Lúc đƣa vào khai thác công nghệ 40 Gb/s, hệ thống mạng đƣờng trục Bắc-Nam đã đƣợc nâng cấp phần mềm cho hệ thống quản lý mạng (NMS), tuy nhiên vào thời điểm đó sản phẩm 100 Gb/s vẫn chƣa sẵn có nên phầm mềm không tƣơng thích hoặc không hỗ trợ đối với công nghệ 100 Gb/s. Nhƣ vậy muốn đƣa vào khai thác công nghệ 100 Gb/s, VTN phải thực hiện nâng cấp phần mềm quản lý mạng với mục đích tƣơng thích với các phần mềm thiết bị mới và thiết bị 100 Gb/s mới. Cần lƣu ý rằng việc nâng cấp phần mềm không chỉ thực hiện cho tất cả các thiết bị OME 6500 mà còn cho tất cả các thiết bị CPL trên toàn bộ mạng lƣới. Việc nâng cấp phần mềm trên thiết bị OME 6500 có thể trải qua hai giai đoạn sau đây:
Giai đoạn chuẩn bị:
- Chuẩn bị phần mềm phiên bản mới hỗ trợ công nghệ 100 Gb/s. - Kiểm tra sự tƣơng thích của phần mềm với các module.
- Sao lƣu tất cả các cấu hình hiện có.
- Thiết lập một bảng chứa thông tin liên quan đến các node đƣợc nâng cấp (ví dụ nhƣ tên node, địa chỉ IP, phiên bản phần mềm đang hoạt động…).
- Loại bỏ các phiên bản phần mềm không còn sử dụng. Giai đoạn nâng cấp:
- Thực hiện nâng cấp, giai đoạn này có thể mất khoảng 70 – 80 phút. - Sau khi nâng cấp xong, thực hiện xóa hoàn toàn phiên bản phần mềm cũ. - Khởi động lại các module có firmware mới, bao gồm các card 100 Gb/s. - Sao lƣu tất cả các dữ liệu hệ thống.
Ngoài ra, VTN có thể sẽ phải mua thêm thiết bị OME 6500 và các module trang bị cho CPL khi đƣa vào sử dụng thêm nhiều bƣớc sóng mới hoặc lắp đặt/nâng cấp các node mạng. Bƣớc đầu có thể thử nghiệm sử dụng bƣớc sóng 100 Gb/s giữa ba node mạng lớn Hà Nội (HNI), Đà Nẵng (DNG) và Thành phố Hồ Chí Minh (HCM), đảm nhiệm truyền tải lƣu lƣợng giữa ba Router lõi đặt tại ba node mạng này.
3.3.3 Mô phỏng và thử nghiệm hệ thống 100 Gb/s DP-QPSK
Trong phần cuối cùng của chƣơng 3, xin đƣa ra một số kết quả mô phỏng hệ thống 100 Gb/s DP-QPSK với sự hỗ trợ của phần mềm Optisystem 11 và một số kết quả thử nghiệm trên thực tế. Tuy nhiên phần mềm chỉ hỗ trợ phân tích tín hiệu trƣớc bộ xử lý tín hiệu số (DSP). Nói chung, cho đến hiện nay, việc phân tích tín hiệu trong hệ thống sử dụng điều chế DP-QPSK vẫn còn gặp rất nhiều khó khăn do mức độ phức tạp của công nghệ. Việc mô phỏng hệ thống này trên các phần mềm cũng vậy, không thể mô phỏng một hệ thống (điểm – điểm) hoàn chỉnh với các kết quả phân tích nhƣ khi mô phỏng hệ thống 10 Gb/s sử dụng điều chế cƣờng độ.
3.3.3.1 Mô hình 1
D S P
Hình 3.10 Mô hình mô phỏng hệ thống 100 Gb/s DP-QPSK
Mô hình 1 miêu tả một hệ thống thu/phát 100 Gb/s DP-QPSK, bao gồm:
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: 10 Gb/s và 100 Gb/s, photodetector: PIN với R = 0,8 A/W.
Sợi quang G.652: 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.
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).
