Kết hợp công nghệ Wdmpon và Fso trong mạng truy nhập quang (tt)

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG
---------------------------------------

TRẦN DUY DŨNG

KẾT HỢP CÔNG NGHỆ WDM-PON VÀ FSO TRONG
MẠNG TRUY NHẬP QUANG
Chuyên ngành:

Kỹ thuật viễn thông

Mã số:

60.52.02.08

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI – 2017


Luận văn được hoàn thành tại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. ĐẶNG THẾ NGỌC

Phản biện 1: …………………………......................................

Phản biện 2: ……………………………………………...........

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công
nghệ Bưu chính Viễn thông

Vào lúc: ............... giờ.............. ngày ......... tháng ........... năm ...................

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
 Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông


1

LỜI MỞ ĐẦU
Mạng truy nhập nằm ở vị trí cuối của mạng viễn thông. Ngày nay, khi nhu
cầu truyền thông ngày càng lớn với nhiều dịch vụ mới yêu cầu băng thông rộng/tốc
độ cao kết nối đa phương tiện trong đời sống kinh tế - xã hội của từng quốc gia,
từng khu vực và toàn cầu. Để đáp ứng được nhu cầu đó các nhà khoa học, các tổ
chức viễn thông, các hãng cung cấp thiết bị … đã tập trung nghiên cứu, phát triển
và áp dụng các giải pháp công nghệ mới. Trong đó mạng truy nhập quang thụ động
(PON) mang lại hiệu quả rất lớn cho các nhà khai thác mạng dựa trên nền công
nghệ như ATM (APON), EPON, BPON, GPON, WDM-PON. Nổi bật trong tất cả
các mạng quang thụ động trên thì WDM-PON sẽ là công nghệ hứa hẹn nhất cho các
mạng truy nhập vì nó cung cấp băng thông rất lớn, tốc độ cao tin cậy. Tuy nhiên
trong nhiều trường hợp, không thể triển khai các kết nối sợi quang như các khu
đông dân cư, hoặc nơi có địa hình phức tạp (qua sông, hồ...).
Truyền thông quang không dây (FSO) là công nghệ truyền dữ liệu dựa trên
việc truyền ánh sáng qua không gian. FSO gần đây nhận được nhiều sự quan tâm
nhờ vào lợi thế của nó như: tốc độ truyền dữ liệu cao, không bị hạn chế băng thông
và độ bảo mật cao. FSO là lựa chọn đầy triển vọng cho môi trường truy nhập băng
thông rộng.
Sử dụng ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM-PON) kết hợp với công
nghệ truyền thông quang không dây FSO là một hướng nghiên cứu còn mới ở Việt
Nam cũng như ở nước ngoài. Chính vì thế, trong luận văn này sẽ tập trung nghiên
cứu, phân tích, xây dựng mô hình hệ thống “Kết hợp công ngệ WDM-PON và FSO

trong mạng truy nhập quang”. Để tiện theo dõi, nội dung của các chương được
khái quát lại như sau:
- Chƣơng 1: Trình bày về mạng truy nhập quang thụ động WDM (WDMPON) bao gồm khái niệm, kiến trúc, ưu nhược điểm cũng như các giải
pháp trong WDM-PON.
- Chƣơng 2: Giới thiệu về hệ thống truyền thông quang không dây FSO
bao gồm kiến trúc hệ thống, các đặc điểm và ứng dụng của FSO.
- Chƣơng 3: Mạng truy nhập quang kết hợp WDM-PON và FSO trong đó
đưa ra mô hình, kiến trúc hệ thống, phân tích và đánh giá hiệu năng hệ
thống.


2

CHƢƠNG 1: MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG WDM
(WDM-PON)
1.1 Mạng truy nhập quang thụ động (PON)
1.1.1 Tổng quan về PON
PON là từ viết tắt của Passive Optical Network hay còn gọi là mạng quang
thụ động. Công nghệ mạng quang thụ động PON còn được hiểu là mạng công nghệ
quang truy nhập giúp tăng cường kết nối giữa các nút mạng truy nhập của nhà cung
cấp dịch vụ và người sử dụng
Do đó PON đã thể hiện được ưu điểm là không cần nguồn điện cung cấp nên
không bị ảnh hưởng bởi lỗi nguồn. Có độ tin cậy cao và không cần phải bảo dưỡng
do tín hiệu không bị suy hao nhiều như các thành phần tích cực và là một sự lựa
chọn thích hợp nhất cho mạng truy nhập.

