Nghiên cứu công nghệ coherent, sử dụng kĩ thuật điều chế dp qpsk trong hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao

384 TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG đồ án tốt nghiệp đại học Đề tài: NGHIấN CU CÔNG NGHỆ COHERENT, SỬ DỤNG KĨ THUẬT ĐIỀU CHẾ DP-QPSK TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN QUANG TỐC ĐỘ CAO n d n : n v nt c n : p : Mã số s n v n : ThS Tạ Hùng Cường Bùi Thị Hồng 50K1 - ĐTVT 0951083536 NGHỆ AN - 2014 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU .1 TÓM TẮT DANH SÁCH HÌNH VẼ DANH SÁCH BẢNG BIỂU .7 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CHƢƠNG TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG DWDM 11 1.1 Nguyên lý, ứng dụng ƣu điểm hệ thống DWDM 11 1.1.1 Nguyên lý ghép kênh theo bƣớc sóng (WDM) 11 1.1.2 Ứng dụng DWDM lớp mạng 12 1.1.3 Ƣu điểm 14 1.2 Các thành phần hệ thống DWDM 14 1.2.1 Thiết bị đầu cuối quang OLT 15 1.2.2 Bộ ghép xen/rớt bƣớc sóng quang (OADM-Optical Add/Drop Multiplexer) 21 1.2.3 Bộ kết nối chéo quang (OXC) 23 1.3 Một số yếu tố ảnh hƣởng đến hệ thống 24 1.3.1 Số kênh sử dụng khoảng cách kênh 24 1.3.2 Vấn đề ổn định bƣớc sóng nguồn quang yêu cầu độ rộng phổ nguồn phát 25 1.3.3 Xuyên nhiễu kênh tín hiệu quang 26 1.3.4 Suy hao - quỹ công suất hệ thống WDM 26 1.3.5 Tán sắc - bù tán sắc 27 1.3.6 Ảnh hƣởng hiệu ứng phi tuyến 28 1.3.7 Phƣơng pháp giải ảnh hƣởng hiệu ứng phi tuyến 37 1.4 Xu hƣớng nâng cao lực truyền dẫn hệ thống DWDM 37 1.4.1 Hạn chế lực truyền dẫn 37 1.4.2 Nâng cao lực truyền dẫn hệ thống 38 CHƢƠNG KĨ THUẬT ĐIỀU CHẾ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 41 2.1 Điều chế hệ thống DWDM 41 2.1.1 Khái niệm điều chế 41 2.1.2 Kĩ thuật điều chế trực tiếp điều chế 42 2.1.3 Điều chế công suất (OOK - On Off Keying) 47 2.2 Điều chế hệ thống coherent 53 2.2.1 Cơ thông tin quang Coherent 53 2.2.2 Máy thu hệ thống Coherent đại 56 2.2.3 Một số dạng điều chế Coherent 59 2.2.4 Kĩ thuật điều chế DP - QPSK 62 2.2.5 Chức DSP FEC hệ thống mạng 100 Gb/s 70 CHƢƠNG GIẢI PHÁP NÂNG CẤP MẠNG ĐƢỜNG TRỤC VNPT .74 3.1 Tình hình thị thƣơng mại hóa sản phẩm cho ứng dụng 100Gb/s 74 3.2 Giải pháp 100Gb/s DP-QPSK hãng Ciena 78 3.2.1 Giới thiệu mạng Ciena 78 3.2.2 Giải pháp đƣờng dài 100Gb/s 80 3.3 Những vấn đề cung cấp hệ thống mạng đƣờng trục Ciena 240 Gb/s 84 3.3.1 Quy hoạch sử dụng bƣớc sóng 84 3.3.2 Các modul cần thiết cho việc nâng cấp cho mạng lƣới 85 3.3.3 Nâng cấp phần mềm quản lý mạng 85 3.4 Mô phỏng, đánh giá hệ thống 100GB/S coherent 86 3.4.1 Tổng quan phần mềm optisystem 12 (6/2013) 86 3.4.2 Mơ hình hệ thống 100Gb/s DP-QPSK 88 3.4.3 Mơ hình hệ thống ghép bƣớc sóng 10 Gb/s 100 Gb/s 90 KẾT LUẬN .94 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 MỞ ĐẦU Hiện viễn thông khai thác sâu hệ thống truyền dẫn cáp sợi quang cần thiết phải tăng dung lƣợng truyền nhằm đáp ứng lƣu lƣợng mạng lõi IP không ngừng tăng lên nhanh chóng Kĩ thuật ghép kênh phân chia theo bƣớc sóng (WDM - Wavelength Division Multiplexing) đƣợc xem cách mạng băng thông mạng xƣơng sống Internet Tuy nhiên với mức độ phức tạp tăng dần mạng truyền dẫn quang xuất dịch vụ nhƣ: HD IPTV, IP VoD, lƣu trữ trực tuyến, điện toán đám mây mở rộng dịch vụ băng rộng nhƣ LTE, yêu cầu lƣu lƣợng đƣờng trung kế có xu hƣớng tăng đột biến Khi đó, định tuyến trung tâm mạng lõi tăng nhanh tốc độ cổng lên 100GbE Với nhu cầu dung lƣợng tƣơng lai mạng WDM gặp áp lực vấn đề tăng công suất tiêu thụ thiết bị tăng cự li truyền dẫn, khó đáp ứng đƣợc yêu cầu tiết kiệm lƣợng nhằm ngăn ngừa tƣợng ấm lên toàn cầu Trƣớc đòi hỏi nhƣ vậy, nhà sản xuất thiết bị lớn