Tìm hiểu và mô phỏng mạng quang FTTH

Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Phạm Huỳnh Phương, Lê Thị Ngọc Ánh
1
LỜI CẢM ƠN!

Chúng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới Thầy Lê Hữu Bình –Phó khoa
Công Nghệ Thông Tin.Trong suốt quá trình làm luận văn, Thầy đã luôn hết lòng hướng dẫn,
giúp đỡ và tạo điều kiện để chúng tôi hoàn thành luận văn này. Đồng thời, chúng tôi cũng
xin gửi lời cảm ơn tới Thầy Cô trong khoa công nghệ thông tin, Trường Cao Đẳng Công
Nghiệp Huế đã tận tình dạy dỗ trong suốt 3 năm học tại trường để chúng tôi có cơ hội làm
hoàn thành được bài làm khóa luận.Vì thời gian nghiên cứu và trình độ có hạn nên bài làm
khóa luận không thể tránh khỏi thiếu sót. Chúng tôi rất mong sự quan tâm, góp ý của thầy cô
và các bạn để khóa luận tốt nghiệp này hoàn chỉnh hơn.

Xin chân thành cảm ơn!

Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Phạm Huỳnh Phương, Lê Thị Ngọc Ánh
2
LỜI MỞ ĐẦU
Xã hội ngày càng phát triển dẫn tới sự phát triển của các khu vực kinh tế như: khu công
nghiệp, khu công nghệ cao, khu thương mại, khu chung cư cao cấp… cùng với sự phát triển
ngày càng lớn mạnh của các tổ chức kinh tế như: ngân hàng, kho bạc, công ty… đã tạo ra
nhu cầu rất lớn trong việc sử dụng các dịch vụ tiện ích tích hợp thoại, hình ảnh và dữ liệu.
Bên cạnh đó, các dịch vụ ứng dụng trên Internet ngày càng phong phú và phát triển với tốc
độ nhanh như các dịch vụ mua bán trực tuyến, ngân hàng, game trực tuyến, các dịch vụ đào
tạo từ xa,… Đặc biệt nhu cầu về các loại dịch vụ tích hợp thoại, hình ảnh và dữ liệu ngày
càng gia tăng. Sự phát triển của các loại hình dịch vụ mới đòi hỏi hạ tầng mạng truy cập
phải đáp ứng các yêu cầu về băng rộng, tốc độ truy cập cao. Công nghệ truy nhập cáp
đồng xDSL đã được triển khai rộng rãi nhưng hạn chế về tốc độ và cự ly không đáp ứng
được yêu cầu dịch vụ. Vì vậy, nghiên cứu triển khai các giải pháp truy nhập quang
(FTTx),cụ thể là dịch vụ FTTH là vấn đề cấp thiết hiện nay nhằm xây dựng hạ tầng mạng
truy nhập đáp ứng yêu cầu băng thông rộng, tốc độ cao của các loại hình dịch vụ mới.
Hiện tại ở Việt Nam có 4 nhà cung cấp dich vụ FTTH là: VIETTEL, VNPT, SPT và FPT,
trong đó FPT là đơn vị triển khai sớm nhất. Năm 2006, FPT đã bắt đầu cung cấp
dịch vụ FTTH cho khách hàng thuê bao nhưng vào thời điểm đó các khách hàng ưa
dùng dịch vụ ADSL thay cho dịch vụ kết nối Internet gián tiếp (Dial-up).Khóa Luận tốt
nghiệp này được trình bày gồm 3 chương với nội dung như sau:
Chương 1: Tổng quan mạng PON. Chương này giới thiệu về mạng PON (Passive
Optical Network), các thành phần cơ bản trong mạng cũng như các chuẩn của mạng
PON.
Chương 2: Tìm hiểu FTTH (Fiber To The Home). Chương này giới thiệu những nét
cơ bản về mạng FTTH. Đi sâu tìm hiểu PON và nghiên cứu kỹ các đặc tính kỹ thuật,
kiến trúc của mạng GPON.
Chương 3: Thiết kế và mô phỏng FTTH. Giới thiệu về phần mềm mô phỏng cũng như các

mô hình của dịch vụ FTTH đưa ra những trường hợp cụ thể để thiết kế tuyến FTTH.



Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Phạm Huỳnh Phương, Lê Thị Ngọc Ánh
3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MẠNG PON
1.1 Giới thiệu mạng PON
PON là từ viết tắt của Passive Optical Network tạm dịch là mạng quang thụ động.
Công nghệ mạng PON còn được hiểu là công nghệ truy nhập giúp tăng cường kết nối giữa
các nối mạng truy cập của nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng. Trong công nghệ PON, tất
cả các thành phần hoạt động giữa tổng đài CO (Central Office) 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
vào việc phân tích năng lượng của các bước sóng quang học tới các điểm đầu cuối trên đường
truyền. Vì vậy mà người ta gọi là công nghệ mạng PON (Passive Optical Network).
Vị trí của hệ thống PON trong mạng truyền dẫn: Mạng PON là một dạng của truy nhập
quang. Mạng truy nhập hỗ trợ các kết nối đến khách hàng. Nó được đặt gần đầu cuối khách
hàng và triễn khai với số lượng lớn. Mạng truy nhập tồn tại ở nhiều dạng khác nhau do nhiều
lí do khác nhau và PON là một trong những dạng đó. So với dạnh truy nhập cáp đồng truyền
thống, sợi quang hầu như không giới hạn về băng thông.


