Mạng FTTH (fiberTothehome) gigabits

Đồ án tốt nghiệp

Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49
1
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU Error! Bookmark not defined.
TÓM TẮT ĐỒ ÁN Error! Bookmark not defined.
DANH SÁCH HÌNH VẼ, BẢNG 3
DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT 5
MỞ ĐẦU 8
Chương I : MẠNG FTTH (Fiber–to–the–Home) 9
1.1.Giới thiệu chung 9
1.1.1.Mạng FTTC và HFC 9
1.1.2.Giới thiệu về mạng FTTH 13
1.1.3.Ưu điểm của FTTH 15
1.2. Mạng FTTH 16
1.2.1. Bước sóng sử dụng trong mạng FTTH 16
1.2.2. Mạng quang tích cực AON và mạng quang thụ động PON 18
1.2.2.1. AON 18
1.2.2.2. Mạng PON 19
1.2.3.Các chuẩn trong mạng PON 23
1.2.3.1.B-PON 23
1.2.3.2. BPON và Gigabit PON 24
1.2.3.3.WDM-PON 26
1.2.3.4.CDMA-PON 28
1.2.4. Bộ tách/ghép quang và topo trong mạng PON 29
1.2.4.1.Bộ tách/ghép quang 29
1.2.4.2.Topo hình cây 31
1.2.4.3.Topo dạng bus 33
1.2.4.4.Topo dạng vòng 33
1.2.4.5.Topo hình cây kết hợp topo dạng vòng hoặc đường tải phụ 34

1.2.5. PON MAC layer 36
1.2.5.1. Giao thức điều khiển đa điểm MPCP(Multi-Point Control Protocol) 36
1.2.5.2. PON với kiến trúc IEEE 802 40
Chương II : KIẾN TRÚC BỘ THU-PHÁT TRONG MẠNG PON 44
2.1.Đặc điểm chung 44
2.1.1.Yêu cầu đối với mạng PON 45
2.1.2.Lớp vật lý mạng PON 46
2.1.3.Định thời cho chế độ burst-mode trong mạng PON 48
2.2. Kiến trúc bộ thu-phát trong mạng 53
2.2.1. Sơ đồ khối của ONU/OLT 54
2.2.2. Thiết bị thu và phát tín hiệu quang 56
2.2.2.1.Thiết bị phát quang 56
2.2.2.1.1.LED (Light Emitting Diode) 57
2.2.2.1.2.Laser 58
2.2.2.2.Thiết bị thu quang 62
2.2.2.3.Bộ ghép WDM 66
2.2.2.4.Bộ khuếch đại truyền trở kháng TIA 67
2.2.3. Các module thu và phát quang 68
2.2.4. Bộ thu-phát chế độ burst-mode 71
2.2.4.1. So sánh giữa chế độ thông thường và chế độ burst-mode 71
2.2.4.2. Bộ phát quang chế độ burst-mode 72
2.2.4.2. Bộ thu quang chế độ burst-mode 79
Chương III : MẠCH PHÁT VÀ LÀM SẮC XUNG CỰC NGẮN 86
Đồ án tốt nghiệp

Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49
2
3.1. Step-recovery-time diode (SRD) 86
3.1.1.Đặc tính lý tưởng của SRD 86
3.1.2.Đặc tính thực tế của SRD 87

3.1.3.Thời gian chuyển tiếp của SRD 89
3.2.Thiết kế mạch phát và làm sắc xung cực ngắn 90
3.2.1.Nguyên lý thiết kế 90
3.2.2.Thiết kế mạch phát và làm sắc xung cực ngắn 93
3.2.3.Kết quả thực nghiệm 97
Chương IV : ỨNG DỤNG CỦA MẠCH PHÁT VÀ LÀM SẮC XUNG CỰC NGẮN 99
4.1.Ứng dụng của máy phát xung cực ngắn 99
4.2.Một số ứng dụng phát triển của mạch phát xung cực ngắn 99
4.2.1.Ứng dụng trong hệ thống UWB 99
4.2.2.Ứng dụng trong hệ thống radar định vị 100
KẾT LUẬN CHUNG 101
TÀI LIỆU THAM KHẢO 102
BẢNG ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ ANH-VIỆT 104
PHỤ LỤC 105

Đồ án tốt nghiệp

Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49
3
DANH SÁCH HÌNH VẼ, BẢNG


Hình 1.1-Mô hình mạng FTTC điển hình 11
Hình 1.2-Mạng HFC 11
Hình 1.3–Mạng SDV 13
Hình 1.4–Mạng FTTH 14
Hình 1.5-Đặc tuyến suy hao trong sợi quang 17
Hình 1.6-Mạng Active Ethernet (trên ) và mạng AON (dưới) 19
Hình 1.7–Mạng PON 21
Hình 1.8-Cấu trúc của WDM-PON 27

Hình 1.9-Cấu hình cơ bản bộ ghép/tách quang 29
Hình 1.10-Coupler hình sao và phương pháp tạo 1x8 coupler từ Y coupler 30
Hình 1.11–Topo hình cây 32
Hình 1.12–Topo dạng bus 33
Hình 1.13-Topo dạng vòng 34
Hình 1.14–Topo hình cây với đường tải phụ 34
Hình 1.15–Topo hình cây kết hợp topo dạng vòng 35
Hình 1.16–Topo dạng vòng kết hợp 35
Hình 1.17-Thời gian Round-trip 37
Hình 1.18-Giao thức MPCP-hoạt động của bản tin Gate 38
Hình 1.19-Giao thức MPCP-hoạt động của bản tin Report 39
Hình 1.20-Hướng xuống trong PtPE 41
Hình 1.21-Hướng lên trong PtPE 41
Hình 1.22-Cầu giữa các ONU trong PtPE 42
Hình 1.23-Hướng truyền xuống trong SME 42
Hình 1.24-Hướng truyền lên trong SME 43

Hình 2.1-Định thời cho chế độ burst mode 49
Hình 2.2–Một vài bộ thu-phát sử dụng trong mạng quang 53
Hình 2.3–Sơ đồ khối kiến trúc thu-phát trong mạng PON 55
Hình 2.4-Sơ đồ khối IC MAC Control 56
Hình 2.5-Đặc tính của LED : a)Đường cong P-I của LED tại một dải nhiệt độ 58
Hình 2.6-Cấu trúc của DFB laser 60
Hình 2.7-Hình ảnh của F-P laser 60
Hình 2.8–Đặc tuyến P-I của laser DFB (a) và F-P (b) 61
Hình 2.9-Hình ảnh cấu trúc của laser VCSEL 62
Hình 2.10-Đặc tuyến hoạt động của laser VCSEL 62
Hình 2.11- Hình ảnh photodiode p-i-n 63
Hình 2.12- Hình ảnh photodiode APD và phân bố điện trường trên nó 64
Hình 2.13-Đặc tuyến V-I của APD và hệ số nhân 65

