MÔ PHỎNG HỆ THỐNG WDM PON DỰA TRÊN OPTISYSTEM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC
MỤC LỤC
NGUYỄN THỊ HỒNG THẮM – D08VT3 1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH MỤC HÌNH VẼ
NGUYỄN THỊ HỒNG THẮM – D08VT3 2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt
A
APD Avalanche Photodiode Photodiode quang thác
ASE Amplified Spontaneous Emission
Phát xạ tự phát được khuếch
đại
ATT Attenuation Bộ suy hao
AWG Arrayed Waveguide Gragting Cách tử ống dẫn sóng
B
BLS Broadband Light Source Nguồn sáng băng rộng
B-PON Broadband-Passive Optical Network
Mạng quang thụ động băng
rộng
C
CATV Cable Television Truyền hình cáp
CDMA Code Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo
mã
CO Central Office Văn phòng trung tâm
CW Continous Wave Sóng liên tục
CWDM Coarse WDM Ghép kênh theo bước sóng
NGUYỄN THỊ HỒNG THẮM – D08VT3 3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
mật độ thấp

D
DBF Distributed Feedback Laser Laser hồi tiếp phân bố
DWDM Dense WDM
Ghép kênh theo bước sóng
mật độ cao
E
EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier
Bộ khuếch đại sợi quang pha
Er
3+
EPON Ethernet PON
Mạng quang thụ động
Ethernet
F
FSR Free Spectrum Range Dải phổ tự do
FTTB Fiber To The Building Cáp quang tới tòa nhà
FTTC Fiber To The Curb Cáp quang tới vỉa hè
FTTH Fiber To The Home Cáp quang tới tận nhà
G
GPON Gigabit PON
Mạng quang thụ động
Gigabit
H
HDTV High Defined Television Truyền hình độ nét cao
HR High Reflection Độ phản xạ cao
I
IEEE
Institute of Electrical and Electronic
Engineers
Viện kỹ thuật điện và điện tử

IL-LD Injection Locked Laser Diode Laser diode khóa phun
M
MAN Metropolitan area network Mạng khu vực đô thị
O
ODN Optical Distribution Network Khối mạng phân phối quang
OFDMA Orthogonal Frequency Division Đa truy nhập phân chia theo
NGUYỄN THỊ HỒNG THẮM – D08VT3 4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Multiple Access tần số trực giao
OLT Optical Line Terminal
Thiết bị đầu cuối đường
quang
ONU Optical Network Unit Khối mạng quang
P
PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động
Q
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
R
RN Remode Node Nút từ xa
RSOA Reflective SOA
Khuếch đại quang bán dẫn
phản xạ
S
SCMA Sub-Carrier Multiple Access
Đa truy nhập sử dụng sóng
mang con
SLD Superlminescent Diode Diode siêu phát xạ
T
TDMA Time Division Multiple Acess
Đa truy nhập và phân chia

theo thời gian
V
VCSEL Vertical Cavity Surface Emitting Laser
Laser phát xạ mặt có
khoangcộng hưởng thẳng
đứng
W
WAN Wide area network Mạng diện rộng
WDMA Wavalength Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo
bước sóng
WDM-PON
Wavelength Division Multiplexing
PON
Mạng quang thụ động ghép
kênh phân chia theo bước
sóng
NGUYỄN THỊ HỒNG THẮM – D08VT3 5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
NGUYỄN THỊ HỒNG THẮM – D08VT3 6
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC BẢNG BIỂU
NGUYỄN THỊ HỒNG THẮM – D08VT3 7
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI NÓI ĐẦU
LỜI NÓI ĐẦU
Trong xu hướng phát triển gần đây, nhu cầu các dịch vụ băng rộng
tốc độ cao ngày được phát triển nhanh chóng. Trong đó, có một giải pháp
hứa hẹn sẽ mang lại hiệu quả cao và được dự đoán sẽ bùng nổ trong tương
lai là giải pháp mạng truy nhập quang thụ đông phân chia theo bước sóng
WDM-PON. Sở dĩ WDM-PON hứa được quan tâm nhiều và hứa hẹn sẽ phát

triển nhanh chóng trong tương lai vì nó có nhiều ưu điểm vượt trội như: Tốc
độ cao, băng thông rộng, khả năng mở rộng cao, suy hao tại ODN tốt, bảo
mật tốt hơn… Tuy nhiên WDM-PON mới chỉ được sử dụng ở một số nước
như Hàn Quốc và chưa phát triển rộng rãi vì giá thành dịch vụ khá đắt,
ngoài ra việc sản xuất các thiết bị thu phát cho mạng WDM-PON vẫn còn khó
khăn do các công nghệ chế tạo các thiết bị khá phức tạp và tính kinh tế chưa
được đáp ứng.
Trong đồ án này, em đi tìm hiểu về mạng truy nhập quang thụ động
WDM-PON và cách thức hoạt động. Từ lý thuyết đi đến mô hình hóa hệ thống
WDM-PON trên phần mềm Optisystem và đánh giá hiệu năng hệ thống. Nội
dung đồ án gồm có 3 chương:
Chương I: Tổng quan về mạng WDM-PON
Chương II: Mạng WDM-PON sử dụng một số nguồn quang mới
Chương III: Khảo sát mạng quang thụ động WDM-PON dựa trên
Optisystem.
Do có sự hạn chế về thời gian và kiến thức nên đề tài không thể tránh
khỏi những thiếu sót. Rất mong có sự góp ý của thầy cô và các bạn. Em xin
chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 12 năm 2012
Sinh viên
Nguyễn Thị Hồng Thắm
NGUYỄN THỊ HỒNG THẮM – D08VT3 8
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG PON
1.1 Giới thiệu chung về mạng quang thụ động PON
1.1.1 Định nghĩa PON.
Mạng quang thụ động PON (Passive Optical Netwwork) là một công
nghệ truy nhập giúp mở rộng kết nối giữa các nút mạng truy nhập của nhà
cung cấp dịch vụ và người sử dụng. PON đã có một lịch sử khá phong phú.
Trong những năm 1990 công nghệ PON lần đầu tiên được biết tới là TPON

