QÚA TRÌNH HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ CO-OFDM-WDM QUANG
S Ự HÌNH THÀNH CÔNG NGHỆ CO - OFDM - WDM
Ngày nay, trong kỷ nguyên kinh tế tri thức, thông tin trở thành động lực phát triển xã hội, với Internet và nhu cầu kết nối toàn cầu gia tăng mạnh mẽ Để đáp ứng vai trò này, mạng viễn thông cần có khả năng linh hoạt, tốc độ truyền dẫn cao và băng thông rộng, phục vụ đa dạng nhu cầu thông tin Các nhà khoa học, tổ chức viễn thông và nhà cung cấp thiết bị đang không ngừng nghiên cứu và phát triển công nghệ mới cho hệ thống viễn thông Trong thập niên qua, các giải pháp công nghệ viễn thông đã có sự phát triển nhanh chóng, đặc biệt là trong lĩnh vực truyền thông quang, với sự tích hợp của ba công nghệ truyền dẫn quang tiên tiến, bao gồm công nghệ Coherent (CO).
Hệ thống Coherent OFDM quang dung lượng lớn, được ký hiệu là OBM-OFDM (Orthogonal-band-multiplexed OFDM), sử dụng kênh quang theo tần số trực giao (OFDM) và công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng (WDM) để cung cấp khả năng truyền tải tốc độ cao và chất lượng vượt trội.
Công nghệ CO-OFDM-WDM quang tích hợp những ưu điểm nổi bật của ba công nghệ quang chính: Coherent (CO), ghép kênh quang theo tần số trực giao (OFDM) và ghép kênh quang theo bước sóng (WDM) Sự kết hợp này mang lại hiệu suất truyền tải cao hơn và khả năng tối ưu hóa băng thông trong hệ thống truyền dẫn quang.
1 Công nghệ Coherent quang là một công nghệ có các đặc tính ưu việt sau:
- Công nghệ Coherent quang là một giải pháp tạo ra khả năng nâng cao dung lượng của hệ thống
- Công nghệ Coherent quang cho phép nâng cao độ nhạy thu
- Công nghệ Coherent quang cho phép nâng cao tốc độ truyền dẫn
2 Công nghệ OFDM quang là công nghệ ghép kênh theo tần số trực giao có các đặc tính ưu việt sau:
- Công nghệ OFDM quang cho phép sử dụng hiệu quả phổ tần số, tạo ra dung lượng lớn,
- Công nghệ OFDM quang có thể giải quyết vấn đề tán sắc do kênh truyền sợi quang gây ra,
- Công nghệ OFDM quang cho phép thông tin tốc độ cao, loại bỏ nhiễu liên sóng mang,…
3 Công nghệ WDM quang là công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng (ghép băng tần trực giao) cho phép sử dụng hiệu quả băng thông của sợi quang, tạo ra hệ thống truyền dẫn quang có dung lượng rất lớn
Công nghệ CO-OFDM-WDM quang được phát triển nhằm cung cấp chất lượng truyền dẫn cao, đồng thời tối ưu hóa việc sử dụng băng thông của sợi quang, tạo ra hệ thống truyền dẫn quang với dung lượng siêu lớn.
Công nghệ CO-OFDM-WDM, dù mới chỉ được nghiên cứu và thử nghiệm, đang trở thành một giải pháp hứa hẹn cho việc truyền tải thông tin trong xã hội hiện đại và tương lai Các nhà khoa học và nhà sản xuất thiết bị đang tập trung vào việc phát triển hệ thống thông tin quang CO-OFDM-WDM cho mạng truyền thông tương lai Bài viết này sẽ trình bày những vấn đề cơ bản và ưu điểm của ba công nghệ quang thành phần liên quan.
T ỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG NGHỆ THÀNH PHẦN
1.2.1 Công nghệ thông tin quang Coherent
1.2.1.1 Một số hạn chế của hệ thống thông tin quang truyền thống
Trong kỹ thuật thông tin quang truyền thống, công nghệ IM-DD (Intensity Modulation with Direct Detection) được sử dụng để điều chế cường độ ánh sáng ở phía phát và tách sóng quang trực tiếp ở phía thu Tuy nhiên, công nghệ này tồn tại một số hạn chế đáng kể.
Khi các phần tử phát quang như LED và LD, cùng với các phần tử thu quang như photodiode PIN và APD, hoạt động ở tốc độ cao, sẽ xảy ra hiện tượng méo biên độ và méo pha trong truyền dẫn analog, cũng như méo sườn trước và sườn sau của xung tín hiệu trong truyền dẫn digital.
Tách sóng trực tiếp tín hiệu quang đã điều chế cường độ là quá trình loại bỏ đặc tính pha và sự phân cực của sóng mang quang, được tạo ra từ các linh kiện quang.
- Nhiễu của bộ thu tách sóng trực tiếp và bộ tiền khuếch đại cao Do đó độ nhạy của hệ thống tách sóng thấp,…
1.2.1.2 Cấu trúc của hệ thống thông tin quang coherent
Công nghệ thông tin quang coherent được phát triển để khắc phục những hạn chế của hệ thống IM-DD Đặc điểm cấu trúc của thông tin quang coherent cho phép cải thiện hiệu suất truyền tải dữ liệu, mang lại khả năng xử lý tín hiệu tốt hơn và tăng cường khả năng chống nhiễu trong các hệ thống truyền thông quang.
15 thường sử dụng kỹ thuật điều biến quang gián tiếp ở phía phát và giải điều biến quang gián tiếp ở phía thu Tức là:
Ở phía phát, nguồn quang phát ra ánh sáng dao động nội với bước sóng 1, thường là laser bán dẫn có độ rộng phổ hẹp và phát ra ánh sáng liên tục Tín hiệu truyền dẫn được điều biến với tín hiệu ánh sáng dao động nội, tạo thành tín hiệu ánh sáng truyền dẫn và được ghép vào sợi quang Bộ điều biến quang ngoài thường sử dụng là các mạch quang tổ hợp, như LiNb03 - Mach-Zehnder Modulator.
Ở phía thu, có một nguồn quang, thường là laser bán dẫn với phổ hẹp, phát ra ánh sáng dao động nội có bước sóng 2 Tín hiệu ánh sáng thu được sẽ được trộn với tín hiệu ánh sáng dao động nội ở phía thu.
Khi tần số của tín hiệu ánh sáng và tín hiệu từ bộ dao động nội phía thu trùng nhau, bộ thu hoạt động ở chế độ Homodyne, tạo ra tín hiệu dải nền Ngược lại, khi tần số của hai tín hiệu lệch nhau, bộ thu chuyển sang chế độ Heterodyne, và tín hiệu đầu ra là tín hiệu trung tần IF, chứa thông tin cần truyền Thông tin này có thể được thu nhận thông qua kỹ thuật giải điều chế điện.
Như vậy, sẽ có 2 loại bộ thu quang coherent:
Tương ứng, sẽ có 2 loại hệ thống thông tin quang coherent:
Hệ thống thông tin quang Homodyne khi 1 = 2
Hệ thống thông tin quang Heterodyne khi 1 2
Sơ đồ cấu trúc của hệ thống thông tin quang coherent
Cấu trúc cơ bản của một hệ thống thông tin quang Coherent được mô tả như trong hình 1.1
Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống thông tin quang coherent Các khối chức năng trong sơ đồ hệ thống:
- DE (Driver electronic): thực hiện khuếch đại tín hiệu ngõ vào nhằm tạo tín hiệu có mức phù hợp với các khối sau
- CWL (Continuous Wave Laser): bộ dao động quang sử dụng laser bán dẫn có độ rộng phổ hẹp phát ra ánh sáng liên tục có bước sóng λ1
- LC (Laser Control): nhằm ổn định bước sóng phát ra của dao động quang
The Modulator (MOD) is an optical modulation device that employs external modulation techniques to generate modulated signals in various formats, including Amplitude Shift Keying (ASK), Frequency Shift Keying (FSK), Phase Shift Keying (PSK), and Polarization Shift Keying (PolSK).
- LLO (Laser Local Oscilator): bộ tạo dao động nội tại bộ thu sử dụng laser bán dẫn tạo ra tín hiệu quang có bước sóng λ2
DEC (Detector) thực hiện hai chức năng quan trọng: đầu tiên, nó sử dụng bộ coupler FBT để kết hợp tín hiệu thu được (λ 1) và tín hiệu tại chỗ (λ 2) Sau đó, tín hiệu tổng hợp sẽ được đưa tới các bước xử lý tiếp theo.
Để thực hiện tách sóng trực tiếp theo quy luật bình phương, cần sử dụng 17 photodiode Đặc biệt, để đảm bảo tách sóng coherent, coupler quang phải kết hợp các tín hiệu quang có cùng phân cực.
Khi tần số của tín hiệu tới và tín hiệu từ bộ dao động nội giống nhau, bộ thu hoạt động ở chế độ Homodyne, tạo ra tín hiệu giải nền Ngược lại, khi tần số hai tín hiệu lệch nhau, bộ thu chuyển sang chế độ Heterodyne, và phổ tín hiệu điện ở ngõ ra khối DEC sẽ là dạng trung tần IF (Intermediate frequency) Dạng tín hiệu IF này chứa thông tin mà chúng ta muốn truyền đi, có thể thu được thông qua kỹ thuật giải điều chế điện.
