Chương 1: Giới thiệu 1. Đặt van đề Công nghệ WDM-PON được xem là một giải pháp mới của mạng truy cập với băng thông cung cấp cho mỗi user không giới hạn. Tuy nhiên, chi phí dau tư để xây dựng hệ thong WDM-PON quá cao mà đặc biệt là chi phí thiết bị đầu cuối người dùng là một van dé rất nhạy cảm. Do đó, dé giảm chi phí, luận văn sẽ xây dựng hệ thong WDM-PON truyền dẫn hai chiều trên cùng một sợi quang, cùng một bước sóng với tín hiệu Upstream tái điều chế lại tín hiệu Downstream.
Nhưng việc tái điều chế lại tín hiệu Downstream dé truyền tín hiệu Upstream hiệu suất của hệ thống bị suy giảm rất nghiêm trọng do hiện tượng nhiễu Rayleigh Backscattering xảy ra trong sợi quang. Dé giảm nhiễu Rayleigh Backscattering đến mức tối thiểu nhằm nâng cao và tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống, luận văn sẽ thực hiện bang cách kết hợp nhiều mã đường truyén. Với tín hiệu Downstream sử dụng các mã đường truyền như AMI, Manchester, CSRZ, DRZ, MDRZ, NRZ va tín hiệu Upstream sử dụng mã đường truyền như NRZ, RZ. Sau đó tìm ra cặp điều chế nào là tối ưu nhất.
Giới thiệu về WDM-PON Từ khi sợi quang ra đời, đã có nhiều công trình nghiên cứu để sử dụng sợi quang cho những dịch vụ truy cap đòi hỏi băng thông rộng [1-4]. Vào năm 1976, Fiber-To-The- Home (FTTH) lần đầu tiên được thử nghiệm, tuy tín hiệu có bị suy hao (1 dB/km) nhưng không đáng kể [1,2,5]. Tuy nhiên, vào thời điểm đó sợi quang chỉ được nghiên cứu trong phòng thí nghiệm do chỉ phí đầu tư cao và nhu câu sử dụng những dịch vụ băng rộng còn quá thấp. Cách đây khoảng 15 năm, nhu cầu sử dụng dịch vụ băng rộng ngày càng cao, sợi quang đã được ứng dụng rộng rãi và trở nên thương mai hóa.
Hiện nay, FTTH đã trải qua quá trình phát triển rất nhanh và số lượng thuê bao trên toàn thế giới lên đến 67 triệu [6]. Hiện nay, các giải pháp truy cập trong mạng quang pho biến nhất trên thé giới là Time Division Multiplexing Passive Optical Network (TDM-PON). Trong đó G-PON có tốc độ Downstream đạt tới 10 Gb/s, tốc độ Upstream 2. Tuy nhiên, do sự phát triển liên tục của các dịch vụ đa phương tiện và nhu câu sử dụng những dịch vụ này với băng HVTH: Đặng Thanh Tùng 20 MSHV: 12140057 Giảm can nhiễu trong WDM-PON băng cách kêt hợp nhiêu mã đường truyên GVHD: TS.
Phạm Quang Thai thông rộng ngày càng cao. Thực tế, đã có nhiều nhà cung cấp dịch vụ đã sẵn sàng cung cấp với tốc độ truy cập lên đến 1 Gbps cho những thuê bao của họ [7]. Ngoài ra, theo kế hoạch đến năm 2020 [8,9], tốc độ truy cập của mạng quang lên đến 10 Gb/s, năm 2030 tốc độ lên tới 100 Gb/s [10]. Tuy nhiên, dé đạt được tốc độ truy cập băng rộng như vay TDM-PON không thé đáp ứng được.
Ý tưởng sử dụng kỹ thuật Wavelength Division Multiplexing (WDM) trong mang truy cập quang cũng đã bắt đầu vào những năm 1970 [11]. Ở giai đoạn này, chủ yếu là phát triển, tích hợp mạng truy cập quang băng rộng để cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau bằng cách sử dụng nhiều bước sóng khác nhau [12]. Vào những năm 1980, một số nỗ lực nghiên cứu đã chứng minh răng Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network (WDM-PON) cung cấp những dịch vụ với băng thông rộng [13]. Tuy nhiên, trong thời điểm đó dé thiết lập hệ thống WDM-PON thi rất tốn kém do sử dụng nguồn sáng có bước sóng đặc biệt như laser chọn bước sóng.
