luận văn thạc sĩ nghiên cứu công nghệ thông tin quang CO – OFDM – WDM và khả năng ứng dụng cho VNPT

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - Nguyễn Xuân Đức NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THÔNG TIN QUANG CO-OFDM-WDM VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CHO VNPT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) HÀ NỘI - 2020 HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - Nguyễn Xuân Đức NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THÔNG TIN QUANG CO-OFDM-WDM VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CHO VNPT Chuyên Ngành Mã Số : Kỹ thuật Viễn thông : 8.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:TS HOÀNG VĂN VÕ HÀ NỘI – 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu kết nghiên cứu nêu Luận văn trung thực, trích dẫn tài liệu tham khảo tạp chí, trang web tham khảo đảm bảo theo quy định chưa công bố cơng trình khác Tơi xin cam đoan rằng, giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Tác giả luận văn Nguyễn Xuân Đức LỜI CẢM ƠN Đầu tiên xin trân trọng gửi lời cảm ơn sâu sắc đến quý thầy cô Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng thời gian qua dìu dắt tận tình truyền đạt cho em kiến thức, kinh nghiệm vô quý báu để em có kết ngày hơm Xin trân trọng cảm ơn TS Hoàng Văn Võ, người hướng dẫn khoa học luận văn, hướng dẫn tận tình giúp đỡ mặt để hồn thành luận văn Xin trân trọng cảm ơn quý thầy cô Khoa Đào tạo sau đại học hướng dẫn giúp đỡ em trình thực luận văn Cuối biết ơn tới gia đình, bạn bè người thân động viên, giúp đỡ tác giả suốt trình học tập thực luận văn MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC HÌNH ẢNH v LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ OFDM QUANG 1.1 CÔNG NGHỆ OFDM .2 1.1.1 Khái niệm lịch sử phát triển OFDM 1.1.2 Nguyên lý OFDM 1.1.3 Tính trực giao OFDM 1.1.4 Mơ tả tốn học tín hiệu OFDM 1.1.5 Mơ hình hệ thống OFDM 1.1.6 Thực biến đổi Fourier rời rạc OFDM 1.1.7 Tiền tố lặp OFDM 10 11 1.1.8 Dung lượng hệ thống OFDM 13 1.2 CÔNG NGHỆ OFDM QUANG .14 1.2.1.Sơ đồ hệ thống truyền dẫn OFDM quang…………………………….14 1.2.2 Các khối chức hệ thống truyền dẫn OFDM quang 14 1.3 PHÂN LOẠI OFDM QUANG 20 1.1 KẾT LUẬN CHƯƠNG1 21 CHƯƠNG CÔNG NGHỆ COHERENT- OFDM QUANG 23 2.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ COHERENT OFDM QUANG 23 2.2 CÔNG NGHỆ THÔNG TIN QUANG COHERENT 24 2.2.1 Tổng quan công nghệ thông tin quang Coherent 24 2.2.2 Các khái niệm cơng nghệ Coherent25 2.2.3 Mơ hình cấu trúc hệ thống thông tin quang Coherent 30 2.2.4 Các thành phần hệ thống thông tin quang Coherent 2.2.5 Những ưu điểm hệ thống thông tin quang coherent 32 36 2.3 CÔNG NGHỆ COHERENT OFDM QUANG 37 2.3.1 Mô hình hệ thống Coherent OFDM quang37 2.3.2 Các khối chức nguyên lý hệ thống CO-OFDM quang 38 2.3.3 Độ nhạy máy thu hệ thống CO-OFDM 43 2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG .43 CHƯƠNG CÔNG NGHỆ COHERENT- OFDM-WDM QUANG VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CHO VNPT 44 3.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CO-OFDM-WDM COHERENT DUNG LƯỢNG LỚN 44 3.2 NGUYÊN LÝ GHÉP BĂNG TRỰC GIAO CỦA HỆ THỐNG OBM-OFDM 45 3.3 NGUYÊN LÝ OBM-OFDM 46 3.4 PHỔ QUANG CỦA OBM-OFDM .48 3.5 GIẢI PHÁP THỰC THI GHÉP BĂNG TRỰC GIAO CỦA HỆ THỐNG OBM-OFDM 50 3.5.1 Thực OFDM miền điện 50 3.5.2 Thưc OBM-OFDM miền quang 53 3.6 HỆ THỐNG OB-OFDM 100GB/S (HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM) 54 3.6.1 Mơ hình hệ thống OBM-OFDM 100Gb/s 54 3.6.2 Các thành phần chức hệ thống OB-OFDM 100Gb/s 55 3.6.3 Đánh giá hiệu sử dụng phổ hệ thống truyền dẫn COOFDM 100Gb/s 57 3.7 KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CO-OFDM-WDM CHO VNPT 58 