Hình 1.1: Mạng PON
Mạng PON được xây dựng nhằm giảm số lượng các thiết bị thu, phát và sợi quang trong
mạng thông tin FTTH. PON là một mạng điểm tới đa điểm. Một kiến trúc mạng PON bao
gồm một thiết bị đầu cuối kênh quang được đặt tại trung tâm của nhà khai thác dịch vụ và các
bộ kết cuối mạng cáp quang ONU/ONT (Optical Network Unit/ Optical Network Terminal).
 Đặc điểm của mạng PON

- Đặc trưng của hệ thống PON là thiết bị thụ động phân phối sợi quang đến từng nhà
thuê bao.
Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Phạm Huỳnh Phương, Lê Thị Ngọc Ánh
4
- Ghép kênh phân chia theo dải tần và cung cấp băng thông động để giảm thiểu số
lượng cáp quang cần thiết để kết nối OLT và splitter.
- PON hỗ trợ các dịch vụ data và video tốc độ cao.
- Khả năng cung cấp băng thông cao.
- Trong hệ thống PON băng thông được chia sẽ cho nhiều khách hàng điều này sẽ làm
giảm chi phí cho khách hàng sử dụng.
- PON thực hiện truyền dẫn hai chiều trên hai sợi quang hay hai chiều trên cùng một sợi
quang.
- PON có thể hỗ trợ topo hình sao, cây, bus, và ring.
1.2.Các thành phần cơ bản của mạng PON
1.2.1.Mô hình hệ thống

Hình 1.2: Mô hình hệ thống mạng PON
Một hệ thống mạng PON bao gồm các thiết bị kết cuối đường quang OLT (Optical
Line Terminator) đặt tại trung tâm CO (Central Office) và các thiết bị kết cuối kênh quang
ONU (Optical Network Unit) đặt ở phía người sử dụng. Giữa chúng là hệ thống phân phối
quang bao gồm cáp quang, thiết bị tách /ghép thụ động.
OLT được kết nối đến mạng lõi/metro thông qua giao tiếp (hình 1.3):
Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Phạm Huỳnh Phương, Lê Thị Ngọc Ánh
5

Hình 1.3 Giao diện kết nối OLT đến mạng lõi và giao diện kết nối ONU đến khách hàng

 V5: giao tiếp này nối đến mạng PSTN/ISDN.
 E1: giao tiếp với mạng DDN.
 FE/GE và ATM: giao tiếp với mạng IP/ATM.
Giao diện kết nối đến các thiết bị của khách hàng gồm có các loại sau (hình 1.2):
 POTS (Plain Old Telephone Service): là hệ thống điện thoại tương tự chỉ gửi một tín
hiệu tương tự trên mỗi cặp dây, mỗi tín hiệu riêng biệt này được coi là một kênh. Sử
dụng POTS và modem để gửi tín hiệu tương tự cung cấp một kênh 64kbit/s.
Modem và đường dây điện thoại truyền thống khá phù hợp cho mục đích sử dụng
Internet để gửi thư điện tử. Tuy nhiên, nếu chúng ta cần gửi và nhận một khối lượng
dữ liệu lớn thì sẽ mất khá nhiều thời gian.
 Dịch vụ POTS có những đặc điểm sau đây:
o Các đường dây hiện thời chỉ sử dụng hai cặp dây xoắn.
o Tín hiệu trên cáp nối chặng cuối là tín hiệu tương tự.
o Cần modem để chuyển tín hiệu số thành tín hiệu tương tự.
 xDSL: cung cấp kết nối xDSL băng thông cao khả năng tối đa lên 50Mbps, với
yêu cầu khoảng cách cáp đồng khoảng 500m và tối đa đến 1000m.
 FE (Fast Ethernet): cung cấp các dịch vụ tốc độ lên tới 100Mbps cho khách hàng.
1.2.2. Kiến trúc bộ thu-phát trong mạng
Bộ thu phát trong mạng PON được chia thành các loại khác nhau theo bước sóng ,tốc
độ dữ liệu, giao tiếp quang điện…
Bộ thu phát trong mạng quang là thiết bị nhận truyền song công sử dụng bước sóng
khác nhau cho việc thu phát tín hiệu quang giữa OLT tại nhà cung cấp và ONU ở phía thuê
bao sử dụng. Để nhanh chống phát triển FTTH, giá thành của các bộ thu phát cần phải giảm
xuống một cách hợp lí; cụ thể là trong mạng FTTH thì giá thành sản phẩm của mạng quyết
Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Phạm Huỳnh Phương, Lê Thị Ngọc Ánh
6
định chủ yếu bởi giá thành các thiết bị ONU còn thiết bị OLT tuy có giá cao nhưng nó được
chia sẽ bởi nhiều người dùng trong mạng.Vậy nên, giá thành bộ thu phát ở ONU chiếm vai trò

