Thông tin tài liệu
1 MỞ ĐẦU Trong xã hội ngày nay, ngành kinh tế viễn thông – công nghệ thông tin phát triển nhu cầu người trao đổi thơng tin ngày lớn, từ dẫn đến địi hỏi mạng lưới viễn thơng phải có tốc độ cao, dung lượng lớn, nhu cầu kết nối chia sẻ thông tin phạm vị rộng lớn ngày tăng Trong nhiều năm gần nghe quen thuật ngữ mạng MEN lợi ích mang lại, thực mạng MEN (Metro Ethernet Network) khơng có xa lạ mạng MAN (Metro Area Network) mạng đô thị diện rộng kết nối nhiều mạng LAN khác nhiều vị trí khác tạo thành mơt mạng thị diện rông trường truyền dẫn sợi quang Xu hướng phát triển mạng MAN hướng tới thay đổi lớn kiến trúc trở thành điểm hội tụ cho kiến trúc đa dịch vụ Do kiến trúc MAN phát triển theo hướng liên kết nhiều vòng ring sợi quang gom lưu lượng truy nhập cấu hình lưới thơng qua mạng khu vực lớn Mạng vịng ring khu vực trải rộng tới hàng trăm km kết nối nhiều nút trung tâm truy nhập Gần đây, công nghệ ghép kênh theo bước sóng (WDM) đưa vào sử dụng MAN Điều dẫn đến thay đổi cấu trúc nút mạng quang vùng đô thị thực việc xen/rẽ kênh bước sóng cách linh hoạt Trong khoảng cách truyền dẫn mở rộng tốc độ kênh bước sóng nâng lên, yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu quang truyền mạng xuyên nhiễu kênh bước sóng Ảnh hưởng nhiễu xuyên kênh kênh bước sóng phụ thuộc vào nhiều yếu tố từ đáp ứng lọc quang, định dạng điều chế đến nhiễu phi tuyến Luận văn gồm nội dung tổ chức sau: Chương 1: Tổng quan mạng đô thị diện rộng – Metronet Chương 2: Kiến trúc nút mạng quang đô thị yếu tố ảnh hưởng Chương 3: Khảo sát ảnh hưởng nhiễu xuyên kênh mạng quang đô thị CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG ĐÔ THỊ DIỆN RỘNGMETRONET 1.1 Giới thiệu chương Các mạng viễn thông thường phân chia theo cấu trúc hệ thống phân cấp, thông thường gồm ba tầng: Tầng truy cập; đô thị đường dài Mạng lưới đường dài kéo dài khoảng cách khu vực phạm vi toàn cầu (1000 km trở lên) tối ưu hóa cho truyền dẫn đường dài chi phí liên quan Nằm mạng thị (Metronet), khoảng cách trung bình từ 10 - 100 km kết nối mạng truy cập mạng lưới đường dài Các mạng Metro ngày thường dựa kiến trúc mạng vòng phân cấp kỹ thuật số đồng (SDH) / mạng quang đồng (SONET) Nhìn chung, SONET/SDH thành công việc cung cấp dịch vụ kết nối người dùng Các mạng đường dài cảm thấy nhu cầu lưu lượng Internet trước tiên trải qua mở rộng quy mô lớn cách sử dụng công nghệ ghép kênh phân chia bước sóng quang (WDM) WDM mang lại bù trừ chi phí / dung lượng mạng lõi tốt nhiều mạng đường trục có khả truyền tải đến tốc độ hàng Terabit Trong đó, mạng truy cập thấy chia sẻ tiến họ Nói chung, tốc độ truy cập tăng lên làm mờ ranh giới truy cập truyền thống bắt đầu kìm hãm kiến trúc thị định hướng dịch vụ thoại ("voicecentric") Nhiều vòng SONET/SDH gặp phải tình trạng cạn kiệt dung lượng với tốc độ chí STM-256 Rõ ràng, giải pháp đô thị yêu cầu để cung cấp lựa chọn thay giá / hiệu vượt trội cho việc mở rộng SONET/SDH cũ, từ điều trên, có loạt tính cần thiết Công nghệ WDM đáp ứng nhiều yêu cầu triển khai ngày nhiều miền đô thị Các công nghệ thành phần WDM (như khuếch đại, chuyển mạch, lọc, laser, sợi) cho phép định tuyến bảo vệ bước sóng cấp độ mạng cấu trúc liên kết sợi, vòng mắt lưới Những khả này, với kiến trúc điều khiển thông minh, cho phép nhà khai thác cung cấp dung lượng lớn với mức độ định nghĩa / phân biệt dịch vụ nâng cao.Do đó, node mạng metro yêu cầu giải pháp quang điện tử thông minh tích hợp để thực tổng hợp /gom lưu lượng đa