Kỹ thuật đa truy nhập trong mạng quang và ứng dụng
- 124 trang
- file .pdf
Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o
Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi
--------------------------------------------
luËn v¨n th¹c sÜ khoa häc
kü thuËt ®a truy nhËp trong m¹ng
quang vµ øng dông
ngµnh: xö lý th«ng tin vµ truyÒn th«ng
M∙ sè:
NguyÔn thÕ d−¬ng
Ng−êi h−íng dÉn khoa häc: PGS -TS. §Æng v¨n chuyÕt
hµ néi 2006
-i-
Lêi cam ®oan
Em xin cam ®oan luËn v¨n nµy lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña b¶n th©n.
C¸c nghiªn cøu trong luËn v¨n nµy dùa trªn nh÷ng tæng hîp lý thuyÕt vµ hiÓu
biÕt thùc tÕ cña em, kh«ng sao chÐp.
T¸c gi¶ luËn v¨n
NguyÔn ThÕ D−¬ng
-ii-
Môc lôc
Néi dung Trang
Lêi Më ®Çu .............................................................................................
Ch−¬ng 1: c¸c phÇn tö sö dông trong m¹ng
quang ®a truy nhËp
1.1 giíi thiÖu chung …………………….................................. 1
1.2 Bé ghÐp h×nh sao qu¶ng b¸ ………………………….... 2
1.3 bé ghÐp kªnh vµ t¸ch kªnh ........................................... 4
1.4 ®ièt laze ®iÒu chØnh ®−îc b−íc sãng. .................... 7
1.4.1 §iÒu chØnh nhiÖt. ........................................................................... 8
1.4.2 §ièt laze ®iÒu chØnh ®−îc b−íc sãng sö dông hèc ngoµi............... 8
1.4.3 ®ièt laze håi tiÕp ph©n bè (DFB) hai ®o¹n..................................... 10
1.4.4 §ièt laze ph¶n x¹ ph©n bè Bragg hai ®o¹n vµ ba ®o¹n. ................ 11
1.5 bé läc quang ®iÒu chØnh ®−îc …................................ 12
Ch−¬ng 2 : Kü thuËt ®a truy nhËp
ph©n chia theo b−íc sãng - wdma
2.1 Tæng quan vÒ kü thuËt WDMA....................................... 14
2.2 M¹ng WDMA ®¬n b−íc ....................................................... 14
2.2.1 M¹ng WDMA “ qu¶ng b¸ vµ lùa chän ”........................................ 14
2.2.2 M¹ng WDMA “®Þnh tuyÕn theo b−íc sãng”................................. 20
2.2.3 C¸c vÊn ®Ò liªn quan ®Õn hiÖu suÊt vµ thiÕt kÕ m¹ng .................... 25
2.2.3.1 VÞ trÝ bé ®Öm trong m¹ng WDMA ®¬n b−íc ................................. 25
2.2.3.2 Xuyªn kªnh..................................................................................... 26
2.3 M¹ng WDMA ®a b−íc ......................................................... 29
2.3.1 Kh¸i niÖm chung vÒ m¹ng WDMA ®a b−íc ................................ 29
2.3.2 §Æc ®iÓm cña m¹ng WDMA ®a b−íc ……………....................... 31
-iii-
2.4 øng dông m¹ng kü thuËt ®a truy nhËp WDMA 36
2.4. 1 M¹ng WDMA ®¬n b−íc .............................................................. 36
2.4.1.1 M¹ng LAMBDANET...................................................................... 36
2.4.1.2 M¹ng RAINBOW............................................................................ 37
2.4.1.3 FOX –Bé kÕt nèi chÐo quang tèc ®é cao…………………………… 38
2.4.1.4 HYPASS (High performance packet switch system……………...... 39
2.4.1.5 M¹ng RINGGO............................................................................... 42
2.4.2 M¹ng WDMA ®a b−íc .................................................................. 43
2.4.2.1 M¹ng Starnet.................................................................................. 43
2.4.2.2 M¹ng HORNET.............................................................................. 44
Ch−¬ng 3 : kü thuËt ®a truy nhËp
ph©n chia theo sãng mang phô – SCMA
3.1 Giíi thiÖu chung .................................................................. 49
3.2 HiÖu suÊt cña m¹ng scma ®¬n kªnh …..................... 51
3.2.1 NhiÔu l−îng tö Short noise ………………................................... 53
3.2.2 NhiÔu nhiÖt cña m¸y thu ............................................................... 54
3.2.3 NhiÔu c−êng ®é Laser ................................................................... 55
3.2.4 NhiÔu giao thoa quang .................................................................. 55
3.2.5 Tû sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m tæng....................................................... 58
3.2.6 øng dông cña c¸c hÖ thèng SCMA ®¬n kªnh ................................ 55
3.3 §a truy nhËp sãng mang phô ®a kªnh .................... 60
3.3.1 Kh¸i niÖm vÒ hÖ thèng SCMA ®a kªnh ........................................ 61
3.3.2 §Æc ®iÓm cña hÖ thèng SCMA ®a kªnh ….................................... 62
3.3.3 Tû sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m tæng ...................................................... 64
3.3.4 øng dông cña c¸c hÖ thèng SCMA ®a kªnh .................................. 65
Ch−¬ng 4 : kü thuËt ®a truy nhËp
ph©n chia theo thêi gian – TDMA
4.1 Giíi thiÖu chung .................................................................. 68
-iv-
4.2 C¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n cña Kü thuËt TDMA ………. 68
4.3 øng dông m¹ng Kü thuËt ®a truy nhËp TDMA .... 71
4.3.1 ATM-PON (ATM dùa trªn m¹ng quang thô ®éng) ...................... 71
4.3.2 E- PON (Ethernet dùa trªn m¹ng quang thô ®éng) ....................... 74
Ch−¬ng 5 : kü thuËt ®a truy nhËp
ph©n chia theo m∙ - cdma
5.1 Tæng quan kü thuËt ®a truy nhËp CDMA .............. 78
5.2 C¸c m¹ng sö dông kü thuËt CDMA ............................. 78
5.2.1 M¹ng sö dông kü thuËt CDMA t¸ch sãng trùc tiÕp ...................... 78
5.2.2 M¹ng CDMA quang kÕt hîp......................................................... 85
5.2.3 §Æc ®iÓm cña c¸c m¹ng sö dông kü thuËt CDMA quang.............. 87
Ch−¬ng 6 : ®Ò xuÊt m« h×nh øng dông m¹ng
man T¹i b−u ®iÖn hµ néi
6.1 HiÖn tr¹ng m¹ng viÔn th«ng cña B§HN .................. 88
6.1.1 M¹ng truyÒn dÉn ........................................................................... 88
6.1.2 M¹ng tæng ®µi ............................................................................... 88
6.1.3 M¹ng DDN truyÒn thèng ……………………………………….. 90
6.1.4 M¹ng truyÒn sè liÖu ATM + IP ..................................................... 90
6.1.5 M¹ng truy nhËp b¨ng réng ADSL & SHDSL ................................ 91
6.2 §¸nh gi¸ øng dông truy nhËp quang cña b®hn 94
6.3 Dù b¸o nhu cÇu ph¸t triÓn ............................................ 96
6.4 Ph©n tÝch gi¶i ph¸p øng dông x©y dùng m¹ng .... 99
6.5 Lùa chän gi¶i ph¸p c«ng nghÖ truy nhËp .............. 103
6.6 Mét sè chØ tiªu c¬ b¶n khi x©y dùng m¹ng …….. 105
6.7 §Ò xuÊt cÊu h×nh øng dông m¹ng MAN .................... 107
KÕt luËn................................................................................................. 110
Tµi liÖu tham kh¶o ........................................................................... 111
-v-
ThuËt ng÷ vµ ch÷ viÕt t¾t
ADSL Asymmetric Digital Sub Line Thuª bao sè kh«ng ®èi xøng
AON All –optical network M¹ng toµn quang
ADM Add/ Drop Multiplexer Bé ghÐp kªnh xen rÏ
APD Avalanche Photodiode §ièt t¸ch sãng th¸c
AR Antireflection Coating Vá chèng ph¶n x¹
ASK Amplitude Shift Keying Kho¸ dÞch biªn ®é
ATM Asynchronous Transfer Mode Mode chuyÓn giao kh«ng
®ång bé
B-ISDN Broadband Integrated Service M¹ng sè liªn kÕt ®a dÞch vô
Digital network b¨ng réng
BPF BandPass Filter Bé läc b¨ng th«ng
BRAS Broadband Access Server Server truy nhËp b¨ng réng
CNR Carrier –to- Noise Ratio Tû sè sãng mang trªn nhiÔu
COT Central Office terminal ThiÕt bÞ ®Çu cuèi tæng ®µi
CT Central terminal ThiÕt bÞ ®Çu cuèi tËp trung
DBR Distributed Bragg Reflecter Ph¶n x¹ ph©n bè Bragg
DCN Digital Communication network M¹ng th«ng tin sè
DCS Digital Cross -connect system Bé nèi chÐo sè
DEMUX Demultiplexer Bé gi¶i ghÐp (t¸ch) kªnh
DFB Distributed Feedback Håi tiÕp ph©n bè
DLC Digital loop Carrier TruyÒn t¶i m¹ch vßng sè
DR Distributed reflector Bé ph¶n x¹ ph©n bè
DSL Digital sub line §−êng d©y thuª bao sè
DSLAM DSL access Multiplexer Bé ghÐp ®−êng thuª bao sè
FBG Fiber Bragg grating C¸ch tö quang Bragg
FP-LD Fabry-Perot laser diode §i èt la-de Fabry-Perot
FSK Frequency Shift Keying Kho¸ dÞch tÇn sè
FTTB Fiber to the Building C¸p quang tíi toµ nhµ
FTTC Fiber to the Curb C¸p quang tíi khu d©n c−
-vi-
FTTH Fiber to the home C¸p quang tíi nhµ
FTTL Fiber to the loop M¹ch vßng c¸p quang
FTTO Fiber to the office C¸p quang tíi c«ng së
FWM Four –Wave Mixing Trén bèn sãng
GGL Gain Guided laser Lade ®iÒu khiÓn khuyÕch
®¹i
GI Graded Index ChØ sè Gradien
GRIN Graded refractive Index ChØ sè chiÕt suÊt Gradien
IF Intermediate frequency Trung tÇn
IGL Index Guided laser Lade ®iÒu khiÓn chØ sè chiÕt
suÊt
IM Intensity Modulation §iÒu biÕn c−êng ®é
IMD Intermodulation Distortion MÐo ®iÒu chÕ t−¬ng hç
LD Laser diode §ièt lade
LED Light Emitting Diode §ièt ph¸t quang LED
LO Local Oscillator Dao ®éng néi
LOC Large Optical Cavity Hèc céng h−ëng quang réng
MAN Metropolitan Area Network M¹ng khu vùc néi thÞ
MQW Multiple Quantum Well GiÕng l−îng tö
MUX Multiplexer Bé ghÐp kªnh
MZ Mach –Zehnder Bé ®iÒu chÕ Mach –Zehnder
OA Optical amplifier Bé khuÕch ®¹i quang
OADM Optical Add/Drop Multiplexer Bé ghÐp kªnh xen rÏ quang
OFA Optical fiber amplifier Bé khuÕch ®¹i quang sîi
ONI Optical Network interface Giao diÖn m¹ng quang
ONNI Optical network – to – network Giao diÖn m¹ng –m¹ng
interface quang
ONU Optical network Unit ThiÕt bÞ m¹ng quang
OTN Optical transport network M¹ng truyÒn t¶i quang
OXC Optical Cross connect Nèi chÐo quang
PDS Passive Distribute Service DÞch vô ph©n phèi thô ®éng
-vii-
PIN Positive Intrinsic Negative CÊu tróc PIN
PON Passive optical network M¹ng quang thô ®éng
PSK Phase shift keying Kho¸ dÞch pha
RF Radio frequency TÇn sè v« tuyÕn
RIN Relative Intensity Noise NhiÔu c−êng ®é t−¬ng ®èi
RPR Resilient packet ring M¹ng vßng chuyÓn m¹ch
gãi tù håi phôc
SBS Stimulated Brillouin Scattering T¸n x¹ Brillouin kÝch thÝch
SCM Subcarrier Multiplexing GhÐp kªnh sãng mang phô
SDSL Symmetric digital sub line Thuª bao sè ®èi xøng
SEL Surface Emitting laser La-de ph¸t mÆt
SPM Self phase modulation Tù ®iÒu chÕ pha
SRS Stimulated Raman Scattering T¸n x¹ raman kÝch thÝch
TDM Time division Multiplexing GhÐp kªnh theo thêi gian
TDMA Time division Multiple Access §a truy nhËp theo thêi gian
TT Tunable transmitter Bé ph¸t ®iÒu chØnh ®−îc
TR Tunable receiver Bé thu ®iÒu chØnh ®−îc
FT Fixed – tuned transmitter Bé ph¸t cè ®Þnh
RF Fixed – tuned receiver Bé thu cè ®Þnh
VPN Virtual private network DÞch vô m¹ng riªng ¶o
WDM Wavelength Division Multiplex GhÐp kªnh theo b−íc sãng
WDMA Wavelength Division Multiple §a truy nhËp theo b−íc
Access sãng
WGR Wavelength Grating Router Bé ®Þnh tuyÕn c¸ch tö dÉn
sãng
WR Wavelength Router Bé ®Þnh tuyÕn b−íc sãng
WRC Wavelength routing Controller Bé ®iÒu khiÓn ®Þnh tuyÕn
b−íc sãng
WT Wavelength terminal ThiÕt bÞ kÕt cuèi b−íc sãng
XPM Cross Phase Modulation §iÒu chÕ ngang (chÐo) pha
-viii-
danh môc b¶ng
B¶ng 2.1 Quan hÖ gi÷a sè nót m¹ng (N) vµ sè b−íc (h) xuÊt ph¸t tõ 33
mét nót nguån trong gi¶n ®å ShuffleNet (p,k) .......................
