Luận văn kỹ thuật Đa truy nhập trong mạng quang và Ứng dụng luận văn thạc sĩ

Để thực hiện điều chỉnh một cách độc lập bước sóng và công suất ra của điốt laze cẩn ít nhất hai điện cực: Trong đó một điện cực sử dụng để thay đổi chỉ số khúc xạ tức là điểu chỉnh bướ

LUAN VAN THAC SI KHOA HOC

NGANH: XULY THONG TIN VA TRUYEN THONG

KỸ THUẬT ĐA TRUY NIIẬP TRONG MẠNG

QUANG VÀ ỨNG DỰNG

NGUYỄN THẾ DƯƠNG

HÀ NỘI 2006

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HẢ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

KỸ THUẬT ĐA TRUY NIIẬP TRONG MẠNG

QUANG VA UNG DUNG

NGÀNH: XỬ LÝ THONG TIN VA TRUYEN THONG

Mo SO:

NGUYEN THE DƯƠNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS5 -TS ĐẶNG VĂN CHUYẾT

HÀ NỘI 2006

LOI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan luận văn này là công trình nghiền cứu của bản thân

Các nghiên cứu trong luận văn này dựa trên những tổng hợp lý thuyết và hiểu

biết thực tế của em, không sao chép

Tác giả luận văn

Nguyễn Thể Dương

MỤC LỤC

Noi dung Trang

LỜI MỠ ĐẦU

CHUGNG 1: CAC PHAN TU SỬ DỤNG TRONG MẠNG

QUANG ĐA TRUY NHẬP

14 BIOT LAZE DIEU CHINH DUOC BUGC SONG 7

1⁄41 Điêu chỉnh nhiệ 8

1.4.2 _ Điốt laze diéu chỉnh được bước sóng sử dụng hốc ngoài 8

1.4.3 Diết laze hồi tiếp phân bố (DEB) hai đoạn sessersao.- TỔ

1.44 — Điết laze phản xạ phân bố Bragg hai đoạn và ba đoạn 1Í

15 BO LOC QUANG ĐIỀU CHỈNH ĐƯỢC 12

CHƯƠNG 2 : KỸ THUẬT ĐÁ TRUY NHẬP

PHÂN CIHA TIIEO BUGC SONG - WDMA

22 MẠNG WDMA DƠN BƯỚC 14

Mạng WDMA “ quảng bá và lựa chọn 14

2.2.3 Các vấn để liên quan đến hiệu suất và thiết kế mạng 25 2.2.3.1 Vị trí bộ dệm trong mạng WDMA dam bước 25

CHƯƠNG 3 : KỸ THUẬT ĐA TRUY NHẬP

PHẦN CHIA THEO SÓNG MANG PHỤ LI SCMA

Nhiễu cường độ Laser "— 55

Nhiều giao thoa quang 45

Ung dụng của các hệ tiống SCMA đơn kênh "— 59

Khái niệm về hệ thống SCMA đa kênh 61 Dac diém cua hé thong SCMA da kénh G

'Tỷ số tín hiệu trên tạp âm Lổng — -

Tng dụng của các hệ thống SCMA đa kênh _" 65

CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT ĐA TRUY NHẬP

GIỚI THIỆU CHUNG 68 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA KỸ THUẬT TDMA .6Ñ

ỨNG DỤNG MẠNG KỸ THUẬT DA TRUY NHẬP TDMA 71

ATM-PON (ATM dựa trên mạng quang thụ động) Ö 7Í E- PON (Ethemet dựa trên mạng quang thụ động) cao 74

CHƯƠNG 5 : KỸ THUẬT ĐA TRUY NHẬP

PHAN CHIA THEO MA - CDMA

CAC MANG SUDUNG KY THUAT CDMA - 78

Mạng sử dụng kỹ thuật CDMA lách sống trực tiếp 78

Mạng truy nhap bang r6éng ADSL & SHDSL fev 9 DANH GLA UNG DUNG TRUY NHẬP QUANG CUA BDIIN 94

PHAN TICH GIAI PHAP UNG DUNG XAY DUNG MANG 99

LUA CHON GIAI PHAP CONG NGHE TRUY NHAP 103 MỘT SỐ CHỈ TIÊU CƠ BẢN KHI XÂY DỰNG MẠNG 105

DỀ XUẤT CAU INI UNG DING MANG MAN 107

Asymmetric Digital Sub Linc

All —optical network Add/ Drop Multiplexer

Avalanche Photodiode

Antireflection Coating Amplitude Shit Keying Asynchronous ‘lranster Mode

Broadband Integrated Digital network

BandPass Filter Broadband Access Server Carrier —to- Noise Ratio

Central Office terminal Central terminal

Distributed Bragg Reflecter Digital Communication network Digital Cross -connect system Demultiplexer

Distributed Feedback Digital loop Carrier Distributed reflector Digital sub line

DSL access Multiplexer Fiber Bragg grating

Fabry-Perot laser diode

Mode chuyển giao không

đồng bộ

Mạng số liên kết đa dịch vụ băng rộng

Bộ lọc báng thông Server truy nhập băng rộng

"Tỷ số sóng mang trên nhiễu

"Thiết bị dầu cuối tổng dài

Thiết bị đầu cuối tập trung

Phan xa phan bé Bragg Mạng thông tín số

Đường đây thuê bao số

Bộ ghép đường thuê bao số

Cách tứ quang Bragg

Di 6t la-de Fabry-Perot

Fiber to the Curb

Fiber to the home

Fiber to the loop

Fiber to the ollice

Four —Wave Mixing

Gain Guided laser

Graded Index Graded relractive Index Intermediate frequency

Index Guided laser

Intensity Modulation

Intermodulation Distortion Laser diode

Light Emitting Diode

Local Oscillator

Large Optical Cavity

Metrupolitan Arca Network

Multiple Quantum Well Multiplexer

Mach —Zehnder

Optical amplitier

Optical Add/Drop Multiplexer

Optical tiber amplitier Optical Network intertace Optical network — to — network

interface

hoá dịch tần số

Cấp quang tới toà nhà Cấp quang tới khu dân cư Cấp quang tới nhà

Mạch ving cáp quang Cáp quang tới công sở TTrộn bốn sóng

Lade điểu khiến khuyếch đại

Chỉ số Gradicn Chỉ số chiết suất Gradien

Trung tan

Lade diéu khiển chỉ số chiết

suất

Điều biển cường độ

Mếo điều chế tương hỗ Điốt lade

Điốt phát quang LED Dao động nội

Bộ khuếch đại quang

Bộ ghép kênh xen rế quang

Tiệ khuếch đại quang sợi

Giao diện mạng quang Giao diện mạng — mạng quang

Optical Cross connect

Passive Distribute Service

Positive Intrinsic Negative

Passive oplical nelwork

Phas

shill keying Radio frequency Relative Intensity Noise

Resilient packet ring

Stimulated Brillouin Scattering Subcarrier Multiplexing

Symmetric digital sub line Surtace Emitting laser

Self phase modulation Stimulated Raman Scattering

Time division Multiplexing

Time division Muliiple Access

Tunable transmitter Tunable receiver Fixed tuned transmitter Fixed — tuned receiver

Virtual private network Wavelength Division Multiplex

Multiple

Wavelength Division Access

Wavelength Grating Router

Wavelength Router Wavelength routing Controller

Thiét bi mang quang Mạng truyền tải quang Nối chéo quang

Dịch vụ phân phối thụ động

Cấu trúc PIN

Mang quang thụ động Khoá dịch pha

Tan số vô luyến

Nhiễu cường độ tương đối

Mạng vòng chuyển mạch gối tự hồi phục

'Tán xạ Brillouin kích thích Ghép kênh sóng mang phụ

'Thưê bao số đối xứng

La-de phat mat

"Tự điều chế pha

“Tân xa raman kích thích Ghép kênh theo thời gian

Đa tuy nhập theo thời gian

Đa truy nhập theo bước

song

Hộ dịnh myến cách tử dẫn sống

Hộ định tuyến bước sóng

Hộ điểu khiển dịnh tuyến

Quan hệ giữa số nút mạng (N) và số bước (h) xuât pháttừ 33

một nút nguồn trong giản đồ ShuffleNet (p,k)

Mội số thông số đại điện biểu đổ ShuflleNcL

Các tham số thử nghiệm mạng HORNET

Kỹ thuật truyền dẫn từ tống đài đến thuê bao 104

Kỹ thuật truyền đẫn từ thuê bao đến tổng đài 104

DANH MỤC HÌNH VẼ

Một số cấu kiện quang thụ động 2

Bộ phép hình sao 8x8 tạo ra bằng 12 bộ ghép sợi đơn mode 2

Các bộ ghép hình sao 4

Thiết bị gliếp —lách kênh hỗn n hợp (MUX-DEMUX) 3

Xuyên kênh “ se 9 Điết laze diễu chỉnh dược sử dụng hệ hốc ngoài 8 Laser MAGIC 9 Điết laze hdi tiép phan bé hai doan , 10