giao thức lên nhánh WDM lớn hơn, đặc biệt tập trung vào hiệu giao thức liệu 3 1.2 Khái niệm mạng Metronet MetroNet – Metropolitan Area Network – dịch vụ mạng đô thị băng rộng với đường truyền tốc độ siêu cao, sử dụng đường truyền cáp quang kéo trực tiếp tới node , địa khách hàng có khả cung cấp nhiều loại dịch vụ giá trị gia tăng lúc đường truyền kết nối khu công nghiệp, khu thương mại lớn, công viên phần mềm, khu công nghệ cao, khu đô thị khu cao ốc văn phòng… với điểm tập trung lưu lượng truyền số liệu 1.3 Mô hình tổng quát mạng Metronet Kết nối phần tử mạng Metro hoàn toàn cáp quang Giao diện kết nối đạt tốc độ hang 100Gbps, TBbps lên tới PBbps Hiện chuẩn tốc độ cao phát hành 10G/100G/1TGbps, theo đó, mơi trường truyền dẫn cáp quang ảnh hưởng lớn đến chất lượng dịch vụ Sử dụng truyền dẫn cáp quang tốc độ truyền dẫn cao yếu tố quan trọng để xây dựng mạng dung lượng lớn, chất lượng cao đáp ứng nhu cầu ngày lớn khách hàng MAN-E xây dựng để kết nối mạng cục tổ chức cá nhân với mạng diện rộng WAN hay với Internet sử dụng chuẩn Ethernet MAN-E dịch vụ truyền tải khung Ethernet cung cấp giao diện kết nối Ethernet tới khách hàng Gần đây, khái niệm "vịng gói" đề xuất, nhằm mục đích kết hợp tính bật "TDM" với ưu điểm chuyển mạch gói (ghép kênh thống kê QoS tốt Các thiết kế RPR cung cấp khả bỏ qua gói "lớp hai" riêng biệt mức độ chi tiết thô điều làm giảm tải gói cấp định tuyến IP (lớp thứ ba) cải thiện việc cung cấp QoS Ngoài ra, vịng gói cung cấp giao thức báo hiệu bảo vệ "lớp hai" nhanh chóng, thiết kế để phù hợp với thời gian chuyển mạch bảo vệ 50ms SONET/SDH Khung RPR tập trung vào hai "vịng" đối lập (tức kép), mang lưu lượng làm việc, tức khơng có băng thông bảo vệ dành riêng cho hiệu băng thông Ngoài ra, phân câp (lớp hai) thực cho luồng unicast khơng giống vịng FDDI phân cấp nguồn trước đó, cho phép tái sử dụng băng thông theo không gian (tuy nhiên lưu ý phát đa hướng phát sóng yêu cầu cấp nguồn) 4 1.4 Quản lý điều khiển mạng quang metro Với tảng truyền tải linh hoạt, việc thiết lập giám sát kênh đầu cuối – đầu cuối nhiệm vụ khơng nhỏ Điều đặc biệt ràng buộcvề thiết bị, bước sóng lớp vật lý cần phải tính đến Với giao diện đồ họa người dùng, trình hướng dẫn mẫu, người quản lý dịch vụ giúp quản lý kho lưu trữ mạng khơng để hiển thị mà cịn tạo, sửa đổi kết cuối dịch vụ mạng Trong mạng lớn, người quản lý dịch vụ bổ sung mặt phẳng điều khiển GMPLS cung cấp hỗ trợ trực quan cho Một mặt phẳng điều khiển GMPLS đơn giản hóa nhiều hoạt động mạng tăng tính linh hoạt khả cung cấp dịch vụ, bảo vệ phục hồi 1.5 Ưu điểm/nhược điểm mạng Metro-Optical 1.5.1 Ưu điểm: - Độ ổn định, độ tin cậy cao,thời gian hội tụ nhỏ, khả phục hồi nhanh - Khả mở rộng linh hoạt, phạm vi hoạt động, cự ly hoạt động lớn - Tốc độ cao, băng thông không giới hạn 1.5.2 Nhược điểm - Chi Phí đầu tư sở hạ tầng ban đầu lớn - Khảo sát thiết kế tính tốn phức tạp 1.6 Các mơ hình dịch vụ mạng Metronet MetroNet dịch vụ cho thuê dựa mạng đô thị băng thông rộng đa dịch vụ (MAN), chủ yếu sử dụng đường truyền cáp quang MetroNet thiết kế mạng lõi theo dạng mạch vịngvà cáp quang hóa nên có tốc độ cao lên tới hàng Gbps, cho chất lượng đường truyền tốt với tốc độ ổn định tính bảo mật cao, đáp ứng nhu cầu tốc độ ứng dụng cao cấp Nhờ ứng dụng công nghệ tiên tiến kết hợp với hệ thống cáp quang đến tận nhà, MetroNet cung cấp cho khách hàng khả sử dụng đồng thời loại dịch vụ thoại (voice), liệu (data) hình ảnh (video) gồm 1.6.1 Dịch vụ E-Line