(Telephony PON). Những năm sau đó mạng APON và BPON được chuẩn hóa
dựa trên nền ATM. Năm 2003 và 2004 đánh dấu một bước tiến mới, đó là sự
ra đời của của công nghệ PON dựa trên nền Ethernet (EPON) và Gigabit PON
(GPON). Với sự ra đời của hai công nghệ này, có thể xem bắt đầu từ đây các
nhà cung cấp dịch vụ đã có những cơ hội mới để giải quyết các vấn đề truy
nhập băng thông rộng tới người sử dụng. Kế thừa những tính năng vượt trội
của hai công nghệ này, GEPON ra đời. Những năm sau này PON được phát
triển lên một tầm cao mới với sự ra đời của WDMPON. WDMPON là một giải
pháp hứa hẹn cho khả năng nâng cao hiệu năng hệ thống như tăng cường
độ bảo mật, băng thông cao hơn, suy hao công suất nhỏ hơn.
Mạng quang thụ động PON là công nghệ truyền tải được áp dụng phổ
biến cho giải pháp mạngtruy nhập FTTx. Đặc trưng của PON là không chứa
các phần tử tích cực tồn tại trong tuyến truyền dẫn giữa nút nguồn và nút
đích, mà thay vào đó là các thiết bị quang thụ động. Các phần tử thụ động
của PON đều nằm trong mạng phân bố quang (hay còn gọi là mạng 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. Sở dĩ gọi là thụ động vì các thiết bị mạng
quang nằm giữa bộ thu phát quang không phải là các thiết bị tích cực, tức là
không có các thiết bị sử dụng nguồn điện. Các thiết bị quang thụ động nằm
giữa một khối thiết bị đường quang OLT đặt tại nhà cung cấp dịch vụ và các
khối mạng quang ONU đặt gần thuê bao hay các hệ thống đầu cuối của hệ
thống PON. Thiết bị này có nhiệm vụ điều khiển các hướng lưu lượng trên
mạng giữa OLT và ONU hoặc ONT. Các tín hiệu trong PON có thể được phân
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I
ra và truyền đi theo nhiều sợi quang hoặc được kết hợp lại và truyền trên
một sợi quang thông qua bộ ghép quang, phụ thuộc vào tín hiệu đó là đi theo
hướng lên hay hướng xuống của PON.
Hiện nay, có 2 tiêu chuẩn chính dành cho PON theo công nghệ của lớp
2 được sử dụng: ITU-T và IEEE. Tiêu chuẩn thứ nhất kết hợp chặt chẽ PON
dựa trên nền tảng ATM như APON, BPON (ITU-G.983.x). GPON (ITU-G.984.x)

