Đang tải... (xem toàn văn)
Phân tích và đánh giá hiệu năng hệ thống NGPON2Phân tích và đánh giá hiệu năng hệ thống NGPON2Phân tích và đánh giá hiệu năng hệ thống NGPON2Phân tích và đánh giá hiệu năng hệ thống NGPON2Phân tích và đánh giá hiệu năng hệ thống NGPON2Phân tích và đánh giá hiệu năng hệ thống NGPON2Phân tích và đánh giá hiệu năng hệ thống NGPON2Phân tích và đánh giá hiệu năng hệ thống NGPON2Phân tích và đánh giá hiệu năng hệ thống NGPON2Phân tích và đánh giá hiệu năng hệ thống NGPON2
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG NGUYỄN HẢI HÀ PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG HỆ THỐNG NG-PON2 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hƣớng ứng dụng) HÀ NỘI – 2016 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG - NGUYỄN HẢI HÀ PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG HỆ THỐNG NG-PON2 CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT VIỄN THÔNG MÃ SỐ: 60 52 02 08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ HẢI CHÂU HÀ NỘI - 2016 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Học viên Nguyễn Hải Hà ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, em xin đƣợc gửi lời cảm ơn tới thầy cô giáo, ngƣời tận tình hƣớng dẫn, giảng dạy giúp đỡ em suốt trình học tập, nghiên cứu rèn luyện trƣờng Học viên Công nghệ Bƣu Viễn thông Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hƣớng dẫn TS Lê Hải Châu tận tình, chu đáo hƣớng dẫn em thực luận văn Mặc dù cố gắng để thực đề tài cách hoàn chỉnh nhất, song trình thực luận văn tồn khó khăn định nên tránh khỏi thiếu sót Rất mong đƣợc góp ý quý Thầy, Cô giáo bạn để luận văn đƣợc hoàn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Học viên Nguyễn Hải Hà iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii THUẬT NGỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC HÌNH VẼ x LỜI NÓI ĐẦU CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG 1.1 Khái quát mạng quang thụ động (PON) 1.2 Kiến trúc chung mạng truy nhập quang thụ động 1.3 Các công nghệ truy nhập quang thụ động 1.3.1 APON/BPON 1.3.2 GPON 1.3.3 EPON 1.3.4 XG-PON 11 1.4 Xu hƣớng phát triển mạng quang thụ động .14 1.5 Kết luận chƣơng 15 CHƢƠNG II: TWDM-PON - GIẢI PHÁP KỸ THUẬT CHO CÔNG NGHỆ NGPON2 16 2.1 Giới thiệu chung .17 2.2 Công nghệ TWDM-PON cho hệ thống NG-PON2 19 2.3 Đặc điểm kỹ thuật công nghệ truy nhập quang thụ động NG-PON2 21 2.3.1 Yêu cầu kỹ thuật chung hệ thống NG-PON2 .21 2.3.2 Yêu cầu dịch vụ .22 2.3.3 Yêu cầu lớp vật lý .23 2.3.4 Yêu cầu hệ thống 30 iv 2.4 Ứng dụng công nghệ truy nhập quang thụ động NG-PON2 33 2.4.1 Việc triển khai NG-PON2 33 2.4.2 Hướng triển khai mạng NG-PON2 tương lai 34 2.5 Kết luận chƣơng 35 CHƢƠNG III: PHÂN TÍCH HIỆU NĂNG HỆ THỐNG NG-PON2 36 3.1 Các yếu tố ảnh hƣởng truyền dẫn quang .36 3.1.1 Suy hao quang 36 3.1.2 Tán sắc .38 3.2 Mô hình hóa hệ thống mạng quang NG-PON2 40 3.2.1 Các thiết bị quang quan trọng sử dụng mạng NG-PON2 40 3.2.2 Mô hình hóa hệ thống NG-PON2 .46 3.3 Hiệu truyền dẫn đơn kênh 52 3.3.1 Sự phụ thuộc tỷ lệ lỗi bit BER vào khoảng cách 52 3.3.2 Hiệu hệ thống sử dụng PIN APD 53 3.3.3 Sự phụ thuộc tỷ lệ lỗi bit BER vào công suất phát 55 3.3.4 Sự phụ thuộc tỷ lệ lỗi bit BER vào tỷ lệ chia .56 3.3.5 Sự phụ thuộc tỷ lệ lỗi bit BER vào độ lợi G khuếch đại .57 3.4 Phân tích xuyên âm liên kênh đƣờng xuống đƣờng lên 58 3.5 Kết luận chƣơng 63 KẾT LUẬN CHUNG 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 PHỤ LỤC 67 v THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Thuật ngữ Tiếng Anh Tiếng Việt ANI Access Node Interface Giao diện nút truy nhập APC Angled Physical Contact Liên kết góc lớp vật lý APON ATM Passive Optical Network Mạng quang thụ động ATM ASE Amplified Spontaneous Emission Khuếch đại phát xạ tự