E-Line dịch vụ Ethernet dựa kết nối Ethernet ảo điểm - điểm E-Line cung cấp băng thông đối xứng cho truyền liệu hai hướng khơng có cam kết hiệu E-Line cung cấp dịch vụ kết nối hai UNI có tốc độ khác kèm theo cam kết hiệu trễ, biến động trễ, suy hao… Như vậy, dịch vụ E-Line sử dụng để xây dựng dịch vụ tương tự Frame Relay kênh thuê riêng Tuy nhiên băng thông khả lựa chọn kết nối Ethernet tốt nhiều 1.6.2 Dịch vụ E-LAN Dịch vụ E-LAN dịch vụ dựa kết nối đa điểm–đa điểm Cũng tương tự E-Line, E-LAN cung cấp dịch vụ nỗ lực tối đa khơng có cam kết hiệu cung cấp dịch vụ phức tạp UNI có tốc độ khác hỗ trợ chất lượng dịch vụ Ghép dịch vụ có khơng UNI EVC đa điểm – đa điểm Như dịch vụ E-LAN kết nối nhiều phái khách hàng với độ phức tạp cấu hình mesh Hub and Spoke sử dụng công nghệ điểm – điểm Frame Relay ATM 1.6.3 Dịch vụ E-Tree E-Tree dịch vụ dựa kết nối EVC Rooted-Multipoint EVC Rooted-Multipoint EVC đa điểm nhiên có khác với EVC đa điểm – đa điểm Ở dạng đơn giản, kiểu dịch vụ E-Tree cung cấp UNI “gốc” cho nhiều UNI “lá” Trong kiểu phức tạp hơn, dịch vụ E-Tree hỗ trợ hai nhiều UNI “gốc” 1.7 Tổng kết chương Chương trình bày cách tổng quan Metronet với đặc điểm ưu việt MAN-E so với công nghệ TDM xu hướng phát triển công nghệ tương lai Cũng chương tìm hiểu số dịch vụ MAN-E Hiện có nhiều cơng nghệ áp dụng để xây dựng mạng MAN-E, cơng nghệ có ưu nhược điểm khác Công nghệ sử dụng MAN-E phải đáp ứng yêu cầu khả phục hồi nhanh, chuyển mạch tốc độ cao, có độ tin cậy cao hỗ trợ tốt chức OAM Với tiêu chí MPLS cơng nghệ chiếm ưu sử dụng nhiều giới 6 CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC NÚT MẠNG QUANG ĐÔ THỊ VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 2.1 Giới thiệu Mạng quang vùng thị trải qua thay đổi nhanh chóng thập kỷ qua Các hệ thống mạng đô thị xây dựng có mục đích để mở rộng dung lượng/khoảng cách cho dịch vụ ghép kênh phân chia thời gian (TDM), liệu lưu trữ, hệ thống phát triển để sử dụng tảng truyền tải quang dạng module với khả chuyển mạch quang điện tích hợp Sự phát triểnmạng quang đô thịbằng công nghệ mang lại đặc điểm quan trọng Vì gia tăng mạnh lưu lượng truy cập ổn định mạng truy cập doanh nghiệp, nên công nghệ ghép kênh phân chia bước sóng thơ (CWDM) đưa vào mạng truy cập Các công nghệ ghép kênh phân chia bước sóng mật độ cao (DWDM) với khoảng cách kênh xuống tới 50 GHz bắt đầu sử dụng mạng vùng đô thị Hệ thống phân cấp truyền tải quang (OTH) cung cấp công nghệ ghép kênh đóng khung kỹ thuật số độc lập với tải trọng Hệ thống chuẩn hóa chuyển mạch lớp (L1) cấptốc độ kênh bước sóng (1, 2.5, 10, 40, 100 Gb / s) làm khả vận hành môi trường đa nhà khai thác/đa nhà cung cấp dịch vụ cách dễ dàng Ethernet mở rộng từ công nghệ mạng cục (LAN) sang phân đoạn mạng đô thị/mạng diện rộng (MAN/WAN) Kiến trúc tảng dạng module giúp tối ưu hóa linh hoạt phần tử mạng cho ứng dụng cụ thể Với tùy chọn dung lượng, chuyển mạch khoảng cách khác nhau, kiến trúc mang lại chi phí lắp đặt lần đầu thấp giữ khoảng dự trữ để nâng cấpdung lượng tương lai Mặt phẳng điều khiển chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát(GMPLS) cung cấp chức phát mạng, tính tốn đường dẫn báo hiệu 2.2 Mơ hình phân lớp mạng mạng Metronet Optic: Mạng Metronet Optic phân cấp thành lớp (có thể phân cấp lớp tùy theo cấu trúc ) - Lớp điều khiển , giao tiếp (control layer): chịu trách nhiệm điều khiển toàn kết nối cung cấp dịch vụ cho mạng trục 7 - Lớp chuyển mạch truyền dẫn mạng trục (Core layer): thực