là sự nâng cấp của chuẩn BPON. Đây là chuẩn mới nhất, hỗ trợ tốc độ cao
hơn, bảo mật được tăng cường và đa dạng, linh hoạt trong việc lựa chọn
giao thức lớp 2: ATM, GEM hoặc Ethernet. Tuy nhiên, IEEE còn đưa ra môt
loại mạng PON đó là EPON (Ethernet PON). Tiêu chuẩn này được phát triển
đựa trên công nghệ Ethernet và được IEEE chuẩn hóa trong IEEE 802.3ah.
Chuẩn này sử dụng giao thức điều khiển truy nhập đa điểm (MPCP) được
thiết kế đơn giản và cho phép các gói tin truyền dẫn và sử dụng mã hóa
8B/10B. Ngoài ra WDMPON, CWDMPON, GEPON…và đặc biệt là NGPON nổi
lên đầy hứa hẹn cho mạng truy nhập băng rộng.
PON có thể được triển khai theo mạng hình cây hoặc hình sao, nhưng
nó cũng có thể triển khai theo cấu hình mạng vòng, bus Yếu tố quan trọng
nhất trong mạng quang thụ động PON là bộ chia, nó điều khiển nguồn ánh
sáng và có thể chia nguồn ánh sáng từ một sợi quang ra thành nhiều tín hiệu
ánh sáng được phân bố trên các sợi quang, và cũng có thể kết hợp các tín
hiệu ánh sáng từ các sợi quang khác nhau vào một đầu sợi quang.
Mạng truy nhập tồn tại ở nhiều dạng khác nhau vì nhiều lí do khác
nhau và PON là một trong những dạng đó. So với mạng truy nhập cáp đồng
truyền thống, sợi quang hầu như không giới hạn băng thông (hàng Thz).
Việc triển khai sợi quang đến tận nhà thuê bao sẽ là mục đích phát triển
trong tương lai.
Như ta đã biết, mạng đường trục là mạng với tốc độ dữ liệu lên cao
đến hàng trăm Gb/s và được áp dụng công nghệ chuyển mạch gói (mạng
chuyển mạch thế hệ sau NGN) với sự hội tụ của thoại, dữ liệu và video tốc độ
cao trong khi đó mạng truy nhập hầu như không có một sự phát triển tương
xứng. Gần đây, với công nghệ DSL đã giảm bớt phần nào vấn đề tắc nghẽn
lưu lượng tuy nhiên vẫn chưa giải quyết được triệt để vấn đề này. Như vậy,
sự nâng cấp mạng truy nhập là việc làm tất yếu vào lúc này. Câu hỏi đặt ra
là kỹ thuật nào được lựa chọn? Theo xu hướng trên thế giới và những ưu
điểm vượt trội mà PON mang lại, mạng quang thụ động PON đã chứng tỏ
được nó chính là giải pháp hữu hiệu nhất cho mạng truy nhập hiện nay.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I
1.1.2 Kiến trúc của PON
Hình 1.1 Mô hình mạng quang thụ động PON
Một mạng quang thụ động PON là một mạng truy nhập quang điểm-
đa điểm mà không chứa phần tử tích cực trên cả toàn bộ đường truyền tín
hiệu từ nguồn tới đích (Hình 1.1). Các OLT đặt tại văn phòng trung tâm kết
nối mạng truy nhập quang tới mạng khu vực đô thị MAN (Metropolitan area
network) hoặc mạng diện rộng WAN (Wide area network). Mặt khác mỗi
ONU có thể được đặt lề đường (FTTC) hoặc các tòa nhà (FTTB) hoặc sợi
quang tới tận nhà (FTTH), và phân phối dịch vụ thoại, dữ liệu, dịch vụ video
tới các thuê bao. Hình 1.1 thể hiện mô hình của một mạng quang thụ động
PON.
Tùy thuộc vào số lượng thuê bao và QoS của chúng mà mạng truy
nhập quang có nhiều cấu hình khác nhau như mô tả trong hình 1.2. Tuy
nhiên, cấu hình mạng PON được sử dụng phổ biến nhất là cấu hình cây.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I
Hình 1.2 Các kiểu kiến trúc của PON
Sử dụng bộ ghép Tap 1:2 và bộ chia 1:N, mạng PON có thể triển khai
một cách linh hoạt theo những mô hình truy nhập như mô hình cây, vòng,
bus. Hơn nữa, PON có thể triển khai theo cấu hình mạng dự phòng (dư thừa)
như vòng đôi hay cây đôi hoặc có thể là một phần mạng PON được gọi là
trung kế cây. Đây là những mô hình rất mềm dẻo, phù hợp với nhu cầu phát
triển của thuê bao, cũng như đòi hỏi ngày càng tăng về băng thông.
1.2 Các phương pháp đa truy nhập trong mạng PON.
1.2.1 TDMA
Hình 1.3 Đa truy nhập phân chia theothời gian
TDMA (Time Division Multiplexed Access) là kỹ thuật đa truy nhập
phân chia theo thời gian. Đây là kiểu truy nhập mà tín hiệu truyền đi ở cùng
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I
một tần số nhưng trong những khoảng thời gian khác nhau. Lưu lượng

đường lên được chia sẻ cho N thuê bao thông qua việc phân bổ các khe thời
gian dành riêng cho mỗi thuê bao. Thời gian bắt đầu và kích cỡ của khe thời
gian đối với mỗi ONU sẽ do bộ lập lịch phân bổ băng thông tại OLT quyết
định. Các thông tin về lập lịch được đưa tới các ONU thông qua các bản tin
điều khiển riêng.
Ưu điểm củaTDMA là sử dụng các bộ thu phát giống nhau cho tất cả
các ONU, và chỉ yêu cầu một bộ thu phát phía CO (OLT). Nhược điểm là các
nguồn quang phải hoạt động ở tốc độ cao và các bộ thu phải hoạt động ở
tốc độ bit tổng hợp.
1.2.2 WDMA
WDMA (Wavalength Division Multiple Access) là kỹ thuật đa truy
nhập phân chia theo bước sóng sử dụng một tập hợp các bước sóng cho các
kênh đường lên và một tập hợp các bước sóng khác cho các kênh đường
xuống. Do đó tất cả các thuê bao đều có bước sóng riêng nên không có xung
đột xảy ra, độ bảo mật cao. Nếu một ONU nào đó gặp sự cố đường truyền thì
nó chỉ cần truyền lại đường tín hiệu với tốc độ của thuê bao, không cần chạy
lại tốc độ bit tổng. Nhược điểm của WDMA đối với hệ thống WDM ghép mật
độ cao (DWDM) đó là mức tiêu thụ năng lượng của các bộ thu phát OLT và
các vấn đề tiềm tàng liên quan đến ổn định nhiệt độ của các bộ AWG
(Arrayed Ware Guide) – cách tử ống dẫn sóng mảng được sử dụng với vai
trò tách ghép bước sóng.
Hình 1.4 Đa truy nhập phân chia theo bước sóng (đường lên)
1.2.3 CDMA
CDMA (Code Division Multiple Access) là kỹ thuật đa truy nhập phân
chia theo mã, mỗi tín hiệu cho thuê bao được nhân với một chuỗi mã tốc độ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I
cao. Tốc độ Baud của các chuỗi mã này có thể trong khoảng 100/T với T là
thời hạn bit của một tín hiệu khách hàng. Các khe thời gian của chuỗi coi
như các chip, nên tốc độ Baud gọi là tốc độ chip. Với đa truy nhập, các chuỗi
cần trực giao với nhau phải xấp xỉ bằng 0 trong một khe thời gian. Do đó,