B¶ng 2.2 Mét sè th«ng sè ®¹i diÖn biÓu ®å ShuffleNet ....................... 34
B¶ng 2.3 C¸c tham sè thö nghiÖm m¹ng HORNET ............................. 45
B¶ng 6.1 Kü thuËt truyÒn dÉn tõ tæng ®µi ®Õn thuª bao ……………… 104
B¶ng 6.2 Kü thuËt truyÒn dÉn tõ thuª bao ®Õn tæng ®µi ……………… 104
Danh môc h×nh vÏ
H×nh 1.1. Mét sè cÊu kiÖn quang thô ®éng ........................................... 2
H×nh 1.2. Bé ghÐp h×nh sao 8x8 t¹o ra b»ng 12 bé ghÐp sîi ®¬n mode . 2
H×nh 1.3. C¸c bé ghÐp h×nh sao ............................................................. 4
H×nh 1.4. S¬ ®å khèi hÖ thèng WDM .................................................... 4
H×nh 1.5 ThiÕt bÞ ghÐp –t¸ch kªnh hçn hîp (MUX-DEMUX) ............. 5
H×nh 1.6 Xuyªn kªnh ............................................................................ 9
H×nh 1.7 §ièt laze ®iÒu chØnh ®−îc sö dông hèc ngoµi ........................ 9
H×nh 1.8 Laser MAGIC ........................................................................ 9
H×nh 1.9 §ièt laze håi tiÕp ph©n bè hai ®o¹n ....................................... 10
H×nh 1.10 S¬ ®è cÊu tróc diode laze ph¶n x¹ ph©n bè Bragg ................ 11
H×nh 1.11 S¬ ®å khèi bé läc quang ®iÒu chØnh ®−îc .............................. 12
H×nh 2.1 M¹ng WDMA h×nh sao ®¬n b−íc “qu¶ng b¸ vµ lùa chän”.... 15
H×nh 2.2 S¬ ®å chuyÓn ®æi tr¹ng th¸i kÕt hîp víi sè b−íc sãng ®−îc 17
sö dông ..................................................................................
H×nh 2.3 Quan hÖ sè b−íc sãng bËn -T¶i ρ vµ sè b−íc sãng cùc ®¹i ... 20
H×nh 2.4 Nguyªn lý ®Þnh tuyÕn b−íc sãng m¹ng WDMA ®¬n b−íc .. 220
H×nh 2.5 M¹ng ®Þnh tuyÕn theo b−íc sãng N = 3 21
nót ,sö dông phÇn tö WDM ..................................................
H×nh 2.6 M¹ng ®Þnh tuyÕn theo b−íc sãng 23
sö dông chuyÓn m¹ch kh«ng gian chän b−íc sãng ...............
-ix-
H×nh 2.7 Nguyªn lý ho¹t ®éng m¹ng LLN …………………………... 24
H×nh 2.8 T¸i sö dông b−íc sãng trong m¹ng LLN ............................... 25
H×nh 2.9 Quan hÖ thêi gian ®îi vµ t¶i cho m¹ng ®Öm ®Çu ra ®Çu vµo 26
H×nh 2.10 Chän kªnh trong m¹ng WDMA thu kÕt hîp ......................... 27
H×nh 2.11 MÊt m¸t c«ng suÊt do xuyªn kªnh trong bé t¸ch sãng quang 28
H×nh 2.12 Quan hÖ gi÷a c«ng suÊt cùc ®¹i trªn kªnh vµ sè kªnh cho 29
4 ¶nh h−ëng phi tuyÕn trong m¹ng WDMA ………………..
H×nh 2.13 CÊu tróc m¹ng ®a chÆng WDMA h×nh sao 8 nót ................... 30
H×nh 2.14 BiÓu ®å kÕt nèi trùc tiÕp Shufflenet m¹ng ®a chÆng 32
h×nh sao 8 nót..........................................................................
H×nh 2.15 BiÓu diÔn th«ng l−îng trªn mét nót, sè nót N 35
cho m¹ng WDMA shuffleNet ................................................
H×nh 2.16 CÊu tróc m¹ng Lambdanet WDMA ....................................... 36
H×nh 2.17 CÊu tróc c¬ b¶n cña m¹ng FOX ............................................. 38
H×nh 2.18 CÊu tróc m¹ng WDMA –Hypass ........................................... 39
H×nh 2.19 Minh ho¹ thuËt to¸n th¨m dß h×nh c©y trong tr−êng hîp 40
cã 4 gãi d÷ liÖu ®ång thêi ®Õn cïng mét ®Ých .......................
H×nh 2.20 Quan hÖ gi÷a thêi gian trÔ trung b×nh 41
vµ t¶i ρ trong m¹ng Hypass ...................................................
H×nh 2.21 M¹ng metro WDM ringo ................................................... 42
H×nh 2.22 CÊu tróc nót RINGO ............................................................. 43
H×nh 2.23 CÊu tróc chuyÓn m¹ch Starnet ............................................... 43
H×nh 2.24 CÊu tróc m¹ng HORNET....................................................... 46
H×nh 2.25 S¬ ®å cÊu tróc nót truy nhËp (AN) trong m¹ng HORNET .... 46
H×nh 2.26 Nguyªn lý ho¹t ®éng giao thøc CSMA/CA 47
trong m¹ng HORNET ………………………………………
H×nh 3.1 Nguyªn lý kü thuËt ®iÒu chÕ SCM …………………………. 49
H×nh 3.2 M¹ng SCMA cÊu tróc h×nh sao .............................................. 51
H×nh 3.2 (a) Phæ c«ng suÊt quang cña hai Laser ®¬n mode däc 53
-x-
cã ®é lÖch tÇn sè trung t©m b»ng δv .....................................
H×nh 3.2(b) Phæ c«ng suÊt ®iÖn cña thµnh phÇn nhiÔu khi δv ≠0 .............. 57
H×nh 3.2 (c) Phæ c«ng suÊt ®iÖn cña thµnh phÇn nhiÔu khi δv = 0 ............ 57
H×nh 3.3 Tû sè (SNRtot) tæng vµ 4 lo¹i nhiÔu trong 59
hÖ thèng SCMA ®¬n kªnh .....................................................
H×nh 3.4 H−íng lªn hÖ thèng FITL dùa trªn SCMA –PON ................ 60
H×nh 3.5 M¹ng SCMA ®a kªnh , N b−íc sãng vµ M nót m¹ng 61
trªn mét b−íc sãng ...............................................................
H×nh 3.6 G¸n kªnh tÇn trong m¹ng SCMA ®a kªnh ............................. 62
H×nh 3.7 CÊu tróc chuyÓn m¹ch gãi tèc ®é cao dùa trªn 66
SCMA ®a kªnh øng dông cho MAN ………………………..
H×nh 4.1 M¹ng quang thô ®éng dùa trªn cÊu tróc Bus ......................... 69
H×nh 4.2 CÊu tróc cña ATM-PON......................................................... 72
H×nh 4.3 Khung thêi gian ATM-PON ®èi xøng 155 Mbps .................. 74
H×nh 4.4 S¬ ®å øng dông E-PON ......................................................... 75
H×nh 4.5 Khe thêi gian h−íng lªn vµ h−íng xuèng E-PON ................. 76
H×nh 5.1 M¹ng CDMA quang .............................................................. 79
H×nh 5.2 M· ho¸ bÝt nguån tin ‘1’ víi chuçi chÝp CDMA. 79
Sè c¸c chÝp, F=25. Sè c¸c chip 1, K=5 ..................................
H×nh 5.3 (a) Bé m· ho¸ quang vµ (b) bé gi¶i m· quang sö dông 82
c¸c ®−êng d©y trÔ quang song song........................................
H×nh 5.4 Hai m· quang trùc giao A vµ B .............................................. 84
H×nh 5.5 M· ho¸ vµ gi¶i m· phæ c¸c xung ¸nh s¸ng cùc ng¾n 86
trong c¸c m¹ng CDMA quang kÕt hîp ..................................
H×nh 6.1 S¬ ®å ®Êu nèi c¸c tr¹m tæng ®µi - m¹ng B−u ®iÖn Hµ Néi .... 89
H×nh 6.2 CÊu tróc m¹ng truyÒn sè liÖu ATM + IP ............................... 91
H×nh 6.3 S¬ ®å cÊu tróc m¹ng truy nhËp ADSL & SHDSL .................. 92
H×nh 6.4 S¬ ®å m¹ng truy nhËp ADSL vµ SHDSL – B−u ®iÖn Hµ Néi 93
H×nh 6.5 S¬ ®å triÓn khai MAN øng dông c«ng nghÖ 108
HORNET trªn m¹ng Hµ Néi .................................................
-xi-
Lêi më ®Çu
Ngµy nay, thÕ giíi ®ang b−íc sang kû nguyªn cña th«ng tin, trong ®ã
c«ng nghÖ th«ng tin vµ truyÒn th«ng lµ ®éng lùc thóc ®Èy sù ph¸t triÓn cña x·
héi. Do ®ã, nhu cÇu truyÒn th«ng ngµy cµng lín víi nhiÒu dÞch vô míi b¨ng
réng vµ ®a ph−¬ng tiÖn trong ®êi sèng kinh tÕ – x· héi cña tõng quèc gia còng
nh− kÕt nèi toµn cÇu.
§Ó ®¸p øng ®−îc vai trß ®éng lùc thóc ®Èy sù ph¸t triÓn cña kû nguyªn
th«ng tin, m¹ng truyÒn th«ng cÇn ph¶i cã kh¶ n¨ng truyÒn dÉn tèc ®é cao,
b¨ng th«ng réng, dung l−îng lín. Mét trong gi¶i ph¸p ®Ó t¹o ra m¹ng truyÒn
th«ng cã kh¶ n¨ng truyÒn dÉn ®ã lµ m¹ng th«ng tin quang tèc ®é cao. MÆc dï
cã sù ph¸t triÓn nhanh vÒ c«ng nghÖ, cÊu tróc m¹ng vµ cÊu h×nh c¸c hÖ thèng
truyÒn dÉn quang trong c¸c øng dông thùc tÕ, song vÒ c¬ b¶n m¹ng th«ng tin
quang cã thÓ chia lµm hai phÇn lµ m¹ng truy nhËp vµ m¹ng truyÒn t¶i.
M¹ng truyÒn t¶i víi môc tiªu truyÒn c¸c l−u l−îng lín víi b¨ng tÇn
réng nh»m tho¶ m·n nhu cÇu truyÒn t¶i trong cÊu tróc m¹ng hiÖn ®¹i. Trªn c¬
së ®ã, vÊn ®Ò th«ng suèt l−u l−îng ®−îc ®Æt ra nh− lµ mét nÒn t¶ng cho viÖc
tho¶ m·n nhu cÇu b¨ng tÇn réng cña kh¸ch hµng mµ kh«ng cÇn quan t©m tíi
néi dung cña luång tÝn hiÖu. §©y còng lµ néi dung yªu cÇu tiÕn ®Õn m¹ng toµn
quang thÕ hÖ sau (all optical network). M¹ng truy nhËp quang ë nhiÒu n¬i ®·
®−îc khai th¸c cã hiÖu qu¶ vµ ®· ®¸p øng ®−îc nhiÒu lo¹i h×nh dÞch vô. Tuy
nhiªn, nhu cÇu th«ng tin ngµy mét ph¸t triÓn m¹nh, c¸c yªu cÇu vÒ c¸c hÖ
thèng truy nhËp quang cho m¹ng néi h¹t cã b¨ng tÇn réng ®· ®−îc ®Æt ra
nh»m tho¶ m·n sù ph¸t triÓn cña m¹ng vµ c¸c lo¹i h×nh dÞch vô cã b¨ng tÇn vµ
chÊt l−îng cao. §Ó thùc hiÖn c¸c môc ®Ých trªn ng−êi ta ®· vµ ®ang nghiªn
cøu rÊt nhiÒu c¸c gi¶i ph¸p kü thuËt, mét trong sè ®ã lµ kü thuËt ®a
truy nhËp quang nh»m t¹o ra c¸c së cø khoa häc cho viÖc thiÕt kÕ vµ
øng dông c¸c m¹ng quang ®a truy nhËp, néi dung luËn v¨n bao gåm:
Ch−¬ng 1 giíi thiÖu mét sè phÇn tö sö dông trong m¹ng quang ®a truy
nhËp. Nghiªn cøu chøc n¨ng, nguyªn lý ho¹t ®éng vµ ®Æc tÝnh kü thuËt cña
mét sè cÊu kiÖn quang thô ®éng vµ c¸c phÇn tö ®iÒu chØnh ®−îc øng dông
trong m¹ng quang ®a truy nhËp (Bé ph¸t thay ®æi, bé thu thay ®æi vµ bé läc
thay ®æi ®−îc).
