Nguồn quang sử dụng trong hệ thống WDM PON

Đồ án tốt nghiệp Đại học

Lời nói đầu

LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, nhu cầu về thông tin phát triển rất mạnh trên toàn cầu
cũng như trong ở phạm vi các quốc gia. Để đáp ứng được yêu cầu đòi hỏi thông tin ngày
càng cao và đa dạng của khách hàng thì vấn đề về mặt băng thông là vô cùng quan trọng,
phải tạo một đường truyền băng thông rộng, tốc độ cao và hạn chế để xảy ra tắc nghẽn.
Để tạo băng thông đủ lớn, một giải pháp đã được đưa ra là sử dụng truy nhập quang vì chỉ
có sợi quang mới đảm bảo tốc độ vài chục Mbps tới vài Gbps.
Trong các giải pháp cho mạng truy nhập quang thì giải pháp mạng truy nhập quang
thụ động (PON) mang lại hiệu quả rất lớn cho các nhà khai thác mạng khi cần triển khai
một số mạng truy nhập cho một số lượng lớn khách hàng tập trung, yêu cầu băng thông
truy nhập lớn. Có rất nhiều kỹ thuật truyền dẫn được ứng dụng cho mạng quang thụ động,
có thể kể đến như kỹ thuật ATM (APON), tạo đường truyền băng rộng (BPON), kỹ thuật
Ethernet (EPON), hay kỹ thuật ghép khung mới để tạo đường truyền tốc độ Gigabit
(GPON), sử dụng ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM PON).
Với công nghệ WDM, nhiều kênh quang được truyền đồng thời trên một sợi, trong
đó mỗi kênh quang tương ứng một hệ thống truyền dẫn độc lập tốc độ cao. Do vậy việc sử
dụng kỹ thuật WDM được xem là công nghệ quan trọng và hiệu quả nhất để mở rộng
băng tần truyền dẫn cho từng người dùng đầu cuối cho các mạng truy nhập. Không chỉ
vậy khả năng mở rộng số lượng người dùng đầu cuối cũng linh hoạt hơn nhiều nhờ chỉ
phải thêm số lượng bước sóng sử dụng. Tuy nhiên, một vấn đề thách thức để triển khai hệ
thống WDM-PON đó là mỗi kênh bước sóng cần một bộ phát sóng độc lập. Như vậy, số
lượng nguồn quang cần thiết cho mạng là rất lớn. Vì vậy việc nghiên cứu các giải pháp
khác nhau để giảm thiểu số lượng nguồn quang là rất quan trọng nên em đã chọn đề tài:
“Nguồn quang sử dụng trong hệ thống WDM-PON”. Bố cục của đồ án được trình bày
như sau:
 Chương I : Tổng quan về mạng truy nhập
 Chương II: Giải pháp WDM-PON

 Chương III: Nguồn quang sử dụng trong WDM-PON
1


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Lời nói đầu

 Chương IV: Mô phỏng nguồn sáng băng rộng sử dụng phần mềm
Optisystem.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ThS. Ngô Thu Trang – Bộ môn Tín hiệu và
Hệ thống – Khoa Viễn Thông I - Học viện công nghệ bưu chính viễn thông đã tận tình
giúp đỡ, chỉ bảo và hướng dẫn em trong quá trình thực hiện đồ án.
Em cũng xin cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Viễn Thông I, cùng ban lãnh đạo
học viện công nghệ bưu chính viễn thông đã tạo điều kiện để giúp đỡ em hoàn thành đồ
án tốt nghiệp đại học.
Cuối cùng em xin gửi lời chúc tới các thầy cô giáo trong khoa Viễn Thông I những
lời chúc tốt đẹp nhất, chúc các thầy các cô đạt được nhiều thành công hơn nữa trong công
việc cũng như trong cuộc sống.
Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2015
Sinh viên thực hiện

2


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

MỤC LỤC

3


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Thuật ngữ viết tắt

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
A
ATM
ASE
AON
AWG
B
BER
BLS
BPON
C
CDMA
CLS
CO
CPON
CWDM
CW
D
DEMUX
DWDM
E
EAM

EDFA
E/O
EPON
F
FDMA

Asynchronous Transfer Mode
Amplified Spontaneous Emission
Active Optical Network
Array Wavelength Guide

Phương thức truyền dị bộ
Phát xạ tự phát có khuếch đại
Mạng quang tích cực
Cách tử mảng ống dẫn sóng

Bit Error Rate
Broadband Light Source
Broadband PON

Tỷ lệ lỗi bít
Nguồn sáng băng rộng
PON băng rông

Code Division Multiplexing
Access
Centralize Light Source
Central Office
Composite PON
Coarse Wavelength Division

Multiplexing
Continuous Wave

Đa truy nhập phân chia theo
mã
Nguồn sáng trung tâm
Bộ phân trung tâm
PON hỗn hợp

Demultiplexer
Dense Wavelength Divison
Multiplexing

Bộ phân kênh
Ghép kênh phân chia theo
bước sóng mật độ cao

Electric Absorb Modulator
Erbium Doped Fiber Amplifiers

Điều chế hấp thụ điện
Bộ khuếch đại quang kích
thích pha tạp Er3+
Điện/Quang
PON sử dụng Ethernet

