Luận văn: Kỹ thuật đa truy nhập trong mạng quang và ứng dụng potx

Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học bách khoa hà nội luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật đa truy nhập trong mạng quang và ứng dụng ngành: xử lý thông tin và truyền thông M số: Nguyễn thế dơng Ngời hớng dẫn khoa học: PGS -TS. Đặng văn chuyết hà nội 2006 -i- Lời cam đoan Em xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của bản thân. Các nghiên cứu trong luận văn này dựa trên những tổng hợp lý thuyết và hiểu biết thực tế của em, không sao chép. Tác giả luận văn Nguyễn Thế Dơng -ii- Mục lục Nội dung Trang Lời Mở đầu Chơng 1: các phần tử sử dụng trong mạng quang đa truy nhập 1.1 giới thiệu chung 1 1.2 Bộ ghép hình sao quảng bá 2 1.3 bộ ghép kênh và tách kênh 4 1.4 điốt laze điều chỉnh đợc bớc sóng. 7 1.4.1 Điều chỉnh nhiệt. 8 1.4.2 Điốt laze điều chỉnh đợc bớc sóng sử dụng hốc ngoài 8 1.4.3 điốt laze hồi tiếp phân bố (DFB) hai đoạn 10 1.4.4 Điốt laze phản xạ phân bố Bragg hai đoạn và ba đoạn. 11 1.5 bộ lọc quang điều chỉnh đợc 12 Chơng 2 : Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo bớc sóng - wdma 2.1 Tổng quan về kỹ thuật WDMA 14 2.2 Mạng WDMA đơn bớc 14 2.2.1 Mạng WDMA quảng bá và lựa chọn 14 2.2.2 Mạng WDMA định tuyến theo bớc sóng 20 2.2.3 Các vấn đề liên quan đến hiệu suất và thiết kế mạng 25 2.2.3.1 Vị trí bộ đệm trong mạng WDMA đơn bớc 25 2.2.3.2 Xuyên kênh 26 2.3 Mạng WDMA đa bớc 29 2.3.1 Khái niệm chung về mạng WDMA đa bớc 29 2.3.2 Đặc điểm của mạng WDMA đa bớc 31 -iii- 2.4 ứng dụng mạng kỹ thuật đa truy nhập WDMA 36 2.4. 1 Mạng WDMA đơn bớc 36 2.4.1.1 Mạng LAMBDANET 36 2.4.1.2 Mạng RAINBOW 37 2.4.1.3 FOX Bộ kết nối chéo quang tốc độ cao 38 2.4.1.4 HYPASS (High performance packet switch system 39 2.4.1.5 Mạng RINGGO 42 2.4.2 Mạng WDMA đa bớc 43 2.4.2.1 Mạng Starnet 43 2.4.2.2 Mạng HORNET 44 Chơng 3 : kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo sóng mang phụ SCMA 3.1 Giới thiệu chung 49 3.2 Hiệu suất của mạng scma đơn kênh 51 3.2.1 Nhiễu lợng tử Short noise 53 3.2.2 Nhiễu nhiệt của máy thu 54 3.2.3 Nhiễu cờng độ Laser 55 3.2.4 Nhiễu giao thoa quang 55 3.2.5 Tỷ số tín hiệu trên tạp âm tổng 58 3.2.6 ứng dụng của các hệ thống SCMA đơn kênh 55 3.3 Đa truy nhập sóng mang phụ đa kênh 60 3.3.1 Khái niệm về hệ thống SCMA đa kênh 61 3.3.2 Đặc điểm của hệ thống SCMA đa kênh 62 3.3.3 Tỷ số tín hiệu trên tạp âm tổng 64 3.3.4 ứng dụng của các hệ thống SCMA đa kênh 65 Chơng 4 : kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA 4.1 Giới thiệu chung 68 -iv- 4.2 Các khái niệm cơ bản của Kỹ thuật TDMA . 