1. Giải pháp 100 Gb/s DP-QPSK của hãng Ciena
WaveLogicTM(mới nhất là WaveLogic 3), cho phép nâng cấp mạng lưới 10Gb/s đang sử dụng lên 40Gb/s và 100 Gb/s và tương lai lên đến 400Gb/s, một cách đơn giản và hiệu quả về chi phí.
Các giải pháp mạng quang học của Ciena được ứng dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới, bao gồm mạng siêu đường dài (Ultra-Longhaul), mạng đường dài (Long-haul), mạng vùng (Regional) và mạng đô thị (Metro). Ưu điểm của các giải pháp mạng Ciena là kiến trúc mạng đơn giản, linh hoạt và dễ dàng nâng cấp khi cần.
Về công nghệ mạng quang Coherent tốc độ cao, Ciena là hãng cung cấp thiết bị đầu tiên trên thế giới đưa sản phẩm cho ứng dụng 40Gb/s và 100Gb/s vào thương mại hóa. Tính đến ngày 06/09/2012, đã có hơn 100 khách hàng sử
dụng công nghệ 40/100 Gb/s của Ciena, với hơn 15 triệu km đã được triển khai trên toàn cầu. Giải pháp 40/100 Gb/s của Ciena dựa trên bộ vi xử lý quang Coherent WaveLogic TM (mới nhất là WaveLogic 3), cho phép nâng cấp mạng lưới 10Gb/s đang sử dụng lên 40Gb/s và 100Gb/s và tương lai lên đến 400Gb/s, một cách đơn giản và hiệu quả về chi phí.
Giải pháp mạng quang đường dài của Ciena thường được ứng dụng vào mạng đường trục quốc gia. Ưu điểm của nó là ở tính đơn giản, linh hoạt; xây dựng hệ thống mạng theo kiến trúc module cho phép thay đổi, nâng cấp và quản lý dễ dàng. Đặc biệt giải pháp 100Gb/s của Ciena cho phép tận dụng tối đa cơ sở hạ tầng mạng đã được xây dựng cho hệ thống 10Gb/s, đồng thời giảm bớt một số khối thiết bị như bộ khuếch đại Raman, bộ bù tán sắc trên đường truyền, bộ tái tạo tín hiệu. Một số đặc điểm của giải pháp 100Gb/s:
Hỗ trợ 88 kênh bước sóng 100 Gb/s (khoảng cách kênh 50 GHz).
Có thể ghép hỗn hợp với kênh 10 Gb/s và 40 Gb/s trên cùng một sợi
quang.
Phù hợp với lưới ITU 50 GHz và 100 GHz.
Sử dụng hai sóng mang con với khoảng cách 20 GHz, làm cho tốc độ xử lý giảm được một nữa (xuống còn 14 Gsymbol/s).
Hỗ trợ khoảng cách hơn 1000 km (không cần Regenerator).
Sử dụng bù tán sắc động điện tử và có thể bù ±32000 ps/nm.
Cho phép một lượng tán sắc phân cực mode khoảng 10 ps.
Tính miễn nhiễm với PMD cao hơn so với hệ thống 10 Gb/s.
Có thể đi qua 10 ROADM (50 GHz).
Hình 2.13. Mô tả kiến trúc mạng đường dài 100Gb/s của hãng Ciena 2. FLASHWAVE 9500 cho các mạng Metro
FLASHWAVE 9500 được thiết kế và phát triển dựa trên ý tưởng một sản phẩm dành cho mạng quang với chuyển mạch gói, tích hợp một cách hiệu quả các mạng hiện tại với các mạng thế hệ mới. Tùy theo ứng dụng, có thể kết hợp rất đa dạng các khối chức năng với nhau để tạo ra một hệ thống tối ưu cho các mạng IP, SONET/SDH và DWDM hiện có. Điều này không chỉ cho phép nâng cấp mạng hiện tại lên mạng thế hệ tiếp theo với tốc độ cao hơn, dung lượng lớn hơn trong khi vẫn duy trì hoạt động mà còn giúp tiết kiệm không gian và năng lượng bằng việc đơn giản quá trình vận hành phức tạp hiện nay, quản lý xuyên suốt qua các miền IP, SONET/SDH, DWDM và hợp nhất các phần tử cấu thành mạng.
