Phân tích và đánh giá hiệu năng hệ thống NGPON2

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG

--------------------------------------

NGUYỄN HẢI HÀ

PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG HỆ THỐNG
NG-PON2

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
Mã số: 60.52.02.08

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ


Luận văn được hoàn thành tại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: TS. LÊ HẢI CHÂU

Phản biện 1: ...........................................................................

Phản biện 2: ...........................................................................

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu
chính Viễn thông
Vào lúc :…. giờ ….. ngày ……tháng …… năm …………

Có thể tìm hiểu luận văn tại
-Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

1

LỜI NÓI ĐẦU
Công nghệ truy nhập quang thụ động (PON) đang dần chiếm ưu thế so với các
công nghệ truy nhập khác. Hiện tại, công nghệ truy nhập quang thụ động Gigabit như GPON, E-PON,.. đang được triển khai rộng khắp ở nhiều quốc gia trên thế giới và là công
nghệ truy nhập nhanh nhất hiện có trên thị trường. Tuy nhiên trong tương lai, sự phát
triển mạnh mẽ về nhu cầu băng thông của các dịch vụ truyền thông hướng video cùng với
nhu cầu ngày càng tăng với các ứng dụng backhaul di động và thương mại có thể tạo ra
nút cổ chai trong các mạng truy nhập quang thụ động tốc độ Gigabit hiện tại. Do vậy, các
nhà cung cấp thiết bị và khai thác viễn thông cùng các tổ chức chuẩn hóa đã tích cực hợp
tác để phát triển một thế hệ công nghệ truy nhập quang thụ động mới gọi là mạng truy
nhập quang thụ động thế hệ kế tiếp thứ hai (NG-PON2). Mạng NG-PON2 được chuẩn
hóa với tốc độ 40 Gbit/s và có khả năng khai thác triệt để các ưu điểm vượt trội của sợi
quang như dung lượng lớn và suy hao truyền dẫn thấp cũng như các ưu điểm vốn có của
kiến trúc truy nhập quang thụ động để làm giảm chi phí cho các nhà khai thác mạng và
cung cấp các giá trị tốt hơn cho người dùng cũng như đáp ứng yêu cầu hiệu quả về giá
thành trong việc nâng cấp. Chính vì điều đó, việc nghiên cứu NG-PON2 rất quan trọng,
nhằm đáp ứng xu thế của người sử dụng, cũng như xu hướng phát triển của các công ty
cung cấp thiết bị và khai thác dịch vụ viễn thông.
Nội dung của luận văn được chia thành 3 chương với các nội dung như sau:
Chương 1: Giới thiệu tổng quan về công nghệ truy nhập quang thụ động và xu
hướng phát triển của mạng quang thụ động.
Chương 2: Nghiên cứu TWDM PON với tư cách là kĩ thuật cho công nghệ NGPON2, các yêu cầu kĩ thuật và ứng dụng của mạng NG-PON2.
Chương 3: Đánh giá hiệu năng của mạng NG-PON2 trong đó tập trung vào hiệu
năng truyền dẫn đơn kênh và phân tích xuyên âm liên kênh đường xuống và đường lên.
Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới thầy giáo, Ts. Lê Hải
Châu đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Tôi cũng xin được
gửi lời cảm ơn tới các thầy giáo trong Học viện Công nghệ Bưu chính viễn thông cùng
các bạn học đã giúp đã cho tôi hoàn thành bản luận văn này.

2

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP
QUANG THỤ ĐỘNG
1.1. Khái quát về mạng quang thụ động (PON)
Mạng quang thụ động PON sử dụng phần tử chia quang thụ động trong phần
mạng phân bố nằm giữa thiết bị đường truyền quang OLT và thiết bị kết cuối mạng
quang ONU, Passive Optical Splitter là bộ chia quang thụ động. Mạng PON sẽ không
chứa bất kỳ một phần tử tích cực nào mà cần phải có sự chuyển đổi điện – quang.

1.2. Kiến trúc chung của mạng truy nhập quang thụ động
Các phần tử thụ động của PON đều nằm trong mạng phân bố quang (hay còn gọi
là mạng ngoại vi) bao gồm các phần tử như sợi quang, các bộ tách/ghép quang thụ động,
các đầu nối và các mối hàn quang. Các phần tử tích cực như OLT và các ONU đều nằm ở
đầu cuối của PON. Bằng cách sử dụng bộ chia quang 1:N ta có thể triển khai theo bất kỳ
cấu hình nào trong những cấu hình trên. OLT được kết nối với mạng lõi MAN hay WAN
và kết nối đến người dùng qua bộ chia quang và đến thiết bị đầu cuối khách hàng ONT.

