Kết hợp công nghệ Wdmpon và Fso trong mạng truy nhập quang (LV thạc sĩ)

Kết hợp công nghệ Wdmpon và Fso trong mạng truy nhập quang (LV thạc sĩ)Kết hợp công nghệ Wdmpon và Fso trong mạng truy nhập quang (LV thạc sĩ)Kết hợp công nghệ Wdmpon và Fso trong mạng truy nhập quang (LV thạc sĩ)Kết hợp công nghệ Wdmpon và Fso trong mạng truy nhập quang (LV thạc sĩ)Kết hợp công nghệ Wdmpon và Fso trong mạng truy nhập quang (LV thạc sĩ)Kết hợp công nghệ Wdmpon và Fso trong mạng truy nhập quang (LV thạc sĩ)Kết hợp công nghệ Wdmpon và Fso trong mạng truy nhập quang (LV thạc sĩ)Kết hợp công nghệ Wdmpon và Fso trong mạng truy nhập quang (LV thạc sĩ)Kết hợp công nghệ Wdmpon và Fso trong mạng truy nhập quang (LV thạc sĩ)Kết hợp công nghệ Wdmpon và Fso trong mạng truy nhập quang (LV thạc sĩ)Kết hợp công nghệ Wdmpon và Fso trong mạng truy nhập quang (LV thạc sĩ)Kết hợp công nghệ Wdmpon và Fso trong mạng truy nhập quang (LV thạc sĩ)Kết hợp công nghệ Wdmpon và Fso trong mạng truy nhập quang (LV thạc sĩ)Kết hợp công nghệ Wdmpon và Fso trong mạng truy nhập quang (LV thạc sĩ)Kết hợp công nghệ Wdmpon và Fso trong mạng truy nhập quang (LV thạc sĩ)Kết hợp công nghệ Wdmpon và Fso trong mạng truy nhập quang (LV thạc sĩ)

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG - TRẦN DUY DŨNG KẾT HỢP CÔNG NGHỆ WDM-PON VÀ FSO TRONG MẠNG TRUY NHẬP QUANG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) HÀ NỘI – 2017 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG - TRẦN DUY DŨNG KẾT HỢP CÔNG NGHỆ WDM-PON VÀ FSO TRONG MẠNG TRUY NHẬP QUANG Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông Mã số: 60.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS ĐẶNG THẾ NGỌC HÀ NỘI - 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Các kế thừa tác giả khác đƣợc trích dẫn Tác giả Trần Duy Dũng ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đề tài luận văn thạc sĩ cách hoàn chỉnh, bên cạnh nỗ lực cố gắng thân có hƣớng dẫn nhiệt tình Thầy, Cô, giúp đỡ bạn bè suốt thời gian học tập nghiên cứu thực luận văn thạc sĩ Đặc biệt, em xin bày tỏ biết ơn sâu sắc đến PGS TS ĐẶNG THẾ NGỌC, Thầy trực tiếp hƣớng dẫn, bảo tận tình, chu đáo có nhận xét, góp ý quý báu giúp em suốt trình thực luận văn đƣợc hoàn thành Em xin gửi làm cảm ơn đến tất Thầy, Cô giáo Học viện Công nghệ Bƣu Viễn thông tận tình bảo tạo điều kiện thuận lợi để em đƣợc nghiên cứu học tập thời gian qua Hà Nội, ngày tháng 05 năm 2017 Học viên Trần Duy Dũng iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT v DANH MỤC HÌNH VẼ vii DANH MỤC BẢNG BIỂU ix LỜI MỞ ĐẦU ix CHƢƠNG 1: MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG WDM (WDM-PON) 1.1 Mạng truy nhập quang thụ động (PON) 1.1.1 Tổng quan PON 1.1.2 Thành phần mạng quang thụ động 1.1.3 Các cấu hình mạng PON 10 1.1.4 Các chuẩn mạng PON 11 1.2 Kiến trúc giải pháp WDM-PON 12 1.2.1 Tổng quan WDM 12 1.2.3 Các kiến trúc WDM-PON 15 1.3 Ƣu nhƣợc điểm WDM-PON .23 1.3.1 Ƣu điểm .23 1.3.2 Nhƣợc điểm .24 1.3.3 Hƣớng phát triển WDM-PON 24 1.