1.1.2 Thành phần cơ bản mạng quang thụ động

Passive slitter: Bộ chia thụ quang thụ động, Feeder Fiber: Cáp Feeder, Central office: Trạm
trung tâm, Distribution fiber: Sợi quang phân phối, Management system: Hệ thống quản lý

Hình 1.1: Mô hình mạng quang thụ động

Các phần tử thụ động của PON đều nằm trong mạng phân bố quang hay còn
gọi là mạng quang ngoại vi bao gồm các phần tử như sợi quang, các bộ tách /ghép
quang thụ động, các đầu nối và các mối hàn quang. Các phần tử tích cực như OLT


3

và các ONU đều nằm ở đầu cuối của mạng PON. Tín hiệu trong PON có thể được
phân ra và truyền đi theo nhiều sợi quang hoặc được kết hợp lại và truyền đi trên
một sợi quang thông qua bộ ghép kênh quang, ngoài ra còn phụ thuộc tín hiệu đó đi
theo đường lên hay đường xuống của mạng quang thụ động PON.
a) Sợi quang và cáp quang
b) Bộ tách ghép quang
c) Đầu cuối đường quang OLT
OLT cung cấp giao diện giữa hệ thống mạng truy nhập quang thụ động PON
và mạng quang đường trục của các nhà cung cấp dịch vụ thoại, dữ liệu và video.
OLT có thể được đặt bên trong trạm trung tâm hoặc tại một trạm từ xa. OLT cũng
kết nối đến mạng lõi của nhà cung cấp dịch vụ thông qua hệ thống quản lý EMS. Sơ
đồ khối chức năng của OLT được mô tả như sau:

Hình 1.6: Các khối chức năng trong OLT

 Phần lõi OLT
Phần lõi OLT bao gồm các chức năng: Chức năng kết nối chéo được số hóa
cung cấp các kết nối giữa phần mạng lõi với phần mạng phân phối quang ODN.
 Phần dịch vụ OLT
Phần dịch vụ OLT có chức năng cổng dịch vụ, các cổng dịch vụ sẽ truyền tốc

độ ISDN và có thể cấu hình một số dịch vụ hay có thể hỗ trợ hai hay nhiều dịch vụ
khác nhau như game online, truyền dữ liệu.
 Phần chung OLT


4

Bao gồm chức năng cấp nguồn và chức năng hoạt động, quản lý và bảo
dưỡng OAM, chức năng cấp nguồn chuyển đổi nguồn ngoài thành nguồn mong
muốn, chức năng OAM cung cấp các phương tiện để hoạt động, quản lý và bảo
dưỡng cho tất cả các khối OLT.
d) Đơn vị mạng quang ONU
ONU được đặt ở phía khách hàng, ONU cung cấp phương tiện cần thiết để
phân phối các dịch vụ khác nhau được điều khiển bởi OLT. ONU cũng được chia
làm 3 phần: phần lõi, phần dịch vụ và phần chung.

Hình 1.7: Các khối chức năng trong ONU

 Phần lõi ONU: Giao diện ODN xử lý các quá trình chuyển đổi quang
điện, giao diện ODN lấy các tế bào ATM từ tải trọng PON đường
xuống và chèn các tế bào ATM vào tải trọng đường lên.
 Phần dịch vụ ONU: Cung cấp các chức năng cổng của người dùng,
chức năng cổng của người dùng cung cấp các giao diện dịch vụ của
khách hàng.
 Phần chung ONU: Bao gồm chức năng cấp nguồn, chức năng hoạt
động, quản lý và bảo dưỡng OAM.
e) ODN
Cung cấp phương tiện truyền dẫn quang cho kết nối vật lý giữa ONU và
OLT, các ODN riêng lẻ có thể được kết hợp và mở rộng nhờ các bộ khuếch đại
quang.