3.7.1 Nhu cầu phát triển dịch vụ VNPT58 3.7.2 TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI CÁC DỊCH VỤ Ở VNPT 61 3.7.3 Hiện trạng mạng truyền tải VNPT 63 3.7.4 Khả ứng dụng công nghệ CO-OFDM-WDM cho mạng truyền tải VNPT 72 Kết luận 79 KẾT LUẬN 80 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Thí dụ bốn sóng mang cho ký hiệu OFDM Hình 1.2 Tiết kiệm phổ tần OFDM so với FDM: (a) FDM, (b) OFDM Hình 1.3 Phổ sóng mang trực giao Hình 1.4 Sơ đồ chung cho hệ thống điều chế đa sóng mang Hình 1.5 Sơ đồ (a) OFDM quang phía phát (b) OFDM phía thu Hình 1.6 Tín hiệu OFDM: (a) khơng có tiền tố lặp phía phát; (b) khơng có tiền tố lặp phía thu; (c) có tiền tố lặp phía phát; d) có tiền tố lặp phía thu 12 Hình 1.7 Tín hiệu OFDM miền thời gian cho ký tự OFDM .13 Hình 1.8 Kiến trúc hệ thống OFDM quang 15 Hình 1.9 Sơ đồ khối kỹ thuật DCO – OFDM 17 Hình 1.10 Sơ đồ khối hệ thống sử dụng kỹ thuật ACO OFDM 18 Hình 1.11 Sơ đồ khối hệ thống sử dụng kỹ thuật điều chế IQ 19 Hình 2.1 Các dạng điều chế ASK,PSK FSK 28 Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống thơng tin quang coherent .30 Hình 2.3 Dạng sóng dạng điều chế chuỗi bit nhị phân 10110 31 Hình 2.4 Mơ hình điều chế quang kết hợp sử dụng MZM 32 Hình 2.5 Cấu hình thu quang heterodyne 33 Hình 2.6 Cấu hình thu quang homodyne 34 Hình 2.7 So sánh phổ tín hiệu PSK ngõ tách sóng quang homodyne heterodyne 35 Hình 2.8 Mơ hình thu quang kết hợp 36 Hình 2.9 Sự phụ thuộc độ nhạy vào tốc độ bit truyền 37 Hình 2.10 Khoảng cách trạm lặp phụ thuộc vào tốc độ truyền 37 Hình 2.11 Mơ hình hệ thống CO-OFDM quang điển hình .38 Hình 3.2 Tách sóng coherent sử dụng ghép lai tách sóng photo cân 41 Hình 3.1 Sơ đồ phân bố phổ OBM-OFDM 47 Hình 3.2 Minh họa tách sóng băng hai băng OBM-OFDM 48 Hình 3.3 Phổ quang: (a) ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM ) n kênh CO- OFDM; (b) tín hiệu OFDM thu nhỏ bước sóng; (c) OFDM kênh khơng có khoảng bảo vệ 50 Hình 3.4 Sơ đồ OBM -OFDM: a) sơ đồ trộn tín hiệu cho phát, b) sơ đồ mạch trộn tín hiệu cho thu, c) sơ đồ mạch trộn tín hiệu cho điều chế/giải điều chế IQ 52 Hình 3.5 Hệ thống truyền dẫn OBM- OFDM 100 gb 54 Hình 3.6 Phổ điện trực tiếp đầu AWG 55 Hình 3.7 Điện phổ sau qua lọc Ghz 56 Hình 3.8 Quang phổ tín hiệu 100 gb/s sử dụng thu coherent phân cực 57 Hình 3.9 Phổ rf thu sau 3.8 Ghz lọc anti-alias .57 Hình 3.10 Mơ hình mạng truyền tải đường trục VNPT .65 Hình 3.11 Cấu trúc mạng tuyến trục backbone 120g VNPT 66 Hình 3.12 Sơ đồ tuyến trục tuyến trục backbone bắc-nam 240gbps 67 Hình 3.13 Mơ hình mạng man-e cho tỉnh/thành phố VNPT 71 Hình 3.14 Mơ hình OFDM-PON .76 Hình 3.15 Mơ hình CO-OFDM-WDM 78 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt ADC ASK DAB DAC DVB Nghĩa tiếng anh Analog-to-digital converter) Amplitude shift keying DFT FSK MCM Discrete fourier transform Frequency shift keying Multicarier modulation MIMO Multiple input output Inter symbol interference Orthogonal frequency division multiplexing Phase shift keying Signal to noise ratio Quadrature phase shift keying Radio frequency Voltage controlled oscillator ISI OFDM PSK SNR QPSK RF VCO Digital-to-analog converter Digital video broadcasting Nghĩa tiếng việt Mạch chuyển đổi tương tự số Điều chế số theo biên độ tín hiệu Điều chế số theo biên độ tín hiệu mạch chuyển đổi số tương tự Điều chế số theo tần số tín hiệu Phep biến dổi fourier rời rạc Phương phap diều chế da song mang multiple Nhiều đầu vào nhiều đầu Nhiễu xuyên âm Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Điều chế số theo pha tín hiệu Tỉ lệ tín hiệu nhiễu Điều chế pha cầu phương Sóng điện từ tần số cao Bộ dao động điều khiển điện áp 66 3.7.3.2.3 Các mạng truyền tải vùng VNPT Hiện nay, mạng