1.3. Các công nghệ truy nhập quang thụ động hiện tại
1.3.1. APON/BPON
FSAN đã phát triển một tiêu chí cho mạng truy nhập PON sử dụng công nghệ
ATM và giao thức lớp 2 của nó. Hệ thống này được gọi là APON (viết tắt của ATM
PON). Cái tên APON sau đó được thay thế bằng BPON với ý diễn đạt PON băng
rộng. Hệ thống BPON có khả năng cung cấp nhiều dịch vụ băng rộng như Ethernet,
Video, đường riêng ảo (VPL), kênh thuê riêng, v.v…Hệ thống BPON hỗ trợ tốc độ
không đối xứng 155 Mbps hướng lên và 622 Mbps hướng xuống hoặc tốc độ đối xứng
622 Mbps. Các hệ thống BPON đã được sử dụng nhiều ở nhiều nơi, tập trung ở Bắc Mỹ,
Nhật Bản và một phần Châu Âu

1.3.2. GPON
GPON được mở rộng từ chuẩn BPON bằng cách tăng băng thông, nâng hiệu suất
nhờ sử dụng gói lớn, có độ dài thay đổi và tiêu chuẩn hóa quản lý, cho phép tốc độ băng
thông đường xuống là 2,488 Mbps và băng thông đường lên là 1,244 Mbps. GPON hỗ trợ


3

tốc độ cao hơn, tăng cường bảo mật giao thức lớp 2, điều đó cho phép GPON phân phối
thêm các dịch vụ tới nhiều thuê bao. Một số thông số mạng GPON:
- Tốc độ dữ liệu: 1,244/2,488 Gbps hướng xuống và 0,155/0,622/1,244/ 2,488
Gbps hướng lên.
- Bước sóng: 1260 – 1360 nm đường lên; 1480 – 1500 nm đường xuống.
- Tỷ lệ chia của bộ chia thụ động: tối đa 1:128.
- Giá trị tỷ lệ bit lỗi (BER) lớn nhất: 10 – 12.

1.3.3. EPON
Ethernet PON (EPON) là mạng trên cở sở PON mang lưu lượng dữ liệu gói trong
các khung Ethernet được chuẩn hóa theo IEEE 802.3, hoạt động với tốc độ 1 Gbps.

1.3.4. XG-PON
Theo quan điểm của FSAN và ITU-T, thế hệ tiếp theo PON được chia thành hai
giai đoạn: NG-PON1 và NG-PON2. Giai đoạn nâng cấp trong thời kỳ đầu của mạng PON
được định nghĩa là NG-PON1, trong khi NG-PON2 là một giải pháp lâu dài cho thế hệ
PON kế tiếp. Các nhà mạng cũng yêu cầu NG-PON1 nên sử dụng ODN GPON hiện nay
để kiểm soát giá thành. Ngoài ra, với xu thế dịch vụ thì yêu cầu băng thông đường xuống
sẽ phải nhanh hơn yêu cầu băng thông đường lên. Vì vậy FSAN quyết định xác định NGPON1 là 1 hệ thống 10G không đối xứng với tốc độ 10G cho đường xuống và 2,5G cho
đường lên và được gọi là XG-PON1, còn hệ thống với tốc độ đối xứng 10G được gọi là
XG-PON2. Có thể thấy, băng thông đường xuống của XG-PON1 gấp 4 lần của GPON,

băng thông đường lên gấp 2 lần của GPON. Khả năng tương thích là tính năng ấn tượng
nhất của XG-PON1. XG-PON1 cùng tồn tại với GPON trên cùng ODN, do đó việc đầu
tư của các nhà khai thác trên GPON được đảm bảo.

1.4. Xu hƣớng phát triển của mạng quang thụ động
Sự đòi hỏi băng thông truy nhập tốc độ cao ngày càng tăng với các ứng dụng như
Youtube, Netflix… Băng thông sẽ tiếp tục tăng lên theo cấp số nhân đòi hỏi sự đáp ứng
kịp thời của mạng truy nhập quang. Giới hạn dung lượng theo lý thuyết là rất cao, những
sự hạn chế chủ yếu phát sinh từ sự kết hợp của Laser, bộ khuyếch đại và các thiết bị khác
sử dụng để truyền và nhận tín hiệu quang. Hệ thống truyền dẫn quang long-haul trong


4

thương mại hiện nay với tổng dung lượng lên tới 8 Tbps. Mặc dù có những khó khăn
trong phát triển công nghệ, lộ trình cho sự phát triển lâu dài của mạng PON chỉ ra rằng
công nghệ này dự kiến có thể sẽ giải quyết được tốc độ dữ liệu 100 Gbps trên khoảng
cách vượt quá 100 km vào năm 2025. Sự phát triển của mạng truy nhập quang thụ động
qua các năm có mối liên kết chặt chẽ với sự phát triển của các công nghệ ghép kênh.
Công nghệ truy nhập quang NG-PON2 đang được chuẩn hóa và NG-PON3 vẫn đang
được xúc tiến.