-xii-
Ch−¬ng 2 sÏ tr×nh bµy vÒ kü thuËt ®a truy nhËp ph©n chia theo b−íc
sãng WDMA trong ®ã ®−a ra tæng quan vÒ c«ng nghÖ WDMA, c¸c kh¸i niÖm
vÒ m¹ng WDMA ®¬n b−íc vµ ®a b−íc ®ång thêi ph©n tÝch cÊu tróc, ®Æc tÝnh
kü thuËt cña c¸c m¹ng WDMA ®¬n b−íc vµ ®a b−íc vµ nghiªn cøu mét sè cÊu
tróc vµ giao thøc m¹ng øng dông kü thuËt WDMA.
Ch−¬ng 3 nghiªn cøu vÒ kü thuËt ®a truy nhËp ph©n chia theo sãng
mang phô SCMA t×m hiÓu c¸c ®Æc ®iÓm vÒ kü thuËt ®a truy nhËp sãng mang
phô ®¬n kªnh, kü thuËt ®a truy nhËp sãng mang phô ®a kªnh, ®−a ra c¸c ph©n
tÝch ¶nh h−ëng vÒ nhiÔu g©y ra liªn quan ®Õn hiÖu suÊt cña m¹ng vµ nªu øng
dông cña kü thuËt SCMA.
Ch−¬ng 4 m« t¶ kü thuËt ®a truy nhËp theo thêi gian TDMA víi hai
ph−¬ng thøc xö lý ghÐp dßng tÝn hiÖu d−íi d¹ng chÌn bÝt vµ d¹ng khèi. Tr×nh
bµy c¸c m¹ng øng dông: M¹ng A-PON (ATM dùa trªn m¹ng quang thô ®éng)
vµ M¹ng E-PON (Ethernet dùa trªn m¹ng quang thô ®éng).
Ch−¬ng 5 nghiªn cøu ®Æc ®iÓm cña kü thuËt ph©n chia theo m· CDMA
liªn quan ®Õn c¸c kü thuËt CDMA t¸ch sãng trùc tiÕp vµ m¹ng CDMA quang
kÕt hîp vµ ®Æc ®iÓm cña c¸c m¹ng sö dông kü thuËt CDMA quang.
Ch−¬ng 6 ®Ò xuÊt kh¶ n¨ng øng dông m« h×nh øng dông MAN trªn
m¹ng cña B−u ®iÖn Hµ néi ®Ó chuyÓn t¶i l−u l−îng cho c¸c m¹ng b¨ng réng vµ
tõng b−íc cã thÓ thay thÕ c¸c m¹ng truyÒn dÉn kªnh truyÒn thèng. ViÖc triÓn
khai øng dông m¹ng MAN nhê kü thuËt WDMA còng nh− øng dông cña kü
thuËt WDMA trong c¸c m¹ng ®−êng trôc vµ m¹ng diÖn réng ®−îc m« t¶ cho
thÊy møc ®é vµ tÝnh kh¶ thi khi ¸p dông cÊu tróc MAN cho viÖc truyÒn t¶i d÷
liÖu chuyÓn m¹ch gãi rÊt phï hîp cho c¸c øng dông cña m¹ng thÕ hÖ sau NGN
vµo thùc tÕ nh− thÕ nµo.
-1-
Ch−¬ng 1
tæng quan vÒ c¸c phÇn tö sö dông trong
m¹ng quang ®a truy nhËp
1.1 giíi thiÖu chung.
Trong kü thuËt ®a truy nhËp quang, vÒ mÆt b−íc sãng ta cã kü thuËt
ghÐp kªnh theo b−íc sãng WDM t−¬ng øng lµ kü thuËt truy nhËp WDMA,
ghÐp kªnh nhiÒu sãng mang SCM t−¬ng øng lµ kü thuËt truy nhËp SCMA, vÒ
mÆt thêi gian ta cã kü thuËt truy nhËp theo thêi gian TDMA vµ truy nhËp ph©n
chia theo m· CDMA.
Trong c¸c m¹ng truy nhËp quang dßng bÝt d÷ liÖu h−íng ®i tõ ng−êi sö dông
®Õn tæng ®µi cã l−u l−îng nhá vµ h−íng vÒ tõ tæng ®µi ®Õn ng−êi sö dông cã
l−u l−îng lín h¬n rÊt nhiÒu, v× vËy, kü thuËt truy nhËp cho c¸c h−íng còng
kh¸c nhau.
§Ó thùc hiÖn ®−îc m¹ng quang ®a truy nhËp cÇn ph¶i cã mét sè cÊu
kiÖn quang, th«ng th−êng ®−îc gäi lµ c¸c thiÕt bÞ quang thô ®éng. Tuú theo
c¸c chøc n¨ng thùc hiÖn mµ chóng ®−îc chia ra c¸c lo¹i nh− sau :
• Bé chia quang: Bé nµy thùc hiÖn chia c«ng suÊt quang tõ mét ®Çu vµo
duy nhÊt tíi mét sè ®Çu ra.
• Bé tæng hîp quang: Bé nµy thùc hiÖn chøc n¨ng ng−îc l¹i cña bé chia,
nã tæng hîp mét sè tÝn hiÖu quang ë c¸c ®−êng vµo vµ ®−a tíi mét ®Çu
ra duy nhÊt.
• Bé ghÐp h×nh sao qu¶ng b¸: ThiÕt bÞ nµy thùc hiÖn viÖc kÕt hîp c¸c tÝn
hiÖu quang tõ c¸c cæng vµo vµ chia ®Òu nã cho c¸c cæng ra.
• ThiÕt bÞ ghÐp kªnh theo b−íc sãng : ThiÕt bÞ nµy tæng hîp c¸c kªnh cã
b−íc sãng kh¸c nhau t¹i c¸c ®Çu vµo vµ ®−a ra mét ®Çu ra duy nhÊt.
• ThiÕt bÞ t¸ch kªnh theo b−íc sãng : ThiÕt bÞ nµy chia ®a kªnh quang tõ
mét ®Çu vµo thµnh c¸c ®Çu ra kh¸c nhau tuú thuéc vµo b−íc sãng cña
chóng.
• C¸c bé c¸c ly quang: Cã nhiÖm vô b¶o vÖ bé ph¸t hoÆc bÊt cø thiÕt bÞ
liªn quan ®Õn ®é nh¹y tõ nh÷ng tÝn hiÖu ph¶n x¹ kh«ng mong muèn.
• Bé läc quang : ThiÕt bÞ nµy thùc hiÖn chän läc mét kªnh trong sè c¸c
kªnh ®Õn ®Çu vµo, vµ ®−a kªnh ®−îc chän nµy ®Õn ®Çu ra.
Ngoµi ra trong mét sè m¹ng quang ®a truy nhËp yªu cÇu mét vµi phÇn
tö ®iÒu chØnh ®−îc, vÝ dô nh− bé ph¸t thay ®æi ®−îc (Tx- Tunable), bé thu
-2-
thay ®æi ®−îc (Rx- Tunable) vµ c¸c bé läc quang thay ®æi ®−îc. §©y lµ c¸c
phÇn tö tÝch cùc, nã cã vÞ trÝ ®Æc biÖt quan träng trong c¸c m¹ng quang sö
dông kü thuËt ®a truy nhËp theo b−íc sãng (WDMA).
N M
a
b c
λ1
λ1 ...... λn λ1
λ1 ...... λn
λn f
e
λn d
H×nh 1.1 CÊu kiÖn quang thô ®éng.
a. Bé chia quang. d. Bé ghÐp kªnh theo b−íc sãng.
b. Bé tæng hîp quang. e. Bé t¸ch kªnh theo b−íc sãng.
c. Bé ghÐp h×nh sao qu¶ng b¸. f. Bé c¸ch ly quang.
1.2 Bé ghÐp h×nh sao qu¶ng b¸.
1 5 9
2 6 10
3 7 11
4 8 12
H×nh 1.2 Bé ghÐp h×nh sao 8x8 t¹o ra b»ng 12 bé ghÐp sîi ®¬n mode.
Vai trß cña mét bé ghÐp h×nh sao lµ kÕt hîp c¸c tÝn hiÖu quang tõ c¸c
cæng ®Çu vµo vµ chia ®Òu nã trªn c¸c cæng ®Çu ra nh− chØ ra trªn h×nh 1.2.
Kh«ng nh− c¸c bé t¸ch kªnh, c¸c bé ghÐp h×nh sao kh«ng chøa c¸c phÇn tö
-3-
lùa chän b−íc sãng. V× vËy chóng kh«ng cã kh¶ n¨ng t¸ch c¸c kªnh riªng rÏ.
Trong tr−êng hîp tæng qu¸t sè c¸c cæng ®Çu vµo vµ c¸c cæng ®Çu ra kh«ng cÇn
ph¶i b»ng nhau vµ ký hiÖu lµ (NxM), trong ®ã N lµ sè cæng ®Çu vµo vµ M lµ sè
cæng ®Çu ra.
Cã mét sè kiÓu bé ghÐp h×nh sao ®· ®−îc ph¸t triÓn. Lo¹i bé ghÐp ®Çu
tiªn sö dông c¸c bé ghÐp sîi 3dB. Mçi bé ghÐp sîi cã kh¶ n¨ng ghÐp hai tÝn
hiÖu ®Çu vµo vµ ph©n chia ®Òu trªn hai cæng ®Çu ra, còng cã nghÜa lµ bé ghÐp
h×nh sao 2x2. C¸c h×nh sao bËc cao h¬n NxN cã thÓ ®−îc t¹o ra b»ng c¸ch gép
mét sè bé ghÐp 2x2 víi nhau trong ®ã N lµ béi sè lÇn cña 2. H×nh 1.2 m« t¶ s¬
®å nh− vËy cho cÊu tróc h×nh sao 8x8 t¹o thµnh tõ 12 bé ghÐp 2x2. §Ó t¹o ra
®−îc bé coupler h×nh sao NxN th× sè bé coupler 3 dB cÇn thiÕt ®−îc tÝnh theo
biÓu thøc sau:
N
N C = log 2 N 1.1
2
NÕu gäi β lµ suy hao cña tÝn hiÖu khi ®i qua coupler 3dB th× hÖ sè nµy
®−îc x¸c ®Þnh b»ng tæng sè c«ng suÊt ®Çu ra trªn tæng c«ng suÊt ®Çu vµo,
th«ng th−êng gi¸ trÞ nµy ®−îc biÓu diÔn theo ®¬n vÞ deciBel. Suy hao tæng cña
tÝn hiÖu khi ®i qua bé ghÐp h×nh sao NxN ®−îc tÝnh nh− biÓu thøc (1.2). Nh−
vËy khi sè cæng t¨ng lªn th× suy hao tÝn hiÖu qua bé ghÐp còng t¨ng lªn.
⎧ β log 2 N ⎫
Loss [ dB ] = − 10 log 10 ⎨ ⎬ ≅ 10 (1 − 3 .3 log 10 β ). log 10 N 1.2
⎩ N ⎭
Cã mét gi¶i ph¸p kh¸c ®−îc ®−a ra lµ sö dông c¸c bé ghÐp biconical-
taper (th¾t lµm hai h×nh chãp nãng ch¶y) ®Ó t¹o ra c¸c bé ghÐp h×nh sao v÷ng
vµng, ch¾c ch¾n. H×nh 1.3 m« t¶ s¬ ®å sao truyÒn dÉn vµ sao ph¶n x¹ ®−îc t¹o
ra b»ng c«ng nghÖ nµy. Kü thuËt nµy lµm nãng ch¶y mét sè l−îng lín c¸c sîi
l¹i víi nhau vµ kÐo dµi phÇn nãng ch¶y thµnh d¹ng cÊu tróc th¾t hai phÇn. ë
phÇn cã d¹ng h×nh nªm, tÝn hiÖu tõ mçi sîi ®−îc ghÐp l¹i víi nhau vµ chia ®Òu
ra trªn c¸c cæng ®Çu ra. CÊu tróc nh− vËy ho¹t ®éng t−¬ng ®èi tèt víi sîi ®a
mode. Cßn trong tr−êng hîp sîi ®¬n mode th× nã bÞ h¹n chÕ do chØ cã thÓ lµm
nãng ch¶y ®−îc vµi sîi. C¸c bé ghÐp nãng ch¶y 2x2 sö dông sîi ®¬n mode
®−îc chÕ t¹o tõ kh¸ sím. Chóng cã thÓ ®−îc thiÕt kÕ ®Ó ho¹t ®éng trªn mét
ph¹m vi b−íc sãng réng.
-4-
(a) (b)
a, Bé ghÐp sao truyÒn dÉn ; b, Bé ghÐp sao ph¶n x¹
H×nh 1.3 C¸c bé ghÐp h×nh sao.
1.3 bé ghÐp kªnh (MUX) vµ t¸ch kªnh (DE-MUX).