Kết quả mô phỏng:
Phổ của tín hiệu sau máy phát (trên phân cực X và Y):
Hình 3.11 Phổ của tín hiệu sau máy phát
Biểu đồ chòm sao tín hiệu điện (10 Gb/s và 100 Gb/s, trên phân cực Y):
10 Gb/s
100 Gb/s
Hình 3.12 Biểu đồ chòm sao tín hiệu 10 Gb/s và 100 Gb/s
Ta thấy khi hệ thống hoạt động với tốc độ bit 10 Gb/s thì biểu đồ chòm sao tín hiệu nhƣ trên hình bên trái, 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 bitlên 100 Gb/s thì biểu đồ chòm sao tín hiệu nhƣ trên hình bên phải và tỉ lệ lỗi bit sẽ lớn hơn rất nhiều, dẫn đến hệ thống không thể hoạt động đƣợc nếu nhƣ không sử dụng bộ xử lý tín hiệu số tốc độ cao. Chúng ta có thể đối chiếu với kết quả thử nghiệm trên thực tế đƣợc nêu trong hình 2.42 của tài liệu [1] bằng việc quan sát hình dƣới đây (tín hiệu sau máy thu chƣa qua bộ DSP, tán sắc 170 ps chƣa đƣợc bù trên đƣờng truyền, kết quả có đƣợc nhờ máy phân tích điều chế quang PSO-200 của hãng EXFO):
Phân cực X Phân cực Y
Hình 3.13 Biểu đồ chòm sao tín hiệu 100 Gb/s DP-QPSK sau 100 km
Rõ ràng sau chặng 100 km, pha của tín hiệu đã bị thay đổi (nhiễu pha), điều này đƣợc thể hiện qua kết quả phân tích tín hiệu quang trên miền thời gian đƣợc thể hiện ở trên hình 3.14 (trên phân cực X). Sau máy phát, 4 trạng thái
“00”, “01”, “11”, “10”
đƣợc phân biệt bởi 4 giá trị pha của sóng mang cách nhau 90 độ (hình bên trái).
Trƣớc máy thu (sau 100 km), pha của tín hiệu đã bị méo nghiêm trọng (hình bên
phải) dẫn đến chòm sao tín hiệu có dạng nhƣ trên hình 3.13. Việc khôi phục pha
cũng nhƣ tần số của tín hiệu sẽ đƣợc thực hiện trong bộ DSP.
3.3.3.2 Mô hình 2
Xét ảnh hƣởng của kênh 100 Gb/s lên kênh 10 Gb/s trong một hệ thống WDM sử dụng khoảng cách kênh 100 GHz.
Hình 3.15 Mô hình hệ thống ghép bước sóng 10 Gb/s và 100 Gb/s
Mô hình 2 mô phỏng một hệ thống DWDM, bao gồm 4 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 3.16 Phổ của tín tín hiệu WDM sau bộ MUX và trước bộ DEMUX
Mô hình 2 sử dụng lại tuyến quang trong mô hình 1 nhƣng có thực hiện bù tán sắc trên đƣờng truyền bằng sợi DCF. Sợi DCF có chiều dài 20 km và 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 trên sợi DCF
ta dùng thêm một bộ khuếch đại EDFA 2 với hệ số khuếch đại: 20.0,5 = 10 dB. Ngoài ra còn dùng thêm 3 máy phân tích tỉ lệ lỗi bit (BER Analyzer) cho 3 kênh 10 Gb/s. Hình 3.16 thể hiện dạng phổ của tín hiệu WDM tại điểm phát (hình bên trái) và tại điểm thu (hình bên phải), phổ của tín hiệu 100 Gb/s nằm ở ngoài cùng bên trái.
Xét ảnh hƣởng của kênh 100 Gb/s lên các kênh 10 Gb/s:
BERmin = 2.7424.10-17 BERmin = 4.63237.10-26
(a) Kênh 1 (b) Kênh 2
(c) Kênh 3
BERmin = 2.0311.10-200
Hình 3.17 Phân tích tỉ lệ lỗi bit của 3 kênh bước sóng 10 Gb/s
Ta thấy tỉ lệ lỗi bit của kênh 1 là lớn nhất, kênh 3 là nhỏ nhất và gần nhƣ là bằng không. Nhƣ vậy kênh càng gần kênh 0 (100 Gb/s) thì càng bị ảnh hƣởng, kênh 3 cách kênh 0 một khoảng 300 GHz và gần nhƣ không bị ảnh hƣởng. Điều đó giải thích vì sao Ciena khuyến nghị nhóm các kênh 10 Gb/s lại gần nhau và trừ ra một khoảng bảo vệ giữa kênh 100 Gb/s với các kênh 10 Gb/s (cũng nhƣ 40 Gb/s).
Xét ảnh hƣởng của các kênh 10 Gb/s lên kênh 100 Gb/s:
Các kênh 10 Gb/s cũng gây ảnh hƣởng lên kênh 100 Gb/s, nhƣng phần mềm Optisystem lại không hỗ trợ phân tích tỉ lệ lỗi bit của kênh 100 Gb/s. Tuy nhiên chúng ta có thể quan sát điều này qua những hình ảnh thu đƣợc từ cuộc thử nghiệm giải pháp 100 Gb/s của Alcatel-Lucent [1]. Cuộc thử nghiệm của Alcatel-Lucent đƣợc thực hiện trên mạng của CESNET, qua 6 chặng, mỗi chặng dài khoảng 100 km, 3 chặng đầu sử dụng sợi G.652 và 3 chặng sau sử dụng sợi G.655. Thực hiện ghép 14 kênh 10 Gb/s (khoảng cách kênh 100 GHz) và 2 kênh 100 Gb/s (khoảng cách kênh 50 GHz), 2 kênh 100 Gb/s nằm ở giữa những kênh 10 Gb/s, xem hình 3.18.
