Nghiên cứu đặc tính Rof theo cấu trúc GPON

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GỊN

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG

BÁO CÁO MÔN HỌC
CHUYÊN ĐỀ VIỄN THÔNG TIÊN TIẾN
Đề tài : NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH MẠNG VƠ TUYẾN ROF THEO KIẾN TRÚC

MẠNG GPON TRONG MẠNG VÔ TUYẾN

Sinh Viên Thực hiện: LÊ THANH PHONG

Giảng viên hướng dẫn: TS. Hồ Văn Cừu
1

5/16/22


NỘI DUNG

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG GPON
CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH VÀ THƠNG SỐ KỸ THUẬT CỦA MẠNG GPON
CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ RADIO OVER FIBER
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT RADIO OVER FIBER
CHƯƠNG 5: ĐẶC TRƯNG CỦA KIẾN TRÚC GPON SỬ DỤNG SỢI QUANG CHO MẠNG PHÂN PHỐI KHÔNG DÂY

CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ MÔ PHỎNG

2

6/1/2020

CHƯƠNG 1: Tổng quan về hệ thống mạng GPON

Mạng quang GPON (Gigabit Passive Optical Network)

Hình 3. 1 phần cứng mạng FTTH-GPON



Là một kiến trúc mạng bao gồm các đường quang đi từ nhà cung cấp dịch vụ được dùng chung cho một số khách hàng.



Có cấu hình điểm – đa điểm. Mỗi khách hàng được kết nối tới mạng quang thông qua một bộ chia quang thụ động và
băng thông được chia sẻ từ nhánh đến người dùng.

3

6/1/2020


CHƯƠNG 1: Tổng quan về hệ thống mạng GPON (tt)

ONU

ODN
Bộ ghép/chia quang

OLT

Sợi quang

ONU

ONU

Hình 3. 2 Kiến trúc phần cứng mạng FTTH-GPON

Mô hình hệ thống mạng quang GPON (Gigabit Passive Optical Network)
4

6/1/2020


CHƯƠNG 1: Tổng quan về hệ thống mạng GPON (tt)

OLT (Optical Line Terminator)

Là thiết bị đầu cuối quang lắp đặt tại phía nhà cung cấp dịch vụ thường được đặt tại các đài trạm.

Hình 3.3 Các khối chức năng của OLT (Optical Line Terminator).

5

6/1/2020


CHƯƠNG 1: Tổng quan về hệ thống mạng GPON (tt)

ONU (Optical Network Unit)

Là thiết bị mạng quang kết nối với OLT thông qua mạng phân phối quang (ODN) thường dùng cho trường hợp kết nối tới
buiding (FTTB) hoặc tới các vỉa hè (FTTC), cabin (FTTCab).

Hình 3.4 Các khối chức năng của ONU (Optical Network Unit).

6

6/1/2020


CHƯƠNG 1: Tổng quan về hệ thống mạng GPON (tt)

ODN (Optical Distribution Network)

Là mạng phân phối quang kết nối giữa một OLT với một hoặc nhiều ONU sử dụng thiết bị tách/ghép quang và mạng cáp quang
thuê bao.

Hình 3.5 Mô hình khối phân phối quang ODN (Optical Distribution Network).

7

6/1/2020


CHƯƠNG 1: Tổng quan về hệ thống mạng GPON (tt)

Passive Optical Splitter



Bộ chia/ghép quang thụ động (Splitter) dùng để chia/ghép tín hiệu từ nhà cung cấp dịch vụ đến khách hàng và
ngược lại.



Là thiết bị không cần nguồn nuôi.



Từ OLT đến ONU có thể sử dụng nhiều dạng bộ chia có tỉ lệ 1:2, 1:4, 1:8, 1:16, 1:32, 1:64, 1:128.