truyền tải vùng VNPT gồm mạng truyền tải vùng tương ứng với khu vực Việt Nam Các mạng truyền tải vùng cho khu vực VNPT mạng truyền tải quang ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao (DWDM) có cấu hình Ring Mesh Các nút mạng truyền tải vùng cho khu vực kết nối với mạng truyền tải đường trục Backbon Bắc-Nam VNPT tương ứng Hà Nội (HNI), Đà Nẵng (ĐNG), thành phố Hồ Chí Minh (HCM), Vinh (VIH), Quy Nhơn (QNN) Cần Thơ (CTO) Mạng truyền tải vùng phía Bắc Mạng truyền tải vùng phía Bắc VNPT mạng truyền tải quang ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao (DWDM) với bước sóng 10cGb/s, có tổng dung lượng 380Gb/s cấu hình Mesh, sử dụng cơng nghệ Huawei với công nghệ chuyển mạch quang tự động ASON/GMPLS công nghệ ghép kênh SDH Nút mạng truyền đường trục mạng Hà Nội (HNI) Mạng truyền tải vùng phía Đơng Bắc Mạng truyền tải vùng phía Đơng Bắc VNPT mạng truyền tải quang ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao (DWDM) với bước sóng 40Gb/s có tổng dung lượng 320Gb/s có cấu hình Mesh, sử dụng cơng nghệ Nortel với công nghệ chuyển mạch quang tự động ASON công nghệ ghép kênh SDH Nút mạng truyền đường trục mạng Hà Nội (HNI) Mạng truyền tải vùng Miền Trung Mạng truyền tải vùng miền Trung VNPT mạng truyền tải quang ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao (DWDM) với bước sóng 40Gb/s có tổng dung lượng 320Gb/s có cấu hình Mesh, sử dụng cơng nghệ Ciena (Nortel) với cơng nghệ chuyển mạch bước sóng quang tự động WSON lớp WDM Nút mạng truyền đường trục mạng Đà Nẵng (ĐNG) Mạng truyền tải vùng phía Nam Mạng truyền tải vùng phía Nam VNPT mạng truyền tải quang ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao (DWDM) với bước sóng 10G/s 40Gb/s, có tổng dung lượng 600Gb/s có cấu hình Mesh, sử dụng cơng nghệ Fujitsu với công nghệ chuyển mạch nhãn quang đa giao thức GMPLS Có nút mạng truyền 67 đường trục mạng thành phố Hồ Chí Minh Hà Nội (HCM) Cần Thơ (CTO) 3.7.3.2.4 Các mạng trung kế đường trục VNPT Để kết nối mạng đường trục Backbon Bắc-Nam với mạng vùng VNPT, VNPT sử dụng mạng metro (mạng trung kế) nút mạng truyền tải đường trục Hà Nội (HNI), Đà Nẵng (ĐNG), thành phố Hồ Chí Minh (HCM) Cần Thơ (CTO) Mạng Metro trung kế nút HNI với mạng vùng phía Bắc mạng vùng phía Đông Bắc Mạng Metro trung kế nút HNI mạng vùng phía Bắc mạng vùng phía Đơng Bắc VNPT mạng truyền tải quang ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao (DWDM) có tổng dung lượng 630Gb/s cấu hình Ring, sử dụng cơng nghệ Huawei Nút mạng truyền đường trục mạng Hà Nội (HNI) Mạng Metro trung kế nút HNI mạng vùng Miền Trung Mạng Metro trung kế nút ĐNG mạng vùng miền Trung VNPT mạng truyền tải quang ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao (DWDM) có tổng dung lượng 500Gb/s có cấu hình Ring, sử dụng cơng nghệ Alcatel Nút mạng truyền đường trục mạng Đà Nẵng (ĐNG) Mạng Metro trung kế nút HCM mạng vùng phía Nam Mạng Metro trung kế nút HCM mạng vùng phía Nam VNPT mạng truyền tải quang băng rộng ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao (DWDM) có tổng dung lượng 640Gb/s có cấu hình Ring, sử dụng cơng nghệ Alcatel Nút mạng truyền đường trục mạng thành phố Hồ Chí Minh (HCM) Mạng Metro trung kế nút CTO mạng vùng phía Nam Mạng Metro trung kế nút CTO mạng vùng phía Nam VNPT mạng truyền tải quang ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao (DWDM) có tổng dung lượng 150Gb/s có cấu hình Mesh, sử dụng công nghệ Alcatel Nút mạng truyền đường trục mạng Cần Thơ (CTO) 3.7.3.3 Mạng truyền tải quang VNPT tỉnh/ thành phố Mạng truyền tải quang VNPT tỉnh/thành phố VNPT bao gồm: 68 - Mạng MAN-E VNPT tỉnh/thành phố - Các mạng truy nhập quang VNPT tỉnh/thành phố 3.7.3.3.1 Các mạng MAN-E MAN-E (Metropolitan Area Network- Ethernet): mạng mạng đô thị (MAN) sử dụng công nghệ Ethernet để kết nối nhiều mạng truy nhập quang với sử dụng đường truyền tốc độ cao cung cấp kết nối truy nhập với chuẩn Ethernet  Cấu trúc mạng MAN-E VNPT tỉnh/thành phố MAN-E tỉnh/thành phố tổ chức thành hai lớp Lớp thứ lớp lõi, phục vụ cho việc chuyển tải lưu lượng trao đổi mạng truy nhập nội tỉnh lưu lượng trao đổi tỉnh với Lớp thứ hai lớp truy nhập, phục vụ vai trò thu thập lưu lượng loại ứng dụng khác Lớp có vai trị chuyển tải lưu lượng trao đổi nhóm khách hàng thuộc mạng truy nhập chuyển tải lưu lượng lên lớp mạng lõi cho loại lưu lượng trao đổi tỉnh liên tỉnh Mơ hình mạng MAN-E tỉnh/thành phố VNPT hình 3.13 Từ hình 3.13 ra: lớp lõi mạng MAN-E cho tỉnh/thành phố phần mạng “MAN E CORE” với thiết bị chuyển mạch tốc độ cao “CES” để thiết lập lớp chuyển mạch lõi cho toàn lưu lượng loại dịch vụ khác Lớp truy nhập mạng MAN-E lớp “Access” với nhiều loại thiết bị khác nhau, cung cấp giao diện khác nhằm thỏa mãn yêu cầu truy nhập khách hàng Các thiết bị tỉnh/thành phố VNPT thiết bị truy nhập công nghệ GPON xDSL hay FTTx Mạng truy nhập MAN-E xây dựng với topology hình cây, vịng, lưới lai ghép hỗn hợp Mạng có khả hồi phục trường hợp có cố tuyến cáp, nút chuyển mạch nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ Mạng lõi MAN-E cho tỉnh/thành phố VNPT chủ yếu có cấu hình ring sử dụng cơng nghệ WDM nhằm đảm bảo khả dự phòng mạng lõi trường hợp có cố Tốc độ chuyển mạch nút mạng lõi lên đến hàng chục Gbps lưu lượng chuyển tuyến kết nối mạng lõi đạt đạt đến hàng chục Gbps Các nút mạng lõi đặt điểm trung tâm lưu lượng, thường địa điểm tập trung dân cư khu cơng nghiệp 69 Hình 3.13 Mơ hình mạng MAN-E cho tỉnh/thành phố VNPT 3.7.3.3.2 Mạng truy nhập quang G-PON Mạng truy nhập quang GPON (Gigabit Passive Optical Network) công nghệ PON truyền dẫn với tốc độ Gb/s, định nghĩa theo chuẩn ITU-T G.984 GPON mở rộng từ chuẩn BPON G.983 cách tăng băng thông, nâng hiệu suất băng thông nhờ sử dụng gói lớn, có độ dài thay đổi tiêu chuẩn hóa quản lý GPON hỗ trợ nhiều mức tốc độ khác nhau, hỗ trợ tới 2,488 Mbit/s băng thơng luồng xuống 1,244 Mbit/s chí tới 2,448 băng thơng luồng lên Phương thức đóng gói GEM (GPON Encapsulation Method) cho phép đóng gói lưu lượng người dùng hiệu quả, với phân đoạn khung cho phép nâng cao chất lượng dịch vụ QoS (Quality of Service) phục vụ lưu lượng nhạy cảm truyền thoại video GPON hỗ trợ tốc độ cao, tăng cường bảo mật hỗ trợ dịch vụ TDM Ethernet, điều cho phép GPON hỗ trợ nhiều loại dịch vụ với chi phí thấp cho phép khả tương thích lớn nhà cung cấp thiết bị 70 Một số nhận xét đánh giá: Mạng mạng truyền tải VNPT mạng truyền tải có băng tương đối rộng dung lượng tương đối lớn đáp ứng nhu cầu truyền tải dịch vụ xã hội (như phần 3.7.2) Tuy nhiên, tương lai phát triển xã hội phát triển cách mạng công nghiệp 4.0 phát triển văn minh tri thức, nhu cầu người dịch vụ băng rộng/tốc độ cao, dịch vụ hội tụ, dịch vụ đa phương tiện dịch vụ tương tác (như phần 3.7.1) tăng lên nhanh không số lượng dịch vụ cao mà chất lượng lưu lượng truyền tải dịch vụ tăng cao Do đó, VNPT cần phải có giải phấp phát triển mạng truyền tải với băng thông rộng/tốc độ truyền tải cao dung lượng truyền tải lớn Một giải pháp mang lại hiệu quả, ứng dụng công nghệ CO-OFDM-WDM cho mạng truyền tải VNPT 3.7.4 Khả ứng dụng công nghệ CO-OFDM-WDM cho mạng truyền tải VNPT Như phần trình bầy mạng truyền tải VNPT gồm lớp: Mạng truyền dẫn quốc tế, mạng đường trục mạng truyền tải VNPT tỉnh/thành phố Việc ứng dụng công nghệ CO-OFDM-WDM cho mạng truyền tải quang băng rộng VNPT triển khai lớp Tuy nhiên, việc ứng dụng công nghệ CO-OFDM-WDM cho mạng truyền dẫn quốc tế gặp