Chương 1: Giới thiệu tổng quan GVHD: TS. Phạm Quang Thái 1.3 Phạm vi nghiên cứu Trong luận văn này chủ yếu tập trung tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh đa sóng mang phụ SCM, kỹ thuật ghép kênh đa sóng mang quang WDM và kỹ thuật mang truy cập quang thụ động PON cùng các hiệu ứng phi tuyến tác động lên hệ thông WDM. Thiết lập mô hình SCM-WDM-PON tái sử dụng bước sóng quang tin hiệu đường Downlink cho việc điều chế tín hiệu đường Upink để tiết kiệm nguồn laser phát cho hướng Uplink. Mô hình mô phỏng hệ thống SCM-WDM-PON được thiết lập bằng phần mềm Optisystem 7.
Hệ thong được thực hiện chạy mô phỏng với việc ghép 2 kênh dữ liệu SCM đường xuống được điều chế 16-QAM, và 2 kênh dữ liệu đường lên với định dạng NRZ trên cùng một sóng mang quang ở bước sóng 1550nm cho cả hướng lên va hướng xuống. Tốc độ cho hướng xuống, tốc độ cho hướng lên, chiều dài và công suất thực hiện chạy mô phỏng được giới hạn như sau: Tốc độ đường xuống từ 1Gb/s đến 5Gb/s. Tốc độ đường lên từ 1Gb/s đến 5Gb/s. Chiêu dài cáp quang từ 20 km đến 35 km.
Công suất phát laser từ 0 dbm đến 6dbm. Tốc độ bit hướng lên và tốc độ bit hướng xuống được xác định trong phạm vi từ 1Gb/s đến 5Gb/s dé đảm bao cho pho của 2 kênh này không chong lấn lên nhau gây ra hiện tượng nhiễu liên kí tự (ISI ) khi 2 kênh đều ở tốc độ 5Gb/s. Hon thế nữa khi tốc độ mỗi kênh ở 5Gb/s thì tốc độ tổng cộng truyền trên một bước sóng là 10Gb/s khi ở tốc độ này thì hiện tượng tán sắc màu và tán sắc phân cực mode sẽ gia tăng đáng kế làm xung ánh sáng truyền trên sợi quang bị mở rộng ra đều này ảnh hướng nghiêm trọng đến chất lượng hệ thống làm cho BER hướng lên không tốt dẫn đến không lẫy được số liệu để phân tích trong Minitab. Chiêu dài cáp quang bị giới hạn trong phạm vi từ 20km đến 35km là do trong khoảng chiều dài này BER hệ thông ở hướng lên van còn ôn định các số liệu đo đạt HVTH: Cao Nguyên Đáng MSHV: 12140012 7 Chương 1: Giới thiệu tổng quan GVHD: TS.
Phạm Quang Thái có thé phân tích được nhưng khi chiều dài vượt quá 35km thì các ảnh hưởng của tán sắc và suy hao cùng các hiệu ứng phi tuyến tác động mạnh lên hệ thông dẫn đến BER hướng lên rất xâu làm cho các số liệu đo đạt sẽ không phân tích được hoặc phân tích không chính xác. Công suất phát của laser được lựa chọn trong phạm vi từ 0dbm đến 6dbm là để ta quan sát sự ảnh hưởng của hiệu ứng tự điều pha SPM tác động lên hệ thống được rõ ràng hơn. Khi công suất phát được gia tăng đến 6dbm hiệu ứng SMP sẽ tác động rõ rệt làm ảnh hưởng nghiệm trọng đến chất lượng hệ thống, vấn dé này sẽ được phân tích rõ hơn trong phần 2.4 của chương 2.4 Phương pháp nghiên cứu. Do không có điều kiện thực hiện mô hình trên thiết bị thật để đánh giá kết quả, luận văn dùng phần mềm mô phỏng Optysystem 7 thiết lập mô hình hệ thông SCM-WDM-PON và chạy mô phỏng thu thập dữ liệu sau đó dùng phần mềm Minitab dé phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thông.