Sd dé cfu tric diode laze phan xa phan bé Bragg |

Sơ đồ khối bộ lọc quang điều chỉnh được 12

Mạng WDMA hình sao đơn bước “quảng bá và lựa chọn”, 15

Sơ đồ chuyển đổi trạng thái kết hợp với số bước sóng được — 17

sử dụng

Quan hệ số bước sống bận -Tải p và số bước sóng cực đại

Nguyên lý định tuyến bước sóng mạng WDMA đơn bước

Mạng định tuyển theo bước sóng N = 3 nút sử dụng phần tử WDM

Mạng định tuyến theo bước sống

sử dụng chuyển mạch không gian chợn bước sóng

Nguyên lý hoại động mạng LLN . - 55 +<+<c+2

"Tái sử dụng bước sóng trong mạng LLN

Quan hệ thời gian đợi và tải cho mạng đệm đấu ra đầu vào

Chọn kênh trong mạng WDMA thu kết hợp Mất toát công suất do xuyên kênh trong bộ tách sống quang Quan hệ giữa công suất cực đại trên kênh và số kẽnh cho

4 nh hưởng phi tuyến trong mạng WDMA

Cấu trúc mạng đa chậng WDMA hình sao 8 nút Biểu đồ kết nối trực tiếp Shufflenet mạng đa chang hình sao 8 nút,

Biểu diễn thông lượng trên một nút, số nút N cho mạng WDMA shulTleNet

Câu trúc mạng Lambdanet WDMA

Cấu trúc cơ bản của mạng FOX

Cấu trúc mạng WDMA —Hypass

Minh hoa thuật toán thăm đò hình cây trong trường hợp

cổ 4 gói dữ liệu đồng thời đến cùng một đích

Quan hệ giữa thời gian trễ trung bình

và lải p rong mang [Typass

Hình 2.24 _ Cấu trúc mạng HORNFT 46 Hinh 2.25 Sơ đổ cấu trúc nút truy nhập (AN) trong mạng HORNET 46

Hình 3.L Nguyên lý kỹ thuật diểu chế SƠM 49

TRnh 3.2 Mạng SCMA cấu trúc hình sao tre sl

Hình 3.2 (a)_ Phổ công suất quang của hai Laser đơn mode dọc 33

có độ lệch tân số trung tâm bằng Sv

Hình 3.2(h) Phổ công suất điện của thành phần nhiễu khi &v zD 57 Ilình 3.2 (e) Phổ công suất điện của thành phần nhiễu khi v = 0 57 Hinh3.3 Tỷ số (SNR„„) tổng và 4 loại nhiễu trong 59

he théng SCMA don kênh

Hinh 3.4 Hướng lên hệ thống FTTL, dựa trên SGMA —PON 60

Iñnh 3.5 Mạng SCMA đa kênh , N bước sóng và M nút mạng 6l

Trên một bước sống

Hình 3.6 Gián kênh tần trong mạng SCMA da kénh so Ô,

Hinh3.7 Cấu trúc chuyển mạch gói tốc độ cao dựa trên 66

SCMA đa kênh ứng dụng cho MÁN à o2 sec

Tĩnh 4 Mạng quang thụ động dựa trên cấu tric Bus 69

Hình 4.3 Khung thời gian ALM-FON đổi xứng 155 Mbps 74

Hình 4.5 Khe thời gian hướng lên và hướng xuống E-PON T6

Iñnh 5! Mang CDMA quang ¬- san 79 Hình 5.2 Mã hoá bít nguồn tín '1' với chuỗi chip CDMA 79

Số các chíp, F=25 86 cdc chip 1, K:

Hình 5.3 (a) BO.na bod quang và (b) bộ giải mã quang sử dụng 82

các đường dây trễ quang song song

Hình 5.4 Hai mã quang trực giao A và D 84

oxi

Hình 5.5 Mã hoá và giải mã phổ các xung ánh sáng cực ngắn 86

trong các mạng CDMA quang kết hợp "

Tinh 6.L Sơ đồ đấu nối các trạm tổng đài - mạng Bưu điện Hà Nội 89

Hình 6.2 Cấu trúc mạng truyền số liệu ATM +IP 9 Hình 6.3 Sơ đồ ấu trúc mạng truy nhập ADSI, & SHDSL 92 Hình 6.4 Sơ đổ mạng truy nhập ADSL và SHDSL — Bưu điện Hà 93

Nội Hinh6.5 Sơ đồ triển khai MAN ứng dụng công nghệ 108

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, thế giới đang bước sang kỷ nguyên của thông tin, trong đó

công nghệ thông tin va truyền thông là động lực thúc đẩy sự phát triển của xã

hội Do đó, nhù cầu truyền thông ngày càng lớn với nhiễu dịch vụ mới bảng

rộng và đa phương tiện trong đời sống kinh tế — xã hội của từng quốc gia cũng như kết nối toàn cầu,

Dé dap ứng được vai ườ động lực thúc đẩy sự phát triển của kỷ nguyên

thông tin, mạng truyền thông cẩn phẩi có khả năng truyền dẫn tốc độ cao,

băng thông rộng, dung lượng lớn Một trong giải pháp để tạo ra mạng truyền

thông có khả năng truyền dẫn đó là mạng thông tửn quang tốc độ cao Mặc dù

có sự phát triển nhanh về công nghệ, cấu trúc mạng và cấu hình các hệ thống truyền dẫn quang trong các ứng dụng thực tế, song về cơ bản mạng thông tin

quang có thể chia làm hai phân là mạng truy nhập và rạng truyền tải

Mạng truyền tải với mục tiêu truyền các lưu lượng lớn với băng tần

rộng nhằm thoả mãn như cầu truyền tải trong cấu trúc mạng hiện đại Tiên cơ

sở đó, vấn đề thông suốt lưu lượng được đạt ra như lä mội nên tảng cho việc thoả mãn nhu cẩu băng tần rộng của khách hàng mà không cần quan tâm tới

nội dụng của luồng tín hiệu Đây cũng là nội dung yêu cầu tiến đến mạng toàn

quang thế hệ sau (all optical nework) Mạng truy nhập quang ở nhiều nơi đã được khai thác có hiệu quả và đã đáp ứng được nhiều loại hình dịch vụ Tuy

nhiên, nhu cầu thông tin ngày một phát triển mạnh, các yêu câu về các hệ

thống truy nhập quang cho mạng nội hạt có bảng tần rộng đã được đặt ra

-xi-

nhằm thoá mãn sự phát triển của mạng và các loại hình dịch vụ có bảng tần và

chất lượng cao Để thực hiện các mục đích trên người ta đã và đang nghiên

cứu rất nhiều các giải pháp kỹ thuật, một trong số đó là KỸ THUẬT DA

TRUY NHẬP QUANG nhằm tạo ra các sở cứ khoa học cho việc thiết kế và ứng dụng các mạng quang đa truy nhập, nội dung luận văn bao gồm

Chương L giới thiệu một số phần tử sử dụng trong mạng quang đa truy nhập Nghiên cứu chức năng, nguyên lý hoạt động và đặc tính kỹ thuật của

một số cấu kiện quang thụ động và các phẫn tử diểu chỉnh được ứng dụng

trong mạng quang đa truy nhập (Bộ phát thay đổi, bộ thu thay đổi và bộ lọc thay đối được)