nhƣ Ciena, Alcatel-Lucent, Fujitsu… nỗ lực nghiên cứu phát triển hệ thống thiết bị truyền dẫn tốc độ cao Thực tế thử nghiệm thành cơng cơng nghệ truyền dẫn 100Gb/s bƣớc sóng, mở triển vọng cho việc nâng cấp hệ thống 10Gb/s 40Gb/s lên 100Gb/s Với trình xử lý tín hiệu số mạch tích hợp cỡ lớn (LSI - Large Scale Intergration), kĩ thuật tiên tiến đời nhƣ kĩ thuật mã sửa lỗi (FEC - Forward Error Correction) giảm tỉ lệ lỗi bít hệ thống, kĩ thuật xử lý tín hiệu số (DSP - Digital Signal Processor) công nghệ coherent kĩ thuật chủ chốt để hạn chế ảnh hƣởng yếu tố nhƣ: tán sắc màu (CD Chromatic Dispersion), tán sắc phân cực mode (PMD - Polarization Mode Dispersion), hiệu ứng phi tuyến tính tƣơng thích hạ tầng quang đƣợc thiết kế cho hệ thống 10Gb/s Một cải tiến cơng nghệ tiêu biểu thực thuật tốn xử lí tín hiệu số kết hợp với điều chế dịch pha cầu phƣơng lƣỡng cực (DP-QPSK) có tên gọi khác PMD-QPSK (Polarization Division Multiplexing -QPSK) PM-QPSK (Polarization Multiplexing) mà ngƣời ta chứng minh đƣợc kĩ thuật có khả miễn nhiễm cao CD PMD Vào ngày 11/3/2011, Công ty khai thác mạng Ciena Công Ty Viễn Thông Liên Tỉnh (VTN) công bố thử nghiệm thành công hệ mạng đƣờng trục quang VTN đƣợc tiến hành vào tháng năm 2011 Đây lần công nghệ coherent đƣợc sử dụng Việt Nam, với khoảng cách 500km thành phố Vinh Đà Nẵng, tiếp nối việc triển khai giải pháp mạng 40Gb/s đƣờng trục quốc gia Nhận thấy công nghệ coherent công nghệ mới, với việc đƣa kĩ thuật xử lí tín hiệu số có tiềm áp dụng vào hệ thống truyền dẫn dung lƣợng lớn vào hệ thống truyền dẫn tốc độ cao, nên chọn đề tài: “Nghiên cứu công nghệ Coherent, sử dụng kĩ thuật điều chế DP-QPSK hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao” với mục đích tìm hiểu cơng nghệ coherent, tìm hiểu điều chế DP-QPSK nhƣ ứng dụng kĩ thuật điều chế cho mạng có tốc độ 100Gb/s Nội dung đồ án đƣợc chia làm chƣơng: Chương Tổng quan hệ thống thông tin quang DWDM tốc độ cao Chương 2: Kĩ thuật điều chế hệ thống thông tin quang Chương 3: Điều chế DP - QPSK, giải pháp nâng cấp mạng đường trục VNPT Mặc dù cố gắng nhƣng khơng thể tránh khỏi thiếu sót Rất mong đƣợc bổ sung góp ý quý thầy bạn để tác giả hồn thiện đồ án Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ThS Tạ Hùng Cƣờng, ngƣời tận tình hƣớng dẫn em thời gian vừa qua, cảm ơn thầy cô giáo khoa Điện tử viễn thông - Trƣờng Đại học Vinh giúp đỡ em trang bị kiến thức trình học tập trƣờng Xin chân thành cảm ơn! Nghệ An, ngày 13 tháng 01 năm 2014 Sinh viên Bùi Thị Hồng TÓM TẮT Đồ án: “Ngh n cứu côn n QP K tron Coherent, sử dụn kĩ t uật đ ều c ế DP- t ốn truyền d n quan tốc độ cao” nghiên cứu kĩ thuật điều chế hệ thống quang coherent đƣợc ứng dụng mạng truyền dẫn tốc độ cao nhằm kiểm soát tăng đột biến lƣu lƣợng, đặc biệt điều chế DPQPSK đƣợc sử dụng để nâng cấp mạng truyền dẫn lên tốc độ 100Gb/s Từ nhƣợc điểm kĩ thuật điều chế truyền thống IM/DD mạng DWDM, đồ án nghiên cứu công nghệ coherent ứng dụng cho mạng truyền dẫn hệ dung lƣợng lớn ABSTRACT The project: "Studies Coherent technology, using DP-QPSK technique in hight-speed optical fiber transmission system” have studied the modulation technique for coherent optical system, has been used in high-speed transmission network to control the surge of traffic, especially DP-QPSK modulation was used to upgrade network transmission speeds up to 100Gb/s From drawbacks of the technical of traditional modulation IM/DD in DWDM networks, projects was studies coherent technology applications for the new generation transmission network large DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý ghép kênh theo bƣớc sóng phổ tín hiệu ghép 11 Hình 1.2 Phân bố bƣớc sóng CWDM 12 Hình 1.3 Hệ thống DWDM mở 13 Hình 1.4 Hệ thống DWDM tích hợp 13 Hình 1.5 Thiết bị đầu cuối quang OLT 15 Hình 1.6 Bộ ghép/tách kênh bƣớc sóng quang 17 Hình 1.7 a) Ghép tầng theo băng sóng; b) Ghép tầng đan xen chẵn lẻ 19 Hình 1.8 Cấu trúc tổng quát khuếch đại EDFA 20 Hình 1.9 Cấu trúc khuếch đại Raman 21 Hình 1.10 OADM sử dụng FBG Circulator 22 Hình 1.11 Cấu trúc ROAM hai hƣớng 22 Hình 1.12 Thiết bị nối chéo quang 23 Hình 1.13 Ảnh hƣởng SRS 29 Hình 1.14 Ảnh hƣởng SRS tới hệ thống WDM hai kênh 30 Hình 1.15 Ảnh hƣởng hiệu ứng SPM xung 33 Hình 1.16 Hiệu trộn FWM với khoảng cách kênh tán sắc sợi khác 36 Hình 1.17 Chồng lấn kênh 39 Hình 2.1 Dạng sóng ASK,FSK PSK 42 Hình 1.2 Mạch phát quang sử dụng Laser Diode 43 Hình 2.3 Sơ đồ khối điều chế 44 Hình 2.4 Bộ điều chế Mach - Zehnder cực 45 Hình 2.5 Bộ điều chế Mach - Zehnder hai cực 46 Hình 2.6 Bộ điều chế Electroabsorption 46 Hình 2.7 a) Dạng tín hiệu NRZ - OOK; b) Máy phát; c) Máy thu 48 Hình 2.8 Phổ tín hiệu 40Gb/s NRZ - OOK 49 Hình 2.9 a) Dạng tín hiệu RZ - OOK; b)Máy phát 50 Hình 2.10 a) Dạng kí tự quang tín hiệu 40Gb/s 66%-RZ-OOK; b).50%RZ-OOK; c) 33%-RZ-OOK 51 Hình 2.11 a) Dạng tín hiệu QASK; b) Phổ tín hiệu 40Gb/s QASK 52 Hình 2.12 Dạng tín hiệu duobinary quang (ODB) 52 Hình 2.13 Sơ đồ khối máy thu quang Coherent 54 Hình 2.14 Máy thu quang Coherent đại 56 Hình 2.15 Máy thu kết hợp đa dạng pha đa dạng pha kết hợp 57 Hình 2.16 Kĩ thuật đánh giá pha Feed - forward 58 Hình 2.17 Giản đồ dạng phổ tín hiệu BPSK 62 Hình 2.18 Điều chế giải điều chế BPSK 63 Hình 2.19 Giản đồ dạng phổ tín hiệu QPSK 63 Hình 2.20 Mã hóa hai bít liệu vào kí tự quang 64 Hình 2.21 Điều chế giải điều chế QPSK 64 Hình 2.22 Sự phân cực ánh sáng 65 Hình 2.33 a) Sơ đồ khối máy phát DP-QPSK 65 Hình 2.23 b) Sơ đồ khối máy thu DP-QPSK 66 Hình 2.24 a) Thay đổi pha trạng thái phân cực tín hiệu máy phát 67 Hình 2.24 b) Thay đổi pha trạng thái phân cực tín hiệu máy thu 68 Hình 2.35 Khuyến nghị cơng suất LO cho phép 69 Hình 2.26 Các chức DSB 70 Hình 2.27 Biểu đồ chịm sau bƣớc xử lý tín hiệu 71 Hình 2.28 Khối thu phát 100 Gb/s DP-QPSK sử dụng FEC 72 Hình 3.1 Thị trƣờng 40-100 Gbit/s theo dự báo Dell’s Oro Heavy Reading 75 Hình 3.2 Thị trƣờng 40-100 Gbit/s theo dự báo Ovum 75 Hình 3.3 Xu hƣớng phát triển tốc độ bit kênh WDM 76 Hình 3.4 Kiến trúc mạng Ciena 79 Hình 3.5 Mô tả kiến trúc mạng đƣờng dài 100Gbit/s hãng Ciena 80 Hình 3.6 Cấu trúc khung liệu G.709 82 Hình 3.7 Sơ đồ khối ghép tín hiệu ITU-T G.709 83 Hình 3.8 Mơ hình mơ hệ thống 100Gb/s DP-QPSK 88 Hình 3.9 Phổ tín hiệu sau máy phát 89 Hình 3.10 Phổ tín hiệu sau máy thu 89 Hình 3.11 Biểu đồ chịm tín hiệu 10Gb/s 100Gb/s 89 Hình 3.12 Biểu đồ tín hiệu 100Gb/s DP-QPSK sau 100 km 90 Hình 3.13 Tín hiệu miền thời gian 90 Hình 3.14 Mơ hình hệ thống ghép bƣớc sóng 10 Gb/s 100 Gb/s 91 Hình 3.15 Phổ tín tín hiệu WDM sau MUX trƣớc DEMUX 91 Hình 3.16 Phân tích tỉ lệ lỗi bít kênh bƣớc sóng 10 Gb/s 92 Hình 3.17 Phổ tín hiệu với kênh 10 Gb/s 100 Gb/s liền kề 93 Hình 3.18 Phổ tín hiệu sau gỡ bỏ kênh 10 Gb/s liền kề 93 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Bảng cự li bị hạn chế tán sắc khơng có trạm lặp 28 Bảng 2.1 DP - QPSK DP - MQAM 59 Bảng 2.2 Một số dạng điều chế 100 Gb/s 60 Bảng 2.3 So sánh số kĩ thuật điều chế 40Gb/s 60 Bảng 2.4 Các kỹ thuật điều chế khác 61 Bảng 2.5 Một vài tham số máy phát 100Gb/s DP-QPSK OIF 68 Bảng 2.6 Một vài tham số máy thu 100 Gb/s DP-QPSK 69 Bảng 3.1 Chuẩn IEEE P802.3ba 81 Bảng 3.2 Tải trọng khung liệu ITU -T G.709 82 SONET/SDH ) mạng