phát ATM Asynchronous Transfer Mode Phƣơng thức truyền tải không đồng AWG Arrayed-Waveguide Grating Cách tử ống dẫn sóng dạng mảng BBU BaseBand Unit Đơn vị băng tần gốc BPON Broadband Passive Optical Mạng quang thụ động băng rộng Network CD Chromatic Dispersion Tán sắc CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CE Coexistence Element Phần tử cộng hữu CPRI Common Public Radio Interface Giao diện vô tuyến công cộng DBA Dynamic Bandwidth Allocation Phân bổ băng thông động DCB Data Center Bridging Kết nối với trung tâm liệu DEMUX Demultiplexer Bộ tách kênh eNodeB Evolved Node Base station Trạm gốc LTE EPON Ethernet Passive Optical Network Mạng quang thụ động Ethernet FTTx Fibre to the x (B–building, Cáp quang đến X (B-toà nhà, business; H–home; C–cabinet, doanh nghiệp, H-hộ gia đình, C- curb) tủ cáp) FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh FSAN Full Service Access Network Nhóm mạng truy nhập đầy đủ Group dịch vụ Gigabit per second Tốc độ Gigabit giây Gbps vi Thuật ngữ Tiếng Anh Tiếng Việt G-PON Gigabit-capable Passive Optical Mạng quang thụ động Gigabit Network GVD Group Velocity Dispersion Tán sắc vận tốc nhóm ITU International Telecommunication Liên minh Viễn thông quốc tế Union LAN Local Area Network Mạng nội LTE Long Term Evolution Tiến hóa dài hạn MAN Metropolitan Area Network Mạng đô thị MDU/SFU Multi-Dwelling Unit/Single- Nhiều hộ gia đình/Ngƣời dùng Family Unit cá nhân Media Access Control Phƣơng thức điều khiển truy MAC nhập Mbps Megabit per second Tốc độ Megabit giây MUX Multiplexer Bộ ghép kênh NG-PON1 Next Generation-Passive Optical Mạng quang thụ động hệ kế Network tiếp thứ Next Generation- Passive Optical Mạng quang thụ động hệ kế Network tiếp thứ hai Next Generation- Passive Optical Mạng quang thụ động hệ kế Network tiếp thứ ba ODN Optical Distribution Network Mạng phân phối quang ODS Optical Distribution Segment Đoạn phân phối quang ODSM Opportunistic and Dynamic Quản lí phổ linh hoạt NG-PON2 NG-PON3 Spectrum Management Orthogonal Frequency-Division Ghép kênh phân chia theo tần số Multiplexing trực giao OLT Optical Line Terminal Bộ kết cuối đƣờng quang OMCC Optical Management and Control Kênh điều khiển quản lý Channel quang Optical Management and Control Giao diện quản lý điều khiển OFDM OMCI vii Thuật ngữ Tiếng Anh Tiếng Việt Interface quang OPL Opical Path Loss Suy hao đƣờng truyền quang OPP Opical Path Penalty Bù công suất tuyến quang quang ONT Optical Network Terminal Đầu cuối mạng quang ONU Optical Network Unit Đơn vị mạng quang P2P Point to Point Kết nối điểm – điểm P2M Point to Multipoint Kết nối điểm – đa điểm PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động PB Power Budget Quỹ công suất PMD Polarization Mode Dispersion Tán sắc mode phân cực PtP WDM Point-to-Point Wavelength Ghép kênh theo bƣớc sóng Division Multiplexing điểm-điểm QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phƣơng QoS Quality of Service Chất lƣợng dịch vụ RE Reach Extender Bộ kéo dài tầm với RF Radio Frequency Tần số vô tuyến RN Remote Node Node từ xa RRU Remote Radio Unit Đơn vị vô tuyến từ xa R/S Reach extender interface to optical Giao diện mở rộng tầm với vào trunk line mạng trung kế quang SMF Single Mode Fibre Sợi quang đơn mode SONET/SD Synchronous Optical Mạng quang đồng bộ/Phân cấp H Network/Synchronous Digital số đồng Hierachy Reach extender interface to optical Đƣờng truy cập mở rộng vào distribution network mạng phân phối quang TC Transmission Convergence Lớp hội tụ truyền dẫn TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời S/R gian viii Thuật ngữ Tiếng Anh Tiếng Việt TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia thời gian TWDM Time and Wavelength Division Ghép kênh theo thời gian Multiplexing bƣớc sóng Ultra Dense Wavelength Division Ghép chặt theo bƣớc sóng UD-WDM Multiplexing UNI User Node Interface Giao diện nút ngƣời dùng UPC Ultra Physical Contact Mối nối vật lý góc WAN Wide Area Network Mạng diện rộng WBF Wavelength Blocking Filter Bộ lọc chặn bƣớc sóng WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bƣớc sóng WDMA Wavelength-Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo Access bƣớc sóng WM Wavelength Multiplexer Bộ ghép kênh bƣớc sóng XG-PON1 10-Gigabit Passive Optical Mạng quang thụ động 10 Gbps Network 58 bit BER vào độ lợi G mức công suất phát Pt = -5 dBm; Pt = -7,5 dBm; Pt = 10 dBm, Pt = -5 dBm, Pt = -15 dBm Có thể thấy công suất tăng giá trị BER tăng Độ lợi tăng mức công suất phát, giá trị BER nhỏ, nhiên sau giá trị BER bé không nhiều G 30 giá trị BER không bé độ lợi G có ngƣỡng xác định, vƣợt qua ngƣỡng gây cho tín hiệu gồm nhiều nhiễu gây ảnh hƣởng lớn tới chất lƣợng tín hiệu 3.4 Phân tích xuyên âm liên kênh đƣờng xuống đƣờng lên Trong kiến trúc TWDM-PON, việc xếp chồng tới cặp bƣớc sóng cho phép kiến trúc mạng trở nên linh hoạt, nhiên, đồng thời sinh ảnh hƣởng hiệu ứng xuyên âm liên kênh Xuyên âm liên kênh đƣợc định nghĩa tỷ số công suất tổng kênh gây nhiễu với công suất tổng kênh cần sử dụng (các kênh cần sử dụng gây nhiễu có bƣớc sóng khác Nguyên nhân gây hiệu ứng xuyên âm tách kênh không hoàn hảo tín hiệu truyền dẫn đa kênh thành kênh riêng trƣớc thành tập kênh đơn máy thu Hình 3.9: Trƣờng hợp xảy xuyên âm liên kênh Hình 3.9 mô tả ví dụ trƣờng hợp xảy xuyên âm liên kênh hệ thống TWDM-PON OLT cổng sử dụng bƣớc sóng 1 để giao tiếp với ONU bao gồm ONU 1, OLT cổng sử dụng bƣớc sóng 2 , bƣớc sóng kênh lân cận 59 tới 1 để giao tiếp với ONU bao gồm ONU 2, tín hiệu đƣờng lên ONU ONU đến WM với chồng chéo khe thời gian Tín hiệu rò rỉ từ ONU không hoàn hảo ghép kênh bƣớc sóng tạo xuyên âm liên kênh với tín hiệu từ ONU Có hai cách tiếp cận đƣợc sử dụng để ƣớc lƣợng bù xuyên âm bù công suất là: Phƣơng pháp tính toán với giá trị trƣờng hợp xấu phƣơng pháp thiết kế với giá trị thống kê Ở ta tính toán theo trƣờng hợp xấu Một mô hình TWDM-PON đơn giản theo hình 3.5 dƣới sử dụng cho việc nghiên cứu hiệu ứng xuyên âm liên kênh đƣờng xuống đƣờng lên bao gồm nhân tố tồn tại, nhiều cổng OLT WM đặt trạm trung tâm, chia công suất, ONU với khoảng cách khác tới RN d1, d2, …, dn Hình 3.10: Mô hình TWDM-PON tham khảo sử dụng cho tính toán xuyên âm liên kênh [12] Do kiến trúc không đối xứng, ONU đƣợc đặt vị trí khác có chênh lệch suy hao đƣờng truyền quang hƣớng lên lớn, OLT đặt gần lại chênh lệch suy hao đƣờng truyền quang hƣớng xuống Chênh lệch suy hao đƣờng truyền quang tối đa (dmax) theo khuyến nghị ITU-T 15dB [12] Theo bảng 2.6, khác biệt công suất trung bình đạt đƣợc lớn 60 công suất trung bình đạt đƣợc nhỏ phía phát OLT cho đƣờng xuống ( POLT ) dB Xét đặc điểm tính chất giống đặc trƣng 1,5 dB ghép kênh bƣớc sóng UniformityWM khác biệt công suất tối đa tín hiệu đƣờng xuống R/S trƣớc ONU cao tới 5,5 dB Tuy nhiên, đƣờng lên, chênh lệch suy hao đƣờng truyền quang tối đa với giá trị 15 dB cộng thêm với khác biệt công suất trung bình đạt đƣợc lớn công suất trung bình đạt đƣợc nhỏ phía phát ONU ( PONU ) dB [12], đó, khác biệt công suất tối đa tín hiệu đƣờng lên SR-CG phía trƣớc ghép kênh bƣớc sóng cao tới 20 dB Ta xem hình 3.11 hai trƣờng hợp Hình 3.11: Phổ công suất tín hiệu S/R-CG (hình trái) R/S (hình phải) Trong phân kênh thực tế, hệ số cách li cho kênh lân cận trực tiếp tới kênh đƣợc yêu cầu IA nhỏ cách li kênh gây nhiễu không lân cận INA Việc tính toán trƣờng hợp đƣợc minh họa nhƣ hình 3.12 Hình 3.12: Ví dụ tách kênh thực tế Xem xét thiết kế trƣờng hợp xấu xuyên âm liên kênh đƣờng lên, ( Ccup ) đƣợc tính toán dựa vào phƣơng trình (3.58) [9]: 61 