Hình 2.14-DFB và APD đóng gói theo cấu trúc TO-CAN 66
Hình 2.15-Đặc điểm phổ của đường truyền và hình ảnh bộ lọc WDM 67
Hình 2.16–Kiến trúc tầng tiền khuếch đại 67
Hình 2.17-Module thu-phát 2 chiều dạng diplexer 70
Hình 2.18–Module thu phát 2 chiều dạng triplexer 70
Hình 2.19–Dạng dữ liệu truyền đi trong thông tin số 72
Hình 2.20–Đặc tuyến nhiệt độ của laser F-P 74
Hình 2.21–Sơ đồ khối của IC điều khiển laser diode điển hình 75
Đồ án tốt nghiệp

Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49
4
Hình 2.22–So sánh giữa mạch LDS trong 2 chế độ liên tục và burst-mode 76
Hình 2.23-Hai sơ đồ mạch APC điển hình 76
Hình 2.24–Tín hiệu định thời và mẫu mắt của BM-Tx mạng EPON 78
Hình 2.25–Mẫu mắt đo được ở các nhiệt độ khác nhau 79
Hình 2.26–Cấu trúc bộ thu tín hiệu chế độ burst-mode 81
Hình 2.27–Sơ đồ khối của một IC tiền khuếch đại chế độ burst-mode 83
Hình 2.28–So sánh giữa mạch AGC thông thường và mạch AGC burst-mode 83
Hình 2.29–Sơ đồ khối và nguyên tắ
c hoạt động của tầng tiền khuếch đại AGC 84
Hình 2.30–So sánh giữa đầu thu sử dụng mạch ghép AC và DC 85

Hình 3.1-Hình ảnh SRD diode 87
Hình 3.2-Đặc tuyến động lý tưởng và không lý tưởng của diode SRD 88
Hình 3.3-Mạch tương đương của diode SRD 88
Hình 3.4-Mạch nguyên lý 90
Hình 3.5-Dạng xung tạo ra sau khi qua diode SRD 91
Hình 3.6-Hình ảnh tổng hợp của 2 xung tới tải 92
Hình 3.7-Mạch phát và làm sắc xung cực ngắn 93

Hình 3.8-Đường truyền mạch vi dải 95
Hình 3.9-Hình ảnh mạch phát xung cực ngắn 96
Hình 3.10-Hình ả
nh mạch in layout 97
Hình 3.11- Xung độ rộng 4ns, sườn xung 1ns 97
Hình 3.12- Xung độ rộng 500ps, sườn xung 500ps 98

Bảng 1.1- So sánh các chuẩn công nghệ TDMA PON [5] 26

Bảng 2.1-Dự trữ công suất [6] 45
Bảng 2.2-Tính chất lớp vật lý của mạng BPON [7] 47
Bảng 2.3-Lớp vật lý mạng EPON và GPON [8] 48
Bảng 2.4-Định thời chế độ burst mode cho GPON và EPON [8,10] 50
Bảng 2.5-Tham số cơ bản cho chuẩn GPON lớp B cho tầng PMD [8] 51
Bảng 2.6-Các tham số PMD chính trong mạng EPON [11] 52

Đồ án tốt nghiệp

Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49
5
DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT

ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line
AGC Auto-gain Control
AON Active Optical Network
APC Auto Power Control
APD Avalanche Photodiode
ATC Automatic Threshold Control
ATM Automated Teller Machine
AWG Array Waveguide Grating

BLD Bottom Level Detector
BM-CDR Burst-mode Clock Data Recovery
BM-LDD Burst-mode Laser Diode Driver
BOSA Bidirectional Optical Sub-Assembly
BPON Broadband Passive Optical Network
CATV Cable Television
CDMA Code Division Multiple Access
CDMA-PON Code Division Multiple Access Passive Optical Network
CDR Clock Data Recovery
CO Central Office
CRC Cyclic Redundancy Check
DBA Dynamic Bandwidth Allocation
DFB Distributed Feedback Bragg
EFM Ethernet in First Mile
EPON Ethernet Passive Optical Network
FDMA Frequency Division Multiple Access
F-P Fabry Perot
FSAN Full Service Access Network
FTTC Fiber-to-the-Curb
FTTH Fiber-to-the-Home
Đồ án tốt nghiệp

Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49
6
GEM GPON Encapsulation Method
GPON Gigabit Passive Optical Network
GTC GPON Tranmission Conversion
HDTV High-definition Television
HFC Hybrid Fiber Coaxial
IPTV Internet Protocol Television

LDS Laser Driver Stage
LED Light Emitting Diode
LLID Link Logic ID
LVCMOS Low-Voltage CMOS
MAC Medium Access Control
MPCPDU Muli-Point Control Protocol Data Unit
MTBF Mean Time Between Failure
NE Network Element
NPA Network Power Assembly
NTT Nippon Telegraph and Telephone
OAM Operations Administration and Maintenance
ODN Optical Distribution Network
OLT Optical Line Terminal
ONT Optical Network Terminal
ONU Optical Network Unit
OSA Optical Sub-Assembly
PD Photodiode
PECL Positive Emitter-Coupler Logic
PLM Power Leveling Mechanism
PLOAM Physical Layer Operation Administration and Maintenance
PLP Packet Layer Preample
PMD Physical Media Dependant
PON Passive Optical Network
POTS Plain Old Telephone Service
PtPE Point to Point Emulation
Đồ án tốt nghiệp

Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49
7
QAM Quadrature Amplititude Modulation

ROSA Receive Optical Sub-Assembly
RTT Round Trip Time
SDH Synchronous Digital Hierarchy
SDV Switched Digital Video
SerDes Serializer/Deserializer
SFF Small Form Factor
SLA Service Level Agreement
SME Share Medium Emulation
SNR Signal-to-Noise Ratio
SRD Step Recovery-Time Diode
TDMA Time Division Multiple Access
TDMA-PON Time Division Multiple Access Passive Optical Network
TDP Transmit and Dispersion Penalty
TIA Transimpedance Amplifier
TOSA Transmit Optical Sub-Assembly
UWB Ultra-WideBand
VCI Virtual Circuit Identifier
VCSEL Vertical Cavity Surface Emitting Laser
VOD Voice on Demand
VoIP Voice over Internet Protocol
VPI Virtual Path Identifier
VPN Virtual Private Network
WDM-PON Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network
Đồ án tốt nghiệp

Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49
8
MỞ ĐẦU

Trong xu thế hội nhập toàn cầu, mạng Internet là công cụ hỗ trợ không thể thiếu
của mỗi người trong hầu hết các lĩnh vực của đời sống. Cùng với sự phát triển của
công nghệ nano, công nghệ bán dẫn và công nghệ quang-điện tử, mạng FTTH đang
được triển khai trong thời gian hiện nay mà dẫn đầu là các nước có nền công nghiệp
điện tử phát triển như Mỹ, Nh
ật Bản, Hàn Quốc,…
Mạng FTTH là một kiến trúc mạng mới sử dụng sợi quang làm môi trường truyền
dẫn nên mạng cung cấp cho người sử dụng băng thông rộng, tốc độ truyền dữ liệu
cao với chất lượng dịch vụ khá tốt. Dựa trên công nghệ mạng quang thụ động cùng
với kiến trúc transceiver mới, mạng FTTH có khả năng cung cấp cho số lượng thuê
bao lớn hơn r
ất nhiều so với mạng Internet thông thường, dễ dàng mở rộng mạng và
cho phép người sử dụng dùng đồng thời nhiều dịch vụ truyền thông tốc độ cao.
Nội dung đồ án gồm 4 chương :
Chương I : Tìm hiểu mạng FTTH, kiến trúc mạng và các chuẩn sử dụng trong
mạng
Chương II : Tìm hiểu kiến trúc transceiver trong mạng FTTH, các linh kiện sử
dụng trong transceiver và phân tích sơ đồ khối sử dụng.
Chương III : Thiết k
ế mạch phát và làm sắc xung cực ngắn sử dụng diode SRD có
độ rộng xung điều chỉnh được, sườn xung khoảng vài chục tới vài trăm picosecond.
Chương IV : Trình bày hướng phát triển của đồ án và các ứng dụng của mạch
phát và làm sắc xung nói trên.
Đồ án tốt nghiệp

Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49
9
Chương I : MẠNG FTTH (Fiber–to–the–Home)
1.1.Giới thiệu chung
Ngày nay, sự phát triển bùng nổ của mạng Internet trên toàn cầu gây ảnh hưởng

lớn tới các nhà cung cấp mạng trên toàn cầu trong vài chục năm gần đây. Sự phổ
biến của mạng Internet cùng với các yêu cầu ngày càng tăng lên về lĩnh vực
multimedia, truyền hình trực tuyến, … qua mạng Internet yêu cầu mạng phải phân
phối băng thông rộng cho nhiều người sử dụng với độ tin cậy cao. Với số lượng
người dùng ngày càng lớn và nhiều yêu cầu dịch vụ chất lượng cao, hiện tượng
thiếu băng thông sẽ là tương lai gần cho tất cả các nhà cung cấp mạng Internet nếu
nhà cung cấp vẫn sử dụng những thiết bị mạng và hình thức tổ chức mạng theo kiểu
truyền thống sử dụng cáp điện thông thường. Công nghệ cáp quang đã trở thành
một giải pháp không thể tránh khỏi cho vấn đề nan giải này. Cáp quang là môi
trường truyền dẫn cung cấp băng thông rộng, khả năng chống nhiễu điện từ cao và
ít chịu ảnh hưởng của môi trường cho phép truyền dẫn dữ liệu với suy hao thấp. Bởi
những đặc tính quan trọng này mà tất cả các mạng xương sống trong Internet hiện
nay đều được xây dựng bằng cáp quang. Tuy nhiên, việc kết nối trực tiếp từ người
dùng tới m
ạng Internet bằng cáp quang mới chỉ bắt đầu được thực hiện trong những
năm gần đây. Lý do chính giải thích cho vấn đề này là hệ thống dịch vụ multimedia
chưa phát triển đồng thời những yêu cầu về dịch vụ băng rộng chưa trở nên phổ
biến. Một lý do khác là việc lắp đặt cáp quang có chi phí rất cao chưa thỏa mãn
được yêu cầu cần thiết. Do đó, mạng cáp quang tới tận thuê bao FTTH (Fiber-to-
the-Home) là một bước tiến vượt bậc trong công nghiệp multimedia nhờ khả năng
cung cấp các dịch vụ multimedia chất lượng cao như truyền hình chất lượng cao
HDTV(High-definition Television), download các bản nhạc và video. Điều này gây
nên tác động rất lớn trong lĩnh vực kinh tế bởi FTTH là mạng đem tới nhiều lợi
nhuận do khả năng cung cấp tốc độ truyền dữ liệu cao và giá thành lắp đặt mạng.
1.1.1.Mạng FTTC và HFC
Vào những năm 1970, những công ty điện thoại và truyền hình cáp đã nhận thấy
tiềm năng phát triển của sợi quang thay thế hệ thống cáp lúc đó. Do sự phát triển
Đồ án tốt nghiệp

Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49

10
của công nghệ sợi quang thời điểm đó nên giá thành xây dựng hệ thống mạng
quang rất cao. Bởi vậy, giải pháp tạm thời để chuyển giao sang mạng cáp quang là
xây dựng những mạng có giá thành thấp hơn như FTTC, HFC mà những mạng này
sử dụng cáp quang làm đường truyền tải chính nhưng vẫn sử dụng phương thức kết
nối mạng truyền thống dùng cáp bằng kim loại để kết nối từ nhà cung cấp tới người
sử dụng.Bằng phương pháp này, nhà cung cấp đã chia giá thành xây dựng mạng sử
dụng sợi quang cho nhiều người sử dụng. Tại thời điểm này, giải pháp chuyển sang
mạng FTTH ( một mạng toàn bộ sử dụng sợi quang cung cấp cho người dùng ) là
một giải pháp không khả thi.
Trong kiến trúc mạng FTTC, đường cáp quang được kéo dài từ nhà cung cấp tới
các node gần khu vực ngườ
i sử dụng. Điều này mang tới nhiều thuận lợi : (i) nó
khai thác được băng thông rộng của sợi quang bằng cách chia sẻ đường truyền cho
nhiều người sử dụng trong cùng mạng; (ii) bằng cách sử dụng nhiều sợi quang, kiến
trúc này cho phép hạ giá thành đầu tư cho các dịch vụ băng rộng cần thiết cho
tương lai. Tại chặng giữa người sử dụng và các node, FTTC sử dụng cáp xoắn đồng
và cáp đồng trục. Mặc dù FTTC được thiết kế để cung cấp các dịch vụ video, việc
sử dụng song song 2 loại cáp là cáp xoắn cho dịch vụ truyền thoại và cáp đồng trục
cho dịch vụ video sẽ hạ giá thành lắp đặt so với việc sử dụng các bộ ghép và tách
kênh dùng cho cáp xoắn đồng truyền cả 2 dịch vụ này. Trong mạng FTTC , các
thiết bị đầu cuối truyền tốc độ cao từ nhà cung cấp và
được tách kênh trên sợi
quang phân phối cho các đường cáp quang có tốc độ thấp hơn tới người sử dụng.
Các thiết bị đầu cuối sử dụng khối nguồn NPA (Network Power Assembly) của các
host để cấp nguồn cho các thiết bị kết cuối quang ONU (Optical Network Unit)
phía người sử dụng. Khi nguồn được cấp cho NPA, các đường cáp quang phân phối
sẽ bao gồm cả đường cáp đồng cấp nguồn. Đường cáp quang mang nhiệm vụ chính
là cung cấp các chứ
c năng truyền, nhận, và ghép kênh cho các liên kết quang tới các

khối ONU. ONU sẽ phân chia thành các kênh truyền tới các thiết bị giao tiếp mạng
dùng cáp đồng của người sử dụng. FTTC bao gồm nhiều cáp quang với dung lượng
khác nhau và các bộ chia quang, connector sẽ cung cấp băng thông cần thiết cho
người sử dụng. Thông thường, một sợi quang trong mạng FTTC được dùng cho 10-
Đồ án tốt nghiệp

Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49
11
100 người sử dụng và kết nối đầu cuối tới người dùng sử dụng cáp đồng có chiều
dài khoảng 30m.