Electric/Optical
Ethernet PON

Sóng liên tục

FTTH
FSR
FP-LD

Frequency Division Multiplexing
Access
Fiber to the Home
Free Spectrum Range
Fabry-Perot Laser Diode

Đa truy nhập phân chia theo
tần số
Cáp quang tới nhà
Dải phổ tự do
Laser diot có khoang cộng
hưởng

L
LARNet

Local Access Routing Network

Mạng định tuyến truy nhập nội
vùng

LD
LED
M

Laser Diode
Light Emitting Diode

4

Diot phát quang


Đồ án tốt nghiệp Đại học

MFL
MUX
MZM
N
NRZ
O
OAN
OCSU

Thuật ngữ viết tắt

Multifrequency Laser
Multiplexer
Mach-Zehnder Modulator

Laser đa tần
Bộ ghép kênh
Bộ điều chế ngoài MachZehnder

Non-Return to Zero

Optical Access Network
Optical Carrier Supply Unit

Mạng truy nhập quang
Đơn vị cung cấp sóng mang
quang

Optical Distribution Network
Optical/Electric
Optical Network Unit
Optical Network Terminal
Optical Line Terminal
Optical Supervision Channel

Mạng phân phối quang
Quang/Điện
Đơn vị mạng quang
Đầu cuối mạng quang
Đầu cuối đường quang
Giám sát kênh quang

Pre-Amplifier
Polarization Controller
Passive Optical Network
Remote Node
Relative Intense Noise
Reflect Semiconductor Optical
Amplifier

Bộ tiền khuếch đại

Điều khiển phân cực
Mạng quang thụ động
Nút điều khiển từ xa
Nhiễu cường độ tương đối
Khuếch đại quang bán dẫn có
phản xạ

Single Mode Laser
Superliminescent Light Emitting
Diode

Laser đơn mode
Diode phát xạ ánh sáng băng
rộng

T
TDM

Time Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo thời
gian

TDMA

Time Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo
thời gian

Wavelength Division
Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo
bước sóng

ODN
O/E
ONU
ONT
OLT
OSC
P
PA
PC
PON
RN
RIN
RSOA
S
SM-LD
SLED

W
WDM

5


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Thuật ngữ viết tắt

6


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Danh mục hình vẽ

DANH MỤC HÌNH VẼ

7


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương I: Tổng quan về mạng truy nhập

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP
1.1. Mạng truy nhập hữu tuyến và vô tuyến
1.1.1. Vai trò của mạng truy nhập trong hệ thống viễn thông
Hiện nay các nhà khai thác và cung cấp dịch vụ mạng viễn thông, các nhà sản xuất thiết
bị, các cơ quan quản lý viễn thông, các nhà sản xuất thiết bị cũng như các hướng nghiên
cứu cũng đang tập trung vào mạng truy nhập. 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 cho phép sử dụng cơ sở hạ tầng mạng hiệu quả hơn chi phí quản lý,
khai thác, bảo dưỡng thấp hơn. Do đó tạo ưu thế trong môi trường cạnh tranh.

 Mạng truy nhập cho phép triển khai dịch vụ một cách nhanh chóng. Tạo ra khả năng
tích hợp những 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.
 Mạng truy nhập có một hệ thống quản lý giúp cho mạng hoạt động ổn định, linh
hoạt với các khả năng chẩn đoán, khắc phục lỗi và sửa lỗi tốt.
 Mạng truy nhập giao tiếp với bên ngoài thông qua 3 giao diện:
- Giao diện người sử dụng-mạng (UNI): phụ thuộc vào loại dịch vụ cung cấp.
- Giao diện mạng truy nhập-mạng lõi (SNI): có thể là giao diện 2 dây trong hệ
thống truy nhập cũ.
- Giao diện quản lý Q: là giao diện tiêu chuẩn để kết nối đến hệ thống quản lý
mạng.

8


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương I: Tổng quan về mạng truy nhập

Hình 1.1 Cấu trúc mạng truy nhập hiện đại
Ngoài ra môi trường kết nối thuê bao phục vụ cho kết nối cuối đến mạng truy nhập,
kết nối này có thể dựa trên môi trường truyền dẫn khác nhau, có thể là vô tuyến hoặc hữu
tuyến (cáp đồng hoặc cáp quang). Các công nghệ truyền dẫn khác nhau được sử dụng để
kết nối này tùy theo nhu cầu về dịch vụ và tùy theo hệ thống cụ thể của nhà sản xuất.

1.1.2. Mạng truy nhập cáp đồng
Cáp đồng bao gồm dây dẫn bên trong và dây dẫn bên ngoài (Lớp bảo vệ) được bao
bọc bằng lớp vỏ bên ngoài. Cáp đồng trục thường có cấu trúc như sau:

Hình 1.2 Cấu trúc cáp đồng

9


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương I: Tổng quan về mạng truy nhập

Ta có mô hình sau:

Hình 1.3 Mô hình sử dụng công nghệ truy nhập xDSL trong cáp đồng
xDSL là một họ công nghệ cung cấp truyền dẫn số trên đường dây điện thoại của
mạng chuyển mạch nội hạt. Tốc độ xDSL vào khoảng 640kbps đến 3Mbps tùy thuộc vào
công nghệ DSL và tốc độ dịch vụ theo yêu cầu. Thông thường thì tốc độ đường lên thấp
hơn tốc độ đường xuống đối với ADSL và bằng nhau đối với SDSL.
Các thành phần thiết bị của hệ thống xDSL bao gồm hai thành phần thiết bị thuộc 2
phía đầu cuối, một phía đầu cuối thuộc CPE và đầu cuối kia được gọi là CO. Đây là yếu
tố quyết định về tốc độ bit mà phía khách hàng đạt được. Công nghệ xDSL còn gặp phải
một số nhược điểm như nhiễu kênh truyền, xuyên kênh, can nhiễu từ các hệ thống vô
tuyến và các nguyên nhân gây suy hao khác dẫn đến chúng có thể làm suy hao tín hiệu
của khách hàng. Ngoài ra còn một số loại DSL khác như HSDL, VDSL, RADSL,
HDSK2, HDSL4…

1.1.3. Mạng truy nhập vô tuyến
1.1.3.1. Truy nhập vô tuyến cố định
Truy nhập vô tuyến cố định (FWA) được định nghĩa là từ giao diện node dịch vụ
đến bộ phận đầu cuối thuê bao, áp dụng phương thức vô tuyến toàn bộ hoặc một phần.
Liên kết bằng vô tuyến được dùng để thay thế cho cáp hoặc sợi quang để truyền dẫn dữ
liệu và thoại. FWA được dùng trong truy nhập Internet nhanh và hội nghị truyền hình.
Thông tin được truyền đi từ một trạm phát đến các đầu cuối cố định, khác với điện thoại

di động, thông tin được truyền đi từ một trạm phát đến các đầu cuối di động.

10


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương I: Tổng quan về mạng truy nhập

FWA thích hợp cho truy nhập băng rộng ở những nơi mà việc xây dựng hệ thống
cáp quang hoặc cơ sở hạ tầng khó khăn hoặc có chi phí lớn.

1.1.3.2. Truy nhập vô tuyến không dây
Ngày nay mạng không dây (Wireless Lan) đã trở thành một phần không thể thiếu
trong cuộc sống khi nó xuất hiện trong các doanh nghiệp, trường học, các địa điểm giải trí
và ngay cả tại từng hộ gia đình. Nhờ sự tiện lợi của mình, mạng không dây đã dần thay
thế kết nối truyền thống bằng cáp truyền thống.

Hình 1.4 Mô hình sử dụng công nghệ WLAN
Mạng không dây cho phép bạn truy nhập vào internet ở bất kì nơi đâu trong khu vực
phủ sóng. Với sự phát triển về công nghệ, các sản phẩm công nghệ như máy tính xách
tay, smartphone ngày càng có giá thành rẻ hơn và chúng đều đã được tích hợp sẵn khả
năng kết nối wi-fi thì xu hướng sử dụng mạng không dây là tất yếu. Hơn thế nữa, việc
thiết lập mạng không dây không quá khó khăn so với mạng phải dùng cáp (ví dụ triển
khai hệ thống cáp ở những tòa nhà lớn), việc sửa chữa bảo dưỡng cũng sẽ dễ dàng
hơn.Mạng không dây có thể đáp ứng tức thì sự gia tăng số lượng người dùng.
Phạm vi hoạt động của mạng không dây khá nhỏ nên chỉ thích hợp trong một căn
nhà, nếu một tòa nhà lớn cần phải có thêm những bộ phát tín hiệu, khuyếch đại tín hiệu
làm gia tăng chi phí. Việc kết nối vào mạng chậm hay bị đứt đoạn do ảnh hưởng của môi

11


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương I: Tổng quan về mạng truy nhập

trường, của các thiết bị phát tín hiệu radio khác.Tốc độ của mạng không dây hiện tại vẫn
chậm hơn so với sử dụng cáp (100 Mbps cho đến hàng Gbps).
Các kỹ thuật truy nhập như FDMA, TDMA, CDMA

 Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA): FDMA thể hiện kênh băng hẹp mà
đơn giản nhất là bất kỳ đầu cuối nào cũng có một đường thuê bao theo mỗi kênh mà
nó có thể truy nhập tới bất kỳ tần số nào, đôi khi hệ thống này được gọi là mỗi kênh
trên một sóng mang. Phân chia tần số ở đây là mỗi máy di động có thể sử dụng một
đường được tạo ra. Đa truy nhập phân chia theo tần số có nghĩa là nhiều khách hàng
có thể sử dụng dải tần đã được gán cho họ mà không bị trùng nhờ việc phân chia
phổ tần ra thành nhiều đoạn.
Ngoài ra ghép kênh phân chia theo tần số là tín hiệu cần được phát tới một số khách
hàng từ một máy phát bằng cách phân chia các băng tần và máy thu sẽ lựa chọn
thông tin thuộc băng tần của nó.
 Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA): trong thông tin di động TDMA,
trạm gốc phát tín hiệu TDM đến máy di động trong tế bào. Máy di động nhận một
khe của mình trong số các tín hiệu TDM và gửi tín hiệu khối về trạm gốc một cách
tuần tự. Các số máy di động liên lạc với các trạm gốc một cách đồng thời theo một
kênh vô tuyến.

 Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA): Thuê bao của mạng di động CDMA chia
sẻ cùng một dải tần chung. Mọi khách hàng có thể nói đồng thời và tín hiệu được
phát đi trên cùng một dải tần. Các kênh thuê bao được tách biệt bằng cách sử dụng

mã ngẫu nhiên, các tín hiệu của nhiều thuê bao khác nhau sẽ được mã hóa bằng các
mã ngẫu nhiên khác nhau, sau đó được trộn lẫn và phát đi trên cùng một dải tần
chung và chỉ được phục hồi duy nhất ở thiết bị thuê bao (máy điện thoại di động)
với mã ngẫu nhiên tương ứng. Áp dụng lý thuyết truyền thông trải phổ, CDMA đưa
ra hàng loạt các ưu điểm mà nhiều công nghệ khác chưa thể đạt được.

1.1.3.3. Mạng truy nhập cáp quang

12


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương I: Tổng quan về mạng truy nhập

Mạng truy nhập quang (OAN) là mạng truy nhập chủ yếu sử dụng sợi quang là môi
trường truyền dẫn.

 Ưu điểm: Dung lượng lớn, kích thước và trọng lượng cáp nhỏ, không bị nhiễu điện,
tính bảo mật cao, tình hình thị trường rất tốt, chất lượng truyền dẫn tốt
 Nhược điểm: vấn đề chuyển đổi tín hiêu điện sang quang và ngược lại. Chi phí của
các thiết bị chuyển tiếp cao, cần xem xét khi thiết kế mạng. Đường truyền thẳng
điều này không thích hợp cho việc lắp đặt ở những nơi có địa hình phức tạp. Yêu
cầu lắp đặt đặc biệt do sợi chủ yếu làm bằng thủy tinh.
 Cấu hình tham chiếu
Mạng truy nhập quang sử dụng sợi quang làm môi trường truyền dẫn chủ yếu.
Thông tin trao đổi giữa CO và tín hiệu nhận được của thuê bao đều là tín hiệu điện.
Cần phải có bộ biến đổi E/O ở phía CO và biến đổi O/E ở đơn vị mạng quang
(ONU) để có thể thực hiện truyền dẫn tín hiệu.

Hình 1.5 Sơ đồ khối mạng truy nhập quang
Mạng truy nhập quang được chia làm 2 loại cơ bản là truy nhập quang tích cực
(AON) và truy nhập quang thụ động (PON)
Mạng AON sử dụng các thiết bị tích cực như các bộ chia tích cực hoặc các bộ ghép
kênh ở đoạn phân bố của mạng truy nhập. Mạng PON chứa các thiết bị thụ động như bộ
chia, bộ kết hợp, bộ ghép định hướng. Điều này giúp cho PON có một số ưu điểm là
không cần nguồn điện cung cấp nên không bị ảnh hưởng bởi lỗi nguồn. Có độ tin cậy cao
và không cần phải bảo dưỡng do tín hiệu không bị suy hao nhiều như các thành phần tích
cực.

1.2.Giải pháp FTTx cho mạng thụ động
13


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương I: Tổng quan về mạng truy nhập

1.2.1. Khái niệm và ưu điểm của FTTx
Trước đây các hệ thống mạng truy nhập được sử dụng chủ yếu bởi cáp đồng, ứng
dụng cho các dịch vụ có lưu lượng thấp, việc sử dụng cáp đồng có những lợi ích như chi
phí thấp, khả năng lắp đặt và triển khai đơn giản. Tuy nhiên cáp đồng có nhiều hạn chế
như băng thông hẹp, khả năng chống nhiễu kém, suy hao lớn và khoảng cách truyền nhỏ.
Công nghệ truyền dẫn bằng cáp quang đã khắc phục hoàn hảo các nhược điểm này.
Truyền dẫn bằng cáp quang không bị nhiễu do tín hiệu được truyền bằng ánh sáng, suy
hao nhỏ, phạm vi truyền dẫn gấp hàng chục lần so với cáp đồng và đặc biệt là cáp quang
có băng thông lớn lên đến hàng trăm Ghz đáp ứng được hoàn toàn với những nhu cầu
truyền dẫn tốc độ cao. Mặt khác, với sự bùng nổ về nhu cầu băng thông hiện nay, việc
triển khai một hệ thống mạng truy nhập quang đến từng hộ gia đình, văn phòng, tòa nhà là
một điều tất yếu . Đó chính là mạng FTTx.

FTTx (Fiber To The x) là một kiến trúc mạng trong đó sợi quang được kéo từ các
thiết bị chuyển mạch của nhà cung cấp dịch vụ đến các thuê bao. Trong đó sợi quang có
hoặc không được sử dụng trong tất cả các kết nối từ nhà cung cấp dịch vụ đến khách
hàng. “x” được biểu thị là một ký hiệu đại diện cho các loại hình mạng khác nhau như
FTTH, FTTC, FTTB, FTTN,.. Do đó nó có thể thay thế hạ tầng cáp đồng hiện tại như dây
điện thoại, cáp đồng trục. Đây là một kiến trúc mạng mới và đang phát triển nhanh chóng
bằng cách cung cấp băng thông lớn hơn cho người dùng.
1.2.2. Phân loại
1.2.2.1. Phân loại theo chiều dài cáp

14


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương I: Tổng quan về mạng truy nhập

