1.1.1.3 Khối thu RF OFDM Ở phía thu, tín hiệu OFDM hạ tần lấy mẫu với ADC, sau tín hiệu cần đưa qua ba mức đồng phức tạp trước định kí tự liệu, ba mức đồng bộ: Đồng cửa sổ DFT kí tự OFDM mơ tả để tránh nhiễu liên kí tự Đồng ký tự nhằm xác định xác thời điểm bắt đầu ký tự OFDM Hiện nay, với kỹ thuật sử dụng tiền tố lặp (CP) đồng ký tự thực cách dễ dàng Đồng tần số, cụ thể dịch tần ước lượng, bù trừ hiệu chỉnh tới giá trị nhỏ bắt đầu Người ta đưa hai phương pháp để khắc phục bất đồng Phương pháp thứ 70 cung cấp dịch vụ kết nối cho lưu lượng PPPoE từ modem AON đến BRASS – BNG kết nối PE-AGG 71 Dịch vụ MyTV Multicast / VoD MyTV dịch vụ truyền hình qua giao thức công nghệ truyền tải IP, truyền qua hạ tầng mạng MAN đến thiết bị đầu cuối giải mã Set Top Box MyTV cung cấp nhiều dịch vụ đại tiện ích, bật dịch vụ chính: Multicast / IPTV dịch vụ Video theo u cầu VoD Hình 13: Mơ hình dịch vụ MyTV Hải Dương IPTV: truyền hình qua giao thức internet, dịch vụ đa phương tiện truyền hình ảnh, tiếng nói, văn bản, liệu phân phối dựa IP, quản 72 lý để cung cấp chất lượng dịch vụ, bảo mật, tính tương tác, tính tin cậy theo yêu cầu Dịch vụ truyền hình Multicast/IPTV bao gồm nội dung truyền hình quảng bá theo lịch trình thời gian cố định truyền hình truyền thống, cung cấp cho khách hàng chương trình truyền hình thu lại từ hệ thống truyền hình mặt đất, truyền hình cáp, truyền hình vệ tinh kênh truyền hình riêng, khách hàng khơng xem cách thụ động mà sử dụng tính ưu việt tạm dừng, lưu trữ, khóa chương trình dành cho trẻ em Để truyền tín hiệu video cho nhiều thuê bao lúc người ta sử dụng cộng nghệ IP Multicast, công nghệ băng thông rộng nhằm làm giảm lưu lượng việc phân phối dòng liệu cho nhiều điểm, gói tin Multicast chuyển tiếp, phát lại lên mạng router có chức PIM Hình 3.13 mơ tả mơ hình kết nối liệu Mytv từ thiết bị đầu cuối STB đến nguồn phát nội dung multicast VN2 Lưu lượng multicast xuất phát từ nguồn Multicast VN2, qua hệ thống mạng MAN-E theo pim join đến UPE nơi có kết nối xuống thiết bị truy nhập Lưu lượng chạy túy IP MAN-E không liên quan đến MPLS Trên hai router AGG mạng MAN-E, cấu hình giao thức ISIS với VN2 để nhận đường từ nguồn multicast đến từ VN2, quảng bá vào miền MAN-E Hải Dương, router UPE AGG cấu hình PIM SSM Mạng MANE thực chức định tuyến, tạo kết nối STB nguồn multicast Dịch vụ LAN mở rộng Các thuê bao với nhiều vị trí khác phạm vi thành phố thường có nhu cầu kết nối vị trí lại thành mạng mạng LAN để truy nhập tài nguyên máy chủ thiết bị lưu trữ 73 Hình 14: Lan mở rộng sử dụng dịch vụ E-LAN Một mạng LAN mở rộng kết nối mạng LAN khách khàng vị trí khác mà không cần định tuyến trung gian UNI Để kết nối hai vị trí dùng kết nối E-Line điểm–điểm Ví dụ hình 3.14, để kết nối nhiều hai vị trí sử dụng nhiều E-Line E-LAN Dịch vụ Intranet/Extranet