1.3.1 Nguyªn lý c¬ b¶n ghÐp kªnh theo b−íc sãng quang.
i1(λ1) O1(λ1)
o(λ1 .....λn)
MUX DE-MUX
in(λn) i(λ1 .....λn) On(λn)
H×nh 1.4 S¬ ®å khèi hÖ thèng WDM
Nguyªn lý c¬ b¶n cña ghÐp kªnh theo b−íc sãng quang ®−îc minh ho¹
ë h×nh 1.4. Cã hai ph−¬ng ¸n thiÕt lËp hÖ thèng truyÒn dÉn sö dông ghÐp b−íc
sãng quang WDM ®ã lµ: Ph−¬ng ¸n truyÒn dÉn ghÐp b−íc sãng quang theo
mét h−íng, lµ sù kÕt hîp c¸c tÝn hiÖu cã b−íc sãng kh¸c nhau vµo sîi quang
t¹i mét ®Çu vµ thùc hiÖn t¸ch chóng ®Ó chuyÓn tíi c¸c bé t¸ch sãng quang ë
®Çu kia. Th«ng th−êng cÇn ph¶i sö dông hai sîi quang ®Ó thùc hiÖn truyÒn tÝn
hiÖu th«ng tin cho chiÒu ®i vµ chiÒu vÒ. Ph−¬ng ¸n truyÒn dÉn hai h−íng th×
kh«ng qui ®Þnh ph¸t ë mét ®Çu vµ thu ë mét ®Çu; ®iÒu nµy tøc lµ cã thÓ truyÒn
th«ng tin theo mét h−íng t¹i c¸c b−íc sãng λ1, λ2 , λ3, .......λj ......λn vµ ®ång
thêi còng truyÒn th«ng tin kh¸c theo h−íng ng−îc l¹i t¹i c¸c b−íc sãng λ1’,
λ2’, λ3’, .......λj’......λn’. Ph−¬ng ¸n nµy chØ cÇn sö dông mét sîi còng cã thÓ
thiÕt lËp ®−îc mét hÖ thèng truyÒn dÉn cho c¶ chiÒu ®i vµ chiÒu vÒ. §Ó thùc
hiÖn mét hÖ thèng WDM theo mét h−íng, th× cÇn ph¶i cã bé ghÐp kªnh b−íc
sãng MUX ë ®Çu ph¸t ®Ó kÕt hîp c¸c tÝn hiÖu quang tõ c¸c nguån ph¸t quang
kh¸c nhau ®−a vµo mét sîi quang chung. T¹i ®Çu thu, cÇn ph¶i cã mét bé t¸ch
kªnh DEMUX ®Ó thùc hiÖn t¸ch c¸c kªnh quang t−¬ng øng. Nh×n chung, c¸c
-5-
laze ®¬n mode th−êng kh«ng ph¸t mét l−îng c«ng suÊt ®¸ng kÓ nµo ë ngoµi
®é réng phæ kªnh ®· ®Þnh tr−íc cña chóng, cho nªn kh«ng cÇn ph¶i ®Ó ý ®Õn
vÊn ®Ò xuyªn kªnh ë ®Çu ph¸t. VÊn ®Ò ®¸ng quan t©m ë ®©y lµ bé ghÐp kªnh
cÇn cã suy hao thÊp ®Ó sao cho tÝn hiÖu tõ nguån quang tíi ®Çu ra bé ghÐp Ýt bÞ
suy hao. §èi víi bé t¸ch kªnh, v× c¸c bé t¸ch sãng quang th−êng nh¹y c¶m
trªn c¶ mét vïng réng c¸c b−íc sãng cho nªn nã cã thÓ thu ®−îc toµn bé c¸c
b−íc sãng ®· ®−îc ph¸t ®i tõ phÝa thiÕt bÞ ph¸t. Nh− vËy, ®Ó ng¨n chÆn c¸c tÝn
hiÖu kh«ng mong muèn mét c¸ch cã hiÖu qu¶, ph¶i cã biÖn ph¸p c¸ch ly tèt
c¸c kªnh quang. §Ó thùc hiÖn ®iÒu nµy, cÇn thiÕt kÕ c¸c bé t¸ch kªnh chÝnh
x¸c hoÆc sö dông c¸c bé läc quang rÊt æn ®Þnh vµ cã b−íc sãng c¾t chÝnh x¸c.
VÒ nguyªn lý, bÊt kú mét bé ghÐp kªnh nµo còng cã thÓ ®−îc dïng lµm
bé t¸ch kªnh. Nh− vËy hiÓu ®¬n gi¶n, tõ “bé ghÐp-Multiplexer” trong tr−êng
hîp nµy th−êng ®−îc sö dông ë d¹ng chung ®Ó t−¬ng thÝch cho c¶ bé ghÐp vµ
bé t¸ch kªnh, ngo¹i trõ tr−êng hîp cÇn thiÕt ph¶i ph©n biÖt hai thiÕt bÞ hoÆc
hai chøc n¨ng.
Ng−êi ta chia thiÕt bÞ ghÐp sãng quang thµnh ba lo¹i : Bé ghÐp kªnh
(MUX ), bé t¸ch kªnh (DEMUX) vµ c¸c bé ghÐp vµ t¸ch hçn hîp (MUX-
DEMUX). C¸c bé MUX vµ DEMUX ®−îc dïng cho ph−¬ng ¸n truyÒn dÉn
theo mét h−íng, cßn lo¹i thø ba (MUX-DEMUX) ®−îc sö dông cho ph−¬ng
¸n truyÒn dÉn hai h−íng trªn mét sîi. H×nh 1.5 m« t¶ cÊu tróc thiÕt bÞ ghÐp –
t¸ch kªnh hçn hîp. ViÖc ph©n tÝch chÝnh x¸c thiÕt bÞ ghÐp ph¶i dùa trªn ma
trËn chuyÓn ®æi víi c¸c phÇn tö cña ma trËn lµ Aij(x). C¸c phÇn tö nµy lµ c¸c
hÖ sè phô thuéc vµo b−íc sãng, nã biÓu thÞ c¸c tÝn hiÖu quang ®i vµo cöa thø i
vµ ra cöa ra thø j.
TÝn hiÖu ghÐp kªnh
Ik(λk)
O(λk)
I(λi)
Sîi quang
H×n
Oi(λi) TÝn hiÖu t¸ch kªnh
H×nh 1.5. ThiÕt bÞ ghÐp –t¸ch kªnh hçn hîp (MUX-DEMUX)
-6-
1.3.2 C¸c tham sè c¬ b¶n cña bé ghÐp kªnh vµ t¸ch kªnh.
C¸c tham sè c¬ b¶n ®Ó miªu t¶ ®Æc tÝnh cña c¸c bé ghÐp – t¸ch kªnh
hçn hîp lµ suy hao xen, xuyªn kªnh, ®é réng kªnh. §Ó ®¬n gi¶n, ta h·y ph©n
biÖt ra thµnh thiÕt bÞ mét h−íng ë h×nh 1.4 vµ thiÕt bÞ hai h−íng nh− ë h×nh
1.5. C¸c ký hiÖu I(λi) vµ O(λk) t−¬ng øng lµ c¸c tÝn hiÖu cã b−íc sãng λi , λk ë
®−êng chung. Ký hiÖu Ik(λk) lµ tÝn hiÖu ®Çu vµo ®−îc ghÐp vµo cöa thø k, tÝn
hiÖu nµy ®−îc ph¸t tõ nguån ph¸t quang thø k. Ký hiÖu Oi(λi) lµ tÝn hiÖu cã
b−íc sãng λi ®· ®−îc t¸ch vµ ®i ra tõ cöa thø i. B©y giê ta xem xÐt ba tham sè
c¬ b¶n lµ suy hao xen, xuyªn kªnh, vµ ®é réng kªnh nh− sau :
Suy hao xen : §−îc x¸c ®Þnh lµ l−îng c«ng suÊt tæn hao sinh ra trong
tuyÕn truyÒn dÉn quang do tuyÕn cã thªm c¸c thiÕt bÞ ghÐp b−íc sãng quang
WDM. Suy hao nµy bao gåm suy hao do c¸c ®iÓm ghÐp nèi c¸c thiÕt bÞ WDM
víi sîi vµ suy hao b¶n th©n c¸c thiÕt bÞ ghÐp g©y ra. Suy hao xen ®−îc diÔn
gi¶i t−¬ng tù nh− suy hao ®èi víi c¸c bé ghÐp coupler chung, nh−ng cã ®iÓm
kh¸c lµ ë WDM chØ xÐt cho mét b−íc sãng ®Æc tr−ng:
O (λ i )
L i = − 10 log ®èi víi thiÕt bÞ MUX
I i (λ i )
1.3
O i (λ i )
L i = − 10 log ®èi víi thiÕt bÞ DEMUX 1.4
I (λ i )
Víi Li lµ suy hao t¹i b−íc sãng λi khi thiÕt bÞ ®−îc ghÐp xen vµo tuyÕn.
Xuyªn kªnh : Lµ hiÖn t−îng mét l−îng nhá tÝn hiÖu tõ kªnh nµy bÞ rß
sang kªnh kh¸c. C¸c møc xuyªn kªnh cho phÐp n»m ë d¶i rÊt réng tuú thuéc
vµo tr−êng hîp ¸p dông, nh−ng nh×n chung ph¶i ®¶m b¶o nhá h¬n –30 dB
trong mäi tr−êng hîp. Trong mét bé t¸ch kªnh lý t−ëng sÏ kh«ng cã sù rß
c«ng suÊt tÝn hiÖu tõ kªnh thø i cã b−íc sãng λi sang c¸c kªnh kh¸c cã b−íc
sãng kh¸c víi λi . Nh−ng trong thùc tÕ lu«n tån t¹i mét møc xuyªn kªnh nhÊt
®Þnh ®iÒu ®ã lµm gi¶m chÊt l−îng truyÒn dÉn cña hÖ thèng. Kh¶ n¨ng t¸ch c¸c
kªnh kh¸c nhau ®−îc diÔn gi¶i b»ng suy hao xuyªn kªnh vµ ®−îc tÝnh b»ng dB
:
U (λ )
Di (λk ) = −10log[ i k ]
I (λk )
1.5
-7-
Tõ h×nh 1.6 (a) ta thÊy Ui(λk) lµ l−îng tÝn hiÖu kh«ng mong muèn ë
b−íc sãng λk do cã sù rß tÝn hiÖu trªn cöa ra thø i, mµ ®óng ra th× chØ cã tÝn
hiÖu ë b−íc sãng λi. Trong thiÕt bÞ ghÐp –t¸ch kªnh hçn hîp nh− ë h×nh 1.6
(b), viÖc x¸c ®Þnh suy hao xuyªn kªnh còng ®−îc ¸p dông nh− bé t¸ch kªnh.
Trong tr−êng hîp nµy, ph¶i xem xÐt c¶ hai lo¹i xuyªn kªnh “xuyªn kªnh ®Çu
xa” lµ do c¸c kªnh kh¸c ®−îc ghÐp ®i vµo ®−êng truyÒn g©y ra, vÝ dô nh−
I(λk) sinh ra Ui(λk). “ xuyªn kªnh ®Çu gÇn” lµ do c¸c kªnh kh¸c ë ®Çu vµo sinh
ra, nã ®−îc ghÐp ë bªn trong thiÕt bÞ, nh− Ui (λj). Khi t¹o ra c¸c s¶n phÈm, c¸c
nhµ chÕ t¹o ph¶i cho biÕt suy hao kªnh ®èi víi tõng kªnh cña thiÕt bÞ.
Ij(λj)
O(λj)
Sîi quang Oi(λi) + Ui(λk)
λj
DEMUX
I(λi)..... I(λk) λk
I(λi)... I(λk)
Oi(λ i) + Ui(λk) + Ui(λj)
(a)
(b)
a) Bé t¸ch kªnh vµ b) Bé ghÐp –t¸ch kªnh hçn hîp.
H×nh 1.6 Xuyªn kªnh
§é réng kªnh : Lµ d¶i b−íc sãng dµnh cho mçi kªnh mµ nã ®Þnh ra do
nguån ph¸t quang. NÕu nguån ph¸t quang lµ c¸c ®ièt laze th× c¸c ®é réng kªnh
®−îc yªu cÇu vµo kho¶ng mét vµi ®Õn hµng chôc nano mÐt ®Ó ®¶m b¶o kh«ng
bÞ nhiÔu gi÷a c¸c kªnh do sù bÊt æn ®Þnh cña c¸c nguån ph¸t g©y ra, vÝ dô nh−
khi nhiÖt ®é lµm viÖc thay ®æi sÏ lµm tr«i b−íc sãng. §èi víi nguån ph¸t
quang lµ ®ièt ph¸t quang LED, yªu cÇu ®é réng kªnh ph¶i lín h¬n 10 ®Õn 20
lÇn. Nh− vËy, ®é réng kªnh ph¶i ®¶m b¶o ®ñ lín ®Ó tr¸nh nhiÔu gi÷a c¸c kªnh,
v× thÕ nã ®−îc x¸c ®Þnh tuú theo tõng lo¹i nguån ph¸t.
1.4 ®ièt laze ®iÒu chØnh ®−îc b−íc sãng.
§èi víi viÖc thiÕt kÕ hÖ thèng th× ®ièt laze lý t−ëng lµ lo¹i ph¸t x¹ ®¬n
mode däc víi ®é réng phæ rÊt hÑp vµ tèc ®é ®iÒu chØnh b−íc sãng cì nano
gi©y trªn kho¶ng b−íc sãng cì 100 nm quanh b−íc sãng 1.3 hoÆc 1.5 µm . §·
cã nhiÒu kü thuËt ®−îc ph¸t triÓn cho øng dông ®iÒu chØnh b−íc sãng. Tuy
nhiªn cho ®Õn nay c¸c kü thuËt nµy vÉn ch−a hoµn thiÖn vµ ®¸p øng ®−îc tÊt
c¶ c¸c yªu cÇu øng dông mét c¸ch ®ång thêi. Do ®ã cã nh÷ng tho¶ hiÖp nhÊt
Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi
--------------------------------------------
luËn v¨n th¹c sÜ khoa häc
kü thuËt ®a truy nhËp trong m¹ng
quang vµ øng dông
ngµnh: xö lý th«ng tin vµ truyÒn th«ng
M∙ sè:
NguyÔn thÕ d−¬ng
Ng−êi h−íng dÉn khoa häc: PGS -TS. §Æng v¨n chuyÕt
hµ néi 2006
-i-
Lêi cam ®oan
Em xin cam ®oan luËn v¨n nµy lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña b¶n th©n.
