BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUY NHƠN ---NGUYỄN TIẾN HƯNG ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN QUANG ĐƯỜNG DÀI DUNG LƯỢNG LỚN SỬ DỤNG CÁC ĐỊNH DẠNG ĐIỀU C
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC QUY NHƠN
-NGUYỄN TIẾN HƯNG
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN QUANG
ĐƯỜNG DÀI DUNG LƯỢNG LỚN SỬ DỤNG CÁC
ĐỊNH DẠNG ĐIỀU CHẾ TIÊN TIẾN (Long-haul high-capacity transmissions using advanced modulation
formats)
Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông
Mã số: 60 520 208 Khóa: K19 (2016-2018) Người hướng dẫn: TS Nguyễn Tấn Hưng
QUY NHƠN – 12/2017
Trang 2NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN QUANG ĐƯỜNG DÀI DUNG LƯỢNG LỚN SỬ DỤNG CÁC ĐỊNH DẠNG
ĐIỀU CHẾ CAO CẤP (Long-haul high-capacity transmissions using advanced
modulation formats)
I. MỞ ĐẦU:
1 Lý do chọn đề tài:
Lưu lượng dữ liệu trong các mạng thông tin đang tăng lên nhanh chóng do sự phát triển không ngừng của các dịch vụ băng rộng như video chất lượng cao hay điện toán đám mây (cloud computing) trong các trung tâm dữ liệu (datacenter); bên cạnh đó sự phát triển không ngừng về dung lượng truyền tải của mạng Internet băng rộng và mạng
di động 3G, 4G, 5G Theo thống kê, lưu lượng dữ liệu mạng Internet băng rộng tăng 50% mỗi năm
Trong các hệ thống thông tin quang ngày nay, kỹ thuật ghép kênh phân chia bước sóng WDM (Wavelength-Division Multiplexing) đang được dùng để truyền tải dữ liệu trên các bước sóng khác nhau trên cùng một sợi quang nhằm tăng dung lượng truyền dẫn Trong thực tế, các bước sóng WDM 40Gbps đã được thương mại hóa từ năm
2005, các bước sóng WDM 100Gbps đã được thương mại hóa từ năm 2010 và dần được phổ biến trên toàn thế giới; đi kèm đó các kĩ thuật truyền tải dữ liệu tiến tiến như OTN, 100GE đã được thương mại hóa rộng rãi nhưng vẫn không đáp ứng đủ những yêu cầu vô cùng lớn về băng thông truyền dẫn như đã nêu ở trên Điều này đặt ra một nhu cầu cấp thiết cần phải nâng cao dung lượng truyền dẫn của các bước sóng quang
để tăng một cách đáng kể dung lượng truyền dẫn cho các hệ thống thông tin quang thế
hệ mới
Xu hướng này đặt ra yêu cầu băng thông vô cùng lớn đến mạng truyền dẫn cáp quang Tuy nhiên, do băng thông hữu hạn của sợi quang, các hệ thống thông tin quang
Trang 3ngày nay ngày càng cạn kiệt nguồn bước sóng, gây ra tình trạng nghẽn mạch mạng thông tin Vì vậy, việc nghiên cứu thành công việc sử dụng các định dạng điều chế tín hiệu tiên tiến như định dạng điều chế nhiều mức (multi-level modulation formats) hay M-QAM (M-Quadrature Amplitude Modulation) tăng hiệu suất sử dụng phổ, nâng cao băng thông truyền dẫn hệ thống thông tin quang đường dài đóng vai trò rất quan trọng cho các hệ thống thông tin quang thế hệ mới
2 Tổng quan tình hình nghiên cứu đề tài:
Hiện nay, cả trong nước và ngoài nước đều có nhiều đề tài nghiên cứu về điều chế tín hiệucao cấp, bước sóng dung lượng cao và ứng dụng trong hệ thống thông tin quang đường dài Tuy nhiên các nghiên cứu này đều chuyên sâu vào một trong các vấn đề trên và chưa thể hiện khả năng sử dụng kết hợp với nhau để xây dựng đượng hệ thống thông tin quang đường dài có dung lượng cao
Bên cạnh đó, các nghiên cứu trước đây chủ yếu phân tích lý thuyết, chưa có nhiều nghiên cứu được mô phỏng bằng phần mềm chuyên dụng với thông số cáp quang thực
tế để có thể đánh giá, tối ưu và hoàn thiện thiết kế
Việc nghiên cứu thiết kế hệ thống truyền dẫn quang đường dài sử dụng khuyếch đại Raman cho điều chế tín hiệu tiên tiến và mô phỏng thiết kế bằng phần mềm chuyên dụng sẽ đem tới cái nhìn rõ ràng hơn, góp phần cụ thể hóa thiết kế và dễ dàng tối ưu, tinh chỉnh để dễ dàng áp dụng nghiên cứu vào thực tế
3 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu:
a) Mục tiêu:
- Phát triển bộ thu phát (gồm cả điều chế và giải điều chế) tín hiệu M-QAM (QPSK, 16QAM, 64QAM) sử dụng công nghệ thu quang kết hợp dùng sử lý tín hiệu số (digital coherent receiver) với dung lượng 100 Gbps, 400 Gbps và 1 Tbps mỗi kênh;