Hình 1.1-Mô hình mạng FTTC điển hình
Đồng thời các công ty truyền hình cáp cũng sử dụng cáp quang để phân phối cho
người tiêu dùng sử dụng kiến trúc mạng lai giữa cáp điện và cáp quang
HFC(Hybrid Fiber Coaxial). HFC là kiến trúc mạng kết hợp giữa cáp quang và cáp
đồng trục dùng cho mạng băng rộng. Hình 1.2 dưới đây thể hiện kiến trúc mạng
HFC.


Hình 1.2-Mạng HFC
Đồ án tốt nghiệp

Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49
12
Kiến trúc mạng HFC có thành phần mạng xương sống dùng cáp quang được các
nhà cung cấp sử dụng để cung cấp cả dịch vụ thoại và video cho người sử dụng.
Mạng HFC có thể cung cấp 500 kênh truyền dẫn khác nhau và truyền dẫn đồng thời
2 dịch vụ VOD và thoại. Với truyền hình quảng bá, mạng HFC có thể cung cấp số
kênh video tương tự cho mỗi người sử dụng. Nhờ đó, HFC là mạng được dùng cho

1 nhóm lớn người sử dụng (từ 500 – 2000 thuê bao). Các trạm phát trong mạng
HFC nhận được tín hiệu từ trung tâm truyền quảng bá vào không gian qua hệ thống
viba hoặc vệ tinh sẽ được kết hợp và phát lại vào đường cáp quang trong mạng. Sau
đó, tín hiệu này được chia cho các đường fi-đơ tới người sử dụng. Bởi vì tín hiệu bị
suy hao rất lớn trong cáp đồng trục nên tại phía người dùng cần có một bộ khuếch
đại tín hiệu nh
ư mini-bridger hoặc line extender cho cả 2 chiều lên và xuống. Kiến
trúc mạng HFC sử dụng chung môi trường truyền tải, tín hiệu từ nhiều người sử
dụng sẽ tới 1 node xác định trong mạng. Điều đó dẫn đến việc phải dùng thêm mã
bảo mật để bảo đảm tính an toàn trong mạng. Tại tuyến lên từ người dùng tới các
trạm phát, HFC sử dụng các kỹ thuật đa truy nhập thông dụng như TDMA, FDMA
và CDMA cho phép nhiều người sử dụng cùng đưa yêu cầu tới mạng. Việc sử dụng
hệ thống cáp quang từ trạm phát tới các node sẽ giảm đi kích thước của node và
giảm suy hao trên đường truyền. Bởi vậy, HFC có thể cung cấp các dịch vụ băng
hẹp với tốc độ cao và nhiều dịch vụ video tương tác khác.
Sau khi kiến trúc mạng FTTC và HFC được kết hợp thì một kiến trúc mạng mớ
i
đã được hình thành. Đó là mạng chuyển mạch video số SDV (Switched Digital
Video). Do mạng FTTC là mạng truyền dẫn tín hiệu quang nên nó không thể truyền
tín hiệu điện và phải được cấp nguồn bởi 1 mạng khác. Bằng cách sử dụng 1 mạng
HFC với cáp đồng trục chạy dọc theo mạng FTTC thì vấn đề cấp nguồn cho mạng
FTTC được giải quyết. Do đó, mạng cáp đồng trục có thể phân phối tín hiệu video 1
chiều đồng thời cấp nguồn cho mạng FTTC. Điều đó là lý do chính để nhà sản xuất
sử dụng mạng FTTC trong kiến trúc mạng SDV để phân phối dịch vụ thoại 2 chiều
và video số. Kiến trúc mạng SDV được sử dụng để cung cấp truyền hình số một
cách hiệu quả với băng thông rộng cho người sử dụng. Hình 1.3 dưới đây là kiến
trúc điển hình của mạng SDV dùng cho cả hệ thống truyền hình cáp sử dụng
phương pháp điều chế QAM và hệ thống truyền hình trực tuyến IPTV ( Internet
Đồ án tốt nghiệp

Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49
13
Protocol Television). Trong hệ thống SDV, mọi người dùng đều có khả năng tương
tác 2 chiều với hub để đưa ra yêu cầu của mình.


Hình 1.3–Mạng SDV
1.1.2.Giới thiệu về mạng FTTH
Một trong những nhà cung cấp lớn nhất dịch vụ mạng tại Nhật Bản là công ty
NTT đã triển khai những bước đi đầu tiên trong công nghệ FTTH. Dưới sự phát
triển của NTT, những công ty viễn thông khác như AT&T, Hitachi, Fujitsu, …
cũng tham gia vào quá trình phát triển của mạng FTTH.
FTTH là một công nghệ kết nối viễn thông sử dụng cáp quang từ nhà cung cấp
dịch vụ tới địa điểm của khách hàng (văn phòng, nhà…). Công nghệ củ
a đường
truyền được thiết lập trên cơ sở dữ liệu được truyền qua tín hiệu quang (ánh sáng)
trong sợi cáp quang đến thiết bị đầu cuối của khách hàng, tín hiệu được biến đổi
thành tín hiệu điện, qua cáp mạng đi vào broadband-router. Nhờ đó, khách hàng có
thể truy cập internet bằng thiết bị này qua có dây hoặc không dây.
Tín hiệu quang được ghép kênh và đưa tới bộ chia dùng cho khu vực của 1 nhóm
người tiêu dùng. Trong mạng FTTH, có rất nhiều t
ỷ lệ chia dùng cho bộ chia nhưng
thông thường sử dụng bộ chia tỷ số 1: 16 cho người dùng hay nói cách khác, tín
hiệu quang được ghép kênh để đưa tới cho 1 nhóm 16 người sử dụng khác nhau.
Khi tín hiệu quang phải chuyển đổi thành tín hiệu điện tới người sử dụng, ONU cần
được đặt tại kết cuối của mạng. Do giá thành lắp đặt của một ONU khá cao nên nhà
Đồ án tốt nghiệp

Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49
14

phân phối thường sử dụng ONU cho nhiều người sử dụng để giảm chi phí lắp đặt
mạng. Hình 1.4 dưới đây thể hiện cấu trúc cơ bản của 1 mạng FTTH trong đó ONU
tương đương với 1 giao tiếp giữa mạng thông tin quang và người sử dụng.