68 4.3 ứng dụng mạng Kỹ thuật đa truy nhập TDMA 71 4.3.1 ATM-PON (ATM dựa trên mạng quang thụ động) 71 4.3.2 E- PON (Ethernet dựa trên mạng quang thụ động) 74 Chơng 5 : kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo m - cdma 5.1 Tổng quan kỹ thuật đa truy nhập CDMA 78 5.2 Các mạng sử dụng kỹ thuật CDMA 78 5.2.1 Mạng sử dụng kỹ thuật CDMA tách sóng trực tiếp 78 5.2.2 Mạng CDMA quang kết hợp 85 5.2.3 Đặc điểm của các mạng sử dụng kỹ thuật CDMA quang 87 Chơng 6 : đề xuất mô hình ứng dụng mạng man Tại bu điện hà nội 6.1 Hiện trạng mạng viễn thông của BĐHN 88 6.1.1 Mạng truyền dẫn 88 6.1.2 Mạng tổng đài 88 6.1.3 Mạng DDN truyền thống 90 6.1.4 Mạng truyền số liệu ATM + IP 90 6.1.5 Mạng truy nhập băng rộng ADSL & SHDSL 91 6.2 Đánh giá ứng dụng truy nhập quang của bđhn 94 6.3 Dự báo nhu cầu phát triển 96 6.4 Phân tích giải pháp ứng dụng xây dựng mạng 99 6.5 Lựa chọn giải pháp công nghệ truy nhập 103 6.6 Một số chỉ tiêu cơ bản khi xây dựng mạng 105 6.7 Đề xuất cấu hình ứng dụng mạng MAN 107 Kết luận 110 Tài liệu tham khảo 111 - v - Thuật ngữ và chữ viết tắt ADSL Asymmetric Digital Sub Line Thuê bao số không đối xứng AON All optical network Mạng toàn quang ADM Add/ Drop Multiplexer Bộ ghép kênh xen rẽ APD Avalanche Photodiode Điốt tách sóng thác AR Antireflection Coating Vỏ chống phản xạ ASK Amplitude Shift Keying Khoá dịch biên độ ATM Asynchronous Transfer Mode Mode chuyển giao không đồng bộ B-ISDN Broadband Integrated Service Digital network Mạng số liên kết đa dịch vụ băng rộng BPF BandPass Filter Bộ lọc băng thông BRAS Broadband Access Server Server truy nhập băng rộng CNR Carrier to- Noise Ratio Tỷ số sóng mang trên nhiễu COT Central Office terminal Thiết bị đầu cuối tổng đài CT Central terminal Thiết bị đầu cuối tập trung DBR Distributed Bragg Reflecter Phản xạ phân bố Bragg DCN Digital Communication network Mạng thông tin số DCS Digital Cross -connect system Bộ nối chéo số DEMUX Demultiplexer Bộ giải ghép (tách) kênh DFB Distributed Feedback Hồi tiếp phân bố DLC Digital loop Carrier Truyền tải mạch vòng số DR Distributed reflector Bộ phản xạ phân bố DSL Digital sub line Đờng dây thuê bao số DSLAM DSL access Multiplexer Bộ ghép đờng thuê bao số FBG Fiber Bragg grating Cách tử quang Bragg FP-LD Fabry-Perot laser diode Đi ốt la-de Fabry-Perot FSK Frequency Shift Keying Khoá dịch tần số FTTB Fiber to the Building Cáp quang tới toà nhà FTTC Fiber to the Curb Cáp quang tới khu dân c -vi- FTTH Fiber to the home Cáp quang tới nhà FTTL Fiber to the loop Mạch vòng cáp quang FTTO Fiber to the office Cáp quang tới công sở FWM Four Wave Mixing Trộn bốn sóng GGL Gain Guided laser Lade điều khiển khuyếch đại GI Graded Index Chỉ số Gradien GRIN Graded refractive Index Chỉ số chiết suất Gradien IF Intermediate frequency Trung tần IGL Index Guided laser Lade điều khiển chỉ số chiết suất IM Intensity Modulation Điều biến cờng độ IMD Intermodulation Distortion Méo điều chế tơng hỗ LD Laser diode Điốt lade LED Light Emitting Diode Điốt phát quang LED LO Local Oscillator Dao động nội LOC Large Optical Cavity Hốc cộng hởng quang rộng MAN Metropolitan Area Network Mạng khu vực nội thị MQW Multiple Quantum Well Giếng lợng tử MUX Multiplexer Bộ ghép kênh MZ Mach Zehnder Bộ điều chế Mach Zehnder OA Optical amplifier Bộ khuếch đại quang OADM Optical Add/Drop Multiplexer Bộ ghép kênh xen rẽ quang OFA Optical fiber amplifier Bộ khuếch đại quang sợi ONI Optical