nhiều khó khăn, cần phải phối hợp thực với nhiều nước giới có liên quan đến mạng Do đó, phần luận văn tập trung vào việc ứng dụng công nghệ CO-OFDM-WDM cho mạng đường trục mạng mạng truyền tải VNPT tỉnh/thành phố VNPT 3.7.4.1 Ứng dụng công nghệ CO-OFDM-WDM cho mạng đường trục VNPT Như phần trình bầy mạng truyền tải đường trục băng rộng VNPT bao gồm lớp mạng: Mạng đường trục Backbon Bắc-Nam, mạng vùng mạng metro (mạng trung kế) kết nối mạng đường trục Backbon Bắc-Nam với mạng vùng Cả lớp mạng mạng truyền tải quang ghép kênh theo bước sóng mật 71 độ cao DWDM Do đó, việc ứng dụng cơng nghệ CO-OFDM-WDM cho lớp mạng này, nguyên tắc, hoàn tồn tương tự Do đó, luận văn trình phương án chung cho lớp mạng: Mạng đường trục Backbon Bắc-Nam, mạng vùng mạng metro (mạng trung kế) kết nối mạng đường trục Backbon Bắc-Nam với mạng vùng với tiêu chí “ứng dụng công nghệ CO-OFDM-WDM cho mạng đường trục VNPT” Để đạt dung lượng 240 Gb/s, hệ thống hệ thống DWDM tuyến trục Backbone 240G Nortel sử dụng bước sóng 10Gb/s bước sóng 40Gb/s Như hệ thống sử dụng tổng cộng 12 bước sóng Tức sử dụng 12 băng tương ứng với 12 tần số trung tâm tương ứng với 12 bước sóng trung tâm băng Để đạt dung lượng 240 Gb/s, hệ thống hệ thống DWDM tuyến trục Backbone 240G Nortel sử dụng bước sóng 40Gb/s Tức tốc độ đầu vào hệ thống 40 Gb/s Khi đó, khả xuyên nhiễu xung quang (ISI) trình truyền dẫn sợi quang lớn (do tán sắc sợi quang gây ra) Nếu sử dụng cơng nghệ CO-OFDM-WDM cho tuyến trục VNPT với tín hiệu đầu vào có tốc độ cao tốc độ tín hiệu truyền dẫn sợi quang nhỏ, sử dụng công nghệ OFDM Giả sử tín hiệu đầu vào có tốc 40 Gb/s sử dụng OFDM với tần số trực giao, tốc độ tín hiệu truyền dẫn sợi quang 40 Gb/s : = Gb/s Khi đó, khả xuyên nhiễu xung quang (ISI) trình truyền dẫn sợi quang tán sắc sợi quang gây nhỏ Do đó, chất lượng truyền dẫn hệ thống CO-OFDM-WDM cao Nếu tín hiệu truyền dẫn sợi quang có tốc độ 10 Gb/s sử dụng OFDM với tần số trực giao, tín hiệu đầu vào hệ thống có tốc độ 10 Gb/s x = 80 Gb/s Khi đó, dung lượng tổng hệ thống CO-OFDM-WDM tăng lên nhiều khả xuyên nhiễu xung quang (ISI) trình truyền dẫn sợi quang tán sắc sợi quang gây nhỏ Do đó, ta có hệ thống CO-OFDM-WDM với dung lượng lớn chất lượng truyền dẫn hệ thống COOFDM-WDM cao Để đạt dung lượng 240 Gb/s, hệ thống hệ thống DWDM tuyến trục Backbone 240G Nortel sử dụng 12 bước sóng, tức sử dụng 12 băng tương ứng với 12 tần số trung tâm tương ứng với 12 bước sóng trung tâm băng 72 Giả sử, hệ thống sử dụng công nghệ CO-OFDM-WDM cho mạng đường trục VNPT sử 12 băng tương ứng với 12 tần số trung tâm tương ứng với 12 bước sóng trung tâm băng hệ thống DWDM tuyến trục Backbone 240G Nortel, dung lượng tổng hệ thống 40 Gb/s x 12 = 480 Gb/s Do đó, dung lượng tổng hệ thống CO-OFDM-WDM gấp lần dung lượng tổng hệ thống DWDM tuyến trục Backbone Nortel Tuy nhiên, tùy theo nhu cầu truyền dẫn tương lai ta sử dụng cơng nghệ CO-OFDM-WDM cho mạng đường trục VNPT với nhiều băng tương ứng với nhiều tần số trung tâm nhiều bước sóng trung tâm băng Khi đó, dung lượng tổng hệ thống CO-OFDM-WDM tăng lên nhiều lần Trong hệ thống hệ thống DWDM tuyến trục Backbone 240G Nortel, người ta có sử dụng xen/rẽ để tách luồng quang cho số VNPT tỉnh/thành phố Khi sử dụng công nghệ CO-OFDM-WDM cho tuyến trục VNPT, việc tách luồng quang cho số VNPT tỉnh/thành phố từ luồng OFDM quang tổng thực thông qua sử dụng lọc “Anti-alias” để ghép các luồng quang từ số VNPT tỉnh/thành phố vào luồng OFDM quang tổng thực thông qua ghép OFDM quang phần 3.7.4.1 Như vậy, việc sử dụng công nghệ CO-OFDM-WDM cho tuyến trục VNPT không làm tăng dung hệ thống đường trục mà làm tăng chất lượng truyền dẫn hệ thống truyền tải đường trục VNPT 3.7.4.2 Ứng dụng