Khối chức năng DWDM của hệ thống này, bộ xen rẽ kênh quang (ROADM), hỗ trợ 88 bước sóng, xen rẽ bước sóng tùy ý, có khả năng kết nối tập trung đến 8 hướng, cự ly truyền dẫn lên tới 1200 km với cấu hình lên tới 24 node. Thêm vào đó, nó thực hiện chuyển mạch hỗn hợp, kết hợp giữa chuyển mạch kênh (TDM) trong mạng SONET-SDH và chuyển mạch lớp 2 (Layer 2) trong mạng IP trong cùng một hệ thống, cho phép xây dựng một mạng IP mới trong khi vẫn duy trì mạng SONET-SDH; nó cũng cho cung cấp các dịch vụ Ethernet trên SONET/SDH (EoS) hoặc truyền dẫn DWDM các dịch vụ Ethernet. Do các dịch vụ di động cho các điện thoại thông minh và dịch vụ 3G/LTE ngày càng phổ biến và tăng trưởng về lưu lượng, các nhà khai thác viễn thông sẽ yêu cầu giảm chi phí trên mỗi bit truyền tải và giải pháp tăng dung lượng một cách hiệu quả về mặt kinh tế. Nhiều nhà khai thác đã xây dựng hệ thống truyền dẫn DWDM trên cơ sở các kênh 10 Gb/s. Để đáp ứng sự gia tăng chóng mặt về yêu cầu băng thông, từ năm 2012, nhiều nhà cung cấp thiết bị đã đưa ra các bộ thu phát, tách ghép kênh với tổng băng thông tối đa 100 Gb/s, điều này cho phép mở rộng băng thông mạng gấp 10 lần mà không cần xây dựng thêm các mạng chồng lấn với chi phí đắt đỏ.
Công nghệ truyền dẫn quang coherent số mới nhất được sử dụng trong các bộ thu phát và tách ghép kênh 100 Gb/s của FLASHWAVE 9500 đã loại bỏ
yêu cầu về thiết kế bù tán sắc, điều thường được yêu cầu trong cấu trúc mạng, và làm cho các mạng hiện tại có thể thích nghi với tín hiệu 100 Gb/s mà không cần thay đổi bất cứ điều gì. Thêm vào đó, ngày nay không cần phải thiết kế bù tán sắc và xác định đặc tính sợi quang của tuyến truyền dẫn nhờ đó làm giảm giá thành xây dựng, bảo trì và vận hành mạng.
Bên cạnh công nghệ chuyển mạch hỗn hợp TDM-IP, Fujitsu hiện đang phát triển thiết bị chuyển mạch cho mạng truyền dẫn quang (OTN), được đánh giá là sẽ trở thành thiết bị chủ đạo trong các mạng thế hệ tiếp theo, và nghiên cứu phát triển tăng dung lượng chuyển mạch (960 Gb/s cho TDM, 1,2 Tb/s cho chuyển mạch gói và 2,4 Gb/s cho OTN) giúp giảm hơn nữa các chi phí cho mạng.
Hình 2.14
3. FLASHWAVE S660 cho truyền dẫn cáp quang biển
FLASHWAVE S660 có các tính năng hữu ích tương tự như FLASHWAVE S650 hiện tại và hơn nữa còn có cự ly truyền dẫn trên 9000km với dung lượng cao. Ngoài ra, FLASHWAVE S660 là thiết bị đầu cuối đáng tin cậy, dễ dàng vận hành và bảo trì.
Sử dụng công nghệ coherent số, dung lượng truyền dẫn mỗi sợi quang có thể lên tới 3,6 Tb/s (40 Gb/s×90 bước sóng). Thêm vào đó, các thành phần và chức năng chính, có ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn, được cấu hình dự phòng để đạt được độ tin cậy cao. Để truyền dẫn các tín hiệu WDM (90 bước
sóng×40 Gb/s) trên cự ly lớn, cần phải bù giá trị tán sắc màu tích lũy (CD) do sợi quang gây ra đối với từng bước sóng. Từ trước đến nay, giá trị tán sắc màu tích lũy tại mỗi bước sóng này được bù bằng cách sử dụng một sợi và/hoặc thiết bị quang.
Sử dụng công nghệ coherent số, tại phía máy thu có thể bù giá trị tán sắc tích lũy nhờ quá trình xử lý tín hiệu số tốc độ cao. Nhờ vậy, không cần thiết sử dụng sợi và/hoặc thiết quang để bù từng tán sắc màu riêng lẻ, điều đó giúp cho cấu hình thiết bị trở nên đơn giản, nhỏ gọn, chi phí thấp.