C¸c nghiªn cøu trong luËn v¨n nµy dùa trªn nh÷ng tæng hîp lý thuyÕt vµ hiÓu
biÕt thùc tÕ cña em, kh«ng sao chÐp.
T¸c gi¶ luËn v¨n
NguyÔn ThÕ D−¬ng
-ii-
Môc lôc
Néi dung Trang
Lêi Më ®Çu .............................................................................................
Ch−¬ng 1: c¸c phÇn tö sö dông trong m¹ng
quang ®a truy nhËp
1.1 giíi thiÖu chung …………………….................................. 1
1.2 Bé ghÐp h×nh sao qu¶ng b¸ ………………………….... 2
1.3 bé ghÐp kªnh vµ t¸ch kªnh ........................................... 4
1.4 ®ièt laze ®iÒu chØnh ®−îc b−íc sãng. .................... 7
1.4.1 §iÒu chØnh nhiÖt. ........................................................................... 8
1.4.2 §ièt laze ®iÒu chØnh ®−îc b−íc sãng sö dông hèc ngoµi............... 8
1.4.3 ®ièt laze håi tiÕp ph©n bè (DFB) hai ®o¹n..................................... 10
1.4.4 §ièt laze ph¶n x¹ ph©n bè Bragg hai ®o¹n vµ ba ®o¹n. ................ 11
1.5 bé läc quang ®iÒu chØnh ®−îc …................................ 12
Ch−¬ng 2 : Kü thuËt ®a truy nhËp
ph©n chia theo b−íc sãng - wdma
2.1 Tæng quan vÒ kü thuËt WDMA....................................... 14
2.2 M¹ng WDMA ®¬n b−íc ....................................................... 14
2.2.1 M¹ng WDMA “ qu¶ng b¸ vµ lùa chän ”........................................ 14
2.2.2 M¹ng WDMA “®Þnh tuyÕn theo b−íc sãng”................................. 20
2.2.3 C¸c vÊn ®Ò liªn quan ®Õn hiÖu suÊt vµ thiÕt kÕ m¹ng .................... 25
2.2.3.1 VÞ trÝ bé ®Öm trong m¹ng WDMA ®¬n b−íc ................................. 25
2.2.3.2 Xuyªn kªnh..................................................................................... 26
2.3 M¹ng WDMA ®a b−íc ......................................................... 29
2.3.1 Kh¸i niÖm chung vÒ m¹ng WDMA ®a b−íc ................................ 29
2.3.2 §Æc ®iÓm cña m¹ng WDMA ®a b−íc ……………....................... 31
-iii-
2.4 øng dông m¹ng kü thuËt ®a truy nhËp WDMA 36
2.4. 1 M¹ng WDMA ®¬n b−íc .............................................................. 36
2.4.1.1 M¹ng LAMBDANET...................................................................... 36
2.4.1.2 M¹ng RAINBOW............................................................................ 37
2.4.1.3 FOX –Bé kÕt nèi chÐo quang tèc ®é cao…………………………… 38
2.4.1.4 HYPASS (High performance packet switch system……………...... 39
2.4.1.5 M¹ng RINGGO............................................................................... 42
2.4.2 M¹ng WDMA ®a b−íc .................................................................. 43
2.4.2.1 M¹ng Starnet.................................................................................. 43
2.4.2.2 M¹ng HORNET.............................................................................. 44
Ch−¬ng 3 : kü thuËt ®a truy nhËp
ph©n chia theo sãng mang phô – SCMA
3.1 Giíi thiÖu chung .................................................................. 49
3.2 HiÖu suÊt cña m¹ng scma ®¬n kªnh …..................... 51
3.2.1 NhiÔu l−îng tö Short noise ………………................................... 53
3.2.2 NhiÔu nhiÖt cña m¸y thu ............................................................... 54
3.2.3 NhiÔu c−êng ®é Laser ................................................................... 55
3.2.4 NhiÔu giao thoa quang .................................................................. 55
3.2.5 Tû sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m tæng....................................................... 58
3.2.6 øng dông cña c¸c hÖ thèng SCMA ®¬n kªnh ................................ 55
3.3 §a truy nhËp sãng mang phô ®a kªnh .................... 60
3.3.1 Kh¸i niÖm vÒ hÖ thèng SCMA ®a kªnh ........................................ 61
3.3.2 §Æc ®iÓm cña hÖ thèng SCMA ®a kªnh ….................................... 62
3.3.3 Tû sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m tæng ...................................................... 64
3.3.4 øng dông cña c¸c hÖ thèng SCMA ®a kªnh .................................. 65
Ch−¬ng 4 : kü thuËt ®a truy nhËp
ph©n chia theo thêi gian – TDMA
4.1 Giíi thiÖu chung .................................................................. 68
-iv-
4.2 C¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n cña Kü thuËt TDMA ………. 68
4.3 øng dông m¹ng Kü thuËt ®a truy nhËp TDMA .... 71
4.3.1 ATM-PON (ATM dùa trªn m¹ng quang thô ®éng) ...................... 71
4.3.2 E- PON (Ethernet dùa trªn m¹ng quang thô ®éng) ....................... 74
Ch−¬ng 5 : kü thuËt ®a truy nhËp
ph©n chia theo m∙ - cdma
5.1 Tæng quan kü thuËt ®a truy nhËp CDMA .............. 78
5.2 C¸c m¹ng sö dông kü thuËt CDMA ............................. 78
5.2.1 M¹ng sö dông kü thuËt CDMA t¸ch sãng trùc tiÕp ...................... 78
5.2.2 M¹ng CDMA quang kÕt hîp......................................................... 85
5.2.3 §Æc ®iÓm cña c¸c m¹ng sö dông kü thuËt CDMA quang.............. 87
Ch−¬ng 6 : ®Ò xuÊt m« h×nh øng dông m¹ng
man T¹i b−u ®iÖn hµ néi
6.1 HiÖn tr¹ng m¹ng viÔn th«ng cña B§HN .................. 88
6.1.1 M¹ng truyÒn dÉn ........................................................................... 88
6.1.2 M¹ng tæng ®µi ............................................................................... 88
6.1.3 M¹ng DDN truyÒn thèng ……………………………………….. 90
6.1.4 M¹ng truyÒn sè liÖu ATM + IP ..................................................... 90
6.1.5 M¹ng truy nhËp b¨ng réng ADSL & SHDSL ................................ 91
6.2 §¸nh gi¸ øng dông truy nhËp quang cña b®hn 94
6.3 Dù b¸o nhu cÇu ph¸t triÓn ............................................ 96
6.4 Ph©n tÝch gi¶i ph¸p øng dông x©y dùng m¹ng .... 99
6.5 Lùa chän gi¶i ph¸p c«ng nghÖ truy nhËp .............. 103
6.6 Mét sè chØ tiªu c¬ b¶n khi x©y dùng m¹ng …….. 105
6.7 §Ò xuÊt cÊu h×nh øng dông m¹ng MAN .................... 107
KÕt luËn................................................................................................. 110
Tµi liÖu tham kh¶o ........................................................................... 111
-v-
ThuËt ng÷ vµ ch÷ viÕt t¾t
ADSL Asymmetric Digital Sub Line Thuª bao sè kh«ng ®èi xøng
AON All –optical network M¹ng toµn quang
ADM Add/ Drop Multiplexer Bé ghÐp kªnh xen rÏ
APD Avalanche Photodiode §ièt t¸ch sãng th¸c
AR Antireflection Coating Vá chèng ph¶n x¹
ASK Amplitude Shift Keying Kho¸ dÞch biªn ®é
ATM Asynchronous Transfer Mode Mode chuyÓn giao kh«ng
®ång bé
B-ISDN Broadband Integrated Service M¹ng sè liªn kÕt ®a dÞch vô
Digital network b¨ng réng
BPF BandPass Filter Bé läc b¨ng th«ng
BRAS Broadband Access Server Server truy nhËp b¨ng réng
CNR Carrier –to- Noise Ratio Tû sè sãng mang trªn nhiÔu
COT Central Office terminal ThiÕt bÞ ®Çu cuèi tæng ®µi
CT Central terminal ThiÕt bÞ ®Çu cuèi tËp trung
DBR Distributed Bragg Reflecter Ph¶n x¹ ph©n bè Bragg
DCN Digital Communication network M¹ng th«ng tin sè
DCS Digital Cross -connect system Bé nèi chÐo sè
DEMUX Demultiplexer Bé gi¶i ghÐp (t¸ch) kªnh
DFB Distributed Feedback Håi tiÕp ph©n bè
DLC Digital loop Carrier TruyÒn t¶i m¹ch vßng sè
DR Distributed reflector Bé ph¶n x¹ ph©n bè
DSL Digital sub line §−êng d©y thuª bao sè
DSLAM DSL access Multiplexer Bé ghÐp ®−êng thuª bao sè
FBG Fiber Bragg grating C¸ch tö quang Bragg
FP-LD Fabry-Perot laser diode §i èt la-de Fabry-Perot
FSK Frequency Shift Keying Kho¸ dÞch tÇn sè
FTTB Fiber to the Building C¸p quang tíi toµ nhµ
FTTC Fiber to the Curb C¸p quang tíi khu d©n c−
-vi-
FTTH Fiber to the home C¸p quang tíi nhµ
FTTL Fiber to the loop M¹ch vßng c¸p quang
FTTO Fiber to the office C¸p quang tíi c«ng së
FWM Four –Wave Mixing Trén bèn sãng
GGL Gain Guided laser Lade ®iÒu khiÓn khuyÕch
®¹i
GI Graded Index ChØ sè Gradien
GRIN Graded refractive Index ChØ sè chiÕt suÊt Gradien
IF Intermediate frequency Trung tÇn
IGL Index Guided laser Lade ®iÒu khiÓn chØ sè chiÕt
suÊt
IM Intensity Modulation §iÒu biÕn c−êng ®é
IMD Intermodulation Distortion MÐo ®iÒu chÕ t−¬ng hç
LD Laser diode §ièt lade
LED Light Emitting Diode §ièt ph¸t quang LED
LO Local Oscillator Dao ®éng néi
LOC Large Optical Cavity Hèc céng h−ëng quang réng
MAN Metropolitan Area Network M¹ng khu vùc néi thÞ
MQW Multiple Quantum Well GiÕng l−îng tö
MUX Multiplexer Bé ghÐp kªnh
MZ Mach –Zehnder Bé ®iÒu chÕ Mach –Zehnder
OA Optical amplifier Bé khuÕch ®¹i quang
OADM Optical Add/Drop Multiplexer Bé ghÐp kªnh xen rÏ quang
OFA Optical fiber amplifier Bé khuÕch ®¹i quang sîi
ONI Optical Network interface Giao diÖn m¹ng quang
ONNI Optical network – to – network Giao diÖn m¹ng –m¹ng
interface quang
ONU Optical network Unit ThiÕt bÞ m¹ng quang
OTN Optical transport network M¹ng truyÒn t¶i quang
OXC Optical Cross connect Nèi chÐo quang
PDS Passive Distribute Service DÞch vô ph©n phèi thô ®éng
-vii-
PIN Positive Intrinsic Negative CÊu tróc PIN
PON Passive optical network M¹ng quang thô ®éng
PSK Phase shift keying Kho¸ dÞch pha
RF Radio frequency TÇn sè v« tuyÕn
RIN Relative Intensity Noise NhiÔu c−êng ®é t−¬ng ®èi
RPR Resilient packet ring M¹ng vßng chuyÓn m¹ch
gãi tù håi phôc
SBS Stimulated Brillouin Scattering T¸n x¹ Brillouin kÝch thÝch
SCM Subcarrier Multiplexing GhÐp kªnh sãng mang phô
SDSL Symmetric digital sub line Thuª bao sè ®èi xøng
SEL Surface Emitting laser La-de ph¸t mÆt
SPM Self phase modulation Tù ®iÒu chÕ pha
SRS Stimulated Raman Scattering T¸n x¹ raman kÝch thÝch
TDM Time division Multiplexing GhÐp kªnh theo thêi gian
TDMA Time division Multiple Access §a truy nhËp theo thêi gian
TT Tunable transmitter Bé ph¸t ®iÒu chØnh ®−îc
TR Tunable receiver Bé thu ®iÒu chØnh ®−îc
FT Fixed – tuned transmitter Bé ph¸t cè ®Þnh
RF Fixed – tuned receiver Bé thu cè ®Þnh
VPN Virtual private network DÞch vô m¹ng riªng ¶o
WDM Wavelength Division Multiplex GhÐp kªnh theo b−íc sãng
WDMA Wavelength Division Multiple §a truy nhËp theo b−íc
Access sãng
WGR Wavelength Grating Router Bé ®Þnh tuyÕn c¸ch tö dÉn
sãng
WR Wavelength Router Bé ®Þnh tuyÕn b−íc sãng
WRC Wavelength routing Controller Bé ®iÒu khiÓn ®Þnh tuyÕn
b−íc sãng
WT Wavelength terminal ThiÕt bÞ kÕt cuèi b−íc sãng
XPM Cross Phase Modulation §iÒu chÕ ngang (chÐo) pha
-viii-
danh môc b¶ng
B¶ng 2.1 Quan hÖ gi÷a sè nót m¹ng (N) vµ sè b−íc (h) xuÊt ph¸t tõ 33
mét nót nguån trong gi¶n ®å ShuffleNet (p,k) .......................