công nghệ CO-OFDM-WDM cho mạng truyền tải quang VNPT tỉnh/thành phố Như phần 3.7.3.3 trình bầy: mạng truyền tải quang VNPT tỉnh/thành phố VNPT bao gồm: Mạng MAN-E VNPT tỉnh/thành phố mạng truy nhập quang VNPT tỉnh/thành phố Do đó, việc ứng dụng công nghệ CO-OFDM-WDM cho mạng truyền tải quang VNPT tỉnh/thành phố thực lớp mạng 3.7.4.2.1 Ứng dụng công nghệ CO-OFDMWDM cho mạng MAN-E Mạng MAN-E VNPT tỉnh/thành phố mạng truyền tải lõi VNPT tỉnh/thành phố 73 Trong tương lai, phát triển xã hội phát triển cách mạng công nghiệp 4.0 phát triển văn minh tri thức, nhu cầu người dịch vụ băng rộng/tốc độ cao, dịch vụ hội tụ, dịch vụ đa phương tiện dịch vụ tương tác (như phần 3.7.1) tăng lên nhanh không số lượng dịch vụ cao mà chất lượng lưu lượng truyền tải dịch vụ tăng cao Khi đó, mạng MAN-E VNPT tỉnh/thành phố cần phải có băng thơng rộng/tốc độ truyền tải cao dung lượng truyền tải lớn Một giải pháp mang lại hiệu cho mạng MAN-E VNPT tỉnh/thành phố, ứng dụng công nghệ CO-OFDM-WDM Từ cấu trúc mạng MAN-E VNPT tỉnh/thành phố (như phần 3.7.3.3.1), mạng mạng truyền tải lõi (mạng đường trục) VNPT tỉnh/thành phố Do đó, việc việc sử dụng cơng nghệ CO-OFDM-WDM cho mạng MAN-E VNPT tỉnh/thành phố hoàn toàn tương tự việc sử dụng công nghệ CO-OFDM-WDM cho mạng truyền tải đường trục VNPT trình bầy phần 3.7.4.1 3.7.4.2.2 Ứng dụng công nghệ CO-OFDM-WDM cho mạng truy nhập quang VNPT Như phần 3.7.3.3.2, mạng truy nhập quang VNPT chủ yếu sử dụng công nghệ GPON Trong tương lai, mạng truy nhập quang VNPT tỉnh/thành phố cần phải có băng thông rộng/tốc độ cao dung lượng truyền tải lớn để cung cấp dịch vụ băng rộng/tốc độ cao, dịch vụ hội tụ, dịch vụ đa phương tiện dịch vụ tương tác (như phần 3.7.1) xã hội Từ phát triển cơng nghệ trun tải quang trình bầy cơng nghệ OFDM quang chương 1, công nghệ CO-OFDM chương công nghệ CO-OFDM-WDM quang chương 3, em xin kiến nghị việc phát triển mạng truy nhập cho VNPT tương lai tùy theo nhu cầu sử dụng dịch vụ băng rộng/tốc độ cao, dịch vụ hội tụ, dịch vụ đa phương tiện dịch vụ tương tác xã hội mà mạng truy nhập quang VNPT sử dụng công nghệ sau: - Công nghệ OFDM-PON sử dụng công nghệ OFDM mạng PON 74 - Công nghệ CO-OFDM-PON sử dụng kết hợp công nghệ quang Coherent với OFDM mạng PON - Công nghệ OBM-OFDM-PON sử dụng công nghệ CO-OFDM với công nghệ WDM mạng WDM PON  Ứng dụng công nghệ OFDM PON Ứng dụng công nghệ OFDM PON, nhà nghiên cứu đưa mơ hình OFDM-PON minh họa hình 3.14 Trong đó, đường xuống OLT gán cho người dùng cụ thể (ONU/ONT) một tập hợp sóng mang (tùy theo nhu cầu dịch vụ băng thông khách hàng) Các ONU/ONT tương ứng nhận sóng mang tương ứng thực tách sóng quang viến đổi thành liệu tương ứng với phía phát Theo hướng đường lên, ONU điều chỉnh liệu tập sóng mang giao, tất sóng mang khác thuộc ONU khác thiết lập không ONU1 ONU2 ONU3 OLT ONU4 ONT Hình 3.14 Mơ hình OFDM-PON Trong mạng OFDM-PON, tức PON sử dụng đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA, người ta sử dụng sóng mang dành riêng cho ONU, cho phép nhiều người dùng chia sẻ kênh quang thành phần tương ứng OFDMA công nghệ đa truy cập cho phép gán sóng mang khác cho nhiều người dùng cách động, đồng thời cho phép phân vùng tài nguyên thời gian miền tần số So với TDM-PON, OFDM-PON kết hợp 75 với TDM cung cấp thêm chiều bổ sung cho quản lý tài nguyên Ví dụ, phạm vi thời gian PON phục vụ lưu lượng bùng nổ, phạm vi tần số PON cung cấp tốt khả quản lý tài tài nguyên Hệ thống OFDM-PON có nhiều lợi so với cơng nghệ PON khác: (1) cải thiện hiệu băng thơng (ví dụ, bit/s/ Hz cho điều chế16-QAM, với băng thông 2,5 GHz hỗ trợ 10 Gb/s tốc độ liệu tổng hợp) ; (2) linh hoạt độc đáo việc đối phó với chia sẻ tài nguyên băng thơng ảo hóa; (3) giao thức