Hình 1.4–Mạng FTTH

Việc cung cấp nguồn cho mạng FTTH là một trong những vấn đề chính cần được
giải quyết. Nó đóng vai trò quan trọng trong mạng FTTH tại hầu hết các quốc gia vì
yêu cầu cấp nguồn liên tục cho tất cả các dịch vụ viễn thông trong khi mạng FTTH
không thể truyền dẫn tín hiệu điện. Với trường hợp mạng FTTC dùng cáp đồng
trục, mạng FTTC được cung cấp nguồn thông qua một mạng cáp đồng trục chạy
song song với mạng. Với mạng FTTH, khả năng tiêu thụ với công suất rất thấp
chính là đặc điểm cạnh tranh lớn nhất của nó với các kiến trúc mạng khác. Vấn đề
này đã được giải quyết bởi sự phát triển của các nguồn pin hiện nay; nhờ đó, thiết bị
thông tin quang đầu cuối tại người sử dụng có thể được cấp nguồ
n và sạc bằng điện.
Các nguồn cấp điện dùng pin mặt trời cũng là giải pháp khả thi cho các thiết bị ở
khu vực xa với tiêu thụ công suất rất thấp. Khả năng cung cấp nguồn này của mạng
FTTH đã đẩy chi phi lắp đặt của toàn bộ mạng xuống từ 4 đến 8 lần so với các
mạng khác.
Hiện nay, sự phát triển vượt bậc trong công nghệ sợ
i quang cũng đẩy giá thành
của lắp đặt của mạng FTTH hạ xuống nhanh chóng mà sự phát triển này bắt nguồn
chính từ những tiến bộ mạnh mẽ trong công nghệ laser, các giải pháp mới trong
việc phân phối tín hiệu video và kiến trúc mạng thụ động. Bên cạnh những tiến bộ
về công nghệ , chúng ta cũng cần phải kể đến sức phát triển mạnh mẽ của mạng
Đồ án tốt nghiệp

Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49
15
Internet, các website và công nghệ video số đã hình thành những dịch vụ yêu cầu
tốc độ cao, băng thông rộng. Chính những yêu cầu không ngừng của người sử dụng
đã nhanh chóng cho nhà sản xuất thấy giới hạn của mạng và nhờ điều đó, mạng
FTTH là giải pháp tối ưu được đề xuất cho những khả năng truyền tải băng rộng với
suy hao thấp. FTTH đặc biệt hiệu quả với các dịch vụ: Private Hosting Server,
VPN, Truyền dữ liệu, Game Online, IPTV, VoD, Video Conferrence, IP
Camera…với ưu thế băng thông truyền tải dữ liệu cao, có thể nâng cấp lên băng
thông lên tới 1Gbps, an toàn dữ liệu, độ ổn định cao, không bị ảnh hưởng bởi nhiễu
điện, từ trường
1.1.3.Ưu điểm của FTTH
Kiến trúc mạng FTTH sử dụng được xem xét với nhiều ưu điểm như số lượng các
bộ thu phát quang, thiết bị đầu cuối của tổng đài CO (Central Office) và sợi quang
khá thấp. FTTH là mạng quang điểm đa điểm với các linh kiện quang thụ động trên
đường dẫn tín hiệu từ nguồn đến thuê bao như là sợi quang, bộ nối và bộ chia
quang.
Dưới góc độ của nhà phân phối thì FTTH mở
ra một thị trường và những cơ hội
mới về dịch vụ truyền thoại , dữ liệu tốc độ cao cùng các dịch vụ truyền hình,
multimedia tương tác khác. So sánh với mạng ADSL (Asymmetric Digital
Subscriber Line) hiện nay, tốc độ upload của FTTH vượt qua ngưỡng của chuẩn
ADSL2+ (1Mbps) hiện tại và có thể ngang bằng với tốc độ download. Vì vậy thích
hợp với việc truyền tải dữ liệu theo chiều từ trong mạ
ng khách hàng ra ngoài
internet. Độ ổn định và tuổi thọ cao hơn dịch vụ ADSL do không bị ảnh hưởng bởi
nhiễu điện, từ trường; khả năng nâng cấp tốc độ (download/upload) dễ dàng. Ngoài
các ứng dụng như ADSL có thể cung cấp Triple Play Services (dữ liệu, truyền hình,
thoại), với ưu thế băng thông vượt trội, FTTH sẵn sàng cho các ứng dụng đòi hỏi
băng thông cao, đặc biệt là truyền hình độ

phân giải cao yêu cầu băng thông lên đến
vài chục Mbps, trong khi ADSL không đáp ứng được. Ngày nay, các kênh truyền
hình số được nén tới tốc độ từ 1.5 – 6Mbit/s và tiến tới công nghệ truyền hình số
HDTV với tốc độ truyền tải 20Mbit/s. Mạng FTTH có thể cung cấp cho người dùng
đồng thời từ 5-10 kênh truyền hình HDTV với các dịch vụ khác. Vì thế , với sự
Đồ án tốt nghiệp

Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49
16
phát triển của truyền hình số thì FTTH là yêu cầu không thể thiếu cho các nhà cung
cấp dịch vụ truyền hình. Hơn nữa, độ ổn định của mạng FTTH ngang bằng như
dịch vụ internet kênh thuê riêng Leased-line nhưng chi phí thuê bao hàng tháng
thấp hơn vài chục lần. Đây sẽ là 1 gói dịch vụ thích hợp cho nhóm các khách hàng
có nhu cầu sử dụng cao hơn ADSL và kinh tế hơn leased-line.
Bên cạnh đó, mặt mạnh của mạng FTTH so với các mạng khác chính là FTTH có
giá thành bảo d
ưỡng và duy trì mạng thấp nhất. Thông thường, các công ty viễn
thông cần tiêu hao một chi phí lớn cho bảo trì và thay thế những cáp đồng cũ và
xuống cấp do sự phá hủy của môi trường hằng năm. Trong khi đó, việc sử dụng sợi
quang trong mạng FTTH đã giảm thiểu chi phí bảo trì hệ thống do sợi quang không
bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi môi trường, thời tiết như cáp đồng.
Chính bởi những lý do trên , FTTH là m
ột bước tiến vững chắc cho công nghệ
Internet băng rộng đang được triển khai tại một số nước trên thế giới như Mỹ, Nhật
Bản, Hàn Quốc,… và bắt đầu được xây dựng tại Việt Nam.
1.2. Mạng FTTH
1.2.1. Bước sóng sử dụng trong mạng FTTH
Tổn hao truyền sóng trên sợi quang gây ảnh hưởng lớn tới dự trữ công suất,
khoảng cách vật lý, tỉ số chia trong mạng. Trong sợi quang, tồn tại rất nhiều nguyên
nhân gây ra suy hao tín hiệu nhưng chủ yếu bởi 4 nguyên nhân chính : suy hao do

hấp thụ vật liệu, suy hao do tán xạ, suy hao do uốn cong và suy hao do ghép và chia
sợi quang.
Tổng hợp các loại suy hao trong sợi và biểu diễn một tương quan theo bước sóng
người ta nhậ
n được phổ suy hao của sợi quang. Mỗi loại sợi có đặc tính suy hao
riêng. Một đặc tuyến điển hình của loại sợi đơn mode như hình 1.5.
Nhìn vào hình 1.5 ta thấy có ba vùng bước sóng suy hao thấp nhất, còn gọi là ba
cửa sổ thông tin.
* Cửa sổ thứ nhất: Ở bước sóng 850nm. Trong vùng bước sóng từ 0.8μm tới
1μm, suy hao chủ yếu do tán xạ trong đó có một phần ảnh hưởng của suy hao hấp
thụ. Suy hao trung bình trong c
ửa sổ này ở mức từ (2-3)dB/Km.
Đồ án tốt nghiệp

Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49
17
* Cửa sổ thứ hai : Ở bước sóng 1300nm. Ở bước sóng này độ tán sắc rất thấp,
suy hao chính do tiêu hao tán xạ Rayleigh. Suy hao tương đối thấp khoảng từ
(0,4÷0,5) dB/Km và tán sắc nên được dùng rộng rãi hiện nay.
* Cửa sổ thứ ba : Ở bước sóng 1550nm. Suy hao thấp nhất cho đến nay
khoảng 0,3 dB/Km, với sợi quang bình thường độ tán sắc ở bước sóng 1550nm lớn
so với bước sóng 1300nm. Tuy nhiên với một số loại sợi quang có dạ
ng phân bố
chiết suất đặc biệt có thể giảm độ tán sắc ở bước sóng 1550nm như các sợi quang
DC, MC và sợi quang bù tán sắc. Lúc đó việc sử dụng cửa sổ thứ ba sẽ có nhiều
thuận lợi : suy hao thấp và tán sắc nhỏ.