Hình 1.6 Phân loại mạng FTTx theo chiều dài cáp quang
Trong định nghĩa ta có các loại FTTH, FTTB, FTTC,... Điểm khác nhau của các loại
hình này là do chiều dài cáp quang từ thiết bị đầu cuối của ISP (OLT) đến các user. Nếu
từ OLT đến ONU (thiết bị đầu cuối phía user ) hoàn toàn là cáp quang thì người ta gọi là
FTTH/FTTB.
1.2.2.2. Phân loại theo cấu hình
Cấu hình point-to-point: là kết nối điểm-điểm, sẽ có một kết nối thẳng từ nhà cung
cấp dịch vụ đến khách hàng, mỗi sợi quang sẽ chỉ kết nối tới một khách hàng cho nên cấu
hình mạng tương đối đơn giản do không phải chia sẻ việc sử dụng băng thông và tốc độ
có thể sẽ rất cao. Quá trình truyền dẫn P2P cũng rất an toàn do chỉ thực hiện truyền dẫn
trên một đường truyền vật lý. Tuy nhiên với mô hình này thì rất khó có thể mở rộng với
quy mô lớn bởi giá thành đầu tư cho một khách hàng là rất cao, hệ thống trở nên cồng
kềnh, khó khăn trong việc vận hành và bảo dưỡng khi số lượng khách hàng tăng lên.

Cấu hình Point to Multipoint: là kết nối điểm-đa điểm, một kết nối từ nhà cung cấp
dịch vụ đến nhiều khách hàng thông qua một bộ chia Splitter. Trong mô hình này thì mỗi
đường quang đi từ nhà cung cấp dịch vụ sẽ được chia sẻ băng thông cho mỗi khách hàng.
Điều này sẽ làm giảm chi phí lắp đặt đường cáp quang và tránh cho hệ thống khi phát
triển gói cồng kềnh.

1.2.3. Ưu nhược điểm của mạng FTTx
Ưu điểm
Dung lượng lớn: Các sợi quang có khả năng truyền đi những lượng lớn thông tin.
Tính cách điện: Cáp sợi quang có thể loại bỏ được nhiễu gây ra bởi các dòng điện
chạy vòng dưới đất hay những dòng điện được phóng ra từ các đường dây thông tin như
việc trục trặc về điện.
Tính bảo mật: Sợi quang cung cấp độ bảo mật thông tin cao. Một sợi quang không
thể bị trích lấy trộm thông tin bằng các phương tiện thông thường.
Độ tin cậy cao và dễ bảo dưỡng: Do không chịu ảnh hưởng của hiện tượng pha đinh
và do có tuổi thọ cao nên yêu cầu về việc bảo dưỡng hệ thống quang là ít hơn so với các
hệ thống khác.

15


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương I: Tổng quan về mạng truy nhập

Tính linh hoạt: Các hệ thống thông tin quang đều khả dụng cho hầu hết các dạng
thông tin số liệu, thoại và video.
Tính mở rộng: Các hệ thống sợi quang được thiết kế thích hợp để có thể dễ dàng mở
rộng khi cần thiết.
Nhược điểm

P2P: khi số lượng thuê bao lớn thì kiến trúc này không còn phù hợp nữa bởi việc
quản lý đường truyền vật lý thuê bao sẽ rất phức tạp và tốn kém.
P2MP: Thiết bị đầu cuối, vật tư, nguyên liệu có giá thành cao, hơn nữa kiến trúc này
phải có quá trình đào tạo chuyên sâu.
1.2.4. Ứng dụng của FTTx
Với công nghệ FTTx, nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp tốc độ download lên
đến 10Gbps, nhanh gấp 200 lần so với ADSL2+ (chỉ có thể đáp ứng 20Mbps). Tốc độ
truyền dẫn với ADSL là không cân bằng, có tốc độ tải lên luôn nhỏ hơn tốc độ tải xuống
và tối đa là 20 Mbps. Còn FTTH cho phép cân bằng, tốc độ tải lên và tải xuống như nhau
cho phép tối đa là 10Gbps, có thể phục vụ cùng một lúc cho hàng trăm máy tính.
Những tính năng vượt trội của FTTX cho phép sử dụng các dịch vụ thoại, truyền
hình, internet tốc độ cao. Điều đó không chỉ tạo nên sự nhỏ gọn về thiết bị, đường dây mà
còn mang lại chất lượng truyền dẫn tốt. Các loại hình dịch vụ đòi hỏi tốc độ truyền cao,
có tính bảo mật tốt như truyền hình hội nghị, Host Server riêng, VPN cũng được các nhà
cung cấp dịch vụ tập trung khai thác, truyền dữ liệu, Game Online, IPTV (truyền hình
tương tác), VoD, Video Conference, IP Game…với ưu thế băng thông truyền tải dữ liệu
cao, có thể nâng cấp băng thông lên tới 1Gbps, an toàn dữ liệu, độ ổn định cao, không bị
ảnh hưởng bởi nhiễu điện, từ trường.

1.3.Mạng quang thụ động
1.3.1. Tổng quan về mạng quang thụ động

16


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương I: Tổng quan về mạng truy nhập

Hình 1.7 Mạng quang thụ động PON.