- LOC (Local Oscillator Control): nhằm điều khiển pha và tần số của tín hiệu dao động nội ổn định
- AMP (Amplifier): khuếch đại tín hiệu điện sau khi tách sóng quang
- DEMOD (Demodulator): khối này chỉ cần thiết khi bộ thu hoạt động ở chế độ Heterodyne
Các thành phần cơ bản của hệ thống thông tin quang Coherent
Sơ đồ bộ phát quang trong hệ thống quang coherent bao gồm việc chuyển đổi thành phần thực và ảo (I/Q) từ hai ngõ ra của bộ điều chế tín hiệu OFDM từ miền điện sang miền quang thông qua hai bộ điều chế ngoài MZM Tín hiệu quang tại đầu ra của hai bộ MZM được điều chế cầu phương (vuông góc), sau đó được cộng lại và truyền qua sợi quang.
1 Tín hiệu quang do một Lazer Diot LD1 sinh ra được đưa đến hai bộ MZM
2 Tín hiệu quang trên mỗi MZM tương ứng là e LI và e LQ đóng vai trò là sóng mang quang, các sóng mang này được điều chế pha để mang tín hiệu I/Q
18 tương ứng, ngõ ra mỗi bộ MZM chính là tín hiệu quang đã được điều chế pha
3 Một trong hai bộ MZM, tín hiệu sau đó được dịch 1 góc 90 cộng với tín hiệu của bộ MZM còn lại và phóng vào sợi quang
Hình 1.2 Mô hình điều chế quang kết hợp sử dụng MZM
Trong kỹ thuật thông tin quang coherent, người ta thường sử dụng các bộ thu quang sau:
- Bộ thu quang tách sóng Heterodyne,
- Bộ thu quang tách sóng Homodyne,
- Bộ thu quang kết hợp
Bộ thu quang tách sóng Heterodyne
Sơ đồ khối tổng quát của bộ thu quang sử dụng tách sóng Heterodyne được minh họa ở hình 1.3
Tách sóng Heterodyne tạo ra tín hiệu trung tần IF bằng cách kết hợp tín hiệu vào và tín hiệu dao động nội qua bộ tách sóng quang như PIN hoặc APD Tín hiệu IF này sau đó được giải điều chế thành tín hiệu dải nền thông qua kỹ thuật tách sóng đồng bộ hoặc không đồng bộ Đặc biệt, băng thông cần thiết cho bộ thu quang Heterodyne lớn hơn nhiều so với tách sóng trực tiếp ở tốc độ truyền đã định.
Chất lượng của bộ thu quang Heterodyne bị ảnh hưởng khi tần số tín hiệu trung tần dao động Do đó, cần sử dụng bộ điều khiển tần số tự động (AFC) để ổn định tần số này Bộ AFC hoạt động bằng cách lấy tín hiệu hồi tiếp từ ngõ ra của bộ giải điều chế, từ đó điều khiển dòng kích của laser dao động nội.
T IẾN TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG NGHỆ CO-OFDM-WDM QUANG
Công nghệ truyền dẫn quang CO-OFDM-WDM nổi bật với chất lượng truyền dẫn cao và khả năng sử dụng hiệu quả băng thông của sợi quang, tạo ra hệ thống truyền dẫn quang dung lượng siêu lớn Công nghệ này đã trở thành yếu tố quan trọng trong sự phát triển của mạng viễn thông Sự hình thành và phát triển của CO-OFDM-WDM phụ thuộc vào sự tiến bộ của các công nghệ thành phần và công nghệ chế tạo linh kiện quang.
Quá trình hình thành và phát triển của công nghệ truyền dẫn quang CO- OFDM-WDM có thể chia thành 3 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Giai đoạn phát triển công nghệ OFDM quang
- Giai đoạn 2: Giai đoạn phát triển công nghệ CO-OFDM quang
- Giai đoạn 3: Giai đoạn phát triển công nghệ CO-OFDM-WDM quang (OBM-OFDM).
K ẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Chương 1 đã trình bày sự hình thành công nghệ Coherent OFDM quang dung lượng lớn ghép băng trực giao CO-OFDM-WDM (OBM-OFDM) Công nghệ CO-OFDM-WDM quang không chỉ là có chất lượng truyền dẫn cao, mà còn là công nghệ sử dụng hiệu quả băng thông của sợi quang và còn là hệ thống truyền dẫn quang dung lượng siêu lớn
Chương 1 cung cấp cái nhìn tổng quan về các công nghệ thành phần của công nghệ OBM-OFDM, bao gồm công nghệ Coherent, OFDM quang và WDM ghép băng trực giao Ngoài ra, chương này cũng nêu bật những ưu điểm của các công nghệ thành phần và quá trình phát triển của công nghệ truyền dẫn quang CO-OFDM-WDM.
CÔNG NGHỆ CO-OFDM-WDM QUANG
C ÔNG NGHỆ OFDM QUANG
2.1.1 Sơ đồ hệ thống truyền dẫn OFDM quang
Hệ thống OFDM quang được mô tả trong Hình 2.1 bao gồm năm khối chức năng chính: Khối phát RF OFDM, chuyển đổi từ RF sang quang (RTO), đường truyền quang, chuyển đổi quang sang RF (OTR) và khối thu RF OFDM.
Dữ liệu đầu vào sẽ được chuyển đến bộ RF OFDM phát, sau đó qua đường truyền quang tới bộ RF sang quang (RTO) Tại đây, tín hiệu sẽ được khuyếch đại quang trước khi được chuyển đổi qua bộ chuyển quang sang RF (OTR) và cuối cùng đến bộ RF OFDM thu Kết quả là chúng ta sẽ thu được dữ liệu tại đầu ra.
Sau đây chúng ta sẽ đi tìm hiểu về các khối chức năng đó
2.1.2 Các khối chức năng của hệ thống truyền dẫn OFDM quang
Hệ thống OFDM bao gồm khối phát RF với các thành phần quan trọng như bộ chuyển đổi nối tiếp-song song (S/P), bộ ánh xạ kí tự sóng mang con, bộ điều chế IDFT, bộ chèn khoảng bảo vệ GI và bộ biến đổi D/A.
Hình 2.1 Kiến trúc hệ thống OFDM quang
Dữ liệu đầu vào nối tiếp được đưa vào bộ S/P (chuyển đổi nối tiếp song song), nơi dữ liệu được chuyển thành N ký tự thông tin song song Những ký tự này sau đó được gửi đến bộ mapper để nâng cao dung lượng kênh truyền Tín hiệu trong miền thời gian sau khi qua bộ ánh xạ sẽ được chuyển đến bộ điều chế OFDM (IDFT), có nhiệm vụ rời rạc hóa tín hiệu OFDM Tín hiệu thu được sau khi biến đổi IDFT sẽ được chèn một khoảng bảo vệ nhờ bộ chèn GI nhằm ngăn chặn phân tán kênh và giảm thiểu nhiễu ISI (nhiễu liên ký tự) cũng như nhiễu ICI (nhiễu kênh lân cận) Khoảng bảo vệ này sẽ được thêm vào dạng sóng của tín hiệu OFDM.
( ) ( ) sc k s sc k N j f t iT ki s i k N s t c t iT e
Kí hiệu c ki đại diện cho thông tin thứ i trên sóng mang con thứ k, trong khi f k là tần số của sóng mang con đó Số lượng sóng mang con được ký hiệu là N sc, và T s là thời gian cần thiết để truyền tải một kí hiệu.
OFDM, với t s là thời gian ký tự hiệu dụng, ∆ G là khoảng bảo vệ và ∏(t) là hàm xung đơn vị, sử dụng phần mở rộng dạng sóng trong khoảng thời gian (-∆ G , 0) để chèn tiền tố lặp hay khoảng bảo vệ Tín hiệu này sẽ được chuyển đổi từ dạng số sang dạng tương tự thông qua bộ DAC và sau đó được lọc bởi bộ lọc thông thấp để loại bỏ các tín hiệu không mong muốn.
2.1.2.2 Khối chuyển RF sang quang
Sau khi nhận tín hiệu băng gốc, bộ RTO sẽ điều chế quang phần thực và phần ảo của tín hiệu này, biến chúng thành tín hiệu quang trước khi truyền tải qua đường truyền quang.
Kỹ thuật OFDM quang bao gồm ba giải pháp điều chế chính: điều chế quang trực tiếp, điều chế quang gián tiếp và điều chế I-Q, sẽ được trình bày chi tiết trong phần sau.
2.1.2.3 Kênh truyền quang và bộ khuyếch đại quang
Tín hiệu sau khi chuyển đổi thành tín hiệu quang sẽ được truyền qua kênh truyền quang, có nhiệm vụ đưa tín hiệu từ đầu phát đến đầu thu Hệ thống quang mặt đất chủ yếu sử dụng sợi cáp quang làm kênh truyền, dựa trên nguyên lý truyền dẫn của sợi quang với cấu trúc cơ bản.
Sợi quang 38 bao gồm một lõi hình trụ bằng thủy tinh có chỉ số chiết suất n1 và lớp bọc thủy tinh đồng tâm với lõi có chiết suất n2, với điều kiện n1 > n2 Hiện nay, có ba loại sợi quang: sợi đơn mode chiết suất bậc, sợi đa mode chiết suất bậc và sợi đa mode chiết suất gradient Trong kỹ thuật CO-OFDM-WDM quang, sợi đơn mode chiết suất bậc thường được sử dụng.