B¶ng 2.2 Mét sè th«ng sè ®¹i diÖn biÓu ®å ShuffleNet ....................... 34
B¶ng 2.3 C¸c tham sè thö nghiÖm m¹ng HORNET ............................. 45
B¶ng 6.1 Kü thuËt truyÒn dÉn tõ tæng ®µi ®Õn thuª bao ……………… 104
B¶ng 6.2 Kü thuËt truyÒn dÉn tõ thuª bao ®Õn tæng ®µi ……………… 104
Danh môc h×nh vÏ
H×nh 1.1. Mét sè cÊu kiÖn quang thô ®éng ........................................... 2
H×nh 1.2. Bé ghÐp h×nh sao 8x8 t¹o ra b»ng 12 bé ghÐp sîi ®¬n mode . 2
H×nh 1.3. C¸c bé ghÐp h×nh sao ............................................................. 4
H×nh 1.4. S¬ ®å khèi hÖ thèng WDM .................................................... 4
H×nh 1.5 ThiÕt bÞ ghÐp –t¸ch kªnh hçn hîp (MUX-DEMUX) ............. 5
H×nh 1.6 Xuyªn kªnh ............................................................................ 9
H×nh 1.7 §ièt laze ®iÒu chØnh ®−îc sö dông hèc ngoµi ........................ 9
H×nh 1.8 Laser MAGIC ........................................................................ 9
H×nh 1.9 §ièt laze håi tiÕp ph©n bè hai ®o¹n ....................................... 10
H×nh 1.10 S¬ ®è cÊu tróc diode laze ph¶n x¹ ph©n bè Bragg ................ 11
H×nh 1.11 S¬ ®å khèi bé läc quang ®iÒu chØnh ®−îc .............................. 12
H×nh 2.1 M¹ng WDMA h×nh sao ®¬n b−íc “qu¶ng b¸ vµ lùa chän”.... 15
H×nh 2.2 S¬ ®å chuyÓn ®æi tr¹ng th¸i kÕt hîp víi sè b−íc sãng ®−îc 17
sö dông ..................................................................................
H×nh 2.3 Quan hÖ sè b−íc sãng bËn -T¶i ρ vµ sè b−íc sãng cùc ®¹i ... 20
H×nh 2.4 Nguyªn lý ®Þnh tuyÕn b−íc sãng m¹ng WDMA ®¬n b−íc .. 220
H×nh 2.5 M¹ng ®Þnh tuyÕn theo b−íc sãng N = 3 21
nót ,sö dông phÇn tö WDM ..................................................
H×nh 2.6 M¹ng ®Þnh tuyÕn theo b−íc sãng 23
sö dông chuyÓn m¹ch kh«ng gian chän b−íc sãng ...............
-ix-
H×nh 2.7 Nguyªn lý ho¹t ®éng m¹ng LLN …………………………... 24
H×nh 2.8 T¸i sö dông b−íc sãng trong m¹ng LLN ............................... 25
H×nh 2.9 Quan hÖ thêi gian ®îi vµ t¶i cho m¹ng ®Öm ®Çu ra ®Çu vµo 26
H×nh 2.10 Chän kªnh trong m¹ng WDMA thu kÕt hîp ......................... 27
H×nh 2.11 MÊt m¸t c«ng suÊt do xuyªn kªnh trong bé t¸ch sãng quang 28
H×nh 2.12 Quan hÖ gi÷a c«ng suÊt cùc ®¹i trªn kªnh vµ sè kªnh cho 29
4 ¶nh h−ëng phi tuyÕn trong m¹ng WDMA ………………..
H×nh 2.13 CÊu tróc m¹ng ®a chÆng WDMA h×nh sao 8 nót ................... 30
H×nh 2.14 BiÓu ®å kÕt nèi trùc tiÕp Shufflenet m¹ng ®a chÆng 32
h×nh sao 8 nót..........................................................................
H×nh 2.15 BiÓu diÔn th«ng l−îng trªn mét nót, sè nót N 35
cho m¹ng WDMA shuffleNet ................................................
H×nh 2.16 CÊu tróc m¹ng Lambdanet WDMA ....................................... 36
H×nh 2.17 CÊu tróc c¬ b¶n cña m¹ng FOX ............................................. 38
H×nh 2.18 CÊu tróc m¹ng WDMA –Hypass ........................................... 39
H×nh 2.19 Minh ho¹ thuËt to¸n th¨m dß h×nh c©y trong tr−êng hîp 40
cã 4 gãi d÷ liÖu ®ång thêi ®Õn cïng mét ®Ých .......................
H×nh 2.20 Quan hÖ gi÷a thêi gian trÔ trung b×nh 41
vµ t¶i ρ trong m¹ng Hypass ...................................................
H×nh 2.21 M¹ng metro WDM ringo ................................................... 42
H×nh 2.22 CÊu tróc nót RINGO ............................................................. 43
H×nh 2.23 CÊu tróc chuyÓn m¹ch Starnet ............................................... 43
H×nh 2.24 CÊu tróc m¹ng HORNET....................................................... 46
H×nh 2.25 S¬ ®å cÊu tróc nót truy nhËp (AN) trong m¹ng HORNET .... 46
H×nh 2.26 Nguyªn lý ho¹t ®éng giao thøc CSMA/CA 47
trong m¹ng HORNET ………………………………………
H×nh 3.1 Nguyªn lý kü thuËt ®iÒu chÕ SCM …………………………. 49
H×nh 3.2 M¹ng SCMA cÊu tróc h×nh sao .............................................. 51
H×nh 3.2 (a) Phæ c«ng suÊt quang cña hai Laser ®¬n mode däc 53
-x-
cã ®é lÖch tÇn sè trung t©m b»ng δv .....................................
H×nh 3.2(b) Phæ c«ng suÊt ®iÖn cña thµnh phÇn nhiÔu khi δv ≠0 .............. 57
H×nh 3.2 (c) Phæ c«ng suÊt ®iÖn cña thµnh phÇn nhiÔu khi δv = 0 ............ 57
H×nh 3.3 Tû sè (SNRtot) tæng vµ 4 lo¹i nhiÔu trong 59
hÖ thèng SCMA ®¬n kªnh .....................................................
H×nh 3.4 H−íng lªn hÖ thèng FITL dùa trªn SCMA –PON ................ 60
H×nh 3.5 M¹ng SCMA ®a kªnh , N b−íc sãng vµ M nót m¹ng 61
trªn mét b−íc sãng ...............................................................
H×nh 3.6 G¸n kªnh tÇn trong m¹ng SCMA ®a kªnh ............................. 62
H×nh 3.7 CÊu tróc chuyÓn m¹ch gãi tèc ®é cao dùa trªn 66
SCMA ®a kªnh øng dông cho MAN ………………………..
H×nh 4.1 M¹ng quang thô ®éng dùa trªn cÊu tróc Bus ......................... 69
H×nh 4.2 CÊu tróc cña ATM-PON......................................................... 72
H×nh 4.3 Khung thêi gian ATM-PON ®èi xøng 155 Mbps .................. 74
H×nh 4.4 S¬ ®å øng dông E-PON ......................................................... 75
H×nh 4.5 Khe thêi gian h−íng lªn vµ h−íng xuèng E-PON ................. 76
H×nh 5.1 M¹ng CDMA quang .............................................................. 79
H×nh 5.2 M· ho¸ bÝt nguån tin ‘1’ víi chuçi chÝp CDMA. 79
Sè c¸c chÝp, F=25. Sè c¸c chip 1, K=5 ..................................
H×nh 5.3 (a) Bé m· ho¸ quang vµ (b) bé gi¶i m· quang sö dông 82
c¸c ®−êng d©y trÔ quang song song........................................
H×nh 5.4 Hai m· quang trùc giao A vµ B .............................................. 84
H×nh 5.5 M· ho¸ vµ gi¶i m· phæ c¸c xung ¸nh s¸ng cùc ng¾n 86
trong c¸c m¹ng CDMA quang kÕt hîp ..................................
H×nh 6.1 S¬ ®å ®Êu nèi c¸c tr¹m tæng ®µi - m¹ng B−u ®iÖn Hµ Néi .... 89
H×nh 6.2 CÊu tróc m¹ng truyÒn sè liÖu ATM + IP ............................... 91
H×nh 6.3 S¬ ®å cÊu tróc m¹ng truy nhËp ADSL & SHDSL .................. 92
H×nh 6.4 S¬ ®å m¹ng truy nhËp ADSL vµ SHDSL – B−u ®iÖn Hµ Néi 93
H×nh 6.5 S¬ ®å triÓn khai MAN øng dông c«ng nghÖ 108
HORNET trªn m¹ng Hµ Néi .................................................
-xi-
Lêi më ®Çu
Ngµy nay, thÕ giíi ®ang b−íc sang kû nguyªn cña th«ng tin, trong ®ã
c«ng nghÖ th«ng tin vµ truyÒn th«ng lµ ®éng lùc thóc ®Èy sù ph¸t triÓn cña x·
héi. Do ®ã, nhu cÇu truyÒn th«ng ngµy cµng lín víi nhiÒu dÞch vô míi b¨ng
réng vµ ®a ph−¬ng tiÖn trong ®êi sèng kinh tÕ – x· héi cña tõng quèc gia còng
nh− kÕt nèi toµn cÇu.
§Ó ®¸p øng ®−îc vai trß ®éng lùc thóc ®Èy sù ph¸t triÓn cña kû nguyªn
th«ng tin, m¹ng truyÒn th«ng cÇn ph¶i cã kh¶ n¨ng truyÒn dÉn tèc ®é cao,
b¨ng th«ng réng, dung l−îng lín. Mét trong gi¶i ph¸p ®Ó t¹o ra m¹ng truyÒn
th«ng cã kh¶ n¨ng truyÒn dÉn ®ã lµ m¹ng th«ng tin quang tèc ®é cao. MÆc dï
cã sù ph¸t triÓn nhanh vÒ c«ng nghÖ, cÊu tróc m¹ng vµ cÊu h×nh c¸c hÖ thèng
truyÒn dÉn quang trong c¸c øng dông thùc tÕ, song vÒ c¬ b¶n m¹ng th«ng tin
quang cã thÓ chia lµm hai phÇn lµ m¹ng truy nhËp vµ m¹ng truyÒn t¶i.
M¹ng truyÒn t¶i víi môc tiªu truyÒn c¸c l−u l−îng lín víi b¨ng tÇn
réng nh»m tho¶ m·n nhu cÇu truyÒn t¶i trong cÊu tróc m¹ng hiÖn ®¹i. Trªn c¬
së ®ã, vÊn ®Ò th«ng suèt l−u l−îng ®−îc ®Æt ra nh− lµ mét nÒn t¶ng cho viÖc
tho¶ m·n nhu cÇu b¨ng tÇn réng cña kh¸ch hµng mµ kh«ng cÇn quan t©m tíi
néi dung cña luång tÝn hiÖu. §©y còng lµ néi dung yªu cÇu tiÕn ®Õn m¹ng toµn
quang thÕ hÖ sau (all optical network). M¹ng truy nhËp quang ë nhiÒu n¬i ®·
®−îc khai th¸c cã hiÖu qu¶ vµ ®· ®¸p øng ®−îc nhiÒu lo¹i h×nh dÞch vô. Tuy
nhiªn, nhu cÇu th«ng tin ngµy mét ph¸t triÓn m¹nh, c¸c yªu cÇu vÒ c¸c hÖ
thèng truy nhËp quang cho m¹ng néi h¹t cã b¨ng tÇn réng ®· ®−îc ®Æt ra
nh»m tho¶ m·n sù ph¸t triÓn cña m¹ng vµ c¸c lo¹i h×nh dÞch vô cã b¨ng tÇn vµ
chÊt l−îng cao. §Ó thùc hiÖn c¸c môc ®Ých trªn ng−êi ta ®· vµ ®ang nghiªn
cøu rÊt nhiÒu c¸c gi¶i ph¸p kü thuËt, mét trong sè ®ã lµ kü thuËt ®a
truy nhËp quang nh»m t¹o ra c¸c së cø khoa häc cho viÖc thiÕt kÕ vµ
øng dông c¸c m¹ng quang ®a truy nhËp, néi dung luËn v¨n bao gåm:
Ch−¬ng 1 giíi thiÖu mét sè phÇn tö sö dông trong m¹ng quang ®a truy
nhËp. Nghiªn cøu chøc n¨ng, nguyªn lý ho¹t ®éng vµ ®Æc tÝnh kü thuËt cña
mét sè cÊu kiÖn quang thô ®éng vµ c¸c phÇn tö ®iÒu chØnh ®−îc øng dông
trong m¹ng quang ®a truy nhËp (Bé ph¸t thay ®æi, bé thu thay ®æi vµ bé läc
thay ®æi ®−îc).