chức chuyển mạch, định tuyến kết nối - Lớp truy nhập (Access): cung cấp điểm truy nhập cho đơn vị nhóm làm việc thơng qua phương tiện truy nhập khác Các mạng metro thường xuyên phân tách thành phần mạng lõi metro phần mạng truy cập/backhaul metro 2.3 Cấu trúc nút mạng OADM 2.3.1 Thiết bị xen /rẽ quang OADM (Optical Add/Drop Multiplexer) ộ xen/rẽ quang sử dụng hệ thống WDM hệ thống cần tách ghép vào nhiều kênh bước sóng mà phải bảo tồn tính ngun v n kênh khác ộ OADM có nhiều kiến trúc đề xuất để xây dựng, kỹ thuật đơn giản sử dụng nhiều lọc, MUX/DEMUX, có cấu trúc phần sau 2.3.2 u tr c ong ong Trong cấu trúc song song, tất kênh tín hiệu tách/ghép kênh, sau đó, số kênh tùy ý tách, kênh cịn lại cấu hình qua cách thích Có thể tách tập kênh tu ý, vậy, khơng có ràng buộc kênh xen tách Tuy nhiên, cấu hình lại khơng hiệu mặt kinh tế việc điều khiển số nhỏ kênh tách, cần tách bước sóng tồn bước sóng khác cần tách ghép lại với Nhưng cấu hình lại có hiệu có số lượng lớn kênh tách linh hoạt việc thêm vào lấy kênh 2.3.3 u tr c n i tiếp Trong cấu trúc nối tiếp, kênh xen/tách từ kênh gọi theo tên khác xen tách đơn kênh SC-OADM (Single Channel OADM) Để xen/tách nhiều kênh, SC-OADM nối liên tiếp Cấu trúc nhiều mặt tương phản với cấu trúc song song Việc xen/tách kênh ảnh hưởng đến kênh tồn Ngồi ra, cịn làm tăng suy hao có nhiều kênh cần xen/tách nên cần thêm khuếch đại, đó, làm tăng thêm chi phí hệ thống Sự gia tăng suy hao với số kênh xen/tách đóng vai trò quan trọng hệ thống OADM nối tiếp Để tận dụng ưu điểm cấu trúc song song cấu trúc nối tiếp, cịn có thêm cấu trúc kết hợp Trong cấu trúc này, nhóm kênh cố định xen/tách từ kênh truyền Nhóm đưa qua tầng xen/tách để chia thành kênh riêng biệt Các kênh thêm vào thường kết hợp với ghép đơn giản cộng vào kênh xuyên qua Cấu trúc kết hợp dung hòa cấu trúc song song cấu trúc nối tiếp Số kênh lớn tách xác định lọc thông dải sử dụng Trong vịng nhóm kênh việc xen/tách kênh thêm vào không làm ảnh hưởng đến đường truyền khác mạng Tuy nhiên, có cấu trúc phức tạp đưa nhiều ràng buộc việc gán bước sóng số lượng cố định tách vị trí 2.3.4 u tr c OADM c u h nh l i (ROADM) Khả cấu hình lại cần thiết cho OADM Nó cho phép lựa chọn bước sóng để xen/tách, mà không cần phải lên kế hoạch triển khai thiết bị cho phù hợp Điều cho phép nhà cung cấp dịch vụ linh hoạt lập kế hoạch mạng cho phép đường quang thiết lập kết thúc theo yêu cầu người sử dụng mạng 2.3.5 u tr c node hệ Khi tính linh hoạt bước sóng đưa vào mạng, tuyến quang kênh không thiết bị giới hạn cấu hình tuyến tính vịng Thay vào đó, bước sóng đến bất k nút lân cận mạng thông qua chức chuyển mạch miễn khoảng cách truyền dẫn khơng phải vấn đề.Do đó, với tính mạng giống kiểu lưới hơn, mức bước sóng Với mạng dạng lưới (mesh), nút mạng hoạt động giống điểm kết nối điểm kết cuối đường truyền Sau đưa vào triển khai ROADM đa cấp độ bản, công nghệ tiếp tục phát triển để cải thiện linh hoạt bước sóng đáp ứng thách thức mạng tương lai Một chuyển mạch quang tử khối xây dựng hữu ích cho thiết kế ROADM Chuyển mạch quang tử cung cấp định tuyến tín hiệu quang túy mà khơng cần chuyển đổi tín hiệu sang miền điện 9 2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến mạng quang vùng đô thị 2.4.1 ác ảnh hưởng liên quan đến EDFA ộ khuếch đại quang sợi pha tạp Erbium (EDFA) tạo nhiễu phát xạ tự phát khuếch đại (ASE) Ngoài ra, biến đổi hàm truyền hệ số phát xạ tự phát EDFA hàm bước sóng, tín hiệu WDM biểu khác biệt công suất