1.5. Kết luận chƣơng
Công nghệ truy nhập quang thụ động (PON) đang dần chiếm ưu thế so với các
công nghệ truy nhập khác. Hiện tại, các công nghệ truy nhập quang thụ động Gigabit như
G-PON, E-PON,... đang được triển khai rộng khắp ở nhiều quốc gia trên thế giới. Trong
thời gian gần đây, họ các công nghệ truy nhập quang thụ động đã được tăng cường thêm
với hai chuẩn công nghệ PON thế hệ mới đã được hoàn thiện là XG-PON (NG-PON1) và
NG-PON2. Các nhà mạng yêu cầu về hệ thống NG-PON1 có năng suất cao hơn, khoảng
cách xa hơn, băng tần rộng hơn, và nhiều người dùng hơn. NG-PON1 lấy động lực từ

việc sử dụng GPON, ODN hiện nay để kiểm soát giá thành. Ngoài ra, sự truyền đi bởi
dịch vụ băng thông đường xuống yêu cầu sẽ nhanh hơn băng thông đường lên yêu cầu
cho khoảng thời gian dài. Vì vậy, FSAN quyết định về định nghĩa NG-PON1 như là 1 hệ
thống không đối xứng 10 Gbps với tốc độ 10 Gbps cho đường xuống và 2,5 Gbps cho
đường lên. Tuy nhiên với nhu cầu dịch vụ ngày càng gia tăng, đòi hỏi lượng băng thông
lớn cũng như yêu cầu cao về đường truyền. Điều đó góp phần vào việc thúc đẩy việc
nghiên cứu và phát triển thế hệ mạng quang kế tiếp giai đoạn 2 (NG-PON2) với tốc độ
lên đến 40 Gbps từ 10 Gbps bằng công nghệ TWDM.


5

CHƢƠNG II: TWDM-PON - GIẢI PHÁP KỸ THUẬT CHO
CÔNG NGHỆ NG-PON2
2.1.

Giới thiệu chung
Mạng truy nhập quang thụ động thế hệ kế tiếp thứ hai NG-PON2 có thể đạt tốc độ

40 Gbit/s hoặc cao hơn và có khả năng khai thác triệt để các ưu điểm vượt trội của sợi
quang như dung lượng lớn và suy hao truyền dẫn thấp cũng như các ưu điểm vốn có của
kiến trúc truy nhập quang thụ động để làm giảm chi phí cho các nhà khai thác mạng và
cung cấp các giá trị tốt hơn cho người dùng cũng như đáp ứng yêu cầu hiệu quả về giá
thành trong việc nâng cấp. Hiện nay, NG-PON2 đang được chuẩn hóa và bắt đầu đi vào
triển khai thử nghiệm.

2.2.

Công nghệ TWDM-PON cho hệ thống NG-PON2
FSAN đã chọn công nghệ ghép kênh theo thời gian và bước sóng TWDM-PON

cho kiến trúc thế hệ mạng truy nhập quang kế tiếp giai đoạn hai nhờ các tính năng phát
triển như quỹ suy hao, kế hoạch về bước sóng và đặc biệt là cho phép các ONU có thể
khả chỉnh. Huawei đã thử nghiệm mạng 40 Gbps TWDM-PON đầu tiên trên thế giới và
xác minh TWDM-PON có thể đáp ứng mọi yêu cầu cần thiết của hệ thống NG-PON2
thông qua việc tái sử dụng và tích hợp các linh kiện và thiết bị thương mại.