OTN Chuẩn ITU-T G.709 cho phép tín hiệu khách hàng (client signal) đƣợc đóng gói xếp (mapping) vào khung, tƣơng tự nhƣ khung SONET/SDH Cấu trúc khung G.709 đƣợc minh họa nhƣ hình 3.6, đó: - Payload: liệu khách hàng, bao gồm SONET/SDH, ATM, GbE… - OPU: Optical channel Payload Unit: khối tải trọng kênh quang - ODU: Optical channel Data Unit: khối liệu kênh quang - OTU: Optical channel Transport Unit: khối truyền tải kênh quang - FEC: Forward Error Correction: mã sửa lỗi trƣớc Hình 3.6 Cấu trúc khung liệu G.709 Bảng 3.2 Tải trọng khung liệu ITU -T G.709 OTU ODU Tốc độ làm Tốc độ OUT Tốc độ ODU Tín hiệu khách trịn Gb/s Gb/s Gb/s hàng 1,244160 GbE 1,25 1 2,5 2,666057 2,498775 STM-16/OC-48 2 10 10,709225 10,037274 STM-64/OC-192 3 40 43,018414 40,319219 STM-256/OCT-768 4 100 111,80973 104,794446 100GbE 2e 2e 10 11,095730 10,399525 10GbE 3e1 3e1 40 44,580975 41,774364 4xODU2e 3e2 3e2 100 44,583356 41,785969 4xODU2e 82 Các khung liệu đƣợc ghép chéo nhƣ hình 3.7, tín hiệu cuối đƣợc truyền OTU1 - OTU4, tốc độ khung xem bảng 3.2 Nhƣ mạng truyền tải 100Gb/s, tín hiệu khách hàng 100GbE, đƣợc mapping vào ODU4 (ODU4 FEC = OTU4) Nếu tín hiệu khác đƣợc mapping vào ODU bậc thấp hơn, sau thực ghép theo hệ số nhƣ hình 3.7 để đƣợc tín hiệu ODU4 Hình 3.7 Sơ đồ khối ghép tín hiệu ITU-T G.709 Chú thích: - STM: Synchronous Transport Module: khối truyền tải đồng (SDH) - OC: Optical Carrier: khối vận tải quang (SONET) - L: Lower Order ODU: ODU bậc thấp - H: Higher Order ODU: ODU bậc cao - ODUflex: hỗ trợ liệu với tốc độ khác - FEC sử dụng ITU-T G.709 mã Reed Solomon (255,239) * OIF Khác với IEEE thƣờng không quan tâm đến kỹ thuật điều chế tín hiệu, OIF tập trung vào nghiên cứu kỹ thuật điều chế cho 100 Gb/s đƣờng dài lựa chọn DP-QPSK làm định dạng điều chế chuẩn cho tốc độ 100 Gb/s Những vấn đề liên quan đến điều chế giải điều chế DP-QPSK nhƣ máy phát máy thu 100 Gb/s DP-QPSK đƣợc giới thiệu Sau chọn 83 DP-QPSK làm định dạng điều chế cho công nghệ 100 Gb/s, Ciena cho mắt xử lý quang WaveLogic 3, sở cho việc nâng cấp mạng lên 100 Gb/s Những phân tích nêu tập trung vào mạng truyền tải đƣờng dài 100 Gb/s, nhiên thời điểm thời gian dài nữa, công nghệ 100 Gb/s tồn song song với công nghệ 10 Gb/s 40 Gb/s Nghĩa giao tiếp với mạng khách hàng giữ nguyên nhƣ lúc chƣa nâng cấp, thêm vào giao tiếp 100 GbE 10 x 10 GbE 3.3 Những vấn đề cung cấp hệ thống mạng đường trục Ciena 240 Gb/s Nhiều nƣớc giới triển khai hệ thống 100 Gb/s, Ciena với VTN thử nghiệm thành cơng Việt Nam, điều chứng tỏ hạ tầng mạng quang VNPT/VTN hồn tồn đáp ứng yêu cầu cho việc triển khai công nghệ 100 Gb/s Dự đoán năm 2015, VTN đƣa công nghệ vào sử dụng mạng đƣờng trục Bắc-Nam Trong phần nội dung xin đƣa vài nhận định vấn đề cần quan tâm nâng cấp mạng lƣới Khi triển khai cơng nghệ 100 Gb/s, VTN có hai lựa chọn: xây dựng hệ thống với giải pháp cơng nghệ lựa chọn từ nhà sản xuất thiết bị có sản phẩm thƣơng mại hóa nhƣ Fujitsu, Huawei, Alcatel-Lucent…Hai đầu tƣ nâng cấp hệ thống Ciena sử dụng Rõ ràng giải pháp khơng khả thi vào lúc chi phí để đầu tƣ xây dựng hệ thống cao nhiều thời gian Lựa chọn giải pháp thứ hai đồng nghĩa với lựa chọn giải pháp công nghệ 100 Gb/s DP-QPSK đƣờng dài Ciena Những ƣu điểm giải pháp đƣợc trình bày mục 2.3.4, quan trọng tận dụng đƣợc tối đa sở hạ tầng sử dụng cho công nghệ 10/40 Gb/s nên tiết kiệm đƣợc chi phí đầu tƣ Việc bù tán sắc đƣờng truyền sợi DCF làm tăng suy hao, độ phi tuyến, tán sắc phân cực mode dĩ nhiên làm tăng thêm chi phí xây dựng mạng quang Sử dụng giải pháp Ciena với công nghệ bù tán sắc điện tử khắc phục đƣợc nhƣợc điểm VTN có đƣợc