quan trọng hạ giá thành sử dụng mạng.
Hiện nay , công nghệ PON có nhiều thách thức về mặt kỹ thuật cho việc thiết kế cho
bộ thu phát bởi các nguyên nhân sau:
1. OLT có công suất phát ra lớn và có độ nhạy cao để bù lại độ suy hao của bộ chia
và đường truyền cáp quang kết nối từ nhà cung cấp đến người sử dụng.
2. Kỹ thuật truyền tín hiệu quang chế độ burst-mode dùng cho dòng dữ liệu lên.
3. Hạ giá thành đóng gói các thiết bị quang.
4. Tích hợp các chức năng số và tương tự trên IC.
 Sơ đồ khối của ONU/OLT
Hình minh họa dưới đây là sơ đồ khối của bộ thu-phát sử dụng trong mạng PON trong
kiến trúc lớp vật lí trên một chip cho cả hai chế độ truyền nhận liên tục. Đây là những khối cơ
bản nhất trong bộ thu-phát của mạng PON.
Trong sơ đồ khối bên trong ONU gồm bộ thu dòng dữ liệu truyền xuống (Rx) và bộ phát
dòng dữ liệu tuyến lên (Tx) còn phía OLT thì ngược lại Tx của dòng dữ liệu tuyến xuống và
Rx là dòng dữ liệu tuyến lên. Bộ phát dòng dữ liệu tuyến lên gồm laser burst-mode và một
laser Fabry – Perot trong khối phát tín hiệu quang TOSA (Transmit Optical Sub-Assembly).
Bộ thu dữ liệu tuyến xuống gồm một diode PIN hoặc APD cùng bộ khuếch đại truyền trở
kháng TIA (Tranminpedance Amplifier) trong khối nhận tín hiệu quang ROSA (Receive
Optical Sub-Assembly),một bộ khuếch đại giới hạn nhằm mục đích khuếch đại tín hiệu điên
sau khối TIA tới giá trị đủ lớn để khôi phục dữ liệu CDR có thể khôi phục lại tín hiệu xung
clock và dữ liệu được phát đi. Trong cả hai trường hợp của ONU và OLT, bộ thu –phát cùng
được kết hợp trên một đường truyền cáp quang thông qua một bộ ghép WDM.
Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Phạm Huỳnh Phương, Lê Thị Ngọc Ánh
7


Hình 1.4. Sơ đồ khối kiến trúc thu-phát trong mạng PON

Có 3 loại chip chạy chế độ burst-mode chính được xem như là thiết bị chủ chốt trong
mạng PON để truyền tín hiệu quang tuyến lên theo chế độ burst-mode là : BM-LDD
(Burst-mode Laser Diode Driver) với khả năng điều khiển công suất nhanh và chính xác;
đầu thu PIN và APD/TIA có độ nhạy thu cao và dải thông rộng kết hợp với bộ tiền khuếch
đại bên phía đầu thu; BM-CDR (Burst-mode Clock and Data Recovery) với khả năng
nhanh chóng khôi phục lại dòng dữ liệu nhận được. Những chipset này trong mạng PON
là thành phần quan trọng quyết định hiệu suất và chất lượng hoạt động của hệ thống.
1.2.3. OLT
OLT cung cấp giao diện về phía mạng phối quang ODN (Optical Distribution
Network)và cung cấp ít nhất giao diện quang trên mạng ở phía truy nhập quang. OLT có thể
được đặt ở bên trong tổng đài hay một trạm từ xa.

Sơ đồ khối chức năng của OLT ở hình dưới đây.
Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Phạm Huỳnh Phương, Lê Thị Ngọc Ánh
8

Hình 1.5: Các khối chức năng của OLT.
Một OLT được chia làm 3 phần : phần lõi, phần dịch vụ, phần chung.
1.2.3.1. Phần lõi OLT
Phần lõi OLT bao gồm:
 Chức năng kết nối chéo được số hóa cung cấp các kết nối giữa phần mạng lõi/metro
với phần mạng phối quang ODN.
 Chức năng ghép kênh truyền dẫn cung cấp việc truyền và ghép các kênh trên mạng
phối quang ODN.
 Chức năng giao diện ODN cung cấp môi trường truyền kết nối OLT với một hoặc
nhiều ONU bằng việc sử dụng thiết bị thụ động. Nó điều khiển quá trình chuyển đổi
quang/điện và điện /quang. Để có thể thực hiện cơ chế chuyển mạch bảo vệ và làm dễ
dàng cho việc sử lí thiết bị thụ động splitter thi ở OLT sẽ có các chức năng giao diện

ODN giông như phần phối quang ODN.


1.2.3.2. Phần dịch vụ OLT
Phần dịch vụ OLT thì có chức năng port (cổng) dịch vụ. Các port dịch vụ sẽ truyền ít
nhất tốc độ ISDN và có thể cấu hình một số dịch vụ hay có thể hỗ trợ đồng thời hai hay nhiều
dịch vụ khác nhau ví dụ như dịch vụ truyền hình có độ phân giải cao HDTV (High Definition
TV), game online, truyền dữ liệu… Bất cứ khối TU (Tributary Unit) cũng dều cung cấp hai
hay nhiều port có tốc độ 2Mbps phụ thuộc vào cách cấu hình trên mỗi port. Khối TU có nhiều
port có thể cấu hình mỗi port một dịch vụ khác nhau.
Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Phạm Huỳnh Phương, Lê Thị Ngọc Ánh
9
1.2.3.3. Phần chung OLT
Phần chung OLT bao gồm chúc năng cung cấp nguồn cà chức năng hoạt động, quản lí
và bảo dưỡng OAM (Operation Administration and Mainternace). Chức năng chuyển đổi
nguồn ngoài thành nguồn mong muốn. Chức năng của OAM cung cấp các phương tiện để
diều khiển hoạt động, quản lí và bảo dưỡng cho tất cả khối OLT. Trong điều khiển nội bộ,
một giao diện có thể được cung cấp cho mục đích chạy thử và giao diện Q3 cho mạng truy
cập đến hệ thống đang hoạt động thông qua chức năng sắp xếp.
1.2.4. ONU

Hình 1.6. Các khối chức năng ONU
Một ONU có thể chia làm 3 phần: phần lõi, phần dịch vụ và phần chung.
1.2.4.1. Phần lõi ONU
Phần lõi ONU gồm:
 Chức năng ghép khách hàng và dịch vụ có nhiệm vụ nếu ở về phía khách hàng thì dữ
liệu sẽ được ghép trước khi truyền đến về phía ODN thì các dịch vụ sẽ tách ra phù hợp
cho từng user đã yêu cầu dịch vụ.