Hình 3. 6 Bộ ghép/chia quang
(Splitter)
8

6/1/2020


CHƯƠNG 1: Tổng quan về hệ thống mạng GPON (tt)

Mạng cáp quang thuê bao

Hình 3.7 Cấu trúc tiêu biểu của mạng cáp quang thuê bao

9

6/1/2020

CHƯƠNG 1: Tổng quan về hệ thống mạng GPON (tt)

Mạng cáp quang th bao (tt)

Tủ quang gốc S1



Đóng vai trị tập trung dung lượng cáp gốc cần phục vụ cho
một khu vực do tủ S1 quản lý.



Là nơi lắp đặt các bộ chia (Splitter) cấp 1 (S1) trên mạng.



Dung lượng cho 1 sợi cáp quang gốc tiêu biểu đi ra từ đài trạm
đến tủ S1 tối thiểu là 48FO.

Hình 3. 8 Tủ quang gốc S1
 
10

6/1/2020


CHƯƠNG 1: Tổng quan về hệ thống mạng GPON (tt)

Mạng cáp quang th bao (tt)

Tủ quang phối S2



Đóng vai trị tập trung dung lượng cáp quang phối cần phục vụ
cho một khu vực do tủ quang phối S2 quản lý.



Là nơi lắp đặt các bộ chia cấp 2 (S2).



Dung lượng cho 1 sợi cáp quang phối tiêu biểu đi ra từ tủ S1
đến tủ quang phối S2 tối thiểu là 24FO.

Hình 3. 9 Tủ cáp quang phối S2
11

6/1/2020


CHƯƠNG 1: Tổng quan về hệ thống mạng GPON (tt)

Mạng cáp quang thuê bao (tt)

Tập điểm quang



Là nơi phối cáp thuê bao đến khách hàng.



Dung lượng 1 sợi cáp quang phối tiêu biểu đi đến tập điểm
quang có dung lượng tối thiểu là 12FO.

Hình 3. 10 Tập điểm quang
12

6/1/2020


CHƯƠNG 2:Đặc tính và thơng số kỹ thuật của mạng GPON

Hình 4. 1 Cấu trúc khung dữ liệu mạng GPON



Tốc độ truyền dẫn :



Upstream: 1.244 Gbps.




Bước sóng :



13

Downstream: 2.488 Gbps.

Dữ liệu hướng lên: 1310nm.

Dữ liệu hướng xuống: 1490nm và 1550nm (dữ liệu video).
6/1/2020


CHƯƠNG 2:Đặc tính và thơng số kỹ thuật của mạng GPON(tt)
.



Loại lưu lượng: dữ liệu số.



Kỹ thuật truy nhập: TDMA.



Cấp phát băng thơng động DBA (Dynamic Bandwith Allocation).



Phương thức đóng gói dữ liệu: ATM và GEM



Giá trị tỷ lệ bit lỗi (BER) lớn nhất:



Tỉ lệ chia của bộ chia thụ động tối đa 1:128



Loại cáp: tiêu chuẩn ITU-T Rec G.652.

10−12

Suy hao 0.35 dB/km sợi đơn mode, bước sóng 1310nm.



14

Khả năng cung cấp dịch vụ: đầy đủ (Ethernet, TDM, POTS).

6/1/2020


CHƯƠNG 2:Đặc tính và thơng số kỹ thuật của mạng GPON(tt)
.

Ưu điểm

•

Dung lượng lớn, chất lượng truyền dẫn tốt và tốc độ truy nhập

Nhược điểm

•

Khó nâng cấp băng thơng khi th bao u cầu.

cao.

•

Tiết kiệm chi phí về vật tư, cáp, chi phí nguồn điện, khơng gian

•

Khó xác định lỗi hơn do 1 sợi quang chung cho nhiều người.

•

Tính bảo mật cũng khơng cao có thể bị nghe lén nếu khơng mã hóa

hộp cáp, thời gian bảo trì, nhân lực bảo dưỡng tuyến cáp.

•

Dễ dàng trong việc mở rộng mạng lưới.

•

Khơng bị ảnh hưởng nhiều bởi từ trường, sét, mưa bão…

dữ liệu.