kinh nghiệm nâng cấp hệ thống lên 40 Gb/s, coi nhƣ bƣớc đệm cho việc nâng cấp lên 100 Gb/s 3.3.1 Quy oạc sử dụn b c són Việc quy hoạch sử dụng bƣớc sóng vấn đề quan trọng triển khai công nghệ mới, phải có tính tốn dự báo kỹ lƣỡng xác nhu cầu 84 lƣu lƣợng truyền tải chặng thành phố tỉnh Những mô thử nghiệm Ciena bƣớc sóng 10 Gb/s, 40 Gb/s 100 Gb/s sử dụng xen kẽ gây ảnh hƣởng lẫn nhau;,nên lúc quy hoạch bƣớc sóng, bƣớc sóng 10 Gb/s, 40 Gb/s 100 Gb/s đƣợc chia thành nhóm riêng biệt cách khoảng nhóm Sử dụng bƣớc 100 Gb/s tùy thuộc vào tính tốn VTN thời điểm triển khai Trong qua trình triển khai cơng nghệ 40 Gb/s, Ring 8, tuyến Vinh - Cam Lộ - Đà Nẵng, đáp ứng đƣợc yêu cầu lai ghép hai công nghệ 10 Gb/s 40 Gb/s sợi G.655 suy hao chặng cao (ví dụ: Cam Lộ - A Lƣới = 36 dB) Nên Ciena lựa chọn giải pháp chuyển đổi bƣớc 10 Gb/s sang bƣớc 40 Gb/s Nhƣ lúc triển khai cơng nghệ 100 Gb/s gặp phải trƣờng hợp tƣơng tự Lúc phải đầu tƣ nâng cấp cáp quang tính tốn lắp đặt lại khuếch đại, xây dựng thêm node với chức khuếch đại đƣờng dây 3.3.2 Các modul cần t ết c o v c nân cấp c o mạn l 3.3.3 ân cấp p ần mềm quản lý mạn Lúc đƣa vào khai thác công nghệ 40 Gb/s, hệ thống mạng đƣờng trục BắcNam đƣợc nâng cấp phần mềm cho hệ thống quản lý mạng (NMS), nhiên vào thời điểm sản phẩm 100 Gb/s chƣa sẵn có nên phầm mềm khơng tƣơng thích khơng hỗ trợ công nghệ 100 Gb/s Nhƣ muốn đƣa vào khai thác công nghệ 100 Gb/s, VTN phải thực nâng cấp phần mềm quản lý mạng với mục đích tƣơng thích với phần mềm thiết bị thiết bị 100 Gb/s Cần lƣu ý việc nâng cấp phần mềm không thực cho tất thiết bị OME 6500 mà cho tất thiết bị CPL toàn mạng lƣới Việc nâng cấp phần mềm thiết bị OME 6500 trải qua hai giai đoạn sau đây: * Giai đoạn chuẩn bị - Chuẩn bị phần mềm phiên hỗ trợ công nghệ 100 Gb/s - Kiểm tra tƣơng thích phần mềm với module - Sao lƣu tất cấu hình có - Thiết lập bảng chứa thơng tin liên quan đến node đƣợc nâng cấp (ví dụ nhƣ tên node, địa IP, phiên phần mềm hoạt động…) - Loại bỏ phiên phần mềm khơng cịn sử dụng 85 * Giai đoạn nâng cấp - Thực nâng cấp, giai đoạn khoảng 70 - 80 phút - Sau nâng cấp xong, thực xóa hồn tồn phiên phần mềm cũ - Khởi động lại module có firmware mới, bao gồm card 100 Gb/s - Sao lƣu tất liệu hệ thống Ngoài ra, VTN phải mua thêm thiết bị OME 6500 module trang bị cho CPL đƣa vào sử dụng thêm nhiều bƣớc sóng lắp đặt/nâng cấp node mạng Bƣớc đầu thử nghiệm sử dụng bƣớc sóng 100 Gb/s ba node mạng lớn Hà Nội (HNI), Đà Nẵng (DNG) Thành phố Hồ Chí Minh (HCM), đảm nhiệm truyền tải lƣu lƣợng ba Router lõi đặt ba node mạng 3.4 Mô phỏng, đánh giá hệ thống 100GB/S coherent Trong phần này, xin đƣa số kết mô hệ thống 100 Gb/s DPQPSK với hỗ trợ phần mềm Optisystem 12 số kết thử nghiệm thực tế Tuy nhiên phần mềm hỗ trợ phân tích tín hiệu trƣớc xử lý tín hiệu số (DSP) Nói chung, nay, việc phân tích tín hiệu hệ thống sử dụng điều chế DP-QPSK cịn gặp nhiều khó khăn mức độ phức tạp công nghệ Việc mô hệ thống phần mềm vậy, mô hệ thống (điểm - điểm) hồn chỉnh với kết phân tích nhƣ mô hệ thống 10 Gb/s sử dụng điều chế cƣờng độ 3.4.1 Tổn quan p ần mềm opt system 12 (6/2013) Cùng với bùng nổ thông tin phức tạp hệ thông truyền dẫn, để mơ phỏng, phân tích đánh giá hệ thống cần đƣợc hỗ trợ phần mềm mô Hiện nay, phần mềm optisystem lựa chọn tối ƣu cho nhà thiết kế hệ thống quang nhƣ sở nghiên cứu, sinh viên chuyên ngành viễn thơng mức độ thí nghiệm mơ hình nhỏ Từ phiên 6.0, phổ biến phiên đến 6/2013 ngƣời ta cơng bố phần mềm optisystem phiên 12.0 nhằm đáp ứng nhu cầu việc mô tuyến truyền dẫn quang dung lƣợng cao a) Các tính quan trọng optisystem 12 