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu WDM-PON 24 1.4.1 Suy hao quỹ công suất 24 1.4.2 Tán sắc .24 1.4.3 Nhiễu xuyên kênh 25 1.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG .33 CHƢƠNG 2: CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG QUANG KHÔNG DÂY FSO 34 2.1 Giới thiệu FSO 34 2.1.1 Khái niệm FSO 34 2.1.2 Các kỹ thuật FSO .35 iv 2.2 Kiến trúc FSO 36 2.2.1 Bộ phát 37 2.2.2 Bộ thu 40 2.2.3 Kênh truyền vô tuyến 41 2.3 Các đặc điểm hệ thống FSO 42 2.3.1 Các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu hệ thống FSO 42 2.3.2 Suy hao hệ thống FSO .44 2.4 Ứng dụng FSO 51 2.4.1 Kết nối truy cập tốc độ cao mở rộng mạng với chi phí thấp .51 2.4.2 FSO GSM 3G 52 2.4.3 FSO an ninh mạng 53 2.5 Kết luận chƣơng 54 CHƢƠNG 3: MẠNG TRUY CẬP QUANG KẾT HỢP WDM-PON/FSO .55 3.1 Mô tả hệ thống 55 3.2 Kiến trúc hệ thống .57 3.3 Phân tích mô hình kênh nhiễu loạn tán sắc FSO .59 3.3.1 Mô hình kênh tán sắc khí 59 3.3.2 Mô hình kênh nhiễu loạn khí 61 3.4 Tỉ lệ lỗi bit BER .62 3.4.1 Phân tích đƣờng xuống 64 3.4.2 Phân tích đƣờng lên 65 3.5 Kết tính toán 65 3.5.1 Truyền dẫn đƣờng xuống 66 3.5.2 Truyền dẫn đƣờng lên .70 3.6 Kết luận chƣơng 73 KẾT LUẬN .74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT AM Amplitude Modulation Điều chế biên độ AON Active Optical Network Mạng quang tích cực APD Avalanche Photodiode Đi-ốt quang thác ASE Amplified Spontaneous Emission Nhiễu phát xạ tự phát đƣợc khuếch đại ASK Amplitude Shift Keying Khóa dịch biên độ ATM Asynchronous Transfer Mode Phƣơng thức truyền dị AWG Array Wavelength Guide Cách tử mảng ống dẫn sóng AWGN Addition White Gaussian Noise Nhiễu Gauss trắng cộng AWGN Amplify and Forward Khuếch đại chuyển tiếp BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bit BPON Broadband PON PON băng rộng BPPM Binary Pulse Position Modulation Điều chế vị trí xung nhị phân CDMA Code Division Multiplexing Access Đa truy nhập phân chia theo mã CO Central Office Trạm trung tâm CPON Composite PON PON hỗn hợp CW Continuous Wave Sóng liên tục DEMUX Demultiplexer Bộ tách kênh DFB Distributed Feedback Phản hồi phân bố DWDM Dense Wave Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bƣớc sóng với mật độ cao EDFA Erbium-Doped Fiber Amplifier Khuếch đại quang pha tạp Erbium EPON Ethernet PON PON sử dụng Ethernet FM Frequency Modulation Điều chế tần số FSK Frequency Shift Keying Khóa dịch tần số FSO Free Space Optics Truyền thông quang không dây FSR Free Spectrum Range Dải phổ tự FWM Four Wave Mixing Trộn bốn bƣớc sóng LARNet Local Access Routing Network Mạng định tuyến truy nhập nội vùng vi LASER Light Amplification by Stimulated Khuếch đại ánh sáng phát xạ Emission of Radiation kích thích LED Light Emitting Diode Đi-ốt phát quang MAN Metropolitan Area Network Mạng đô thị MPPM Multi-pulse Pulse Position Modulation Điều chế vị trí xung đa xung MUX Multiplexer Bộ ghép kênh MZI Mach–Zehnder Interferometer Giao thoa kế Mach–Zehnder OADM Optical Add-Drop Multiplexer Bộ ghép kênh xen/rẽ quang OAF Amplify and Forward ODN Optical Distribution Network Mạng phân phối quang OLT Optical Line Terminal Đầu cuối đƣờng