Trong trường hợp hệ thống truyền dẫn cáp quang biển, thiết bị cần thiết ban đầu thường có số lượng bước sóng nhỏ hơn so với dung lượng thiết kế. Để hoạt động ổn định và truyền dẫn tín hiệu với chất lượng cao, thiết bị được cung cấp chức năng nguồn sáng giả, duy trì công suất tín hiệu trên mỗi bước sóng không đổi, không phụ thuộc vào số bước sóng mà thiết bị có, ngay cả khi thiết bị chỉ có cấu hình hoạt động với một bước sóng.
Với các hệ thống cáp quang biển có cự ly trên 9000 km, thường sử dụng bằng hoặc hơn 100 bộ lặp để bù suy hao tín hiệu truyền trên sợi quang. Do các bộ khuếch đại trong từng trạm lặp có đường đặc tính khuếch đại với độ nghiêng và độ gợn khác nhau làm cho các tín hiệu WDM sau khi truyền qua hệ thống có độ chênh lệch lớn về công suất trong băng thông khuếch đại tổng thể tại phía thu. Để bù cho độ lệch công suất này, thiết bị phía phát được trang bị chức năng tiền khuếch đại, tinh chỉnh công suất truyền cho từng bước sóng.
Giao diện phía khách hàng của thiết bị có cấu trúc đa tốc độ và có khả năng xử lý nhiều loại tín hiệu bao gồm IP và SONET/SDH cùng với OTN. Nhờ tính tương thích cao với FLASHWAVE 9500 đề cập trong phần trước được bảo đảm, chúng ta có thể thiết lập và tích hợp các hệ thống truyền dẫn cáp quang biển với hệ thống truyền dẫn mặt đất một cách đồng nhất (Hình 2.15). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hơn nữa, thiết bị này cho phép tạo thành hệ thống truyền dẫn có độ trễ thấp, yếu tố được đánh giá là rất quan trọng trong các giao dịch tài chính quốc tế.
IV. Mô phỏng
Mô hình hệ thống 100 Gb/s DP-QPSK
Hình 3.1 Mô hình hệ thống 100 Gb/s DP-QPSK
• Máy phát DP-QPSK: Tần số: 193,1 THz, công suất: 0 dBm, bit rate: 100 Gb/s.
• Máy thu DP-QPSK: Tần số: 193,1 THz, công suất: 0 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 = 4 dB.
• 4 bộ khuếch tín hiệu điện có độ lợi 20 dB.
• 4 bộ lọc thông thấp Bessel
• Ngoài ra còn 2 máy phân tích phổ quang (OSA Input và OSA Output), 2
máy quan sát tín hiệu quang trên miền thời gian (OTDV Input và OTDV Output), 2 máy quan sát chòm sao tín hiệu điện trên hai phân cực X và Y (Electrical Constellation Visualizer X và Electrical Constellation Visualizer Y).
Hinh 3.2 Phổ tín hiệu sau máy thu
Hình 3.3
Hình 3.4
Ta thấy khi hệ thống hoạt động với tốc độ bit 10 Gb/s thì biểu đồ chòm sao tín hiệu như trên hình 3.4, lúc này hệ thống hoạt động tốt (các ký tự quang “00”, “01”, “11”, “10” nằm trên 4 đỉnh của hình vuông và cách xa tâm, nên xác suất lựa chọn đúng ký tự quang cao, nghĩa là tỉ lệ lỗi bit thấp). Tuy nhiên, khi tăng tốc độ bit lên 100 Gb/s thì biểu đồ chòm sao tín hiệu như trên hình 3.5 và tỉ lệ lỗi bit sẽ lớn hơn rất nhiều, dẫn đến hệ thống không thể hoạt động được nếu như không sử dụng bộ xử lý tín hiệu số tốc độ cao.
Rõ ràng sau chặng 100 km, pha của tín hiệu đã bị thay đổi (nhiễu pha), điều này được thể hiện qua kết quả phân tích tín hiệu quang trên miền thời gian được thể hiện ở trên hình (trên phân cực X). Sau máy phát, 4 trạng thái “00”, “01”, “11”, “10” được phân biệt bởi 4 giá trị pha của sóng mang cách nhau 90 độ (hình bên trái). Trước máy thu (sau 100 km), pha của tín hiệu đã bị méo nghiêm trọng (hình bên phải).