Network interface Giao diện mạng quang ONNI Optical network to network interface Giao diện mạng mạng quang ONU Optical network Unit Thiết bị mạng quang OTN Optical transport network Mạng truyền tải quang OXC Optical Cross connect Nối chéo quang PDS Passive Distribute Service Dịch vụ phân phối thụ động -vii- PIN Positive Intrinsic Negative Cấu trúc PIN PON Passive optical network Mạng quang thụ động PSK Phase shift keying Khoá dịch pha RF Radio frequency Tần số vô tuyến RIN Relative Intensity Noise Nhiễu cờng độ tơng đối RPR Resilient packet ring Mạng vòng chuyển mạch gói tự hồi phục SBS Stimulated Brillouin Scattering Tán xạ Brillouin kích thích SCM Subcarrier Multiplexing Ghép kênh sóng mang phụ SDSL Symmetric digital sub line Thuê bao số đối xứng SEL Surface Emitting laser La-de phát mặt SPM Self phase modulation Tự điều chế pha SRS Stimulated Raman Scattering Tán xạ raman kích thích TDM Time division Multiplexing Ghép kênh theo thời gian TDMA Time division Multiple Access Đa truy nhập theo thời gian TT Tunable transmitter Bộ phát điều chỉnh đợc TR Tunable receiver Bộ thu điều chỉnh đợc FT Fixed tuned transmitter Bộ phát cố định RF Fixed tuned receiver Bộ thu cố định VPN Virtual private network Dịch vụ mạng riêng ảo WDM Wavelength Division Multiplex Ghép kênh theo bớc sóng WDMA Wavelength Division Multiple Access Đa truy nhập theo bớc sóng WGR Wavelength Grating Router Bộ định tuyến cách tử dẫn sóng WR Wavelength Router Bộ định tuyến bớc sóng WRC Wavelength routing Controller Bộ điều khiển định tuyến bớc sóng WT Wavelength terminal Thiết bị kết cuối bớc sóng XPM Cross Phase Modulation Điều chế ngang (chéo) pha -viii- danh mục bảng Bảng 2.1 Quan hệ giữa số nút mạng (N) và số bớc (h) xuất phát từ một nút nguồn trong giản đồ ShuffleNet (p,k) 33 Bảng 2.2 Một số thông số đại diện biểu đồ ShuffleNet 34 Bảng 2.3 Các tham số thử nghiệm mạng HORNET 45 Bảng 6.1 Kỹ thuật truyền dẫn từ tổng đài đến thuê bao 104 Bảng 6.2 Kỹ thuật truyền dẫn từ thuê bao đến tổng đài 104 Danh mục hình vẽ Hình 1.1. Một số cấu kiện quang thụ động 2 Hình 1.2. Bộ ghép hình sao 8x8 tạo ra bằng 12 bộ ghép sợi đơn mode . 2 Hình 1.3. Các bộ ghép hình sao 4 Hình 1.4. Sơ đồ khối hệ thống WDM 4 Hình 1.5 Thiết bị ghép tách kênh hỗn hợp (MUX-DEMUX) 5 Hình 1.6 Xuyên kênh 9 Hình 1.7 Điốt laze điều chỉnh đợc sử dụng hốc ngoài 9 Hình 1.8 Laser MAGIC 9 Hình 1.9 Điốt laze hồi tiếp phân bố hai đoạn 10 Hình 1.10 Sơ đố cấu trúc diode laze phản xạ phân bố Bragg 11 Hình 1.11 Sơ đồ khối bộ lọc quang điều chỉnh đợc 12 Hình 2.1 Mạng WDMA hình sao đơn bớc quảng bá và lựa chọn 15 Hình 2.2 Sơ đồ chuyển đổi trạng thái kết hợp với số bớc sóng đợc sử dụng 17 Hình 2.3 Quan hệ số bớc sóng bận -Tải và số bớc sóng cực đại 20 Hình 2.4 Nguyên lý định tuyến bớc sóng mạng WDMA đơn bớc 220 Hình 2.5 Mạng định tuyến theo bớc sóng N = 3 nút ,sử dụng phần tử WDM 21 Hình 2.6 Mạng định tuyến theo bớc sóng sử dụng chuyển mạch không gian chọn bớc sóng 23 -ix- Hình 2.7 Nguyên lý hoạt động mạng LLN 24 Hình 2.8 Tái