Kiểm tra xem yếu tô nào tác động mạnh lên hiệu suất hệ thống và yếu tố nào it tác động đến hệ thong, sau do ta toi ưu các biến số thỏa mãn một điều kiện cho trước của hệ thống dé tìm ra các giá trị tối ưu nhất cho hệ thông.5 Các đóng góp của luận văn. Một số đóng góp chính mà luận văn đã thực hiện như sau: Thực hiện mô hình và mô phỏng đánh giá hệ thông SCM-WDM-PON băng phan mềm Optisystem 7. Phân tích ảnh hưởng các yếu tố tốc độ Downlink, tốc độ Uplink, chiều dài, công suất tác động đến chất lượng hệ thống cũng như sự liên quan của các yếu tô bang phan mém minitab. Tối ưu hóa hệ thống tim ra các giá trị tối ưu cho tốc độ Downlink, tốc độ Uplink, chiều dài, công suất cho hệ thống hoạt động thỏa điều kiện cho trước băng phan mềm minitab dé làm cơ sở cho việc tham khảo khi triển khai hệ thống trong thực tế.
HVTH: Cao Nguyên Đáng MSHV: 12140012 S Chương 2: Kỹ thuật SCM-WDM-PON, các yếu tố ảnh hưởng đên hiệu suat hệ thông WDM. Phạm Quang Thái CHUONG 2: KỸ THUẬT SCM - WDM - PON, CÁC YEU TO ANH HUONG DEN HIEU SUAT HE THONG WDM VA KY THUAT DIEU CHE 16-QAM.1 Giới thiệu Hình 2.1: Trinh bày một mồ hình SCM-WIDM-PON điển hình [2]. - Điều chế | ata Dat. - Điều chế 7` : | DEAE |= Điều chế | Vata |= Điều chế F BÀ k | Data | Điều chế - ¬ „ Điều chế Bw quang | ata Dat.
|- Điều chế Hình 2.1: Mô hình hệ thong SCM-WDM-PON điển hình. Trong mô hình 2.1 mô tả hệ thống SCM-WDM-PON, hệ thống bao gồm nhiều chuỗi dữ liệu (mỗi chuỗi dữ liệu tương ứng với một thuê bao) sau khi điều chế và được ghép với các sóng mang phụ (Subcarrier) ở những tần số microwave khác nhau trong miền điện. Tiếp theo các sóng mang nay được kết hợp với nhau bang bộ cộng réi điều chế thành tín hiệu quang nhờ nguồn phát laser và bộ điều chế ngoài. Các tín hiệu sau khi điều chế quang ở các bước sóng khác nhau sẽ được ghép kênh lại với nhau bang bộ MUX để thực hiện chức năng ghép kênh đa bước sóng WDM tôi truyền trên sợi quang.
Trong sợi quang lúc này sẽ ton tại nhiều bước được truyền cùng lúc, đến đầu xa các bước sóng này sẽ được tách ra nhờ một bộ giải ghép kênh quang DEMUX. Bộ DEMUX này sẽ tách từng bước sóng ra riêng biệt và đưa đền cung cap cho người sử dung. HVTH: Cao Nguyên Đáng MSHV: 12140012 9 Chương 2: Kỹ thuật SCM-WDM-PON, các yếu tố ảnh hưởng đên hiệu suat hệ thông WDM. Phạm Quang Thái Trong chương này sẽ trình bày kỹ thuật SCM-WDM-PON, nội dung cụ thé của chương được trình bày như sau: - Ky thuật ghép kênh theo sóng mang phụ -SCM.
- Ky thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng quang -WDM. - Cac yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của hệ thống WDM do sự lan truyền của tín hiệu WDM trong sợi quang. - Mang quang thụ đồng — PON. - Ky thuật SCM-WDM-PON.
- _ Kỹ thuật điều chế QAM cu thé là 16-QAM.2 Kỹ thuật ghép kênh theo sóng mang phụ SCM (Subcarrier Multilplexing).1 Định nghĩa điều chế sóng mang phụ Subcarrier Modulation. Các chuỗi dữ liệu ngẫu nhiên 010101. thay vì có thé điều chế quang một cách trực tiếp dé truyền trên sợi quang đến phía thu, chúng ta có thé điều chế các chuỗi dữ liệu này với các sóng mang điện trong phạm vi tần số microwave. Sau đó các sóng mang vô tuyến mang dữ liệu đã được diéu chế trong miền điện này sẽ được điều chế thành tín hiệu quang với một laser ở một bước sóng nhất định và truyền trên sợi quang đến phía thu.