L2VPN Các dịch vụ Ethernet cung cấp lựa chọn tốt cho kết nối Intranet định tuyến tới vị trí xa kết nối Extranet tới đối tác Ví dụ hình 3.15, trụ sở kết nối với chi nhánh kết nối Intranet, kết nối với đối tác khác kết nối Extranet 74 Hình 15: Intranet/Extranet L2VPN Các giao diện router trụ sở kết nối tới mạng MAN-E sử dụng UNI với ghép dịch vụ hỗ trợ điểm kết nối EVC điểm – điểm Các EVC có ưu điểm sau: + Các EVC mang tính riêng tư, bảo mật mạng IP VPN kết nối qua Internet công cộng + Các EVC cung cấp nâng cấp băng thơng linh hoạt, với chi phí hợp lý so với mở rộng băng thông qua IP VPN + Cung cấp hiệu cao, độ trễ thấp gói tin IP VPN 3.5 Ứng dụng công nghệ CO-OFDMWDM cho mạng MAN-E Mạng MAN-E VNPT tỉnh/thành phố mạng truyền tải lõi VNPT tỉnh/thành phố Trong tương lai, phát triển xã hội phát triển cách mạng công nghiệp 4.0 phát triển văn minh tri thức, nhu cầu người 75 dịch vụ băng rộng/tốc độ cao, dịch vụ hội tụ, dịch vụ đa phương tiện dịch vụ tương tác (như phần 3.7.1) tăng lên nhanh không số lượng dịch vụ cao mà chất lượng lưu lượng truyền tải dịch vụ tăng cao Khi đó, mạng MAN-E VNPT tỉnh/thành phố cần phải có băng thơng rộng/tốc độ truyền tải cao dung lượng truyền tải lớn Một giải pháp mang lại hiệu cho mạng MAN-E VNPT tỉnh/thành phố, ứng dụng cơng nghệ CO-OFDM-WDM  Cấu trúc mạng MAN-E VNPT tỉnh/thành phố MAN-E tỉnh/thành phố tổ chức thành hai lớp Lớp thứ lớp lõi, phục vụ cho việc chuyển tải lưu lượng trao đổi mạng truy nhập nội tỉnh lưu lượng trao đổi tỉnh với Lớp thứ hai lớp truy nhập, phục vụ vai trò thu thập lưu lượng loại ứng dụng khác Lớp có vai trị chuyển tải lưu lượng trao đổi nhóm khách hàng thuộc mạng truy nhập chuyển tải lưu lượng lên lớp mạng lõi cho loại lưu lượng trao đổi tỉnh liên tỉnh Mơ hình mạng MAN-E tỉnh/thành phố VNPT hình 3.16 Từ hình 3.16 ra: lớp lõi mạng MAN-E cho tỉnh/thành phố phần mạng “MAN E CORE” với thiết bị chuyển mạch tốc độ cao “CES” để thiết lập lớp chuyển mạch lõi cho toàn lưu lượng loại dịch vụ khác Lớp truy nhập mạng MAN-E lớp “Access” với nhiều loại thiết bị khác nhau, cung cấp giao diện khác nhằm thỏa mãn yêu cầu truy nhập khách hàng Các thiết bị tỉnh/thành phố VNPT thiết bị truy nhập cơng nghệ GPON xDSL hay FTTx Mạng truy nhập MAN-E xây dựng với topology hình cây, vịng, lưới lai ghép hỗn hợp Mạng có khả hồi phục trường hợp có cố tuyến cáp, nút chuyển mạch nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ Mạng lõi MAN-E cho tỉnh/thành phố VNPT chủ yếu có cấu hình ring sử dụng cơng nghệ WDM nhằm đảm bảo khả dự phòng mạng lõi 76 trường hợp có cố Tốc độ chuyển mạch nút mạng lõi lên đến hàng chục Gbps lưu lượng chuyển tuyến kết nối mạng lõi đạt đạt đến hàng chục Gbps Các nút mạng lõi đặt điểm trung tâm lưu lượng, thường địa điểm tập trung dân cư khu cơng nghiệp Hình 3.16 Mơ hình mạng MAN-E cho