 Chức năng ghép kênh truyền dẫn cung cấp các chức năng phân phối tín hiệu giữa
ODN và khách hàng.
 Chức năng giao diện ODN cung cấp các chức năng chuyển đổi quang/điên hay
điện/quang.
1.2.4.2. Phần dịch vụ ONU
Phần dịch vụ cung cấp các chức năng port của user.
Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Phạm Huỳnh Phương, Lê Thị Ngọc Ánh
10
Chức năng port của user cung cấp cho các giao diện dịch vụ của khách hàng và bộ
thích nghi của chúng là 64 kbps hay n 64 kbps. Chức năng này có thể được cung cấp bởi
khách hàng hay một nhóm khách hàng.Nó cũng cung cấp các nhức năng chuyển đổi tín hiệu
tùy thuộc giao diện vật lý ( ví dụ như rung chuông, chuyển đổi A/D và D/A).
1.2.4.3. phần chung ONU
Phần chung ONU bao gồm các chức năng cấp nguồn và chức năng hoạt động,quản lí
và bảo dưỡng OAM. Chức năng cung cấp nguồn cho ONU (ví dụ : chuyển đổi AC thành DC).
Nguồn có thể cung cấp tại chỗ hay từ xa. Nhiều ONU có thể chia sẽ nguồn.ONU có thể hoạt
động bằng nguồn dự phòng.
Chức năng OAM cung cấp các phương tiện để điều khiển các chức năng hoạt động,
quản lí và bảo dưỡng cho tất cả các khối của ONU.
1.2.5. ODN
Mạng phối quang ODN cung cấp môi trường truyền dẫn quang cho các kết nối vật lí
từ ONU đến OLT.
ODN bao gồm các thành phần sau:
 Sợi quang và cáp quang.
 Các connector.
 Các thiết bị thụ động như splitter.
 Mối nối.
1.2.5.1. Sợi quang và cáp quang

Sợi quang là một thành phần quang trọng trong mạng nó tạo sự kết nối giữa các thiết
bị. Hai thông số cơ bản của sợi quang là suy hao và tán sắc tuy nhiên sợi quang trong ứng
dụng mạng PON thì chỉ cần quan tâm đến suy hao không quan tâm đến tán sắc bởi khoảng
cách truyền tối đa là 20 km và tán sắc ảnh hưởng không đáng kể. Do đó, người ta sử dụng sợi
quang ở đây là sợi quang có suy hao nhỏ chủ yếu là sử dụng sợi quang theo chuẩn G.652
(theo khuyến nghi G.982).
Các loại cáp quang sử dụng trong mạng PON:
 Cáp gốc (cáp phân bố từ OLT đến splitter): thường là loose-tube loại cáp này thì được
khuyến nghi ứng dụng ở hầu hết mạng PON.
 Cáp phối (cáp phân phối từ splitter đến dây drop): có thể sử dụng các loại cáp loose-
tube hoặc ribbon.
 Dây drop (kéo đến nhà thuê bao).
1.2.5.2. Splitter(Bộ chia)
Thành phần được nhắc chủ yếu trong mạng PON là splitter. Splitter là thiết bị thụ
động, công dụng của nó là để chia công suất quang từ một sợi ra nhiều sợi khác nhau.
Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Phạm Huỳnh Phương, Lê Thị Ngọc Ánh
11

Hình 1.7. Các loại splitter
a) Sử dụng Splitter có tỉ lệ bộ chia 1:32 hay 1:64
b) Sử dụng Splitter có tỉ lệ bộ chia 1:2 và hai Splitter có tỉ lệ 1:4.
Từ OLT đến ONU có thể sử dụng nhiều dạng splitter có tỉ bộ chia là 1:2; 1:4; 1:8;
1:16; 1:32; 1:64; 1:128. Hình 1.7 sử dụng một splitter có tỉ lệ lớn như 1:32 hay 1:64 hay có
thể sử dụng nhiều lớp với lớp thứ nhất sử dụng splitter 1:2 và lớp thưa hai sử dụng hai splitter
1:4.
Hầu hết hệ thống PON có bộ chia splitter là 1:16 và 1:32. Tỉ lệ chia trực tiếp ảnh
hưởng quỹ suy hao của hệ thông và suy hao truyền dẫn. Tỉ lệ của splitter càng cao cũng có
nghĩa là công suất truyền đến ONU sẽ giảm xuống do suy hao bộ chia splitter 1:N tính theo

công thức 10 logN (dB) nên nếu tỉ lệ bộ chia mà tăng lên gấp đôi thì suy hao sẽ tăng lên gấp
3 dB.
Dựa vào các bộ chia như là 1:2; 1:4; 1:8; 1:16; 1:32; 1:64; 1:128 ta có suy hao tương
ứng liệt kê ở bảng dưới.
Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Phạm Huỳnh Phương, Lê Thị Ngọc Ánh
12

Hình 1.8. Bảng liệt kê suy hao các bộ chia splitter tương ứng
1.2.6. Các chuẩn mạng quang PON

 ITU-T G.983
- APON (ATM Passive Optical Network): Đây là chuẩn mạng PON đầu tiên. Nó
chủ yếu được sử dụng cho các ứng dụng kinh doanh và dựa trên ATM.
- BPON (Broadband PON): là một chuẩn dựa trên APON. Nó hỗ trợ thêm công
nghệ WDM, băng thông giành cho đường uplink là động và cao hơn. Nó cũng
cung cấp một giao diện quản lý chuẩn OMCI giữa OLT và ONU/ONT cho phép
nhiều nhà cung cấp dịch vụ cùng hoạt động.
 ITU-T G.984
- GPON (Gigabit PON): là sự nâng cấp của chuẩn BPON. Nó hỗ trợ tốc độ cao
hơn, bảo mật được tăng cường và sự đa dạng trong việc lựa chọn giao thức lớp
2: ATM, GEM, Ethernet.
 IEEE 802.3ah
- EPON (Ethernet PON) là một chuẩn của IEEE/EFM cho việc sử
dụng Ethernet trong việc truyền dữ liệu.
1.3.Tổng kết cuối chương:
Trong chương này ta giới thiệu tổng quan về mạng PON, đặc điểm của mạng PON.
Những thành phần cơ bản của mạng PON như các khối chức năng của OLT, ONU, mô hình
hệ thống mạng PON và mạng phối quang ODN. Trong ODN gồm những thiết bị như : Sợi

quang và cáp quang, các connector, các thiết bị thụ động như Splitter, mối nối. Đồng thời
cũng giới thiệu một số chuẩn mạng quang trong PON.

Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Phạm Huỳnh Phương, Lê Thị Ngọc Ánh
13
CHƯƠNG 2: MẠNG FTTH
2.1. Tổng quan
FTTH(Fiber To The Home) 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 của
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 tỷ 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(Optical
Network Unit) cần được đặt tại kết cuối của mạng. Do giá thành lắp đặt của một ONU khá
cao nên nhà phân phối thường sử dụng ONU cho nhiều người sử dụng để giảm chi phí lắp đặt
mạng
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(Fiber To The Curb) 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
nguồn 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 sợi 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
Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Phạm Huỳnh Phương, Lê Thị Ngọc Ánh
14
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 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(Virtual Private
Network), Truyền dữ liệu, Game Online, IPTV(Internet Protocol Televison), VoD(voice on
Demand), 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






Hình 2.1. FTTH

Hình 2.1.những ưu việt của FTTH
2.2. Cấu trúc và các thiết bị của kênh truyền FTTH
Cấu trúc mạng PON (Pass optical network) cơ bản gồm các thành phần là OLT, splitter
quang,ONU/ONT. OLT chính là thiết bị đầu cuối phía nhà sản xuất, có nhiệm vụ kết nối tất
cả các loại dịch vụ lại và truyền tín hiệu thông qua sợi cáp quang. Tín hiệu từ OLT sẽ
đến các splitter quang. Splitter quang được sử dụng để phân chia băng thông từ một
sợi duy nhất đến 64 người sử dụng (có thể là 32 hoặc 16, điều đó phụ thuộc vào hệ số chia của
splitter) trên một khoảng cách tối đa là 20 km. Để thu được tín hiệu từ OLT, tại phía người sử
dụng cần có các ONU/ONT. Các thiết bị này có nhiệm vụ là biến đổi tín hiệu điện thành tín
hiệu quang. Sự khác biệt rõ nhất giữa ONU và ONT là ONU không cần cấp nguồn còn ONT
cần phải cấp nguồn và chỉ có ONU mới có khả năng hỗ trợ dịch vụ IPTV.
Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Phạm Huỳnh Phương, Lê Thị Ngọc Ánh
15

Hình 2.2. Mô hình cấu trúc và các thành phần thiết bị chính của một mạng PON
2.2.1Các thành phần thiết bị
+ OLT (Optical Line Terminal): Đây là thiết bị kết cuối kênh quang đặt tại Center
Office. Nó là thành phần quan trọng nhất trong hệ thống FTTH, cung cấp các giao diện
truy nhập PON cho thiết bị ONU phía người sử dụng và các giao diệnkhác cho tín hiệu phía
uplink.
+ ONU (Optical Network Unit): ONU là thiết bị lắp đặt tại phía khách hàng. Nó là điểm
cuối của mạng quang FTTH. ONU có nhiệm vụ chuyển tín hiệu quang từ giao diện PON
thành các chuẩn tín hiệu cho các thiết bị mạng, tín hiệu truyền hình, tín hiệu thoại được sử
dụng tại thuê bao.
+ ONT (Optical Network Terminal): Đây là thiết bị đầu cuối phía người sử dụng, là
điểm cuối cùng của ODN.
+ OND (Optical Network Distribution): Hệ thống phân phối cáp quang tính từ sau OLT đến
ONU/ONT. Cụ thể, hệ thống phân phối quang OND lại bao gồm các thành phần sau đây:

măng xông quang, dây nhảy quang, hộp phối quang ODF, splitter (bộ chia/ghép quang).
Bộ chia/ghép quang chính là bộ chia công suất quang (Optical Power Splitter): dùng để chia
một tín hiệu quang ở đầu vào thành nhiều tín hiệu ở đầu ra. Các hệ số chia thông thường là
1:4, 1:8… Đây là bộ chia thụ động tức là không phải cấp nguồn. Suy hao trong bộ chia phụ
thuộc vào hệ số chia. Hệ số chia càng lớn thì suy hao càng lớn. Với hệ số chia là 1:2 thì suy
Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Phạm Huỳnh Phương, Lê Thị Ngọc Ánh
16
hao khoảng 3 dB, với hệ số chia là 1:32 thì suy hao tối thiểu là 15dB. Suy hao này chính là
suy hao xen tạo ra bởi sự chưa hoàn hảo trong quá trình xử lý.

Hình 2.3 Nguyên lý chung của bộ chia công suất quang
Giả sử tại đầu vào có 3 bước sóng λ1 ở hướng lên, λ2, λ3 ở hướng xuống, với bộ chia công
suất có hệ số chia là 1:2 thì đầu ra có 2 cửa ra, một cửa có bước sóng vào là λ2và bước sóng
ra là λ1, một cửa khác lại có bước sóng vào là λ3và bước sóng ra là λ1.
+ Sợi quang
Cấu tạo sợi quang
Ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần, sợi quang được chế tạo cơ bản gồm có hai lớp:
- Lớp trong cùng có dạng hình trụ tròn, có đường kính d = 2a, làm bằng thủy tinh có chiết
suất n1, được gọi là lõi (core) sợi.
- Lớp thứ hai cũng có dạng hình trụ bao quanh lõi nên được gọi là lớp bọc
(cladding), có đường kính D = 2b, làm bằng thủy tinh hoặc plastic, có chiết suất n2 < n1.