các kênh khác nhau có thể được nhân trong CO bằng cách tách các tín hiệu
thu và nhân lại tất cả các tín hiệu con với chuỗi mã tương ứng.CDMA có các
ưu điểm cho một lượng tương đối nhỏ các kết nối ở tốc độ bit thấp hơn
nhưng lại có nhược điểm là khó tạo ra các mã trực giao.
Hình 1.5 Đa truy nhập phân chia theo mã (đường lên)
1.3 Các công nghệ truyền tải trên PON
1.3.1 TDM-PON
Hình 1.6 là một ví dụ điển hình cho kiến trúc của mạng TDM-PON, đây
là một kiến trúc phổ biến trúc mạng PON. Ở hướng xuống, tất cả các gói tin
từ OLT được phát quảng bá nhờ các bộ chia quang thụ động tới tất cả các
ONU. Các gói tin được phát quảng bá sẽ được gửi đến ứng với ONU cần
truyền do: Luồng dữ liệu dành cho các ONU khác nhau có thể được phân biệt
nhờ địa chỉ nhãn của từng ONU được gán trong khi truyền. Tại ONU, chỉ có
dữ liệu thích hợp ứng với địa chỉ nhãn chính xác sẽ được thu lại còn các dữ
liệu khác sẽ bị loại bỏ. Ở hướng lên, dữ liệu từ các ONU khác nhau sẽ được
truyền đi và ghép vào bộ chia quang thụ động. Sử dụng ghép kênh phân chia
theo thời gian TDM sẽ tránh xung đột giữa việc truyền dữ liệu từ các ONU
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I
khác nhau trong mạng. Do tất cả các ONU có thể hoạt động tại cùng một
bước sóng nên OLT chỉ cần một bộ thu đơn. Bộ thu phát ONU hoạt động ở tốc
độ đường truyền, thậm chí băng thông ở ONU có thể thấp hơn. Tuy nhiên,
đặc tính này cũng cho phép TDM-PON thay đổi băng thông được phân bổ
cho từng ONU bằng cách thay đổi kích cỡ khe thời gian được ấn định hoặc
thậm chí sử dụng ghép kênh thống kê để tận dụng hết băng thông của mạng
PON.
Ghép kênh phân chia theo thời gian là phương pháp được ưu tiên
hiện nay cho việc chia sẻ kênh quang trong mạng truy nhập. Bởi vì khi sử
dụng phương pháp này đồng nghĩa với việc đã giảm thiểu được chi phí xây
dựng mạng khi chỉ cần môt bộ thu phát đơn ở OLT.
Hình 1.6 Kiến trúc mạng TDM-PON

Sau đây, chúng ta tìm hiểu về APON, BPON, GPON và EPON: Bốn đại
diện của mạng quang thụ động PON sử dụng phương thức đa truy nhập
phân chia theo thời gian.
• APON
Mạng quang thụ động ATM-PON, là sự kết hợp của phương thức
truyền tải không đồng bộ ATM với mạng truy nhập quang thụ động PON. Đây
là chuẩn mạng quang thụ động đầu tiên, được sử dụng chủ yếu cho các ứng
dụng thương mại và trên nền ATM. Tốc độ hoạt động là 155,52Mbps hoặc
622,08Mbps. Băng tần cho mỗi thuê bao là 4,8Mbps trong hệ thống
155,52Mbps và 19,4Mbps trong hệ thống 662,08Mbps. Ở hướng xuống,
APON sử dụng công nghệ ghép kênh theo thời gian. Trong đóở hướng xuống,
các tế bào gửi cho các ONU khác nhau được ghép kênh theo thời gian. Đồng
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I
thời, trong các khung đường xuống còn có các tế bào PLOAM (Physical layer
OAM- lớp vật lý OAM) chứa thông tin cấp phép (Grant) để cho phép các ONU
truyền dẫn cho đường đường lên. Ở hướng lên, APON sử dụng công nghệ đa
truy nhập phân chia theo thời gian. Mỗi ONU sau khi nhận được thông tin
cấp phép từ OLT nhờ tế bào PLOAM đường xuống sẽ truyền thông tin của
mình vào đúng khe thời gian được phân. Các tế bào của các ONU khác nhau
sẽ đan xen với nhau về mặt thời gian.
• BPON (Broadband PON)
Là tiêu chuẩn trên nền APON. Được bổ sung để hỗ trợ cho WDM ghép
kênh phân chia theo bước sóng và cấp phát băng thông đường lên động linh
hoạt và có tính chọn lọc. Đồng thời tạo ra giao diện quản lý chuẩn giữa OLT
và ONU/ONT, cho phép các mạng cung cấp đa dịch vụ.
• EPON (Ethernet PON)
EPON là giao thức mạng truy nhập đầy đủ dịch vụ FSAN (Full Service
Access Network) TDMPON được phát triển dựa trên khai thác các ưu điểm
của công nghệ Ethernet ứng dụng trong thông tin quang. EPON được chuẩn
hóa bởi IEEE802.3. Trong EPON dữ liệu hướng xuống được đóng khung theo