Các phần tử thụ động của PON đều nằm trong mạng phân bố quang hay còn gọi là
mạng quang 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. Phần tử tích cực như OLT sẽ nằm ở CO
(Central Office) và ONU nằm ở phía người dùng. Tín hiệu trong PON có thể được phân
chia và truyền đi theo nhiều sợi quang hoặc được kết hợp lại và truyền đi trên một sợi
quang thông qua bộ ghép quang, phụ thuộc tín hiệu đó đi theo đường lên hay đường
xuống của mạng quang thụ động PON.
1.3.2. Thành phần cơ bản mạng quang thụ động
a) Sợi quang và cáp quang
Hai thông số cơ bản của sợi quang là suy hao và tán sắc. Tuy nhiên ta chỉ xét đến
thông số tán sắc và không quan tâm đến suy hao do khoảng cách truyền dẫn tối đa chỉ là
20km. Do đó người ta sẽ sử dụng sợi quang có suy hao nhỏ, chủ yếu là sử dụng sợi quang
theo chuẩn G652.
Không giống như cáp đồng truyền tín hiệu điện, cáp quang truyền tín hiệu bằng ánh
sang. Chính vì sự khác biệt đó mà cáp quang ít bị nhiễu, tốc độ cao và có khả năng truyền
đi xa hơn.
Cáp quang gốm các thành phần được thể hiện như hình 1.8

17


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương I: Tổng quan về mạng truy nhập

Hình 1.8 Cấu trúc của cáp quang

b)

Bộ tách ghép quang

Coupler
Một mạng quang thụ động sử dụng một thiết bị thụ động để tách 1 tín hiệu quang từ

một sợi quang sang một vài sợi quang khác và ngược lại. Thiết bị này được gọi là Coupler
quang.

Hình 1.9 Cấu hình cơ bản của các loại Coupler

 1.9a có chức năng tách 1 tia vào thành 2 tia ở đầu ra, gọi là coupler Y
 1.9b có chức năng ghép các tín hiệu quang tại 2 đầu vào thành 1 tín hiệu
tại đầu ra
 1.9c vừa ghép vừa tách quang gọi là coupler X hoặc Y phân hướng 2x2
AWG (Cách tử mảng ống dẫn sóng)
Cách tử mảng ống dẫn sóng (AWG) là một thiết bị có thể phân chia hoặc kết hợp
các tín hiệu cùng với những cửa số bước sóng khác nhau. AWG được thiết lập như một
kênh sợi quang hai chiều, nơi mà ánh sáng tới tại đầu vào của sợi quang đầu tiên được
đưa vào phân đoạn ống dẫn sóng đa mode, tiếp theo sẽ truyền tải thông qua một vài ống
dẫn sóng đơn mode đến phân đoạn đa mode thứ hai, và cuối cùng được đưa đến đầu ra sợi
18


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương I: Tổng quan về mạng truy nhập

quang. Quá trình lọc cửa sổ bước sóng dựa trên ảnh hưởng của giao thoa và độ dài các
tuyến đường quang khác nhau trong ống dẫn sóng đơn mode. Bất cứ một bước sóng kết
hợp tại đầu vào được truyền tải thông qua các ống dẫn sóng đơn mode, và đầu ra trong bất
cứ kênh nào sẽ dẫn tới sự chồng lấn (giao thoa) của tất cả các cửa sổ bước sóng.

Hình 1.10 Cấu trúc cơ bản của cách tử mảng ống dẫn sóng
Cách tử mảng ống dẫn sóng có thể được sử dụng trong miền quang đối với khoảng
cách truyền dẫn dài và các mạng quang thụ động. AWG có thể thực hiện ghép kênh đối
với một số lượng các kênh quang lớn. AWG điều chỉnh ánh sáng trên một mặt phẳng
chứa các sóng ánh sáng, cung cấp tán sắc để phân chia ánh sáng cho những bước sóng
khác nhau. Những thiết bị ghép kênh hay OADM, OXC có thể được thực hiện với nhiều
công nghệ khác nhau. Nhưng 2 công nghệ tiêu biểu đó là sử dụng cách tử mảng ống dẫn
sóng AWG và cách tử Bragg sợi quang. Gần đây AWG được sử dụng phổ biến hơn mặc
dù công nghệ này rất khó để đạt được hiệu năng tốt trong các quá trình phân kênh và ghép
kênh một số lượng nhỏ các kênh. Tuy nhiên nó có khả năng mở rộng tốt với số lượng lớn
các kênh và phù hợp với các kiến trúc phức tạp.

19


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương I: Tổng quan về mạng truy nhập

Hình 1.11 Bộ ghép kênh AWG
Những thành phần của một tín hiệu quang đầu vào được truyền trực tiếp đến các
cổng đầu ra được chỉ rõ cùng cửa sổ bước sóng được chỉ ra trên hình 1.11(a). Một bộ
ghép kênh AWG phổ biến bao gồm 2 bộ coupler sao được hoạt động cùng nhau với các
ống dẫn sống có độ dài không bằng nhau thể hiện trên hình 1.11 (b). Chức năng của các
ống dẫn sóng như một cách tử quang để phân tán các tín hiệu của các bước sóng khác
nhau.
Bộ chia Splitter
Bộ chia là thiết bị thụ động, nhiệm vụ của bộ chia là chia công suất quang từ một sợi
ra nhiều sợi khác nhau, từ OLT đến ONU có thể sử dụng nhiều dạng bộ chia có tỷ lệ chia
là 1:2, 1:4, 1:8, 1:16, 1:32, 1:64, 1:128. Việc sử dụng bộ chia có tỷ lệ lớn như 1:32 hay