Hình 1.5-Đặc tuyến suy hao trong sợi quang
Hình 1.5 ở trên chỉ ra phổ suy hao trong sợi quang silicat. Thông thường, tổn hao
lớn nhất trên sợi quang ở bước sóng 1,38 µm gây ra bởi hấp thụ của tạp chất trong

ion OH
-
do quá trình sản xuất cáp quang. Thông qua các tính chất suy hao của sợi
quang, mạng FTTH được triển khai dựa trên 3 vùng bước sóng chính là 1310nm,
1490nm và 1550nm. Vùng bước sóng 1310nm để truyền dữ liệu tuyến lên, vùng
bước sóng 1490nm được dùng cho tuyến truyền dẫn quang tuyến xuống còn vùng
bước sóng 1550nm được sử dụng cho việc truyền tín hiệu tương tự trên cáp truyền
hình CATV.
Đồ án tốt nghiệp

Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49
18
1.2.2. Mạng quang tích cực AON và mạng quang thụ động PON
Như đã nói ở phần trên, FTTH được xem như là một giải pháp hoàn hảo thay thế
mạng cáp đồng hiện tại nhằm cung cấp các dịch vụ “triple play” (bao gồm thoại,
hình ảnh, truy nhập dữ liệu tốc độ cao) và các các ứng dụng đòi hỏi nhiều băng
thông (như là truy cập Internet băng rộng, chơi game trực tuyến và phân tán các
đoạn video). Tuy nhiên nhược điểm chính của FTTH đó là chi phí cho các linh
kiện và cáp quang tương
đối cao dẫn tới giá thành lắp đặt những đường quang như
vậy là rất lớn. Có nhiều giải pháp để khắc phục nhược điểm này và một trong số
đó là triển khai FTTH trên nền mạng quang thụ động PON (Passive Optical
Network).
Hầu hết trong các mạng quang hiện nay, mỗi đường cáp quang từ nhà
cung cấp sẽ được chia sẻ cho một số người sử dụng. Khi các đường cáp quang này
được kéo tới phía người sử dụng, cần có 1 bộ chia quang để tách tín hiệu tới các sợi
quang riêng biệt tới từng người sử dụng khác nhau. Bởi vậy, đã xuất hiện 2 kiến
trúc điển hình trong việc chia đường cáp quang là mạng quang tích cực AON
(Active Optical Network) và mạng quang thụ
động PON. Để có cái nhìn rõ rệt hơn

về FTTH, ta sẽ tìm hiểu sơ lược 2 kiến trúc này.

1.2.2.1. AON
Mạng quang tích cực sử dụng một số thiết bị quang tích cực để phân chia tín hiệu
là : switch, router và multiplexer. Mỗi tín hiệu đi ra từ phía nhà cung cấp chỉ được
đưa trực tiếp tới khách hàng yêu cầu nó. Do đó, để tránh xung đột tín hiệu ở đoạn
phân chia từ nhà cung cấp tới người dùng, cần phải sử dụng một thiết bị điện có
tính chất “đệm” cho quá trình này. Từ năm 2007, một lo
ại mạng cáp quang phổ
biến đã nảy sinh là Ethernet tích cực (Active Ethernet). Đó chính là bước đi đầu tiên
cho sự phát triển của chuẩn 802.3ah nằm trong hệ thống chuẩn 802.3 được gọi là
Ethernet in First Mile (EFM). Mạng Ethernet tích cực này sử dụng chuyển mạch
Ethernet quang để phân phối tín hiệu cho người sử dụng; nhờ đó, cả phía nhà cung
cấp và khách hàng đã tham gia vào một kiến trúc mạng chuyển mạch Ethernet
tương tự như mạng máy tính Ethernet sử
dụng trong các trường học. Tuy nhiên, 2
mạng này cũng có sự khác biệt đó là Ethernet trong trường học mục đích chủ yếu là
liên kết giữa máy tính và máy in còn mạng chuyển mạch Ethernet tích cực này để
Đồ án tốt nghiệp

Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49
19
dùng cho kết nối từ phía nhà cung cấp tới khách hàng. Mỗi một khối chuyển mạch
trong mạng Ethernet tích cực có thể điều khiển lên tới 1000 khách hàng nhưng
thông thường trong thực tế, 1 chuyển mạch chỉ sử dụng cho từ 400 đến 500 khách
hàng.Các thiết bị chuyển mạch này thực hiện chuyển mạch và định tuyến dựa vào
lớp 2 và lớp 3. Chuẩn 802.3ah cũng cho phép nhà cung cấp dịch vụ cung cấp đường
truyền 100Mbps song công tới khách hàng và tiến tới cung cấp đường truyền
1Gbps song công. Hình 1.6 dưới đây là kiến trúc đơn giản của mạng AON.

Hình 1.6-Mạng Active Ethernet (trên ) và mạng AON (dưới)
Một nhược điểm rất lớn của mạng quang tích cực chính là ở thiết bị chuyển mạch.
Với công nghệ hiện tại, thiết bị chuyển mạch bắt buộc phải chuyển tín hiệu quang
thành tín hiệu điện để phân tích thông tin rồi tiếp tục chuyển ngược lại để truyền đi.
Điều này sẽ làm giảm tốc
độ truyền dẫn tối đa có thể trong hệ thống FTTH. Ngoài
ra do đây là những chuyển mạch có tốc độ cao nên các thiết bị này rất đắt, không
phù hợp với việc triển khai đại trà cho mạng truy cập.
1.2.2.2. Mạng PON
Các mạng viễn thông ngày nay đều dựa trên các thiết bị chủ động, tại thiết bị
Đồ án tốt nghiệp

Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49
20
tổng đài của nhà cung cấp dịch vụ lẫn thiết bị đầu cuối của khách hàng cũng như
các trạm lặp, các thiết bị chuyển tiếp và một số các thiết bị khác trên đường
truyền. Các thiết bị chủ động là các thiết bị này cần phải cung cấp nguồn cho một
số thành phần, thường là bộ xử lý, các chíp nhớ… Với mạng PON, tất cả các
thành phần chủ động giữa tổng đài CO và người sử dụng sẽ không còn tồn tại mà
thay vào đó là các thiết bị quang thụ động, điều khiển lưu lượng trên mạng dựa
trên việc phân tách năng lượng của các bước sóng quang học tới các điểm đầu
cuối trên đường truyền. Việc thay thế các thiết bị chủ động sẽ tiết kiệm chi phí
cho các nhà cung cấp dịch vụ vì họ không còn cần đến năng lượng và các thiết bị
chủ động trên đường truyền nữa. Các bộ ghép / tách thụ động chỉ làm các công
việc đơn thuần như cho đi qua hoặc ngăn chặn ánh sáng… Vì thế, không cần
năng lượng hay các động tác xử lý tín hiệu nào và từ đó, gần như kéo dài vô hạn
khoảng thời gian trung bình giữa các lần lỗi truy cập MTBF (Mean Time