5

1.1.3 Các cấu hình mạng PON

Hình 1.8a: Cấu hình cây sử dụng bộ chia 1:N

Hình 1.8b: Cấu hình bus sử dụng tap coupler 1:2

Hình 1.8c: Cấu hình dạng vòng sử dụng tap coupler 2x2

Hình 1.8d: Cấu hình dạng cây dự phòng sử dụng bộ chia 2:N


6

1.1.4 Các chuẩn trong mạng PON
Các chuẩn mạng PON có thể chia thành 2 nhóm: nhóm 1 gồm các chuẩn theo
phương thức truy nhập TDMA-PON như B-PON, E-PON,G-PON; nhóm 2 bao gồm
các chuẩn theo phương thức truy nhập khác như WDM-PON và CDMA-PON

1.2 Kiến trúc và giải pháp WDM-PON
1.2.1 Tổng quan về WDM

Hình 1.9: Mô hình hệ thống WDM

1.2.2 Mô hình hệ thống WDM-PON

CO (Center Office): Trạm trung tâm, Remote Node: Nút đầu xa

Hình 1.10: Mô hình tổng quát của một hệ thống WDM-PON

Hình 1.10 cho ta thấy mô hình tổng quát của một hệ thống WDM-PON. CO
(trạm trung tâm) chứa nhiều bộ thu phát tại những cửa sổ khác nhau sẽ có những
bước sóng khác nhau.


7

Hình 1.11: Mô hình P2MP của mạng WDM-PON

Trong hệ thống WDM-PON trên hình 1.11, mỗi cổng của AWG sẽ phụ thuộc
vào cửa sổ bước sóng, và bộ thu phát quang trên mỗi ONU phải truyền tải tín hiệu
quang để chỉ rõ cửa sổ bước sóng được xác định bởi cổng trên AWG.

1.2.3 Các kiến trúc WDM-PON
WDM được đề xuất như một phương pháp đối với đa truy nhập. Các sóng
mang quang khác nhau được sử dụng để cấp phát cho những ONU khác nhau.

1.2.3.1 PON hỗn hợp (CPON)

Hình 1.12: Kiến trúc PON hỗn hợp

1.2.3.2 DWDM Super PON (SPON)
DWDM SPON được yêu cầu để tăng cường băng thông bởi việc cung cấp
một vài cửa sổ bước sóng cho cả đường lên và đường xuống. Mỗi bộ chia sử dụng


8

hai kênh DWDM, một cho đường lên và một cho đường xuống, ONU sử dụng một
nguồn chia sẻ. Kiến trúc đưa ra này có được thể hiện trong hình 1.13.

Hình 1.13: DWDM super-PON sử dụng ONU không phụ thuộc bƣớc sóng

1.2.3.3 Kiến trúc WDM-PON cho RITENET

Hình 1.14: Kiến trúc của RITENET

1.2.3.4 Kiến trúc WDM-PON cho LARNET

Hình 1.15: Kiến trúc tổng quát của LARNet

1.2.3.5 Kiến trúc WDM-PON sử dụng AWG đa đoạn


9

Hình 1.17. Kiến trúc AWG đa đoạn

1.2.4 Các giải pháp trong WDM-PON
1.2.4.1 WDM-on-WDM

Hình 1.18: Sử dụng CWDM để kết hợp và phân chia các tín hiệu quang thông qua dải
phổ tự do (FSR) của AWG.