-xii-
Ch−¬ng 2 sÏ tr×nh bµy vÒ kü thuËt ®a truy nhËp ph©n chia theo b−íc
sãng WDMA trong ®ã ®−a ra tæng quan vÒ c«ng nghÖ WDMA, c¸c kh¸i niÖm
vÒ m¹ng WDMA ®¬n b−íc vµ ®a b−íc ®ång thêi ph©n tÝch cÊu tróc, ®Æc tÝnh
kü thuËt cña c¸c m¹ng WDMA ®¬n b−íc vµ ®a b−íc vµ nghiªn cøu mét sè cÊu
tróc vµ giao thøc m¹ng øng dông kü thuËt WDMA.
Ch−¬ng 3 nghiªn cøu vÒ kü thuËt ®a truy nhËp ph©n chia theo sãng
mang phô SCMA t×m hiÓu c¸c ®Æc ®iÓm vÒ kü thuËt ®a truy nhËp sãng mang
phô ®¬n kªnh, kü thuËt ®a truy nhËp sãng mang phô ®a kªnh, ®−a ra c¸c ph©n
tÝch ¶nh h−ëng vÒ nhiÔu g©y ra liªn quan ®Õn hiÖu suÊt cña m¹ng vµ nªu øng
dông cña kü thuËt SCMA.
Ch−¬ng 4 m« t¶ kü thuËt ®a truy nhËp theo thêi gian TDMA víi hai
ph−¬ng thøc xö lý ghÐp dßng tÝn hiÖu d−íi d¹ng chÌn bÝt vµ d¹ng khèi. Tr×nh
bµy c¸c m¹ng øng dông: M¹ng A-PON (ATM dùa trªn m¹ng quang thô ®éng)
vµ M¹ng E-PON (Ethernet dùa trªn m¹ng quang thô ®éng).
Ch−¬ng 5 nghiªn cøu ®Æc ®iÓm cña kü thuËt ph©n chia theo m· CDMA
liªn quan ®Õn c¸c kü thuËt CDMA t¸ch sãng trùc tiÕp vµ m¹ng CDMA quang
kÕt hîp vµ ®Æc ®iÓm cña c¸c m¹ng sö dông kü thuËt CDMA quang.
Ch−¬ng 6 ®Ò xuÊt kh¶ n¨ng øng dông m« h×nh øng dông MAN trªn
m¹ng cña B−u ®iÖn Hµ néi ®Ó chuyÓn t¶i l−u l−îng cho c¸c m¹ng b¨ng réng vµ
tõng b−íc cã thÓ thay thÕ c¸c m¹ng truyÒn dÉn kªnh truyÒn thèng. ViÖc triÓn
khai øng dông m¹ng MAN nhê kü thuËt WDMA còng nh− øng dông cña kü
thuËt WDMA trong c¸c m¹ng ®−êng trôc vµ m¹ng diÖn réng ®−îc m« t¶ cho
thÊy møc ®é vµ tÝnh kh¶ thi khi ¸p dông cÊu tróc MAN cho viÖc truyÒn t¶i d÷
liÖu chuyÓn m¹ch gãi rÊt phï hîp cho c¸c øng dông cña m¹ng thÕ hÖ sau NGN
vµo thùc tÕ nh− thÕ nµo.
-1-
Ch−¬ng 1
tæng quan vÒ c¸c phÇn tö sö dông trong
m¹ng quang ®a truy nhËp
1.1 giíi thiÖu chung.
Trong kü thuËt ®a truy nhËp quang, vÒ mÆt b−íc sãng ta cã kü thuËt
ghÐp kªnh theo b−íc sãng WDM t−¬ng øng lµ kü thuËt truy nhËp WDMA,
ghÐp kªnh nhiÒu sãng mang SCM t−¬ng øng lµ kü thuËt truy nhËp SCMA, vÒ
mÆt thêi gian ta cã kü thuËt truy nhËp theo thêi gian TDMA vµ truy nhËp ph©n
chia theo m· CDMA.
Trong c¸c m¹ng truy nhËp quang dßng bÝt d÷ liÖu h−íng ®i tõ ng−êi sö dông
®Õn tæng ®µi cã l−u l−îng nhá vµ h−íng vÒ tõ tæng ®µi ®Õn ng−êi sö dông cã
l−u l−îng lín h¬n rÊt nhiÒu, v× vËy, kü thuËt truy nhËp cho c¸c h−íng còng
kh¸c nhau.
§Ó thùc hiÖn ®−îc m¹ng quang ®a truy nhËp cÇn ph¶i cã mét sè cÊu
kiÖn quang, th«ng th−êng ®−îc gäi lµ c¸c thiÕt bÞ quang thô ®éng. Tuú theo
c¸c chøc n¨ng thùc hiÖn mµ chóng ®−îc chia ra c¸c lo¹i nh− sau :
• Bé chia quang: Bé nµy thùc hiÖn chia c«ng suÊt quang tõ mét ®Çu vµo
duy nhÊt tíi mét sè ®Çu ra.
• Bé tæng hîp quang: Bé nµy thùc hiÖn chøc n¨ng ng−îc l¹i cña bé chia,
nã tæng hîp mét sè tÝn hiÖu quang ë c¸c ®−êng vµo vµ ®−a tíi mét ®Çu
ra duy nhÊt.
• Bé ghÐp h×nh sao qu¶ng b¸: ThiÕt bÞ nµy thùc hiÖn viÖc kÕt hîp c¸c tÝn
hiÖu quang tõ c¸c cæng vµo vµ chia ®Òu nã cho c¸c cæng ra.
• ThiÕt bÞ ghÐp kªnh theo b−íc sãng : ThiÕt bÞ nµy tæng hîp c¸c kªnh cã
b−íc sãng kh¸c nhau t¹i c¸c ®Çu vµo vµ ®−a ra mét ®Çu ra duy nhÊt.
• ThiÕt bÞ t¸ch kªnh theo b−íc sãng : ThiÕt bÞ nµy chia ®a kªnh quang tõ
mét ®Çu vµo thµnh c¸c ®Çu ra kh¸c nhau tuú thuéc vµo b−íc sãng cña
chóng.
• C¸c bé c¸c ly quang: Cã nhiÖm vô b¶o vÖ bé ph¸t hoÆc bÊt cø thiÕt bÞ
liªn quan ®Õn ®é nh¹y tõ nh÷ng tÝn hiÖu ph¶n x¹ kh«ng mong muèn.
• Bé läc quang : ThiÕt bÞ nµy thùc hiÖn chän läc mét kªnh trong sè c¸c
kªnh ®Õn ®Çu vµo, vµ ®−a kªnh ®−îc chän nµy ®Õn ®Çu ra.
Ngoµi ra trong mét sè m¹ng quang ®a truy nhËp yªu cÇu mét vµi phÇn
tö ®iÒu chØnh ®−îc, vÝ dô nh− bé ph¸t thay ®æi ®−îc (Tx- Tunable), bé thu
-2-
thay ®æi ®−îc (Rx- Tunable) vµ c¸c bé läc quang thay ®æi ®−îc. §©y lµ c¸c
phÇn tö tÝch cùc, nã cã vÞ trÝ ®Æc biÖt quan träng trong c¸c m¹ng quang sö
dông kü thuËt ®a truy nhËp theo b−íc sãng (WDMA).
N M
a
b c
λ1
λ1 ...... λn λ1
λ1 ...... λn
λn f
e
λn d
H×nh 1.1 CÊu kiÖn quang thô ®éng.
a. Bé chia quang. d. Bé ghÐp kªnh theo b−íc sãng.
b. Bé tæng hîp quang. e. Bé t¸ch kªnh theo b−íc sãng.
c. Bé ghÐp h×nh sao qu¶ng b¸. f. Bé c¸ch ly quang.
1.2 Bé ghÐp h×nh sao qu¶ng b¸.
1 5 9
2 6 10
3 7 11
4 8 12
H×nh 1.2 Bé ghÐp h×nh sao 8x8 t¹o ra b»ng 12 bé ghÐp sîi ®¬n mode.
Vai trß cña mét bé ghÐp h×nh sao lµ kÕt hîp c¸c tÝn hiÖu quang tõ c¸c
cæng ®Çu vµo vµ chia ®Òu nã trªn c¸c cæng ®Çu ra nh− chØ ra trªn h×nh 1.2.
Kh«ng nh− c¸c bé t¸ch kªnh, c¸c bé ghÐp h×nh sao kh«ng chøa c¸c phÇn tö
-3-
lùa chän b−íc sãng. V× vËy chóng kh«ng cã kh¶ n¨ng t¸ch c¸c kªnh riªng rÏ.
Trong tr−êng hîp tæng qu¸t sè c¸c cæng ®Çu vµo vµ c¸c cæng ®Çu ra kh«ng cÇn
ph¶i b»ng nhau vµ ký hiÖu lµ (NxM), trong ®ã N lµ sè cæng ®Çu vµo vµ M lµ sè
cæng ®Çu ra.
Cã mét sè kiÓu bé ghÐp h×nh sao ®· ®−îc ph¸t triÓn. Lo¹i bé ghÐp ®Çu
tiªn sö dông c¸c bé ghÐp sîi 3dB. Mçi bé ghÐp sîi cã kh¶ n¨ng ghÐp hai tÝn
hiÖu ®Çu vµo vµ ph©n chia ®Òu trªn hai cæng ®Çu ra, còng cã nghÜa lµ bé ghÐp
h×nh sao 2x2. C¸c h×nh sao bËc cao h¬n NxN cã thÓ ®−îc t¹o ra b»ng c¸ch gép
mét sè bé ghÐp 2x2 víi nhau trong ®ã N lµ béi sè lÇn cña 2. H×nh 1.2 m« t¶ s¬
®å nh− vËy cho cÊu tróc h×nh sao 8x8 t¹o thµnh tõ 12 bé ghÐp 2x2. §Ó t¹o ra
®−îc bé coupler h×nh sao NxN th× sè bé coupler 3 dB cÇn thiÕt ®−îc tÝnh theo
biÓu thøc sau:
N
N C = log 2 N 1.1
2
NÕu gäi β lµ suy hao cña tÝn hiÖu khi ®i qua coupler 3dB th× hÖ sè nµy
®−îc x¸c ®Þnh b»ng tæng sè c«ng suÊt ®Çu ra trªn tæng c«ng suÊt ®Çu vµo,
th«ng th−êng gi¸ trÞ nµy ®−îc biÓu diÔn theo ®¬n vÞ deciBel. Suy hao tæng cña
tÝn hiÖu khi ®i qua bé ghÐp h×nh sao NxN ®−îc tÝnh nh− biÓu thøc (1.2). Nh−
vËy khi sè cæng t¨ng lªn th× suy hao tÝn hiÖu qua bé ghÐp còng t¨ng lªn.
⎧ β log 2 N ⎫
Loss [ dB ] = − 10 log 10 ⎨ ⎬ ≅ 10 (1 − 3 .3 log 10 β ). log 10 N 1.2
⎩ N ⎭
Cã mét gi¶i ph¸p kh¸c ®−îc ®−a ra lµ sö dông c¸c bé ghÐp biconical-
taper (th¾t lµm hai h×nh chãp nãng ch¶y) ®Ó t¹o ra c¸c bé ghÐp h×nh sao v÷ng
vµng, ch¾c ch¾n. H×nh 1.3 m« t¶ s¬ ®å sao truyÒn dÉn vµ sao ph¶n x¹ ®−îc t¹o
ra b»ng c«ng nghÖ nµy. Kü thuËt nµy lµm nãng ch¶y mét sè l−îng lín c¸c sîi
l¹i víi nhau vµ kÐo dµi phÇn nãng ch¶y thµnh d¹ng cÊu tróc th¾t hai phÇn. ë
phÇn cã d¹ng h×nh nªm, tÝn hiÖu tõ mçi sîi ®−îc ghÐp l¹i víi nhau vµ chia ®Òu
ra trªn c¸c cæng ®Çu ra. CÊu tróc nh− vËy ho¹t ®éng t−¬ng ®èi tèt víi sîi ®a
mode. Cßn trong tr−êng hîp sîi ®¬n mode th× nã bÞ h¹n chÕ do chØ cã thÓ lµm
nãng ch¶y ®−îc vµi sîi. C¸c bé ghÐp nãng ch¶y 2x2 sö dông sîi ®¬n mode
®−îc chÕ t¹o tõ kh¸ sím. Chóng cã thÓ ®−îc thiÕt kÕ ®Ó ho¹t ®éng trªn mét
ph¹m vi b−íc sãng réng.
-4-
(a) (b)
a, Bé ghÐp sao truyÒn dÉn ; b, Bé ghÐp sao ph¶n x¹
H×nh 1.3 C¸c bé ghÐp h×nh sao.
1.3 bé ghÐp kªnh (MUX) vµ t¸ch kªnh (DE-MUX).