•

Chỉ nên áp dụng với những đơ thị loại 1, loại 2 và những khu
công nghiệp, khu chế xuất có mật độ khách hàng lớn vì chi phí

•

15

Các thiết bị trong mạng GPON thường ít lỗi hơn AON.

đầu tư khá cao.

6/1/2020


Kết luận

Trong chương này em đã giới thiệu về thông số kỹ thuật GPON, ưu điểm nhược điểm của mạng GPON, tình hình triển khai mang
GPON hiện nay và mơ phỏng mạng GPON bằng phần mêm Optisym
Từ những nghiên cứu trên cho thấy có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng truyền tải của mạng GPON như là khoảng cách truyển

dẫn, tỉ lệ bộ chia splitter hay công suất phát… để tăng chất lượng mạng ta cần phải xem xét tổng thể hệ thống và tùy điều kiện thực tế
mà lựa chọn phương pháp phù hợp để tăng chất lượng mạng truy nhập GPON. Việc đo kiểm các tham số truy nhập như tỉ lệ lỗi bit, hệ
số phẩm chất, cơng suất phát… có ý nghĩa rất quan trọng trong quá trình lắp đặt và bảo dưỡng để đáp ứng yêu cầu về chất lượng và
dịch vụ cung cấp.

16

6/1/2020


CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ RADIO OVER FIBER

RoF là phương pháp truyền dẫn vô tuyến đã được điều chế trên sợi quang. RoF sử dụng các tuyến quang có độ tuyến tính cao để truyền
dẫn các tín hiệu RF (analog) đến các trạm thu phát.

3.1. CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN SỢI QUANG

3.1.1. Sợi quang

Sợi quang là môi trường điện môi cho thông tin truyền qua từ điểm này tới điểm kia dưới dạng ánh sáng.
Với kích thước nhỏ của sợi quang cho phép nhiều sợi quang hơn trong cùng một không gian so với cáp đồng.
Có 2 loại sợi quang là: sợi quang có chiết suất bậc và sợi quang có chiết suất biến đổi.

17

6/1/2020


CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN CƠNG NGHỆ RADIO OVER FIBER

3.1.2. Bợ phát quang
Vai trò của các bộ phát quang là biển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang và đưa tín hiệu quang này vào sợi quang để truyền tới
phía thu. Linh kiện chính trong bộ phát quang là nguồn phát quang.

3.1.3. Bợ thu quang
Vai trị của các bộ thu quang là biến đổi tín hiệu quang trở về dạng tín hiệu điện.
Thành phần chính trong bộ thu quang là bộ tách sóng quang, nó chuyển tín hiệu quang sang tín hiệu điện dựa trên hiệu ứng quang điện.
Có 2 kiểu tách sóng cơ bản đó là tách sóng trực tiếp và tách sóng kết hợp.

18

6/1/2020


CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN CƠNG NGHỆ RADIO OVER FIBER

3.1.4. Bợ khuếch đại

Bộ khuếch đại chia làm 2 loại là: khuếch đại tồn quang và bộ lặp quang điện.
Khi tín hiệu quang rất yếu không thể truyền đi xa được nữa thì sẽ được các bộ lặp thu lại và biến đổi thành tín hiệu điện, sau đó tiến hành
khuếch đại, chuẩn lại thời gian, tái tạo lại dạng tín hiệu điện rồi lại biến đổi về tín hiệu quang để truyền lên đường truyền.
Có hai dạng khuếch đại quang cơ bản là khuếch đại laser bán dẫn và khuếch đại quang sợi trong đó khuếch đại quang sợi pha tạp đất hiếm
Erbium được sử dụng phổ biến.

19

6/1/2020


CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ RADIO OVER FIBER

3.1.5. Sự kết hợp giữa sợi quang và vô tuyến

Một trong những phương pháp để đạt được mạng truy nhập vô tuyến băng thông rộng là kết hợp kỹ thuật truy nhập bằng sợi quang, với ưu điểm là băng thông lớn và cự ly
xa.
Để kết nối CS với các BS, người ta sử dụng sợi quang với những ưu điểm không thể thay thế được đó là băng thơng lớn và suy hao bé, mỗi sợi quang có thể truyền được tốc
độ hàng trăm Gbps với chiều dài lên đến hàng chục km.
Yêu cầu đối với một hệ thống mạng đưa ra là phục vụ cùng lúc nhiều trạm BS, với lý do này thì giá thành của mỗi BS sẽ là một vấn đề phải giải quyết trong bài toán kinh tế. Để
giảm giá thành cho các BS thì người ta đưa ra kiến trúc mạng tập trung nhằm đơn giản hóa cấu trúc của chúng. Với kiến trúc mạng tập trung, các chức năng như xử lý tín hiệu, định
tuyến, chuyển giao,… được thực hiện tại trạm trung tâm CS (Central Station), mỗi CS này phục vụ càng nhiều BS càng tốt, nhờ kiến trúc tập trung này thì rõ ràng các BS thật sự đơn
giản, nhiệm vụ của chúng bây giờ chỉ cịn là phát các tín hiệu vơ tuyến nhận được từ CS và chuyển các tín hiệu nhận được từ MH (mobile host) về CS. So với các BTS trong mạng
cellular thì các BS có chức năng đơn giản hơn nhiều vì ngồi chức năng thu phát sóng thơng thường thì các BTS này có thêm chức năng xử lý tín hiệu.
Các kỹ thuật để truyền dẫn tín hiệu vơ tuyến từ CS tới BS và ngược lại được gọi là kỹ thuật RoF. Còn mạng truy nhập vô tuyến dựa trên kỹ thuật RoF được gọi là mạng truy nhập vô
tuyến RoF mà ta sẽ gọi tắt là mạng RoF.

20

6/1/2020


CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ RADIO OVER FIBER

3.2. ĐỊNH NGHĨA RADIO over FIBER
3.2.1Khái niệm
Cơng nghệ truyền sóng vơ tuyến qua sợi quang sử dụng đường truyền sợi quang để phân phối các tín hiệu tần số vơ
tuyến (RF) từ các vị trí trạm đầu cuối tập trung tới các trạm anten từ xa (RAUs). Trong hệ thống thông tin băng hẹp và WLANs, các
chức năng xử lí tín hiệu RF như nâng tần, điều chế sóng mang và ghép kênh, được thực hiện ở các trạm gốc BS hoặc ở RAP và
ngay sau đó được đưa tới anten. Cơng nghệ RoF cho phép tập trung các chức năng xử lí tín hiệu RF tại một vị trí chung (trạm đầu
cuối), sau đó sử dụng sợi quang có suy hao thấp (0,3 dB/km cho bước sóng 1550 nm, 0,5 dB/km cho bước sóng 1310 nm) để
phân phối tín hiệu RF tới các RAU.

Do đó, ta có thể định nghĩa RoF là phương pháp truyền dẫn tín hiệu vơ tuyến đã được điều chế trên sợi quang.

21

6/1/2020


CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ RADIO OVER FIBER

3.2. ĐỊNH NGHĨA RADIO over FIBER
3.2.2. Các thành phần cơ bản của tuyến quang sử dụng RoF