Khi đó các sóng mang microwave được gọi là các sóng mang phụ (Subcarrier), còn sóng mang quang được gọi là sóng mang chính (Main carrier). Dạng điều chế này được gọi là điều chế theo sóng mang phụ Subcarrier modulation [9].2 Ghép kênh đa sóng mang phu-Subcarrier Multiplexing Trong một số ứng dụng của mạng LAN, MAN tốc độ bit của mỗi kênh tương đối là thấp nhưng số lượng kênh có thể khá lớn. Khái niệm cơ bản của SCM xuất phát từ công nghệ vô tuyến, nó sử dụng nhiều sóng mang microwave cho việc truyền dẫn đa kênh qua cáp xoăn hoặc không gian tự do. Băng thông tổng cộng bị giới hạn dưới 1Ghz khi cáp xoăn được dùng để truyền một tín hiệu đa sóng vô tuyến [9].
Tuy nhiên, nếu tín hiệu microwave được truyền quang học bởi sử dụng sợi quang. băng thông tín hiệu sẽ dễ dàng vượt ngưỡng 10Ghz cho một sóng mang quang đơn. Kỹ thuật như vậy gọi là SCM, khi việc ghép kênh được thực hiện bởi HVTH: Cao Nguyên Đáng MSHV: 12140012 10 Chương 2: Kỹ thuật SCM-WDM-PON, các yếu tố ảnh hưởng đên hiệu suat hệ thông WDM. Phạm Quang Thái việc sử dụng sóng mang microwave nhiều hơn sóng mang quang.
SCM đã được sử dụng thương mại hóa bởi CATV từ 1992 và có thể kết hợp với TDM hoặc WDM. Sự kết hợp giữa SCM và WDM có thé làm băng thông tăng lên vược ngưỡng 1Thz. Ta có thể sử dụng điều chế tương tự hoặc số hoặc kết hợp cả 2 để phát tín hiệu thoại, dữ liệu, và video đến một số lượng lớn người dùng. Mỗi user có thể được phục vụ bởi một sóng mang đơn hoặc nhiều kênh tín hiệu có thể đến tất cả những user như thường làm bởi công nghệ CATV.
Kỹ thuật SCM đã được nghiên cứu một cách rộng rãi bởi vì ứng dụng thực tế vô cùng rộng lớn của nó [9]. Trong suốt những năm 90, công nghệ SCM đã dan dịch chuyền từ điều chế tương tự sang số. Định dạng FSK được sử dụng cho điều chế các sóng mang microwave vào dau những năm 90 nhưng nó yêu cầu sử dụng kỹ thuật tách sóng kết hợp. Hơn nữa, một kênh video số độc lập cần tốc độ bit cao hơn 100Mb/s hoặc hon so với kênh tương tự chỉ chiém một băng thông khoảng 6Mhz [9].
Vì lý do này, những định dạng điều chế khác như là QAM, QPSK đã được khai thác để nâng tốc độ truyền dẫn cho mỗi kênh điều chế. Một kỹ thuật thông dụng được sử dụng là điều chế đa mức QAM sẽ được trình bày rõ hơn trong phân 2.9 của chương 2.3 Hệ thong SCM kết hợp với WDM. Việc kết hợp SCM với WDM là một công nghệ tiến bộ vược bậc, cung cấp một tiềm năng thiết kế của mạng quang thụ động băng rộng mở rộng khả năng cung cấp các dịch vụ tích hợp (audio, video, data .) đến một số lượng lớn thuê bao.2 cho thấy nhiều sóng mang quang được đưa vào trong cùng một sợi quang thông qua kỹ thuật WDM. Mỗi sóng mang quang lại mang nhiều kênh SCM sử dụng vài sóng mang phụ micorwave.
Một mạng có cầu hình như vậy thì cực kỳ linh động và dễ dàng nâng cấp khi có nhu cầu phát triển mở rộng. Vào những năm 90, laser DFB với khoảng cách các bước sóng là 2nm (250Ghz) trong khu vực 1550nm được điều chế với 100 kênh video analog và 6 kênh digtal 622Mb/s. Những kênh HVTH: Cao Nguyên Đáng MSHV: 12140012 II Chương 2: Kỹ thuật SCM-WDM-PON, các yếu tố ảnh hưởng đên hiệu suat hệ thông WDM. Phạm Quang Thái video được ghép sử dụng kỹ thuật SCM, một DFB laser có thé mang 10 kênh SCM qua băng thông 300-700Mhz [9].