Optisystem 12 bao gồm phát mới, thu thành phần DSP cho việc thực phân tích thiết kế hệ thống thơng tin quang coherent kết nối tín hiệu 16-QAM, DP-QAM DP-QPSK Các quan sát phổ tín hiệu 86 đƣợc giới thiệu bao gồm quan sát kép, cho phép ngƣời sử dụng thực phân tích dạng sóng đồng thời hai tín hiệu nhị phân độc lập, quang tín hiệu điện Ngồi cịn có tính khác, bao gồm: - Ngƣời xem “View signal” cho phép ngƣời sử dụng xem lƣu tín hiệu thực/phức tạp mảng liệu đầu thành phần - Cập nhật thông số đo đƣờng cong sợi đa mode, bao gồm hỗ trợ thiết kế số dốc đồ thị phân tích - Cập nhật phát QAM giả mã QAM, đặc biệt có khả nhập update đồ thị biên độ I-Q ngƣời dùng định nghĩa cho tùy chỉnh thiết kế cho sơ đồ điều chế QAM - Cập nhật tách sóng Photodetector PIN Photodetector APD, đặc biệt khả xác định độ nhạy với bƣớc sóng dựa loại vật liệu (Si, InGaAs, Ge), tùy chỉnh/đo giá trị - Cải tiến giao diện ngƣời dùng, bao gồm khả cho phép truy cập dự án mẫu từ thƣ mục kèm mục help, hỗ trợ không gian làm việc lớn phần báo cáo b) Thành phần thư viện - Bộ phát: 16-QAM, DP-16-QAM - Bộ thu: Optical Coherent 16-QAM, Optical Coherent DP-16-QAM - Digital Signal Processing: DSP for DP-QPSK; DSP for DP-16-QAM - Visualizers: New dual port components Có thành phần (Binary Sequence Visualizer, M-ary Sequence, Visualizer,OTD Visualizer, OSA, Oscilloscope, and RF) - Visualizers: Thành phần “View signal” Và số thành phần khác… c) Lợi ích phần mềm Optisystem 12 - Cung cấp nhìn tồn cầu vào hiệu hệ thống - Đánh giá nhạy cảm tham số giúp đỡ việc thiết kế chi tiết kỹ thuật - Trực quan trình bày tùy chọn thiết kế dự án khách hàng tiềm - Cung cấp truy cập đơn giản để tập hợp rộng rãi hệ thống đặc tính liệu - Cung cấp tham số tự động quét tối ƣu hóa 87 3.4.2 Mơ ìn t ốn 100Gb/s DP-QPSK Hình 3.8 Mơ hình mơ hệ thống 100Gb/s DP-QPSK - Máy phát DP-QPSK: Tần số: 193,1 THz, công suất: dBm, bit rate: 100 Gb/s - Máy thu DP-QPSK: Tần số: 193,1 THz, công suất: dBm, bit rate: 100 Gb/s, photodetector: PIN với R = 0,8 A/W - Sợi quang : Chiều dài: 100 km (Loop control = 1), hệ số suy hao: 0,2 dB/km, hệ số tán sắc 16,75 ps/(nm.km), độ dốc tán sắc: 0,075 ps/nm2/km - Khuếch đại EDFA: G = 20 dB, hệ số nhiễu NF = dB - khuếch tín hiệu điện có độ lợi 20 dB - lọc thơng thấp Bessel - Ngồi cịn máy phân tích phổ quang (OSA Input OSA Output), máy quan sát tín hiệu quang miền thời gian (OTDV Input OTDV Output), máy quan sát chòm tín hiệu điện hai phân cực X Y (Electrical Constellation Visualizer X Electrical Constellation Visualizer Y) 88 Hình 3.9 Phổ tín hiệu sau máy phát Hình 3.10 Phổ tín hiệu sau máy thu Hình 3.11 Biểu đồ chịm tín hiệu 10Gb/s 100Gb/s Ta thấy hệ thống hoạt động với tốc độ bit 10 Gb/s biểu đồ chịm tín hiệu nhƣ hình bên trái, lúc hệ thống hoạt động tốt (các ký tự quang “00”, “01”, “11”, “10” nằm đỉnh hình vng cách xa tâm, nên xác suất lựa chọn ký tự quang cao, nghĩa tỉ lệ lỗi bit thấp) Tuy nhiên, tăng tốc độ bit lên 100 Gb/s biểu đồ chịm tín hiệu nhƣ hình bên phải tỉ lệ lỗi bit lớn nhiều, dẫn đến hệ thống hoạt động đƣợc nhƣ không sử dụng xử lý tín hiệu số tốc độ cao Chúng ta đối chiếu với kết thử nghiệm thực tế tài liệu việc quan sát hình dƣới (tín hiệu sau máy thu chƣa qua DSP, tán sắc 170 ps chƣa đƣợc bù đƣờng truyền, kết có đƣợc nhờ máy phân tích điều chế quang PSO-200 hãng EXFO): 89 Hình 3.12 Biểu đồ tín hiệu 100Gb/s DP-QPSK sau 100 km Rõ ràng sau chặng 100 km, pha tín hiệu bị thay đổi (nhiễu pha), điều đƣợc thể qua kết phân tích tín hiệu quang miền thời gian đƣợc thể hình (trên phân cực X) Sau máy phát, trạng thái “00”, “01”, “11”, “10” đƣợc phân biệt giá