quang tỷ lệ nhiễu tín hiệu quang (OSNR) Cuối cùng, EDFA biểu chuyển tiếp độ công suất quang trường hợp cấu hình lại mạng, đứt sợiquang, điện hỏng thiết bị 2.4.2 Ảnh hưởng chirp tần Sự suy giảm hiệu tán sắc màu từ MUX / DMUX quang sợi quang tính tốn cho tuyến quang xấu mạng Đối với mức công suất khoảng cách sử dụng mạng metro, hiệu ứng phi tuyến sợi quang thường bị bỏ qua sợi quang mơ hình hóa lọc tồn thơng với pha bậc hai Mức bù cơng suất chirp gây ước tính cách định tính cách tính tốn mức độ suy giảm mẫu mắt đầu lọc thông thấp thu,hoặc xác hơn, cách đánh giá xác suất lỗi cho loại thu khác Độ lệch tần số góc tức thời laser DF điều chế trực tiếp liên hệ gần đến cơng suất quang đầu thơng qua biểu thức: dP t & t P t P t dt (0.1) Trong hệ số tăng cường độ rộng phổnguồn quang hệ số chirp đoạn nhiệt Trong biểu thức (1), số hạng gọi chirp tầncủa chuyển tiếp, số hạng thứ hai gọi chirp tần đoạn nhiệt Giả định công suất đầu điều chế hình sin sau P t P0 1 2m cos mt (0.2) Trong P0 cơng suất pháttrung bình, mlà số điều chế cường độ (IM) fm = m/(2) tần số điều chế Dạng sóng tương tự coi trường hợp đặc biệt dạng sóng kỹ thuật số bao gồm bit xen kẽ, với tốc độ bit Rb 10 = 2fm Có thể mức bù đóng mẫu mắt số IM nhỏ gần bậc với giá trị bằng[] CD eye P cos m sin m h sin m 2 (0.3) Trong biểu thức (3), (m) tham số không đơn vị xác định m Rb Rb2 DL (0.4) 4c Trong bước sóng mang quang, D tham số tán sắc sợi, L chiều dài sợi c vận tốc ánh sáng chân không Trong (3), h số điều chế tần số (FM) xác định h P0 m (0.5) iểu thức (3) cho thấy trường hợp giả định khơng có chirp tần ( = 0, xung bị giới hạn khai triển), có số hạng đóng góp vào đóng mẫu mắt Trong trường hợp này, (m) nhỏ, (3) trở thành CD Peye 1 L2 1 (0.6) Trong đó: Rb2 D 4c (0.7) Trong trường hợp khơng có chirp tần, ln có mức bù công suất độc lập với dấu tham số tánsắc Với có mặt chirp tần ( 0), đóng góp cho mức bù chirp chuyển tiếp (số hạng thứ hai, tỷ lệ thuận với tham số alpha) Nếu tham số alpha tham số tán sắc có dấu ngược nhau, tác động chirp tầnchuyển tiếp có lợi độ dài định (do có nén xung) sau lạigây tác động xấu Mức bù chirp đoạn nhiệt gây số hạng thứ ba Nó có lợi độ dài định không phụ thuộcvào dấu tham số tán sắc 11 2.4.3 Ảnh hưởng kết chuỗi MUX/DMUX quang Việc ghép chuỗi MUX / DMUX quang gây suy giảm méo tín hiệu (hay giao thoa liên ký hiệu, ISI) cuối giới hạn số lượng tối đa phần tử mạng quang kết nốitầng Việc cắt phổ tín hiệu kết nối nối tiếp MUX / DMUX quang gây tổn hao trội, làm thay đổi điểm hoạt động suy hao điều khiển servo EDFA phần tử mạng 2.4.4 Xuyên nhiễu kênh quang Trong mạng metro nay, tác động nhiễu xuyên kênh quang dự đoán nhỏ Tuy nhiên, đánh giá ảnh hưởng cách sử dụng số mơ hình với mức độ xác khác tùy thuộc vào loại máy thu Nhiễu xuyên kênh quang phân biệt kênh chung kênh liền kề Nhiễu xuyên kênh quang kênh chung sinh từ giao thoa tín hiệu quang có bước sóng danh định (cùng băng), nhiễu xuyên kênh kênh liền kề sinh từ giao thoa tín hiệu quang có bước sóng danh định khác (liên kênh) 2.4.5 ác ảnh hưởng khác Các hiệu ứng phi tuyến sợi quang nguồn ảnh hưởng, Tán sắc mode phân cực (PMD) nói chung thấp sợi sử dụng cho mạng metro 2.4 Tổng kết chương Khi mạng truyền tải quang dịch chuyển hướng tới cấu trúc liên kết dựa lưới động, kiến trúc nút quang linh hoạt chìa khóa để tối ưu hóa thiết kế mạng Các ROADM đa cấp độ để hỗ trợ cấu trúc liên kết lưới cấu trúc xen/rẽ không màu, không định hướng không tranh chấp cung cấp linh hoạt cần