1.2.4.2 Lai ghép WDM/TDM-PON
a) Sử dụng trong ghép kênh bước sóng PON

10

Hình 1.19: Cấu hình WDM/TDM lai ghép

b) Mạng truy nhập quảng bá và lựa chọn bước sóng

Hình 1.20: WDM/TDM trong đƣờng xuống

Hình 1.21: WDM/TDM trong đƣờng lên

1.3 Ƣu nhƣợc điểm của WDM-PON
1.3.1 Ưu điểm
1.3.2 Nhược điểm
1.3.3 Hướng phát triển của WDM-PON
Để đáp ứng được sự phát triển rất nhanh về lưu lượng của các ứng dụng
internet cũng như của các dịch vụ băng rộng ngày càng đa dạng như HDTV, game,
hội nghị truyền hình… Kiến trúc mạng truy nhập là rất cần thiết. Vì thế những
nghiên cứu cho kiến trúc mạng WDM-PON là rất cần thiết


11

1.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu năng của WDM-PON
1.4.1 Suy hao và quỹ công suất
1.4.2 Tán sắc
Bản chất của tán sắc là sự giãn rộng phổ của xung tín hiệu khi truyền dẫn
trên sơị quang. Tán sắc gồm: tán sắc mode, tán sắc vật liệu và tán sắc dẫn sóng.
Để giảm ảnh hưởng của tán sắc gồm có phương pháp làm hẹp độ rộng phổ
nguồn tín hiệu và phương pháp bù tán sắc như:

+ Sử dụng sợi quang G.653 (sợi có mức tán sắc không tại cửa sổ 1550 nm)
+ Bù tán sắc bằng phương pháp điều biến dịch pha SPM.
+ Bù tán sắc bằng các thành phần tán sắc thụ động (bộ kết hợp quay pha
bước sóng và sợi tán sắc âm).
+ Bù tán sắc bằng các thiết bị dịch tần trước (pre – chirp)
+ Bù tán sắc bằng kỹ thuật DST ( Dispersion Supported Transmission).
+ Bù tán sắc bằng sợi DCF.
+ Bù tán sắc bằng các module DCM sử dụng cách tử Bragg.

1.4.3 Nhiễu xuyên kênh
1.4.3.1 Xuyên kênh tuyến tính
Xuyên kênh tuyến tính có thể chia thành hai loại phụ thuộc vào nguồn gốc
của nó. Các bộ lọc quang và các bộ tách kênh thường để rò một phần công suất tín
hiệu sang các kênh lân cận, xen vào qúa trình tách sóng.

1.4.3.2 Xuyên kênh phi tuyến
Xuyên kênh phi tuyến xảy ra khi cường độ của tín hiệu quang thay đổi vượt
qua một ngưỡng nào đó. Đối với các hệ thống WDM xuyên kênh phi tuyến làm
giảm công suất từng kênh, làm tăng tỷ số SNR,… Dưới đây sẽ xem xét một số hiệu
ứng phi tuyến gây ra hiện tượng xuyên kênh:
+ Tán xạ Raman kích thích (SRS: Stimulated Raman Scatering )


12

+ Tán xạ Brillouin kích thích (SBS: Stimulated Brillouin Scatering)
+ Điều biến pha chéo ( XPM: Cross Phase Modulation)
+ Trộn bốn bước sóng ( FWM : Four Wave Mixing)

1.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG 1

Chương này đã trình bày một cách tổng quát về truy mạng nhập quang thụ
động PON. Một kiến trúc mới là rất cần thiết, phải đảm bảo băng thông đủ lớn thì
mới có thể đáp ứng được và WDM-PON đã được đề xuất trong luận văn.
Các kiến trúc và các giải pháp mạng của WDM-PON đã cho thấy việc tận
dụng chức năng của thiết bị để tạo nên một WDM-PON hợp lí hơn trong đường
truyền hướng lên cũng như hướng xuống. WDM-PON không những có khả năng
chia sẻ cáp và cung cấp liên kết điểm-điểm ảo từ trung tâm chuyển mạch tới người
dùng đầu cuối, mà còn cung cấp cả dịch vụ trong suốt và khả năng mềm dẻo, Việc
đưa ra các kiến trúc WDM-PON tránh được các yêu cầu phức tạp về thiết bị ở phía
khách hàng ONU.