khuôn dạng Ethernet. Các khung EPON có cấu trúc tương tự như các liên kết
Gigabit Ethernet điểm tới điểm ngoại trừ từ mào đầu và thông tin xác định
điểm bắt đầu của khung được thay đổi để mang trường nhận kênh logic
LLID (Link logic ID) nhằm xác định duy nhất một ONU MAC. Trong hướng
lên, các ONU phát các khung Ethernet trong các khe thời gian đã được phân
bố. ONU sử dụng giao thức điều khiển đa điểm MPCPDU (Multipoint Control
Protocol Data Unit) để gửi các bản tin Report yêu cầu băng thông. Trong khi
đó OLT gửi bản tin Gate cấp phát băng thông cho các ONU. Các bản tin Gate
bao gồm thông tin về thời gian bắt đầu và khoảng thời gian cho phép truyền
dữ liệu đối với ONU. OLT cũng định kỳ gửi các bản tin Gate tới các ONU hỏi
xem chúng có yêu cầu băng thông hay không. Các ONU cũng có thể gửi
Report cùng với dữ liệu được phát trong hướng lên. Ngoài ra, giao thức cấp
phát băng thông động DBA cũng có thể được sử dụng trong EPON để thực
hiện cơ chế điều khiển phân bố băng thông. Do không có cấu trúc khung
thống nhất đối với hướng xuống và hướng lên, do vậy trong cấu trúc của
EPON, các khe thời gian và giao thức xác định cự ly là khác BPON. OLT và
các ONU duy trì các bộ đếm cục bộ riêng và tăng thêm 1 sau mỗi 16ns. Mỗi
MPCPDU mang theo một thời gian mẫu, mẫu này là giá trị của bộ đếm cục
bộ của ONU tương ứng.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I
EPON là sự kết hợp giữa mạng PON và kỹ thuật Ethernet nên nó
mang ưu điểm của cả hai : EPON sẽ cung cấp băng thông cao nhất cho người
dùng trong bất cứ hệ thống truy nhập quang thụ động nào. Tốc độ lưu lượng
hướng xuống là 1Gbps và lưu lượng hướng lên với 64 ONU có thể lên tới
800Mbps. Có khả năng cung cấp đồng thời các dịch vụ thoại, dữ liệu và video
với chất lượng dịch vụ tốt, linh hoạt. Tuy nhiên, ở hướng lên do đặc tích của
EPON, các khung dữ liệu từ các ONU khác nhau được truyền đồng thời vẫn
có thể xung đột. Vì vậy, ở hướng lên ONU cần sử dụng một vài cơ chế tránh
xung đột dữ liệu và chia sẻ dung lượng kênh quang hợp lý. Ở đây, luồng dữ
liệu hướng lên được phân bố theo thời gian.

• GPON (Gigabit PON)
GPON là viết tắt của từ Gigabit Passive Optical Netword, được định
nghĩa theo chuẩn ITU-T G.984. G-PON được mở rộng từ chuẩn B-PON G.983
bằng cách tăng băng thông, nâng cao hiệu suất băng thông nhờ sử dụng gói
lớn, có độ dài thay đổi và tiêu chuẩn hóa hợp lý.
Về cơ bản, GPON hướng tới tốc độ truyền dẫn đường xuống là
2,488Mbit/s và đường lên là 1.244Mbit/s. Phương thức đóng gói GPON-GEM
cho phép đóng gói lưu lượng người dùng rất hiệu quả, với sự phân đoạn
khung cho phép chất lượng dịch vụ QoS cao hơn và phục vụ đa dịch vụ như
truyền thoại và video. GEM là phương thức đóng gói dựa trên thủ tục đóng
khung chung trong khuyến nghị G.701. GEM tối ưu hóa từ mào đầu để phục
vụ cho ứng dụng của PON, cho phép sắp xếp các dữ liệu Ethernet vào tải tin
GEM đồng thời hỗ trợ sắp xếp các tín hiệu TDM. GPON có dung lượng cao
cho phép cung cấp các ứng dụng video, truy nhập internet tốc độ cao,
multimedia và các dịch vụ băng thông rộng. Cùng với dung lượng mạng gia
tăng, GPON đưa ra khả năng xử lý IP và Ethernet hiệu quả hơn.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I
Hình 1.7 Mô hình mạng GPON
Tóm lại, công nghệ truyền tải TDM-PON cung cấp băng thông cao hơn
so với các mạng truy nhập truyền thống, nhưng vẫn chưa đáp ứng được các
yêu cầu của các mạng trong tương lai khi nhu cầu băng thông ngày càng
cao. Hơn nữa, việc sử dụng các bộ chia công suất quang dẫn tới các vấn đề
về an toàn thông tin và suy hao công suất cao hơn.
1.3.2 CDMA-PON
CDMA-PON (Code Division Multiple-PON) là phương thức đa truy
nhập phân chia theo mã sử dụng trong mạng quang thụ động PON. CDMA-
PON cho phép mỗi ONU sử dụng khuôn dạng và tốc độ dữ liệu khác nhau
tương ứng với các nhu cầu của khách hàng. CDMA-PON có thể kết hợp với
WDM để tăng dung lượng băng thông. CDMA-PON truyền tải mà các tín hiệu
khách hàng với nhiều phổ tần truyền dẫn, trải trên cùng một kênh thông tin.