Mobile Host (MH): đó là các thiết bị di động trong mạng đóng vai trị là các thiết bị đầu cuối. Các MH có thể là điện thoại di động, máy tính xách tay có tích hợp chức năng,
các PDA, hay các máy chuyên dụng khác có tích hợp chức năng truy nhập vào mạng khơng dây.
Base Station (BS): có nhiệm vụ phát sóng vơ tuyến nhận được từ CS đến các MH, nhận sóng vơ tuyến nhận được từ MH truyền về CS. Mỗi BS sẽ phục vụ một microcell. BS
khơng có chức năng xử lý tín hiêu, nó chỉ đơn thuần biến đổi từ thành phần điện/quang và ngược lại để chuyển về hoặc nhận từ CS. BS gồm 2 thành phần quan trọng nhất là
antenna và thành phần chuyển đổi quang điện ở tần số RF. Tùy bán kính phục vụ của mỗi BS mà số lượng BS để phủ sóng một vùng là nhiều hay ít. Bán kính phục vụ của BS
rất nhỏ (vài trăm mét hoặc thấp hơn nữa chỉ vài chục mét) và phục vụ một số lượng vài chục đến vài trăm các MH.
Central Station (CS): là trạm xử lý trung tâm.Do kiến trúc mạng tập trung nên tất cả các chức năng như định tuyến, cấp phát kênh,… đều được thực hiện và chia sẽ ở CS vì
thế có thể nói CS là thành phần quan trọng nhất trong mạng RoF (cũng giống như tổng đài trong mạng điện thoại). CS được nối đến các tổng đài, server khác.

22

6/1/2020


CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ RADIO OVER FIBER

3.2.2. Tuyến RoF
Một tuyến RoF có kiến trúc như trên hình 17 sẽ bao gồm ít nhất là thành phần biến đổi sóng vơ tuyến sang quang, thành phần chuyển đổi quang thành sóng

vơ tuyến, một tuyến quang (song hướng hay đơn hướng). Các thành phần thuộc kiến trúc RoF khơng có chức năng quang như ăn-ten thu phát vô tuyến
thuộc phần vô tuyến, chức năng xử lý giao tiếp của CS thuộc phần mạng ta không xét ở đây.
Kỹ thuật RoF được khảo sát ở đây bao gồm tất cả các kỹ thuật phát và truyền dẫn sóng radio từ CS tới BS trên sợi quang và ngược lại.

MH

CS

MOBILE

O/E

 

BS

SOURCE

E/O
E/O

 

E/O

23

O/E

Am

MOBILE

6/1/2020


CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ RADIO OVER FIBER

3.2.4. Các đặc điểm quan trọng của RoF

•

Các chức năng điều khiển như ấn định kênh, điều chế, giải điều chế được tập trung ở CS nhằm đơn giản hóa cấu trúc của BS. Các BS có chức
năng chính đó là chuyển đổi quang/điện, khuếch đại RF và chuyển đổi điện quang.

•

Kiến trúc mạng tập trung cho phép khả năng cấu hình tài nguyên và cấp băng thông động (thành phần này có thể sử dụng băng thơng thành phần
khác nếu băng thơng đó thực sự rỗi) cho phép sử dụng băng thơng hiệu quả hơn. Hơn nữa nhờ tính tập trung nên khả năng nâng cấp và quản lý
mạng đơn giản hơn.

•

Do cấu trúc BS đơn giản nên sự ổn định cao hơn và quản lý số BS này trở nên đơn giản, ngoại trừ số lượng lớn.

•

Đặc biệt là kỹ thuật RoF trong suốt với các giao diện vô tuyến (điều chế, tốc độ bit,…) và các giao thức vô tuyến nên mạng có khả năng triển khai
đa dịch vụ trong cùng thời điểm.

•

24

Nếu khắc phục các nhược điểm trong RoF thì một CS có thể phục vụ được các BS ở rất xa, tăng bán kính phục vụ của CS.

6/1/2020


CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ RADIO OVER FIBER

3.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG

RoF là cơng nghệ có sự kết hợp truy cập quang và truy cập vô tuyến. Công nghệ này sử dụng những tuyến quang để phân phối hoặc truyền
dẫn tín hiệu vơ tuyến giữa các BS và CS. Nó là công nghệ tiên tiến đáp ứng những yêu cầu về tốc độ truy cập cũng như các dịch vụ băng thông
rộng trên thị trường thông tin vô tuyến hiện nay. RoF giúp đơn giản hóa các trạm cơ sở BS, bên cạnh đó cho phép sử dụng tài nguyên và băng
thông hiệu quả.

25

6/1/2020