Sợi đơn mode chiết suất phân bậc có đường kính sợi lõi rất nhỏ, cỡ khoảng 8.10m và chỉ truyền một mode sóng trong sợi (được mô tả trong hình 2.2)
Hình 2.2 Sợi quang đơn mode (SM: Single Mode)
Bộ khuếch đại quang là thiết bị cần thiết cho các tuyến thông tin quang khi khoảng cách truyền dẫn vượt quá mức cho phép, dẫn đến suy hao tín hiệu Khi mức phân bổ suy hao không đủ cho yêu cầu của thiết bị nhận, các bộ khuếch đại quang hoặc trạm lặp sẽ được sử dụng Các trạm lặp thực hiện việc khuếch đại tín hiệu quang yếu bằng cách chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện, sau đó khuếch đại và điều chỉnh lại trước khi chuyển đổi trở lại thành tín hiệu quang mạnh hơn để phát vào đường truyền.
Gần đây, sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật đã dẫn đến việc thực hiện quá trình khuếch đại quang trực tiếp, được gọi là kỹ thuật khuếch đại quang Để phục vụ cho việc khuếch đại quang, đã xuất hiện nhiều loại bộ khuếch đại khác nhau, chủ yếu được chia thành hai loại chính: khuếch đại n1 và n2.
39 quang bán dẫn SOA (Optical Semiconduction Amplifier) và khuếch đại quang sợi OFA (Optical Fiber Amplifier)
Trong các loại bộ khuếch đại quang (OFA), bộ khuếch đại EDFA và bộ khuếch đại Raman là hai loại chính Hiện nay, bộ khuếch đại quang EDFA đang được sử dụng rộng rãi trong ngành viễn thông Hình vẽ dưới đây minh họa cho cấu trúc của một bộ khuếch đại EDFA.
Hình 2.3 Bộ khuếch đại EDFA
2.1.2.4 Khối chuyển quang sang RF Ở phía thu, tín hiệu OFDM quang được chuyển đổi thành tín hiệu OFDM RF là quá trình ngược lại so với phía phát chuyển đổi tín hiệu OFDM RF thành tín hiệu quang
2.1.2.5 Khối thu RF OFDM Ở phía thu, tín hiệu OFDM hạ tần được lấy mẫu với một bộ ADC, sau đó tín hiệu này cần đưa qua ba mức đồng bộ phức tạp trước khi quyết định kí tự dữ liệu, ba mức đồng bộ:
C ÔNG NGHỆ C OHERENT OFDM QUANG
2.2.1 Tổng quan về công nghệ Coherent OFDM quang
Công nghệ Coherent OFDM quang (CO-OFDM) kết hợp hai công nghệ tiên tiến: OFDM quang và công nghệ quang Coherent Nhờ vào sự tích hợp này, CO-OFDM không chỉ kế thừa những ưu điểm nổi bật của cả hai công nghệ mà còn mang lại độ nhạy máy thu cao hơn, hiệu suất quang phổ tối ưu và khả năng chống tán sắc tốt hơn.
Tín hiệu từ sợi quang đến
Việc tích hợp 2 công nghệ quang Coherent và OFDM quang còn có tác động hỗ trợ phát huy ưu việt của cả 2 công nghệ:
- Công nghệ OFDM mang đến cho hệ thống coherent hiệu quả tính toán, dễ dàng ước lượng kênh và pha;
Công nghệ Coherent cung cấp tính tuyến tính cần thiết cho OFDM trong quá trình chuyển đổi từ miền RF sang miền quang (RTO) và ngược lại từ miền quang sang miền RF (OTR) Truyền dẫn tuyến tính là yếu tố quan trọng để thực hiện hiệu quả OFDM.
CO-OFDM nổi bật trong các hệ thống thông tin quang ghép kênh phân chia theo tần số trực giao nhờ vào hiệu quả về phổ, độ nhạy máy thu và khả năng phân cực Kể từ khi ra đời, CO-OFDM đã thu hút nhiều nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, trong đó có nghiên cứu 100 Gb/s CO-OFDM truyền dẫn qua 1000 Km từ đại học Melbourne và NTT Việc sử dụng bộ chuyển đổi số sang tương tự (DACs) ở phía phát và kênh sóng mang con cơ bản giúp CO-OFDM đạt hiệu suất phổ cao thông qua điều chế bậc cao Nghiên cứu 64-QAM trong phân cực đơn và 16-QAM trong phân cực kép cho thấy hiệu suất phổ cao cho cả hai loại phân cực CO-OFDM được coi là phương thức điều chế hiệu quả cho 100 Gb/s và có khả năng đạt tốc độ dữ liệu lên tới 400 Gb/s hoặc cao hơn Đặc biệt, CO-OFDM cho phép phần cứng và phần mềm tương thích từ thế hệ hiện tại đến thế hệ tiếp theo, khác biệt với các phương thức điều chế đơn sóng mang thông thường.
2.2.2 Mô hình hệ thống Coherent OFDM quang
Một hệ thống CO-OFDM quang điển hình được miêu tả như trong hình 2.11
Hình 2.11 Mô hình hệ thống CO-OFDM quang điển hình
Một hệ thống CO-OFDM quang điển hình có thể được chia làm 5 khối cơ bản gồm:
1 Bộ phát RF OFDM có nhiệm vụ điều chế tín hiệu OFDM trong miền điện
2 Bộ chuyển đổi tín hiệu RTO để chuyển đổi tín hiệu từ miền điện sang miền quang,
3 Kênh quang là môi trường truyền dẫn tín hiệu từ phía phát đến phía thu,
4 Bộ chuyển đổi tín hiệu OTR để chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện tại phía thu
5 Bộ thu RF OFDM để giải điều chế tín hiệu OFDM trong miền điện thành dữ liệu tương ứng với bên truyền
2.2.3 Các khối chức năng cơ bản và nguyên lý trong hệ thống CO-OFDM quang
2.2.3.1 Các khối phát và thu RF OFDM
Kiến trúc của bộ phát và bộ thu RF OFDM được minh họa trong hình 2.1 Trong đó, các tín hiệu đầu vào của bộ phát RF OFDM và các tín hiệu đầu ra của bộ thu được trình bày rõ ràng.
RF OFDM là các tín hiệu ở băng tần cơ bản hoặc băng RF
Nguyên lý hoạt động của bộ phát RF OFDM và bộ thu RF OFDM đã được trình bày chi tiết trong các phần 2.1.2.1 và 2.1.2.5.
2.2.3.2 Bộ chuyển đổi điện-quang đường lên và chuyển đổi quang-điện đường xuống
Hệ thống CO-OFDM bao gồm bộ chuyển đổi điện-quang cho đường lên và quang-điện cho đường xuống, như thể hiện trong hình 2.11 Kiến trúc của hệ thống này áp dụng phương thức điều chế I-Q và tách sóng I-Q cho cả hai chiều truyền tải.
Trong kiến trúc chuyển đổi đường lên theo phương thức điều chế I-Q, bộ phát quang sử dụng một bộ điều chế I/Q quang với hai bộ điều chế MZM Bộ điều chế này có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu OFDM s(t) từ miền RF sang miền quang, trong đó phần thực và phần ảo của s(t) được đưa đến từng bộ điều chế MZM tương ứng để thực hiện quá trình điều chế.
Trong kiến trúc chuyển đổi đường xuống theo phương thức tách sòng I-Q, bộ thu quang OFDM sử dụng hai cặp bộ thu cân bằng và một bộ ghép lai 90 độ để tách sóng quang I/Q Bộ thu RF OFDM thực hiện xử lý tín hiệu OFDM băng tần gốc nhằm khôi phục dữ liệu Kiến trúc chuyển đổi trực tiếp mang lại nhiều ưu điểm vượt trội.
- Không cần thiết sử dụng bộ lọc loại bỏ phần ảo trong cả bộ phát và bộ thu
- Giảm đáng kể yêu cầu băng thông điện cho cả bộ phát và bộ thu
2.2.3.3 Bộ điều chế I-Q quang cho biến đổi RF sang quang đường lên và biến đổi quang sang RF đường xuống
Tín hiệu OFDM trước khi vào bộ điều chế MZM được mô tả qua các công thức 2.1, 2.2 và 2.3 Trong kiến trúc bộ biến đổi RF sang quang cho đường lên và quang sang RF cho đường xuống, phương thức điều chế I-Q được áp dụng cùng với việc tách sóng I.
Q (hình 2.11), hai sóng mang 1 e j t 1 , 2 e j t 2 được đưa đến đầu vào của bộ điều chế I-Q Tín hiệu quang tại đầu ra của bộ điều chế I-Q là:
V I và V Q đại diện cho phần thực và phần ảo của tín hiệu liên tục OFDM, được mô tả bằng các công thức V I = ν (cos(ω1t) + cos(ω2t)) và V Q = ν sin(ω1t + sin(ω2t)) Trong đó, V DC là điện thế phân cực của bộ điều chế MZM, còn V π là điện thế phân cực nửa bước sóng Tần số góc và pha của tín hiệu quang phát ra từ laser được ký hiệu là ω LD1 và φ LD1 Tín hiệu đầu ra của bộ điều chế được tạo ra từ những thông số này.