Các ký hiệu từ các tín hiệu khác nhau sẽ được mã hóa và nhận dạng thông
qua bộ giải mã. Việc mã hóa và nhận dạng thông qua bộ giải mã này nhằm
đưa tín hiệu đến được đúng được địa chỉ cần đến và bảo mật, tránh việc ăn
cắp hay sao chép tín hiệu. Mỗi ONU sử dụng trị số chuỗi khác nhau cho ký tự
của nó. Để khôi phục lại dữ liệu, OLT chia nhỏ tín hiệu quang thu được sau đó
gửi tới các bộ lọc nhiễu xạ để tách lấy tín hiệu của mỗi ONU.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I
CDMA-PON cho phép truyền tải lưu lượng cao và có tính năng bảo
mật tốt so với các chuẩn PON khác. Nhưng đòi hỏi bộ khuếch đại quang phải
đảm bảo tương ứng với tỉ số tín hiệu trên tạp âm SNR. Bên cạnh đó, các bộ
thu tín hiệu trong CDMA-PON khá phức tạp và giá thành cao. Do đó, CDMA-
PON hiện nay chưa phải là giải pháp phù hợp.
1.3.3 WDM-PON
WDM-PON là một mạng quang thụ động hoạt động đa truy nhập phân
chia theo bước sóng. Trong đó WDM-PON có thể được sử dụng cho nhiều
ứng dụng khác nhau như là FTTx, các ứng dụng VDSL và các điểm truy cập
vô tuyến từ xa. Một hệ thống WDM-PON thông thường chia các bước sóng
bằng cách sử dụng bộ tách/ghép bước sóng thụ động AWG (Array
Waveguide Grating) trong RN.Các tín hiệu được mã hóa trong các kênh bước
sóng, sau đó được định tuyến tới các ONU khác nhau bằng bộ tách/ghép
kênh. Kiểu mạng WDM-PON cho phép dễ dàng nâng cấp từ các hệ thống
TDM-PON sẵn có mà không thay đổi bất kỳ thiết bị nào tại ODN. Tuy nhiên,
nó không đảm bảo về độ bảo mật và suy hao công suất cao.
Hình 1.8 Kiến trúc mạng WDMPON
Cấu trúc của WDM-PON được mô tả như hình 1.8. Ở hướng xuống (tín
hiệu được truyền từ OLT đến ONU), mạng WDM-PON có cấu hình điểm-đa
điểm. OLT chiếm toàn bộ băng thông hướng xuống. Trong hướng lên về mặt
logic, mạng WDM-PON có cấu hình điểm-điểm : Nhiều ONU truyền tất cả các
dữ liệu của nó đến một OLT. Tuy nhiên các luồng dữ liệu từ các ONU khác
nhau được truyền cùng một lúc cũng có thể bị xung đột. Vì vậy trong hướng

lên, WDM-PON sẽ sửng dụng một vài cơ chế riêng biệt trong kênh để tránh
xung đột dữ liệu và chia sẻ công bằng tài nguyên và dung lượng trung kế.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I
Ưu điểm chính của WDM-PON là một giải pháp hứa hẹn cho khả năng
nâng cao hiệu năng như tăng cường độ bảo mật, băng thông cao hơn, suy
hao công suất nhỏ hơn. Việc sử dụng các bộ tách/ghép có thể làm giảm suy
hao xen hơn các bộ chia công suất quang trong mạng TDM-PON. Giải pháp
này cũng tạo ra liên kết điểm-điểm nơi một kênh bước sóng chuyên dụng
được yêu cầu giữa OLT và mỗi ONU. Do đó, mỗi ONU có thể hoạt động tại tốc
độ cao nhất trong kênh bước sóng của nó. Hơn nữa, khi mỗi ONU chỉ thu
nhận các tín hiệu của nó, thì các kiến trúc logic điểm-điểm này sẽ có độ bảo
mật và tính riêng tư hơn kỹ thuật TDM-PON. WDM-PON còn có khả năng
cung cấp dữ liệu theo các cấu trúc khác nhau (DS1/E1/DS3,
10/100/1000Base Ethernet) tùy theo yêu cầu về băng thông của khách
hàng. Tuy nhiên nhược điểm chính là chi phí khá lớn cho các linh kiện quang
để sản xuất bộ lọc ở những bước sóng khác nhau cho nên WDM-PON không
phải là giải pháp tốt cho môi trường hiện nay. WDM-PON cũng được triển
khai kết hợp với các giao thức TDMA PON để cải thiện băng thông truyền
tin. WDM-PON hiện nay đang được phát triển mạng mẽ ở Hàn Quốc.
1.4 Kết luận chương I
Trong chương I đã giới thiệu khái quát về mạng truy nhập quang thụ
động PON, các phương thức đa truy nhập và phương thức truyền tải trên
PON. Mạng truy nhập quang thụ động PON là đặc biệt bởi nó sử dụng các
phần tử thụ động nghĩa là không phải thiết bị sử dụng nguồn điện. Các bộ
chia công suất, các bộ AWG là những phần tử đặc trưng nhất cho mạng
quang thụ động PON. Mạng PON có thể sử dụng rất nhiều phương thức đa
truy nhập, trong đó phổ biến như là TDMA, CDMA, WDMA Chương I cũng
đã trình bày về các công nghệ truyền tải trên PON như TDMA-PON, CDMA-
PON, WDM-PON. Với mỗi loại hình truyền tải sử dụng phương thức truy
nhập khác nhau như đa truy nhập theo thời gian (TDMA), theo mã (CDMA),