13

CHƢƠNG 2: CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG QUANG

KHÔNG DÂY FSO
FSO gần đây đã nhận được nhiều sự chú ý trong việc truy nhập môi trường
không gian dưới 2 km nhờ một số ưu điểm so với truyền dẫn tần số vô tuyến như
băng thông cao hơn rất nhiều, với dải tần miễn phí, hiệu quả năng lượng tốt hơn và
tính bảo mật cao hơn. So sánh với truyền thông qua sợi quang, FSO cũng cung cấp
tốc độ tương tự trong khi có sự linh hoạt hơn và chi phí thấp hơn, cũng như việc
triển khai nhanh hơn và dễ dàng hơn.

2.1 Giới thiệu về FSO
2.1.1 Khái niệm FSO
Truyền thông quang qua không gian (Free Space Optics - FSO) là một công
nghệ viễn thông sử dụng sự lan truyền của ánh sáng trong không gian để truyền tín
hiệu giữa hai điểm.

Hình 2.1: Giới thiệu về FSO

2.1.2 Các kỹ thuật trong FSO

Hình 2.2: Mô hình thu phát cơ bản của hệ thống FSO, sơ đồ biểu diễn tín hiệu đƣợc
truyền dẫn một chiều, chiều ngƣợc lại hoàn toàn tƣơng tự.


14

Hình 2.3: Phân bố cƣờng độ ánh sáng khi truyền

Thách thức lớn nhất của công nghệ FSO là suy hao rất lớn và thay đổi với
biên độ rộng phụ thuộc vào thời tiết.

2.2 Kiến trúc FSO

Hình 2.4: Kiến trúc hệ thống FSO

Từ mô hình cơ bản của hình 2.2 luận văn sẽ phân tích kĩ hơn về kiến trúc của
hệ thống FSO trong hình 2.4. hệ thống FSO bao gồm ba phần chính: bộ phát, kênh
truyền và bộ thu.

2.2.1 Bộ phát
Dữ liệu đầu vào phía nguồn được truyền tới một đích ở xa. Phía nguồn có cơ
chế điều chế sóng mang quang riêng, chẳng hạn như điều chế laser, tín hiệu quang
sau đó sẽ được truyền đi qua kênh khí quyển. Các tham số của hệ thống phát quang


15

là kích cỡ, công suất và chất lượng búp sóng, các tham số này xác định cường độ
laser và góc phân kỳ nhỏ nhất có thể đạt được từ hệ thống.

2.2.2 Bộ thu
Bộ thu hỗ trợ việc khôi phục các dữ liệu đã được phát đi từ phía phát. Bộ thu
bao gồm các thành phần sau:
Khẩu độ thu , Bộ lọc thông dải quang, Bộ tách sóng quang, Mạch xử lý tín
hiệu

2.2.3 Kênh truyền vô tuyến
Chất lượng của các hệ thống thông tin phụ thuộc nhiều vào kênh truyền, nơi
mà tín hiệu được truyền từ bộ phát đến bộ thu. Không giống như kênh truyền hữu
tuyến là ổn định và có thể dự đoán được, kênh truyền vô tuyến là hoàn toàn ngẫu
nhiên và không hề dễ dàng trong việc phân tích. Tín hiệu được phát đi, qua kênh
truyền vô tuyến, bị cản trở bởi các toà nhà, núi non, cây cối …, bị phản xạ, tán xạ,
hấp thụ, nhiễu xạ…, các hiện tượng này được gọi chung là fading. Và kết quả là ở
bộ thu, ta thu được rất nhiều phiên bản khác nhau của tín hiệu phát. Điều này ảnh
hưởng đến chất lượng của hệ thống thông tin vô tuyến.

2.3 Các đặc điểm của hệ thống FSO
2.3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng của hệ thống FSO
2.3.1.1 Nhiễu lượng tử
Nhiễu chủ yếu đi kèm với bộ tách quang được gọi là nhiễu lượng tử hay
nhiễu nổ. Khi một sóng ánh sáng chưa điều chế được đo bởi một bộ tách quang, ta
thu được hai thành phần dòng điện ở đầu ra.