quang ONT Optical Network Terminal Đầu cuối mạng quang ONU Optical Network Unit Đơn vị mạng quang PM Polarazation Mode Mode phân cực PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động PPM Pulse Position Modulation Điều chế vị trí xung PSK Phase Shift Keying Khóa dịch pha QPSK Quadrature Phase Shift Keying Điều chế pha trực giao RN Remote node Nút đầu xa SNR Signal-to-Noise Ratio Tỷ số tín hiệu nhiễu TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời gian TDMA Time Division Multiple Access WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bƣớc sóng XPM Cross phase modulation Điều chế pha chéo SBS Stimulated Brillouin Scaterring Tán xạ Brillouin kích thích Kỹ thuật khuyếch đại chuyển tiếp quang Đa truy nhập phân chia theo thời gian vii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Mô hình mạng quang thụ động Hình 1.2: Cấu trúc cáp quang Hình 1.3: Cấu hình loại Coupler .5 Hình 1.4: Cấu trúc cách tử mảng ống dẫn sóng Hình 1.5: Bộ ghép kênh AWG Hình 1.6: Các khối chức OLT Hình 1.7: Các khối chức ONU Hình 1.8a: Cấu hình sử dụng chia 1:N 10 Hình 1.8b: Cấu hình bus sử dụng tap coupler 1:2 .11 Hình 1.8c: Cấu hình dạng vòng sử dụng tap coupler 2x2 11 Hình 1.8d: Cấu hình dạng dự phòng sử dụng chia 2:N 11 Hình 1.9: Mô hình hệ thống WDM 12 Hình 1.10: Mô hình tổng quát hệ thống WDM-PON 13 Hình 1.11: Mô hình P2MP mạng WDM-PON 14 Hình 1.12: Kiến trúc PON hỗn hợp 16 Hình 1.13: DWDM super-PON sử dụng ONU không phụ thuộc bƣớc sóng 17 Hình 1.14: Kiến trúc RITENET 17 Hình 1.15: Kiến trúc tổng quát LARNet 19 Hình 1.16: Cấu tạo laser đa tần (MFL) .19 Hình 1.17 Kiến trúc AWG đa đoạn 20 Hình 1.18: Sử dụng CWDM để kết hợp phân chia tín hiệu quang thông qua dải phổ tự (FSR) AWG .21 Hình 1.19: Cấu hình WDM/TDM lai ghép .22 Hình 1.20: WDM/TDM đƣờng xuống 23 Hình 1.21: WDM/TDM đƣờng lên 23 Hình 1.22: Giới hạn công suất quang tác động bốn hiệu ứng phi tuyến 29 62 dụng vùng xoáy quy mô nhỏ quy mô lớn môi trƣờng tán xạ Giả sử chùm quang thu đƣợc sóng phẳng đƣợc xác định nhƣ sau:   0, 49 R2   exp( )  1 12 (1  1,11 R )   1   0,51 R2   exp( )   56 (1  0, 69 12 R )   (3.7) 1 (3.8) phƣơng sai Rytov đƣợc xác định bởi:  R  2  1, 23      với λ bƣớc sóng quang Thông thƣờng, tham khảo bảng giá trị 76 Cn2 di11 (3.9) có giá trị từ 10-13 m-2/3 đến 10-17m2/3 cho điều kiện thời tiết khác [14] Qua Hình 3.3 ta thấy phƣơng sai Rytov cho khoảng cách truyền dẫn khác Thông thƣờng điều kiện nhiễu loạn yếu, trung bình mạnh lần lƣợt tƣơng ứng với định Trạng thái bão hòa đƣợc xác [15] 3.4 Tỉ lệ lỗi bit BER Khi tách đƣợc ký hiệu PPM ký hiệu đƣợc ánh xạ tới chuỗi log2(M) bit Sẽ có M/2 lỗi ký hiệu sinh tổng số (M − 1) ký hiệu lỗi Vì thế, giả sử lỗi ký hiệu có khả xảy đặt Pe xác suất lỗi ký hiệu (SEP) tổng tỉ lệ lỗi bit hệ thống là: BER (3.10) ( ) Ta giả sử liệu truyền đủ lớn cho xác suất truyền ký hiệu nhƣ Tại máy thu, không tính tổng quát giả sử ký hiệu s0 đƣợc truyền I0 dòng tín hiệu tách quang tƣơng ứng với khe thời gian số 0, dòng Iu tƣơng ứng với khe thời gian thứ u (0 ≤ u ≤ M − 1) ký hiệu nhận đƣợc 63 Đối với đƣờng