Đồ án về mạng cáp quang GPON

đồ án phần mở đầu.docx
đồ án.docx
hinh anh A0.docx


Đồ án tốt nghiệp
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ..................................................................................................................
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG ..............................
1.1.

Mạng truy nhập quang ....................................................................................... 1

1.1.1. Giới thiệu về mạng truy nhập......................................................................1
1.1.2. Mạng truy nhập quang ( OAN- Optical Access Network)........................ 2
1.2.

Cáp quang ............................................................................................................2

1.2.1. Cấu trúc cáp quang ...................................................................................... 2
1.2.2. Phân loại sợi quang....................................................................................... 3
a.

Phân loại theo vật liệu điện môi ..................................................................4

b.

Phân loại theo phân bố chỉ số khúc xạ........................................................ 4

c.

Phân loại theo mode lan truyền ...................................................................6

d.

Vật liệu chế tạo sợi quang ............................................................................7

1.2.3. Phân loại cáp quang ................................................................................... 10

1.3.

a.

Cáp treo ....................................................... Error! Bookmark not defined.

b.

Cáp kéo trong cống ..................................... Error! Bookmark not defined.

c.

Cáp chôn trực tiếp ...................................... Error! Bookmark not defined.

d.

Cáp trong nhà và cáp nhảy ........................ Error! Bookmark not defined.

e.

Cáp ngập nước và cáp thả biển ................. Error! Bookmark not defined.

Cấu trúc mạng truy nhập quang .....................................................................14

1.3.1. Hình tham chiếu mạng truy nhập quang .................................................14
1.3.2. Các khối chức năng .................................................................................... 15
1.4.

Ưu nhược điểm của mạng truy nhập quang so với mạng sử dụng cáp đồng

trục và các loại mạng khác ......................................................................................... 18
1.4.1. Ưu điểm của mạng truy nhập quang : ...................................................... 18
1.4.2. Nhược điểm .................................................................................................19
Mai Hữu Xuân-Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53


Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG II: CÁC LOẠI MẠNG TRUY NHẬP QUANG .. Error! Bookmark not
defined.
2.1.

Mạng truy nhập quang chủ động AON........... Error! Bookmark not defined.

2.1.1. Cấu trúc mạng AON................................... Error! Bookmark not defined.
2.1.2. Các công nghệ AON ................................... Error! Bookmark not defined.
a.

Công nghệ truyền dẫn cận đồng bộ (PDH). ........... Error! Bookmark not

defined.

2.2.

b.

Công nghệ SDH. .......................................... Error! Bookmark not defined.

c.

Công nghệ NG-SDH. .................................................................................. 25

Mạng quang thụ động PON..............................................................................25

2.2.1. Mô hình mạng PON .................................................................................... 28
2.2.2. Các chuẩn mạng PON ................................ Error! Bookmark not defined.
a.

TDMPON: ................................................... Error! Bookmark not defined.

b.

WDM-PON: ................................................................................................ 38

c.

CDMAPON: ................................................................................................ 39

2.2.3. Ưu nhược điểm của mạng PON ................ Error! Bookmark not defined.
2.3.

So sánh hai mạng AON và PON ...................... Error! Bookmark not defined.

2.3.1. Về công nghệ ............................................... Error! Bookmark not defined.
2.3.2. Về tính kinh tế ............................................. Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG III: CÔNG NGHỆ GPON VÀ CÁC THIẾT BỊ THAM GIA MẠNG
ĐÁP ỨNG CÁC GIẢI PHÁP FTTx. ......................... Error! Bookmark not defined.
3.1.

Tổng quan về GPON ......................................... Error! Bookmark not defined.

3.1.1. Đặc điểm: .....................................................................................................45
a.

Khả năng cung cấp băng thông .................................................................46

b.

Khả năng cung cấp dịch vụ........................................................................47

3.1.2. Lớp truyền dẫn hội tụ GPON ....................................................................48

Mai Hữu Xuân-Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53


Đồ án tốt nghiệp
a.

Chức năng của GTC ................................................................................... 48

b.

Tốc độ bit của GPON .................................................................................49

3.1.3. Khung truyền dẫn GPON ..........................................................................50
a.

Cấu trúc khung hướng xuống....................................................................50

b.