1.3.1 Nguyªn lý c¬ b¶n ghÐp kªnh theo b−íc sãng quang.
i1(λ1) O1(λ1)
o(λ1 .....λn)
MUX DE-MUX
in(λn) i(λ1 .....λn) On(λn)
H×nh 1.4 S¬ ®å khèi hÖ thèng WDM
Nguyªn lý c¬ b¶n cña ghÐp kªnh theo b−íc sãng quang ®−îc minh ho¹
ë h×nh 1.4. Cã hai ph−¬ng ¸n thiÕt lËp hÖ thèng truyÒn dÉn sö dông ghÐp b−íc
sãng quang WDM ®ã lµ: Ph−¬ng ¸n truyÒn dÉn ghÐp b−íc sãng quang theo
mét h−íng, lµ sù kÕt hîp c¸c tÝn hiÖu cã b−íc sãng kh¸c nhau vµo sîi quang
t¹i mét ®Çu vµ thùc hiÖn t¸ch chóng ®Ó chuyÓn tíi c¸c bé t¸ch sãng quang ë
®Çu kia. Th«ng th−êng cÇn ph¶i sö dông hai sîi quang ®Ó thùc hiÖn truyÒn tÝn
hiÖu th«ng tin cho chiÒu ®i vµ chiÒu vÒ. Ph−¬ng ¸n truyÒn dÉn hai h−íng th×
kh«ng qui ®Þnh ph¸t ë mét ®Çu vµ thu ë mét ®Çu; ®iÒu nµy tøc lµ cã thÓ truyÒn
th«ng tin theo mét h−íng t¹i c¸c b−íc sãng λ1, λ2 , λ3, .......λj ......λn vµ ®ång
thêi còng truyÒn th«ng tin kh¸c theo h−íng ng−îc l¹i t¹i c¸c b−íc sãng λ1’,
λ2’, λ3’, .......λj’......λn’. Ph−¬ng ¸n nµy chØ cÇn sö dông mét sîi còng cã thÓ
thiÕt lËp ®−îc mét hÖ thèng truyÒn dÉn cho c¶ chiÒu ®i vµ chiÒu vÒ. §Ó thùc
hiÖn mét hÖ thèng WDM theo mét h−íng, th× cÇn ph¶i cã bé ghÐp kªnh b−íc
sãng MUX ë ®Çu ph¸t ®Ó kÕt hîp c¸c tÝn hiÖu quang tõ c¸c nguån ph¸t quang
kh¸c nhau ®−a vµo mét sîi quang chung. T¹i ®Çu thu, cÇn ph¶i cã mét bé t¸ch
kªnh DEMUX ®Ó thùc hiÖn t¸ch c¸c kªnh quang t−¬ng øng. Nh×n chung, c¸c
-5-
laze ®¬n mode th−êng kh«ng ph¸t mét l−îng c«ng suÊt ®¸ng kÓ nµo ë ngoµi
®é réng phæ kªnh ®· ®Þnh tr−íc cña chóng, cho nªn kh«ng cÇn ph¶i ®Ó ý ®Õn
vÊn ®Ò xuyªn kªnh ë ®Çu ph¸t. VÊn ®Ò ®¸ng quan t©m ë ®©y lµ bé ghÐp kªnh
cÇn cã suy hao thÊp ®Ó sao cho tÝn hiÖu tõ nguån quang tíi ®Çu ra bé ghÐp Ýt bÞ
suy hao. §èi víi bé t¸ch kªnh, v× c¸c bé t¸ch sãng quang th−êng nh¹y c¶m
trªn c¶ mét vïng réng c¸c b−íc sãng cho nªn nã cã thÓ thu ®−îc toµn bé c¸c
b−íc sãng ®· ®−îc ph¸t ®i tõ phÝa thiÕt bÞ ph¸t. Nh− vËy, ®Ó ng¨n chÆn c¸c tÝn
hiÖu kh«ng mong muèn mét c¸ch cã hiÖu qu¶, ph¶i cã biÖn ph¸p c¸ch ly tèt
c¸c kªnh quang. §Ó thùc hiÖn ®iÒu nµy, cÇn thiÕt kÕ c¸c bé t¸ch kªnh chÝnh
x¸c hoÆc sö dông c¸c bé läc quang rÊt æn ®Þnh vµ cã b−íc sãng c¾t chÝnh x¸c.
VÒ nguyªn lý, bÊt kú mét bé ghÐp kªnh nµo còng cã thÓ ®−îc dïng lµm
bé t¸ch kªnh. Nh− vËy hiÓu ®¬n gi¶n, tõ “bé ghÐp-Multiplexer” trong tr−êng
hîp nµy th−êng ®−îc sö dông ë d¹ng chung ®Ó t−¬ng thÝch cho c¶ bé ghÐp vµ
bé t¸ch kªnh, ngo¹i trõ tr−êng hîp cÇn thiÕt ph¶i ph©n biÖt hai thiÕt bÞ hoÆc
hai chøc n¨ng.
Ng−êi ta chia thiÕt bÞ ghÐp sãng quang thµnh ba lo¹i : Bé ghÐp kªnh
(MUX ), bé t¸ch kªnh (DEMUX) vµ c¸c bé ghÐp vµ t¸ch hçn hîp (MUX-
DEMUX). C¸c bé MUX vµ DEMUX ®−îc dïng cho ph−¬ng ¸n truyÒn dÉn
theo mét h−íng, cßn lo¹i thø ba (MUX-DEMUX) ®−îc sö dông cho ph−¬ng
¸n truyÒn dÉn hai h−íng trªn mét sîi. H×nh 1.5 m« t¶ cÊu tróc thiÕt bÞ ghÐp –
t¸ch kªnh hçn hîp. ViÖc ph©n tÝch chÝnh x¸c thiÕt bÞ ghÐp ph¶i dùa trªn ma
trËn chuyÓn ®æi víi c¸c phÇn tö cña ma trËn lµ Aij(x). C¸c phÇn tö nµy lµ c¸c
hÖ sè phô thuéc vµo b−íc sãng, nã biÓu thÞ c¸c tÝn hiÖu quang ®i vµo cöa thø i
vµ ra cöa ra thø j.
TÝn hiÖu ghÐp kªnh
Ik(λk)
O(λk)
I(λi)
Sîi quang
H×n
Oi(λi) TÝn hiÖu t¸ch kªnh
H×nh 1.5. ThiÕt bÞ ghÐp –t¸ch kªnh hçn hîp (MUX-DEMUX)
-6-
1.3.2 C¸c tham sè c¬ b¶n cña bé ghÐp kªnh vµ t¸ch kªnh.
C¸c tham sè c¬ b¶n ®Ó miªu t¶ ®Æc tÝnh cña c¸c bé ghÐp – t¸ch kªnh
hçn hîp lµ suy hao xen, xuyªn kªnh, ®é réng kªnh. §Ó ®¬n gi¶n, ta h·y ph©n
biÖt ra thµnh thiÕt bÞ mét h−íng ë h×nh 1.4 vµ thiÕt bÞ hai h−íng nh− ë h×nh
1.5. C¸c ký hiÖu I(λi) vµ O(λk) t−¬ng øng lµ c¸c tÝn hiÖu cã b−íc sãng λi , λk ë
®−êng chung. Ký hiÖu Ik(λk) lµ tÝn hiÖu ®Çu vµo ®−îc ghÐp vµo cöa thø k, tÝn
hiÖu nµy ®−îc ph¸t tõ nguån ph¸t quang thø k. Ký hiÖu Oi(λi) lµ tÝn hiÖu cã
b−íc sãng λi ®· ®−îc t¸ch vµ ®i ra tõ cöa thø i. B©y giê ta xem xÐt ba tham sè
c¬ b¶n lµ suy hao xen, xuyªn kªnh, vµ ®é réng kªnh nh− sau :
Suy hao xen : §−îc x¸c ®Þnh lµ l−îng c«ng suÊt tæn hao sinh ra trong
tuyÕn truyÒn dÉn quang do tuyÕn cã thªm c¸c thiÕt bÞ ghÐp b−íc sãng quang
WDM. Suy hao nµy bao gåm suy hao do c¸c ®iÓm ghÐp nèi c¸c thiÕt bÞ WDM
víi sîi vµ suy hao b¶n th©n c¸c thiÕt bÞ ghÐp g©y ra. Suy hao xen ®−îc diÔn
gi¶i t−¬ng tù nh− suy hao ®èi víi c¸c bé ghÐp coupler chung, nh−ng cã ®iÓm
kh¸c lµ ë WDM chØ xÐt cho mét b−íc sãng ®Æc tr−ng:
O (λ i )
L i = − 10 log ®èi víi thiÕt bÞ MUX
I i (λ i )
1.3
O i (λ i )
L i = − 10 log ®èi víi thiÕt bÞ DEMUX 1.4
I (λ i )
Víi Li lµ suy hao t¹i b−íc sãng λi khi thiÕt bÞ ®−îc ghÐp xen vµo tuyÕn.
Xuyªn kªnh : Lµ hiÖn t−îng mét l−îng nhá tÝn hiÖu tõ kªnh nµy bÞ rß
sang kªnh kh¸c. C¸c møc xuyªn kªnh cho phÐp n»m ë d¶i rÊt réng tuú thuéc
vµo tr−êng hîp ¸p dông, nh−ng nh×n chung ph¶i ®¶m b¶o nhá h¬n –30 dB
trong mäi tr−êng hîp. Trong mét bé t¸ch kªnh lý t−ëng sÏ kh«ng cã sù rß
c«ng suÊt tÝn hiÖu tõ kªnh thø i cã b−íc sãng λi sang c¸c kªnh kh¸c cã b−íc
sãng kh¸c víi λi . Nh−ng trong thùc tÕ lu«n tån t¹i mét møc xuyªn kªnh nhÊt
®Þnh ®iÒu ®ã lµm gi¶m chÊt l−îng truyÒn dÉn cña hÖ thèng. Kh¶ n¨ng t¸ch c¸c
kªnh kh¸c nhau ®−îc diÔn gi¶i b»ng suy hao xuyªn kªnh vµ ®−îc tÝnh b»ng dB
:
U (λ )
Di (λk ) = −10log[ i k ]
I (λk )
1.5
-7-
Tõ h×nh 1.6 (a) ta thÊy Ui(λk) lµ l−îng tÝn hiÖu kh«ng mong muèn ë
b−íc sãng λk do cã sù rß tÝn hiÖu trªn cöa ra thø i, mµ ®óng ra th× chØ cã tÝn
hiÖu ë b−íc sãng λi. Trong thiÕt bÞ ghÐp –t¸ch kªnh hçn hîp nh− ë h×nh 1.6
(b), viÖc x¸c ®Þnh suy hao xuyªn kªnh còng ®−îc ¸p dông nh− bé t¸ch kªnh.
Trong tr−êng hîp nµy, ph¶i xem xÐt c¶ hai lo¹i xuyªn kªnh “xuyªn kªnh ®Çu
xa” lµ do c¸c kªnh kh¸c ®−îc ghÐp ®i vµo ®−êng truyÒn g©y ra, vÝ dô nh−
I(λk) sinh ra Ui(λk). “ xuyªn kªnh ®Çu gÇn” lµ do c¸c kªnh kh¸c ë ®Çu vµo sinh
ra, nã ®−îc ghÐp ë bªn trong thiÕt bÞ, nh− Ui (λj). Khi t¹o ra c¸c s¶n phÈm, c¸c
nhµ chÕ t¹o ph¶i cho biÕt suy hao kªnh ®èi víi tõng kªnh cña thiÕt bÞ.
Ij(λj)
O(λj)
Sîi quang Oi(λi) + Ui(λk)
λj
DEMUX
I(λi)..... I(λk) λk
I(λi)... I(λk)
Oi(λ i) + Ui(λk) + Ui(λj)
(a)
(b)
a) Bé t¸ch kªnh vµ b) Bé ghÐp –t¸ch kªnh hçn hîp.
H×nh 1.6 Xuyªn kªnh
§é réng kªnh : Lµ d¶i b−íc sãng dµnh cho mçi kªnh mµ nã ®Þnh ra do
nguån ph¸t quang. NÕu nguån ph¸t quang lµ c¸c ®ièt laze th× c¸c ®é réng kªnh
®−îc yªu cÇu vµo kho¶ng mét vµi ®Õn hµng chôc nano mÐt ®Ó ®¶m b¶o kh«ng
bÞ nhiÔu gi÷a c¸c kªnh do sù bÊt æn ®Þnh cña c¸c nguån ph¸t g©y ra, vÝ dô nh−
khi nhiÖt ®é lµm viÖc thay ®æi sÏ lµm tr«i b−íc sãng. §èi víi nguån ph¸t
quang lµ ®ièt ph¸t quang LED, yªu cÇu ®é réng kªnh ph¶i lín h¬n 10 ®Õn 20
lÇn. Nh− vËy, ®é réng kªnh ph¶i ®¶m b¶o ®ñ lín ®Ó tr¸nh nhiÔu gi÷a c¸c kªnh,
v× thÕ nã ®−îc x¸c ®Þnh tuú theo tõng lo¹i nguån ph¸t.
1.4 ®ièt laze ®iÒu chØnh ®−îc b−íc sãng.
§èi víi viÖc thiÕt kÕ hÖ thèng th× ®ièt laze lý t−ëng lµ lo¹i ph¸t x¹ ®¬n
mode däc víi ®é réng phæ rÊt hÑp vµ tèc ®é ®iÒu chØnh b−íc sãng cì nano
gi©y trªn kho¶ng b−íc sãng cì 100 nm quanh b−íc sãng 1.3 hoÆc 1.5 µm . §·
cã nhiÒu kü thuËt ®−îc ph¸t triÓn cho øng dông ®iÒu chØnh b−íc sãng. Tuy
nhiªn cho ®Õn nay c¸c kü thuËt nµy vÉn ch−a hoµn thiÖn vµ ®¸p øng ®−îc tÊt
c¶ c¸c yªu cÇu øng dông mét c¸ch ®ång thêi. Do ®ã cã nh÷ng tho¶ hiÖp nhÊt