thiết theo yêu cầu Khi nhu cầu dung lượng tiếp tục tăng, băng thông kênh linh hoạt cần thiết để tối ưu hóa phạm vi truyền dẫn cho kênh có tốc độ liệu vượt 100 Gb/s Đặc tính hóa tuyến quang xác nhận tham số mạng để đảm bảo hiệu năngcủa kênh mạng dạng lưới trì Chương cung cấp nội dung kiến trúc nút mạng truyền tải quang nói chung mạng metro nói riêng 12 CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG NHIỄU XUYÊN KÊNH TRÊN MẠNG QUANG ĐÔ THỊ 3.1 Giới thiệu chương Nhiễu xuyên kênh quang suy yếu lớp vật lý mạng quang, chẳng hạn hiệu ứng tuyến tính phi tuyến sợi quang Trong mạng quang, nguyên nhân tín hiệu nhiễu xuyên kênh chủ yếu cô lập hữu hạn thành phần quang học bên nút ROADMs Tính chất cách ly khơng hồn hảo thành phần này, chuyển mạch quang, tạo rị cơng suất tín hiệu tích lũy qua mạng quang gây suy giảm tín hiệu quang máy thu quang Có hai loại tín hiệu nhiễu xuyên kênh: băng tần băng tần Nhiễu xuyên kênh băng heterodyne mạng quang xuất tín hiệu gây nhiễu có bước sóng khác với tín hiệu chọn Loại nhiễu xuyên kênh phụ thuộc nhiều vào đặc tính lọc quang sử dụng nút mạng Nhiễu xuyên kênh dải homodyne xảy tín hiệu gây nhiễu có bước sóng tương tự với tín hiệu (chính) chọn có nguồn gốc từ nguồn khác với nguồn phát tín hiệu chọn Nhiễu xuyên kênh băng tần tạo nhiễu loại bỏ máy thu nhiễu tích lũy dọc theo đường tín hiệu tín hiệu quang qua nhiều nút ROADM Loại nhiễu xuyên kênh nguyên nhân gây suy giảm tín hiệu quang Trong nội dung chương này, nhiễu xun kênh kênh bước sóng tính chất khơng hồn hảo thành phần chuyển mạch quang thực chức xen/rẽ mạng metro khảo sát 3.2 Mơ hình khảo sát ảnh hưởng xun nhiễu 3.2.1 Xây dựng mơ h nh Một mơ hình mạng metro xây dựng để khảo sát ảnh hưởng nhiễu xun kênh Trong mơ hình này, chúng tơi khảo sát ảnh hưởng việc xuyên nhiễu kênh nút xen/rẽ OADM mạng vòng Mạng metro chứa nút giao tiếp qua hai kênh tần số 193 THz 193.1 THz, tốc độ bit 10 Gb/s Hiệu ứng tán sắc phi tuyến sợi quang bị vơ hiệu hóa để cô lập hiệu ứng nhiễu xuyên kênh 13 Trong mô hình khảo sát, thành phần xen/rẽ thành phần gây nhiễu xun kênh mơ hình hóa hàm truyền lọc quang Tuy nhiên, loại lọc khác dẫn đến hiệu ứng khác tín hiệu Điều giải thích từ hàm truyền biên độ pha, cho thấy tronghình 3.3 Từ hình 3.3 thấy lọc Fabry-Perot (F-P) có phổ hàm truyền phẳng có vùng tuyến tính pha lớn Kết hợp hai yếu tố biết lọc F-P ảnh hưởng đến tín hiệu điều kiện riêng Tuy nhiên, lọc F-P có vùng phẳng nhỏ phổ truyền, nên định băng thơng hiệu dụng giảm nghiêm trọng tăng số tầng Kích thước vùng phẳng lọc essel lớn chút so với lọc F-P có vùng tuyến tính pha lớn lọc F-P Do đó, nhận thấy băng thông hiệu lọc essel xếp tầng lớn băng thơng F-P.Do đó, suy băng thông hiệu lọc essel xếp tầng lớn băng thông FP điều kiện, hình 3.3 Ngồi ra, rút hiệu suất lọc Bessel ghép xếp tầng tốt lọc FP Hình 3.3 cho thấy lọc utterworth F G có vùng phẳng rộng Điều làm cho băng thông hiệu giảm chậm số lượng lọc xếp tầng tăng Tuy nhiên, so với lọc essel F-P, vùng tuyến tính pha lọc utterworth F G h p Vùng tuyến tính hiệu thu h p lọc xếp tầng, dẫn đến chất lượng tín hiệu ngày trầm trọng Do đó, suy băng thơng hiệu lọc essel xếp tầng lớn băng thơng FP điều kiện Ngồi ra, rút hiệu suất lọc ghép xếp tầng tốt lọc F-P Điều làm cho băng thông hiệu giảm chậm số lượng lọc xếp tầng tăng Tuy nhiên, so với lọc essel F-P, vùng tuyến tính pha lọc utterworth F G h p Vùng tuyến tính hiệu thu h p lọc xếp tầng, dẫn đến chất lượng tín hiệu ngày trầm trọng ên cạnh