xuống, giả sử tín hiệu mong muốn tín hiệu nhiễu chịu tác động nhiễu loạn khí giống xuyên âm xuất trƣớc đƣờng phân phối (tức chặng thứ (N + 1)) Có thể không kể đến chênh lệch bƣớc sóng tác động lên nhỏ Vì thế, hàm pdf G-G tín hiệu lẫn giao thoa coi nhƣ Áp dụng định lý xác suất, ta biểu diễn SEP truyền dẫn đƣờng xuống nhƣ sau: ( Pr* ) * | ∫ ∫ ( * + * | ) + + + ∫ ( ) )erfc (√ ( SNR ) (3.11) Đối với đƣờng lên, tín hiệu mong muốn nhiễu di chuyển qua đƣờng khác biệt mặt vật lý chặng thứ (N + 1) (từ ONUs tới RN) Do đó, nhận thấy phân phối G-G chúng độc lập với Trong phân tích luận văn, trạng thái kênh chặng thứ (N + 1) tín hiệu giao thoa lần lƣợt đƣợc biểu diễn Tƣơng tự biểu diễn tổng xác suất SEP truyền dẫn luồng lên nhƣ sau ∫ ( ) ( ( ∫ ) ( SNR )erfc (√ hiệu đƣợc truyền erfc( ) ( ∫ ) ) (3.12) * + biểu thị xác suất biến cố cho, s biểu thị ký Trong (3.11) (3.12), hàm pdf G-G ∫ √ ∫ hàm lỗi bù Theo (3.6), chặng thứ i tín hiệu (i = 1, 2, ) hàm pdf ( ) , N+1) chặng thứ (N+1) giao thoa 64 SNR tỉ số tín hiệu điện nhiễu trƣờng hợp sử dụng điều chế PPM đƣợc xác định là: (   u ) SNR   02   u2 Trong (3.13), (3.13) phƣơng sai nhiễu máy thu dòng tín hiệu khe thời gian u đƣợc biểu diễn nhƣ sau [ ] * + (3.14) Trong lần lƣợt phƣơng sai nhiễu nổ, nhiễu bắn, nhiễu khuếch đại tích lũy qua nhiều chuyển tiếp, nhiễu ASE qua nhiều chuyển tiếp, nhiễu nút đích, nhiễu ASE sinh khuếch đại nút đích (RN), nhiễu nhiệt Coi trị trung bình dòng khe u, lần lƣợt giá dòng tín hiệu dòng giao thoa Do nhiễu loạn khí chặng thứ (N + 1) tín hiệu mong muốn nhiễu đƣợc xử lý nhƣ độc lập truyền dẫn đƣờng xuống nên việc tính toán dòng tín hiệu giao thoa nhƣ phƣơng sai nhiễu máy thu có phƣơng thức khác 3.4.1 Phân tích đường xuống Đối với truyền dẫn đƣờng xuống, Isig Iint đƣợc biểu diễn [ ] * (∏ (∏ ) ) + (3.15) độ nhạy điốt quang PIN, Gi hệ số khuếch đại quang cố định nút chuyển tiếp thứ i (giả định diễn phƣơng sai nhiễu máy thu nhƣ sau: ) Ở (3.14) biểu 65 (∏ ) (∏ (3.16) ) (3.17) (∑ ∏ ) (3.18) (∑ ∏ ) (3.19) (3.20) (3.21) (3.22) q điện tích electron; kB số Boltzmann; T nhiệt độ tuyệt đối; RL điện trở tải; Be băng thông nhiễu hiệu dụng đƣợc xác định ; ( ) công suất trung bình nhiễu ASE nút chuyển tiếp thứ i, cho 3.4.2 Phân tích đường lên Thay (3.17), lần lƣợt thu đƣợc Và thu đƣợc thay thành , , từ (3.15) đến truyền dẫn đƣờng lên (3.20) thành nhiễu ASE chịu tác động nút xét từ ONUs tới OLT Phép tính toán giá trị , , lần lƣợt giống nhƣ (3.18), (3.19), (3.21) (3.22) 3.5 Kết tính toán Trong phần luận văn tìm hiểu, tham khảo phân tích nghiên cứu tính toán tỉ lệ BER hệ thống với giả định ngƣời dùng mong muốn chịu ảnh 66 hƣởng nhiễu xuyên kênh từ ngƣời dùng khác Biểu thức dạng gần BER tƣơng đối phức tạp xét tất nhiễu Trong số trƣờng hợp đặc biệt giả định nhiễu dạng tín hiệu Gauss độc lập ta thiết lập đƣợc biểu thức dạng gần cho BER [16], [17] Dựa biểu thức giới hạn xác nêu (3.11) (3.12) ta dùng để khảo sát tỉ lệ BER cho hai trƣờng hợp đƣờng lên đƣờng xuống Với kiểm chứng phân tích mô Monte-Carlo (M-C) Hệ thống đƣợc khảo sát có công suất truyền dẫn bit