9) Với M / V là chỉ số điều chế, V DC / V là một sự đổi pha tĩnh, và
E t là một tần số dịch của E t ( ) trong miền quang
Trong điều kiện phân cực tối ưu, V DC V giả sử V I và V Q là nhỏ và tính phi tuyến là không có ý nghĩa Công thức (2.17) trở thành:
Với S t ( ) V I jV Q là tín hiệu liên tục OFDM băng tần cơ bản A là biên độ sóng quang do Laser LD1 phát ra
2.2.3.4 Tách sóng coherent cho chuyển đổi đường xuống và triệt pha
Có hai kỹ thuật tách sóng Coherent: Tách sóng heterodyne và tách sóng homodyne Sơ đồ khối tách sóng heterodyne và tách sóng homodyne đã chỉ ra trong phần 1.2.1.2
Trong kỹ thuật tách sóng heterodyne, tín hiệu OFDM băng gốc được nâng lên tần số trung tần f LO 1 trong miền điện Tiếp theo, tín hiệu OFDM trung tần được điều chế trên sóng mang quang thông qua bộ MZM Tại phía thu, tín hiệu quang OFDM được chuyển đổi về tín hiệu điện OFDM ở tần số trung tần f LO 2, sau đó thực hiện tách các đường I-Q trong miền điện.
Trong tách sóng homodyne, sóng mang quang được điều chế bằng một bộ điều chế điện – quang, bao gồm hai bộ điều chế MZM riêng biệt, nhằm điều chế hai thành phần I- và Q- của tín hiệu.
Q của tín hiệu OFDM Ở phía thu, tín hiệu quang OFDM được tách làm hai phần I-
Trong miền quang, việc sử dụng hai bộ thu cân bằng với tổng cộng 4 photodetector kết hợp thành 2 bộ và một bộ ghép lai 90 độ cho phép xử lý tín hiệu RF OFDM Bộ thu này thực hiện việc xử lý tín hiệu OFDM ở băng gốc nhằm khôi phục dữ liệu ban đầu một cách hiệu quả.
Trong kỹ thuật tách sóng coherent của CO-OFDM, bộ ghép lai và tách sóng photo cân bằng được sử dụng để cải thiện hiệu suất Hình 2.12 minh họa tách sóng coherent với bộ ghép lai quang 90 độ có 6 cổng, bao gồm 2 đầu vào và 4 đầu ra, kết hợp với cặp tách sóng cân bằng (balanced photo-detectors) để tối ưu hóa quá trình tách sóng.
Hình 2.12 Tách sóng coherent sử dụng bộ ghép lai và tách sóng photo cân bằng Mục đích chính của tách sóng coherent là:
1 Khôi phục tính tuyến tính cho thành phần I và Q của tín hiệu đến,
2 Tối thiểu hoặc loại bỏ nhiễu mode chung
Sử dụng 6 cổng ghép lai 90 độ để tách sóng tín hiệu và thực hiện phân tích trên miền RF, ứng dụng này đã được thực hiện cho hệ thống quang coherent đơn sóng mang bởi Ly-Gagnon và Savory [1].
Mục đích của 4 cổng đầu ra của bộ ghép lai 90 0 là để tạo ra một sự lệch pha
C ÔNG NGHỆ CO-OFDM-WDM QUANG
2.3.1 Tổng quan về công nghệ CO-OFDM-WDM
Công nghệ CO-OFDM-WDM là một giải pháp truyền thông quang tiên tiến, kết hợp ba công nghệ quang hiện đại để đạt được tốc độ truyền tải siêu cao và chất lượng vượt trội Sự kết hợp này bao gồm công nghệ quang Coherent (CO), công nghệ ghép kênh quang theo tần số trực giao (OFDM), và công nghệ quang ghép băng trực giao (WDM) Nhờ vào việc kết hợp các ưu điểm của ba công nghệ quang thành phần, CO-OFDM-WDM mang lại hiệu suất truyền tải tối ưu cho các ứng dụng truyền thông hiện đại.
Công nghệ Coherent quang mang lại nhiều lợi ích, bao gồm việc nâng cao dung lượng hệ thống thông qua giải pháp ghép các kênh quang theo pha Nó cũng cải thiện độ nhạy thu và cho phép bộ thu quang hoạt động ở tần số thấp sau khi qua bộ trộn tần số Nhờ đó, công nghệ này có khả năng hoạt động ở tần số cao và tốc độ bit lớn mà không gặp phải méo biên độ, méo pha, hay méo sườn trước và sườn sau của các xung trong truyền dẫn tương tự, cũng như méo xuyên nhiễu trong truyền dẫn số Từ đó, công nghệ Coherent quang giúp nâng cao tốc độ truyền dẫn một cách hiệu quả.
Công nghệ OFDM quang là phương pháp ghép kênh tần số trực giao, giúp tối ưu hóa việc sử dụng phổ tần số và tạo ra dung lượng lớn Công nghệ này giải quyết hiệu quả vấn đề tán sắc trong kênh truyền sợi quang, cho phép truyền tải thông tin với tốc độ cao và giảm thiểu nhiễu liên sóng mang.
Công nghệ WDM quang, hay còn gọi là ghép kênh quang theo bước sóng, là một giải pháp tối ưu hóa băng thông của sợi quang Công nghệ này cho phép ghép băng trực giao, từ đó tạo ra hệ thống truyền dẫn quang với dung lượng rất lớn, mang lại hiệu quả cao trong việc sử dụng tài nguyên mạng.
Mặc dù, công nghệ CO-OFDM-WDM có nhiều ưu việt, song công nghệ CO-OFDM-WDM mới chỉ dừng lại ở mức đang được nghiên cứu và thử nghiệm
Trong số 56 công nghệ đang được nghiên cứu trong các phòng thí nghiệm, nhiều công nghệ vẫn chưa được thương mại hóa Tuy nhiên, đây là một hướng phát triển hứa hẹn, cung cấp giải pháp công nghệ truyền tải thông tin cho xã hội hiện tại và tương lai Vì vậy, các nhà khoa học và các hãng sản xuất thiết bị đang nỗ lực nghiên cứu và chế tạo các hệ thống thông tin quang CO-OFDM-WDM để phục vụ cho nhu cầu trong tương lai.
Công nghệ CO-OFDM-WDM quang là một giải pháp tối ưu hóa băng thông của sợi quang, sử dụng kỹ thuật ghép phổ trực giao để tạo ra hệ thống truyền dẫn quang dung lượng lớn Hệ thống này được gọi là OBM-OFDM (Orthogonal-band-multiplexed OFDM), trong đó ký hiệu OFDM đã bao hàm sự tích hợp của công nghệ Coherent và ghép kênh theo tần số trực giao.
Công nghệ Coherent OFDM quang dung lượng lớn ghép băng trực giao OBM-OFDM kết hợp công nghệ OFDM quang dung lượng lớn với tính năng ghép băng trực giao, trong đó công nghệ Coherent được tích hợp cho từng tần số trực giao của OFDM.
Công nghệ OBM-OFDM, hay còn gọi là công nghệ Coherent OFDM, là một giải pháp quang dung lượng lớn sử dụng phương pháp ghép băng trực giao.
Luận văn này trình bày nghiên cứu về công nghệ OFDM quang dung lượng lớn ghép băng trực giao (OBM-OFDM), tập trung vào các đặc điểm và ứng dụng của công nghệ này Sự tích hợp giữa công nghệ Coherent và OFDM đã được đề cập chi tiết trong phần 2.2 của luận văn.
2.3.2 Nguyên lý ghép băng trực giao của hệ thống OBM-OFDM
Hiện nay, lưu lượng truyền thông, đặc biệt là lưu lượng IP, đang tăng nhanh chóng Công nghệ Ethernet 100Gb/s được coi là tiêu chuẩn truyền dẫn thế hệ mới cho mạng IP Khi tốc độ dữ liệu đạt 100 Gb/s hoặc cao hơn, băng thông điện cần thiết cho CO-OFDM cũng gia tăng.
Tần số tối thiểu cần thiết là 15 GHz, tuy nhiên việc thực hiện điều này không mang lại hiệu quả kinh tế, ngay cả khi sử dụng các biến đổi tương tự thành số ADC và DCA trong mạch tích hợp Để giải quyết vấn đề tắc nghẽn băng thông điện, nhiều kỹ thuật đã được phát triển, trong đó kỹ thuật nổi bật nhất là OBM-OFDM (Orthogonal Band Multiplexed-OFDM).
Khái niệm OBM-OFDM đề cập đến việc chia phổ OFDM thành nhiều băng tần trực giao, giúp giảm thiểu nhiễu giữa các băng mà không cần băng bảo vệ lớn Nhờ vào tính trực giao này, các băng OFDM có thể được ghép và tách một cách hiệu quả Kỹ thuật này cho phép truyền dẫn 100 Gb/s CO-OFDM qua 1000 Km sợi quang đơn mode tiêu chuẩn (SSMF) mà không cần bù tán sắc quang, sử dụng bộ khuếch đại sợi quang pha tạp Erbium (EDFA).