Đã có một số cỗ găng để vượt qua vẫn đề này bang cách tách pho dau ra của Light Emitting Diode (LED) và sử dụng như là colorless light sources (CLS) [14]. CLS có thé hiểu là nguồn sáng đơn sắc chỉ có một bước sóng duy nhất. CLS được tạo ra bang cách tách phố đầu ra của broadband light source (BLS) như LED và được giải thích chi tiết ở chương 2 ở mục 2. Tuy nhiên, hiệu suất của CLS giảm do công suất ra của LED nhỏ và suy hao do tách phố lớn.
Vào giữa những năm 1990, nhiều kết quả nghiên cứu đã đưa ra trong việc phát triển CLS cho việc sử dụng trong WDM- PON [15,16]. Ké từ đó, có nhiều nỗ lực dé phát triển thực tế về WDM-PON và cải tiến hiệu năng bao gồm những thử nghiệm có qui mô lớn được tổ chức tại Hàn Quốc [17,18]. Nhờ vào những cố gắng không ngừng mà WDM-PON hiện nay đã được quan tâm để triển khai trong các hệ thống truy cập băng rộng. Trong những năm gần đây PON đã thu hút rất nhiều công trình nghiên cứu và hứa hẹn đem lại cho khách hàng những dịch vụ băng thông rộng với qui mô lớn.
Băng cách kết hợp WDM vào trong PON tạo ra hệ thống quang gọi là WDM-PON mang lại cho khách hàng băng thông cao hơn các chuẩn PON khác như TDM-PON [19]. HVTH: Dang Thanh Tung 21 MSHV: 12140057 Giảm can nhiễu trong WDM-PON băng cách kêt hợp nhiêu mã đường truyên GVHD: TS. Phạm Quang Thai Mang PON cung cấp băng thông cao hơn trong mạng truy cập truyền thông. Mang PON là mạng liên kết từ một điểm đến nhiều điểm, nơi mà một Optical Light Terminal (OLT) ở Central Office (CO) kết nối đến nhiều Optical Network Unit (ONU) ở điểm truy cập gọi là Remote Note (RN) thông qua một hoặc nhiều bộ phân chia công suất quang được gọi là optical splitter.
Mạng giữa OLT và ONU hoàn toàn là thiết bị thụ động có nghĩa là những thiết bị không cần cung cấp nguồn điện và sợi quang kết nối giữa OLT và RN gọi là feeder fiber (FF), khoảng cách của FF từ 15-20 km [20]. Từ RN sẽ phân phối cho các ONU băng những sợi quang gọi là distribution fiber (DF), khoảng cách của các DF thường nhỏ hơn 5 km [20]. PONs sử dụng một bước sóng riêng cho mỗi chiều truyền, chiều truyền xuống gọi là Downstream (DS) truyền từ CO tới người dùng đầu cuối và chiều ngược lại gọi la Upstream (US). Ví dụ, trong Ethernet-PON (EPON) sử dụng bước sóng 1490 nm cho DS và bước sóng 1310 nm cho US.
Mặc dù PON cung cấp băng thông cao hon mạng truy cập đồng nhưng van cần phải tăng băng thông do nhu cau ngày càng cao của con người bang cách triển khai WDM vào trong PON để ghép nhiều bước sóng ở một hoặc hai hướng truyền DS và US, công nghệ ngày được gọi là WDM-PON [19]. WDM-PON được dé xuất sử dụng vào những năm 1990, tuy nhiên nó vẫn chưa thương mại hóa được vì một SỐ lý do: nhu cầu thị trường đòi hỏi băng thông rộng chưa cao, thiết bị và công nghệ kỹ thuật còn kém, những giao thức mạng và những phan mém hỗ trợ cho kiến trúc này còn thiếu [19].1 mô tả cau trúc tong quát của WDM-PON [19]. HVTH: Dang Thanh Tung 22 MSHV: 12140057 Giảm can nhiễu trong WDM-PON băng cách kêt hợp nhiêu mã đường truyền GVHD: TS. Pham Quang Thai saa sal ocean Sg Wes par eecpg eae ee tases Se Sl ONUs ieee | | OLT | Kiêntan | 2 `.
ik 3⁄ =! Receiver , i Ay, Az. An —> | AWG- eS eemas © based WDM Receiver s Router [ c— 1*N a a oT Receiver |. An —? L E1 _ | | fewer]| en ———=—————————— Receiver Array/Optical Demux Ù | | Central Office (CQ) Hình 1. 1 Cấu trúc tổng quát của WDM-PON Câu trúc tong quat cua WDM-PON bao gom cac thanh phan: OLT, RN, ONU, FF, DF, các bộ Multiplexer (MUX), Demultiplexer (DEMUX), coupler va những circulator.