2.3.1.2 Nhiễu nhiệt
Nhiễu nhiệt, hay còn gọi là nhiễu Johnson hoặc nhiễu Nyquist, được gây ra
bởi sự rối loạn nhiệt độ của điện tích các sóng mang đi qua một điện trở. Ở các

nhiệt độ trên nhiệt độ 0 tuyệt đối, năng lượng nhiệt của các điện tích sóng mang
trong bất cứ điện trở nào cũng dẫn tới sự thay đổi trong mật độ điện tích cục bộ.

2.3.1.3 Nhiễu dòng tối và nhiễu nền


16

Dòng tối là dòng điện tiếp tục chảy qua mạch định thiên của thiết bị ngay cả
khi không có ánh sáng tới đi-ốt tách quang.
Nhiễu nền được gây ra bởi ánh sáng mà không phải là thành phần của các tín
hiệu được truyền đi, chẳng hạn như các ánh sáng ở xung quanh.

2.3.1.4 Các yếu tố khác
 Sự lệch chùm sáng
 Sự mở rộng của chùm sáng.
 Sự nhấp nháy của chùm sáng
 Sự suy giảm tính nhất quán trong không gian
 Sự biến động phân cực.

2.3.2 Suy hao trong hệ thống FSO
2.3.2.1 Môi trường truyền dẫn
Tuyến FSO bao hàm sự truyền, hấp thụ và tán xạ ánh sáng bởi khí quyển trái
đất. Khí quyển tương tác với ánh sáng phụ thuộc vào thành phần không khí, trong
điều kiện bình thường, bao gồm nhiều loại phân tử khí và các hạt lơ lững khác nhau.
Sự tương tác tạo ra nhiều hiện tượng quang học khác nhau: hấp thụ chọn lọc, tán xạ,
sự chập chờn ánh sáng thu được.

2.3.2.2 Tổn hao công suất
Khi một bức xạ quang đi qua bầu khí quyển, các photon bị biến mất (hấp

thụ) do các thành phần như hơi nước, khí CO2, sương mù, tầng Ozon…, và năng
lượng chuyển thành nhiệt năng trong khi đó các thành phần khác đi qua không mất
mát năng lượng nhưng hướng truyền lan ban đầu của chúng bị thay đổi (tán xạ)..
Các yếu tố này được kết hợp với các ảnh hưởng khác sẽ được đề cập sau đây gây ra
sự khác nhau giữa công suất phát ra và công suất thu được


17

2.3.2.3 Suy hao kênh truyền không khí
Bức xạ mặt trời bị hấp thụ bởi bề mặt Trái Đất làm cho không khí xung
quanh bề mặt Trái Đất nóng hơn so với không khí tại những điểm cao hơn so với
mực nước biển. Sự không đồng nhất gây ra bởi sự nhiễu loạn là của các ô nhỏ rời
rạc, hoặc các xoáy lốc với nhiệt độ khác nhau, hoạt động như những lăng kính khúc
xạ có các kích cỡ khác nhau và các chỉ số khúc xạ khác nhau. Sự tương tác giữa búp
sóng laser và môi trường nhiễu loạn dẫn tới kết quả là pha và biên độ của búp sóng
quang mang thông tin thay đổi một cách ngẫu nhiên, làm cho hiệu năng của liên kết
FSO bị suy giảm.
Khi một búp sóng laser lan truyền qua môi trường khí quyển, phân bố không
gian thay đổi ngẫu nhiên của chỉ số khúc xạ mà búp sóng laser gặp phải gây ra một
số tác động.
a) Hấp thụ - xảy ra khi có một sự tương tác giữa các photon và các phần tử khí
trong quá trình truyền lan trong khí quyển. Một số photon bị hấp thụ và năng
lượng của chúng biến thành nhiệt. Do đó  ( )  a ( )
b) Tán xạ - là kết quả của việc phân bố lại góc trường quang khi có và không có
sự thay đổi bước sóng..

2.4 Ứng dụng của FSO
2.4.1 Kết nối truy cập tốc độ cao khi mở rộng mạng với chi phí thấp
Các giải pháp FSO cho phép loại bỏ:

−

Tắc nghẽn về lưu lượng.

−

Yêu cầu xin phép và cấp giấy phép.

