Nghiên cứu bộ thu coherent số

Nội dung đồ án gồm 3 chương sẽ lần lượt trình bày về các vấn đề trong hệ thống quang coherent và đặc biệt là ở bộ thu coherent số: Chương I: Giới thiệu chung về hệ thống Coherent Chương II: Bộ thu coherent số Chương III: Một số kết quả thử nghiệm của thế giới

Đồ án tốt nghiệp Đại học Nhận xét và cho điểm NHẬN XÉT VÀ CHO ĐIỂM (Của giảng viên hướng dẫn) ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………. ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Điểm:………………………………(Bằng chữ:…………………………) Đồng ý/Không đồng ý cho sinh viên bảo vệ trước hội đồng chấm đồ án chấm tốt nghiệp? Hà Nội, ngày….tháng 12 năm 2012 Giảng viên hướng dẫn Th.S. Trần Thủy Bình Đỗ Quang Vinh_D08VT1 1 Đồ án tốt nghiệp Đại học Nhận xét và cho điểm NHẬN XÉT VÀ CHO ĐIỂM (Của giảng viên phản biện) ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………… ………. ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………… Điểm:…………………………(Bằng chữ:………………………………) Hà Nội, ngày , tháng 12, năm 2012 Giảng viên phản biện Đỗ Quang Vinh_D08VT1 2 Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục MỤC LỤC Đỗ Quang Vinh_D08VT1 3 Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Đỗ Quang Vinh_D08VT1 4 Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Từ đầy đủ Chú giải tiếng Việt AAL ATM Adapter Layer Lớp tương thích ATM ACL Access Control List Danh sách điều khiển truy cập AS Autonomous System Hệ thống tự trị ASBR Autonomous System Border Router Bộ định tuyến biên hệ thống tự trị BGP Border Gateway Protocol Giao thức định tuyến cổng miền CE Customer Edge Thiết bị biên của mạng người dùng CEM Circuit Emulation Service over MPLS Dịch vụ mô phỏng kênh trên MPLS CEP Circuit Emulation over Packet Mô phỏng kênh trên gói DLCI Data Link Connection Identifier Nhận dạng kết nối lớp kênh dữ liệu EGP External Gateway Protocol Giao thức định tuyến liên miền FEC Forwarding Equivalence Class Lớp chuyển tiếp tương đương FR Frame Relay Chuyển mạch khung HDLC High-level Data Link Control Điều khiển liên kết dữ liệu mức cao HEC Header Error Controller Điều khiển lỗi tiêu đề ID Identifier Nhận dạng IGP Interior Gateway Protocol Giao thức định tuyến trong miền IP Internet Protocol Giao thức Internet ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet LAC L2TP Access Concentrator Bộ tập trung truy cập L2TP LAN Local Area Network Mạng cục bộ LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân bổ nhãn LER Label Edge Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn biên LSP Label Switching Path Đường chuyển mạch nhãn LSR Label Switching Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn M2M Multipoint-to-Multipoint Đa điểm tới đa điểm MT Multicast Tunnel Đường hầm đa điểm MTI Multicast Tunnel Interface Giao diện đường hầm đa điểm MVPN Multicast VPN VPN đa điểm NAS Network Access Server Máy chủ truy cập mạng NGN Next Generation Network Mạng thế hệ kế tiếp OSPF Open Shortest Path First Giao thức đường đi ngắn nhất đầu tiên POP Point of Presence Điểm truy cập truyền thống PPP Point to Point Tunneling Protocol Giao thức đường hầm điểm tới điểm Đỗ Quang Vinh_D08VT1 5 Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt Từ viết tắt Từ đầy đủ Chú giải tiếng Việt QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành trước tài nguyên RT Route Target Thuộc tính tuyến đích SDH Synchronous Digital Hierachy Phân cấp số đồng bộ SDU Service Data Unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ SP Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn UDP User Datagram Protocol Giao thức lược đồ dữ liệu Đỗ Quang Vinh_D08VT1 6 Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời nói đầu LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, Công nghệ thông tin và Viễn thông