IA Ccup PONU d max 10 log10 10 10 N 3 10 I NA 10 (3.58) Trong đó: PONU : khác biệt công suất trung bình đạt đƣợc lớn công suất trung bình đạt đƣợc nhỏ phía phát ONU dmax: Chênh lệch suy hao đƣờng truyền quang tối đa IA: Hệ số cách li cho kênh lân cận INA: Hệ số cách li cho kênh không lân cận Bên cạnh đó, sử dụng xấp xỉ Gaussian, bù xuyên âm liên kênh (PC) đƣợc tính [12]: c 10 ER+1 PC 5log10 1 10N 1 Q ER 1 2C (3.59) (ER tỷ lệ dập tắt tuyến tính) Với: Q 2erfc1 (2.BER) (3.60) Xem xét với thiết kế giá trị trƣờng hợp xấu nhất, truyền dẫn đƣờng xuống, xuyên âm liên kênh đƣợc tính [12]: IA IA Ccdown POLT UniformityWM 10 log10 10 10 N 3 10 10 ( (3.61) Trong đó, UniformityWM tham số đặc trƣng ghép kênh bƣớc sóng Theo bảng 2.4, với mức BER đƣờng lên tham khảolà 10-4, ER 8,2 dB Q= 3,72 ER= 6,6, ta có thông số dùng để tính toán xuyên âm liên kênh đƣờng lên bù xuyên âm liên kênh nhƣ bảng 3.1 Bảng 3.1: Các thông số để tính Cc Pc PONU dB dmax 15 dB ER 6.6 62 Q 3,72 Xét ví dụ với số thiết bị WM đƣợc dùng thƣơng mại hóa nhƣ AWG có IA=23 dB INA= 30 dB, lọc đa tầng với IA= 32 dB INA= 36 dB, ta tính toán đƣợc Ccup Pc dựa vào công thức (3.60), (3.61) kết hợp thông số bảng 3.1 theo bảng 3.2 nhƣ sau: Bảng 3.2: Tính toán xuyên âm liên kênh bù công suất trƣờng hợp xấu Tính toán theo trƣờng hợp xấu AWG đặc trƣng Bộ lọc đa tầng IA = 23 dB IA = 32 dB INA = 30 dB INA = 36 dB Hệ thống Cc (dB) 0,4 -8,2 kênh truyền Pc (dB) Vô hạn 0,5 Hệ thống Cc (dB) 1,8 -6 kênh truyền Pc (dB) Vô hạn 0,6 Ta thấy, tính toán trƣờng hợp xấu nhất, thiết bị WM cần hệ số cách li cao (IA=32 dB INA= 36 dB) đáp ứng đƣợc yêu cầu hệ thống TWDM-PON để đạt đƣợc giá trị bù công suất thích hợp hiệu ứng xuyên âm liên kênh Bù công suất đồ thị ngƣợc với xuyên âm liên kênh trƣờng hợp tổng số kênh lần lƣợt N=4 N=8 đƣợc biểu diễn hình 3.13: 63 Hình 3.13: Bù công suất xuyên âm liên kênh với hệ thống kênh kênh 3.5 Kết luận chƣơng Hiệu mạng NG-PON2 phụ thuộc vào nhiều tham số hệ thống: với khoảng cách truyền dẫn tăng tỷ lệ lỗi bit tăng theo, tƣơng tự nhƣ tỷ lệ chia công suất, hay với công suất phát độ lợi khuếch đại tăng tỷ lệ lỗi bit giảm theo Tuy nhiên, với khả hỗ trợ khoảng cách truyền dẫn hay tỷ lệ chia công suất cao công nghệ PON trƣớc đó, NGPON2 xứng đáng hệ mạng quang tƣơng lai Các kết phân tích hiệu ứng xuyên âm liên kênh đặt vấn đề nhà khai thác viễn thông cho thấy yêu cầu thiết bị NG-PON2 cần phải tƣơng thích đáp ứng yêu cầu xuyên âm kênh truyền 64 KẾT LUẬN CHUNG Qua việc nghiên cứu công nghệ mạng quang thụ động phân tích,đánh giá hiêu hệ thống NG-PON2, ta thấy ƣu điểm vƣợt trội NG-PON2 tƣơng lai so với hệ mạng quang trƣớc để đáp ứng đòi hỏi băng thông truy nhập tốc độ cao ngày tăng với ƣu điểm: tƣơng thích ODN với mạng quang GPON cho phép tái sử dụng tài nguyên đắt tiền mạng, giúp giảm chi phí đầu tƣ ban đầu cho nhà cung cấp viễn thông, với kiến trúc hệ thống có tính linh hoạt cao với ONU sử dụng phát thu khả chỉnh “trong suốt” NG-PON2 hỗ trợ nhiều loại hình ngƣời dùng khác mạng truy nhập PON Bên cạnh NGPON2 hỗ trợ tốt nhiều tỷ lệ chia chia công suất, khoảng cách truyền dẫn quang, tầm với quang, Các kết đạt đƣợc luận văn bao gồm: Trình bày tổng quan công nghệ quang thụ động, công nghệ truy nhập quang thụ động APON/BPON, GPON, EPON, XG-PON bao gồm: kiến trúc mạng, đặc điểm công nghệ, bên cạnh xu hƣớng phát triển mạng quang thụ động tƣơng lai Nghiên cứu công nghệ TWDM-PON, ƣu điểm TWDM-PON so với công nghệ khác đƣợc chọn giải pháp kĩ thuật cho công nghệ NG-PON2 Các yêu cầu kĩ thuật, yêu cầu dịch vụ mạng NG-PON2 theo khuyến nghị ITU-T, ứng dụng hƣớng triển khai mạng NG-PON2 tƣơng lai Đánh giá hiệu truyền dẫn đơn kênh mạng NG-PON2 bao gồm phụ thuộc tỷ lệ lỗi bit BER vào khoảng cách, hiệu hệ thống sử dụng PIN APD, phụ thuộc tỷ lệ lỗi bit BER vào công suất phát, phụ thuộc tỷ lệ lỗi bit BER vào tỷ lệ chia, phụ thuộc tỷ lệ lỗi bit BER vào độ lợi G khuếch đại 65 Phân tích, so sánh xuyên âm liên kênh đƣờng xuống đƣờng lên, ảnh hƣởng xuyên âm liên kênh mạng NG-PON2 Hiện nay, NG-PON2 đƣợc chuẩn hóa dự kiến triển khai thƣơng mại vào năm 2016, số nhà cung cấp dịch vụ viễn thông bắt đầu cung cấp dịch vụ dựa công nghệ TWDM-PON Hƣớng nghiên cứu luận văn: Phân tích đánh giá hiệu hệ thống truyền dẫn đơn kênh với việc xem xét thêm ảnh hƣởng hiệu ứng phi tuyến, phân tích hiệu hệ thống truyền dẫn đa kênh mạng NG-PON2 Xem xét tính khả thi phƣơng án triển khai NG-PON2 Việt Nam tƣơng lai 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Celdric Lam (2007), Passive Optical Networks: Principles and Practices, Elsevier Inc, U.S.A [2] Frank Effenberger (2012), “XG-PON1 versus NG-PON2: Which One Will Win”, ECOC Technical Digest [3] Govind Agrawal (1997), Fiber-Optic Communication Systems, 2nd Edition, John Wiley & Sons [4] Govind Agrawal, Fiber- Optic Communications Systems, Third Edition [5] HUAWEI (2010) Next Generation PON evolution [6] Ivan Djordjevic (2010), “Coding for Optical Channels”, Springer Science+Business Media [7] ITU-TG.984.1: Gigabit-capable passive optical networks [8] ITU-T G.987 10-Gigabit-capable passive optical network (XG-PON) system: Definitions, abbreviations and acronyms [9] ITU-T G.sup39 Optical system design and engineering considerations [10] ITU-T G.sup49 Rogue optical network unit (ONU) considerations [11] ITU-T Recommendation G.989.1 series (2013) 40-Gigabit-capable passive optical networks [12] ITU-T Recommendation G.989.2 series (2014) 40-Gigabit-capable passive optical networks [13] Philippe Chanclou (2011), “Standardization activity towards NGPON2”, FTTH Council [14] S Kimura (2012), “An Operator's View-Technologies for NG-PON2: Why I think this technology is the clear winner”, Optical Fiber Communication Workshop [15] https://www.alcatel-lucent.com, truy nhập ngày 3/2/2016 67 PHỤ LỤC A Code Matlab tính BER hệ thống NG-PON2 function BER_NGPON2 = BER_NGPON2(G,L_twdm,Pt_dBm,N_s,M,St) %P_t_dBm transmitted power %L (m) transmitted length %% Transmitter alpha = 0.2/4.343; % Attenuation fiber coefficient (dB/km) L1 = 1/3*L_twdm; % Distance(m) L2 = 2/3*L_twdm; % Distance(m) P_outTx = 10.^(Pt_dBm/10-3); Br = 10*10^9; % bit/s Bitrate Be = 7.5*10^9; % Electric bandwidth (Hz) %% AWG N_c = 4; % Optical channel number of AWG P_outAWG = P_outTx/(10^(2.5/10)) ; % Insertion loss (2.5 dB) %% EDFA q = 1.6*10^-19; % Electron charge (C) c = 3*10^8; % Speed of light (m/s) lamda = 1599.75*10^-9; % Carrire (m) (the fifth wavelength) f = c/lamda; % Frequency (Hz) %G1 = 30; % EDFA gain (dB) (Source: Introduction EDFA) G_lan = 10.^(G/10); % EDFA gain (lan) h = 6.626*10^-34; % Planck's constant (J.s) %k_B = 1.38*10^(-23); % Boltzmann's constant (W/K/Hz) F_ndB = 5; % Noise figure (dB) F_n = 10^(F_ndB/10); n_sp = F_n/2; % Spontaneous emission factor Bo = 50*10^9; % Optical bandwidth (Hz) S_ASE = n_sp*h*f*(G_lan-1); P_ASE = S_ASE*Bo; %% Fiber vs distance L1 LidB = 0; % dB Total insertion loss Li = 10^(LidB/10); D = 16.75*10^-6 ; % Dispersion coefficient (ps/nm/km) beta2 = -lamda^2*D/(2*pi*c); % s^2/m Pd = -5*log10(1-4*(Br*sqrt(abs(beta2)*L_twdm))^2); % Penalty in (dB) Pdr = 10^(Pd/10); P_F1 = (P_outAWG*G_lan+P_ASE)*(exp(-alpha*L1/1000))/Li;% %% Splitter %N_s = 16; % Splitting ratio P_s = P_F1/N_s/Pdr; %% Receiver %M = 1; % Amplification factor %epsilon_c = Pdr/P_s ; %R_L = 10*10^3; % Resistive load (Ohm) %T = 300; % Receiver temperature (K) R = 0.6; % Responsivity APD (A/W) Pr = (P_s*exp(-alpha*L2/1000)); %% Calculating Bit Error Rate i_0 = 0; i_1 = R*M^2*(2*Pr + P_ASE); i_d = 10*10^-9; % Dark current (A) 68 % Signal-ASE beating noise sigma_s_sp = 4*M^2*R^2*(2*Pr)*S_ASE*Be; % ASE-ASE beating noise sigma_sp_sp = 4*M^2*R^2*S_ASE^2*Be*(Bo - Be/2); % Shot noise ka = 0; % Ionization factor Fa = ka*M+(1-ka)*(2-1/M); % Excess noise factor sigma_sh = 2*q*M^2*Fa*(R*(2*Pr + P_ASE)+i_d)*Be; % Thermal noise %St = 10e-12; % A/Hz^1/2 PSD of thermal noise sigma_th = St^2*Be; % A^2 %sigma_th = (4*k_B*T*F_n*Be)/R_L; % Crosstalk noise (out of band) ScdB = -22; % Crosstalk in dB Sc = 10^(ScdB/10); sigma_xc = (N_c^2-N_c)/4*(Sc*(M^2*R*2*Pr)).^2; % A^2 %sigma_xc = (N_c^2 - N_c)*epsilon_c^2*Pr^2; % Assume that the recieved powers of all channels are the same % Q-factor sigma_1 = sqrt(sigma_s_sp+sigma_sp_sp+sigma_sh+sigma_th+sigma_xc); sigma_0 = sqrt(sigma_sp_sp+sigma_th+sigma_xc); Q = (i_1 - i_0)/(sigma_1 + sigma_0)/Pdr; % BER calculating BER_NGPON2 = 0.5*erfc(Q/sqrt(2)); end B Code matlab hình 3.4: Sự phụ thuộc tỷ lệ lỗi bit BER vào công suất phát khoảng cách thay đổi %Program for plotting BER vs the transmitted power per PPM time slote clear all clc close all %% Parameter NGPON2 system G = 10; % dB Gain N_s = 64; % Splitting ratio Pt_dBm = linspace(-25,10,36); % Power of CW laser (dBm) M = 1; %Amplification factor St = 10e-12; % A/Hz^1/2 PSD of thermal noise L1 = 3e4; % Total distance transmission(m) L2 = 4e4; L3 = 5e4; L4 = 6e4; %L5 = 8e4; BER1 = 0; BER2 = 0; BER3 = 0; BER4 = 0; %BER5 = 0; %% Calculating BER for i=1:length(Pt_dBm) BER1(i)= BER_NGPON2(G,L1,Pt_dBm(i),N_s,M,St); BER2(i)= BER_NGPON2(G,L2,Pt_dBm(i),N_s,M,St); BER3(i)= BER_NGPON2(G,L3,Pt_dBm(i),N_s,M,St); BER4(i)= BER_NGPON2(G,L4,Pt_dBm(i),N_s,M,St); %BER5(i)= BER_NGPON2(G,L5,Pt_dBm(i),N_s); 69 end semilogy(Pt_dBm,BER1,'-ro',Pt_dBm,BER2,'-g>',Pt_dBm,BER3,'*y',Pt_dBm,BER4,'-bo');%,Pt_dBm,BER5,'-m>'); xlabel('Transmitter Power'); ylabel('Bit Error Rate'); ylim([1E-12 1E-0]); grid on; legend('L1 = 30 (km)','L2 = 40 (km)','L3 = 50 (km)','L4 = 60 (km)',3); %title('Bit Error Rate survey with a distance change'); C Code matlab hình 3.5: Hiệu hệ thống sử dụng PIN APD % Plot exact_BERtotal clear all clc close all %% Parameter NGPON2 system G = 10; % EDFA gain N_s = 64; % Splitting ratio lamda = 1596.34*10^-9; % wavelength Pt_dBm = linspace(-25,15,21); % Power of CW laser (dBm) L_twdm = 40*10^3;% Total distance transmission(m) St = 10e-12; % A/Hz^1/2 PSD of thermal noise M1 = 1; % Amplification factor %M2 = 2; %M3 = 3; M4 = 4; %M5 = 5; %% Calculating BER for i=1:length(Pt_dBm) %BERngpon2(i)= BER_NGPON2(G_edfa(i),L_twdm,Pt_dBm,N_s); %BERfso(i)= BER_FSO(Pt_dBm,Lfso,Cn2,R_b); BERscript_1(i)= BER_NGPON2(G,L_twdm,Pt_dBm(i),N_s,M1,St); %BERscript_2(i)= BER_NGPON2(G,L_twdm,Pt_dBm(i),N_s,M2,St); %BERscript_3(i)= BER_NGPON2(G,L_twdm,Pt_dBm(i),N_s,M3,St); BERscript_4(i)= BER_NGPON2(G,L_twdm,Pt_dBm(i),N_s,M4,St); %BERscript_5(i)= BER_NGPON2(G,L_twdm,Pt_dBm(i),N_s,M5,St); end semilogy(Pt_dBm,BERscript_1,'-*b',Pt_dBm,BERscript_4,'*r');%,Pt_dBm,BERscript_3,'-*k',Pt_dBm,BERscript_4,'*y',Pt_dBm,BERscript_5,'-*g'); %hold on; %semilogy(G_edfa,BERngpon2,'-ro'); %hold on; %semilogy(G_edfa,BERfso,'-r>'); xlabel('Transmitter Power (dBm)'); ylabel('Bit Error Rate'); ylim([1E-12 1E-0]); legend('PIN','APD',4 ); %title('script vs Lfso = 800 (m)'); grid on; 70 D Code matlab hình 3.6: Sự phụ thuộc tỷ lệ lỗi bit BER vào khoảng cách công suất phát thay đổi %Program for plotting BER vs the transmitted power per PPM time slote clear all clc close all %% Parameter NGPON2 system G = 10; % dB Gain N_s = 64; % Splitting ratio L = linspace(0000,80000,100); % Power of CW laser (dBm) Pt_dBm1 = -8; % Total distance transmission(m) Pt_dBm2 = -6; Pt_dBm3 = -4; Pt_dBm4 = -2; Pt_dBm5 = 0; BER1 = 0; BER2 = 0; BER3 = 0; BER4 = 0; BER5 = 0; %% Calculating BER for i=1:length(L) BER1(i)= BER_NGPON2(G,L(i),Pt_dBm1,N_s); BER2(i)= BER_NGPON2(G,L(i),Pt_dBm2,N_s); BER3(i)= BER_NGPON2(G,L(i),Pt_dBm3,N_s); BER4(i)= BER_NGPON2(G,L(i),Pt_dBm4,N_s); BER5(i)= BER_NGPON2(G,L(i),Pt_dBm5,N_s); end semilogy(L,BER1,'-ro',L,BER2,'-g>',L,BER3,'-*y',L,BER4,'-bo',L,BER5,'m>'); xlabel('Total distance (m)'); ylabel('Bit Error Rate'); ylim([1E-12 1E-0]); grid on; legend('P_t = - (dBm)','P_t = - (dBm)','P_t = -4 (dBm)','P_t = -2 (dBm)','P_t = -0 (dBm)',4); %title('Bit Error Rate survey with a distance change'); E Code matlab hình 3.7: Sự phụ thuộc tỷ lệ lỗi bit BER vào công suất phát thay đổi tỷ lệ chia %Program for plotting BER vs the transmitted power per PPM time slote clear all clc close all %% Parameter NGPON2 system Pt_dBm = linspace(-20,10,100); % Power of CW laser (dBm) L = 40*10^3; % Total distance transmission(m) G = 10; % EDFA gain (dB) N_s1 = 16; % Splitting ratio N_s2 = 32; N_s3 = 64; N_s4 = 128; N_s5 = 256; 71 BER = 0; %% Calculating BER for i=1:length(Pt_dBm) BER(i)= BER_NGPON2(G,L,Pt_dBm(i),N_s1); BER1(i)= BER_NGPON2(G,L,Pt_dBm(i),N_s2); BER2(i)= BER_NGPON2(G,L,Pt_dBm(i),N_s3); BER3(i)= BER_NGPON2(G,L,Pt_dBm(i),N_s4); BER4(i)= BER_NGPON2(G,L,Pt_dBm(i),N_s5); end semilogy(Pt_dBm,BER,'-ro',Pt_dBm,BER1,'-g>',Pt_dBm,BER2,'*y',Pt_dBm,BER3,'-bo',Pt_dBm,BER4,'-m>'); xlabel('Transmitter Power (dBm)'); ylabel('Bit Error Rate'); ylim([1E-12 1E-0]); grid on; legend('N_s = 16','N_s = 32','N_s = 64','N_s = 128','N_s = 256',3); F Code matlab hình 3.8: Sự phụ thuộc tỷ lệ lỗi bit BER vào độ lợi G thay đổi công suất phát %Program for plotting BER vs the transmitted power per PPM time slote clear all clc close all %% Parameter NGPON2 system G_edfa = linspace(0,30,30); %EDFA gain (dB) L_twdm = 40*10^3;% Total distance transmission(m) N_s = 64; % Splitting ratio St = 10e-12; % A/Hz^1/2 PSD of thermal noise M = 1; % Amplification factor Pt1 = -15; % Power of CW laser (dBm) Pt2 = -12.5; Pt3 = -10; Pt4 = -7.5; Pt5 = -5; BER1 = 0; BER2 = 0; BER3 = 0; BER4 = 0; BER5 = 0; %% Calculating BER for i=1:length(G_edfa) BER1(i)= BER_NGPON2(G_edfa(i),L_twdm,Pt1,N_s,M,St); BER2(i)= BER_NGPON2(G_edfa(i),L_twdm,Pt2,N_s,M,St); BER3(i)= BER_NGPON2(G_edfa(i),L_twdm,Pt3,N_s,M,St); BER4(i)= BER_NGPON2(G_edfa(i),L_twdm,Pt4,N_s,M,St); BER5(i)= BER_NGPON2(G_edfa(i),L_twdm,Pt5,N_s,M,St); end semilogy(G_edfa,BER1,'-ro',G_edfa,BER2,'-g>',G_edfa,BER3,'*y',G_edfa,BER4,'-bo',G_edfa,BER5,'-k*'); xlabel('Transmitter Power (dBm)'); ylabel('Bit Error Rate'); ylim([1E-12 1E-0]); grid on; 72 legend('Pt = -15 (dBm)','Pt = -12.5 (dBm)','Pt = -10 (dBm)','Pt = -7.5 (dBm)','Pt = -5 (dBm)',3); G Code matlab hình 3.13: Bù công suất xuyên âm liên kênh với hệ thống kênh kênh clear all clc %% -%% Power penalty %% -% Parameters Cc = -16:0.01:2; % (Upstream) Inter-channel crosstalk N = [4 8]; % Total number of channels Q = 3.72; % Q() function at BER of 10^-4 % Calculating the power penalty Pc = zeros(length(N), length(Cc)); % Initializing the matrix for k = 1:length(N) % For each N parameters for i = 1:length(Cc) % For each given crosstalk value test = 1- 10^(2*Cc(i)/10)*Q^2/(N(k)-1); if test>0 Pc(k, i) = -5*log10(test); % Penalty calculation else Pc(k, i) = inf; % it should be infinite end % End of IF end % End of FOR i end % End of FOR k %% Plot the graphs plot(Cc, Pc); ylim([0 5]); xlim([Cc(1) Cc(length(Cc))]); % Limit the Y axis % Limit the X axis [...]... m ng NG -PON2 2 Chƣ ng 3: Đánh giá hiệu n ng của m ng NG -PON2 trong đó tập trung vào hiệu n ng truyền dẫn đơn kênh và phân tích xuyên âm liên kênh đƣ ng xu ng và đƣ ng lên 3 CHƢ NG I: T NG QUAN VỀ C NG NGHỆ TRUY NHẬP QUANG THỤ Đ NG Chư ng I giới thiệu t ng quan về m ng truy nhập quang thụ đ ng, với nhiều ưu điểm so với các c ng nghệ truy nhập khác: kh ng cần nguồn điện cung cấp nên kh ng bị ảnh hư ng. .. trên c ng một nền t ng c ng sẽ đòi hỏi nhu cầu về b ng th ng hệ th ng kh ng nh ng cao hơn mà còn phải đ ng bộ hơn C ng đ ng FSAN và ITU-T đã phát triển và chuẩn hóa c ng nghệ m ng truy nhập quang thụ đ ng thế hệ kế tiếp thứ hai NG- PON2, nhằm đáp ng nhu cầu b ng th ng ngày c ng cao và đ ng bộ hơn đ ng thời cung cấp các tính n ng dịch vụ n ng cao và hỗ trợ dải r ng loại hình ng ời d ng từ ng ời d ng cá... các c ng ty cung cấp thiết bị và khai thác dịch vụ viễn th ng Với đề tài Phân tích và đánh giá hiệu n ng hệ th ng NG- PON2 , luận văn đƣợc chia thành ba phần nhƣ sau: Chƣ ng 1: Giới thiệu t ng quan về c ng nghệ truy nhập quang thụ đ ng và xu hƣ ng phát triển của m ng quang thụ đ ng Chƣ ng 2: Nghiên cứu TWDM-PON với tƣ cách là giải pháp kĩ thuật cho c ng nghệ NG- PON2, các yêu cầu kĩ thuật và ng d ng của... các c ng nghệ ghép kênh Trong nh ng năm đầu 15 tiên, với việc sử d ng c ng nghệ TDM, b ng th ng đƣ ng xu ng và đƣ ng lên từ 155 Mbps cho đến 10 Gbps của XG-PON theo tiêu chuẩn của FEC Nh ng với việc sử d ng c ng nghệ WDM, dung lƣ ng kênh đã đƣợc cải thiện đ ng kể với mức b ng th ng đạt đƣợc trong tƣ ng lai có thể lên tới 500 Gbps với việc sử d ng c ng nghệ UD-WDM với coherent Hệ th ng mới này sử d ng. .. m ng đã triển khai Với đặc điểm kỹ thuật c ng tồn tại và tái sử d ng ODN, thì việc chuyển tiếp từ GPON sang NG- PON1 là sự phát triển của các dây chuyền c ng nghiệp Trong khi đó, c ng nghệ NG- PON2 phải làm tốt hơn c ng nghệ NG- PON1 12 về tính tƣ ng thích ODN, b ng th ng, n ng lực và hiệu quả chi phí Sự lựa chọn của NG- PON1 trong FSAN là sự cân b ng giữa c ng nghệ và giá thành Các nhà m ng yêu cầu về hệ. .. liệu và hình ảnh với tốc độ cao và khả n ng cung cấp b ng th ng r ng PON còn có khả n ng ch ng lỗi cao (cao hơn SONET/SDH) Do các nút của m ng PON nằm ở bên ngoài m ng, nên tổn hao n ng lƣ ng trên các nút này kh ng gây ảnh hƣ ng gì đến các nút khác Khả n ng một nút mất n ng lƣ ng mà kh ng làm ng t m ng là rất quan tr ng đối với m ng truy nhập, do các nhà cung cấp kh ng thể đảm bảo đƣợc n ng lƣ ng dự... trúc m ng, đặc điểm c ng nghệ, bên cạnh đó là xu hư ng phát triển của m ng quang thụ đ ng trong tư ng lai 1.1 Khái quát về m ng quang thụ đ ng (PON) M ng viễn th ng thƣ ng đƣợc cấu thành bởi ba m ng chính: m ng đƣ ng trục, m ng phía khách h ng và m ng truy nhập Trong nh ng năm gần đây, m ng đƣ ng trục có nh ng bƣớc phát triển nhảy vọt do sự xuất hiện của các c ng nghệ mới, điển hình nhƣ c ng nghệ ghép... nhân đến doanh nghiệp một cách hiệu quả nhất về giá thành trên c ng một nền t ng m ng Bên cạnh đó, do xu hƣ ng hội tụ các c ng nghệ m ng truyền th ng hiện nay đang hứa hẹn nhiều tiềm n ng trong việc tối ƣu t ng chi phí đầu tƣ đối với nhà khai thác m ng b ng cách lƣợc bỏ các giải pháp c ng nghệ tr ng lặp, kh ng đ ng nhất trong miền nhóm ghép và truy nhập m ng, các hệ th ng NG- PON2 c ng đƣợc phát triển... đầu cuối m ng quang 2.3 Đặc điểm kỹ thuật của c ng nghệ truy nhập quang thụ đ ng NGPON2 2.3.1 Yêu cầu kỹ thuật chung của hệ th ng NG- PON2 Sau đây là một vài cách nhìn t ng quan về yêu cầu hệ th ng NG- PON2 [11]: Yêu cầu của hệ th ng NG- PON2 hỗ trợ cho: Mô hình kênh TWDM đa bƣớc s ng 4-8 cặp kênh TWDM (mỗi cặp gồm một kênh đƣ ng xu ng và một kênh đƣ ng lên), cấu hình để bắt đầu t ng trƣ ng phát triển... thế hệ c ng nghệ truy nhập quang thụ đ ng mới gọi là m ng truy nhập quang thụ đ ng thế hệ kế tiếp thứ hai (NG- PON2) Dự án nghiên cứu phát triển c ng nghệ NG- PON2 đƣợc c ng đ ng FSAN và ITU-T bắt đầu tiến hành từ năm 2011 M ng truy nhập quang thụ đ ng thế hệ kế tiếp thứ hai NG- PON2 có thể đạt tốc độ 40 Gbps hoặc cao hơn và có khả n ng khai thác triệt để các ƣu điểm vƣợt trội của sợi quang nhƣ dung lƣợng