−

Việc đào rãnh, cống và đặt cáp.

−

Vấn đề liên quan tới hợp đồng thuê (cho thuê) tòa nhà.

−

Tốn thời gian lắp đặt.

−

Chi phí cao.

2.4.2 FSO trong mạng di động


18

Các mạng di động tế bào hiện tại có yêu cầu băng thông tăng trên các cấu

trúc được sử dụng để kết nối các trạm thu phát sóng. Đặc biệt các dịch vụ băng rộng
của thế hệ mạng 3G làm vấn đề càng thêm cấp thiết.

2.4.3 FSO và an ninh mạng
Về mặt công nghệ, ứng dụng ít thách thức nhất là sử dụng FSO làm đường
truyền số liệu kết nối các tòa nhà đô thị (kết nối giữa các mạng LAN). Trong ứng
dụng này, cự ly tuyến FSO từ vài trăm mét cho tới vài km, việc triển khai FSO đơn
giản và tốn ít chi phí lắp đặt hơn bất kỳ loại cáp nào

2.5 Kết luận chƣơng 2
Nội dung chương 2 đã giới thiệu khái quát về hệ thống truyền thông quang
không dây FSO cũng như mô hình của hệ thống, các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu
năng của hệ thống. Tương lai ngày càng đòi hỏi phải có các giải pháp truyền dẫn tốc
độ cao để đáp ứng yêu cầu của các doanh nghiêp, tổ chức và cá nhân. Các giải pháp
cũng cần phải có chi phí hiệu quả, triển khai nhanh, truyền dẫn thông tin một cách
an toàn và tin cậy. FSO có thể đáp ứng các yêu cầu này và sẽ được sử dụng ngày
càng nhiều trong tương lai.


19

CHƢƠNG 3: MẠNG TRUY CẬP QUANG KẾT HỢP WDM-PON/FSO
WDM-PON có khả năng cung cấp kết nối tốc độ cao với dung lượng hàng
Terabits mỗi giây, với chất lượng tốt và tin cậy cho mạng truy nhập. Tuy nhiên
trong nhiều trường hợp, không thể triển khai các kết nối sợi quang như các khu
đông dân cư, địa hình phức tạp (qua sông, hồ...). Công nghệ truyền dẫn FSO có tốc
độ tương đương sợi quang, khả năng triển khai nhanh, linh hoạt. Các hệ thống FSO
lại hoàn toàn tương thích với mạng PON về tốc độ truyền dẫn và khả năng kết nối.
Chính vì thế chương này đề xuất giải pháp kết hợp WDM-PON và FSO sẽ tạo ra
một mạng truy nhập quang tốc độ cao, linh hoạt có thể triển khai trong nhiều điều

kiện khác nhau.

3.1 Mô tả hệ thống

Hình 3.1: (a) Mạng truy nhập quang PON hiện tại [5]

Hình 3.1: (b) Mạng truy nhập WDM-PON/FSO đơn chặng và đa chặng toàn quang [5]


20

3.2 Kiến trúc của hệ thống

Hình 3.2: Kiến trúc mạng truy nhập WDM-PON/FSO [5]

3.3 Phân tích mô hình kênh nhiễu loạn tán sắc FSO
3.3.1 Mô hình kênh tán sắc khí quyển
Do xung truyền dẫn bị giãn rộng, vì vậy tại máy thu công suất trung bình xét
trong mỗi khe thời gian PPM bị ảnh hưởng bởi giãn xung (Pr) bị giảm đi so với
Pt,sig. Như vậy có thể xác định hệ số suy hao công suất do ảnh hưởng nhiễu loạn khí
quyển và giãn xung là:
∫

|

|

(3.5)

3.3.2 Mô hình kênh nhiễu loạn khí quyển

Để mô tả đặc điểm của toàn bộ các hiệu ứng nhiễu loạn khí quyển (yếu,
trung bình hay mạnh), ta thấy phân bố Gamma-Gamma (G-G) là lựa chọn hợp lý vì
có thể áp dụng cho cả nhiễu loạn quy mô nhỏ và quy mô lớn. Hàm mật độ phân bố
G-G (pdf) với

> 0 được biểu diễn như sau:
2( )(   )/2 a  2  1
f ha (h ) 
(hi )
 K   (2  hia ),
i
( )(  )
a
i

(3.6)


21

Hình 3.3: Phƣơng sai Rytov theo tham số chiết suất với các khoảng cách truyền dẫn
khác nhau [5].