Chương 2 sẽ trình bày về kỹ sống WDMA trong đó đưa ra tổng quan về công nghệ WDMA, các khái niệm

về mạng WDMA đơn bước và đa bước đồng thời phân tích cấu trúc, đặc tính

kỹ thuật của các mạng WDMA dơn bước và da bước và nghiên cứu một số cấu

trúc và giao thức mạng ứng dụng kỹ thuật WDMA

Chương 3 nghiên cứu về kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo sống

thuật da truy nhập phân chìa theo bước

mang phụ SCMA tìm hiểu các đặc điểm vẻ kỹ thuật đa truy nhập sóng mang

phụ đơn kênh, kỹ thuật đa truy nhập sống mang phụ đa kênh, đưa ra các phản

tích ảnh hưởng về nhiễu gây ra liên quan đến hiệu suất của mạng và nêu ứng

dụng của kỹ thuật SCMA

Chương 4 mô tả kỹ lhuật đã truy nhập theo Thời gian TDMA với hai

phương thức xử lý ghén đồng tín tiệu dưới dạng chèn bít và đựng khối Trình

bày các mạng ứng dụng: Mạng A-PON (ATM dựa trên mạng quang thụ động)

va Mang K-PON (Hthernet dua trén mang quang thụ động),

Chương Š nghiên cứu đặc điểm của kỹ thuật phân chia theo mã CDMA

liên quan đến các kỹ thuật CDMA tách sống trực tiếp và mạng CDMA quang

kết hợp và đặc điểm của các mạng sử dụng kỹ thuậi CDMA quang

Chương 6 đẻ xuất khả năng ứng dụng mô hình ứng dụng MAN trên mạng của Bưu điện 11a nội để chuyển tải lưu lượng cho các mạng băng rộng và

từng bước có thể thay thể các mạng truyền dẫn kênh truyền thống Việc triển

khai ứng dụng mạng MAN nhờ kỹ thuật WDMA cũng như ứng dụng của kỹ

thuật WDMA trong các mạng đường trục và mạng diện rộng được mô tả cho

thấy mức độ và tính khả thi khi áp dụng cấu trúc MAN cho việc truyền tải dữ

liệu chuyển mạch gối rất phù hợp cho các ứng dụng của mạng thế hệ sau NGN

vào thực tế như thế nào.

CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE CAC PHAN TỬ SỬ DỤNG TRONG

MẠNG QUANG ĐA TRUY NHẬP

1.1 GIỚI THIỆU CHƯNG

'Trong kỹ thuật đa truy nhập quang, về mặt bước sóng ta cố kỹ thuật

ghép kênh theo bước sóng WDM tương ứng là kỹ thuật tray nhập WDMA,

ghép kênh nhiều sóng mang SƠM tương ứng là kỹ thuật truy nhập SCMA, về mặt thời gian ta có kỹ thuật truy nhập theo thời gian 'IDMA và truy nhập phân

chia theo mã CDMA

Trong các mạng truy nhập quang dồng bít đỡữ liệu hướng di từ người sở dụng

đến tổng đài cố lưu lượng nhỏ và hướng về từ tổng đài đến người sử dụng có

lưu lượng lớn hơn rất nhiều, vì vậy, kỹ thuật truy nhập cho các hướng cũng khác nhau

Để thực hiện dược mạng quang da truy nhập cẩn phải có một số cấu

kiện quang, thông thường được gọi là các thiết bị quang thụ động Tuỳ theo

các chức năng thực hiện mà chúng được chia ra các loại như sau

* Bộ chia quang: Bộ này thực hiện chia công suất quang từ một đầu vào

duy nhất tới một số đầu ra

* BO téng hợp quang: Bộ này thực hiện chức năng ngược lại của bộ chia,

nó tổng hợp một số tín hiệu quang ở các đường vào và đưa tới một đầu

ra duy nhất

® Bộ ghếp hình sao quắng bá: Thiết bị này thực hiện việc kết hợp các tín

hiệu quang từ các cổng vào và chia đểu nố cho các cổng ra

e _ Thiết bị ghép kênh theo bước sống : Thiết bị này tổng hợp các kênh có

bước sóng khác nhau tại các đấu vào và đưa ra một đầu ra duy nhất

«Thiết bị tách kênh theo bước sống : Thiết bị này chia đa kênh quang từ

một đầu vào thành các đầu ra khác nhau tuỳ thuộc vào bước sóng của

chúng

«Các bộ các ly quang: Có nhiệm vụ bảo vệ bộ phát hoặc bất cứ thiết bị liên quan đến độ nhạy từ những tín hiệu phán xạ không mong muốn

® Bộ lọc quang : Thiết bị này thực hiện chợn lọc một kênh trong số các

kênh đến dầu vào, và đưa kênh dược chọn này đến dầu ra

Ngoài ra trong một số mạng quang đa truy nhập yêu cầu một vài phần

chỉnh dược, ví dụ như bộ phát thay đổi dược (T- Tunable), bộ thu

thay đổi được (Rx- Tunable) và các bộ lọc quang thay đổi được Đây là các

phần tử tích cực, nó có vị trí đặc biệt quan trọng trong các mạng quang sử dụng kỹ thuật đa truy nhập theo bước sóng (WDMA)

* Ba wed Fiserv Be VN

Hình I.! Cấu kiện quang thụ động

a Bộ chia quang d Bộ ghép kênh theo bước sóng

b Bộ tổng hợp quang e Bộ tách kênh theo bước sóng

e Bộ ghép hình sao quảng bá # Bộ cách ly quang

1.2 BỘ GHÉP HÌNH SAO QUẢNG BÁ

Hình 1.2 Bộ ghép hình sao 8x8 tạo ra bang 12 bộ ghép sợi don mode

Vai trò của một bộ ghép hình sao là kết hợp các tín hiệu quang từ các

cổng đầu vào và chia đều nó trên các cổng đầu ra như chỉ ra trên hình 1.2

Không như các bộ tách kênh, các bộ ghép hình sao không chứa các phần tử

lựa chọn bước sóng Vì vậy chúng không có khả năng tách các kênh riêng rẽ

"Trong trường hợp tổng quát số các cổng đầu vào và các cổng đầu ra không cẩn

phải bằng nhau và ký hiệu là đNxM), trong đó N là số cổng đầu vào và M là số

cổng đầu ra

Có một số kiếu bộ ghép hình sao dã được phát triển Loại bộ ghép dầu

tiên sử dụng các bộ ghép sợi 3đ Mỗi bộ ghép sợi có khả năng ghép hai tín

hiệu đầu vào và phân chia déu trên hai cổng đấu ra, cũng có nghĩa là bộ ghép

hình sao 2x2 Các hình sao bậc cao hơn NxN có thể được tạo ra bằng cách gộp

một số bộ ghép 2x2 với nhau trong đó N là hội số lần của 2 Hình 1.2 mô tả sơ

đồ như vậy cho cấu trúc hình sao 8x tạo thành từ 12 bộ ghếp 2x2 Để tạo ra dược bộ coupter hình sao NxN thì số bộ couplcr 3 đB cần thiết dược tính thco

biểu thức sau:

N

Néu goi fi la suy hao ct tin hiéu khi di qua coupler 3dB thi hé s6 nay

được xác định bằng tổng số công suất đầu ra trên tổng công suất đầu vào,

thông thường giá trị này được biểu điễn theo đơn vị deoiBel Suy hao tổng của tín hiệu khi đi qua bộ ghép hình sao NxN được tính như biểu thức (1.2) Như vậy khi số cổng táng lên thì suy hao tín hiệu qua bộ phép cũng tăng lên

Í N)

Có một giải pháp khác được đưa ra là sử dụng các bộ ghép biconical-

taper (thất làm hai hình chốp nồng chảy) để tạo ra các bộ ghép hình sao vững

vàng, chắc chắn Hình 1.3 mô tả sơ đồ sao truyền dẫn và sao phản xạ được tạo

ra bằng công nghệ này K§ thuật này làm nóng chảy một số lượng lớn các sợi lại với nhau và kéo dài phần nóng chảy thành dạng cẩu trúc thắt hai phần Ở

phần có dạng hình nẻm, tín hiệu từ mỗi sợi được ghếp lại với nhau và chia đểu

ra trên các cổng đầu ra Cấu trúc như vậy hoạt động tương dối tốt với sợi da

mode Cdn trong trường hợp sợi đơn mode thì nố bị hạn chế đo chỉ có thể làm

nồng chây dược vài sợi Các bộ ghép nóng chay 2x2 sử dụng sợi dơn modc

được chế tạo từ khá sớm Chúng có thể được thiết kế để hoạt động trên một

phạm vi bước sóng rộng,

f)

a, Bộ ghếp sao truyền dẫn ; b, Bộ ghép sao phan xa

Hình I.3 Các bộ ghép hình sao

1.3 BỘ GHÉP KẼNH (MUX) VÀ TÁCH KÊNH (DH-MUX)

1.3.1 Nguyên lý cơ bản ghép kénh theo bước sóng quang,

iu) Oa)

002 >

MUX ” © pDieMuxX Loy

Hình I.4 Sơ đồ khối hé théng WDM

Nguyên lý cơ bản của ghếp kênh theo bước sóng quang được minh hoạ

ở hình I.4 C6 hai phương án thiết lập hệ thống truyền dẫn sử dụng ghép bước

sống quang WDM đó là: Phương án truyền dẫn ghép bước sóng quang theo

một hướng, là sự kết hợp các tín hiệu cô bước sóng khác nhau vào sợi quang

tại một đầu và thực hiện tách chúng để chuyển tới cấc bộ tách sống quang ở

đâu kia Thông thường cẩn phải sử dụng hai sợi quang dể thực hiện truyền tín

hiệu thông tin cho chiểu đi và chiều về Phương án truyền dẫn hai hướng thì

không qui định phát ở một dầu và thu ở một dấu; diều này tức là có thể truyền

thông tin theo một hướng tại các bước sóng Au, Ar, As, Ay es An và đồng

thời cũng truyền thông tia khác theo hướng ngược lại tại các bước sóng 24”,

Da’ As’, Ayn’ Phuong 4n này chỉ cần sử dụng một sợi cũng có thể

thiết lập dược một hệ thống truyền dẫn cho cả chiêu di và chiêu về Để thực

hiện một hệ thống WDM theo một hướng, thì cần phải có bộ ghép kênh bước

sống MUX ở đầu phát để kết hợp cá

khác nhau đưa vào một sợi quang chung Tại đầu thu, cần phải có một bộ tách

kênh DRMUX để thực hiện tách các kênh quang tương ứng Nhìn chưng, các

tín hiệu quang từ cấc nguồn phẩi quang

laze đơn mode thường không phát một lượng công suất đáng kể nào ở ngoài

độ rộng phổ kênh đã định trước của chúng, cho nên không cần phải để ý đến

vấn để xuyên kênh ở đầu phát Vấn để đáng quan tâm ở đây là hộ ghép kênh

cần có suy hao thấp để sao cho tín hiệu từ nguồn quang tới đẩu ra bộ ghép ít bị

suy hao Đối với bộ tách kênh, vì các bộ tách sóng quang thường nhạy cảm

trên cả một vùng rộng các bước sóng cho nên nó cố thể thu được toàn bộ các

bước sống đã dược phát di từ phía thiết bị phát Như vậy, để ngăn chặn các tín

hiện không mong muốn một cách có hiệu quả, phải cổ biện pháp cách ly tốt

các kênh quang Để thực hiện điều này, cần thiết kế các bộ tách kênh chính xác hoặc sử dụng các bộ lọc quang rất ổn định và cố bước sóng cắt chính xác

Về nguyên lý, bất kỳ một bộ ghép kênh nào cũng cổ thể dược đừng làm

bộ tách kênh Như vậy hiểu đơn giản, từ “bộ ghép-Multiplexer" trong trường Tiợp này thường được sử dụng ở dạng chung để tương thích cho cả bộ phép và

bộ tách kênh, ngoại trừ trường hợp cần thiết phải phân biệt hai thiết bị hoặc

hai chức năng

Người ta chia thiết bị ghép sống quang thành ba loại : Bộ ghép kénh

(MUX ), bộ tách kénh (DEMUX) vi cdc bộ ghép và tách hỗn hợp (MUX- DEMUX) Các bộ MUX và DEMUX được dùng cho phương ấn truyền dẫn theo một hướng, cồn loại thứ ba (MUX-DILMUX) được sử dụng cho phương

án truyền dẫn hai hướng lrên một sợi Hình 1 5 mô tả cấu trúc thiết bị ghép — tách kênh hỗn hợp Việc phản tích chính xác thiết bị ghép phải dựa trên ma

trận chuyển đổi với các phần tử của ma trận là Aj(x) Các phần tử này là các

hệ số phụ thuộc vào bước sóng, nó biểu thị các tín hiệu quang đi vào cửa thứ ¡

OA) | Tin hiệu tách kênh

Hình 1.5 Thiết bị phép —tách kênh hỗn hợp (MUX-DEMUX)

1.3.2 Các tham số cơ bản của bộ slép kênh và tách kênh

Các tham số cơ bản để miêu tả đặc tính của các bộ ghép — tách kênh

hỗn hợp là suy hao xen, xuyên kênh, độ rộng kênh Để đơn giản, ta hãy phán

biệt ra thành thiết bị một hướng ở tình 1.4 và thiết bị hai hướng như ở hình

1.5 Các ký hiệu l4) và O(A¿) tương ứng là các tín hiệu có bước sống ^¡, À+ ở

đường chung Ký hiệu (4) là lín hiệu đầu vào được ghép vào cửa thứ k, tín

hiệu này được phát từ nguồn phát quang thứ k Ký hiệu C/(Aj) là tín hiệu cố

bước sóng 2¡ đã được tách và đi ra từ cửa thứ ¡ Bãy giờ ta xem xét ba tham số

cơ bản là suy hao xen, xuyên kênh, và độ rộng kênh như sau :

Suy hao xen : Dược xác định là lượng công suất tổn hao sinh ra trong

tuyến truyền đẫn quang do tuyến có thêm các thiết bị ghép bước sống quang

WDM Suy hao này bao gồm suy hao do các điểm ghép nối các thiết bị W DM

với sợi và suy hao bản thân các thiết bị ghép gây m Suy hao xen được diễn

giải tương tự như suy hao đối với các bộ ghép coupler chung, nhưng có điểm

khác là ở WDM chỉ xót cho rnội bước sống đặc trưng

13

+1 ~1010g 2A} đối với thiết bị DEMLUX 1.4

Với 1¿ là suy hao tại bước sống À¡ khi thiết bị được ghép xen vào tuyến

Xuyên kênh _ Là hiện tượng một lượng nhỏ tín hiệu từ kênh này bi rd

sang kênh khác Các mức xuyên kênh cho phép nằm ở đải rất rộng tuỳ thuộc

vào trường hợp ấp dụng, nhưng nhìn chung phải đảm bảo nhỏ hơn —30 đB

trong mọợi trường hợp Trong một bộ tách kênh lý tưởng sẽ không cố sự rò công suất tín hiệu từ kênh thứ ¡ có bước sóng 34 sang các kênh khác có bước

sóng khác với À¡ Nhưng trong thực tế luôn tổn tại một mức xuyên kênh nhất

dint diều đó lầm giảm chất lượng truyền dẫn của hệ thống Khả năng tách các

kénh khác nhau được diễn giải bằng suy hao xuyên kẽnh và được tính bằng dữ

(2)

Tir hinh 1.6 (@) ta thấy LỚa¿) là lượng tín hiệu không mong muốn ở

bước sóng À+ do có sự rd tin hiệu trên cửa ra thứ ¡, mà đúng ra thì chỉ có tín hiệu ở bước sống Ai Trong thiết bị ghép — tách kênh hỗn hợp như ở hình 1.6

(bì, việc xác dịnh suy hao xuyên kênh cũng dược áp dụng như bộ tách kènh

"Trong trường hợp này, phải xem xét cả hai loại xuyên kênh “xuyên kênh đầu

xa” là do các kênh khác dược ghép đi vào đường truyền gây ra, ví dụ như

T(2+) sinh ra Lñ(A+) “ xuyên kênh đầu gần” là do các kênh khác ở đầu vào sinh

ra, nó dược ghép ở bên trong thiết bị, như U¡ @¿) Khí lạo ra các sẵn phẩm, các nhà chế tạo phải cho biết suy hao kênh đối với từng kênh của thiết bị

———— OQ) + Ua) + UA) Tag 124)

được yêu cầu vào khoảng một vài đến hàng chục nano mét để đảm báo không

bị nhiễu giữa các kênh do sự bất ổn định của các nguồn phát gây ra, ví dụ như

khi nhiệt độ làm việc thay đối sẽ làm trôi bước sống Đối với nguồn phát

quang là điốt phát quang 1.FD, yêu cầu độ rộng kênh phải lớn hơn 10 đến 20

lần Như vậy, độ rộng kênh phải đảm báo đủ lớn để tránh nhiễu giữa các kênh,

vì thế nồ được xác định tuỳ theo từng loại nguồn phát

1.4 ĐIẾT LAZE ĐIỂU CHỈNH ĐƯỢC BƯỚC SÓNG

Đối với việc thiết kế hệ thống thì điết laze lý tưởng là loại phát xạ đơn

mode đọc với độ rộng phổ rất hẹp và tốc độ diễn chỉnh bước sống cỡ nano

giây trên khoảng bước sóng cỡ 100 nm quanh bước sóng 1.3 hoặc 1.5 ym Ba

có nhiễu kỹ thuật được phát triển cho ứng dụng điều chỉnh bước sống Tuy

nhiên cho đến nay các kỹ thuật này vẫn chưa hoàn thiện và đáp ứng được tất

cả các yêu cầu ứng dụng một cách đông thời Do đó có những thoả hiệp nhất

định về tốc độ diều chỉnh và khoảng bước sóng mà trên đồ laze có thể diễu

chỉnh được liên tiếp Trong phần này sẽ để cập đến một số loại kỹ thuật để tạo

điết laze có bước sống thay đổi được

1.4.1 Điều chỉnh nhiệt

Do ảnh hưởng chỉ số khúc xạ của lớp laze tích cực phụ thuộc vào nhiệt

độ, như vậy một cách dơn giản " laze thay đổi bước sóng là lầm thay đổi

nhiệt độ của nó Tỷ lệ thay đổi bước sóng theo nhiệt độ là vào khoảng

0.1am/9C (+ 13 GHz/9C tại bước sống 1.5 km), Do khoảng thay đổi nhiệt độ

bị khống chế nhỏ hơn L 100C dé dam bao d6 tin cậy, do vậy khoảng điều

chỉnh thực tế có thể được thực hiện bằng phương pháp này vào khoảng 2 mm là

tối đa Gần đây khoảng điều chỉnh đã được cải thiện tới 10.8 am khi sử dụng laze giény long tt C phdn xa phan bé Bragg MQW-DBR Tuy nhién, i6c

độ thay đổi bị giới hạn bởi trở kháng nhiệt cỡ vãi mili giây do dó phương phap

này hạn chế cả về độ rộng lần tốc độ điểu chính

1.4.2 Điết lazc điểu chỉnh điược birớc sống sử dụng hấc ngoài

Một phương pháp đơn giản để tạo điết laze điểu chỉnh được trên một

khoảng rộng là thêm vào một bộ lọc thay đổi được tại một đầu ra Các laze

như vậy được xem như là laze bán dẫn cổ hốc ngoài Bằng cách diễu chỉnh bộ

lọc, bước sống của mode chọn có thể thay dổi cho tới khi xuất hiện bước nháy

tới mode mới của buồng cổng hưởng Fabry-Perot Đối với chiểu dài hốc 10

om thi eae mode Fabry-Perot lân cận được phân cách of Sfx 1 GHz (hay 8%

0,005 nm) Như vậy khoảng điểu chỉnh được thực hiện bằng các bước nhảy

gìữa các mode Fabry-Ferot Nguyên tấc này được tuân thủ cho các loại điết laze thay đối được

Mac di rất nhiều dạng bộ lọc ngoài khác nhau đã được làm ra, tuy

nhiên loại được sử dụng rộng rãi nhất là cách tử tán xạ chỉ ra trên hình 1.7 Ánh sáng đi ra từ một đầu của điốt laze được chuẩn trực bằng thấu kính trước

khi đi đến cách tử tần xạ, cách tử này đáp ứng như là gương phân xạ và cũng như bộ lọc băng hẹp Bước sống được diễu chỉnh bằng cách di chuyển cách tử

¡ Điều chỉnh thõ được tạo ra bằng cách quay cách tử trong lúc đó điểu chỉnh

tỉnh được thực hiện bằng cách dịch chuyển cách tử theo chiểu dọc Với kỹ

thuật này khoảng điều chỉnh đạt được đến 240 nm tại bước sóng 1.55 Im khi sis dung didi laze giếng lượng tử (MQW).

Khuếch đại on bước sóng

Hình 1.7 Điốt laze điều chỉnh được sử dụng hốc ngoài

Hình 1.8 Laze MAGIC

Mặt hạn chế của các diét laze sit dung cách tử là tốc độ điều chỉnh

thấp, kích thước vật lý tương đối lớn và khó thực hiện được độ ổn định cơ học cho các bộ phát quang Những hạn chế này gần đây đã được khác phục bằng phương pháp mới dựa trên nguồn quang bán dẫn có thể chọn được từng bước

sóng ra Thay vì sử dụng điết laze đơn và dịch chuyển cách tử, thiết bị mới

-10-

nay sử dụng hai mảng phần tử tích cực tổ hợp với cách tử tán xạ cố định Sơ đổ

thiết bị này được chỉ ra trong hình I.8 và được gọi là laze MAGIC ( multistripe array grating-integrated cavity laser) Mỗi sọc được đánh địa chỉ

một cách độc lập để tạo ra các bước sóng laze khác nhau Việc chọn và liên

kết cách tử với một sọc là duy nhất với một bước sóng Thiết bị kiểu này có

khả năng đánh địa chỉ cho 15 bước sống khác nhau với độ phân cách bằng

1.89 nm trong cửa sổ I.5 tưn

1.43 điốt laze hỏi tiếp phân bố (DEB) hai đoạn

Điều chỉnh bước sóng nhanh cỡ nano giây cố thể được thực hiện bằng cách phun sóng mang vào môi trường laze tích cực, điều này làm giảm chỉ số

khúc xạ hiệu dụng tạo nên sự thay đổi bước sóng laze đầu ra Khoảng điều

chỉnh bước sóng có thể được ước tính bàng biểu thite SA/A=Snen/nen Trong thực tế khoảng thay đổi của chiết suất tương đối là vào khoảng 1% do hạn chế

về nhiệt Như vậy khoảng thay đổi bước sóng lớn nhất cỡ từ 10 đến 15 nm cố

thể được thực hiện ở phương pháp này Để thực hiện điều chỉnh một cách độc

lập bước sóng và công suất ra của điốt laze cẩn ít nhất hai điện cực: Trong đó một điện cực sử dụng để thay đổi chỉ số khúc xạ tức là điểu chỉnh bước sóng phát xạ, điện cực còn lại được sử dụng để biển đổi tín hiệu điện đầu vào thành: tín hiệu quang được điều chế ở đầu ra Sơ đồ dựa trên cấu trúc hồi tiếp phân bố

chỉ ra ở hình 1.9 được gọi là điốt laze hồi tiếp phân bố hai đoạn

Hình 1.9 Điốt laze hồi tiếp phân bố hai đoạn

Công suất quang đầu ra được xác định bằng đoạn thứ nhất với thiên áp ngưỡng trên Bước sóng quang phát xạ chủ yếu được xác định bằng phần bơm

-H-

thứ hai tại cường độ đồng diện thấp hơn một chút so với cường dộ ngưỡng trung bình Với công nghệ này người ta đã đưa ra thiết bị có khoảng thay đổi

liên lục 3.3 nm với độ rộng phổ 15-MHz và công suất ra 1-mW, Khoảng diễu

chỉnh về cơ bản bị giới hạn bởi lượng cho phép cực đại của sóng mang phun

vào phần diễu khiển bước sống

1.4.4 Điốt laze phân xạ phân bố Bragg (DBR) hai đoạn và ba đoạn

Việc cải thiện khoảng điểu chỉnh bước sóng được thực hiện bằng cách

tách vùng cách tử chọn bước sống Bmgg ra khỏi vùng khuyếch đại bên trong

hốc laze Vùng Bragg lớn hơn vùng khuyếch đại Do đó, vùng Bragg có thể được bơm rất mạnh mà không cẩn sự đống góp từ bộ tạo photon dẫn đến khoảng thay đổi được rộng hơn Cấu trúc này được xem như là bộ phản xạ

phân bé Bragg hai doan

Hình 1.10 Sơ đế cấu trúc điốt laze phan xa phan bố Bragg

Để cải thiện hơn nữa khoảng diều chỉnh bước sóng người 1a dưa thêm

phần thứ ba nhằm để điều chỉnh phase bước sống bên trong hốc laze, cấu trúc

của nó được chỉ ra ở hình 1.10 Nguyên lý điều chỉnh bước sống Irong bộ phản

xạ phân bố lragg ba đoạn có thế được hiểu như sau: Phần DBR đưa ra mức

phản xạ cao bên trong rnột bảng tấn hạn chế vào khoảng 3 nm Mode gần nhất

có mức phần xạ cực đại của bộ phần xạ phân bố Dragg sẽ hoạt động như laze

nếu phasc của nó là bội số 2m Phần địch phase sử dụng để diễu chỉnh phasc

của hành trình, như vậy bước sóng laze có thể được điều chỉnh quanh mỗi băng tần phản xa Bragg Với sự điều chỉnh độc lập của ba dòng điện trong các

phần tích cực, Bragg, phase thì các khoảng điều chỉnh là hầu như liên tục từ 8

nm đến I0 nm Gần đây người ta đã chế tạo được điốt laze có khoảng thay đổi

lớn hơn 10 nm thậm chí đạt đến 80 nm khi sử dụng siêu cách tử

1.5 BỘ LỌC QUANG ĐIỀU CHỈNH ĐƯỢC

Các bộ thu thay đổi được là phần tử then chốt trong mạng WDMA, nó

có thể chọn được một kênh mong muốn trong một tập kênh ghép theo bước

“Thông thường việc chọn kênh đồi hỏi một bộ lọc quang thay đổi được, sơ đổ

chức năng của bộ lọc quang điều chỉnh được trình bày trong hình 1.11, trong

đó rất nhiều kênh đầu vào nhưng chỉ xuất hiện một kênh ở đầu ra

Hình 1.11 So dé khối bộ lọc quang điều chỉnh được

Có rất nhiều loại thiết bị lọc quang điều chỉnh được, tuỳ thuộc vào công nghệ chế tạo Các công nghệ này chủ yếu là khai thác hiệu ứng giao thoa quang để tạo ra sự lựa chọn bước sóng Một số thiết bị này cũng có thể được

sử dụng trong các bộ thu quang kết hợp mặc dù bộ thu thay đổi trong tách

sóng quang kết hợp thông thường đạt được từ bộ giao động nội có khả năng

điều chỉnh (laze thay đổi) như đã trình bày mục trên, Để đánh giá các bộ lọc

quang thay đổi được người ta dựa trên một số thông số cơ bản như sau :

-Khoảng điều chỉnh AÂ : Bằng khoảng giữa bước sóng ngắn nhất và dài nhất

mà bộ lọc có thể chọn được

-S6 kénh cue dai : Định nghĩa bằng tỷ số của khoảng điều chỉnh được trên độ

rộng kênh yêu cầu tối thiểu để đảm bảo độ xuyên kênh nhỏ nhất

-Tốc độ điều chỉnh : Là tốc độ mà bộ lọc quang thay đổi có thể chuyển từ

một bước sóng tới bước sóng mới bên trong khoảng điểu chỉnh Đối với

-13-

chuyến mạch kênh thì thời gian thay đổi cỡ mili giấy là đỏ, trong khi đồ đối

với các ứng dụng chuyển mạch gối thì đồi hỏi thay đổi cỡ micro giây

-Mức độ suy hao : Thông thường tín hiệu quang dược chọn sẽ chịu một lượng suy hao nhất định do suy hao đấu nối và suy hao bên trong bộ lọc Suy hao

này càng nhỗ càng tốt để tránh ảnh hưởng đến quỹ công suất của mạng

-Mức độ phụ thuộc vào phân cực: Tốt nhất là bộ lọc không bị ảnh hưởng bởi tính chất phân cực (điều này có nghĩa là hàm truyền đạt độc lập với các trạng

thái phân cực có thể xảy ra của tín hiệu quang đến),

-Độ ổn định về nhiệt và các yêu tổ cơ học: Phải được khống chế sao cho nó

ảnh hưởng ít nhất đến hàm truyền đạt của bộ lọc và khống chế độ trôi ở

khoảng một vài phần trăm độ rộng của kênh

-Yên cầu về kích thước : Nhỗ gọn phù hợp với ứng dụng trong mạng quang

THiện tại đã có rất nhiều loại bộ lọc điều chính được như : Bộ lọc Eabry

—Perot (FPH); Bộ lọc Mach-Zender (M⁄2P); Rộ lọc sử dụng các hiệu ứng điện

— quang (EOTF); Bộ lọc dựa trên các phần tử bán dẫn; Bộ lọc dựa trên hiệu

ng phi tuyến quang Brillouin

Nhận xét: Chương 1 của luận văn đã hệ thống lại một số cấu kiện quang

thụ động cơ bản, nghiên cứu cấu trúc và các đặc tính kỹ thuật của các bộ:

Ghép hình sao quảng bá, ghép kênh, tách kênh và các phần tử điều chỉnh được (Tx —Tunable; Rx- Tunable; bộ lọc quang thay đổi)

Với sự phát triển rất nhanh của công nghệ, do vậy nhiều cấu kiện cũng

như các phần tứ mới (ví dụ bộ xen rẽ quang, cách tử dẫn sống .) đã và đang

được nghiên cứu chế tạo nhằm tạo ra kiến trúc mạng quang hiện đại, mềm dẻo

và ổn định để đáp ứng được các dịch vụ băng rộng cho khách hằng và cũng

như các yêu cầu quản lý mạng 'uy nhiên trong khuôn khổ của luận văn

chúng ta chỉ để cập đến những phần tử cơ bản nhất và nó là cơ sở trong việc

nghiên cứu các chương tiếp theo

-14-

CHƯƠNG 2

KỸ THUẬT ĐA TRUY NHẬP PHẦÁN

CHIA THEO BUGC SONG JWDMA

2.1 TONG QUAN VỀ KỸ THUẬT WDMA

Việc sử dụng công nghệ WIDM cho phép ta xây dựng một phương thức

mnạng trong đó bước sóng của kênh tự nó có thể được sử dụng cho chuyển

mach dinh tyén hoặc phân phát từng kênh đến địa chỉ của nó Bước sóng ở

đây được sử dụng cho đa truy nhập nên được xem là phương thức đa truy nhập

theo bước sống viết tắt là WDMA Về cơ bản để thực hiện được mạng WDMA

yêu cầu các phần tử quang có khả năng điều chỉnh được bước sóng như là các

nguồn phát quang điều chỉnh dược hoặc là các bộ lọc quang điều chỉnh dược

Các phần tử này tạo thành các bộ thu phát quang điều chỉnh được để kết hợp

vào mỗi nút mạng và nổ được sử dụng vào các mục dích khác nhan phụ thuộc

vào loại cấu trúc mạng WDMA được lựa chọn Mạng đa truy nhập sử dụng kỹ

thuật ghép bước sóng được phân làm hai loại chính là : Mạng WDMA don

bước (cồn gọi là các mạng WDMA toàn quang) và mạng WDMA đa bước

1 Trong mạng đơn bước WDMA: Chuỗi tín hiệu được truyền dưới đạng quang trong toàn mạng mà không có biến đổi quang-diện-quang và tái

truyền dân ở các bước trung gian Mạng này được phản thành hai loại chính là

WIAMA “quảng bá lựa chọn" và “định tuyển theo bước sóng"

2 Trong mạng da bước WDMA: Chuỗi tín hiệu khi qua các nút trung

gian phải chuyển thành tín hiệu điện Sau đó nút trung gian tiếp tục truyền tới các nút khác bằng cách phát lại chuỗi tín hiệu dưới dạng quang với các bước

sống thích hợp

2.2 MẠNG WDMA ĐƠN BƯỚC

Mạng WDMA đơn bước được phân loại thành hai loại chính là: Mạng

WDMA “quảng bá và lựa chọn” và mạng WDMA “dịnh tuyến thcơ bước

sống”

2.2.1 Mạng WDMA _l quảng bá và lựa chọn L

“Trong mạng WDMA "quảng bá và lựa chọn” đầu phất chi phat mot

hoặc một số bước sống, cồn tại các đầu thu "gưởng bá” có thể diễu chỉnh dé

thu được nhiều bước sống Trong mạng WIDMA “quảng bả ”, tất cả các bước

sống Ai,Àa Àa phía phát được ghép vào trong một cáp và gửi đến đầu thu R

Ngược lại trong WDMA "lựa chọn” các bước sóng từ 24.Àz Àu được đưa qua

bộ tách WDM để đưa từng bước sóng đến Ri tương ứng Tại các bộ ghép

WDM có thể thu cả, hoặc lựa chọn một số bước sống cẩn thiết Một số khả nâng có thể xảy ra phụ thuộc vào hoặc các bộ thu hoặc các bộ phát hoặc cả hai đều cố khả năng điều chỉnh được Nói chung mỗi nút mạng có thể được trang

bị với một số bộ phát và một số bộ thu, một trong số chúng có khả nâng điều chỉnh động trong khi các số khác được điều chỉnh cố định tới một vài bước

sóng cụ thể Tuỳ thuộc vào các chức nang của các đầu thu, đầu phát mà mạng

Hình 2.1 Mạng WDMA hình sao đơn bước “quảng bá và lựa chọn”

+ Khi các bộ phát là điều chỉnh được trong khi các bộ thu được chỉnh

cố định ở một bước sóng, một kết nối được thiết lập giữa bộ phát và bộ thu

bằng cách điều chỉnh bước sóng trùng nhau của bộ phát và bộ thu Về cơ bản

mạng WDMA “quảng bá và lựa chọn” là kiểu chuyển mạch không gian theo

thứ tự dữ liệu vào Xung đột dữ liệu có thể xảy ra trong mạng do hai hoặc nhiều gói dữ liệu từ các nút khác nhau gửi đến đồng thời cùng một địa chỉ đích Vấn để tranh chấp này được giải quyết bằng các giao thức mạng kết hợp với các kết nối trong mạng

Các mạng WDMA đơn chặng với một bộ phát điều chỉnh được và một

bộ thu cố định (được xem là mạng TT-FR) thì các nút trong mạng bị hạn chế

-l6-

kết nối “điểm-tới-điểm” Đối vái các kết nốt “da điểm - điểm” được thực hiện

thì mỗi nút thu của mạng WDMA phải được trang bị tối thiểu từ hai bộ thu cố

nh tr nen (mang kiểu này ký hiệu TT-ER”9 Tương tự ta có khái

kết nối kiểu multicast "điểm tới - đa điểm” được thực hiện bảng việc trang

bị tại mỗi nút phát của mạng từ hai bộ phát diễn chỉnh được trở lén (ký hiệu mạng TT” -IR)

+ Mạng WDMA trở nên linh hoạt hơn có thể được xây dựng bằng cách

sử dụng các bộ phát cố định và bộ thu điều chỉnh được (ký hiệu là mạng FT —

'TR), với mạng kiểu này ngoài khả năng cung cấp kết nối “điểm —tới -diểm”,

bằng cách điều chỉnh đồng thời các bộ thu của một số nút về cùng một bước

sống nó cồn cung cấp khả năng kết nối MullieasL Tương tự như các mạng TT:

FR, Các kết nối “đa điểm — tới - điểm” công được cung cấp nếu các nút

mạng WIDMA dược trang bị từ hai bộ thu điền chỉnh đựơc trở nên (ký hiệu là

mạng FI-IR").Ưu điểm của các mạng ['T-TR là tự động ngăn ngừa được các xung đột dữ liệu do mỗi kênh sử dụng các bước sống khắc nhau Tuy nhiên do

các bộ thu chỉ có thể diễu chỉnh tới một bước sống ở một thời diểm nên dễ xảy

ra mất dữ liệu trong mạng kiểu này Trong trường hợp này chất lượng của

mạng FT—TR dược cải thiện bằng cách thông báo cho các bộ thu biết dược

phải diéu chỉnh đến bước sóng ở thời điểm nào thông qua các giao thức

+ Khả năng thứ ba đối với mang WDMA “quang bá và lựa chọn” là khi

cá hai bộ phát và bộ thu đều có khả năng điểu chỉnh được (ký hiệu TT-TR)

iểm —tới -điểm” và *

Các mạng TT-TR có khả năng hỗ trợ các kết nối “ da

điểm — tới -điểm" cũng như cdc két ndi multicast vì vậy đây là mạng linh

hoạt nhất trong ba loại, do dố mạng này đồi hồi các giao thức mạng phức tạp

hơn yêu cầu cả hai bộ phát và bộ thu phải được điểu chỉnh để phối hợp các

luồng dữ liệu trong mạng

Như đã trình bây trong phần trên về các mạng WDMA “quảng bá và lựa chọn” với giả thiết rằng số bước sóng có khả năng sử dụng dược W bằng với

số nút N kết nối vào mạng Tuy nhiên trong thực tế đo nhiễu lý do về công

nghệ nên số bước sóng có khả năng sử dụng W thường bị hạn chế, thường nhỏ

Hơn rất nhiều so với số nút mạng N Do đồ việc phân tích sau này sẽ lập trung

vào đặc tính mạng WIDMA "quảng bá và lựa chọn” với điều kiện W < N

"Trong ba loại mạng trên thì mạng TT-TR tận dụng tốt nhất tiểm năng của các bước bước sớng phục vụ cho việc truyền tải dữ liệu, Điều này dựa trên

giả thiết rằng rnỗi nút mạng đều có khả năng biết được hoàn Loàn trạng thái

-17-

của tất cẢ các bước sống trong hệ thống Tại các nút không cố bộ đệm khi gói

tin đến, chỉ cố khả năng hoặc là gói tin được truyền hoặc là mất ngay lập tức phụ thuộc vào kết nối dược phép hay không một cách tương ứng và trễ lan truyền dữ liệu được bổ qua Do đó phân tích này là thích hợp với cả mạng

chuyến mạch kênh cñng như chuyển mạch gối tập trung

Khi số nút gán vào mạng hình sao quảng bá bằng N và số bước sóng có thể dược dùng bảng W, ưong d6 W< N Một gói ún di đến nút ¡ được gửi đến nút j với xác suất I/N không phụ thuộc vào ¡ và j Chiểu đài gói tin phân bố

theo luật hầm mã với thời gian chiếm giữ trung bình 1t (giáy/gối tin ) và là

như nhau cho tất cả các nút, các gói tin đến ở mỗi nút tuân theo hàm phân bổ

Poisson với tốc độ trung bình 2 gới trên giây Do dồ tải trung bình của mỗi

-18-

Hinh 2.2 So dé chuyén ddi trang thái kết hợp với số bước sống sử dụng

Đốt với mỗi giá trị p xác định thì số bước sóng bận w thay đổi ngẫu

nhiên tuỳ theo thống ké của các tuyến vào Tĩnh chất thay đổi động của w có thể được mô hình hoá bảng quá trình "sinh ra — mất đi "như chỉ ra trong hình Hình 2.2 (a) tương ứng với trường hợp hoặc chỉ là bước sóng điều chỉnh

được ở bộ phát hoặc bước sồng điểu chỉnh được ở bộ thu, trong khi đó hình

2.2 (bì tương ứng với trường hợp bước sóng điểu chỉnh được ở cả phát và thu

Trong tất cả các trường hợp chuyển dịch trạng thái về hướng trái là kết quả là

do giải phóng một bước sóng bận sau khi kết nối thành công, Đối với một

trạng thái xác định mà trong đồ w bước sóng bận thì xác suấi chuyển dịch

trạng thái về hướng trái được tính theo biểu thức 2 l

Xác suất chuyển dịch trạng thái sang phía phải tương ứng với việc bổ

sung thêm ruột bước sống kích hoạt trong mạng, phụ thuộc vào vị trí của bước

sống điều chỉnh được đối với bộ phát và thu Khi chỉ cố các bộ phát điều chỉnh

được thì việc chuyển dịch trạng thái chỉ c6 thể xảy ra nếu đáp ứng 02 điều

ki

sau

+ Một yêu cầu kết nối được lạo ra từ ruột trong số (N-w) bộ phát còn

+ Kết nối nãy được đánh địa chỉ đến một trong số các bộ thu cố định còn rỗi Do hệ thống có W bước sống được sử dụng mà trong đồ w bước sống

đã bận do vậy xác suất để thoả mãn điều kiện thứ hai là (I-w/W) Vì vậy việc dịch chuyển trạng thái từ w tới trạng thái w +1 xuất hiện với xác suất,

Khi chỉ có các bộ thu điểu chỉnh được, thì việc chuyển đổi trạng thái

sang hướng phải chỉ có thể xuất hiện nếu:

+ Một yêu cầu kết nối được tạo ra từ một bộ phất inà bước sóng cố định chưa bị bận (Xác suất tương ứng bằng (1-w/WW}),

+ Yêu cầu nầy được đánh địa chỉ đến một trong số CN-w) bộ thu cồn

Tối, vì vậy xác suất chuyển dịch trạng thái giống như (2.2)

Như vậy trong các trường hợp khả năng diều chỉnh được chỉ được cung

cấp tại một phía (ví dụ như chỉ ở phía phát hoặc chỉ ở phía thu nhưng không cả

-19-

hai) cố xác suất chuyến dịch trạng thái thái giống nhan Trường hợp cả hai

phía phát và phía thu đều cố khả năng điểu chỉnh được thì xác suất chuyển

ich trạng thái sang phía phải là lớn hơn do cả bai phía đêu cĩ khả năng điều

chỉnh Cơng thức tính xác suất chuyển đổi như sau được tính như sau:

đời xạ

w

Vì số lượng trung hình của các gồi tin Iruyễn thành cơng trên một đơn vị thời

gian cũng bằng số lượng trung bình các bước sống bận trong hệ thống nên ta

cĩ thể dịnh nghĩa dung lượng mạng dã được chuẩn hố § như biểu thức 2.4

lớn nhất, do đĩ dung lượng của mạng cao hơn trường hợp mạng chỉ cĩ hoặc

một phía phát thay đổi hoặc chỉ cố một phía thu thay dổi Sự khác nhau này cổ

thé tang lên 40% tại một số trường hợp đặc biệt chẳng hạn như W=50 và p =

0.3 Đối với các giá trị W nhỏ (W=25 hoặc 50) thì § tiến đến bão hồ khi p tăng, Giá trị bão hồ xây ra do tải p của tuyến đầu vào tăng lén, giá trị trung bình của bước sống bận tiến nhanh đến giá Irị W nhỏ Trường hợp W lớn (ví

dụ W=125) thì giá trị trung bình của bước sĩng bận luơn luơn nhỗ hơn W, thậm chỉ khi giá trị của tải p tiến đến I

Qua phân tích mở rộng đối với các trường hợp nhiều bộ phát và nhiều

bộ thu trên một nút Kết quá đã chỉ ra rằng để hiệu suất tiến gần đến giới hạn

biên trên khi W=N thì chỉ cần với một số lượng nhỏ các bộ phát và bộ thu điều chỉnh được trên mỗi nút Điều này cố thể xảy ra vì với giả thiết lưu lượng

khơng thay đổi thì xác suất để nhiều hơn một gĩi tin đi đến cùng một địa chỉ

đích tại cùng một thời điểm là rất nhỏ Thực vậy, chúng ta giả thiết rằng tất cả

các gĩi tin đến đấu vào của một nút là độc

à cũng bằng và giống như đi

đến mỗi nút trong số N nút trong rnạng, Với cùng giá ưị tải p cho tất cả các

luồng tín hiệu vào các nút, Xác suất p: mà k gói đồng thời đi đến cùng nút

được tính theo biểu thức

Tải Trung bình p =A/‡t

Hình 2.3 Quan hệ số bước sóng bận — Tải p và số bước sống cực đại

2.2.2 Mạng WDMA [định tuyến theo bước sóng]

“Tổ hợp các phần tử định tuyến bước sóng

Loại thứ hai của mạng WDMA đơn chậng được nói đến là mạng định

tuyến theo bước sống Hình 2.4 và 2.5 chỉ ra sơ đồ cấu trúc và nguyên lý hoạt

động của mạng WDMA đơn bước sử dụng kỹ thuật định tuyến theo bước sống Mạng này bao gồm các phần tử lựa chọn (định tuyến) bước sóng thụ động và một kết nối duy nhất đựơc xác định bằng bước sóng của tín hiệu phát

và nút mà qua đó tín hiệu được đưa vào mạng Ví dụ mạng định tuyến bước

sóng NxN có thể được xây dựng từ các phần tử WDM được nối với nhau bằng N?sợi cáp như chỉ ra trên hình 2.4(b) với N=3 Mỗi nút được trang bị 0l bộ

-23-

phát và 01 bộ thu có khả năng điền chỉnh được Bằng cách diều chỉnh bộ phát

đến một bước sóng đã được lựa chọn, tín hiệu đưa vào được định tuyến thụ

động đến bộ thu định trước, bộ thu này cũng phải di

sống để nhận gói tin Điểu này có nghĩa có thể kết nối đầy đủ NxN kết nối

trong mạng chỉ với N bước sóng phân biệt và mỗi nút thu có thể thu được từ

bất kỳ bộ phất nào mà không ảnh hưởng đến nhau

Trong thực tiễn ưu diểm cola mang WDMA *dịnh tuyến theo bước

sống” so với mạng WDMA “quảng bá và lựa chọn” là mạng WDMA định

tuyến theo bước sóng sử dụng các bộ WIDM không sử dụng cắc bộ coupler hoặc van quang nên tránh đựợc suy hao tách quang Tuy nhiên mặt hạn chế

chính của nguyên lý khi sử dụng các phần tử định wyén thy động là các nút

phải cung cấp các bộ phát và bộ thu đều phải điều chính được hoặc là phải bố

trí mắng các phần tử phất hoặc thu dã dược diểu chỉnh trước đến một số bước

sống cố định khác nhau Đối lại thì mạng WDMA định tuyến theo bước sống

có khả năng điều chỉnh động cấu trúc định tuyến bên trong theo yêu cầu phán

hố lưu lượng của mạng Điều này rất có lợi cho mạng khi cố lưu lượng không

cân bằng giữa các nút khi nối vào mạng Việc thay đổi định tuyến dộng có thể thực hiện theo hai cách sau:

1 Sử dụng các bộ chuyển mạch không gian chọn bước sóng, các tín

Hiệu chuyển rạch động từ một đường tới một đường khác bằng cách thay đổi

¡ chỉnh đến cùng bước

định tuyển WI2M trong mang

2 Sử dụng các bộ biến đổi bước sóng để chuyển đổi ứn hiệu từ một

bước sóng sang bước sóng khác

Tĩnh 2.6 Mô tả mạng định tuyến theo bước sóng sử dụng chuyển mạch không gian chọn bước sóng có 2 núi Ở đây có thể xem các chuyển mạch như

thiết bị có ba cổng cố khả năng diều khiển bất kỳ bước sóng nào ở đầu vào

đến một trong hai cổng ra Nói cách khác bất kỳ tập bước sống 2 2x trên

cổng đầu vào của thiết bị có thể dược lựa chọn và truy cập trực tiếp đến một

trong hai cổng ra Sự lựa chọn này được sắp xếp lại do đó đường đi của bất kỳ

bước sóng nào trong mạng cũng có thể dược thay đổi khi mong muốn

“ye | | chuyển mạch 4 Điều khiển WDM | — |e dinh-FR Nhómthụ

Hình 2.6 Mạng định tuyến theo bước sóng

sử dụng chuyển mạch không gian chọn bước sóng

Gần đây đã phát triển một kiểu mạng định tuyến bước sóng được gọi là

mạng quang tuyến tính LLN mạng này được để xuất ứng dụng cho lưu lượng

chuyển mạch kênh Để giải thích nguyên lý hoạt động của mạng này ta khảo

sát hình 2.7 Trong đó các nút được nối nhau thông qua bộ coupler 2x2 không

nối khác có thể được thực hiện ở cùng thời điểm với việc cung cấp giá trị œ

thích hợp Giá trị của hệ số liên kết œ có thể quản lý tập trung thông qua bộ

điều khiển trung tâm hoặc sử dụng giao thức điều khiển phân bố Trong cả hai

trường hợp trên hệ số liên kết mỗi coupler phụ thuộc vào việc thiết lập của các coupler khác trên toàn mạng Từ các phân tích trên ta thấy các mạng LLN phù hợp với mô hình hoạt động của mạng chuyển mạch kênh trong khi không phù

hợp với mạng chuyển mạch gói

xuất hiện tại các coupler B và F đối với kết nối từ I đến 1* Thật vậy bằng

cách thiết lập kết nối A-B-C-F-G tin hiệu tại bước sóng 2A cũng có thể truyền

theo tuyến A-H-B-C-F-G, A-H-B-D-E-F-G do đó liên kết từ F tới G sẽ chứa 4

bản copy trễ theo thời gian của các luồng tín hiệu từ nút I dẫn đến chất lượng

kết nối bị giảm do nhiều giữa các biểu tượng Người ta đã nghiên cứu và đưa

và giữa nút 3 đến I* Khi kỹ thuật ngày càng hoàn thiện tạo ra các bộ coupler

suy hao thấp, mức tán xạ đa đường thấp và kết hợp với kỹ thuật sử dụng lại bước sóng sẽ mở ra hướng ứng dụng cho các mạng MAN dung lượng cao.

Nút mạng

= ©

Hinh 2.8 Tai str dung buéc s6ng trong mang LLN

(Két noi tt 1 đến 4 * và từ 3 đến 1* có thể xảy ra đồng thời trên Âu)

2.2.3 Các vấn đẻ liên quan đến hiệu suất, thiết kế mạng WDMA đơn bước

Trong mạng đa truy nhập theo bước sóng thì chất lượng, tốc độ điều

chỉnh của các bộ thu và bộ phát là rất quan trọng, tuy nhiên cho đến ngày nay

các công nghệ này vẫn cồn có rất nhiều hạn chế Bên cạnh đó cồn có một số

yếu tố khác ảnh hưởng đến đặc tính và hiệu suất của các mạng WDMA đơn

bước như : Giao thức mạng, vị trí của các bộ đệm số liệu đảm bảo tránh mất

gối, mức xuyên kênh giữa các kênh WDM và yêu cầu độ ổn định bước sống

2.2.3.1 Vị trí bộ đệm trong mạng WDIMA don bước

“Thông thường do tính ngẫu nhiên của lưu lượng bên trong mạng nên xuất hiện xung đột giữa các gói dữ liệu đồng thời đi đến cùng một nút là không thể tránh khỏi Các gói số liệu xung đột có thể hoặc bị loại bỏ hoặc

được đưa vào hàng đợi để phát lại sau đó Nếu gối tin bị loại bỏ thông tin sẽ bị

mất vĩnh viễn, rõ rãng điều đó là không thể chấp nhận được trừ khi xác suất

mất gói tin là rất nhỏ trong phạm vi cho phép Do vậy bộ đệm cần thiết phải

có để chống lại việc mất gói dữ liệu