theo bước sóng (WDMA). Với mỗi loại hình này có các đặc điểm riêng biệt và
cách thức truyền dẫn, băng thông, dung lượng, tốc độ bit, độ linh hoạt, mức
độ bảo mật, tỉ số tín hiệu trên nhiễu, tổn hao…ưu nhược điểm của từng loại
là khác nhau. So với các mạng truy nhập khác, những ưu điểm của PON đã
cho thấy rằng mạng quang thụ động PON chính là giải pháp tốt nhất cho các
mạng thế hệ sau, cũng như đối với loại hình mạng truy nhập băng rộng.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG II
CHƯƠNG II : MẠNG QUANG WDM-PON SỬ DỤNG MỘT SỐ NGUỒN
QUANG MỚI
Mạng quang thụ động WDM-PON hoạt động theo nguyên tắc ghép
kênh phân chia theo bước sóng WDM. Do đó để hiểu được rõ mạng WDM-
PON trước tiên chúng ta đi tìm hiểu về hệ thống WDM.
2.1 Hệ thống WDM
2.1.1 Nguyên lý ghép kênh theo bước sóng WDM
Ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM là công nghệ ‘trong một
sợi quang đồng thời truyền dẫn nhiều bước sóng tín hiệu quang’. Ở đầu
phát, nhiều tín hiệu quang có bước sóng khác nhau được tổ hợp lại (ghép
kênh) để truyền đi trên một sợi quang. Ở đầu thu, tín hiệu tổ hợp đó được
phân giải ra (tách kênh), khôi phục lại tín hiệu gốc rồi đưa vào các đầu cuối
khác nhau.
Hình 2.1 Hệ thống WDM
Để đảm bảo việc truyền và nhận nhiều bước sóng trên mội sợi quang,
hệ thống WDM thực hiện như sau : Tín hiệu từ các máy phát quang được
đưa vào bộ ghép kênh quang. Tín hiệu sau khi ra khỏi bộ ghép kênh quang là
N bước sóng đã được ghép lại để có thể đưa lên đường truyền quang. Quá
trình truyền dẫn tín hiệu trong sợi quang chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố :
Suy hao, tán sắc, hiệu ứng phi tuyến… Do đó, trên đường truyền có thể đặt
thêm các bộ khuếch đại và các bộ bù tán sắc đặt dọc theo đường truyền tại
các khoảng cách hợp lý để bù suy hao và tán sắc, đảm bảo các tín hiệu đến
được phía thu với đáp ứng được BER xác định. Khi đến phía thu, các tín hiệu

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG II
được đưa đến bộ tách kênh để tách các kênh và đưa vào các bộ thu tương
ứng để thu được N kênh bước sóng riêng biệt.
2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn
Có rất nhiều yếu tố gây ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn của hệ
thống. Tuy nhiên, các tham số sau đậy của sợi quang là gây ảnh hưởng hơn
cả đó là : Suy hao, tán sắc và hiệu ứng phi tuyến. Đặc biệt với hệ thống WDM
dung lượng lớn thì 3 nguyên nhân này lại càng thể hiện rõ nét ảnh hưởng
của chúng tới hiệu năng hệ thống.
Suy hao : Suy hao là hiện tượng công suất ánh sáng lan truyền bị suy
giảm dọc theo tuyến truyền dẫn. Để đặc trưng cho hiện tượng này, người ta
đưa ra tham số hệ số suy hao của sợi quang dB/km. Như vậy, khoảng cách
truyền dẫn càng lớn thì suy hao trên sợi quang càng lớn. Vì thế, khoảng cách
truyền dẫn sẽ có một giá trị nhất định, không thể tăng mãi được. Sau đây là
một số nguyên nhân chính gây ra suy hao :
Suy hao do hấp thụ (tạp chất kim loại, hấp thụ của các ion OH
-
) : Vật
liệu cơ bản chế tạo sợi quang sẽ cho ánh sáng qua tự do trong một dải bước
sóng xác định với suy hao rất nhỏ hoặc gần như không suy hao. Còn ở một số
bước sóng khác nhất định thì sẽ có hiện tượng cộng hưởng quang, tức là
quang năng sẽ bị hấp thụ và chuyển hóa thành nhiệt năng.
Suy hao do tán xạ tuyến tính : Tán xạ tuyến tính trong sợi quang là do
tính không đồng đều rất nhỏ của lõi sợi, tính không đồng đều về cấu trúc
hoặc khuyết điểm trong quá trình chế tạo sẽ tạo ra sự thay đổi chiết suất dẫn
đến tán xạ có thể cho tia sáng bị tỏa ra nhiều hướng.
Ngoài suy hao do bản thân sợi, trong mạng truy nhập quang thụ động
còn phải tính đến suy hao xen của các thiết bị thụ động trên tuyến và suy hao
các mối nối, mối hàn và do sự uốn cong khi lắp đặt. Trong mạng PON không
có các bộ khuếch đại quang tích cực nên yếu tố suy hao phải được xem xét kỹ

khi triển khai hệ thống.
Tán sắc: tán sắc là hiện tượng xung ánh sáng bị giãn rộng khi lan
truyền dọc theo chiều dài sợi quang. Dơn vị của tán sắc là ps/nm.km. Nguyên
nhân gây ra tán sắc là do: Các bước sóng khác nhau di chuyển với vận tốc
khác nhau trong sợi quang. Nên xung ánh sáng mang năng lượng của các
bước sóng sẽ giãn rộng ra theo thời gian do các bước sóng khác nhau mang
năng lượng đến đích ở các thời điểm khác nhau.
• Hiệu ứng phi tuyến
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG II
Hiệu ứng quang được gọi là phi tuyến nếu các tham số của nó phụ
thuộc vào cường độ ánh sáng (công suất). Có 2 loại hiệu ứng phi tuyến. Loại
thứ nhất phát sinh do tác dộng qua lại giữa các sóng ánh sáng và các photon
trong môi trường Silica. Hai hiệu ứng chính trong loại này là tán xạ do kích
thích Brillouin và tán xạ do kích thích Raman. Loại thứ hai sinh ra do sự phụ
thuộc của chiết suất vào cường độ điện trường hoạt động, tỉ lệ với bình
phương biên độ điện trường. Các hiệu ứng phi tuyến quan trọng trong loại
này là hiệu ứng XPM, FWM.
2.2 Mạng WDM-PON
2.2.1 Kiến trúc mạng WDM-PON
Thông thường các mạng quang thụ động PON truyền một bước sóng
thì chi phí lắp đặt sẽ thấp. Sợi quang sẽ chia sẻ các tín hiệu quang từ bộ chia
quang thụ động tới tất cả các thuê bao. Kết quả là số lượng các ONU không
thể quá lớn mà bị giới hạn bởi bộ chia quang và băng thông hoạt động của
các bộ thu phát quang tại OLT và các ONU. Hiện nay, trong điều kiện lý
tưởng OLT có thể truyền 32 tới ONU với khoảng cách cực đại là 20km và 64
ONU với khoảng cách cực đại là 10km. Giải pháp WDM-PON là giải pháp tối
ưu hơn bởi nó có thể hỗ trợ ghép các bước sóng trên cùng một cơ sở hạ tầng
mạng, như tính trong suốt vốn có, và nó không bị tổn thất công suất chia. Ví
dụ dưới đây sẽ giải thích rõ cho nhận định trên.
Bản chất của mạng WDM-PON là sự hoạt động của các kênh bước