sử dụng bớc sóng trong mạng LLN 25 Hình 2.9 Quan hệ thời gian đợi và tải cho mạng đệm đầu ra đầu vào 26 Hình 2.10 Chọn kênh trong mạng WDMA thu kết hợp 27 Hình 2.11 Mất mát công suất do xuyên kênh trong bộ tách sóng quang 28 Hình 2.12 Quan hệ giữa công suất cực đại trên kênh và số kênh cho 4 ảnh hởng phi tuyến trong mạng WDMA 29 Hình 2.13 Cấu trúc mạng đa chặng WDMA hình sao 8 nút 30 Hình 2.14 Biểu đồ kết nối trực tiếp Shufflenet mạng đa chặng hình sao 8 nút 32 Hình 2.15 Biểu diễn thông lợng trên một nút, số nút N cho mạng WDMA shuffleNet 35 Hình 2.16 Cấu trúc mạng Lambdanet WDMA 36 Hình 2.17 Cấu trúc cơ bản của mạng FOX 38 Hình 2.18 Cấu trúc mạng WDMA Hypass 39 Hình 2.19 Minh hoạ thuật toán thăm dò hình cây trong trờng hợp có 4 gói dữ liệu đồng thời đến cùng một đích 40 Hình 2.20 Quan hệ giữa thời gian trễ trung bình và tải trong mạng Hypass 41 Hình 2.21 Mạng metro WDM ringo 42 Hình 2.22 Cấu trúc nút RINGO 43 Hình 2.23 Cấu trúc chuyển mạch Starnet 43 Hình 2.24 Cấu trúc mạng HORNET 46 Hình 2.25 Sơ đồ cấu trúc nút truy nhập (AN) trong mạng HORNET 46 Hình 2.26 Nguyên lý hoạt động giao thức CSMA/CA trong mạng HORNET 47 Hình 3.1 Nguyên lý kỹ thuật điều chế SCM . 49 Hình 3.2 Mạng SCMA cấu trúc hình sao 51 Hình 3.2 (a) Phổ công suất quang của hai Laser đơn mode dọc 53 [...]... tử sử dụng trong mạng quang đa truy nhập 1.1 giới thiệu chung Trong kỹ thuật đa truy nhập quang, về mặt bớc sóng ta có kỹ thuật ghép kênh theo bớc sóng WDM tơng ứng là kỹ thuật truy nhập WDMA, ghép kênh nhiều sóng mang SCM tơng ứng là kỹ thuật truy nhập SCMA, về mặt thời gian ta có kỹ thuật truy nhập theo thời gian TDMA và truy nhập phân chia theo mã CDMA Trong các mạng truy nhập quang dòng bít dữ... đó là kỹ thuật đa truy nhập quang nhằm tạo ra các sở cứ khoa học cho việc thiết kế và ứng dụng các mạng quang đa truy nhập, nội dung luận văn bao gồm: Chơng 1 giới thiệu một số phần tử sử dụng trong mạng quang đa truy nhập Nghiên cứu chức năng, nguyên lý hoạt động và đặc tính kỹ thuật của một số cấu kiện quang thụ động và các phần tử điều chỉnh đợc ứng dụng trong mạng quang đa truy nhập (Bộ phát thay... điểm về kỹ thuật đa truy nhập sóng mang phụ đơn kênh, kỹ thuật đa truy nhập sóng mang phụ đa kênh, đa ra các phân tích ảnh hởng về nhiễu gây ra liên quan đến hiệu suất của mạng và nêu ứng dụng của kỹ thuật SCMA Chơng 4 mô tả kỹ thuật đa truy nhập theo thời gian TDMA với hai phơng thức xử lý ghép dòng tín hiệu dới dạng chèn bít và dạng khối Trình bày các mạng ứng dụng: Mạng A-PON (ATM dựa trên mạng quang. .. thay đổi và bộ lọc thay đổi đợc) -xii- Chơng 2 sẽ trình bày về kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo bớc sóng WDMA trong đó đa ra tổng quan về công nghệ WDMA, các khái niệm về mạng WDMA đơn bớc và đa bớc đồng thời phân tích cấu trúc, đặc tính kỹ thuật của các mạng WDMA đơn bớc và đa bớc và nghiên cứu một số cấu trúc và giao thức mạng ứng dụng kỹ thuật WDMA Chơng 3 nghiên cứu về kỹ thuật đa truy nhập phân... khác nhau phụ thuộc vào loại cấu trúc mạng WDMA đợc lựa chọn Mạng đa truy nhập sử dụng kỹ thuật ghép bớc sóng đợc phân làm hai loại chính là : Mạng WDMA đơn bớc (còn gọi là các mạng WDMA toàn quang) và mạng WDMA đa bớc 1 Trong mạng đơn bớc WDMA: Chuỗi tín hiệu đợc truy n dới dạng quang trong toàn mạng mà không có biến đổi quang- điện -quang và tái truy n dẫn ở các bớc trung gian Mạng này đợc phân thành... các mạng truy n dẫn kênh truy n thống Việc triển khai ứng dụng mạng MAN nhờ kỹ thuật WDMA cũng nh ứng dụng của kỹ thuật WDMA trong các mạng đờng trục và mạng diện rộng đợc mô tả cho thấy mức độ và tính khả thi khi áp dụng cấu trúc MAN cho việc truy n tải dữ liệu chuyển mạch gói rất phù hợp cho các ứng dụng của mạng thế hệ sau NGN vào thực tế nh thế nào -1- Chơng 1 tổng quan về các phần tử sử dụng trong. .. quang thụ động) và Mạng E-PON (Ethernet dựa trên mạng quang thụ động) Chơng 5 nghiên cứu đặc điểm của kỹ thuật phân chia theo mã CDMA liên quan đến các kỹ thuật CDMA tách sóng trực tiếp và mạng CDMA quang kết hợp và đặc điểm của các mạng sử dụng kỹ thuật CDMA quang Chơng 6 đề xuất khả năng ứng dụng mô hình ứng dụng MAN trên mạng của Bu điện Hà nội để chuyển tải lu lợng cho các mạng băng rộng và từng bớc... năng truy n dẫn tốc độ cao, băng thông rộng, dung lợng lớn Một trong giải pháp để tạo ra mạng truy n thông có khả năng truy n dẫn đó là mạng thông tin quang tốc độ cao Mặc dù có sự phát triển nhanh về công nghệ, cấu trúc mạng và cấu hình các hệ thống truy n dẫn quang trong các ứng dụng thực tế, song về cơ bản mạng thông tin quang có thể chia làm hai phần là mạng truy nhập và mạng truy n tải Mạng truy n... trong số các kênh đến đầu vào, và đa kênh đợc chọn này đến đầu ra Ngoài ra trong một số mạng quang đa truy nhập yêu cầu một vài phần tử điều chỉnh đợc, ví dụ nh bộ phát thay đổi đợc (Tx- Tunable), bộ thu -2- thay đổi đợc (Rx- Tunable) và các bộ lọc quang thay đổi đợc Đây là các phần tử tích cực, nó có vị trí đặc biệt quan trọng trong các mạng quang sử dụng kỹ thuật đa truy nhập theo bớc sóng (WDMA) N a... đây đợc sử dụng cho đa truy nhập nên đợc xem là phơng thức đa truy nhập theo bớc sóng viết tắt là WDMA Về cơ bản để thực hiện đợc mạng WDMA yêu cầu các phần tử quang có khả năng điều chỉnh đợc bớc sóng nh là các nguồn phát quang điều chỉnh đợc hoặc là các bộ lọc quang điều chỉnh đợc Các phần tử này tạo thành các bộ thu phát quang điều chỉnh đợc để kết hợp vào mỗi nút mạng và nó đợc sử dụng vào các mục . tử sử dụng trong mạng quang đa truy nhập 1.1 giới thiệu chung. Trong kỹ thuật đa truy nhập quang, về mặt bớc sóng ta có kỹ thuật ghép kênh theo bớc sóng WDM tơng ứng là kỹ thuật truy nhập. đã và đang nghiên cứu rất nhiều các giải pháp kỹ thuật, một trong số đó là kỹ thuật đa truy nhập quang nhằm tạo ra các sở cứ khoa học cho việc thiết kế và ứng dụng các mạng quang đa truy nhập, . kênh, kỹ thuật đa truy nhập sóng mang phụ đa kênh, đa ra các phân tích ảnh hởng về nhiễu gây ra liên quan đến hiệu suất của mạng và nêu ứng dụng của kỹ thuật SCMA. Chơng 4 mô tả kỹ thuật đa truy