1:64 hay có thể sử dụng bộ chia nhiều lớp với lớp thứ nhất sử dụng bộ chia 1:2 và lớp thứ
2 sử dụng 2 bộ chia 1:4. Tuy nhiên hầu hết hệ thống PON sử dụng bộ chia 1:16 và 1:32,
tỷ lệ chia trực tiếp ảnh hưởng đến quỹ suy hao của hệ thống và suy hao truyền dẫn. Tỷ lệ
của bộ chia càng cao cũng có nghĩa là công suất truyền đến mỗi ONU sẽ giảm xuống do
suy hao của bộ chia Splitter 1:N tính theo công thức 10xlogN (dB), nếu tỷ lệ chia mà tăng
lên gấp đối thì suy hao sẽ tăng lên 3dB.

c)

Bảng 1.1: Liệt kê suy hao của các bộ splitter tương ứng
Đầu cuối đường quang OLT
OLT cung cấp giao diện giữa hệ thống mạng truy nhập quang thụ động PON và

mạng quang đường trục của các nhà cung cấp dịch vụ thoại, dữ liệu và video. OLT có thể
được đặt bên trong tổng đài hoặc tại một trạm từ xa. OLT cũng kết nối đến mạng lõi của

20


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương I: Tổng quan về mạng truy nhập

nhà cung cấp dịch vụ thông qua hệ thống quản lý EMS. Sơ đồ khối chức năng của OLT
được mô tả như sau:

Hình 1.12 Các khối chức năng trong OLT

 Phần lõi OLT
Phần lõi OLT bao gồm các chức năng:

Chức năng kết nối chéo được số hóa cung cấp các kết nối giữa phần mạng lõi với
phần mạng phân phối quang ODN. Chức năng ghép kênh truyền dẫn cung cấp kết nối VP
giữa chức năng cổng dịch vụ SPF và giao diện ODN. Các VP khác nhau được gán vào
các dịch vụ khác nhau tại giao diện PON. Các thông tin khác như báo hiệu, OAM được
trao đổi nhờ các VC trong VP. Chức năng ghép kênh truyền dẫn cung cấp việc truyền và
ghép các kênh trên mạng phân phối quang ODN. Chức năng giao diện ODN cung cấp
mối trường truyền dẫn quang 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.
 Phần dịch vụ OLT
Phần dịch vụ OLT có chức năng cổng dịch vụ, các cổng dịch vụ sẽ truyền tốc độ
ISDN và có thể cấu hình một số dịch vụ hay có thể hỗ trợ hai hay nhiều dịch vụ khác
nhau như game online, truyền dữ liệu. Chức năng cổng dịch vụ đóng vai trò giao tiếp với
node dịch vụ, chức năng cổng dịch vụ thực hiện chèn tế bào ATM vào tải trọng SDH
đường lên, và tách tế bào ATM từ tải trọng SDH đường xuống.
 Phần chung OLT
Bao gồm chức năng cấp nguồn và chức năng hoạt động, quản lý và bảo dưỡng
OAM, chức năng cấp nguồn chuyển đổi nguồn ngoài thành nguồn mong muốn, chức năng
OAM cung cấp các phương tiện để hoạt động, quản lý và bảo dưỡng cho tất cả các khối
OLT.
21


Đồ án tốt nghiệp Đại học

d)

Chương I: Tổng quan về mạng truy nhập

Đơn vị mạng quang ONU
ONU được đặt ở phía khách hàng, ONU cung cấp phương tiện cần thiết để phân

phối các dịch vụ khác nhau được điều khiển bởi OLT.
ONU cũng được chia làm 3 phần: phần lõi, phần dịch vụ và phần chung.

Hình 1.13 Các khối chức năng trong ONU

 Phần lõi ONU
Giao diện ODN xử lý các quá trình chuyển đổi quang điện, giao diện ODN lấy các
tế bào ATM từ tải trọng PON đường xuống và chèn các tế bào ATM vào tải trọng đường
lên. Phần lõi ONU gồm: Chức năng ghép khách hàng và dịch vụ có nhiệm vụ nếu ở phía
khách hàng thì dữ liệu sẽ được ghép trước khi truyền đến ODN còn nếu ở phía ODN thì
các dịch vụ sẽ tách ra phù hợp cho từng user 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 chức năng chuyển đổi quang điện hay điện quang.

Phần dịch vụ ONU
Cung cấp các chức năng cổng của người dùng, chức năng cổng của người dùng cung
cấp các giao diện dịch vụ của khách hàng. Chức năng này có thể được cấp bởi một khách
hàng hay một nhóm khách hàng. Nó cũng cung cấp chức năng chuyển đổi tín hiệu tùy
thuộc vào giao diện.
 Phần chung ONU
Bao gồm chức năng cấp nguồn, chức năng hoạt động, quản lý và bảo dưỡng OAM.
Chức năng cấp nguồn ví dụ như chuyển đổi tín hiệu xoay chiều thành tín hiệu một chiều
và ngược lại. Chức năng OAM cung cấp các phương tiện để điều khiển các chức năng
hoạt động, quản lý và bảo dưỡng cho tất cả khối ONU.
e) ODN
22

Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương I: Tổng quan về mạng truy nhập

Cung cấp phương tiện truyền dẫn quang cho kết nối vật lý giữa ONU và OLT, các
ODN riêng lẻ có thể được kết hợp và mở rộng nhờ các bộ khuếch đại quang, ODN gồm
các thành phần thụ động như cáp và sợi quang đơn mode, connecter quang, thiết bị rẽ
nhánh quang thụ động, bộ suy hao quang thụ động và mối hàn.