Tổng kết
Trong hệ thống thông tin quang Coherent, chúng ta có thể áp dụng các kỹ thuật điều chế số quen thuộc như ASK, FSK, PSK. Trong hệ thống thông tin quang Coherent thường sử dụng các tín hiệu nhị phân nên các kỹ thuật điều chế khóa dịch pha và dịch tần số sẽ là BPSK và BFSK. Tùy thuộc vào bộ dao động nội tạo ra tín hiệu quang có tần số như thế nào mà chúng ta có các kỹ thuật tách sóng khác nhau. Nếu tần số ánh sáng phát ra từ bộ dao động nội khác với tấn số tín hiệu quang tới thì chúng ta có kỹ thuật tách sóng Homodyne và tín hiệu sau bộ tách sóng quang là tín hiệu dải nền. Còn nếu tần số ánh sáng phát ra từ bộ dao động nội khác với tần số tín hiệu quang tới thì chúng ta có kỹ thuật tách sóng Heterodyne và tín hiệu thu được sau bộ tách sóng quang là tín hiệu IF. Để khôi phục được tín hiệu dải nền từ tín hiệu IF này, chúng ta phải thực hiện thêm một bước nữa đó là giải điều chế điện có thể áp dụng ở đây.
Kỹ thuật tách sóng Homodyne có thể áp dụng kiểu tách sóng đường bao và áp dụng cho dạng tín hiệu ASK và BPSK. Với kỹ thuật tách sóng Heterodyne, chúng ta có thể sử dụng kiểu tách sóng Heterodyne đồng bộ. Kiểu tách sóng Heterodyne đồng bộ có thể áp dụng lên cho dạng tín hiệu ASK, FSK và DPSK. Mỗi kiểu tách sóng khác nhau sẽ cho chúng ta chất lượng hệ thống khác nhau, và chúng ta có thể đánh giá chất lượng hệ thống thông qua xác suất lỗi lỗi P(e) với mỗi kiểu tách sóng như sau:
P(e) = (Heterodyne ASK đồng bộ) P(e) (Heterodyne ASK không đồng bộ) P(e) = (Heterodyne FSK đồng bộ) P(e) (Heterodyne FSK không đồng bộ) P(e) = (Heterodyne BPSK đồng bộ) P(e) (Heterodyne DPSK không đồng bộ) P(e) = (Homodyne ASK)
P(e) = (Homodyne BPSK)
Tỷ số tín hiệu trên nhiễu của hệ thống tách sóng quang Coherent cũng được xác định như sau:
== =
Do đó thông qua yêu cầu về chất lượng của hệ thống, chúng ta cũng có thể xác định được SNR tối thiểu cần thiết của bộ thu ứng với mỗi kiểu tách sóng.
Như vậy kỹ thuật tách sóng quang coherent có thể cải thiện độ nhạy máy thu so với kỹ thuật sóng quang trực tiếp. Tuy nhiên để có thể đưa kỹ thuật này vào hệ thống viễn thông thực tế thì còn gặp nhiều khó khăn nhất định như cần phải có nguồn quang phát ra tín hiệu có độ ổng định tần số và pha tốt.
Từ yêu cầu ngày càng cao về tăng dung lượng truyền tải của mạng lõi, Fujitsu đã phát triển công nghệ coherent số và đưa vào thương mại hóa hệ thống truyền dẫn tốc độ siêu với dung lượng 100 Gb/s cho các mạng đường trục và 40 Gb/s cho các mạng cáp quang biển. Công nghệ coherent số mang đến một cuộc cách mạng được coi là bước tiến về mô hình trong truyền dẫn quang. Cùng với việc biến yêu cầu tăng dung lượng truyền dẫn thành hiện thực, công nghệ này nâng cao hiệu quả khai thác mạng một cách ngoạn mục và giảm chi phí tổng thể. Trong tương lai, để đáp ứng với sự tăng liên tục lưu lượng truyền dẫn, Fujitsu tăng tốc quá trình nghiên cứu phát triển thiết bị tích hợp đa lớp cho các hệ thống truyền dẫn quốc gia và áp dụng hệ thống truyền dẫn tốc độ siêu cao cho mạng cáp quang biển quốc tế. Fujitsu cũng lên kế hoạch phát triển các mạng dung lượng cao tiên tiến, 400 Gb/s và 1 Tb/s, tiếp tục theo đuổi mục tiêu tăng cường hơn nữa hiệu quả sử dụng tần số.
Tài liệu tham khảo:
• Ky-Thuat-Thong-Tin-Quang-2
• Coherent Optical Communications: Historical Perspectives and Future Directions (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});