thông tin Điều này, có nghĩa công suất truyền dẫn trung bình ký hiệu PPM ( ( ) Xét ) đƣợc xác định để đạt BER 10˗6 đạt ngƣỡng hiệu suất hoạt động (khi BER = 10˗9) áp dụng kỹ thuật sửa lỗi theo hƣớng phát (FEC) Đối với truyền dẫn đƣờng xuống, ta cho tín hiệu mong muốn nhiễu có công suất trung bình giống ( ) khoảng cách đến RN nhƣ Ngƣợc lại truyền dẫn đƣờng lên, cho , song khoảng cách đến RN từ tín hiệu mong muốn tín hiệu nhiễu đƣợc khảo sát riêng biệt Bảng 3.1 trình bày thông số số sử dụng để phân tích hệ thống Bảng 3.1 Các thông số số hệ thống Tên Hằng số Boltzmannn Hằng số Planck Điện tích electron Băng tần quang Điện trở tải Nhiệt độ máy thu Độ nhạy PD Thông số ASE Hệ số suy giảm Bán kính máy thu Góc phân kỳ Công suất Bƣớc sóng Tổn hao ghép kênh Tổn hao tách kênh 3.5.1 Truyền dẫn đường xuống Ký hiệu kB hP q B0 RL T nsp al a θ Pb λ Lmx Ldx Giá trị 1,38 ×10˗23 W/K/Hz 6,626 ×10˗34 1,6 ×10-19 C 125 GHz 50 Ω 300 K A/W 0,1 dB/km 10 cm mrad -40 dBm 1550 nm -3,5 dB -3,5 dB 67 Trƣớc hết, hình 3.4(a) hình 3.4(b) đánh giá tỉ lệ BER trƣờng hợp sử dụng điều chế OOK so sánh với sử dụng điều chế 4- PPM theo công suất truyền dẫn bit thông tin đƣờng xuống với số nút chuyển tiếp N, khoảng cách cố định km Hiệu hệ thống đƣợc xác định cải thiện đáng kể cách tăng số nút chuyển tiếp N Hình 3.4: BER tuyến truyền dẫn đƣờng xuống theo công suất truyền dẫn bit thông tin Ps, với Rb = Gbps, Ldx,XT = -30 dB, L = km Cn2 × 10˗15 thay đổi số lƣợng nút chuyển tiếp N hệ thống sử dụng điều chế OOK (a) điều chế 4-PPM (b) [5] Trong Hình 3.4(a) hệ thống sử dụng điều chế OOK, N tăng từ thành 2, thành 3, thành nút chuyển tiếp, mức cải thiện hiệu lần lƣợt dB, dB 2,5 dB Sự suy giảm hiệu tích lũy nhiễu nhiễu ASE qua nhiều lần khuếch đại chuyển tiếp Còn Hình 3.4(b) hệ thống sử dụng điều chế 4-PPM ta quan sát thấy hiệu vƣợt trội hệ thống sử dụng điều chế OOK So sánh trƣờng hợp N = N = 2, hệ thống sử dụng điều chế PPM đạt 68 mức cải thiện hiệu lần lƣợt dB dB Do đó, ta thấy PPM kết hợp với chuyển tiếp OAF giải pháp tốt để nâng cao hiệu hệ thống Tiếp theo, Hình 3.5 đánh giá tỉ lệ BER hệ thống sử dụng 4-PPM theo Ps truyền dẫn đƣờng xuống chịu tác động nhiễu loạn với cƣờng độ khác Trong khoảng cách km, hiệu suất BER bị suy giảm liên tục cƣờng độ nhiễu loạn mạnh (tức cao dần) Với lần chuyển tiếp, giá trị Ps cần để đạt đƣợc tỉ lệ BER mức 10˗6 10,5 dBm, 7,5 dBm 4,5 dBm tƣơng ứng với 10˗14, 7,5 × 10˗15 × 10˗15 Với hai nút chuyển tiếp, hiệu suất BER tăng lên đáng kể Cụ thể so sánh trƣờng hợp N = N = mức cải thiện hiệu lần lƣợt dB, dB dB với lần lƣợt 10˗14, 7,5 × 10˗15 × 10˗15 Hình 3.5: BER tuyến truyền dẫn đƣờng xuống theo Ps, với 4-PPM, Rb = Gbps, Ldx,XT = -30 dB L = km cho cƣờng độ nhiễu loạn Cn2 khác [5] 69 Hình 3.6: BER tuyến truyền dẫn đƣờng xuống theo khoảng cách truyền dẫn L, với Ps = dBm, Rb = Gbps, Ldx,XT = ˗30 dB Cn2 = × 10˗15 cho số nút chuyển tiếp khác (a) tăng bậc điều chế M- PPM (b) [5] Hình 3.6 đánh giá BER theo khoảng cách truyền dẫn với số nút chuyển tiếp khác (Hình 3.6(a)) mức tăng số điều chế PPM (Hình 3.6(b)) Giả định