Hình 1.14 Các thành phần của ODN

1.3.3. Các cấu hình mạng PON
Có một vài cấu hình thích hợp cho mạng truy nhập như cấu hình cây, vòng hoặc
bus. Mạng quang thụ động có thể triển khai linh động trong bất kỳ cấu hình nào nhờ sử
dụng một tapcoupler quang 1:2 và bộ tách quang 1:N.
Ngoài những mô hình trên, PON có thể triển khai trong một vài cấu hình dự phòng
như vòng đôi hoặc cây đôi.
Dưới đây là một vài cấu hình về PON:

Hình 1.15a Cấu hình cây sử dụng bộ chia (splitter 1:N)
Tất cả quá trình truyền dẫn trong mạng PON đều được thực hiện giữa OLT và ONU.
OLT nằm tại CO (Central Office), kết nối mạng quang đến mạng khu vực đô thị MAN
23


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương I: Tổng quan về mạng truy nhập

hoặc mạng diện rộng WAN còn được gọi là Backbone, mạng đường dài chẳng hạn như
mạng IP. ONU ở đầu cuối người sử dụng trong các giải pháp như FTTH, FTTB/C và có
khả năng cung cấp các dịch vụ thoại, dữ liệu, multimedia, băng rộng.

Hình 1.15b Cấu hình bus sử dụng tapcoupler 1:2

Hình 1.15c Cấu hình dạng vòng sử dụng tapcoupler 2x2

Hình 1.15d Cấu hình dạng cây dự phòng sử dụng bộ chia 2:N

1.3.4. Các chuẩn trong mạng PON
Các chuẩn mạng PON có thể chia thành 2 nhóm: nhóm 1 gồm các chuẩn theo
phương thức truy nhập TDMA-PON như B-PON, E-PON,G-PON; nhóm 2 bao gồm các
chuẩn theo phương thức truy nhập khác như WDM-PON và CDMA-PON

24


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương I: Tổng quan về mạng truy nhập

 B-PON: 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. Phương thức truy nhập
hướng lên là TDMA. Ngoài ra B-PON sử dụng phương pháp DBA để cho phép
OLT nhận biết lượng băng thông cần thiết cấp cho các ONT.
 E-PON: là giao thức truy nhập mạng truy nhập đầy đủ dịch vụ FSAN. Dữ liệu
hướng xuống được đóng khung theo khuôn dạng Ethernet. Tốc độ truyền dữ liệu của
E-PON có thể đạt tới 1Gbps

 GE-PON: là phát triển của E-PON tại tốc độ 10Gbps và được ứng dụng chủ yếu
trong mạng quảng bá video số.
 GPON: là được xây dựng trên B-PON và E-PON. Mặc dù GPON hỗ trợ truyền tải
tin ATM nhưng nó cũng đưa vào một cơ chế thích nghi tải tin mà được tối ưu hóa
cho truyền tải khung Ethernet là phương thức đóng gói GEM. Ngoài ra GPON sử
dụng cấu trúc khung GTC cho cả hai hướng lên và hướng xuống
 WDM-PON: là mạng quang thụ động sự dụng phương thức ghép kênh phân chia
theo bước sóng. OLT sử dụng một bước sóng độc lập để thông tin tới mỗi ONT theo
dạng điểm-điểm. Mỗi ONU có một bộ lọc quang để lựa chọn bước sóng tương thích
với nó. WDM-PON sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau như FTTx, các ứng
dụng VDSL và các điểm truy nhập vô tuyến từ xa
1.4.Tình hình triển khai, phát triển FTTx trên thế giới và tại Việt Nam
1.4.1. Tình hình FTTx trên thế giới
Thị trường Trung Quốc
Các nhà cung cấp dịch vụ băng thông rộng ở Trung Quốc tập trung vào triển khai
FTTH/B là chính và theo xu hướng công nghệ PON, cụ thể là EPON và GPON. IPTV là
yếu tố tác động quan trọng nhất để phát triển FTTx tại đây. Trung Quốc có xu hướng truy
nhập mạng tốc độ cao với chất lượng ổn định và truyền dẫn đối xứng.
Thị trường tại Nhật Bản
Nhật bản xây dựng dự án 5 năm với mục tiêu: 38 triệu thuê bao aDSL, 18 triệu thuê
bao FTTH, giá băng rộng giảm trên 60%, 97% cơ quan chính phủ làm việc qua Internet,
kết nối băng rộng đến các vùng nông thôn. Công ty NTT dẫn đầu về FTTH ở Nhật đầu tư
5 ngàn tỷ Yên (47 tỷ USD) tính đến năm 2013 để nâng cấp FTTH cho các đường dẫn cũ
của 30 triệu thuê bao, NTT và Tepco đưa gói dịch vụ lên đến 1Gbps cho phép xem TV
trên FTTH.

25