Hệ thống OBM-OFDM 100 Gb/s hoạt động như 5 kênh 20 Gb/s sử dụng phân chia theo bước sóng (WDM) mà không cần băng bảo vệ tần số Mỗi bước sóng trong hệ thống WDM truyền tải tốc độ 20 Gb/s và được ghép bằng công nghệ OFDM.
Bằng cách sử dụng ghép và tách các băng OFDM, OBM-OFDM đã đạt được những ưu điểm vượt trội sau:
1 Đạt được hiệu suất quang phổ cao bằng cách không sử dụng băng bảo vệ hoặc sử dụng băng bảo vệ nhỏ;
2 OBM-OFDM cung cấp tính mềm dẻo trong giải điều chế hai băng con OFDM đồng thời chỉ với biến đổi Fourier nhanh (FFT),
3 OBM-OFDM có thể dễ dàng được phân chia bởi các bộ lọc điện anti- alias và sau đó xử lý với DAC/ADC tốc độ thấp hơn [6];
4 Yêu cầu độ dài tiền tố chu trình (CP) thu ngắn lại bởi vì băng con của toàn bộ quang phổ
Nguyên tắc cơ bản của OBM-OFDM là chia OFDM thành các băng con mà vẫn giữ được tính trực giao Sơ đồ phân bố phổ của OBM-OFDM cho thấy toàn bộ phổ OFDM bao gồm N băng OFDM, với khoảng cách giữa các sóng mang con là Δf và khoảng băng tần bảo vệ là ΔfG Khoảng cách Δf giữa các sóng mang con là đồng nhất trong các băng do sự tương đồng về xung lấy mẫu trong mỗi mạch Điều kiện trực giao giữa các băng khác nhau được xác định bởi fG m f.
Băng bảo vệ trong hệ thống OFDM là một bội số khoảng cách giữa các sóng mang con, đảm bảo rằng điều kiện trực giao được thỏa mãn cho bất kỳ hai sóng mang con trong toàn bộ phổ Cụ thể, sóng mang con f_i trong băng 1 sẽ trực giao với sóng mang con f_j trong băng OFDM khác (băng 2) Khi m=1 trong công thức, sự trực giao này được duy trì, góp phần vào hiệu suất truyền tải dữ liệu.
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CO-OFDM-WDM QUANG CHO
N HU CẦU PHÁT TRIỂN CÁC DỊCH VỤ CỦA VNPT H À N ỘI
Ngày nay, cả thế giới và Việt Nam đang tiến vào kỷ nguyên kinh tế tri thức, nơi thông tin trở thành động lực chính cho sự phát triển xã hội Nhu cầu truyền thông đang gia tăng với sự xuất hiện của nhiều dịch vụ băng rộng và tốc độ cao, cùng với các dịch vụ tích hợp và đa phương tiện, góp phần quan trọng vào đời sống kinh tế - xã hội của mỗi quốc gia và kết nối toàn cầu.
3.1.1 Phát triển các dịch vụ băng rộng Để đáp ứng được vai trò động lực thúc đẩy sự phát triển của kỷ nguyên thông tin, VNPT, là một trong những nhà cung cấp hạ tầng truyền thông lớn nhất của nước ta, cần phải phát triển hạ tầng truyền thông với khả năng linh hoạt cao, tốc độ truyền dẫn lớn/ băng thông rộng, dung lượng lớn, đa dịch vụ đáp ứng mọi nhu cầu trao đổi thông tin của xã hội Do đó, các dịch vụ băng rộng/ tốc độ cao và chất lượng cao ngày càng phát triển
Các dịch vụ băng rộng và tốc độ cao bao gồm truyền hình qua Internet, thương mại điện tử, ứng dụng y tế từ xa, chăm sóc sức khỏe, nghiên cứu y học, chính phủ điện tử, giảng dạy từ xa, thư viện kỹ thuật số, ứng dụng trong khoa học vũ trụ, thiên văn học, vật lý học và các ứng dụng nâng cao khả năng nhận thức của con người.
3.1.2 Tích hợp dịch vụ thoại và dữ liệu
Với những lợi thế nổi bật của chuyển mạch gói, VNPT cần đẩy mạnh phát triển mạng truyền tải chuyển mạch gói để thay thế dần các hệ thống chuyển mạch kênh lỗi thời Điều này sẽ giúp VNPT xây dựng một mạng Internet có dung lượng lớn và tốc độ cao, cho phép hội tụ giữa dữ liệu và thoại, đồng thời tích hợp các mạng thoại và dữ liệu riêng biệt thành một mạng duy nhất, phục vụ cả nhu cầu thoại và dữ liệu.
Mạng hội tụ băng rộng cần đáp ứng yêu cầu về QoS để đảm bảo thời gian thực, cho phép cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao và mở rộng từ thoại truyền thống sang đa phương tiện Để thực hiện điều này, băng thông của mạng hội tụ băng rộng phải lớn gấp 100 – 1000 lần so với PSTN truyền thống, nhằm cung cấp các dịch vụ nhanh chóng cũng như tích hợp dịch vụ cố định và di động.
Một trong những nguyên nhân chính cho sự hội tụ giữa thoại và dữ liệu là tính kinh tế Các nhà cung cấp dịch vụ luôn tìm cách giảm chi phí đầu tư và vận hành mạng Việc tích hợp các công nghệ hiện đại và phát triển mạng lõi cho phép cung cấp cả thoại và dữ liệu sẽ giúp giảm thiểu chi phí công nghệ.
3.1.3 Tích hợp dịch vụ truyền thông quảng bá và viễn thông
Với xu hướng hội tụ dịch vụ trên thiết bị đầu cuối qua mạng băng rộng sử dụng IPv6, người dùng có thể dễ dàng xem trực tiếp các chương trình truyền hình quảng bá trên điện thoại di động, tivi thông qua mạng cáp CATV, hoặc qua hộp settop-box cho các chương trình DMB, cũng như trên máy tính hoặc PDA đời mới.
Truyền hình di động đang trở thành xu hướng toàn cầu, cho phép người dùng dễ dàng truy cập cả mạng và truyền hình ngay trong túi Ngày càng nhiều chương trình truyền hình có thể tải về và xem trên các thiết bị cá nhân, thậm chí một số show còn được công chiếu trên di động trước khi phát sóng trên truyền hình Sự gia tăng của các nhà cung cấp dịch vụ trong lĩnh vực này cũng khiến cước phí truyền hình di động ngày càng hợp lý hơn.
Công nghệ Wi-Fi phát triển mạnh mẽ sẽ làm giảm giá thành dịch vụ Internet TV, cho phép cung cấp nhiều dịch vụ đồng thời cho các thành viên trong gia đình Để đáp ứng nhu cầu xem các chương trình khác nhau cùng lúc và ghi lại chương trình trên VCR, dung lượng cần thiết cho HDTV là từ 40-60 Mbit/s và cho SDTV là 8-12 Mbit/s Bên cạnh đó, dịch vụ Web-TV cũng sẽ phát triển song song với TV số.
Trên cơ sở đó, VNPT cần phải phát triển mạng hội tụ băng rộng để các khách hàng có thể sử dụng các dịch vụ như :
Máy điện thoại cố định sẽ được cải tiến với tính năng hiển thị hình ảnh, cho phép người dùng thực hiện cuộc gọi chỉ bằng cách chạm vào màn hình máy tính hoặc ti vi Khi đang xem ti vi hoặc làm việc trên máy tính, người gọi sẽ thấy người nhận cuộc gọi xuất hiện trên màn hình để dễ dàng giao tiếp.
Với tính năng 3 trong 1, người dùng không cần phải sở hữu ba thiết bị riêng biệt như ti vi, Internet và điện thoại Chỉ với một chiếc PDA, bạn có thể dễ dàng xem ti vi, lướt web và thực hiện cuộc gọi một cách tiện lợi.
Dịch vụ trong phòng ngủ hiện đại cho phép tích hợp máy tính và điện thoại vào ti vi, giúp người dùng thực hiện cuộc gọi video, lướt web và xem ti vi đồng thời Điều này không chỉ tạo cơ hội cho gia đình có thêm thời gian bên nhau mà còn giúp phụ huynh dễ dàng giám sát hoạt động của con cái từ xa Toàn bộ gia đình có thể thoải mái lướt mạng và trò chuyện, tạo nên không gian gắn kết hơn.
Thông tin cố định và di động sẽ không còn khác biệt, khi ti vi và điện thoại hợp nhất thành một thiết bị duy nhất Khách hàng có thể thực hiện cuộc gọi video và lướt web trong khi xem ti vi Công nghệ WiBro sẽ xóa bỏ rào cản giữa kết nối Internet cố định và không dây.
Mọi thứ hiện nay đều được kết nối mạng, cho phép người dùng không cần máy tính có tốc độ cao hay bộ nhớ lớn Chỉ cần một số chức năng cơ bản, người dùng có thể xem phim trực tuyến mà không cần tải về hay lưu trữ trên máy tính cá nhân Hơn nữa, việc truy cập tất cả các tệp tin trên mạng trở nên dễ dàng hơn, vì mọi thứ đều được lưu trữ trực tuyến.