đã góp phần quan trọng vào sự phát triển kinh tế thế giới. Nó được coi là xương sống của cả nền kinh tế. Khi mà thế giới trở nên “phẳng” thì con người có thể làm việc với nhau không phụ thuộc vào vị trí địa lý, điều này có được là nhờ các thành tựu trong công nghệ thông tin và truyền thông. Nhu cầu của con người là vô cùng, vô tận. Vì thế nhiệm vụ của những nhà khai thác và điều hành mạng là làm sao cho chất lượng, tốc độ thông tin ngày càng cao hơn nữa. Điều này đòi hỏi họ phải luôn nắm được các công nghệ mới nhất, tiên tiến nhất để áp dụng vào thực tế. Một giải pháp được coi là tối ưu nhất hiện nay để tăng tốc độ truyền dẫn là sử dụng cáp quang làm phương tiện truyền dẫn. Cáp quang mang lại tốc độ truyền dẫn rất cao với nhiễu ít. Tuy nhiên, với phương pháp điều biến cường độ tách sóng trực tiếp hiện nay đã dần bộc lộ một số hạn chế, và công nghệ quang coherent ra đời đã góp phần xóa bỏ những yếu điểm của hệ thống điều biến cường độ, tách sóng trực tiếp. Hệ thống thông tin quang coherent đã được nghiên cứu và thử nghiệm ở nhiều nước đã cho thấy nó là một bước tiến lớn trong thông tin quang. Hệ thống thông tin quang coherent có phương thức hoạt động và khai thác rất có hiệu quả trong kỹ thuật thông tin quang, nhất là vào những năm 1980, cụ thể nó mang lại một số lợi ích như cải thiện được tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR ở đầu ra của mạch tiền khuếch đại trong bộ thu quang photodioide, làm tăng tính hiện thực của kỹ thuật điều biến và giải điều biến kết hợp theo đúng nghĩa với lý thuyết thông tin. Và yếu tố cốt lõi của hệ thống thông tin quang coherent là ở phía thu quang. Với những lý do trên, em chọn đề tài “Nghiên cứu bộ thu coherent số” để nghiên cứu trong quá trình làm đồ án của mình. Với đề tài “Nghiên cứu bộ thu coherent số”, nội dung đồ án gồm 3 chương sẽ lần lượt trình bày về các vấn đề trong hệ thống quang coherent và đặc biệt là ở bộ thu coherent số: - Chương I: Giới thiệu chung về hệ thống Coherent - Chương II: Bộ thu coherent số - Chương III: Một số kết quả thử nghiệm của thế giới Việc nghiên cứu, tìm hiểu về cả một công nghệ như vậy đòi hỏi phải có kiến thức sâu rộng, và lâu dài. Do thời gian và trình độ có hạn, nên chắc chắn những vấn đề được đề cập trong đồ án sẽ không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong nhận được sự phê bình góp ý của các thầy cô giáo, các bạn, và những ai quan tâm đến công nghệ này. Em xin chân thành cảm ơn cô giáo ThS. Trần Thủy Bình đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành tốt đồ án này. Đỗ Quang Vinh_D08VT1 7 Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời nói đầu Xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo trong khoa Viễn thông, gia đình, bạn bè và người thân - những người đã dạy dỗ, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập. Hà Nội, ngày … tháng 12 năm 2012 Sinh viên Đỗ Quang Vinh Đỗ Quang Vinh_D08VT1 8 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Giới thiệu chung CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG COHERENT 1.1 Giới thiệu chung Hệ thống thông tin quang coherent có một số ưu điểm so với các hệ thống khác. Tuy vậy trong nhiều năm nó đã không được phát triển với hai lý do: thứ nhất là sự phức tạp của hệ thống quang và hệ thống kỹ thuật số sử dụng trong truyền thông coherent (ý tưởng về hệ thống thông tin quang coherent đã có từ những năm 70 của thế kỷ trước, nhưng ở thời kỳ đó công nhệ cáp sợi quang và laser bán dẫn mới chỉ ở giai đoạn đầu của sự phát triển); thứ hai đó là yêu cầu về băng thông của hệ thống coherent để đủ cho nhiều ứng dụng yêu cầu cao về băng thông. Tuy vậy, hiện nay công nghệ cáp sợi quang và laser đã đạt có những bước tiến nhảy vọt. Cáp sợi quang đơn mode hoạt động ở vùng tần số 