Hình 2.1: Kiến trúc mạng TWDM-PON


6

Bảng 2.1:Các thông số cơ bản của TWDM-PON
Thông số

TWDM-PON

Băng thông

40 GBit/s

Lưu lượng người dùng

1 GBit/s

Tốc độ trên kênh truyền

10 GBit/s

Số lượng người sử dụng

256

Số kênh bước sóng

4-8

Độ rộng bước sóng

50 – 100 GHZ

Tầm với quang

40 km

Tính năng bổ sung

Tương thích với di sản PON

Issues

Laser và bộ lọc hiệu chỉnh tại ONU

Yêu cầu cơ bản của hệ thống NG-PON2 hỗ trợ cho:
 Mô hình kênh TWDM đa bước sóng.
 4-8 cặp kênh TWDM (mỗi cặp gồm một kênh đường xuống và một kênh đường
lên), cấu hình để bắt đầu tăng trưởng phát triển từ một cặp kênh được triển khai
(tức là, không phải tất cả các cặp kênh cần phải được hoạt động).
 Tỉ lệ đường lên và đường xuống trên mỗi kênh:
o 10 Gbps ở đường xuống và 10 Gbps đường lên.

o 10 Gbps ở đường xuống và 2,5 Gbps đường lên.
o 2,5 Gbps ở đường xuống và 2,5 Gbps đường lên..
 Tầm với có khả năng đạt được 60 km, tốt hơn với hệ thống bên ngoài.
 Hỗ trợ phân chia với tỉ lệ tối thiểu là 1: 256.

2.3.

Đặc điểm kỹ thuật của công nghệ truy nhập quang thụ động NG-PON2

2.3.1 Yêu cầu kỹ thuật chung của hệ thống NG-PON2
2.3.2Yêu cầu dịch vụ
 Các yêu cầu dịch vụ cụ thể
 Giao diện node người dùng và node dịch vụ

2.3.3 Yêu cầu lớp vật lý


7

 Quỹ công suất và kế hoạch bước sóng

 Tầm với cáp quang (chủ động và thụ động)
 Tỷ lệ phân chia (các ONU trên mỗi ODN)
 Vấn đề phổ quang học và tính sẵn có
 Yêu cầu về lớp truyền tải vật lý của NG-PON2

2.3.4 Yêu cầu hệ thống
 Các ONU trong suốt
 Phổ linh hoạt
 Phát hiện và giảm ONU/OLT giả mạo

 Yêu cầu khả năng phục hồi và tính dự phòng
 Yêu cầu mở rộng tầm phủ
 Giảm năng lượng
 Chức năng OAM
 Các yêu cầu về môi trường và vật lý
 Khả năng tương tác

2.4.

Ứng dụng của công nghệ truy nhập quang thụ động NG-PON2

2.4.1 Việc triển khai NG-PON2 hiện nay
NG-PON2 đang được chuẩn hóa và dự kiến triển khai thương mại vào năm 2016,
nó sẽ mở rộng khả năng truy cập vào các mạng quang với tốc độ 40 Gbps đường xuống
và 10 Gbps đường lên.

2.4.2 Hướng triển khai mạng NG-PON2 trong tương lai
2.5.

Kết luận chƣơng
Mạng NG-PON2 là một bước tiến lớn trong việc phát triển công nghệ mạng

quạng. Với nhiều cải tiến về tốc độ đường lên và đường xuống, NG-PON2 đáp ứng được
nhu cầu về băng thông, yêu cầu dịch vụ của người sử dụng trong tương lai. TWDM-PON
là công nghệ đã được lựa chọn sử dụng cho mạng NG-PON2 với ưu điểm tương thích với
mạng FTTx và GPON hiện tại, sử dùng cùng ODN với mạng GPON hiện tại, cho phép
tái sử dụng các tài nguyên đắt tiền trong mạng. Việc phát triển NG-PON2 đòi hỏi các nhà


8

cung cấp mạng phải phát triển thêm các thiết bị mạng mới để phù hợp với hệ thống mạng
PON kế tiếp.
Việc triển khai mở rộng của NG- PON2 đang được tiến hành. Tính khả dụng của
NG-PON2 tốt hơn phù hợp với nhu cầu thực tế để nâng cấp mạng G-PON hiện có. Vì lý
do này, hầu hết các nhà khai thác có thể đi trực tiếp đến NG- PON2 và bỏ qua bước XGPON1. Vì vậy, việc triển khai NG-PON2 sẽ đem đến nhiều lợi ích cho các nhà cung cấp
mạng viễn thông.