Between Failure), giảm chi phí bảo trì tổng thể cho các nhà cung cấp dịch vụ
.
Mạng quang thụ động (PON) được xây dựng nhằm giảm số lượng các thiết bị
thu, phát và sợi quang trong mạng thông tin quang FTTH. PON là một mạng
điểm tới đa điểm, một kiến trúc PON bao gồm một thiết bị đầu cuối kênh
quang được đặt tại trạm trung tâm của nhà khai thác dịch vụ và các bộ kết cuối
mạng cáp quang ONU/ONT (Optical Network Unit/Optical Network
Terminal) đặt tại gần hoặc tại nhà thuê bao. Giữa chúng là hệ thố
ng phân
phối mạng quan ODN (Optical Distribution Network) bao gồm cáp quang, các
thiết bị tách ghép thụ động. Kiến trúc của PON được mô tả như trong Hình 1.7.
Đồ án tốt nghiệp

Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49
21

Hình 1.7–Mạng PON
Trong hệ thống PON, kết nối mạng quang ONT có khả năng hỗ trợ kết nối dịch
vụ điện thoại truyền thống qua giao diện POTS (Plain Old Telephone Service) và
các giao tiếp truyền dữ liệu tốc độ cao như Ethernet và DSL. Đầu cuối đường dây
quang OLT bao gồm các khối giao tiếp PON, một kết cấu chuyển mạch dữ liệu và
các phần tử điều khiển NE (Network Element). Thiết bị OLT (thiết bị kết cuối kênh
quang) được đặt ở phía nhà cung cấp dịch vụ, còn các thiết bị ONT (thiết bị kết
cuối mạng quang) được đặt phía nguời sử dụng. Thiết bị OLT cung cấp nhiều kênh
quang, mỗi kênh quang đuợc truyền trên một tuyến cáp quang trên đó có bộ chia.
Nhiệm vụ của bộ chia là thu và nhận các tín hiệu quang đuợc nhận và phát bởi
OLT.
Cáp sợi quang truyề
n từ OLT sẽ trải dài và kết nỗi tới mỗi ONT. Các bước sóng
truyền 1490 nm (hoặc 1550 nm tùy theo lựa chọn) đuợc dùng cho băng thông chiều

xuống từ OLT, trong đó các bước sóng 1310 nm sẽ đuợc truyền theo huớng lên bởi
mỗi thiết bị ONT. Hệ thống cung cấp địa chỉ, cung cấp băng thông một cách tự
động tự động cũng như việc mã hóa được sử dung để truy trì và phân tách lưu
l
ựợng giữa OLT và ONT.
Tại hướng xuống, OLT phát quảng bá dữ liệu tới tất cả các ONU. Tín hiệu hướng
xuống bao gồm dữ liệu cho các ONT, từ đầu Khai thác Quản lý và Bảo
Đồ án tốt nghiệp

Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49
22
dưỡng OAM (Operation Administration and Maintenance) và các tín hiệu đồng
bộ cho các ONT gửi dữ liệu hướng lên. Dựa vào các thông tin về khe thời
gian (kênh), địa chỉ gói/tế bào, bước sóng, mã CDMA mà các ONT tách dữ
liệu tương ứng với thuê bao của khách hàng.
Trong hướng lên, mỗi một ONU cần có giao thức điều khiển truy nhập
môi trường MAC (Medium Access Control) để chia sẻ PON. Giao thức MAC
thường được sử dụng trong PON là đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA,
khi đó mỗi ONT được cấp một khe thời gian (kênh) để gửi dữ liệu của mình tới
OLT. Ngoài ra trong hướng lên cần phải có khoảng thời gian bảo vệ giữa các nhóm
gói dữ liệu của các ONT, khoảng thời gian này phải đảm bảo sao cho tại bộ thu
OLT dữ liệu không bị trùm phủ lên nhau.
Thông thường các hệ thống TDMA-PON gán trước một tỷ lệ phân chia
cố định băng thông hướng lên cho các ONT mà không quan tâm có bao nhiêu dữ
liệu được gửi đi. Một giải pháp để
phân bổ băng thông cho các ONT là sử dụng
giao thức phân bổ băng thông động DBA (Dynamic Bandwidth Allocation). DBA
là giao thức cho phép các ONT gửi yêu cầu về băng thông tới OLT nhằm sử dụng
hiệu quả băng thông hướng lên. Các thông tin yêu cầu có thể là các mức đầy hàng
đợi đầu vào cho các lớp dịch vụ khác nhau. OLT đánh giá các yêu cầu từ các ONT

và gán băng thông cho gửi dữ liệu hướng lên ở lần kế tiếp theo. OLT cũng có thể
tích hợp chức năng thỏ
a thuận mức dịch vụ SLA (Service Level Agreement) để kết
hợp với DBA trong việc phân bổ băng thông.
Thông thường các hệ thống PON truyền dữ liệu cả hướng xuống và hướng lên
trong cùng một sợi quang. Trên mỗi sợi mặc dù các bộ nối định hướng cho phép sử
dụng cùng một bước sóng cho cả 2 hướng, tuy nhiên đối với các hệ thống truyền tải
tốc độ cao để đảm bảo chấ
t lượng thì thông thường mỗi hướng sử dụng một bước
sóng riêng. Trong các mạng PON các bước sóng được sử dụng là 1490nm hoặc
1550nm cho hướng xuống và 1310nm cho tín hiệu đường lên.
Ưu điểm của PON là nó sử dụng các bộ tách/ghép quang thụ động, có giá thành rẻ
và có thể đặt ở bất kì đâu, không phụ thuộc vào các điều kiện môi trường, không
cần phải cung cấp năng lượng cho các thiết bị giữa phòng máy trung tâm và phía
ng
ười dùng. Ngoài ra, ưu điểm này còn giúp các nhà khai thác giảm được chi phí
Đồ án tốt nghiệp

Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49
23
bảo dưỡng, vận hành. Nhờ đó mà kiến trúc PON cho phép giảm chi phí cáp sợi
quang và giảm chi phí cho thiết bị tại nhà cung cấp do nó cho phép nhiều người
dùng (thường là 32) chia sẻ chung một sợi quang.
1.2.3.Các chuẩn trong mạng PON
Các chuẩn mạng PON có thể chia thành 2 nhóm: nhóm 1 bao gồm các chuẩn theo
phương thức truy nhập TDMA-PON như là B-PON (Broadband PON), E-PON
(Ethernet PON), G-PON (Gigabit PON) (đặc tính các của chuẩn TDMA-PON được
so sánh trong Bảng 1.1); nhóm 2 bao gồm chuẩn theo các phương thức truy
nhập khác như WDM-PON (Wavelength Division Multiplexing PON) và CDMA-
PON (Code Division Multiple Access PON)