1550nm có suy hao rất nhỏ. Laser bán dẫn có độ ổn định tần số cao và độ rộng phổ hẹp cho phép tán sắc trên đường truyền gây ra dãn xung tín hiệu là không đáng kể. Những nguyên nhân này một lần nữa làm sống lại các hoạt động nghiên cứu về hệ thống thông tin quang coherent. Và chỉ trong một thời gian ngắn các nghiên cứu về coherent đã đạt được những bước tiến nhảy vọt. Có thể tóm tắt ngắn gọn một số ưu điểm của hệ thống coherent so với hệ thống tách sóng trực tiếp như sau: - Sóng tốt hơn được lựa chọn - Tăng độ nhạy thu - Vì tăng độ nhạy thu nên vì thế sẽ làm tăng khoảng cách truyền dẫn trong tuyến quang - Cho hiệu quả phổ quang cao hơn 1.2 Khái niệm hệ thống thông tin quang Coherent Hình 1. 1: Lược đồ cho bộ thu tách sóng trực tiếp. Khái niệm coherent là để chỉ sự đòi hỏi cao về sự kết hợp thời gian của nguồn laser ở phía phát và kết hợp không gian trong bộ tách sóng quang khi trộn tín hiệu thông tin và tín hiệu dao động nội tại phía thu. Như vậy coherent là quá trình trộn tín hiệu quang thu được với một sóng quang khác trước khi nó đi tới bộ tách sóng quang. Một trong các đặc tính của bộ thu coherent là cung cấp khả năng xử lý tín hiệu số DSP khi tín hiệu được tách sóng tại phía thu. Thông qua phương pháp này, có thể bù đắp được sự suy yếu của sóng khi truyền qua sợi quang. Trong thông tin quang có 2 Đỗ Quang Vinh_D08VT1 9 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Giới thiệu chung loại tách sóng: tách sóng trực tiếp và tách sóng coherent. Tách sóng trực tiếp được đặt tên như vậy là bởi vì tín hiệu đến được tách sóng và đưa đến trực tiếp photodiode. Nhưng bộ tách sóng này chỉ có thể thu được biên độ của tín hiệu. Trong tách sóng trực tiếp, tín hiệu quang đến E s (t) thông qua bộ lọc băng Ef s (t) và cường độ của nó được tách trực tiếp với một photodiode, photodiode này có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện I(t). Với tách sóng coherent, sóng ánh sáng đến được kết hợp với chùm ánh sáng phát ra từ bộ dao động nội LO trước khi đưa đến photodiode. Với phương pháp này, có thể khôi phục được cả biên độ và pha của tín hiệu. Bộ tách sóng coherent (CohD RX) sử dụng một tín hiệu dao động nội (E LO ) để chuyển đổi tín hiệu quang thành dòng điện. Dòng điện này được gửi tới bộ thu số, bộ thu này có trách nhiệm cho việc giải điều chế. CohD cùng với bộ thu số được gọi là bộ thu coherent số. Hình 1. 2: Lược đồ chung cho bộ thu Coherent. Có hai phương pháp cơ bản trong tách sóng coherent tùy thuộc vào mối quan hệ giữa tần số sóng quang và tần số phát ra tại bộ dao động nội, được gọi là: tách sóng heterodyne và tách sóng homodyne. Trong tách sóng homodyne, bộ đao động nội được điều chỉnh để phát ra tần số bằng với tần số tín hiệu. Hình 1. 3: Phổ tín hiệu homodyne. Đỗ Quang Vinh_D08VT1 10 [...]... Chương 2: Bộ thu Coherent số CHƯƠNG II: BỘ THU COHERENT SỐ 2.1 Giới thiệu chung Trong chương này, các vấn đề của bộ thu coherent số được nghiên cứu một cách chi tiết Các vấn đề được nghiên cứu trong chương này là máy phát coherent số, máy thu coherent số, và các vấn đề cần quan tâm kho thiết kế một bộ thu coherent số Trong đó tôi tập trung chủ yếu vào bộ thu, là phần cốt lõi trong một hệ thống quang coherent. .. xung quanh tần số ωc thay vì xung quanh tần số 0 Đỗ Quang Vinh_D08VT1 35 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2: Bộ thu Coherent số 2.3 Bộ thu Coherent số Quá trình giải điểu chế của một hệ thống coherent có thể được chia thành một số phần chính (hình 2.4) Hành động đầu tiên là phải phục hồi được tần số trung gian (trường hợp heterodyne) để chuyển đổi các dữ liệu được điều chế vào các tần số băng gốc hoặc... và tách sóng coherent Sau đây sẽ xem xét các kỹ thu t tách sóng này Tách sóng homodyne Trong công nghệ tách sóng coherent này, tần