Hình 2.4: Mô tả sợi quang
Phân loại sợi quang
Phân loại theo chiết suất:
Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Phạm Huỳnh Phương, Lê Thị Ngọc Ánh

17
- Sợi quang chiết suất bậc SI (Step-Index)
- Sợi quang chiết suất biến đổi GI (Graded-Index)
Phân loại theo mode:
- Sợi đơn mode (Single-Mode)
- Sợi đa mode (Multi-Mode)
2.2.2 Cấu trúc mạng
2.2.2.1. Topo hình cây
Thông thường trong các mạng đều được xây dựng theo topo hình cây trong đó chỉ sử dụng 1
đường cáp quang nối trực tiếp từ OLT tới bộ chia. Từ bộ chia, sẽ có một đường cáp quang kết
nối từ mỗi ONU tới mạng. Về nguyên tắc, các mạng đều sử dụng topo hình cây với kiến trúc
bộ chia ghép tầng và trong thực tế, trong một số mạng chỉ có 1 bộ chia thường được gọi là
topo hình sao.
Ưu điểm đầu tiên của kiến trúc mạng này là bộ chia được tập trung tại một điểm nên dễ
dàng xác định được những sự cố của mạng. Ưu điểm thứ hai chính là tất cả các ONU trong
cùng mạng sẽ có chung dự trữ công suất hay nói cách khác là chất lượng tín hiệu tại các ONU
sẽ gần tương tự như nhau. Kiến trúc này cho phép các ONU được sử dụng chung OLT về cả
khả năng xử lý và truyền tải một cách công bằng đồng thời giúp nhà sản xuất hạ giá thành các
thiết bị mạng. Hơn nữa, kết nối điểm – đa điểm của mạng PON cũng giảm trạng thái tắc
nghẽn ở phía OLT so với kết nối điểm - điểm thông thường. Tuy nhiên, số lượng ONU trong
mạng theo topo này cũng bị giới hạn bởi suy hao của các bộ ghép hình sao và nhu cầu băng
thông của người sử dụng. Bởi vì dung lượng của người sử dụng phải phù hợp với khả năng
cung cấp của đường truyền sau bộ chia nên đó cũng là một lý do hạn chế số lượng người sử
dụng.
Topo hình sao với 1 bộ chia là kiểu topo thường gặp trong thực tế bởi khả năng có thể
chuyển đổi dễ dàng và hiệu quả từ công nghệ băng hẹp (2Mbps cho mỗi khách hàng) lên tới
mạng quang băng rộng (1Gbps cho mỗi khách hàng). Khi số khách hàng yêu cầu dịch vụ tăng
lên, mạng PON với topo hình sao sẽ được chia nhanh chóng thành các mạng nhỏ hơn bằng
cách thêm bộ chia và OLT trong mạng. Vì vậy, topo dạng này rất dễ dàng triển khai mở rộng
mạng cho nhà cung cấp. Thông thường, PON hình sao thường sử dụng các bộ ghép/chia

quang thụ động hình sao mở rộng ( passive optical broadcast star coupler) do khả năng cung
Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Phạm Huỳnh Phương, Lê Thị Ngọc Ánh
18
cấp số lượng cổng vào hoặc ra một cách linh hoạt của bộ chia này. Nhà cung cấp có thể dễ
dàng phân phối một số lượng cổng phát hữu hạn cho số cổng ra thay đổi (và ngược lại) hoặc
có thể phân phối một số lượng cổng phát và thu thay đổi nếu sử dụng thêm kỹ thuật WDM
(cách này thường có giá thành cao trong thực tế) với bộ chia này.
Nhược điểm của topo hình cây là chỉ có thể sử dụng cho kỹ thuật đa truy nhập TDMA trong
đó các khe thời gian truyền nhận giữa OLT và các ONU được chỉ định cho mỗi đường kết nối
riêng biệt từ mỗi ONU tới mạng để tránh xảy ra xung đột dữ liệu giữa các ONU khi phát lên
OLT thông qua bộ chia. Thông thường, trong mạng kiểu này việc chỉ định khe thời gian sẽ
được cấp phát động cho mỗi ONU khi liên kết vào mạng. Một điểm yếu khác của topo hình
sao là độ tin cậy của mạng không cao, mỗi khi tổng đài phía nhà cung cấp CO gặp sự cố sẽ
gây sự cố cho toàn mạng. Ngoài ra cần phải kể đến những sự cố khác trong mạng như lỗi tại
bộ khuếch đại, tại bộ truyền nhận, … tại node trong mạng cũng ảnh hưởng tới chất lượng của
toàn mạng. Một lý do dễ dàng nhận thấy nữa là do hạn chế tại các kết nối sau bộ chia làm cho
khách hàng luôn luôn bị hạn chế tốc độ bởi 1 giá trị hằng định dẫn đến làm giảm tính tận dụng
của mạng trong việc phân phối băng thông cho người dùng.