9

CHƢƠNG III: PHÂN TÍCH HIỆU NĂNG HỆ THỐNG MẠNG
QUANG NG-PON2
3.1 Các yếu tố ảnh hƣởng trong truyền dẫn quang
3.1.1 Suy hao quang
Các nguyên nhân gây suy hao trong sợi quang là suy hao do hấp thụ, suy hao do
tán xạ và suy hao do bị uốn cong

3.1.2 Tán sắc
Tán sắc làm hạn chế khoảng cách truyền dẫn của tín hiệu qua sợi quang, nhưng
theo cách khác nhau. Tán sắc làm mờ tín hiệu, gây méo xung. Có 2 loại tán sắc ảnh
hưởng nghiêm trọng đến hệ thống WDM, đặc biệt là đối với các hệ thống tốc độ cao là
tán sắc vận tốc nhómvà tán sắc mode phân cực. Ngoài ra còn có tán sắc vật liệu và tán sắc
ống dẫn sóng.

3.2. Mô hình hóa hệ thống mạng quang NG-PON2
3.2.1 Các thiết bị quang quan trọng sử dụng trong mạng NG-PON2

Hình 3.1: Mô hình hệ thống NG-PON2

a. Bộ phát quang: Sử dụng nguồn quang là linh kiện có khả năng chuyển đổi tín
hiệu điện thành tín hiệu quang ở dải bước sóng truyền trong sợi quang.
b. Bộ khuếch đại EDFA: Nhằm bù lại sự suy hao tín hiệu trên đường truyền sợi
quang cũng như tại các thiết bị (như các bộ ghép kênh) thì các bộ khuếch đại được sử
dụng. Loại khuếch đại quang điển hình là bộ khuếch đại quang sợi EDFA.


10

c. Bộ thu quang:Vai trò của máy thu quang là chuyển đổi tín hiệu quang thành tín
hiệu điện và phục hồi các dữ liệu được truyền dẫn qua hệ thống bước sóng sử dụng
photodetector. Nó đòi hỏi độ nhạy cao, hồi đáp nhanh, nhiễu thấp, chi phí thấp và độ tin
cậy cao.
d. Bộ ghép/tách tín hiệu: Các thông số cơ bản miêu tả đặc tính của các bộ ghép/tách
kênh là suy hao xen, số lượng kênh xử lý, băng thông (độ rộng kênh), khoảng
cách kênh và tần số trung tâm.
 Bộ lọc màng mỏng điện môi.
 Bộ Mach-Zehnder (MZF).
 AWG NxN.

3.2.2 Mô hình hóa hệ thống NG-PON2
 Bộ phát:
Phía đầu ra (sử dụng đường bao phức ở tín hiệu đầu ra).
Tín hiệu quang đến có thể được mô tả:
Si  t   A0i e

j   i t i 

1  m   m d  t 

(3.1)

Công suất phía ra được xác định:
i
Pout
 Si  t   A0i 1  m   m d  t   Pini 1  m   m d t 
2

2

(3.2)

 AWG:
Phía ra của AWG xác định bởi:

1
S  t   F  S    
2
1

Với



 S   e



 jt

1
d 
2

 Nc

 S   H   e
i

 i 1

Tx
0i

 it

d

(3.3)


11


Si    F  Si  t     Si  t  e jt dt

(3.4)



là chức năng truyền của AWG của kênh thứ i.
Công suất phía ra:
Pout  s  t 

2

(3.5)

 EDFA:
Phía ra:

S A t   GS t   nASE t 
Với G là độ lợi của EDFA,

(3.6)

là nhiễu do bức xạ tự phát gây nên bên trong

EDFA.
2
nASE
 PASE  2n h0  G  1 B0

(3.7)

(Bỏ qua hiệu ứng phi tuyến)
 Sợi quang thứ nhất:
Phía ra:


1
S F1  t   F  S F1  ω   
S F1   e jt d

2
1

(3.8)



 Bộ chia:
Phía ra

SS  t  

Công suất phía ra

S F1  t 
Ns

(
(3.9)


12

Ps 
Với

PF1

(
(3.10)

Ns

: Tỷ lệ chia công suất

 Sợi quang thứ 2:
Phía ra


1
S F2  t   F  S F2  ω  
S F2   e jt d

2 
1

S F2    S S   e

2 2 
 
  2 L2  j 2  L2 



(3.11)

(3.12)



S S    F  S S  t     S S  t  e jt dt

(3.13)

Si'  t   S F2  t  * hiRx  t 

(3.14)



 OBF:
Phía ra

1
h t  
2
Rx
i





 H   e
Rx
0i

 jt

d



1
1
S  t   F  S    
Si'   e jt d 
S F2   H 0Rxi   e  jt d


2 
2 
'
i

1

'
i

(3.15)



(3.16)

13


S F2    F  S F2  t     S F2  t  e jt dt

(3.17)



 Bộ thu:
Dòng quang điện được sinh ra tại máy tách sóng được biểu diễn theo công thức
(3.18):

i  t   R Si'  t   in  t   is  t   in  t 
2

(3.18)