- Nghiên cứu hệ thống truyền dẫn tín hiệu quang khoảng cách dài (trên 1000 km) dung lượng lớn (hàng Tbps) sử dụng định dạng điều chế M-QAM
Trang 4b) Nội dung nghiên cứu:
Để nghiên cứu được điều chế tín hiệu tiên tiến trong hệ thống thông tin quang đường dài trong hệ thống truyền dẫn WDM nhằm nâng cao dung lượng toàn hệ thống, các thách thức cũng như các nội dung đặt ra trong quá trình nghiên cứu lĩnh vực này là:
- Nguyên cứu, mô phỏng máy phát quang tín hiệu định dạng điều chế nhiều mức M-QAM (QPSK, 16M-QAM, 64M-QAM) dung lượng 100 Gbps, 400 Gbps và 1 Tbps mỗi kênh;
- Nguyên cứu, mô phỏng máy thu quang tín hiệu quang kết hợp dựa trên xử lý tín hiệu số (digital coherent receiver);
- Nguyên cứu, mô phỏng bộ khuyếch đại quang Raman phân bố băng thông rộng, hiệu năng cao sử dụng nhiều bơm Raman cho hệ thống truyền quang WDM
khoảng cách dài
- Khảo sát chất lượng hệ thống truyền dẫn WDM dung lượng lớn, khoảng cách dài dùng các bộ thu phát và bộ khuếch đại đã nghiên cứu ở trên
4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
a) Đối tượng nghiên cứu:
- Các định dạng điều chế nhiều mức M-QAM như QPSK, 16QAM, 64QAM;
- Các kỹ thuật ghép kênh tiên tiến như OFDM, Nyquist WDM;
- Máy thu phát tín hiệu quang cho các định dạng điều chế nhiều mức M-QAM;
- Bộ khuyếch đại Raman phân bố băng rộng và phương pháp sử dụng kết hợp với các bộ khuyếch đại EDFA;
- Hệ thống truyền dẫn truyền dẫn quang WDM dung lượng trên 1Tbps, đường truyền dài trên 1000 km
b) Phạm vi nghiên cứu
- Các hệ thống thông tin quang đường trục dung lượng lớn, khoảng cách dài;
Trang 5- Các định dạng điều chế M-QAM;
- Các hệ thống cấu hình truyền sử dụng khuếch đại Raman phân bố;
- Các phương pháp phân tích, thiết kế, mô phỏng, tối ưu hóa hoạt động của hệ thống truyền dẫn quang đường dài
5 Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu phân tích lý thuyết nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền dẫn quang đường dài trên 1000 km, dung lượng trên 1Tbps dùng khuyếch đại Raman cho phương pháp điều chế tín hiệu tiên tiến M-QAM
- Mô phỏng và tối ưu hóa hệ thống thông qua các phần mềm mô phỏng chuyên dụng hiện đại
II NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN VĂN:
Chương 1: Tổng quang về hệ thống thông tin quang.
Chương 2: Máy phát thu tín hiệu định dạng điều chế nhiều mức M-QAM.
Chương 3: Hệ thống truyền dẫn WDM sử dụng bộ khuếch đại Raman phân bố Chương 4: Thiết kế, mô phỏng hệ thống truyền dẫn đường dài WDM dung lượng
lớn sử dụng định dạng điều chế M-QAM
Kết luận: Việc thiết kế thành công hệ thống đường trục WDM sử dụng các định dạng
điều chế tiên tiến M-QAM cho thông tin dung lượng trên 1Tbps, khoảng cách trên
1000 km sẽ giúp nâng cao một cách đáng kể dung lượng truyền dẫn cho các hệ thống thông
Trang 6tin quang thế hệ mới, đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng cao không ngừng về dung lượng truyền tải của mạng Internet băng rộng và mạng di động 3G, 4G, 5G
1 Đề xuất người hướng dẫn
Hướng dẫn: TS Nguyễn Tấn Hưng
Giảng viên Khoa Điện tử-Viễn thông, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng
III.DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO:
[1] Al Fiad, M.S.A.S , ”Multilevel modulation formats for robust long-haul high capacity transmission,” 01-01,2011
[2] Sergejs Makovejs, ”Multilevel modulation formats for robust long-haul high capacity transmission,” 07,2011
[3] Michael J Wale, ” Advanced Modulation Formats in Data Centre Communications,” 2nd Symposium on Optical Interconnects in Data Centres, 23-09,2014
[4] Ghafour Amouzad Mahdiraji and Ahmad Fauzi Abas, ” Advanced Modulation Formats and Multiplexing Techniques for Optical Telecommunication Systems,
”2010
[5] Eugen Lach, Wilfried Idler, ” Modulation formats for 100G and beyond,” pp.26-8.2011
[6] Estaran Tolosa, Jose Manuel; Zibar, Darko; Tafur Monroy, Idelfonso ; Peucheret, Christophe,” Capacity-Approaching Modulation Formats for Optical Transmission Systems: Signal shaping and advanced de/muxing for efficient resource exploitation,” 1-11.2015
Người thực hiện
Nguyễn Tiến Hưng