công suất Ps = dBm Hình 3.6(a), ta thấy tiếp tục tăng khoảng cách truyền dẫn L cách tăng N Ví dụ sử dụng 4-PPM, khoảng cách tối đa (khi BER = 10˗6) đạt đƣợc với N = 1, N = 3, N = N = lần lƣợt km, km, 6,5 km 7,6 km Nhƣng cần lƣu ý hiệu suất hệ thống giảm N tăng tích tụ nhiễu nhiễu ASE, chẳng hạn độ tăng khoảng cách km, 1,5 km 1,1 km N lần lƣợt tăng từ lên 3, lên lên Mặt khác, lúc việc triển khai bổ sung thêm nút chuyển tiếp khả thi mặt kinh tế nhƣ kỹ thuật Vì thế, lựa chọn để tăng khoảng cách truyền dẫn tăng bậc M điều chế PPM Hình 3.6(b) đánh giá tỉ lệ BER theo L cách cố định N = tăng M để khảo sát mức cải thiện hiệu sử dụng điều chế M-PPM Khoảng cách đạt đƣợc lấy M = 4, M = 8, M = 16 M = 32 lần lƣợt km, 6,1 km, 6,9 km 7,5 km Mức tăng khoảng cách có xu hƣớng giảm dần sử dụng bậc M cao 70 Điều xung bị ngắn lại M có giá trị lớn, tăng M hệ thống bị ảnh hƣởng nhiều giãn xung nhiễu loạn khí Hình 3.7: BER tuyến truyền dẫn đƣờng xuống theo tốc độ truyền dẫn Rb, Ps = dBm, Ldx,XT = ˗30 dB Cn2 = × 10˗15 L = km cho bậc điều chế PPM khác M với N = (a) N = 2(b) [5] Hình 3.7 đánh giá BER theo tốc độ truyền dẫn Rb khoảng Gbps với Ps = dBm L = km bậc M khác điều chế PPM N = (Hình 3.7(a)) N = (Hình 3.7(b)) Ta thấy đạt đƣợc tốc độ truyền dẫn cao cách tăng M Cụ thể, Hình 3.7(a), BER = 10˗6, ta đạt đƣợc Rb = Gbps với 16-PPM N = Mặt khác Hình 3.7(b), ta đạt đƣợc Rb cao cách tăng nút chuyển tiếp (tức N = 2) BER = 10˗6 thu đƣợc Rb = 6,5 Gbps với 8-PPM, có nghĩa cao 4,5 Gbps so với trƣờng hợp chuyển tiếp với 16-PPM 3.5.2 Truyền dẫn đường lên Đối với truyền dẫn đƣờng lên, chặng thứ (N + 1), khoảng cách từ tín hiệu phía ngƣời dùng nhiễu không mong muốn tới RN lần lƣợt đƣợc kí hiệu dN+1,sig dN+1,int Hình 3.8 đánh giá tác động nhiễu xuyên kênh giao thoa truyền dẫn đƣờng lên cách đánh giá BER theo Ps khoảng cách truyền 71 dẫn km với N = (tức d2,sig = 2000 m) với độ dài kết nối FSO khác từ giao thoa đến RN d2,int hai trƣờng hợp: sử dụng tách kênh chất lƣợng tốt (Ldx,XT = -30 dB) tách kênh chất lƣợng (Ldx,XT = -15 dB) Nếu dùng thiết bị tách kênh tốt (Hình 3.8(a)), BER = 10˗6 tác động xuyên âm không đáng kể bỏ quqa, Ps có giá trị giống hai trƣờng hợp Hình 3.8: BER tuyến truyền dẫn đƣờng lên theo Ps với Ldx,XT = -30 dB (a) Ldx,XT = -15 dB (b); Cn2 = × 10˗15, M = 4, N = 1, L = km [5] Khi giao thoa gần RN, tức 20 m, nhiễu xuyên kênh nhỏ Ps tăng khoảng 0,2 dB so với trƣờng hợp d2,int = 2000 m d2,int = 200 m Trong Hình 3.8(b), thiết bị tách kênh chất lƣợng kém, tác động nhiễu xuyên kênh thấp d2,int giảm từ 2000 m xuống 200 m công suất Ps tăng khoảng 0,1 dB so với yêu cầu Tuy nhiên, giao thoa gần với RN chẳng hạn d2,int = 20 m, Ps tăng gần dB để đạt tỉ lệ BER = 10−6 so sánh trƣờng hợp d2,int = 2000 m Điều hiệu suất trình tách kênh bị tác động nghiêm trọng dƣới ảnh hƣởng nhiễu xuyên kênh nhiễu loạn 72 Hình 3.9: BER tuyến truyền dẫn đƣờng lên theo Ps, Ldx,XT = -15 dB, dN+1,int = 20 m, Cn = × 10˗15, L = km.Với số nút chuyển tiếp N khác (a) bậc điều chế M -PPM khác (b) [5] Cuối cùng, Hình 3.9 đánh giá BER theo Ps với giá trị N (Hình 3.9(a)) M (Hình 3.9(b)) trƣờng hợp sử dụng thiết bị tách kênh chất lƣợng thấp giao thoa gần RN (hay dN+1,int = 20 m) Để giảm tác động xấu nhiễu xuyên kênh nhiễu loạn, ta tăng số lƣợng nút chuyển tiếp bậc điều chế PPM Trong Hình 3.9(a) với 4-PPM, hiệu hệ thống đƣợc cải thiện đáng kể tăng thêm nút chuyển tiếp Cụ thể, hiệu tăng sử dụng N= 2, nút chuyển tiếp lần lƣợt 11 dB, 16 dB 18 dB so với N = Mặt khác, Hình 3.9(b) biểu diễn độ tăng hiệu cách tăng M áp dụng N=1 Ta quan sát đƣợc độ tăng hiệu lần lƣợt dB, dB dB M tăng từ lên 8, lên 16 16 lên 32 Mức suy giảm hiệu hiệu ứng giãn xung ngày nghiêm trọng M tăng Hiệu M-PPM rõ ràng nhƣng kèm với M lớn xung hẹp dẫn đến phổ rộng gây khó khăn đồng Vì vậy, để cải thiện hiệu hệ thống triển khai thực tiễn lựa chọn tham số M-PPM số nút chuyển tiếp N cho phù hợp 73 3.6 Kết luận chƣơng Chƣơng trình bày khái niệm mạng truy cập toàn quang sử dụng WDM-PON kết hợp với hệ thống FSO chuyển tiếp quang sử dụng kỹ thuật OAF Mô hình hệ thống tận dụng lợi kỹ thuật WDM-PON truyền dẫn FSO với chuyển tiếp toàn quang Nó dễ dàng tích hợp với sợi quang mạng đô thị để tạo nên mạng quang tiết kiệm chi phí, đáng tin cậy, linh hoạt tốc độ cao cho thấy tiềm lớn hệ thống 74 KẾT LUẬN Luận văn trình bày khái niệm mạng truy cập toàn quang sử dụng WDM-PON kết hợp với hệ thống FSO chuyển tiếp quang sử dụng kỹ thuật OAF Các kiến thức tảng kết nghiên cứu, tìm hiểu đƣợc trình bày luận văn với bố cục ba chƣơng nhƣ sau: (1) Mạng truy nhập quang thụ động WDM (WDM-PON); (2) Giới thiệu hệ thống truyền thông quang không dây FSO; (3) Mạng truy nhập quang kết hợp WDM-PON FSO Dựa kiến trúc hệ thống đƣợc nêu ra, tính toán hiệu hệ thống mạng truy nhập quang kết hợp WDM-PON FSO đƣợc phân tích, trình bày phần trọng tâm luận văn Kết tính toán cho thấy nhiễu loạn khí quyển, nhiễu tích lũy nhiễu ASE gây ảnh hƣởng lớn đến hiệu hệ thống Tuy nhiên, nhờ vào kỹ thuật OAF kết hợp với điều chế M-PPM, giảm đáng kể công suất yêu cầu Ps tăng khoảng cách truyền dẫn Công suất Ps tƣơng ứng với giá trị cụ thể BER, khoảng cách truyền dẫn cƣờng độ nhiễu loạn đƣợc đƣa vào xem xét tính toán Cuối luận văn tìm hiểu, tham khảo phân tích nghiên cứu tính toán tỉ lệ BER hệ thống với yếu tố ảnh hƣờng nhƣ nhiễu xuyên âm bật nhiễu loạn truyền dẫn đƣờng lên Kết cho thấy tiềm lớn hệ thống mạng truy nhập dễ dàng tích hợp với sợi quang mạng đô thị để tạo nên mạng quang tiết kiệm chi phí, đáng tin cậy, linh hoạt tốc độ cao 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Lê Duy Khánh, “Mạng truy nhập”, Học viện Công nghệ Bƣu Viễn thông, Hà Nội 2007 [2] Vũ Văn San, “Kỹ thuật thông tin quang”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 1997 Tiếng Anh [3] Q Liu, C Qiao, G Mitchell, and S Stanton, “Optical wireless communication networks for first- and last-mile broadband access [Invited],” J Opt Netw , vol 4, no 12, pp 807–828, Dec (2005) [4] V.W.S Chan, “Free-space optical communications,” J Lightw Technol., Vol 24, No 12, pp 4750–4762, Dec (2006) [5] Phuc V.Trinh, Ngoc T.Dang, Truong C.Thang, and Anh T.Pham, June.