sóng riêng biệt từ OLT đến mỗi ONU, cho mỗi đường lên và đường xuống
(được thể hiện ở hình 2.2). Mỗi ONU có thể được hoạt động ở tốc độ bít tối
đa của một kênh bước sóng. Hơn nữa, các bước sóng khác nhau có thể được
hoạt động ở các tốc độ bit khác nhau, nếu cần thiết; do đó, các dịch vụ khác
nhau có thể được hỗ trợ trên cùng mạng. Thêm nữa, bộ các bước sóng khác
nhau có thể được sử dụng để hỗ trợ các PON độc lập khác nhau, tất cả đều
hoạt động trên cơ sở hạ tầng mạng quang giống nhau.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG II
Hình 2.2 Kiến trúc hệ thống WDM-PON đơn giản
Ở hướng xuống của WDM-PON, các kênh bước sóng được định tuyến
từ OLT đến các ONU bằng bộ định tuyến AWG được đặt tại RN (remote node),
nó là nơi mà bộ chia quang thụ động được sử dụng trong TDM-PON. AWG là
một thiết bị quang thụ động với tính chất đặc biệt là có phổ tuần hoàn, nó là
một ống dẫn sóng tròn nhiều bậc quang phổ được định tuyến đến các cổng
đầu ra khác nhau từ một cổng đầu vào. Điều đó cho phép các kênh bước
sóng được sử dụng lại khoảng không gian.
Ở hướng lên, OLT sử dụng một bộ tách kênh WDM cùng với một dãy
các thiết bị thu để thu các tín hiệu hướng lên. Mỗi ONU được trang bị một
thiết bị phát và thiết bị thu cho việc nhận và truyền các bước sóng riêng biệt.
Trong ví dụ này, việc truyền ở hướng xuống và hướng lên xảy ra ở các của sổ
bước sóng khác nhau và những của sổ này là riêng biệt CWDM. Trong mỗi
cửa sổ, các bước sóng tách biệt sử dụng dày đặc.
Một kiến trúc WDM-PON yêu cầu nó phải tối ưu về băng thông cũng
như số lượng người sử dụng. Để đáp ứng được yêu cầu này, các bộ AWG phải
được thiết kế để đạt được tính kinh tế nhất, chi phí ít nhất.
2.2.2 Các thành phần cấu thành mạng WDM-PON
 Đầu cuối đường quang OLT
OLT có thể được đặt ở bên trong tổng đài hoặc ở một tram từ xa và
điều khiển hai hướng thông tin qua ODN. Một OLT phải có khả năng hỗ trợ
khoảng cách truyền qua ODN tầm 20km. Đối với đường xuống chức năng

của OLT là chuyển dữ liệu, âm thanh, và video từ mạng và phát chúng tới tất
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG II
cả các ONU trên ODN. Ở đường lên, OLT nhận và phân bố tất cả các lưu
lượng từ mạng những người sử dụng. Có thể truyền đồng thời các loại dịch
vụ riêng biệt trên sợi quang giống nhau trong ODN với các bước sóng khác
nhau cho mỗi hướng. Ở đường xuống, một mạng PON sử dụng bước sóng
1490nm cho cả thoại và dữ liệu và bước sóng 1550nm đối với truyền video.
Đối với hướng lên truyền thoại và âm thanh ở bước sóng 1310nm. Mỗi OLT
sẽ giúp cho việc tránh xung đột dung lượng giữa kênh đường lên và đường
xuống, do sử dụng hai bước sóng khác nhau đặt chồng lên nhau. Đây là kết
quả của việc sử dụng công nghệ WDM và các bộ chia quang. Một máy đo
công suất quang cũng được đặt tại OLT để đảm bảo công suất được phân
phối tới các ONU. Máy đo công suất nên đo trong khi bắt đầu hoạt động bởi
vì nó không thể lặp lại mà không bị gián đoạn khi mạng được kết nối.
Hình 2.3 Thiết bị đầu cuối đường quang OLT
Một điều cần chú ý là các nguồn quang tại OLT không phát ra các
công suất sáng giống nhau tại tất cả các bước sóng của ONU tương ứng, bởi
điều đó còn phụ thuộc vào khoảng cách giữa OLT và từng ONU. Do đó, các
ONU gần trung tâm thì cần công suất nhỏ hơn, trong khi những ONU ở xa sẽ
cần công suất cao hơn. OLT gồm có ba phần với các chức năng riêng biệt
như sau:
Phần lõi OLT: Kết nối chéo được số hóa cung cấp các kết nối giữa
mạng lõi/metro với phần mạng phối quang ODN. Nó ghép kênh truyền dẫn
cung cấp việc truyền và ghép các kênh trên mạng phối quang ODN. Ngoài ra