số của bộ dao động nội w LO được chọn bằng với tần số tín hiệu Tín hiệu quang đến Es(t) [V/m] được trộn tại bộ thu với tín hiệu của bộ dao động nội ELO(t) [V/m] sử dụng một bộ trộn quang 900 Bộ trộn quang này được hình thành bởi 4 bộ trộn quang 1800 và một bộ dịch pha 900... trộn với ánh sánh từ bộ dao động nội ELO(t) trong một bộ trộn quang 1800 Đầu ra của coupler được kết nối tới bộ tách sóng photo cân bằng, nhằm tạo ra dòng I het(t) Một bộ chuyển đổi tương tự sang số (A/D) biến đổi I het(t) để chuyển đổi tới tần số băng gốc bằng một bộ dao động số Trong tách sóng homodyne cả 2 tần số là giống nhau tức là w s = wLO [rad/s] Các bộ tách coherent là một bộ trộn quang 900 mà... chung Trong tách sóng heterodyne, tần số của bộ dao động nội là khác với tần số tín hiệu được tách sóng Tín hiệu ở một số tần số được trộn không tuyến tính với một nguồn tín hiệu tham chiếu từ bộ dao động nội LO được thiết lập gần với tần số tín hiệu Đầu ra của bộ thu coherent là một tần số trung tần (trung tâm), có thể mang theo thông tin trong biên độ, pha hoặc tần số của tín hiệu cao tần ban đầu Hình... của hệ thống quang Coherent 1.4.1 Có hai thiết bị quan trọng phải được nghiên cứu trước khi đi sâu vào nghiên cứu một hệ thống quang coherent Đầu tiên, một bộ trộn quang là một thiết bị cho phép kết hợp các chùm ánh sáng Thứ hai, bộ tách sóng photo cân bằng là thiết bị để tối ưu hóa việc chuyển đổi các trường quang vào các dòng điện Bộ trộn quang Trong các hệ thống coherent, cần một bộ trộn quang để... sự dịch tần số nào giữa tần số trung tâm của tín hiệu và tần số trung tâm của bộ dao động nội (trường hợp homodyne) Tiếp theo, dạng sóng đầu vào được nhân với ước tính tần số mang, cho phép chúng lấy được các thông tin đồng bộ để lấy điểm tối ưu Hình 2 4: Khối thu coherent số Một khi đã lấy mẫu được dữ liệu, thì có thể làm việc với các điểm thu được để ước tính độ dịch pha tạo ra bởi hằng số pha khác... tạo ra bởi 2 bộ tách sóng photo cân bằng Các tín hiệu đầu ra được gửi tới phía thu (hình 1.10) Hình 1 10: Lược đồ cho bộ giải điều chế homodyne coherent 1.5.1 Như hình trên thể hiện, tín hiệu quang đến Es(t) được trộn với ánh sáng từ bộ dao động nội ELO(t) trong một bộ trộn quang 900, được cấu tạo từ bốn bộ trộn quang 1800 và một bộ dịch pha 900 Đầu ra của bộ trộn quang được kết nối đến hai bộ tách sóng... phía thu nó được trộn với ánh sáng tạo ra bởi bộ dao động nội (LO), có thể biễu diễn dạng sóng phát ra từ bộ dao động nội như sau: ELO (t ) = PLO e jφLO e jωLOt (1.4) Ở đây, PLO [W], ωLO [rad/s] và ΦLO [rad] là công suất, tần số và pha của tín hiệu tại bộ dao động nội [9] Cả 2 tín hiệu được trộn trong một bộ trộn quang và đầu ra của nó được gửi tới bộ thu số Như đã đề cập trong phần trước, tùy thu c... 1.21 biểu diễn sự phụ thu c độ nhạy thu vào tốc độ đường truyền trong hai trường hợp thu trực tiếp và thu coherent với các dữ liệu như sau: tỉ số lỗi bit BER = 10 9 , bước sóng hoạt động 1550 nm với hệ số suy hao sợi là 0,2 dB/Km, sử dụng kỹ thu t điều biến – tách heterodyne với thu trực tiếp [55] Như vậy khoảng cách giữa hai p vào tốc độ truyền đối với thu trực tiếp và thu trạm lập được nâng lên đến 75÷100 . điện này được gửi tới bộ thu số, bộ thu này có trách nhiệm cho việc giải điều chế. CohD cùng với bộ thu số được gọi là bộ thu coherent số. Hình 1. 2: Lược đồ chung cho bộ thu Coherent. Có hai phương. mình. Với đề tài Nghiên cứu bộ thu coherent số , nội dung đồ án gồm 3 chương sẽ lần lượt trình bày về các vấn đề trong hệ thống quang coherent và đặc biệt là ở bộ thu coherent số: - Chương I:. nghĩa với lý thuyết thông tin. Và yếu tố cốt lõi của hệ thống thông tin quang coherent là ở phía thu quang. Với những lý do trên, em chọn đề tài Nghiên cứu bộ thu coherent số để nghiên cứu trong