Với R là độ nhạy đi-ốt quang. Giá trị trung bình của dòng là:

I  R  PRx  PASE 

(3.19)

Với PASE là công suất nhiễu ASE được thêm vào tín hiệu:

PASE  2S ASE B0  2nsp hf  G  1 B0

(3.20)

Với G là độ lợi khuyếch đại, B0 là băng thông hiệu quả của phát xạ tự phát đặt
bởi băng thông khuyếch đại hoặc băng thông bộ lọc nếu một bộ lọc quang đặt
sau bộ khuyếch đại, SASE là mật độ phổ của tạp âm phát xạ ngẫu nhiên cảm ứng
và gần như không đổi (nhiễu trắng) và được mô tả :

S ASE  nsp hf  G  1

(3.21)

Với nsp gọi là yếu tố phát xạ tự phát và được xác định bởi

nsp  N 2 / ( N 2  N1)

(3.22)

Với N1 và N2 tương ứng là mật độ nguyên tử cho trạng thái cơ bản và trạng thái
kích thích.
Nhiễu dòng ∆I bao gồm sự dao động nhiễu nổ, nhiễu nhiệt, nhiễu xuyên âm và
nhiễu phát xạ tự phát ASE.


14

in  t   is  sp  isp  sp  ish  ith  icx
( )

{

(

(3.23)
)

2
2
Trung bình các pha ngẫu nhiên, tổng phương sai   (in (t))  của sự dao

động dòng có thể được diễn tả theo công thức 3.24.

 2   s2 sp   sp2  sp   sh2   th2   xc2

(3.24)

Với  sh2 ,  th2 ,  xc2 tương ứng là nhiễu nỗ, nhiễu nhiệt và nhiễu xuyên kênh

 s2 sp  is2 sp  4 R 2GPRx S ASE  f


2
 sp2  sp  isp2  sp  4 R 2 S ASE
 f  B0 



f 

2 

 sh2  ish2  2q is  id   f

 th2  ith2 

4 KB T
Fn  f
RL

 xc2  ixc2   Nc2  Nc   c2is2

(3.25)

(3.26)

(3.27)

(3.28)

(3.29)

Với B0 là băng thông bộ lọc quang và ∆f là băng thông nhiễu điện tử của bộ thu.
Với
N

PRx dB  PT x dB   dB L  10log10 (1/ N )   LdB
i  PD
i 1

(3.30)

15

PD  5log10 [1  4 Br

(|  2 L |2 )] (dB)

(3.31)

 12   s2 sp   sp2  sp   sh2   th2   xc2

(3.32)

 0 2   sp2  sp   th2   xc2

(3.33)

Giá trị BER được tính:
BERTWDM 

1
 Q 
erfc 

2
 2

(3.34)

Trong đó, thông số Q được tính theo 3.35:

Q

i1  i0
1   0

(
(3.35)

3.3. Hiệu năng truyền dẫn đơn kênh
3.3.1. Sự phụ thuộc tỷ lệ lỗi bit BER vào khoảng cách

Hình 3.1: Sự phụ thuộc tỷ lệ lỗi bit BER vào công suất phát khi khoảng cách thay đổi


16

Hình 3.1 cho thấy khi ta càng tăng khoảng cách thì giá trị của BER càng tăng, điều
này cho thấy hiệu năng hệ thống giảm khi tăng khoảng cách, với khoảng cách càng xa thì
ta cần công suất phát phải cao hơn nhiều, là do bởi sự ảnh hưởng của tán sắc, suy hao,…
tăng lên khi khoảng cách truyền dẫn tăng lên khiến cho hiệu năng truyền dẫn giảm.

3.3.2. Hiệu năng hệ thống khi sử dụng PIN hoặc APD

Hình 3.2: Hiệu năng hệ thống khi sử dụng PIN hoặc APD

Hình 3.2 cho thấy giá trị BER tăng rất nhanh khi sử dụng PIN, vì vậy, việc sử
dụng APD cho giá trị BER tốt hơn nhiều so với PIN. Tuy nhiên xét về mặt kinh tế, giá
thành của APD cao hơn gấp nhiều lần so với PIN, vì vậy bài toán đặt ra là lựa chọn giữa
hiệu năng hệ thống và hiệu quả kinh tế.