C ôn g su ất ( d B m ) Bƣớc sóng (nm)
Hình 3.18 Phổ của tín hiệu với kênh 10 Gb/s và 100 Gb/s liền kề nhau
Hiệu suất của kênh 100 Gb/s đƣợc đo bằng cách theo dõi số lƣợng khung dữ liệu đƣợc sửa (dùng mã hóa FEC) trong khoảng thời gian 15 phút. Ban đầu khi các kênh 10 Gb/s và 100 Gb/s gần kề nhau (hình 3.18) thì số khung đƣợc sữa lỗi là 1144 triệu. Nhƣng sau khi 3 kênh 10 Gb/s liền kề đƣợc gỡ bỏ (hình 3.19) thì số khung đƣợc sữa lỗi tăng lên 2282 triệu, nghĩa là hiệu suất kênh truyền 100 Gb/s bị sụt giảm. Điều này nghe có vẻ vô lý và hiện nay vẫn đang đƣợc nghiên cứu. Tuy nhiên nó lại không gây ra ảnh hƣởng đối với những kênh 10 Gb/s còn lại.
C ôn g su ất ( d B m ) Bƣớc sóng (nm)
KẾT LUẬN
Theo dự báo của VTN, trong giai đoạn từ nay đến năm 2015, lƣu lƣợng trên mạng đƣờng trục Bắc-Nam sẽ tăng với tỉ lệ hàng năm vào khoảng 85% [24], đó là một tỷ lệ khá cao so với mức tăng trung bình của nhiều nƣớc trên thế giới . Chính vì lẽ đó, việc nâng cao năng lực truyền dẫn của hệ thống mạng đƣờng trục sẽ trở thành vấn đề cấp thiết trong vài năm tới. Đƣa công nghệ 100 Gb/s vào ứng dụng trong mạng lõi là xu hƣớng chung của các nhà khai thác mạng trên thế giới trong vài năm qua và những năm sắp tới. VTN cũng đã sẵn sàng cho việc nâng cấp hệ thống mạng đƣờng trục của mình mà bằng chứng là việc VTN cùng với Ciena thử nghiệm thành công công nghệ 100 Gb/s trên hệ thống mạng Ciena 240G, theo giải pháp 100 Gb/s Long-haul của hãng Ciena. Tìm hiểu về những kỹ thuật đƣợc ứng dụng trong công nghệ 100 Gb/s mà quan trọng nhất là kỹ thuật điều chế DP-QPSK là cần thiết cho các kỹ sƣ và sinh viên có dự định làm việc trong mảng truyền dẫn quang. Đó cũng là mục tiêu chính của em khi chọn đề tài này để làm Đồ án tốt nghiệp.
Tuy nhiên do kiến thức hạn chế và thời gian có hạn nên nội dung của đề tài chỉ trình bày một cách sơ lƣợc về lý thuyết điều chế DP-QPSK, chƣa có những số liệu tính toán cụ thể cũng nhƣ phân tích các kết quả đạt đƣợc trong việc triển khai một hệ thống trên thực tế. Do vậy, em rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp của quý thầy cô cũng nhƣ các bạn đọc quan tâm, để cuốn Đồ án này đƣợc hoàn thiện hơn. Khi đọc xong cuốn Đồ án này, chắc hẳn nhiều ngƣời sẽ đặt ra câu hỏi: Điều chế DP-QPSK đƣợc lựa chọn cho công nghệ 100 Gb/s, vậy ở những tốc độ bit cao hơn nhƣ 200 hoặc 400 Gb/s kỹ thuật điều chế nào sẽ đƣợc lựa chọn ? Câu trả lời cũng chính là hƣớng mở của đề tài này, kỹ thuật điều chế đƣợc quan tâm nhất hiện nay cho công nghệ 200/400 Gb/s là DP-16QAM – điều chế biên độ vuông góc 16 mức ghép phân cực.
Một lần nữa em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Đỗ Văn Việt Em cùng các thầy trong Khoa Viễn thông 2 đã hƣớng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành cuốn Đồ án này.
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Thuật ngữ Tiếng Anh Tiếng Việt
ADPSK Amplitude DPSK Điều chế pha kết hợp công suất
AMP Amplifier Bộ khuếch đại
APD Avalanche Photo-Diode Photodiode kiểu thác
ASE Amplified Spontaneous Emission Phát xạ tự phát đƣợc khuếch đại
ASK Amplitude Shift Keying Khóa dịch biên độ
BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bit
BPF Band Pass Filter Bộ lọc thông dải
BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân
CD Chromatic Dispersion Tán sắc màu
CMD Channel Mux/Demux Ghép/tách kênh
CPL Common Photonic Layer Lớp quang tử chung
DBPSK Differential BPSK BPSK vi sai
DBR Distributed Bragg Reflector laser Laser phản xạ Bragg phân bố DCF Dispersion Compensation Fiber Sợi quang bù tán sắc
DEMUX Demultiplexer Bộ tách kênh
DFB Distributed FeedBack laser Laser hồi tiếp phân bố
DGD Differential Group Delay Trễ nhóm vi sai
DP-QPSK Dual Polarization-Quadrature Phase Shift Keying
Khóa dịch pha vuông góc phân cực kép (ghép phân cực)
DPSK Differential PSK Tƣơng tự nhƣ DBPSK
DQPSK Differential QPSK QPSK vi sai
DSF Dispersion-Shifted Fiber Sợi quang dịch tán sắc DSP Digital Signal Processor Bộ xử lý tín hiệu số
DWDM Dense WDM WDM mật độ cao
EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier Khuếch đại quang sợi pha Erbium eDCO electronic Dispersion
Compensation Optics
Bù tán sắc động điện tử
eSNR Electrical Signal-to-Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên nhiễu điện
FBG Fiber Bragg Grating Cách tử Bragg sợi quang
FEC Forward Error Correction Mã sửa lỗi trƣớc
FSK Frequency Shift Keying Khóa dịch tần số
FWM Four Wave Mixing Trộn bốn sóng
HD IPTV High Definition Internet Protocol
Television
Truyền hình theo giao thức internet có độ phân giải cao
IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers
IM/DD Intensity Modulation / Direct Detection
Điều chế cƣờng độ / Tách sóng trực tiếp
IP VoD Internet Protocol Video on Demand Video theo yêu cầu sử dụng giao thức internet
ITU International Telecommunications Union
Liên minh viễn thông quốc tế LASER
(Laser)
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
Khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích của bức xạ
LEAF Large Effective Area Fiber Sợi quang diện tích hiệu dụng lớn
LED Light Emitting Diode Diode phát quang
LO Local Oscillator Bộ dao động nội
LPF Low Pass Filter Bộ lọc thông thấp
MUX Multiplexer Bộ ghép kênh
MZM Mach-Zehnder Modulator Bộ điều chế Mach-Zehnder
NRZ Non Return-to-Zero Không trở về 0
NZ-DSF Non-Zero DSF Sợi quang dịch tán sắc khác 0
OADM Optical Add/Drop Multiplexer Bộ ghép xen/rớt bƣớc sóng quang OFDM Orthogonal Frequency Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao
OIF Optical Internetworking Forum Diễn đàn liên mạng quang
OLA Optical Line Amplifier Khuếch đại đƣờng quang
OME Optical Multiservice Edge (Thiết bị) Biên đa dịch vụ quang
OOK On-Off Keying Khóa mở - tắt
OPLL Optical Phase Locked Loop Vòng khóa pha quang
OSNR Optical Signal-to-Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên nhiễu quang OTN Optical Transport Network Mạng truyền tải quang
OXC Optical Cross Connect Bộ kết nối chéo quang
PBC Polarization Beam Combiner Bộ kết hợp tia phân cực PBS Polarization Beam Splitter Bộ tách tia phân cực PDM-
QPSK
Polarization Division Multiplexing – QPSK.
Tƣơng tự nhƣ DP-QPSK
PMD Polarization Mode Dispersion Tán sắc phân cực mode PM-QPSK Polarization Multiplexing – QPSK Tƣơng tự nhƣ DP-QPSK
PSK Phase Shift Keying Khóa dịch pha
QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ vuông góc QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha vuông góc
ROADM Reconfigurable OADM OADM cấu hình lại đƣợc
RZ Return-to-Zero Trở về 0
SBS Stimulated Brillouin Scattering Tán xạ Brillouin kích thích SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng bộ
SE Spectral Efficiency Hiệu suất phổ
SMF Single Mode Fiber Sợi quang đơn mode
SONET Synchronous Optical NETwork Mạng quang đồng bộ
SPM Self Phase Modulation Tự điều chế pha
SRS Stimulated Raman Scattering Tán xạ Raman kích thích
TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời gian VNPT VietNam Posts and
Telecommunications group
Tập đoàn Bƣu chính Viễn thông Việt Nam
VTN Vietnam Telecoms National Công ty Viễn thông liên tỉnh
WAN Wide Area Network Mạng diện rộng
WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bƣớc sóng
WSS Wavelength Selectable Switch Chuyển mạch lựa chọn bƣớc sóng
XPM Cross Phase Modulation Điều chế pha chéo