trị pha sóng mang cách 90 độ (hình bên trái) Trƣớc máy thu (sau 100 km), pha tín hiệu bị méo nghiêm trọng (hình bên phải) Hình 3.13 Tín hiệu miền thời gian 3.4.3 Mơ hình hệ thống ghép bước sóng 10 Gb/s 100 Gb/s Xét ảnh hƣởng kênh 100 Gb/s lên kênh 10 Gb/s hệ thống WDM sử dụng khoảng cách kênh 100 GHz 90 Hình 3.14 Mơ hình hệ thống ghép bước sóng 10 Gb/s 100 Gb/s Mơ hình mơ hệ thống DWDM, bao gồm kênh bƣớc sóng: - Kênh 0: 100 Gb/s, tần số 193,1 THz, - Kênh 1: 10 Gb/s, tần số 193,2 THz, - Kênh 2: 10 Gb/s, tần số 193,3 THz, - Kênh 3: 10 Gb/s, tần số 193,4 THz Hình 3.15 Phổ tín tín hiệu WDM sau MUX trước DEMUX Mơ hình sử dụng lại tuyến quang mơ hình nhƣng có thực bù tán sắc đƣờng truyền sợi DCF Sợi DCF có chiều dài 20 km hệ số suy hao 0,5 dB/km, hệ số tán sắc: -16,75.100/20 = -83,75 ps/(nm.km) Để bù suy hao 91 sợi DCF ta dùng thêm khuếch đại EDFA với hệ số khuếch đại: 20.0,5 = 10 dB Ngoài cịn dùng thêm máy phân tích tỉ lệ lỗi bit (BER Analyzer) cho kênh 10 Gb/s Hình 3.16 thể dạng phổ tín hiệu WDM điểm phát (hình bên trái) điểm thu (hình bên phải), phổ tín hiệu 100 Gb/s nằm ngồi bên trái Hình 3.16 Phân tích tỉ lệ lỗi bít kênh bước sóng 10 Gb/s Ta thấy tỉ lệ lỗi bit kênh lớn nhất, kênh nhỏ gần nhƣ không Nhƣ kênh gần kênh (100 Gb/s) bị ảnh hƣởng, kênh cách kênh khoảng 300 GHz gần nhƣ không bị ảnh hƣởng Điều giải thích Ciena khuyến nghị nhóm kênh 10 Gb/s lại gần trừ khoảng bảo vệ kênh 100 Gb/s với kênh 10 Gb/s (cũng nhƣ 40 Gb/s) * Xét ản ởn k n 10 Gb/s l n k n 100 Gb/s: Các kênh 10 Gb/s gây ảnh hƣởng lên kênh 100 Gb/s, nhƣng phần mềm Optisystem lại khơng hỗ trợ phân tích tỉ lệ lỗi bit kênh 100 Gb/s Tuy nhiên 92 quan sát điều qua hình ảnh thu đƣợc từ thử nghiệm giải pháp 100 Gb/s Alcatel-Lucent Cuộc thử nghiệm Alcatel-Lucent đƣợc thực mạng CESNET, qua chặng, chặng dài khoảng 100 km, chặng đầu sử dụng sợi G.652 chặng sau sử dụng sợi G.655 Thực ghép 14 kênh 10 Gb/s (khoảng cách kênh 100 GHz) kênh 100 Gb/s (khoảng cách kênh 50 GHz), kênh 100 Gb/s nằm kênh 10 Gb/s, xem hình 3.18 Hình 3.17 Phổ tín hiệu với kênh 10 Gb/s 100 Gb/s liền kề Hiệu suất kênh 100 Gb/s đƣợc đo cách theo dõi số lƣợng khung liệu đƣợc sửa (dùng mã hóa FEC) khoảng thời gian 15 phút Ban đầu kênh 10 Gb/s 100 Gb/s gần kề (hình 3.18) số khung đƣợc sữa lỗi 1144 triệu Nhƣng sau kênh 10 Gb/s liền kề đƣợc gỡ bỏ (hình 3.19) số khung đƣợc sữa lỗi tăng lên 2282 triệu, nghĩa hiệu suất kênh truyền 100 Gb/s bị sụt giảm Điều nghe vơ lý đƣợc nghiên cứu Tuy nhiên lại khơng gây ảnh hƣởng kênh 10 Gb/s cịn lại Hình 3.18 Phổ tín hiệu sau gỡ bỏ kênh 10 Gb/s liền kề 93 KẾT LUẬN Theo dự báo VTN, giai đoạn từ đến năm 2015, lƣu lƣợng mạng đƣờng trục Bắc-Nam tăng với tỉ lệ hàng năm vào khoảng 85% , tỷ lệ cao so với mức tăng trung bình nhiều nƣớc giới Chính lẽ đó, việc nâng cao lực truyền dẫn hệ thống mạng đƣờng trục trở thành vấn đề cấp thiết vài năm tới Đƣa công nghệ 100 Gb/s vào ứng dụng mạng lõi xu hƣớng chung nhà khai thác mạng giới vài năm qua năm tới VTN sẵn sàng cho việc nâng cấp hệ thống mạng đƣờng trục mà chứng việc VTN với Ciena thử nghiệm thành công công nghệ 100 Gb/s hệ thống mạng Ciena 240G, theo giải pháp 100 Gb/s Long-haul hãng Ciena Tìm hiểu kỹ thuật đƣợc ứng dụng công nghệ 100 Gb/s mà quan trọng kỹ thuật điều chế DP-QPSK cần thiết cho kỹ sƣ sinh viên có dự định làm việc mảng truyền dẫn quang Điều chế DP-QPSK đƣợc lựa chọn cho công nghệ 100 Gb/s, tốc độ bit cao nhƣ 200 400 Gb/s kỹ thuật điều chế đƣợc lựa chọn? Câu trả lời hƣớng mở đề tài này, kỹ thuật điều chế đƣợc quan tâm cho công nghệ 200/400 Gb/s DP-16QAM - điều chế biên độ vng góc 16 mức ghép phân cực Tuy