3.3.3. Sự phụ thuộc tỷ lệ lỗi bit BER vào công suất phát


17

Hình 3.3: Sự phụ thuộc tỷ lệ lỗi bit BER vào khoảng cách khi công suất phát thay đổi

Hình 3.3 cho thấy với cùng một khoảng cách truyền dẫn thì để đạt được giá trị
BER tốt cần phải có mức công suất phát cao. Còn với cùng giá trị BER thì với mức công
suất phát tăng sẽ giúp khoảng cách truyền dẫn tăng lên.

3.3.4. Sự phụ thuộc tỷ lệ lỗi bit BER vào tỷ lệ chia

Hình 3.4: Sự phụ thuộc tỷ lệ lỗi bit BER vào công suất phát khi thay đổi tỷ lệ chia


18

Hình 3.4 cho thấy khi tỷ lệ chia công suất càng tăng lên thì giá trị BER sẽ càng
lớn. Bên cạnh đó với cùng một giá trị BER mong muốn, ta cần phải tăng công suất phát
khi tăng tỷ lệ chia.

3.3.5. Sự phụ thuộc tỷ lệ lỗi bit BER vào độ lợi G của bộ khuếch đại

Hình 3.5: Sự phụ thuộc tỷ lệ lỗi bit BER vào độ lợi G khi thay đổi công suất phát

Hình 3.5 cho thấy khi công suất càng tăng thì giá trị BER càng nhỏ. Độ lợi càng
tăng thì tại một mức công suất phát, thì giá trị BER cũng càng nhỏ, tuy nhiên sau đó giá
trị BER bé đi không nhiều và khi G



30 thì giá trị BER không còn bé đi nữa do bởi độ

lợi G có một ngưỡng trên xác định, vượt qua ngưỡng này sẽ gây ra cho tín hiệu ra sẽ gồm
rất nhiều nhiễu gây ảnh hưởng lớn tới chất lượng tín hiệu.

3.4. Phân tích xuyên âm liên kênh đƣờng xuống và đƣờng lên
Trong kiến trúc của TWDM-PON, việc xếp chồng 4 tới 8 cặp bước sóng cho phép
kiến trúc mạng trở nên linh hoạt, tuy nhiên, nó đồng thời cũng sinh ra ảnh hưởng của hiệu
ứng xuyên âm liên kênh.Xuyên âm liên kênh được định nghĩa là tỷ số công suất tổng
trong các kênh gây nhiễu với công suất tổng của kênh cần sử dụng (các kênh cần sử dụng
và gây nhiễu có bước sóng khác nhau. Nguyên nhân gây ra hiệu ứng xuyên âm là do phân
kênh không hoàn hảo của một tín hiệu truyền dẫn đa kênh thành các kênh riêng trước khi
thành một tập kênh đơn tại các máy thu.


19

Xem xét thiết kế trong trường hợp xấu nhất của xuyên âm liên kênh đường lên, (Cc) có
thể được tính toán dựa vào phương trình (3.36):



 IA

Cc  PONU  d max  10 log10 2  10 10   N  3  10

 I NA
10



(3.36)

Bên cạnh đó, sử dụng xấp xỉ Gaussian, bù xuyên âm liên kênh (PC) có thể được tính:

 10 10c 2 ER+1 2 
PC  5log10 1  N 1 Q  ER 1  


2C

(3.37)

Xem xét với thiết kế giá trị trong trường hợp xấu nhất, tại truyền dẫn đường
xuống, xuyên âm liên kênh có thể được tính:



IA

 IA

Cc  POLT  UniformityWM  10 log10 2  10 10   N  3  10 10



(
(3.38)

Bảng 3.1: Tính toán xuyên âm liên kênh và bù công suất trong trƣờng hợp xấu nhất
Tính toán theo trƣờng hợp xấu
nhất

AWG đặc trƣng

Bộ lọc đa
tầng

IA = 23 dB

IA = 32 dB

INA = 30 dB

INA = 36 dB

Hệ thống 4

Cc (dB)

0,4

-8,2

kênh truyền

Pc (dB)

Vô hạn

0,5

Hệ thống 8

Cc (dB)

1,8

-6

kênh truyền

Pc (dB)

Vô hạn

0,6

Ta có thể thấy, tính toán trong trường hợp xấu nhất, một thiết bị WM cần một giá
trị cách li rất cao (IA=32 dB và INA= 36 dB) mới đáp ứng được yêu cầu của hệ thống
TWDM-PON để đạt được giá trị bù công suất thích hợp đối với hiệu ứng xuyên âm liên
kênh.
Bù công suất là đồ thị ngược với xuyên âm liên kênh đối với các trường hợp tổng
số kênh lần lượt là N=4 và N=8 được biểu diễn bởi hình 3.6