Hình 2.5:Topo hình cây
2.2.2.2. Topo dạng bus
Cấu trúc dạng bus cũng sử dụng 1 cáp quang từ OLT tới khách hàng nên cũng gặp phải
những vấn đề tương tự như topo hình cây ở trên. Mỗi người sử dụng được kết nối vào mạng
thông qua một bộ ghép dây nhánh (tap coupler) và bộ ghép này sẽ đưa một phần công suất tín

hiệu phát từ OLT đi tới người sử dụng. Ưu điểm của phương pháp này là khả năng tối thiểu
hóa số cáp quang cần được sử dụng (nếu ONU được kết nối trực tiếp tới bộ ghép) và mở rộng
mạng một cách linh hoạt, dễ dàng (khi có thêm ONU mới tham gia vào mạng thì chỉ cần dùng
thêm bộ ghép để kết nối trực tiếp vào mạng). Tuy nhiên, topo này cũng có nhược điểm là : tín
hiệu quang suy hao dần qua mỗi bộ ghép nên ONU ở xa OLT có thể không thu được tín hiệu
Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Phạm Huỳnh Phương, Lê Thị Ngọc Ánh
19
do chất lượng tín hiệu quá tồi sau khi đi qua một số lượng nhất định bộ ghép nhánh.
Đồng thời, với topo này sẽ yêu cầu một đường cáp quang có độ dài rất lớn khi mở rộng trong
mạng 2 chiều.

Hinh 2.6. Topo dạng bus
2.2.2.3.Topo dạng vòng
Topo dạng vòng được sử dụng chính trong các mạng thành phố lớn bởi khả năng mềm dẻo
trong việc tối ưu hóa các đường truyền. Trong topo dạng vòng, tồn tại 2 đường kết nối từ
OLT tới mỗi ONU nên nó có khả năng rất linh hoạt trong việc thiết lập và bảo trì mạng cáp
quang kể cả trong trường hợp cáp quang bị đứt. Tuy nhiên, nó cũng yêu cầu sử dụng 2 sợi
quang tại OLT và những thiết bị phức tạp khác có khả năng chuyển mạch và truyền nhận tín
hiệu theo 2 hướng trong vòng tại mỗi ONU. Do đó, topo dạng vòng cũng có những nhược
điểm tương tự như topo dạng bus về dự trữ công suất trên đường truyền. Khi tín hiệu quang
được truyền qua mỗi ONU, tín hiệu bị suy hao đáng kể; điều này đã gây ra giới hạn cho khả
năng truyền nhận và số lượng ONU trong topo dạng vòng. Dung lượng của mạng được chia
sẻ một cách mềm dẻo cho các ONU trong mạng nên việc sử dụng 2 cáp quang trong mạng
vòng cũng không cải thiện được dung lượng của mạng và tất nhiên, số lượng ONU trong
mạng topo dạng vòng cũng không hề lớn hơn trong mạng có topo dạng bus và hình cây.

Hinh 2.6. Topo dạng vòng
Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Phạm Huỳnh Phương, Lê Thị Ngọc Ánh
20
2.2.2.4. Topo hình cây kết hợp topo dạng vòng hoặc đường tải phụ
Topo dạng này được sử dụng như 1 loại topo chuẩn cho mạng hình cây nhưng trong đó sử
dụng 2 cáp quang cho OLT nhằm mục đích tăng sự mềm dẻo trong việc khai thác mạng.
Trong trường hợp 1 cáp quang bị đứt thì cáp còn lại vẫn có khả năng hoạt động trong mạng.
Tuy nhiên, trong quá trình thiết lập mạng này, 2 đường cáp quang được sử dụng cho 2 đường
tải khác nhau nhằm mục đích tránh khả năng xảy ra 2 đường cáp quang bị đứt tại cùng một
thời điểm. Các bộ ghép quang hình sao cũng được sử dụng trong mạng để cung cấp khả năng
chuyển mạch một cách chủ động trong việc lựa chọn đường tải tới OLT cho mỗi ONU tham
gia vào mạng hoặc khả năng cung cấp dòng dữ liệu tăng lên gấp đôi khi sử dụng chuyển mạch
tại mỗi ONU. Như vậy, dung lượng cực đại trên mỗi đường tải trong mạng quang sẽ được
giảm một nửa và do đó, không còn giới hạn số ONU được sử dụng trong mạng mà vẫn đảm
bảo tốc độ truyền nhận ở mỗi cổng tại mỗi ONU tham gia vào mạng.

Hình 2.7. Topo hình cây với đường tải phụ
Trong thực tế, việc kết hợp cả 3 topo cơ bản cho phép nhà cung cấp có thể cung cấp một
mạng có khả năng tập trung với mật độ cao nhưng vẫn đảm bảo chất lượng dịch vụ trong các
mạng 2 chiều. Sự kết hợp giữa topo dạng vòng cổ điển và topo hình cây mang lại khả năng
phân phối mềm dẻo và tối ưu trong việc thiết kế mạng quang trên từng đoạn như trong hình
vẽ 1.15. Một phương pháp tiếp cận khác là sự kết hợp của 2 topo dạng vòng trên mỗi đoạn
mạng cung cấp khả năng linh hoạt trong việc phân phối mạng (hình 1.16). Tuy nhiên, phương
pháp này sử dụng những giao thức quản trị mạng phức tạp và nhiều cáp quang trong quá trình
thiết lập mạng. Hiện nay, có rất nhiều nghiên cứu trong việc thiết lập và xây dựng mạng này.
Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Phạm Huỳnh Phương, Lê Thị Ngọc Ánh
21