đó, định dạng điều chế tín hiệu quang tác động đến mức nhiễu xuyên kênh ảnh hưởng đến hiệu tín hiệu xen/rẽ Do vậy, mơ hình khảo sát xây dựng hai định dạng điều chế gồm định dạng NRZ định dạng duobinary xem xét Sự khác biệt đặc tính phổ hai định dạng điều chế cho thấy hình 3.4 ảnh hưởng đến mức nhiễu xuyên kênh kênh 14 Hình 3.4 Mẫu mắt đặc tính phổ hai định d ng điều chế tín hiệu quang 3.2.2 Mơ h nh mơ Mơ hình mơ xây dựng dựa phần mềm mô Optisystem 7.0 Sơ đồ mơ hình tồn hệ thống mạng metro mơ cho thấy hình 3.5 Mạng vịng kết thúc thành phần điều khiển vịng lưu chuyển tín hiệu chạy quanh vịng số lần định Khoảng cách nút 12,5 km khuếch đại lý tưởng thêm vào trước nút để bù cho tổng lượng suy hao sợi vòng 15 Nút Nút Nút Nút Hình 3.5 Mơ h nh mơ m ng vịng metro gồm n t OADM Các OADM nút mơ hình hóa cách sử dụng thành phần xen/rẽ WDM Các thành phần xen/rẽ WDM tạo cách sử dụng lọc quang essel bậc Cấu trúc bên nút xen/rẽ mạng cho thấy chi tiết hình 3.4 Tín hiệu rẽ (Drop) đưa vào thu quang để chuyển đổi thành tín hiệu điện đưa ngồi để đánh giá chất lượng Một tín hiệu từ phát quang tần số hay bước sóng tách xen vào tín hiệu mạng Trong hình 3.4 phát quang sử dụng định dạng điều chế NRZ thu quang trực tiếp sử dụng Hình 3.6 Sơ đồ mơ hình mơ bên nút OADM 16 Ngoài định dạng điều chế NRZ, mơ hình khảo sát tương tự sử dụng định dạng điều chế duobinary xây dựng Cấu trúc bên nút xen/rẽ sử dụng định dạng điều chế duobinary cho thấy chi tiết hình 3.5 Hình 3.7 Sơ đồ mô h nh mô bên n t OADM dụng điều chế duobinary 3.2.3 Kết mô nhận xét Để xác định tác động nhiễu xuyên kênh hoạt động lọc chuyển mạch quang, ảnh hưởng khác tán sắc hiệu ứng phi tuyến vô hiệu hóa khảo sát Mức độ nhiễu xuyên kênh hoạt động lọc ước tính thơng qua mẫu mắt tín hiệu thu mơ tả hình 3.10 Có thể thấy định dạng điều chế NRZ, mức nhiễu xuyên kênh thay đổi mạnh khoảng độ rộng băng tần 20 GHz Tuy nhiên, mức độ tăng nhiễu xuyên kênh định dạng điều chế duobinary nhỏ so với định dạng điều chế NRZ Tại độ rộng băng tần, mức nhiễu xuyên kênh định dạng duobinary thấp khoảng d so với định dạng NRZ Nhưng độ rộng băng tần nhỏ cỡ 10 GHz, mức nhiễu xuyên kênh định dạng duobinary lớn d so với định dạng NRZ Phổ tín hiệu quang định dạng NRZ cho thấy có nhiều sideband trải rộng miền phổ so với định dạng duobinary Như trải rộng sideband gây mức nhiễu xuyên kênh định dạng điều chế NRZ lớn so với định dạng duobinary Trong phổ tín hiệu quang định dạng duobinary cho thấy gọn hơn, có mức độ tập trung lượng phổ cao so với định dạng NRZ Hiệu tín hiệu xen/rẽ nút mạng đánh giá thông qua tỉ số lỗi bit ( ER) xác định thơng qua mẫu mắt Kết từ hình 3.15 cho thấy hai định dạng điều chế, tỉ số lỗi bit tín hiệu tách xen giảm tăng độ rộng băng tần 17 lọc xen/rẽ Như mức nhiễu xuyên kênh tăng lên độ rộng băng tần lọc lớn hơn, tỉ số lỗi bit lại nhỏ Từ mẫu mắt thu thấy độ rộng băng tần lớn hơn, độ mở mắt tăng lên mức nhiễu xuyên kênh lớn Tỉ số lỗi bit đánh giá qua mẫu mắt tỉ lệ nghịch với độ mở mắt Sự tăng độ mở mắt độ rộng băng tần lớn cho thấy méo dạng sóng tín hiệu gây giới hạn băng tần lọc yếu tố ảnh hưởng đến độ mở mắt hay tỉ số lỗi bit Do vậy, tăng độ rộng băng tần lọc, mức độ méo dạng sóng giảm xuống làm mức độ phân biệt mức hay độ mở mắt tăng lên nhanh so với tác động nhiễu xuyên kênh Tỉ số lỗi bit trường hợp sử dụng định dạng điều chế duobinary nhỏ cỡ hai bậc so với trường hợp sử dụng định dạng điều chế NRZ Sự cải thiện hiệu định dạng duobinary so với định dạng