độc lập minh bạch dịch vụ (tập sóng mang con, tương tự đường ống suốt, hỗ trợ hai tín hiệu kỹ thuật số analog với loạt chất lượng yêu cầu dịch vụ); (4) OFDM-PON kiến trúc mở rộng (cụ thể là, tồn với TDM-PON WDM-PON); (5) giải pháp hiệu chi phí (thu cần thiết OLT so với truyền thống WDM-PON); (6) hoạt động đơn giản, kiểm sốt truy cập phương tiện (MAC) với chi phí thấp  Ứng dụng công nghệ CO-OFDM cho PON Ứng dụng công nghệ CO-OFDM PON cho mạng truy nhập quang băng rộng hồn tồn tương tự ứng dụng cơng nghệ OFDM PON cho mạng truy nhập quang băng rộng (như trình bầy phần trên) Tuy nhiên, ứng dụng công nghệ CO-OFDM PON khác ứng dụng công nghệ OFDM PON chỗ: - Bộ tách sóng quang OLT hướng lên ONT hướng xuống PON sử dụng công nghệ quang Coherent - Bộ biến đổi điện-quang OLT hướng xuống ONT hướng lên PON sử dụng công nghệ điều chế Bộ biến đổi điện-quang sử dụng cơng nghệ điều chế ngồi tách sóng quang Coherent quang trình bầy phần 2.2.4 chương 2, tương ứng với phát quang CO-OFDM thu quang CO-OFDM trình bầy phần 2.3.2 chương  Ứng dụng công nghệ CO-OFDM-WDM cho PON Mơ hình hệ thống PON sử dụng cơng nghệ CO-OFDM-WDM (mạng truy nhập OBM-OFDM-PON) minh họa hình 3.15 Trong đó, đường xuống OLT gán cho người dùng (khách hàng) cụ thể (ONU/ONT) một tập 76 hợp sóng mang (tùy theo nhu cầu dịch vụ băng thông khách hàng) thông qua định tuyền AWG: Bộ định tuyền AWG-WDM để định tuyến sóng mang OFDM vào các băng trực giao tương ứng tín hiệu OBM-OFDM, tương ứng với định tuyến vào băng WDM Bộ định tuyền AWG-OFDM để định tuyến một tập hợp sóng mang (tùy theo nhu cầu dịch vụ băng thông khách hàng) đến khách hàng có nhu cầu Các ONU/ONT tương ứng nhận sóng mang tương ứng thực tách sóng quang viến đổi thành liệu tương ứng với phía phát Theo hướng đường lên, ONU điều chỉnh liệu tập sóng mang giao, tất sóng mang khác thuộc ONU khác thiết lập không Khách hàng i1 ONU/ONT-i1 λi λik OLT Khách hàng ik ONU/ONT-ik AWG WDM λN-1 AWG OFDM Khách hàng iM λN ONU/ONT-iM Hình 3.15 Mơ hình CO-OFDM-WDM PON Đồng thời, tách sóng quang OLT hướng lên ONU/ONT hướng xuống PON sử dụng công nghệ tách sóng quang Coherent biến đổi điện-quang OLT hướng xuống ONU/ONT hướng lên PON sử dụng cơng nghệ điều chế ngồi Việc sử dụng công nghệ CO-OFDM-WDM cho mạng truy nhập PON VNPT không làm tăng dung hệ thống mạng truy nhập mà làm tăng chất lượng truyền dẫn hệ thống mạng truy nhập VNPT 77 Kết luận chương Trong chương 3, luận văn nghiên cứu công nghệ Coherent- OFDMOFDM quang (CO-OFDM-WDM) với nội dung: nguyên lý ghép băng trực giao hệ thống CO-OFDM - WDM quang, giải pháp thực thi ghép băng trực giao hệ thống CO-OFDM - WDM quang, hệ thống truyền dẫn CO-OFDM-WDM quang, đánh giá hiệu hệ thống truyền dẫn CO-OFDM-WDM quang khả ứng dụng cho mạng VNPT Việc ứng dụng công nghệ CO-OFDM-WDM cho mạng truyền tải quang VNPT trình bầy ứng dụng công nghệ CO-OFDM-WDM cho mạng đường trục ứng dụng công nghệ CO-OFDM-WDM mạng mạng truyền tải VNPT tỉnh/thành phố VNPT Việc sử dụng công nghệ CO-OFDM-WDM cho mạng đường trục mạng mạng truyền tải VNPT tỉnh/thành phố VNPT không làm tăng dung hệ thống mạng truyền tải mà làm tăng chất lượng truyền dẫn hệ thống mạng truyền tải VNPT 78 KẾT LUẬN Một giải pháp cơng nghệ viễn thơng có khả truyền tải tốc độ siêu cao khả đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin xã hội tại, cơng nghệ thơng tin quang Coherent ghép kênh theo tần số trực giao (CO-OFDM) Trong đó, giải pháp công nghệ thông tin quang CO-OFDM khả truyền tải tốc độ cao, mà cịn có dung lượng lớn Đó giải pháp cơng nghệ truyền tải thông tin xã hội tương lai Chính vậy, em chọn đề tài đồ án tốt nghiệp là: “Nghiên cứu công nghệ thông tin quang Coherent ghép kênh theo tần số trực giao (CO- OFDM)” để nắm bắt công nghệ nghiên cứu áp dụng tương lai Để thực mục tiêu trên, đề tài luận văn thực nội dung sau: - Chương 1: Công nghệ OFDM quang với nội dung sau khái niệm OFDM, Tính trực giao OFDM, mơ hình ngun lý kỹ thuật OFDM, công nghệ OFDM quang: mô hình hệ thống truyền dẫn OFDM quang, khối chức năng, khác biệt hệ thống OFDM quang hệ thống OFDM vô tuyến phân loại hệ thống OFDM quang: CO-OFDM, DD-OFDM Chương 2: Công nghệ Coherent OFDM quang (CO-OFDM) với nội dung: sở tích hợp công nghệ công nghệ OFDM quang công nghệ quang Coheren, mơ hình hệ thống CO-OFDM, khối chức nguyên lý khối chức hệ thống CO-OFDM độ nhậy thu hệ thống thông tin quang COOFDM Chương 3: Công nghệ Coherent- OFDM-OFDM quang (CO-OFDM-WDM) với nội dung: nguyên lý ghép băng trực giao hệ thống CO-OFDM - WDM quang, giải pháp thực thi ghép băng trực giao hệ thống CO-OFDM - WDM quang, hệ thống truyền dẫn CO-OFDM-WDM quang, đánh giá hiệu hệ thống truyền dẫn CO-OFDM-WDM quang khả ứng dụng cho mạng VNPT Trong đó, luận văn tập trung vào ứng dụng cơng nghệ CO-OFDM-WDM cho mạng truyền tải quang VNPT bao gồm: ứng dụng công nghệ CO-OFDM-WDM cho mạng đường trục ứng dụng công nghệ CO-OFDM-WDM mạng mạng truyền tải VNPT tỉnh/thành phố VNPT 79 Việc sử dụng công nghệ CO-OFDM-WDM cho mạng đường trục mạng mạng truyền tải VNPT tỉnh/thành phố VNPT không làm tăng dung hệ thống mạng truyền tải mà làm tăng chất lượng truyền dẫn hệ thống mạng truyền tải VNPT Đánh giá chung, em hoàn thành nội dung đề tài theo đề cương duyệt Tuy nhiên, với lực thời gian hạn chế nên đồ án tốt nghiệp em tránh khỏi khiếm khuyết Em mong muốn nhận bảo, góp ý chân thành Thầy Cơ giáo bạn để hoàn thiện Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy TS Hoàng Văn Võ thầy cô khoa Sau Đại học Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng giúp đỡ, bảo tận tình cho em giúp em hồn thành tốt luận văn này! Em xin chân thành cảm ơn! TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đỗ Việt Em Kỹ thuật thông tin quang 2, Học viện CN BC VT, 2007 [2] Hồng Văn Võ Bài giảng ” Thơng tin quang”, Viện Đại học Mở Hà Nội [3] Arthur James Lowery Orthogonal-frequency-division multiplexing for and Jean Armstrong dispersion compensation of long-haul optical systems” Department of Electrical & Computer Systems Engineering, Monash University, Clayton, 3800, Australia, 2006 [4] Dixon BJ, Pollard Orthogonal frequency-division multiplexing in RD, Iezekiel S wireless communication systems with multimode fiber feeds IEEE Trans Microwave Theory Tech 2001;49(8):1404–9 [5] Ma Y, Shieh W, Yang 100 Gb/s Coherent Optical OFDM Reception Using Q Orthogonal Band Multiflexing, Opt Fiber Commun Conf 16, pp 6378-86 2008 [6] Markus Mayrock, OFDM in Optical Long-Haul Transmission, 2007 [7] Fasshauer, H : Optische Nachrichtensysteme: Eigenschaften und Projektierung Dr Alfred Verlag Heidelberg, 1984 [8] Prasad R OFDM for wireless communications systems Boston: Artech House; 2004 [9] Shieh W Coherent optical MIMO-OFDM for optical fibre communication systems Berlin, Germany In: Eur Conf Opt Commun., Berlin, Germany; 2007 ... công nghệ Coherent OFDM quang Công nghệ Coherent OFDM quang (CO- OFDM) tích hợp cơng nghệ: cơng nghệ OFDM quang cơng nghệ quang Coherent Chính vậy, công nghệ COOFDM kế thừa ưu việt công nghệ Coherent... tài luận văn tốt nghiệp là: ? ?Nghiên cứu cơng nghệ thơng tin quang CO- OFDM- WDM khả ứng dụng cho VNPT? ?? để nắm bắt công nghệ nghiên cứu áp dụng tương lai cho VNPT Để thực mục tiêu trên, đề tài luận. .. ký hiệu DDO -OFDM hệ thống OFDM quang sử dụng kỹ thuật tách sóng Coherent, ký hiệu CO- OFDM CHƯƠNG CÔNG NGHỆ COHERENT- OFDM QUANG Chương nghiên cứu công nghệ Coherent OFDM quang (CO- OFDM) với nội