1.2.3.1.B-PON
Mạng quang thụ
động băng rộng B-PON được chuẩn hóa trong chuỗi các khuyến
nghị G.938 của ITU-T. Các khuyến nghị này đưa ra các tiêu chuẩn về các khối chức
năng ONT và OLT, khuôn dạng và tốc độ khung của luồng dữ liệu hướng lên và
hướng xuống, giao thức truy nhập hướng lên TDMA, các giao tiếp vật lý, các giao
tiếp quản lý và điều khiển ONT và DBA.
Trong mạng B-PON, dữ liệu được đóng khung theo cấu trúc của các tế bào
ATM. Một khung hướng xuố
ng có tốc độ 155Mbit/s (56 tế bào ATM có khích
thước 53byte), hoặc 622 Mbit/s (4*56 tế bào ATM) và một tế bào quản lý vận
hành bảo dưỡng lớp vật lý OAM (PLOAM – Physical Layer OAM) được chèn
vào cứ mỗi 28 tế bào trong kênh. PLOAM có một bít để nhận dạng các tế bào
PLOAM. Ngoài ra các tế bào PLOAM có khả năng lập trình được và chứa thông tin
như là băng thông hướng lên và các bản tin OAM.
Căn cứ vào các thông tin về mã số nhận dạng kênh ảo và nhận dạng đường ảo
(VPI/VCI) trong cấu trúc ATM, các ONT nhận biết và tách dữ liệu đường xuống
của mình.
Cấu trúc khung hướng lên bao gồm 56 tế bào ATM (53 byte). Mỗi một kênh
(time slot) gồm có một tế bào ATM/PLOAM và 24 bít từ mào đầu. Từ mào đầu
mang thông tin về khoảng thời gian bảo vệ (guard time), mào đầu cho phép đồng bộ
và khôi phục tín hiệu tại OLT, và thông tin nhận dạng điểm kết thúc của từ mào
Đồ án tốt nghiệp

Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49
24
đầu. Chiều dài của từ mào đầu và các thông tin chứa trong đó được lập trình bởi
OLT. Các ONT thực hiện gửi các tế bào PLOAM khi chúng nhận được
yêu cầu từ OLT.
B-PON sử dụng giao thức DBA để cho phép OLT nhận biết lượng băng thông cần

thiết cấp cho các ONT. OLT có thể giảm hoặc tăng băng thông cho các ONT dựa
vào gửi các tế báo ATM rỗi hoặc làm đầy tất cả hướng lên bởi dữ liệu của ONT.
OLT dừ
ng định kỳ việc truyền hướng lên do vậy nó có khả năng mời bất kỳ ONT
mới nào tham gia vào hoạt động hệ thống. Các ONT mới phát một bản tin phúc hồi
trong cửa sổ này với thời gian trễ ngẫu nhiên để tránh xung đột khi mà có nhiều
ONT mới muốn tham gia. OLT xác định khoảng cách tới mỗi ONT mới bằng việc
gửi tới ONT một bản tin đo cự ly và xác định thời gian bao lâu để thu được bản tin
phúc hồi. Sau đó OLT gửi tới ONT một giá trị trễ, giá trị này được sử dụng để xác
định thời gian bảo vệ ứng với các ONT.
1.2.3.2. BPON và Gigabit PON
E-PON là giao thức mạng truy nhập đầy đủ dịch vụ FSAN (Full Service
Access Network) TDMA PON thứ nhất được phát triển dựa trên khai thác các ưu
điểm của công nghệ Ethernet ứng dụng trong thông tin quang. E-PON được chuẩn
hóa bởi IEEE 802.3.
Trong E-PON dữ liệu hướng xuống được đóng khung theo khuôn dạ
ng Ethernet.
Các khung E- PON 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 dạng 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 bổ.
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
Đồ án tốt nghiệp

Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49
25
với dữ liệu được phát trong hướng lên. Ngoài ra, giao thức DBA cũng có thể được
sử dụng trong E-PON để thực hiện cơ chế điều khiển phân bổ băng thông.
Do không có cấu trúc khung thống nhất đối với hướng xuống và hướng lên, do
vậy trong cấu trúc của E-PON, các khe thời gian và giao thức xác định cự ly là khác
so với B-PON và G-PON. OLT và các ONU duy trì các bộ đếm cục bộ riêng
và tăng thêm 1 sau mỗi 16ns. Mỗi một MPCPDU mang theo một thời gian
m
ẫu, mẫu này là giá trị của bộ đệm cục bộ của ONU tương ứng. Tốc độ truyền dữ
liệu E-PON có thể đạt tới 1Gbit/s.
Một chuẩn khác cũng cùng họ với E-PON là chuẩn Gbit/s Ethernet PON (IEEE
802.3av – Gbit/s PON). Chuẩn này là phát triển của E-PON tại tốc độ 10Gbit/s và
được ứng dụng chủ yếu trong các mạng quảng bá video số. Gbit/s PON cho phép
phân phối nhiều dịch vụ đòi hỏi băng thông lớn, độ phân gi
ải cao, đóng gói IP các
luồng dữ liệu video ngay cả khi hệ số chia OLT/ONT là 1:64 hoặc cao hơn. Tại thời
điểm hiện tại, tốc độ chiều xuống của GPON khoảng 2.5 Gbps, và chiều lên là 1.25
Gbps
. Nếu 1 OLT phục vụ duy nhất một thuê bao thì thuê bao đó có thể đuợc khai
thác toàn bộ băng thông như trên, tuy nhiên thông thường trong các mạng đã triển
khai tại một số nuớc trên thế giới, nhà cung cấp thường thiết kế tốc độ cho một thuê
bao sử dụng PON vào khoảng 100 Mbps cho chiều xuống và 40 Mbps cho chiều
lên. Với tốc độ truy nhập như vậy, băng thông đã thỏa mãn cho hầu hết các ứng
dụ
ng cao cấp như HDTV (khoảng 10 Mbps, chiều lên chiều xuống, chiều lên cho
peer-to-peer HDTV). Tuy nhiên, GPON cũng có nhược điểm chính là : thiếu tính
hội tụ IP; có một kết nối duy nhất giữa OLT và bộ chia, nếu kết nối này mất toàn bộ
ONT không được cung cấp dịch vụ.
G-PON là giao thức FSAN TDMA PON thứ 2 được định nghĩa trong chuỗi

khuyến nghị G.984 của ITU-T. G-PON được xây dựng trên trải nghiệm của B-PON
và E-PON. Mặc dù G-PON hỗ trợ truyền t
ải tin ATM, nhưng nó cũng đưa vào một
cơ chế thích nghi tải tin mới mà được tối ưu hóa cho truyền tải các khung Ethernet
được gọi là phương thức đóng gói G-PON (GEM – GPON Encapsulation Method).
GEM là phương thức dựa trên thủ tục đóng khung chung trong khuyến nghị G.701
ngoại trừ việc 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 và hỗ trợ sắp xế
p TDM. G-PON