Hinh 2.7. Topo hình cây kết hợp topo dạng vòng

Hình 2.8. Topo dạng vòng kết hợp
2.3 Các tham số đánh giá mạng FTTH
2.3.1.Tốc độ bit
GPON hướng tới tốc độ truyền dẫn lớn hơn hoặc bằng 1.2 Gbit/s. GPON định nghĩa 7
dạng tốc độ bit như sau: Đường lên/ xuống: 155 Mbit/s/1.2 Gbit/s; 622 Mbit/s/1.2 Gbit/s;
1.2 Gbit/s/1.2 Gbit/s; 155 Mbit/s/2.4 Gbit/s; 622 Mbit/s/2.4 Gbit/s; 1.2 Gbit/s/2.4 Gbit/s; 2.4
Gbit/s/2.4 Gbit/s.
Khoảng cách
Khoảng cách logic: là khoảng cách lớn nhất giữa ONU/ONT và OLT ngoại trừ
khoảng vật lý. Trong mạng GPON, khoảng cách logic lớn nhất là 60 km.
Khoảng cách vật lý: là khoảng cách vật lý lớn nhất giữa ONU/ONT và OLT. Trong
mạng GPON, có hai tùy chọn cho khoảng cách vật lý và 10 km và 20 km. Đối với vận
tốc truyền lớn nhất là 1.25 Gbit/s thì khoảng cách vật lý là 10 km.
Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Phạm Huỳnh Phương, Lê Thị Ngọc Ánh
22
2.3.2. Tỉ lệ chia
Đối với nhà khai thác mạng thì tỉ lệ chia càng lớn càng tốt. Tuy nhiên tỉ lệ chia lớn thì đòi
hỏi công suất quang phát cao hơn để hỗ trợ khoảng cách vật lý lớn hơn. Tỉ lệ chia 1:64 là tỉ
lệ lý tưởng cho lớp vật lý với công nghệ hiện nay. Tuy nhiên trong các bước phát triển tiếp
theo thì tỉ lệ 1:128 có thể được sử dụng.
2.3.3. Bước sóng hoạt động
Đường xuống: Dải bước sóng hoạt động cho đường xuống trong hệ thống sử dụng một
sợi quang là 1480-1500 nm. Dải bước sóng hoạt động cho đường xuống trong hệ thống
sử dụng hai sợi quang là 1260-1360 nm.
Đường lên: Dải bước sóng hoạt động cho đường lên là 1260-1360 nm.
Hinh 2.9. Bước song hoạt động của mạng FTTH.

2.3.4. Tỉ lệ lỗi bit BER
Định nghĩa: Là tỉ lệ bit bị lỗi trên tổng số bit truyền đi. Trong đó, xác suất lỗi bit là một trong
những cách hiệu quả để đánh giá tín hiệu một cách định lượng.
Khi máy thu nhận được tín hiệu quang, nó sẽ chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện thông
qua một photodiode. Sau đó, tín hiệu điện lại được khuếch đại tín hiệu nhờ một bộ khuếch
đại. Tín hiệu này sau đó được lấy mẫu để tương ứng với mỗi bit, ta có một mức điện thế xác
định. Với một ngưỡng cho trước, mức tín hiệu nào lớn hơn ngưỡng thì là bit “1”, ngược lại là
bit “0”. Nếu nhiễu quá lớn, các mức điện thế có thể vượt qua ngưỡng để được đọc thành bit
“1” và ngược lại tạo ra lỗi
Nhờ kĩ thuật mã hóa sửa sai FEC, ta có thể hạ thấp tỉ lệ lỗi bit từ 10
-4
xuống còn 10
-12
. Tuy
nhiên, thông thường tỉ lệ lỗi bit trong tín hiệu quang thường là 10
-9
.Cách tính BER với nhiễu
biên độ tuân theo hàm phân bố Gaussian.
Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Phạm Huỳnh Phương, Lê Thị Ngọc Ánh
23

Hình 2.10: Mối liên quan tín hiệu nhận được và hàm phân bố xác suất
Hình 2.10 (a) chỉ ra dạng tín hiệu nhận được. Giá trị dòng điện I dao động từ I0 tới I1 và ID
là dòng ngưỡng. Nếu I > ID thì đó là bit “1” còn ngược lại đó là bit “0”. BER có thể được
tính theo xác xuất lỗi bit:
BER = P(1)P(0/1) + P(0)P(1/0) (1)
Trong đó:
◘ P(1) và P(0) là xác suất nhận được bit 1 và 0.

◘ P(0/1) là xác suẩt lựa chọn bit 0 khi bit 1 được nhận
◘ P(1/0) là xác suất lựa chọn bit 1 khi bit 0 được nhận
◘ Do có thể xảy ra trường hợp: P(1) = P(0) = 1/2. Khi đó:

BER = [P(0/1) + P(1/0)] (2)

Hình 2.10(b) chỉ ra xác suất P(0/1) và P(1/0) phụ thuộc vào hàm mật độ xác xuất P(I). Dạng
hàm P(I) phụ thuộc vào thống kê nguồn nhiễu. Với nhiễu biên độ tuân theo hàm phân bố
Gaussian, ta có:
Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Phạm Huỳnh Phương, Lê Thị Ngọc Ánh
24


Mỗi một hàm Gaussian có một giá trị σ khác nhau.
Trong đó erfc là hàm bù lỗi được định nghĩa như sau:


Thay vào công thức (1)trên ta có:






Phương trình này chỉ ra rằng BER phụ thuộc vào dòng ngưỡng ID. Trên thực tế ID được đánh
giá dựa trên giá trị BER nhỏ nhất. Trường hợp nhỏ nhất khi ID được chọn theo công thức:
Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Phạm Huỳnh Phương, Lê Thị Ngọc Ánh
25

Khi đó, BER min. Khi đó P(1/0) = P(0/1). Điều này có thể nhìn thấy rõ trong hình (b). Thay
các giá trị tìm được vào công thức tính BER ta có:

Phương trình trên chỉ ra mối quan hệ giữa BER và hệ số Q: Q giảm thì BER tăng và ngược
lại. Ta có thể thấy rõ điều đó thông qua đồ thị sau đây:
(3)