3.4 Tỉ lệ lỗi bit BER
Khi tách được ký hiệu PPM thì ký hiệu đó được ánh xạ tới một chuỗi
log2(M) bit. Sẽ có M/2 lỗi ký hiệu có thể sinh ra trong tổng số (M − 1) ký hiệu lỗi .
Vì thế, nếu giả sử mọi lỗi ký hiệu đều có khả năng xảy ra và đặt Pe là xác suất lỗi ký
hiệu (SEP) thì tổng tỉ lệ lỗi bit của hệ thống là:
BER

(3.10)

Ta giả sử rằng dữ liệu truyền đủ lớn sao cho xác suất truyền bất kỳ ký hiệu
nào cũng đều như nhau. Tại máy thu, không mất tính tổng quát giả sử ký hiệu s0
được truyền thì I0 là dòng tín hiệu tách quang tương ứng với khe thời gian số 0,
dòng Iu sẽ tương ứng với khe thời gian thứ u (0 ≤ u ≤ M − 1) của ký hiệu nhận được.

3.4.1 Phân tích đường xuống
3.4.2 Phân tích đường lên


22

3.5 Kết quả tính toán
Trong phần này luận văn đã tìm hiểu, tham khảo và phân tích nghiên cứu
tính toán tỉ lệ BER của hệ thống với giả định có một tín hiệu nhiễu cho cả truyền
dẫn đường xuống và đường lên. Biểu thức dạng gần đúng của BER tương đối phức
tạp nếu xét tất cả các nhiễu. Trong một số trường hợp đặc biệt khi giả định nhiễu là
dạng tín hiệu Gauss độc lập thì ta có thể thiết lập được biểu thức dạng gần đúng cho
BER [16], [17]. Dựa trên các biểu thức giới hạn chính xác nêu trong (3.11) và
(3.12) ta sẽ dùng để khảo sát BER cho cả hai trường hợp đường lên và đường
xuống. Với kiểm chứng phân tích bằng mô phỏng Monte-Carlo (M-C).

3.5.1 Truyền dẫn đường xuống
Trước hết, tại hình 3.4(a) và hình 3.4(b) đánh giá tỉ lệ BER trong trường hợp
sử dụng điều chế OOK so sánh với sử dụng điều chế 4- PPM theo là công suất
truyền dẫn trên mỗi bit thông tin tại đường xuống với số nút chuyển tiếp N, trong
khoảng cách cố định là 4 km. Hiệu năng của hệ thống được xác định có thể cải thiện
đáng kể bằng cách tăng số nút chuyển tiếp N.

Hình 3.4: BER của tuyến truyền dẫn đƣờng xuống theo công suất truyền dẫn trên
mỗi bit thông tin Ps, với Rb = 1 Gbps, Ldx,XT = -30 dB, L = 4 km và Cn2

5 × 10˗15 và

thay đổi số lƣợng các nút chuyển tiếp N trong hệ thống sử dụng điều chế OOK (a) và
điều chế 4-PPM (b) [5].


23

Hình 3.5: BER của tuyến truyền dẫn đƣờng xuống theo Ps, với 4-PPM, Rb = 1 Gbps, Ldx,XT =
-30 dB và L = 4 km cho các cƣờng độ nhiễu loạn Cn2 khác nhau [5].

Hình 3.6: BER của tuyến truyền dẫn đƣờng xuống theo khoảng cách truyền dẫn L,
với Ps = 0 dBm, Rb = 1 Gbps, Ldx,XT = ˗30 dB và Cn2 = 5 × 10˗15 cho số nút chuyển tiếp
khác nhau (a) và tăng bậc điều chế M- PPM (b) [5].