NRZ có nhờ đóng góp mức nhiễu xuyên kênh nhỏ 3.2 Tổng kết chương Chương luận văn khảo sát ảnh hưởng nhiễu xuyên kênh mạng quang metro thơng qua mơ hình mơ Một mơ hình mạng metro gồm nút xây dựng cho khảo sát Có hai định dạng điều chế gồm định dạng NRZ duobinary sử dụng khảo sát Các kết đánh giá ảnh hưởng nhiễu xun kênh thơng qua việc mơ hình hóa thành phần chuyển mạch xen/rẽ kênh bước sóng dạng hàm truyền lọc quang essel bậc Dựa vào kết thu ta đánh giá mức độ ảnh hưởng nhiễu xuyên kênh lên hoạt động xen/rẽ mạng định dạng điều chế khác Đề xuất giải pháp khắc phục: Thiết kế lọc quang xen/rẽ có đáp ứng với định dạng điều chế tín hiệu phù hợp với điều kiện thực tế về: Cự ly cáp, công suất phát laser, băng thông 18 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Mạng quang metro có vai trị quan trọng phát triển mạng truyền tải để đáp ứng nhu cầu tăng mạnh lưu lượng người dùng Trong trình phát triển có nhiều cơng nghệ áp dụng triển khai mạng quang đô thị Các công nghệ quang Ethernet biến mạng metro tĩnh từ khứ thành mạng nhanh tương lai Với loạt tùy chọn giao diện chuyển đổi, khó để thiết kế thiết bị nút mạng chuyên dụng cho ứng dụng riêng lẻ Một tảng truyền tải dạng module với tùy chọn cấu hình linh hoạt điều cần thiết để giải toàn phạm vi ứng dụng sử dụng tốt chức quang điện tử Các kiến trúc nút mạng phát triển theo hướng giảm 19 thiểu trình chuyển đổi quang – điện, kênh bước sóng xen/rẽ chuyển tiếp cách linh hoạt mạng Một yếu tố cần quan tâm ảnh hưởng nhiễu xuyên kênh sinh từ hoạt động xen/rẽ nút mạng quang metro Luận văn xem xét tổng quan mạng quang đô thị vấn đề liên quan Cơ sở cấu trúc nút mạng quang số yếu tố ảnh hưởng mạng trình bày chương làm tiền đề để xây dựng mơ hình khảo sát chương luận văn ằng cách sử dụng phần mềm mô Optisystem để xây dựng hệ thống mô mạng metro quang gồm nút mạng sử dụng kênh bước sóng để thiết lập tuyến liên lạc nút Các thành phần sử dụng mơ hình khảo sát thiết lập tham số với hệ thống mạng thực tế phổ biến mạng Mơ hình hóa hoạt động xen/rẽ nút mạng thực việc sử dụng mô hình lọc quang essel bậc độ rộng băng tần khác Hai kiểu định dạng điều chế NRZ duobinary sử dụng khảo sát Các kết thu cho thấy mức nhiễu xuyên kênh tăng lên tăng độ rộng băng tần lọc Mức nhiễu xuyên kênh định dạng duobinary thấp so với định dạng NRZ nhờ đặc tính phổ có độ rộng h p độ tập trung cao Tuy nhiên, kết khảo sát cho thấy bên cạnh ảnh hưởng nhiễu xuyên kênh ảnh hưởng méo dạng sóng giới hạn băng tần lọc có tác động mạnh đến hiệu tín hiệu tách xen Do vậy, phạm vi mạng quang metro ảnh hưởng nhiễu xuyên kênh coi khơng đáng kể so với ảnh hưởng méo dạng bị giới hạn băng tần Kiến nghị nghiên cứu tiếp theo: Nghiên cứu thêm nguồn ảnh hưởng khác gây nhiễu xuyên kênh ảnh hưởng phi tuyến tác động tích lũy hệ thống mạng khoảng cách lớn ... mạng truyền tải quang nói chung mạng metro nói riêng 12 CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG NHIỄU XUYÊN KÊNH TRÊN MẠNG QUANG ĐÔ THỊ 3.1 Giới thiệu chương Nhiễu xuyên kênh quang suy yếu lớp vật lý mạng. .. ảnh hưởng nhiễu xuyên kênh sinh từ hoạt động xen/rẽ nút mạng quang metro Luận văn xem xét tổng quan mạng quang đô thị vấn đề liên quan Cơ sở cấu trúc nút mạng quang số yếu tố ảnh hưởng mạng trình... so với ảnh hưởng méo dạng bị giới hạn băng tần Kiến nghị nghiên cứu tiếp theo: Nghiên cứu thêm nguồn ảnh hưởng khác gây nhiễu xuyên kênh ảnh hưởng phi tuyến tác động tích lũy hệ thống mạng khoảng
Ngày đăng: 28/04/2021, 09:17
Xem thêm:
