Nghiên cứu và đề xuất các giải pháp tổ chức mạng truy nhập quang

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ
H o àn g A nh T u ấ n
NGHIÊN CỨU VÀ ĐỂ XUÂT CÁC GIẢI PHÁP
TỔ CHỨC MẠNG TRUY NHẬP QUANG
LUẬN VẢN THẠC sĩ
I Đ A : ria : c u ò ổ c â i-Ã •!•<X H Ố I
T n ;. \ i r ' r y v' ỶLKi N /ỉtil
i HUrty irlỉ-í I ìiiiHu ỉ !»<. í ”Vi VIr*rĩ
VkdMMBOPí
No v_ LO
H à N ộ i - N ă m 2003
1
Danh m ục các kv hiệu, các chữ viết tắt 3
Danh mục các bảng 5
Danh m ục các hình vẽ 5
Lòi nói đ ầu 7
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỂ MẠNG TRUY NHẬP QUANG 9
1.1 T ổng quan về m ạng truy nhập 9
1.1.1 Vai trò của mạng truy nhập trong mạng viễn thông 9
1.1.2 Vị trí và cấu trúc mạng truy nhập. 10
1.2 M ạng truy nhập quang (OAN) 13
1.2.1 Khái niệm 13
1.2.2 Các loại cấu hình mạng truy nhập quang 14
1.2.2.1 Cấu hình m ạng sao đơn 14
1.2.2.2 Cấu hình mạng sao kép tích cực 14
1.2.2.3 Cấu hình mạng sao kép thụ động 15
1.2.2.4 Cấu hình mạng Ring 16
1.2.2.5 Cấu hình hỗn hợp 18
1.2.3 Các kỹ thuật ghép kênh và đa truy nhập 1S
1.2.3.1 Kỹ thuật ghép kênh cận đồng bộ (PDH) 19

1.2.3.2 Kỹ thuật ghép kênh đồng bộ (SDH) 19
1.2.3.3 Kỹ thuật ghép kênh điều chế sóng mang phụ (SCM) 21
1.2.3.4 Kỹ thuật ghép kênh và đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDM/TD M A) 22
1.2.3.5 Kỹ thuật ghép kênh và đa truy nhập phân chia theo bước sóng
(W D M /W D M A ) 24
1.2.3.6 Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã (CDM A) 26
1.2.3.7 Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số quang (OFD M A ) 28
1.3 G iao diện v5.x 29
1.3.1 Khái quát 29
1.3.2 Các kết nối V5.X và
cấu trúc các khe thời gian 30
1.3.3 Các khe thời gian mang và dung lượng V5.X 35
1.3.4 So sánh giao diện V5.1 và V5.2 37
CHƯƠNG 2 - CÁC THUỘC TÍNH c ơ BẢN CÚA DỊCH vụ VÀ KHẢ NĂNG CUNG CẤP
DỊCH VỤ CỦA MẠNG TRUY NHẬP QUANG 38
MỤC LỤC
2.1 Các thuộc tính cơ bán của dịch vụ viễn thông 38
2
2.1.1 Khái niệm về dịch vụ viễn thông 38
2.1.2 Những thuộc tính cơ bản của các dịch vụ viễn thông 38
2.2 Xu hướng và khá năng cung cấp dịch vụ của mạng truy nhập 39
CHƯƠNG 3 - LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ MẠNG TRUY NHẬP QUANG 45
3.1 Lựa chọn còng nghệ mạng truy nhập quang cung cấp các dịch vụ băng hẹp 45
3.1.1 Nhu cầu dịch vụ băng hẹp 45
3.1.2 Khả nãng hỗ trợ của mạng viễn thông Việt Nam cho thiết bị truy nhập. 45
3.1.3 Lựa chọn công nghệ cho mạng truy nhập quang băng hẹp 46
3.1.3.1 Các thành phần của hệ thống 46
3.1.3.2 Hệ thống truyền dẫn 47
3.1.3.3 Cấu hình mạng 48
3.2 Lựa chọn công nghệ m ạng truy nhập quang cung cấp các dịch vụ băng rộng 49

3.2.1 Nhu cầu dịch vụ băng rộng 49
3.2.2 Xu hướng của mạng truy nhập quang 50
3.2.3 Khái niệm về mạng quang thụ động 50
3.2.4 Khả năng cung cấp dịch vụ của mạng PON 50
3.2.5 Thiết kế kỹ thuật cho mạng PON 52
3.2.6 Công nghệ chuyển giao tín hiệu cho mạng PON 54
3.2.7 Các thành phần mạng ATM PON 57
CHƯƠNG 4 -TỐI u u MẠNG TRUY NHẬP QUANG 64
4.1 Khái niệm 64
4.2 Tối ưu vị trí điểm phân phối 64
4.3 Đ ịnh tuyến lắp đặt cáp trong mạng Ring với chi phí tôi ưu 70
4.3.1 Xác định các vấn đề định tuyến 70
4.3.2 Cách xác định các tuyến Ring 71
4.3.3 Ví dụ cách xác định các tuyến Ring cho 7 nút. 71
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO: 74
PHỤ LỤC 77
Chương trình định tuyến lắp đặt cáp trong mạng Ring với chi phí tối thiểu 77
3
DANH M ỤC C Á C K Ý H IỆU, C Á C CHỮ V IẾT T Ắ T
AAL Lớp tương thích ATM
ADM
Bộ xen rẽ kênh
ADSL
Đường dây thuê bao số không đối xứng
AN Mạng truy nhập
ANST
Viện tiêu chuẩn quốc gia Mỹ
ATM Phương thức truyền tải không đồng bộ
ATM- SDƯ Khối dữ liệu dịch vụ ATM

B-ISDN
Mạng số dịch vụ tích hợp băng rộng
BRA Truy nhập tốc độ cơ bản
c/s
Bộ tách ghép thụ động
CAS
Báo hiệu kênh kết hợp
CATV Truyền hình cáp
CBR Tốc độ bít cố định
CDMA Đa truy nhập phân chia theo mã
CEQ Thiết bị khách hàng
DMƯX Bộ tách kênh
ETSI
Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu
FTTA Cáp quang tới khu chung cư
FTTB
Cáp quang tới doanh nghiệp
FTTC Cáp quang tới cụm dân cư
FTTH
Cáp quang tới nhà
HDSL Đường dây thuê bao số tốc độ cao
HDTV
Truyền hình độ nét cao
HFC Mạng lai cáp quang cáp đồng trục
IP p o N
Giao diện mạng quang thụ động
ISDN Mạng số dịch vụ tích hợp
LAIP
Giao thức tương tác mạng truy nhập tổng đài nội hạt
LAN

Mạng nội bộ
LE
Tổng đài nội hạt
MAC
Giao thức điều khiển truy nhập phương tiện
M ưx Bộ ghép kênh
N-ISDN Mạng số dịch vụ tích hợp băng hẹp
NNI
Giao diện nút mạng
NT Đầu cuối mạng
O/E Chuyển đổi quang điện
OAM
Vận hành, quản lý và bảo dưỡng
4
OAN
Mạng truy nhập quang
ODN
Mạng phân phối quang
OLT
Đầu cuối đường quang
ONƯ
Khối mạng quang
PDH
Phân cấp số cận đồng bộ
PON
Mạng quang thụ động
POTS Dịch vụ điện thoại truyền thống
PRA
Truy nhập tốc độ sơ cấp
PSTN

Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng
QoS
Chất lượng dịch vụ
SAPI
Nhận dạng điểm truy nhập dịch vụ
SCM
Ghép kênh điều chế sóng mạng phụ
SDH Phân cấp số đồng bộ
SNI
Giao diện nút dịch vụ
SNR
Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu
STM
Phương thức truyền tải đồng bộ
TDM
Ghép kênh phân chia theo thời gian
TDMA Đa truy nhập phân chia theo thời gian
TE
Thiết bị đầu cuối
TMN Mạng quản lý viễn thông
UNI
Giao tiếp người sử dụng-mạng
v c Kênh ảo
v c c
Kết nối kênh ảo
VCI
Nhận dạng kênh ảo
VDSL
Đường dây thuê bao số tốc độ rất cao
VoD

Video theo yêu cầu
VP Đường dẫn ảo
VPI Nhận dạng đường ảo
WDM
Ghép kênh phân chia bước sóng
WDMA
Đa truy nhập phân chia theo bước sóng
xDSL
Họ đường dây thuê bao số
5
Báng 1.1: Các trường hợp cấp phát có thể có của V5.1 với hai khe thời gian
Báng 1.2: Các trường hợp cấp phát có thể của V5.1 với ba khe thời gian
Báng 1.3: Các khe thời gian truyền thông V5.2
Bảng 2.1: Các thuộc tính cơ bản của các dịch vụ viễn thông
Báng 2.2: Sự phụ thuộc của tốc độ truyền vào khoảng cách trên đôi dây đổng
Bảng 3.1: Các thuộc tính cấu hình
Bảng 4.1: Ma trận khoảng cách giữa các nút
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: VỊ trí mạng truy nhập trong mạng viễn thông
Hình 1.2: Cấu trúc mạng truy nhập
Hình 1.3: Cấu hình tổng quát của mạng truy nhập
Hình 1.4: Cấu hình tổng quát của mạng truy nhập quang
Hình 1.5: Cấu hình mạng sao đơn
Hình 1.6: Cấu hình mạng sao kép tích cực
Hình 1.7: Cấu hình mạng sao kép tích cực khi MUX tích hợp trong ONU
Hình 1.8: Cấu hình mạng sao kép thụ động
Hình 1.9: Cấu hình mạng quang thụ động dạng BUS
Hình 1.10: Cấu hình mạng sao kép thụ động với 2 OLT
Hình 1.11: Cấu hình mạng Ring tích cực
Hình 1.12: Cấu hình mạng Ring thụ động

Hình 1.13: Cấu hình mạng hỗn hợp
Hình 1.14: Nguyên lý tách ghép kênh PDH
Hình 1.15: Cấu trúc ghép kênh SDH
Hình 1.16: Cấu hình rẽ luồng của thiết bị SDH-ADM
Hình 1.17: Nguyên lý kỹ thuật ghép kênh điều chế sóng mang phụ
Hình 1.18: Mạng quang thụ động sử dụng kỹ thuật TDM/TDMA
Hình 1.19: Nguyên lý ghép bước sóng quang
Hình 1.20: Hệ thống ghép bước sóng quang một hướng
Hình 1.21: Hệ thống ghép bước sóng quang hai hướng
Hình 1.22: Mạng WDMA quảng bá
Hình 1.23: Mạng WDMA định tuyến theo bước sóng
Hình 1.24: Nguyên lý đa truy nhập CDMA
Hình 1.25: Nguyên lý kỹ thuật tách sóng kết hợp
Hình 1.26: Nguyên lý đa truy nhập phân chia theo tần số quang
DANH M ỤC C Á C BẢNG
6
Hình 1.27: Khuôn dạng của các kết nối 2,048 Mbit/íy tại giao diện V5
Hình 2.1: Các cấu hình truy nhập quang
Hình 3.1: Cấu trúc chung của hệ thống mạng truy nhập bãng hẹp
Hình 3.2: Cấu hình mạng truy nhập quang băng hẹp
Hình 3.3: Nhu cầu dịch vụ viễn thông tại Mỹ năm 1996
Hình 3.4: Cấu hình mạng quang thụ động hình cây
H ìn h 3 .5 : C ấ u trú c m ạ n g A T M P O N
Hình 3.6: Khối chức năng của OLT
Hình 3.7: Khối chức năng của ONU
Hình 4.1: Vị trí điểm truy nhập tối ưu
Hình 4.2: Cách định tuyến Ring với chi phí tối thiểu
Hình 4.4: Kết quả định tuyến Ring với chi phí tối thiểu
Hình 4.5: Minh hoạ kết quả định tuyến Ring trên sơ đồ
7

Công nghệ viễn thông đã và đang phát triển nhanh chóng. Mạng viễn thông
ngàv càng có khả năng cung cấp nhiều loại hình dịch vụ tới khách hàng, như các dịch
vụ truyền số liệu, dịch vụ âm thanh, hình ảnh quảng bá cũng như theo yêu cầu, dịch vụ
Internet tốc độ cao
Nhưng để cung cấp cho khách hàng các dịch vụ viễn thông tiên tiến, nếu chi có
tổng đài và mạng trung kế (mạng lõi) thôi thì vẫn chưa đủ. Một phần quan trọng tham
gia vào khả nãng cung cấp dịch vụ cho khách hàng là mạng truy nhập thuê bao. Mạng
truy nhập truyền thống chủ yếu là mạng đôi dây cáp đồng nối trực tiếp tới tống đài
hoặc thông qua các tầng thuê bao xa. Do vậy làm nảy sinh một số hạn chế buộc các
nhà khai thác phải đưa ra các giải pháp mới, những vấn đề nảy sinh đó là:
- Các dịch vụ mới liên tục phát triển trong khi mạng cáp đồng hiện nay không
đáp ứng được cả về nhu cầu dịch vụ và tổ chức mạng lưới.
- Càng ngày càng có nhiều tổng đài dung lượng lớn và chuyên dụng, do đó hạn
chế việc kết nối trực tiếp các thuê bao với tổng đài.
- Trên mạng có nhiều loại tổng đài do nhiều nhà cung cấp khác nhau, việc mở
rộng dung lượng tổng đài phụ thuộc vào các nhà cung cấp của chính tổng đài đó, dẫn
đến phụ thuộc.
Các yêu cầu nêu trên dẫn đến một giải pháp là cần đưa ra một mạng truy nhập
mới với các đặc tính: linh hoạt, hiệu quả, dễ kết nối, dung lượng lớn và có khả năng
đáp ứng được nhu cầu thuê bao cả về băng thông, về đa dạng dịch vụ, chất lượng và
hiệu quả đầu tư
Do có nhiều đặc tính ưu việt, công nghệ truyền dẫn quang đang đóng một vai
trò quan trọng trong phát triển mạng viễn thông của mọi Quốc gia. Mạng truy nhập
quang đang tạo nên một cuộc cách mạng trong việc nâng cấp mạng băng hẹp truyền
thống thành mạng băng rộng cho nhiều dịch vụ. Đồng thời, tăng bán kính phục vụ lên
hàng chục km.
Việc phát triển mạng lưới viễn thông nói chung và mạng truy nhập nói riêng cần
phải quy hoạch mạng. Quy hoạch mạng là một quá trình lựa chọn tối ưu hoá tất cá các
yếu tố của mạng, nhằm đảm bảo duy trì và phát triển mạng trong tương lai, đáp ứng
M Ở ĐẦU

8
đầy đủ nhu cầu của người sử dụng. Quy hoạch mạng đảm bảo trên cả hai phương diện
kinh tế và kỹ thuật, nhằm tạo ra một cấu hình mạng tối ưu nhất. Để tạo ra một sự tiết
giảm lớn nhất tổng số vốn đầu tư trang thiết bị kỹ thuật và sự phát triển mạng cũng như
tất cả những chi phí khác cho mạng hiện tại và tương lai, nhưng vẫn phải đáp ứng được
mục tiêu phục vụ tốt nhất các nhu cầu của người sử dụng.
Nhằm mục đích nghiên cứu và đề xuất các giải pháp tổ chức mạng truy nhập
quang, trong luận văn này sẽ trình bày các nội dung chính như sau:
- Tổng quan về mạng truy nhập quang.
- Các thuộc tính cơ bản của dịch vụ và khả năng cung cấp dịch vụ của mạng
truy nhập quang.
- Lựa chọn công nghệ mạng truy nhập quang.
- Tối ưu mạng truy nhập quang.
9
1.1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP
1.1.1 Vai trò của mạng truy nhập trong mạng viễn thông
Hiện nay các nhà khai thác và cung cấp dịch vụ viễn thông, các nhà sản xuất
thiết bị, các cơ quan quản lý viễn thông, cũng như các huớng nghiên cứu đang tập
trung vào mạng truy nhập. Đối với Việt Nam, việc sử dụng mạng truy nhập trên mạng
viễn thông cũng đã và đang được nghiên cứu, triển khai. Lý do để mạng truy nhập trở
thành nội dung phát triển có tính chất chiến lược của các quốc gia là:
- Mạng truy nhập chiếm một nửa tổng chi phí đẩu tư của toàn bộ mạng viễn
thông, mà yếu tố kinh tế của việc triển khai mạng viẻn thông là rất quan trọng. Mạng
truy nhập mới cho phép sử dụng cơ sở hạ tầng mạng hiệu quả hơn với chi phí quản lý.
khai thác, bảo dưỡng thấp hon. Do đó tạo được ưu thế trong môi trường cạnh tranh.
- Mạng truy nhập cho phép tối ưu cấu trúc mạng viễn thông, giảm số lượng nút
chuyển mạch trên mạng, tăng bán kính phục vụ của tổng đài nội hạt, tăng độ tin cậy
của mạng. Với chủ trương giảm cấp mạng viễn thông của Việt Nam thì cho dù bán
kính phục vụ tăng lên đến hàng trăm km thì toàn bộ tổng đài và mạng truy nhập cũng
chi là một cấp mạng.

- Mạng truy nhập cho phép triển khai dịch vụ một cách nhanh chóng, tạo ra khả
năng tích hợp những dịch vụ tốt hơn cho khách hàng. Với những yêu cầu dịch vụ mới
có chất lượng cao, tốc độ nhanh, băng tần rộng thì chỉ có mạng truy nhập tiên tiến mới
có khả năng đáp ứng được nhu cầu cho khách hàng. Ngoài những dịch vụ có tính chất
truyền thống, mạng còn cho phép triển khai các dịch vụ mới như: truyền hình cáp
(CATV), Video theo yêu cầu (VoD), thương mại điện tử, Y tế từ xa, đào tạo từ xa
- Mạng truy nhập có một hệ thống quản lý giúp cho mạng hoạt động ổn định,
linh hoạt với các khả năng chuẩn đoán, khắc phục và sửa lỗi tốt. Việc quản lý mạng có
thể tiên hành tập trung, các thiết bị có thể hỗ trợ cho nhau. Ngoài ra với giao diện Q
mạng truy nhập có thể được kết nối vào mạng quản lý viễn thông TMN.
Chương 1
T Ổ N G Q U A N V Ề M Ạ N G T R U Y N H Ậ P Q U A N G
10
- Xu hướng thông tin trong tương lai là sự hội nhập giữa mạng viễn thông và
mạng máy tính đang nhanh chóng trở thành hiện thực. Sự phát triển của mạng truy
nhập đặc biệt là mạng truy nhập băng rộng cũng là một sự thể hiện xu hướng này.
1.1.2 Vị trí và cấu trúc m ạng truv nhập.
1.1.2.1 VỊ trí m ạng truy nhập trong mạng viễn thộng
Mạng truy nhập là mạng nằm giữa người sử dụng dịch vụ viễn thông và điểm
cung cấp dịch vụ của mạng. Mạng viễn thông gồm hai thành phần: mạng lõi và mạng
truy nhập. Cả hai thành phần này đều nằm dưới một mạng quản lý chung TMN (hình
1.1)
Mạng quản lý viễn thông TMN
UNI
Người sử
dụng
Q Q
Mạng truy
SNI
Mạng lõi

nhập (AN) (SN)
UN ỉ: Giao diện người sử dụng SN: Mạng lõi
SNI: Giao diện mạng truy nhập AN: Mạng truy nhập
Q: Giao diện quản lý TMN: Mạng quản lý viễn thông
Hình 1.1 Vị trí mạng truy nhập trong mạng viễn thông
- Mạng lõi bao gồm các tổng đài nội hạt, nút dịch vụ kênh thuê riêng, nút dịch
vụ truyền hình theo yêu cầu (VoD), nút dịch vụ truyền hình quảng bá và các hệ
thống truyền dẫn liên đài, nhằm cung cấp các dịch vụ cho người dùng thông qua các
điểm dịch vụ.
- Mạng truy nhập nằm giữa người sử dụng dịch vụ viễn thông và điểm cung
cấp dịch vụ của mạng để truyền tải các dịch vụ sẩn có từ điểm cung cấp dịch vụ đến
người sử dụng.
- Mạng truy nhập giao tiếp với bên ngoài thông qua 3 loại giao diện:
+ Giao diện người sử dụng-mạng (UNI): phụ thuộc vào loại dịch vụ cung
cấp.
11
+ Giao diện mạng truy nhập-mạng lõi (SNI): có thể là giao diện 2 dây
trong các hệ thống truy nhập cũ, hoặc giao diện V5.X, V5B.X hoặc giao diện riêng
của các loại dịch vụ khác.
+ Giao diện quản lý Q: là giao diện tiêu chuẩn để kết nối đến hệ thống
quản lý mạng TMN.
1.1.2.2 Cấu trúc mạng truy nhập
ì
TỎNG ĐAl
I PABX
I
J
Hình 1.2: Cấu trúc mạng truy nhập
Cấu trúc mạng truy nhập gồm 4 thành phần: kết cuối mạng nối với mạng lõi,
mạng phân phối và các điểm truy nhập mạng, môi trường kết nối thuê bao và các

thiết bị đầu cuối của người sử dụng.
- Phần mạng truy nhập giao tiếp với mạng lõi gọi là kết cuối tổng đài, phần
này thường được đặt tại tổng đài. Các kết cuối này được kết nối với tổng đài thông
qua giao diện tiêu chuẩn V5.X cho các dịch vụ băng hẹp hoặc giao diện chuẩn V5B.X
cho các dịch vụ băng rộng hoặc các giao diện riêng của dịch vụ khác. Các giao diện
TỔNG ĐÀI NỘI HẠT
TMN
SNI
ĐẨU cuól PHÍA
TỔNG ĐẢI
Mạng p h àn p hối truy nhập :
- Cấu hình: điểm nối điểm, điểm nối đa điểm, vỏng
- Môi trường truyén dẫn: Cáp quang, viba, cáp đổng.
ĐIỂM TRUY NHẢP
1 1 » !
ĐIỂM TRUY NHẬP
Mạng p h â n phôi thuê bao:
- Cấu hỉnh: điểm nối điểm, điểm nối đa điểm
- Môi trường truyén dẫn: cáp đổng, vô tuyến, cáp quang.
ĐIỂM TRUY NHÂP
ĐIÊN THOAI
12
truy nhập tiêu chuẩn cho phép thiết bị truy nhập của các nhà cung cấp khác nhau có
thể cùng làm việc trên một mạng.
- Tại đầu xa của mạng là các điểm truy nhập mạng. Điểm truy nhập mạng có
chức năng kết nối với các thuê bao sử dụng các dịch vụ khác nhau thông qua các
giao diện tương ứng với từng loại dịch vụ. Các điểm truy nhập mạng được kết nối với
kết cuối tổng đài thông qua mạng truyền dẫn. Mạng truyền dẫn này có thể có cấu
hình linh hoạt như điểm nối điểm, điểm nối đa điểm (hình sao tích cực hay thụ
động), cấu hình vòng, cấu hình chuỗi, có thể là kết hợp các cấu hình đã nêu trên một

mạng. Phương thức truyền dẫn có thể là cáp quang, viba Khi mạng truyền dẫn giữa
các điếm truy nhập và kết cuối tổng đài là phương thức truyền dẫn quang thì mạng
truy nhập được gọi là mạng truy nhập quang.
- Môi trường kết nối thuê bao phục vụ cho kết nối cuối cùng từ thuê bao đến
mạng truy nhập. Kết nối này có thể dựa trên các môi trường truyền dẫn khác nhau,
có thể là vô tuyến (trong trường hợp này gọi là mạng thuê bao vô tuyến cố định -
WLL), có thể là hĩru tuyến sử dụng cáp đồng hay cáp quang. Các công nghệ truyền
dẫn khác nhau được sử dụng trên kết nối này tuỳ theo nhu cầu về dịch vụ và tuỳ theo
hệ thống cụ thể của các nhà sản xuất. Hiện nay có nhiều giải pháp công nghệ được
đưa ra để nâng cao dung lượng truyền dẫn của đôi dây cáp đổng, nhàm cung cấp các
dịch vụ mới đòi hỏi băng tần rộng, như: HDSL, ADSL, VDSL
13
1.2 MẠNG TRUY NHẬP QUANG (OAN)
1.2.1 Khái niệm
Cấu hình tổng quát của mạng truy nhập theo định nghĩa của ITU như sau:
UNI
UNI (User Network Interface): Giao diện giữa người sử dụng và mạng truy nhập
SNI (Switching Network Interface): Giao diện giữa mạng truy nhập và mạng lõi
ANT(Access Network Termination): Đầu cuối mạng truy nhập
RAN (Remote Access Network): Điểm truy nhập đầu xa
TS (Transmission Systems): Hệ thống truyển dẫn
Hình 1.3: Câìi hình tổng quát của mạng truy nhập
Mạng truy nhập quang là mạng truy nhập mà hệ thống truyền dẫn (TS) là hệ
thống truyền dẫn quang. Hệ thống truyền dẫn quang khi này bao gồm: các thiết bị
đầu cuối quang hoặc tách riêng hoặc được tích hợp trong chức năng của các ANT,
RAN và hệ thống cáp quang. Các ANT và RAN với thiết bị đầu cuối quang tích hợp
được gọi là OLT và ONU. Hệ thống cáp quang gồm mạng cáp quang và các thiết bị
xen tách quang, khuyếch đại quang
SNI
OLT(Optical Line Termination): Đầu cuối đường quang

ONUfOptical Network Unit): Đơn vị mạng quang
FCS (Fiber Optical Cable Systems): Hệ thống cáp quang
Hình 1.4: Cấu hình tổng quát của mạng truy nhập quang
Trong quá trình nghiên cứu cách thức phát triển của hệ thống truyền dẫn
quang trong m ạng truy nhập, việc tìm ra các cấu hình vật lý của mạng có một vai trò
14
quan trọng. Cấu hình của hệ thống truyền dẫn quang và cấu trúc thiết bị đầu cuối
cung cấp dịch vụ cho các thuê bao là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến giá
thành và khả năng mở rộng, nâng cấp mạng.
1.2.2 CÁC LOẠI CẤU HÌNH MẠNG TRUY NHẬP QUANG
1.2.2.1 Cấu hình m ạng sao đơn
Trong các cấu hình mạng truy nhập quang, cấu hình mạng sao đơn là đơn
giản nhất. Cấu hình này bao gồm các tuyến truyền dẫn điểm nối đa điểm
Hình 1.5: Cấu hình mạng sao đơn
Trong cấu hình này, thiết bị OLT cần có nhiều giao diện quang, mỗi giao diện
quang làm việc với một ONU.
Cấu hình này chỉ hiệu quả khi tại mỗi điểm đật ONU có một số lớn thuê bao
do trong cấu hình này chi phí cho việc lắp đặt cáp lớn.
1.2.2.2 Cáu hình m ạng sao kép tích cực
Trong cấu hình này có thêm thiết bị D/MƯX là thiết bị ghép, tách kênh.
D/MUX phân tách tín hiệu trục chính từ OLT thành các luồng tín hiệu và phân chia
tương ứng cho từng ONU, sau đó đưa đến từng giao diện quang để truyền tới ONU.
Quá trình ngược lại từ các ONU các luồng tín hiệu được ghép kênh tại D/MUX thành
luồng tín hiệu trục chính truyền về OLT.
15
Các MUX có thể tích hợp trong ONU như cấu hình dưới đây:
Hình 1.7: Cấu hình mạng sao kép tích cực khi MUXtícìĩ hợp trong ONU
Cấu hình này có ưu điểm là chi phí lắp đặt cáp giảm, do trên một tuyến sợi
quang từ OLT đến D/MUX phục vụ cho nhiều ONU. Nhưng có nhược điểm là tăng
chi phí đầu tư thiết bị, chi phí bảo dưỡng và cấp nguồn cho D/MUX. Khi khoáng

cách từ OLT đến MUX lớn thì cấu hình này rất hiệu quả. Cấu hình này còn có ưu
điểm là khoảng cách truyền dẫn lớn do D/MUX là thiết bị tích cực.
1.2.2.3 Cấu hình m ạng sao kép thụ động
Cấu hình này tương tự như cấu hình mạng sao kép tích cực khi các D/MUX
được thay thế bằng các bộ tách ghép quang thụ động c/s (Coupler/Splitter). Bộ tách
ghép thụ động có thể là bộ tách ghép công suất quang hoặc tách ghép bước sóng
quang
Cấu hình này ngoài các ưu điểm của cấu hình mạng sao kép tích cực còn có
ưu điếm là không cần chi phí lớn cho thiết bị quang tại các D/MƯX và giảm được
chi phí cấp nguồn và bảo dưỡng các thiết bị này. Nhược điểm là do c/s là tách ghép
quang thụ động, nên công suất quang đến các ONƯ bị chia sẻ, vì vậy cự ly truyền
dẫn giảm xuống. Hơn nữa khi cần tăng thêm các ONƯ thì phải thay thế các Splitter.
Một dạng biến đổi của mạng sao kép thụ động là cấu hình dạng BUS mà các
bộ tách ghép thụ động c/s được thay thế bằng các van thụ động đơn. Các bộ tách
ghép này có thể. Cấu trúc này có nhược điểm là thêm nhiều điểm truy nhập vào cáp
16
chính, nhưng bù lại nó rất tiết kiệm chi phí lắp đặt cáp trong trường hợp các điểm
truy nhập nằm dọc theo tuyến cáp.
Hình 1.9: Câii hình mạng quang thụ động dạng BUS
Một dạng biến đổi khác của mạng sao kép thụ động là cấu hình mạng quang
thụ dộng có hai hay nhiều OLT. Điều này cho phép tạo thành mạng truy nhập quang
song song, tức là mạng được kết nối tới nhiều điểm cung cấp dịch vụ. Biến đổi này
làm tăng độ tin cậy của hệ thống trong trường hợp có sự cố xẩy ra ở cả điểm cung
cấp dịch vụ và cả ở OLT.
Hình 1.10: Cấu hình mạng sao kép thụ động với 2 OLT
1.2.2.4 Câu hình mạng Ring
Cấu hình mạng Ring có thể là Ring tích cực hoặc Ring thụ động.
M ạng Ring tích cực: Một trong những ưu điểm đặc biệt quan trọng của mạng thông
tin quang với công nghệ truyền dẫn SDH là tạo ra những khả năng truyền dẫn dung
lượng lớn, chất lượng và độ tin cậy cao. Đặc biệt là trong cấu hình Ring. Trong mạng

truy nhập, cấu hình mạch vòng cáp quang SDH đã được ứng dụng tạo nên một cấu
trúc linh hoạt, mềm dẻo, dung lượng lớn và độ tin cậy cao. Cấu hình mạng truy nhập
dạng Ring được mô tả như dưới đây:
17
Hình 1.11: Cấu hình mạng Ring tích cực
Trong cấu hình này, các ONU được nối về OLT qua mạch vòng cáp quang SDH,
vì thế cấu hình này tận dụng được nhiều tính năng quan trọng của Ring SDH như:
- Độ tin cậy cao do các chế độ bảo vệ linh hoạt trong mạch Ring SDH
- Khả năng dung lượng lớn, cung cấp được các dịch vụ băng rộng theo yêu
cầu, với khả năng cung cấp nhanh chóng và tiện lợi, bởi vì các thiết bị
SDH rất dễ dàng và linh hoạt trong việc xen tách các luồng dữ liệu và dễ
dàng nâng dung lượng khi cần.
Khả năng quản trị toàn mạng lưới thuận tiện và linh hoạt nhờ phần mềm.
Do đó có thể điều khiển kết nối, điều chỉnh cấu trúc, giám sát và xử lý
cảnh báo trên hệ thống, trợ giúp cho việc kết nối mạng vào hệ .thống TMN
của mạng viễn thông.
M ạng Ring thụ động: Mạng Ring thụ động tương tự như mạng BUS, đường
cáp trục chính được khép kín, các thiết bị xen tách thụ động có thể là tách ghép công
suất quang hoặc xen tách bước sóng quang. Hình 1.12 dưới đây là ví dụ về một cấu
hình mạng Ring thụ động:
H ìn h 1.1 2 : C ấ u h ìn h m ạ n g R in g th ụ đ ộ n g
TRHNtiTÃM rMÒHr.TlN r|W V \
: Y . ư > / M j
18
trên.
Tuỳ thuộc vào nhu cầu dịch vụ, phân bố thuê bao, yêu cầu về an toàn mạng,
khả năng tài chính cụ thể trong từng trường hợp có thể chọn cấu hình thích hợp. Hình
1.13 dưới đây là ví dụ về một cấu hình mạng hỗn hợp:
i.2.2.5 Cấu hình hỗn hợp
Cấu hình hỗn hợp là cấu hình kết hợp từ hai hay tất cả các cấu hình mạng nêu

Hình 1.13: Câu hình mạng hỗn hợp
1.2.3 CÁC KỸ THUẬT GHÉP KÊNH VÀ ĐA TRUY NHẬP
Phương pháp đa truy nhập là một kỹ thuật chia sẻ tài nguyên hữu hạn cho một
lượng khách hàng. Người sử dụng cùng chia sẻ tài nguyên này bao gồm thuê bao,
nhà cung cấp dịch vụ, nhà khai thác và những thành phần mạng khác. Có nhiều
phương pháp ghép kênh và đa truy nhập sử dụng trong mạng truy nhập quang. Phần
lớn trong số chúng là những phương pháp truy nhập truyền thống đã sử dụng cho các
hệ thống điện. Công nghệ WDMA là công nghệ dành riêng cho mạng quang. Mỗi
19
phương pháp truy nhập đều tận dụng ưu điểm từ một số đặc tính của hệ thốns để chia
và phân bô' băng tần sẵn có.
1.2.3.1 Kỹ thuật ghép kênh cận đồng bộ (PDH)
Nguyên lý của kỹ thuật ghép kênh cận đồng bộ là ghép các luống số cơ sở
2,048 Mbit/s (hoặc 1,554 Mbit/s) thành các luồng số có tốc độ cao hơn: BMbit/s,
34Mbit/s, 140Mbit/s (theo tiêu chuẩn châu Âu)
Sơ đổ tách ghép kênh PDH được mô tả trên hình 1.14:
Hình 1.14: Nguyên ỉý tách ghép kênh PDH
Phương thức ghép kênh PDH thích hợp với mạng có dung lượng truyền dẫn
thấp, cấu trúc mạng đơn giản (điểm nối điểm). Với yêu cầu tổ chức mạng phức tạp,
dung lượng truyền dẫn cần cao hơn thì phương thức truyền dẫn này bộc lộ nhiều
nhược điểm.
1.2.3.2 Kỹ thuật ghép kênh đồng bộ (SDH)
Để khắc phục các nhược điểm của phương thức ghép kênh PDH, phương thức
ghép kênh SDH đã đưa ra và được ứng dụng rộng rãi trên mạng viễn thông, hiện nay
đã được ứng dụng trong mạng truy nhập, đặc biệt là mạng truy nhập quang.
20
Sau đây là sơ đổ phân cấp tốc độ bít của PDH và SDH của ITU:
Châu Âu Bắc Mỹ
Nhât Bản
2,048 MbiƯs

1,544 Mbiưs
1,544 Mbiưs
8,448 Mbiưs
6,312 Mbiưs 6,312 Mbiưs
34,368 Mbiưs
44,376 Mbiưs 32,064 Mbiưs
139.264 Mbiưs
97.728 Mbit/s
PDH
G 702
STM-1
155,520 Mbiưs
STM-4
622,080 Mbiưs
STM-16 2.488,320 Mbiưs
STM-64
9.953,280 Mbiưs
SDH
G 707
Sau đây là cấu trúc ghép kênh SDH:
1 ,5 4 4 M b /s
D S -1
6 ,3 1 2 M b /s
C -11 V C -11 TU -11
(4
(4)
D S-2 C -2 V C -2 T U -2
(7)
4 4 ,7 3 6 M b /s
D S -3

C -3
, (3 ) /
1 3 9 ,2 6 4 M b /s
D S -4 E
C -4
(1)
V C -3 T U -3
3 4 ,3 6 8 M b/s
8 ,4 4 8 M b /s
2 ,0 4 8 M b /s
(4)
D S -3 E
(4)
D S -2 E
(4)
D S -1 E C -12 V C -1 2 T U -1 2
T U G -2
(7)
(7)
T U G -3
V C-3 A U-3
(3)
N é.
(n)
V C-4 A U-4 A U G ST M -n
(1) 1 5 5,5 2 x n M b p s
(3)
Hình l .15: Cấu trúc ghép kênh SDH
So với phương thức ghép kênh PDH thì SDH có những điểm khác biệt là: toàn
mạng sử dụng chung một tín hiệu đổng bộ; Dung lượng bít mào đầu lớn nên có thể

chứa được nhiều dạng thòng tin phục vụ cho quản lý mạng; Dùng chung một giao
diện cho tất cả các tiêu chuẩn ghép kênh (Châu Âu, Bắc Mỹ, Nhật) và giao diện
quang đã được tiêu chuẩn hoá theo các khuyến nghị của ITU. Phương thức ghép
kênh SDH cho phép ghép, tách kênh đơn giản. Điều này là ưu điểm rất lớn khi sử
dụng cấu hình thiết bị SDH dạng ADM trong mạng truy nhập kết nối theo cấu hình
mạng 1'ing hay mạng chuỗi. Hình 1.16 là một ví dụ về cấu hình rẽ luồng của thiết bị
SDH-ADM
21
IX 2 M b iư s h o ặ c m X 34 M biưs h o ặ c n X 4 5M b iư s h o ặ c k X ST M -1
h o ặ c S T M -N h o ặ c k ết h ợ p c á c lu ồ n g tố c đ ộ n ày
Hình 1.16: Cấu hình rẽ luồng của thiết bị SDH-ADM
Trong đó: tốc độ lấy chẵn; 1, m, n, k là các số nguyên và tổng tốc độ các
luồng nhánh nhỏ hơn hoặc bằng tốc độ luồng tổng.
1.2.3.3 Kỹ thuật ghép kênh điều chế sóng m ang phụ (SCM)
Kỹ thuật ghép kênh điều chế sóng mang phụ là kỹ thuật ghép kênh theo tần số
điện, nguyên lý chung của kỹ thuật này giống như đã dùng trong tải ba. Các tần số
trong khoảng từ 107 đến 1010 được dùng làm sóng mang phụ cho sóng mang quang.
Thông tin trong mỗi kênh được điều chế với một sóng mang phụ riêng. Tín hiệu kết
hợp sau đó được sử dụng để điều chế sóng mang quang. Tín hiệu quang trong hệ
thống này được phát đến đầu thu theo kiểu điểm-điểm hoặc điểm-đa điểm. Tại đầu
thu được thu bằng các photodiode băng tần rộng. Sau khi biến đổi tín hiệu quane
thành tín hiệu điện, kênh cần thu sẽ được lựa chọn bằng các bộ thu đổi tần.
H ìn h ỉ .17: N g u y ê n lý k ỹ th u ậ t g h ép k ê n h đ iề u c h ế só n g m a n g p h ụ
22
Kỹ thuật SCM sử dụng các kỹ thuật như đã dùng trong viba mà đã được phát
triển hoàn thiện nên có độ chính xác và ổn định cao. Hơn nữa giá thành sản phẩm
của các thiết bị chế tạo theo kỹ thuật này thấp hơn thiết bị quang tương ứng. Ngoài ra
kỹ thuật này sử dụng sóng mang viba nên có thể xử lý được dễ dàng bằng các thành
phần điện tử và có thể sử dụng các dạng điều chế với hiệu suất cao [3].
Kỹ thuật này thích hợp cho truyền lưu lượng hướng xuống và thường được

(lùng cho các dịch vụ quảng bá như truyền hình, phát thanh
1.2.3.4 Kỹ thuật ghép kênh và đa truy nhập phân chia theo thòi gian (TDM/TDMA)
Ghép kênh và đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDM/TDMA) là kỹ
thuật phàn chia băng tần truyền dẫn thành những khe thời gian kế tiếp nhau. Những
khe thời gian này có thể được ấn định cho mỗi khách hàng hoặc có thể phân theo yêu
cầu tuỳ thuộc vào phương thức chuyển giao đang sử dụng. Hai phương thức chuyển
giao điển hình hiện nay là STM và ATM.
Phương thức chuyển giao đồng bộ (STM) gắn những khe thời gian cố định
cho người sử dụng, sau đó mỗi khách hàng được đảm hảo một lượng băng tần xác
định. Những khe thời gian này có thể được nhà khai thác phân bổ thống kê theo
nguyên tấc bán vĩnh cửu hoặc được hệ thống phân bổ linh hoạt trong khoảng thời
gian của cuộc gọi. Trong cả hai trường hợp, người sử dụng nắm quyền kiểm soát
khe thời gian riêng mà không bị người khác sử dụng.
Ớ khía cạnh khác, phương thức chuyển giao không đồng bộ ATM gán khe
thời gian cho người sử dụng theo yêu cầu truyền số liệu thực tế. Bằng việc gán linh
hoạt khe thời gian nên băng tần tổng chia sẻ giữa những người sử dụng sẽ hiệu quả
hơn nhiều. So với STM thì ATM yêu cầu nhiều thông tin về dịch vụ và đặc tính lưu
lượng để đảm bảo băng tần được sử dụng công bằng hơn.
23
Sử dung kỹ thuât TDM cho hướng xuống
Hình ỉ .18: Mạng quang thụ động sử dụng kỹ thuật TDM/TDMA
Hình trên là một ví dụ về hệ thống TDM/TDMA trên mạng quang thụ động
hình cây. Hướng lên mỗi ONU được phép gửi số liệu trong khe thời gian riêng. Khi
tất cả các ONU đã phát hết dữ liệu trên khe thời gian cua mình, sau một khoáng thời
gian, OLT phát chuỗi dữ liệu đến các ONƯ theo phương thức quảng bá dùng kỹ
thuật ghép kênh phân chia thời gian (TDM), mỗi ONU tách dữ liệu của mình từ
chuỗi dữ liệu xuống. Luồng thông tin hướng xuống và hướng lên cùng được truyền
trên một sợi quang [7].
Một đặc tính quan trọng của mạng quang thụ động sử dụng TDM/TDMA là
yêu cầu bắt buộc về đồng bộ của lưu lượng hướng lên để tránh xung đột số liệu.

Xung đột này sẽ xảy ra nếu hai hay nhiều gói dữ liệu từ những ONU khác nhau đến
hộ ghép cùng một thời điểm. Tín hiệu này đè lên tín hiệu kia và tạo thành tín hiệu
ghép. Phía đầu xa không thể dịch chính xác tín hiệu tới, kết quả là sinh ra một loạt
các lỗi bit và suy giảm thông tin đường lên.
Kỹ thuật TDMA đã hoàn thiện trong miền điện, thế mạnh của nó đã được
chứng minh. Tuy nhiên, kỹ thuật này nếu chuyển hoá thành dạng kỹ thuật trong
miền quang lại không phù hợp vì quá phức tạp và đắt tiền. Hơn nữa, nó lại có yếu
điểm là đòi hỏi sự đồng bộ cao. Chính vì vậy người ta chỉ sử dụng kỹ thuật TDMA
dưới dạng điện, sau đó chuyển tín hiệu điện này thành tín hiệu quang để truyền đi,
còn phần xử lý vẫn là tín hiệu điện. Nếu sử dụng kỹ thuật TDMA dưới dạng này thì
lại rất kinh tế: các thiết bị đã hoàn thiện, giá thành hợp lý cùng với những phần tử
mạng quang không quá tốn kém. Kỹ thuật này là rất phù hợp nếu sử dụng cho các
mạng có dung lượng vừa, nhất là mạng truy nhập [3].
24
1.2.3.5 Kỹ thuật ghép kènh và đa truy nhập phàn chia theo bước sóng (WDMẠVDMA)
Nguyên lý chung của kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng quang là tín hiệu
quang ở nguồn phát với các bước sóng khác nhau Ằ-1, Ằ2, Ằ.3

Ằ.n được ghép vào nhờ
bộ ghép bước sóng và truyền trên một sợi quang. Sau khi truyền qua tuyến cáp đến
đầu thu. các hước sóng quang khác nhau sẽ được tách ra nhờ bộ giải ghép bước sóng
quang. Nguyên lý này được mô tả trên hình 1.19
Hình 1.19: Nguyên lý ghép bước sóng quang
Xét về hướng truyền, có hai phương thức thiết lập hệ thống truyền dẫn sử
dụng kỹ thuật ghép bước sóng quang WDM là: ghép bước sóng trên một cáp theo
một hướng và trên một cáp theo hai hướng. Kỹ thuật ghép WDM theo một hướng là
ghép các tín hiệu có bước sóng khác nhau vào một đầu phát và tách bước sóng ở đầu
thu để đưa đến các bộ tách sóng quang (hình 1.20). Còn đối với kỹ thuật ghép theo
hai hướng thì có thể phát bước sóng À ị và đồng thời thu bước sóng Ả 2 theo chiều
ngược lại trên cùng một sợi. (hình 1.21)

Hình 1.20: Hệ thống ghép bước sóng quang một hướng
H ìn h ỉ .2 1: H ệ th ố n g gh ép bước só n g q u a n g h a i hướng