tỉnh/thành phố VNPT 3.6.Kết luận chương III Chương III tìm hiểu tổng quan cấu trúc mạng MAN-E VNPT Hải Dương, thiết bị triển khai, sơ đồ vòng Ring mạng Chương luận văn nghiên cứu khả ứng dụng công nghệ COOFDM-WDM quang cho VNPT Hải Dương Trong đó, luận văn tìm hiểu nhu 77 cầu phát triển dịch vụ VNPT Hải Dương, tình hình triển khai dịch vụ VNPT Hải Dương, trạng mạng truyền tải quang VNPT Hải Dương, đánh giá nhu cầu sử dụng dịch vụ khách hàng địa bàn Hải Dương Đồng thời, luận văn nghiên cứu khả ứng dụng công nghệ CO- OFDMWDM quang cho mạng truyền tải quang VNPT Hải Dương với phương án cho lớp mạng truyền tải VNPT Hải Dương Việc sử dụng công nghệ CO-OFDM-WDM cho mạng truyền tải VNPT Hải Dương không làm tăng dung hệ thống mạng truyền tải mà làm tăng chất lượng truyền dẫn hệ thống mạng truyền tải VNPT Hải Dương 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] William Shieh, Ivan Orthogonal Frequency Division Multiplexing Djordjevic: for Optical Communications, Elsevier Science & Technology Books, USA.2009 [2] Arthur James Lowery Orthogonal-frequency-division multiplexing for and Jean Armstrong dispersion compensation of long-haul optical systems” Department of Electrical & Computer Monash Systems University, Engineering, Clayton, 3800, Australia, 2006 [3] Markus Mayrock, OFDM in Optical Long-Haul Transmission, 2007 Herbert Haunstein [4] Đỗ Việt Em Kỹ thuật thông tin quang 2, Học viện CN BC VT, 2007 [5] Prasad R OFDM for wireless communications systems Boston: Artech House; 2004 [6] Dixon BJ, Pollard RD,Orthogonal frequency-division multiplexing in wireless Iezekiel S communication systems with multimode fiber feeds IEEE Trans Microwave Theory Tech 2001;49(8):1404–9 [7] Shieh W Coherent optical MIMO-OFDM for optical fibre communication systems Berlin, Germany In: Eur Conf Opt Commun., Berlin, Germany; 2007 [8] Ma Y, Shieh W, Yang Q100 Gb/s Coherent Optical OFDM Reception Using Orthogonal Band Multiflexing, Opt Fiber Commun Conf 16, pp 6378-86 2008 [9] Hồng Văn Võ Bài giảng ” Thơng tin quang”, Viện Đại học Mở Hà Nội [10] Fasshauer, H : Optische Nachrichtensysteme: Eigenschaften und Projektierung Dr Alfred Verlag Heidelberg, 1984 79 ... trung nghiên cứu, khảo sát đề xuất giải pháp ứng dụng cho mạng đường trục VNPT Hải Dương Vì vậy, em chọn đề tài luận văn tốt nghiệp là: ? ?Nghiên cứu cơng nghệ thơng tin quang CO- OFDM- WDM đề xuất giải. .. quang CO- OFDM- WDM đề xuất giải pháp ứng dụng cho mạng đường trục VNPT Hải Dương? ?? Công nghệ CO- OFDM- WDM công nghệ thông tin quang kết hợp ba công nghệ thông tin quang Coherent ghép kênh phân chia... quan kỹ thuật ghép kênh quang Chương 2: Tổng quan kỹ thuật ghép kênh quang CO- OFDM- WDM Chương 3: Đề xuất giải pháp ứng dụng công nghệ CO- OFDM- WDM cho mạng đường trục VNPT Hải Dương mô đánh giá hiệu