OLT về co bản nó gồm bộ MUX va DEMUX được đặt ở vị trí 1 như trên hình 1.1 và hai bộ WDM Modulated source, Receiver Array/Optical demux. Bộ MUX nham muc dich ghép các bước sóng lại với nhau được tạo ra từ bộ WDM Modulate source để truyền cho các ONU. Bộ DEMUX nhằm mục đích tách các bước sóng được gửi từ những ONU theo chiều US và những bước sóng này được nhận bởi WDM Receiver. Bộ MUX và DEMUX có thé được ghép với nhau thông qua bộ Circulator nhăm mục đích định hướng bước sóng được ghép đi theo đúng chiều truyền [20].
RN được đặt ở vị trí 2 trên hình 1.1, RN thường là bộ AWG dé định tuyến bước sóng cho các ONU hoặc những bộ MUX, DEMUX kết nối vào bộ circulator. Nói chung có nhiều mô hình phụ thuộc vào yêu cầu sử dụng mà thiết kế, sử dụng thiết bi va dau nối cho phù hợp. ONU được đặt ở thuê bao nó gồm hai bộ thu và bộ phát, bộ thu dùng để thu bước sóng phát từ OLT theo chiều DS, bộ phát dùng dé phát tín hiệu từ ONU đến OLT theo chiều US. Bộ thu và bộ phát thường kết nối với nhau thông qua bộ Coupler được đặt ở vi HVTH: Đặng Thanh Tùng 23 MSHV: 12140057 Giảm can nhiễu trong WDM-PON băng cách kêt hợp nhiêu mã đường truyên GVHD: TS.
Phạm Quang Thai trí 3. Bước sóng thu được ở bộ thu và bước sóng phát đi ở bộ phát có thé cùng 1 bước sóng hoặc hai bước sóng khác nhau. Trong WDM-PON, nếu sử dụng hai bước sóng khác nhau thì phải tốn thêm nguồn laser dé tao bước sóng ở phía ƠNU như vậy dẫn đến rất tốn kém về chi phí nếu triển khai hệ thống lớn và hệ thông sử dụng hai bước sóng như vậy ngày nay các nhà cung cấp đang sử dụng. Nếu sử dụng cùng một bước sóng có thể tận dụng năng lượng của tín hiệu DS để tái điều chế lại và truyền đi cho tín hiệu US.
Việc tái điều chế lại tín hiệu DS dé truyền đi cho tín hiệu US sẽ rất hiệu quả về chi phí nếu triển khai trong hệ thong lớn vì không can nguồn laser cho ONU và hệ thống như vậy ngày nay có rất nhiều công trình nghiên cứu. Tuy nhiên, nó vẫn chưa được áp dụng sử dụng trong thực tế vì nó còn rất nhiều van dé cần phải nghiên cứu dé nâng cao chất lượng. Trong luận văn này sẽ nghiên cứu vấn đề tái điều chế lại tín hiệu và những vẫn đề tồn động này sẽ được phân tích kĩ ở phan sau. FF là sợi quang thường dùng là sợi đơn mode vì sợi quang đơn mode it bi suy hao và ảnh hưởng của tán sắc và do đó truyền được khoảng cách xa.
Sợi quang đơn mode có thé truyền trên khoảng cách rất xa, trong hệ thống WDM-PON có thể lên tới 15-25 km [19,21]. DF hay còn gọi là drop fiber cũng thường dùng là sợi đơn mode có khoảng cách nhỏ hơn 5 km, trong thực tế khoảng cách khoảng 0.DF kết nối từ RN tới ONU. Một số công nghệ và ứng dụng của WDM-PON Tat cả những họ FTTx đều có thé sử dụng công nghệ PON như EPON, BPON, GPON.