nhiên, kiến thức hạn chế thời gian có hạn nên nội dung đề tài trình bày cách sơ lƣợc lý thuyết số điều chế hệ thống quang Coherent, chƣa có số liệu tính tốn cụ thể nhƣ phân tích kết đạt đƣợc việc triển khai hệ thống thực tế 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đỗ Văn Việt Em, Kỹ thuật thông tin quang & 2, Học viện Bƣu Viễn thơng, Hà Nội, 2007 [2] Lê Quốc Cƣờng, Đỗ Văn Việt Em, Phạm Quốc Hợp, Nguyễn Huỳnh Minh Tâm, Hệ thống thông tin quang - Tập & 2, Nhà xuất Thông tin Truyền thông, Hà Nội, 2009 [3] Texas, DWDM Primer, Fujitsu Network Communications Inc, 2004 [4] Gildas Chauvel, Dispersion in Optical Fibers, Anritsu Corporation [5] Texas, The path to 100G, Fujitsu Network Communications Inc, US, 2011 [6] M Nakazawa, K Kikuchi, T Miyazaki, High Spectral Density Optical Communication Technologies, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2010 [7] Texas, Beyond 100G, Fujitsu Network Communications Inc, US, 2012 [8] OIF, 100G Ultra Long Haul DWDM Framework Document, 2010 [9] OIF, Implementation Agreement for Intradyne Coherent Receivers, 2010 [10] Hiroshi Yamazaki, Takashi Yamada, Kenya Suzuki, Takashi Goh, Akimasa Kaneko, Akihide Sano, Eiichi Yamada, Yutaka Miyamoto, Integrated 100-Gb/s PDM-QPSK modulator using a hybrid assembly technique with silica-based PLCs and LiNbO3 phase modulators, Brussels Expo, Belgium, 2008 [11] Xu Zhang, Digital Signal Processing for Optical Coherent Communication Systems, Technical University of Denmark, 2012 [12] Júlio César R F de Oliveira, 100Gbit/s and Beyond Optical Communications Systems, Optical Transmission Activities in Brazil [13] Coherent Optical Networking, Ciena Corporation, US, 2011 [14] Coherent DWDM Technologies, Infinera Corporation, US, 2012 [15] Verizon Deploys Commercial 100G Ultra-Long-Haul Optical System on Portion of Its Core European Network [16] Shen Anle, 100G stands tall with a strong backbone, Huawei Communicate, Issue 58, 12/2010 [17] Solving the 100 Gb/s transmission challenge, Ciena® Corporation, 2010 [18] OIF, Multisource Agreement for 100G Long-Haul DWDM Transmission Module - Electromechanical, 2010 95 Các website tham khảo: [19] http://optiwave.com/applications/100-gbps-dp-qpsk-system-with-digitalsignal-processing, truy cập lần cuối 18/01/2014 [20] http://www.vft.com.vn/detail/su-can-thiet-trien-khai-mang-truyen-dan-tocdo-sieu-cao-nham-kiem-soat-su-tang-dot-bien-cua-luu-luong.html, truy cập lần cuối 18/01/2014 [21] http://elib.tic.edu.vn:8080/dspace/bitstream/123456789/10545/1/61DTVT.pdf, truy cập lần cuối 18/01/2014 [22] http://www.ciena.com/about/newsroom/press-releases/Cienas-Coherent100G-Solution-Selected-for-Janet6-Infrastructure.html, truy cập lần cuối 18/01/2014 [23] http://huawei.com/ilink/en/solutions/broader-smarter/morematerialb/HW_104783#.UpTkSluLE7o, truy cập lần cuối 18/01/2014 [24] http://www.jdsu.com/productliterature/otn-fec_po_opt_tm_ae.pdf, truy cập lần cuối 18/01/2014 96 ... cứu công nghệ Coherent, sử dụng kĩ thuật điều chế DP- QPSK hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao? ?? với mục đích tìm hiểu cơng nghệ coherent, tìm hiểu điều chế DP- QPSK nhƣ ứng dụng kĩ thuật điều chế. .. “Ngh n cứu côn n QP K tron Coherent, sử dụn kĩ t uật đ ều c ế DP- t ốn truyền d n quan tốc độ cao? ?? nghiên cứu kĩ thuật điều chế hệ thống quang coherent đƣợc ứng dụng mạng truyền dẫn tốc độ cao nhằm... nâng cao lực truyền dẫn hệ thống DWDM 37 1.4.1 Hạn chế lực truyền dẫn 37 1.4.2 Nâng cao lực truyền dẫn hệ thống 38 CHƢƠNG KĨ THUẬT ĐIỀU CHẾ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 41 2.1 Điều