3.1.4 Các dịch vụ đa phương tiện (Multimedia Services)
Dịch vụ đa phương tiện là các dịch vụ thông tin tích hợp, sử dụng máy tính để trình bày văn bản, đồ họa, hình ảnh, video và âm thanh trong truyền thông.
T ÌNH HÌNH TRIỂN KHAI CÁC DỊCH VỤ Ở VNPT H À N ỘI
Hiên nay, VNPT Hà Nội vẫn còn triển khai nhiều các dịch vụ băng hẹp và đã triển khai một số dịch vụ băng rộng
VNPT Hà Nội hiện đang cung cấp các dịch vụ băng hẹp cơ bản, bao gồm thoại truyền thống, thoại VoIP, truyền dữ liệu tốc độ thấp, Frame Relay, Internet tốc độ thấp, cho thuê kênh, cùng với các dịch vụ bổ sung và giá trị gia tăng.
Các dịch vụ băng rộng hay tốc độ cao đã được triển khai ở VNPT Hà Nội theo một số hướng cơ bản sau: a) Các dịch vụ băng rộng
VNPT cung cấp các dịch vụ băng rộng tập trung vào truy nhập Internet băng rộng (HSI) thông qua các công nghệ xDSL, FTTx và Leased line Các dịch vụ internet băng rộng chủ yếu của VNPT bao gồm MegaVNN, Fiber VNN và VNN Internet trực tiếp, đáp ứng nhu cầu kết nối của người dùng.
- Dịch vụ MegaVNN: dịch vụ truy nhập internet tốc độ cao qua cáp đồng xDSL(hiện nay đang không còn sử dụng)
- Dịch vụ FiberVNN: dịch vụ truy nhập internet tốc độ cao sử dụng cáp quang
- Dịch vụ MyTV: dịch vụ truyền hình tương tác qua mạng internet
Dịch vụ MegaWan cung cấp mạng riêng ảo (VPN) thông qua hạ tầng cáp đồng xDSL và cáp quang, giúp kết nối các mạng máy tính tại những vị trí địa lý khác nhau một cách hiệu quả và an toàn.
Dịch vụ Metronet cung cấp giải pháp truyền dữ liệu hiệu quả qua cổng Ethernet của mạng MAN-E sử dụng công nghệ IP/MPLS và cáp sợi quang Ngoài ra, dịch vụ còn hỗ trợ các ứng dụng đa phương tiện, mang lại trải nghiệm truyền tải thông tin mượt mà và ổn định cho người dùng.
Hiện nay, VNPT Hà Nội chưa khai thác triệt để các dịch vụ đa phương tiện, chủ yếu người dùng chỉ tải về các file multimedia như nhạc mp3 và phim ảnh Tuy nhiên, dịch vụ này đã thu hút sự quan tâm lớn từ người sử dụng VNPT Hà Nội cũng đã cung cấp một số dịch vụ multimedia như video trực tuyến, chat đa phương tiện và hội nghị đa phương tiện, mở rộng khả năng kết nối và giao tiếp cho người dùng.
VNPT Hà Nội hiện đang cung cấp các dịch vụ viễn thông mạng thế hệ mới NGN Kể từ năm 2006, NGN đã được triển khai tại các tổng đài và hệ thống truyền dẫn nội hạt, và từ năm 2010, mạng viễn thông đã hoàn toàn chuyển sang sử dụng NGN Các dịch vụ dự kiến sẽ được triển khai trên nền tảng mạng NGN.
- Kết nối liên mạng máy tính qua VPN: dịch vụ MegaWAN
- Dịch vụ số gọi duy nhất - Global Virtual Private Number
- Gọi điện thoại từ trang Web – WebdialPage
- Dịch vụ IP/VPN qua hệ thống NGN bằng hình thức cung cấp trực tiếp
- Dịch vụ hội thoại từ xa qua truyền hình (video conference),…
Một số nhận xét đánh giá:
Hiên nay, VNPT Hà Nội vẫn còn triển khai nhiều các dịch vụ băng hẹp, còn tình hình triển khai các dịch vụ băng rộng chưa thật nhiều
Trong tương lai, sự phát triển của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 và nền văn minh tri thức sẽ làm gia tăng nhu cầu của con người đối với các dịch vụ băng rộng, tốc độ cao, dịch vụ hội tụ và dịch vụ đa dạng.
Số lượng và chất lượng của 77 phương tiện và các dịch vụ tương tác sẽ gia tăng nhanh chóng, không chỉ về số lượng mà còn về lưu lượng truyền tải, như đã được đề cập trong phần 3.1.
H IỆN TRẠNG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG CỦA VNPT H À N ỘI
Mạng truyền tải quang của VNPT Hà nội bao gồm:
- Mạng kết nối từ mạng đường trục của VNPT Net đến mạng MAN-E VNPT Hà Nội
- Mạng MAN-E của VNPT Hà Nội
- Các mạng truy nhập quang của VNPT Hà Nội
3.3.1 Mạng kết nối từ mạng đường trục của VNPT Net đến mạng MAN-E VNPT Hà Nội
VNPT Net kết nối từ mạng đường trục của VNPT đến mạng MAN-E VNPT Hà Nội, cung cấp các dịch vụ như VPN liên tỉnh, truy cập Internet, MyTV, và VoIP cho các đơn vị ngoài VNPT Hà Nội và ngược lại.
Hiện nay, mạng có 4 tuyến truyền dẫn quang sử dụng công nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM, mỗi tuyến ghép 3 bước sóng, mang lại tổng dung lượng chuyển tiếp lên đến 120 Gb/s (tính toán từ 3x4x10Gbps = 120Gb/s).
3.3.2 Mạng MAN – E của VNPT Hà Nội
MAN-E (Mạng đô thị - Ethernet) là một loại mạng đô thị sử dụng công nghệ Ethernet để kết nối nhiều mạng truy cập quang Nó cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ cao và cung cấp kết nối truy cập theo các tiêu chuẩn Ethernet.
Cấu trúc mạng MAN-E của VNPT Hà Nội
Cấu trúc mạng MAN-E của VNPT Hà Nội đến được chỉ ra ở hình 3.1 Mạng MAN-E của VNPT Hà Nội được tổ chức thành hai lớp:
Lớp lõi của mạng MAN-E của VNPT Hà Nội, được gọi là "MAN E CORE", bao gồm các thiết bị chuyển mạch tốc độ cao "CES" Lớp này đóng vai trò thiết lập hệ thống chuyển mạch lõi cho toàn bộ lưu lượng của các dịch vụ khác nhau.
Lớp truy nhập trong mạng MAN-E của VNPT Hà Nội, hay còn gọi là lớp "Access", bao gồm nhiều loại thiết bị đa dạng nhằm đáp ứng nhu cầu truy nhập của khách hàng Lớp này có nhiệm vụ chuyển tải lưu lượng giữa các nhóm khách hàng trong cùng một mạng truy nhập, đồng thời chuyển tiếp lưu lượng lên lớp mạng lõi cho các giao dịch trong tỉnh hoặc liên tỉnh Các thiết bị chính trong lớp truy nhập thường là các thiết bị công nghệ GPON, xDSL và FTTx.
Mạng truy nhập MAN-E có thể được thiết kế theo nhiều kiểu topology như hình cây, vòng, lưới hoặc dạng lai ghép Đặc biệt, mạng này có khả năng hồi phục nhanh chóng khi xảy ra sự cố về tuyến cáp hoặc nút chuyển mạch, giúp đảm bảo chất lượng dịch vụ ổn định.
Mạng lõi của MAN-E thuộc VNPT Hà Nội được thiết kế theo cấu hình ring với công nghệ WDM, đảm bảo tính dự phòng cao trong trường hợp xảy ra sự cố Tốc độ chuyển mạch tại các nút mạng lõi đạt hàng chục Gbps, và lưu lượng chuyển trên các tuyến kết nối cũng có thể đạt mức tương tự Các nút mạng lõi được bố trí tại các điểm trung tâm lưu lượng, thường nằm ở các khu vực đông dân cư và khu công nghiệp.
Các thông số mạng MAN-E của VNPT Hà Nội bao gồm:
Bốn thiết bị MEN Switch Cisco 7609 tại các địa điểm Đinh Tiên Hoàng, Thượng Đình, Cầu Giấy và Đức Giang được kết nối với nhau qua cấu trúc Ring, với băng thông kết nối lên tới 50Gbps.