(2016), “Performance of All-Optical Amplify-and-Forward WDM/FSO Relaying Systems over Atmospheric Dispersive Turbulence Channels”, EICE Transactions on Communications, vol.E99-B, no-6 [6] S.B Weinstein, Y Luo, and T Wang, The ComSoc guide to passive optical networks: Enhancing the last mile access, John Wiley & Sons, 2012 [7] Ning Cheng and Frank Effenberger, “ WDM-PON: systems and technologies”, Advanced Technology Department US Center, Huiwei Technologies, (2010) [8] A.O Aladeloba, M.S Woolfson, and A.J Phillips, “WDM FSO net- work with turbulence-accentuated interchannel crosstalk,” J Opt Commun Netw., vol.5, no.6, pp.641–651, June 2013 [9] V.V Mai and A.T Pham, “Adaptive rate-based MAC protocols design and analysis for integrated FSO/PON networks,” Proc 2015 IEEE International Conference on Communications (ICC), pp.5007–5012, 2015 76 [10] P.T Dat, A Bekkali, K Kazaura, K Wakamori, and M Matsumoto, “A universal platform for ubiquitous wireless communications using radio over FSO system,” J Lightw Technol., vol.28, no.16, pp.2258–2267, Aug 2010 [11] R Ramaswami and K.N Sivarajan, Optical Networks-A practical Perspective, 2nd ed., Elsevier, 2002 [12] I.T Monroy and E Tangdiongga, Crosstalk in WDM Communication Networks, Springer US, 2002 [13] N.T Dang and A.T Pham, “Performance improvement of FSO/CDMA systems over dispersive turbulence channel using multi-wavelength PPM signaling,” Opt Express, vol.20, no.24, pp.26786–26797, Nov 2012 [14] W Zhang, S Hranilovic, and C Shi, “Soft-switching hybrid FSO/RF links using short-length raptor codes: Design and implementation,” IEEE J Sel Areas Commun., vol.27, no.9, pp.1698– 1708, Dec 2009 [15] I.B Djordjevic, “Adaptive modulation and coding for free-space optical channels,” J Opt Commun Netw., vol.2, no.5, pp.221–229, May 2010 [12] M Safari and M Uysal, “Relay-assisted free-space optical communication,” IEEE Trans Wireless Commun., vol.7, no.12, pp.5441– 5449, Dec 2008 [17] C.K Datsikas, K.P Peppas, N.C Sagias, and G.S Tombras, “Serial free-space optical relaying communications over gamma-gamma atmospheric turbulence channels,” J Opt Commun Netw., vol.2, no.8, pp.576–586, Aug 2010 [18] C.Y Young, L.C Andrews, and A Ishimaru, “Time-of-arrival fluctuations of a space-time Gaussian pulse in weak optical turbulence: An analytic solution,” Appl Opt., vol.37, no.33, pp.7655–7660, Nov 1998 ... VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG - TRẦN DUY DŨNG KẾT HỢP CÔNG NGHỆ WDM-PON VÀ FSO TRONG MẠNG TRUY NHẬP QUANG Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông Mã số: 60.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC... 1: MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG WDM (WDM-PON) 1.1 Mạng truy nhập quang thụ động (PON) 1.1.1 Tổng quan PON PON từ viết tắt Passive Optical Network hay gọi mạng quang thụ động Công nghệ mạng quang. .. đƣợc hiểu mạng công nghệ quang truy nhập giúp tăng cƣờng kết nối nút mạng truy nhập nhà cung cấp dịch vụ ngƣời sử dụng Công nghệ PON đƣợc biết tới TPONTelephony PON đƣợc triển khai vào năm 90,