20

Hình 3.6: Bù quang do xuyên âm liên kênh với hệ thống 4 kênh và 8 kênh

3.5. Kết luận chƣơng
Hiệu năng của mạng NG-PON2 phụ thuộc vào rất nhiều tham số trong hệ thống:
với khoảng cách truyền dẫn càng tăng tỷ lệ lỗi bit cũng tăng theo, tương tự như vậy đối
với tỷ lệ chia công suất, hay với công suất phát hoặc độ lợi khuếch đại càng tăng thì tỷ lệ
lỗi bit cũng giảm theo. Tuy nhiên, với khả năng hỗ trợ khoảng cách truyền dẫn hay tỷ lệ
chia công suất… cao hơn các công nghệ PON trước đó, NG-PON2 xứng đáng là thế hệ
mạng quang kế tiếp trong tương lai. Các kết quả phân tích hiệu ứng xuyên âm liên kênh
đã đặt ra vấn đề đó là các nhà khai thác viễn thông cũng cho thấy yêu cầu của các thiết bị
trong NG-PON2 là cần phải tương thích và đáp ứng các yêu cầu về xuyên âm giữa các
kênh truyền.
.


21

KẾT LUẬN CHUNG
Qua việc nghiên cứu các công nghệ mạng quang thụ động hiện tại và phân
tích,đánh giá hiêu năng hệ thống NG-PON2, ta có thể thấy những ưu điểm vượt trội của
NG-PON2 trong tương lai so với các thế hệ mạng quang trước đó để đáp ứng sự đòi hỏi
băng thông truy nhập tốc độ cao ngày càng tăng với các ưu điểm: tương thích ODN với
mạng quang GPON cho phép tái sử dụng các tài nguyên đắt tiền trong mạng, giúp giảm
chi phí đầu tư ban đầu cho các nhà cung cấp viễn thông, cùng với đó là kiến trúc hệ thống
có tính linh hoạt cao với ONU sử dụng bộ phát và bộ thu có thể khả chỉnh “trong suốt” vì
vậy NG-PON2 có thể hỗ trợ nhiều loại hình người dùng khác nhau trong cùng một mạng
truy nhập PON. Bên cạnh đó NG-PON2 cũng hỗ trợ tốt hơn nhiều về tỷ lệ chia của bộ
chia công suất, khoảng cách truyền dẫn quang, tầm với quang,...
Các kết quả đạt đƣợc của luận văn bao gồm:
 Trình bày tổng quan về công nghệ quang thụ động, các công nghệ truy nhập

quang thụ động hiện tại APON/BPON, GPON, EPON, XG-PON bao gồm:
kiến trúc mạng, đặc điểm công nghệ,... bên cạnh đó là xu hướng phát triển của
mạng quang thụ động trong tương lai.
 Nghiên cứu công nghệ TWDM-PON, ưu điểm của TWDM-PON so với các
công nghệ khác khi được chọn là giải pháp kĩ thuật cho công nghệ NG-PON2.
Các yêu cầu kĩ thuật, yêu cầu dịch vụ của mạng NG-PON2 theo khuyến nghị
ITU-T, ứng dụng và các hướng triển khai của mạng NG-PON2 trong tương
lai.
 Đánh giá hiệu năng truyền dẫn đơn kênh của mạng NG-PON2 bao gồm sự
phụ thuộc tỷ lệ lỗi bit BER vào khoảng cách, hiệu năng hệ thống khi sử dụng
PIN hoặc APD, sự phụ thuộc tỷ lệ lỗi bit BER vào công suất phát, sự phụ
thuộc tỷ lệ lỗi bit BER vào tỷ lệ chia, sự phụ thuộc tỷ lệ lỗi bit BER vào độ lợi
G của bộ khuếch đại.


22

 Phân tích, so sánh xuyên âm liên kênh đường xuống và đường lên, ảnh hưởng
của xuyên âm liên kênh trong mạng NG-PON2.
Hiện nay, NG-PON2 đang được chuẩn hóa và dự kiến triển khai thương mại vào
năm 2016, một số nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đã bắt đầu cung cấp các dịch vụ dựa
trên công nghệ TWDM-PON.
Hƣớng nghiên cứu tiếp theo của luận văn:
 Phân tích và đánh giá hiệu năng hệ thống truyền dẫn đơn kênh với việc xem
xét thêm các ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến, phân tích hiệu năng hệ thống
truyền dẫn đa kênh mạng NG-PON2.
 Xem xét tính khả thi và phương án triển khai NG-PON2 tại Việt Nam trong
tương lai.