- Tổng băng thông kết nối lên VN2/VTN: 120 Gbps
Lớp thiết bị cung cấp dịch vụ cho người sử dụng NPE (Agg MEN Switch):
Lớp NPE gồm 20 thiết bị MEN Switch Cisco 7609:
- 15 thiết bị MEN Switch Cisco 7609 thuộc vùng 6 Trung tâm Viễn thông (1,2,3,4,5,9) kết nối lên 04 thiết bị Core MEN Switch Cisco 7609 trên trung kế 2 x 10Gbps
- 05 thiết bị MEN Switch Cisco 7609 thuộc vùng 3 Trung tâm Viễn thông(6,7,8) được kết nối với nhau theo kết nối Ring với băng thông kết nối là 20Gbps
THƯỢNG ĐÌNH ĐINH TIÊN HOÀNG
RLU Yên Phụ Quán Thánh Hàng Hành
Ng Công Lạc Trung Trứ
Cung Văn Hóa Minh Khai
Mai Động Trần Khát Chân
Ring 10Gb Ring 10Gb Ring 10Gb
Th Xuân Nam Định Công
Hoàng Cầu B Văn Chương Đg Tiến Đông
Ring 10Gb Láng Trung Đội Cấn A
Ring 10Gb Ông Ích Khiêm
OLT TYN OLT MTY OLT MYH OLT YHA OLT CDN
OLT NTC OLT VPS OLT CGY
OLT KLN OLT KLR OLT CMC OLT PMI OLT BMI
OLT LHA OLT LTG OLT TLE OLT HHT OLT NKH
OLT DCA OLT LGT OLT HCA
OLT HCB OLT DTD OLT VCG OLT OCD
OLT DCN OLT TX2 OLT NCH
Hình 3.1 Cấu trúc mạng MAN-E VNPT Hà Nội
Thiết bị NPE 7609 tại Hà Đông kết nối với hai thiết bị Core MEN Switch Cisco 7609 tại Đinh Tiên Hoàng và Cầu Giấy thông qua các tuyến trung kế, với băng thông đạt 2 x (2 x 10Gbps).
Lớp UPE (lớp thiết bị biên giữa nhà cung cấp và người dùng):
Hiện tại, VNPT Hà nội đã có 131 MEN Switch (129 MEN Switch 7606, 02 MEN Switch 7609) 131 MEN Switch được lắp đặt tại 131 trạm viễn thông
Hiện tại, VNPT Hà nội đã thiết lập 40 Ring trung kế 10Gbps, bảo vệ 02 hướng trên cáp quang và miền MPLS có thời gian bảo vệ < 50ms
VNPT Hà Nội hiện có 353 trạm viễn thông với các thiết bị IP-DSLAM, L2 Switch, CSG, OLT, trong khi mạng MAN-E chỉ có 66 UPE được tổ chức thành 23 Ring, đạt tỷ lệ 18% số trạm viễn thông có node UPE Tỷ lệ và số lượng UPE, Ring UPE hiện tại vẫn thấp so với tổng số trạm, dẫn đến khó khăn trong việc đảm bảo an toàn cho các dịch vụ như MyTV, FiberVNN, VoiP trên IMS, NodeB, Sing-RAN, và đôi khi gây ra tình trạng mất liên lạc trên diện rộng.
Mạng MAN-E VNPT Hà Nội cung cấp băng thông đủ cho 450.000 thuê bao MegaVNN trên mạng xDSL, 20.000 thuê bao FTTH qua cổng FE trên thiết bị AON, 31.000 thuê bao FTTH qua cổng G-PON, 40.000 thuê bao MyTV, 100.000 thuê bao VoiP/IMS, và 4.000 node B/Sing-RAN của VNP & VMS.
3.3.3 Mạng truy nhập quang của VNPT Hà Nội
Mạng truy nhập quang của VNPT Hà nội bao gồm:
- Mạng truy nhập cáp quang
3.3.3.1 Mạng cáp quang của VNPT Hà Nội
Mạng cáp quang của VNPT Hà Nội hiện có 710 tuyến cáp quang trung kế và 1.940 tuyến cáp quang truy nhập, với tổng dung lượng lên tới 295.116 FO, bao gồm các loại cáp từ 1FO đến 96FO Tổng chiều dài của các tuyến cáp này đạt khoảng 12.266.067m.
VNPT Hà Nội đang tích cực triển khai mạng cáp quang truy nhập nhằm phát triển thuê bao và kết nối cho các cơ quan, chính quyền Đồng thời, công ty cũng mở rộng mạng cáp quang FTTH để đáp ứng nhu cầu sử dụng dịch vụ băng rộng tại các khu công nghiệp, đô thị mới, và tòa nhà văn phòng, cũng như kết nối truyền dẫn cho các trạm BTS 3G, 4G của Vinaphone và Mobiphone.
Mạng cáp quang truy nhập của VNPT Hà Nội được xây dựng theo cấu trúc sau:
Mạng cáp quang FTTH được thiết kế theo cấu trúc điểm - điểm và điểm - đa điểm, với điểm đầu là các ODF tập trung tại các tổng đài Điểm phối cáp bao gồm các măng sông và tủ phối cáp, trong khi điểm truy cập mạng hoặc kết cuối là các măng sông hoặc ODF nhỏ.
+ Mạng cáp quang truy nhập được xây dựng theo phân vùng phục vụ
+ Dung lượng cáp quang từ tổng đài Host là 96 Fo, từ các tổng đài vệ tinh là
+ Kết nối từ điểm truy nhập/kết cuối mạng đến Khách hàng sử dụng cáp thuê bao sợi quang, dung lượng từ 1fo, 2fo, 4 fo đến 8 fo, 12fo
Các điểm truy nhập mạng và kết cuối được lựa chọn nhằm đảm bảo chiều dài cáp thuê bao sợi quang từ điểm truy nhập đến nhà khách hàng không vượt quá 1 km.
3.3.3.2 Mạng G-PON của VNPT Hà Nội
Đ ÁNH GIÁ NHU CẦU SỬ DỤNG DỊCH VỤ CỦA KHÁCH HÀNG TRÊN ĐỊA BÀN H À
Mạng truyền tải của VNPT Hà Nội hiện đang sở hữu quy mô rộng lớn và dung lượng cao, đủ khả năng đáp ứng nhu cầu truyền tải dịch vụ của xã hội hiện nay.
Trong tương lai, sự phát triển của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 và nền văn minh tri thức sẽ dẫn đến nhu cầu gia tăng nhanh chóng về dịch vụ băng rộng, dịch vụ hội tụ, dịch vụ đa phương tiện và dịch vụ tương tác Điều này không chỉ thể hiện ở số lượng dịch vụ ngày càng cao mà còn ở chất lượng và lưu lượng truyền tải của các dịch vụ này cũng sẽ được nâng cao đáng kể.
Dịch vụ Internet đang phát triển nhanh chóng tại Việt Nam và trên toàn thế giới nhờ vào những tính năng tiện lợi Công nghệ GPON đang được ứng dụng rộng rãi, mang lại các dịch vụ như mạng riêng ảo (VPN), truy cập Internet tốc độ cao và hội nghị truyền hình Những xu hướng này hứa hẹn sẽ tiếp tục gia tăng trong tương lai.
Với dân số khoảng 9 triệu người, TP Hà Nội đang đối mặt với nhu cầu cao về Internet băng rộng, dịch vụ hội tụ và đa phương tiện Dự báo sự tăng trưởng kinh tế xã hội sẽ thúc đẩy nhu cầu này ngày càng gia tăng trong tương lai Theo định hướng quy hoạch của thành phố, việc đáp ứng yêu cầu về chất lượng và đa dạng dịch vụ trong lĩnh vực công nghệ thông tin trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết.
Thị trường Hà Nội được chia thành những khối chính sau:
Khối các tổ chức chính phủ bao gồm hơn 50 cơ quan cấp bộ và ngang bộ đang có nhu cầu xây dựng mạng diện rộng (WAN) và các trang web quy mô nội bộ và toàn quốc Mỗi mạng sẽ kết nối với hàng trăm mạng nội bộ khác nhau, kết hợp giữa giải pháp mạng diện rộng WAN truyền thống và mạng riêng ảo (VPN), sử dụng dịch vụ SHDSL trên cáp đồng và Metronet trên cáp quang.
Khối ngoại giao và thương mại tại Việt Nam bao gồm các đại sứ quán và văn phòng đại diện phát triển thương mại từ hơn 50 quốc gia Các cơ quan này cần sử dụng các dịch vụ ADSL, HDSL và cáp quang băng rộng để kết nối với trụ sở chính và các văn phòng tại TP Hà Nội cũng như trên toàn quốc Họ yêu cầu truy cập Internet, VPN và dịch vụ hội nghị video với tốc độ cao để đảm bảo hoạt động hiệu quả.
Hà Nội hiện có hơn 500 công ty đa quốc gia, với nhu cầu ngày càng tăng về kết nối mạng, bao gồm SHDSL và Metronet cáp quang Kể từ năm 2009, các công ty này đã tìm kiếm giải pháp để kết nối trụ sở chính và các văn phòng trên địa bàn TP Hà Nội cũng như trên toàn quốc, đồng thời thiết lập VPN cho cả phạm vi trong nước và quốc tế.
Hơn mười ngàn doanh nghiệp trong và ngoài nước đang tìm kiếm giải pháp truy cập internet tốc độ cao, dịch vụ hội tụ, dịch vụ đa phương tiện và các dịch vụ tương tác thông qua kết nối mạng WAN hoặc Metronet cáp quang.
Khối giáo dục và đào tạo tại Việt Nam hiện có hơn 50 trường đại học và cao đẳng đang tìm kiếm giải pháp xây dựng mạng VPN, WAN và truy cập Internet băng rộng Những nhu cầu này bao gồm dịch vụ hội tụ, dịch vụ đa phương tiện và các dịch vụ tương tác để kết nối với mạng Đại học quốc gia Đặc biệt, việc sử dụng cáp quang để thiết lập kết nối LAN-to-LAN giữa các cơ sở trên toàn quốc là rất cần thiết Hơn nữa, có trên 100 viện và trường học tại Hà Nội cũng đang cần truy cập Internet bằng cáp quang.
Hà Nội hàng năm thu hút hàng triệu du khách và doanh nhân trong và ngoài nước, tạo ra nhu cầu lớn về internet băng rộng và tốc độ cao Ngoài ra, họ cũng cần các dịch vụ hội tụ, đa phương tiện và các dịch vụ tương tác để phục vụ cho nhu cầu làm việc và giải trí.
Hiện nay, hàng trăm ngàn tổ chức, cá nhân và hộ gia đình đang sử dụng Internet gián tiếp và có nhu cầu chuyển sang Internet băng rộng Nhu cầu này bao gồm dịch vụ hội tụ, dịch vụ đa phương tiện và các dịch vụ tương tác để nâng cao trải nghiệm trực tuyến.
Với sự phát triển nhanh chóng của dịch vụ Internet tại Việt Nam và các quốc gia khác, tốc độ gia tăng thuê bao Internet đang ở mức cao Các công nghệ tiên tiến như GPON sẽ được áp dụng rộng rãi trong tương lai gần, mang đến các tính năng tiện ích như mạng riêng ảo (VPN), truy cập Internet tốc độ cao và hội nghị truyền hình.
VNPT Hà Nội cần phát triển mạng truyền tải với băng thông rộng, tốc độ truyền tải cao và dung lượng lớn Một giải pháp hiệu quả là ứng dụng công nghệ CO-OFDM-WDM cho hệ thống mạng truyền tải của VNPT Hà Nội.
P HƯƠNG ÁN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CO-OFDM-WDM CHO VNPT H À N ỘI
Mạng truyền tải quang của VNPT Hà Nội được cấu thành từ việc kết nối mạng đường trục của VNPT Net đến mạng MAN.
E VNPT Hà Nội, mạng MAN-E và các mạng truy nhập quang
Do đó, việc ứng dụng công nghệ CO-OFDM-WDM cho mạng truyền tải quang của VNPT Hà Nội sẽ thực hiện cho 3 lớp mạng này
3.5.1 Ứng dụng công nghệ CO-OFDM-WDM cho mạng chuyển tiếp từ mạng
MAN-E VNPT Hà Nội lên mạng đường trục của VNPT Net
Mạng MAN-E VNPT Hà Nội kết nối với mạng đường trục VNPT Net, cung cấp các dịch vụ VPN liên tỉnh, truy cập Internet, MyTV và VoIP hiện có.
Bài viết đề xuất sử dụng công nghệ CO-OFDM-WDM để đạt được dung lượng chuyển tiếp 120 Gbps, bao gồm 4 tuyến ghép kênh quang theo bước sóng WDM, mỗi tuyến ghép 3 bước sóng, tương đương với công thức 3x4x10Gbps = 120Gb/s.
+ Sử dụng công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng WDM quang cho 4 tuyến chuyển tiếp từ mạng MAN-E VNPT Hà Nội lên mạng đường trục của
VNPT Net hiện tại với mỗi tuyến ghép 3 bước sóng (như mạng ghép bước sóng quang hiện tại)
Công nghệ CO-OFDM quang đã được áp dụng để ghép 5 tần số trực giao trên mỗi băng bước sóng của WDM, phục vụ cho 4 tuyến chuyển tiếp từ mạng MAN-E VNPT Hà Nội lên mạng đường trục của VNPT Net Tốc độ truyền dẫn đạt 10Gb/s trên mỗi tần số trực giao, sử dụng các công nghệ ghép kênh điện hiện có của mạng hiện tại.
Tuy nhiên, với phương án đó dung lượng của mạng chuyển tiếp từ mạng MAN-
VNPT Hà Nội đã nâng băng thông mạng đường trục của VNPT Net lên 600Gb/s (12x5x10Gb/s) và cải thiện chất lượng mạng chuyển tiếp nhờ áp dụng công nghệ Coherent.
Khi nhu cầu truyền tải từ mạng MAN-E VNPT Hà Nội lên mạng đường trục VNPT Net gia tăng, VNPT Hà Nội sẽ áp dụng công nghệ CO-OFDM quang, sử dụng 5 tần số trực giao trên mỗi băng bước sóng Đồng thời, công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng WDM sẽ được kết hợp để đáp ứng nhu cầu truyền dẫn với số bước sóng lớn hơn.
3.5.2 Ứng dụng công nghệ CO-OFDM-WDM cho các mạng MAN-E
Mạng MAN-E của VNPT Hà Nội là hệ thống truyền tải lõi quan trọng, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về dịch vụ băng rộng, tốc độ cao và các dịch vụ đa phương tiện trong bối cảnh phát triển công nghiệp 4.0 và nền văn minh tri thức Để thích ứng với sự gia tăng nhanh chóng về số lượng và chất lượng dịch vụ, mạng này cần cải thiện băng thông, tốc độ truyền tải và dung lượng truyền tải, đảm bảo đáp ứng tốt nhất cho nhu cầu của người dùng.
Một trong những giải pháp có thể mang lại hiệu quả cho các mạng MAN-E của VNPT Hà Nội, đó là ứng dụng công nghệ CO-OFDM-WDM
Dựa trên cấu trúc hiện tại của mạng MAN-E VNPT Hà Nội và nhu cầu phát triển, luận văn đề xuất áp dụng công nghệ CO-OFDM-WDM để đáp ứng yêu cầu về băng thông rộng, tốc độ truyền tải cao, dung lượng lớn và chất lượng truyền tải tốt cho mạng MAN-E của VNPT Hà Nội.
Phương án ứng dụng công nghệ CO-OFDM-WDM cho mạng lõi của mạng MAN-E VNPT Hà Nội
Mạng ring lõi của mạng MAN-E VNPT Hà Nội sử dụng công nghệ ghép kênh quang WDM với tốc độ 50Gb/s, áp dụng kỹ thuật ghép 5 bước sóng quang, mỗi bước sóng đạt 10Gb/s Luận văn đề xuất phương án sử dụng công nghệ CO-OFDM-WDM tương tự như phương án chuyển tiếp từ mạng MAN-E VNPT Hà Nội lên mạng đường trục của VNPT Net.
+ Sử dụng công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng WDM quang ghép 5 bước sóng cho mạng ring lõi (như mạng ring ghép bước sóng quang hiện tại)
Công nghệ CO-OFDM quang cho phép ghép 5 tần số trực giao trên mỗi băng bước sóng trong mạng ring quang hiện tại Mỗi tần số trực giao đạt tốc độ truyền dẫn 10Gb/s, kết hợp với các công nghệ ghép kênh điện có sẵn của mạng hiện tại.
Phương án này sẽ nâng cao dung lượng mạng ring lõi của mạng MAN-E VNPT Hà Nội lên 250Gb/s (5x5x10Gb/s) và cải thiện chất lượng mạng nhờ vào việc áp dụng công nghệ Coherent.
Khi nhu cầu truyền tải trên mạng ring lõi của MAN-E VNPT Hà Nội gia tăng, VNPT Hà Nội sẽ áp dụng công nghệ CO-OFDM quang, kết hợp 5 tần số trực giao trên mỗi băng bước sóng Đồng thời, công ty cũng sẽ sử dụng công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng WDM với số bước sóng lớn hơn để đáp ứng nhu cầu truyền dẫn.
Phương án ứng dụng công nghệ CO-OFDM-WDM cho các mạng ring 20Gb/s
Mạng ring 20Gb/s của MAN-E VNPT Hà Nội sử dụng công nghệ ghép kênh quang WDM với 2 bước sóng, mỗi bước sóng có tốc độ 10Gb/s Luận văn đề xuất áp dụng công nghệ CO-OFDM-WDM tương tự như mạng ring lõi của MAN-E với tốc độ 50Gb/s.
+ Sử dụng công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng WDM quang ghép 2 bước sóng (như mạng ring ghép bước sóng quang hiện tại)
Công nghệ CO-OFDM quang cho phép ghép 5 tần số trực giao trên mỗi băng bước sóng trong mạng ring hiện tại, với tốc độ truyền dẫn đạt 10Gb/s trên mỗi tần số Điều này được thực hiện thông qua việc sử dụng công nghệ ghép kênh điện 10Gb/s đã có sẵn trong mạng.
Phương án này sẽ nâng cao dung lượng của các mạng ring lên 100Gb/s (2x5x10Gb/s) và cải thiện chất lượng mạng nhờ vào việc áp dụng công nghệ Coherent.
Kết luận chương 3
Chương 3 luận văn đã nghiên cứu về khả năng ứng dụng công nghệ CO- OFDM-WDM quang cho VNPT Hà Nội Trong đó, luận văn đã tìm hiểu nhu cầu phát triển các dịch vụ của VNPT Hà Nội, tình hình triển khai các dịch vụ ở VNPT
Bài viết này đánh giá hiện trạng mạng truyền tải quang của VNPT Hà Nội và nhu cầu sử dụng dịch vụ của khách hàng tại khu vực này Đồng thời, nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ CO-OFDM-WDM cho mạng truyền tải quang của VNPT Hà Nội với ba phương án khác nhau cho ba lớp mạng truyền tải.
Việc áp dụng công nghệ CO-OFDM-WDM trong mạng truyền tải của VNPT Hà Nội không chỉ nâng cao dung lượng hệ thống mà còn cải thiện đáng kể chất lượng truyền dẫn.