Cấu trúc khung hướng lên ......................... Error! Bookmark not defined.

3.1.4. Phân bổ băng tần động DBA trong GPON ..............................................56
3.2.

Tình hình chuẩn hóa GPON của các tổ chức quốc tế ....................................57

3.2.1. Tình hình chuẩn hóa GPON của ITU-T ................................................... 57
3.2.2. Tình hình chuẩn hóa của một số tổ chức khác ........................................58
3.3.

Tình hình chuẩn hóa GPON tại Việt Nam ...................................................... 59

3.4.

Các thiết bị tham gia đáp ứng các giải pháp FTTx ........................................60

3.4.1. Giới thiệu mạng FTTx................................................................................60
Phân loại theo chiều dài cáp quang ............................................................. 60
Phân loại theo cấu hình .................................................................................61
3.4.2. Các thiết bị trong hệ thống FTTxGPON .................................................. 61
CHƯƠNG IV: XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN MẠNG GPON VÀ CÁCH XÂY

DỰNG CẤU TRÚC MẠNG FTTx GPON. ............................................................... 68
4.4.

Ứng dụng và hướng phát triển của mạng truy nhập quang ......................... 68

4.4.5. Ứng dụng của mạng truy nhập quang ...................................................... 68
4.4.6. Tình hình triển khai GPON trong thực tế................................................69

4.2.

a.

Trên thế giới: ............................................................................................... 69

b.

Ở Việt Nam: ................................................ Error! Bookmark not defined.

Cách xây dựng cấu trúc một mạng truy nhập FTTx GPON ................ Error!

Bookmark not defined.
4.2.1. Định hướng chung ...................................... Error! Bookmark not defined.
4.2.2. Công thức tính toán dự báo thuê bao: ...... Error! Bookmark not defined.
Mai Hữu Xuân-Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53


Đồ án tốt nghiệp
4.2.2.1. Số liệu đầu vào phục vụ dự báo thuê bao GPON (điền vào bảng số
liệu đính kèm) ........................................................ Error! Bookmark not defined.
4.2.2.2. Dự báo số lượng thuê bao GPON cho mỗi vùng dịch vụ GPON

Error! Bookmark not defined.
4.2.2.3. Khả năng áp dụng đối với giải pháp GPON ... Error! Bookmark not
defined.
4.3.

Nguyên tắc xây dựng cấu trúc mạng truy nhập FTTx sử dụng giải pháp

GPON: .......................................................................................................................... 78
4.3.1. Số liệu đầu vào cần chuẩn bị .....................................................................80
4.3.2. Các bước tiến hành thực hiện việc thiết kế mạng quang truy nhập
GPON ……………………………………………………………………………..80
4.3.3. Kết quả cần giao nộp khi hoàn thiện ........................................................ 88
4.3.4. Hướng dẫn sử dụng các công cụ................................................................ 88
4.3.5. Tính toán suy hao đường truyền ............................................................... 90
a.

Các tham số suy hao. .................................................................................. 91

b.

Công thức tính suy hao trên đường truyền quang. .................................91

c.

Quy định về chiều dài cáp quang và số lượng măng sông đấu nối thẳng

trên tuyến cáp quang từ OLT đến ONT/ONU.. Error! Bookmark not defined.
4.4.

Nguyên tắc tổ chức mạng phân phối cáp quang FTTx - GPON. .......... Error!

Bookmark not defined.
4.4.1. Các sở cứ tổ chức mạng phân phối cáp quang (ODN). Error! Bookmark
not defined.
4.4.2. Nguyên tắc phối cáp. .................................. Error! Bookmark not defined.
4.4.3. Lựa chọn Splitter và các giải pháp lắp đặt............. Error! Bookmark not
defined.
4.4.4. Các giải pháp cho mạng FTTH. ................................................................ 97
a.

Triển khai FTTH tại các toà chung cư có mật độ dân số cao, các tòa

nhà văn phòng. .....................................................................................................94
Mai Hữu Xuân-Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53


Đồ án tốt nghiệp
b.

Triển khai FTTx tại các khu đô thị tập trung nhiều tòa nhà cao tầng. .99

c.

Triển khai FTTH tại các khu biệt thự, nhà liền kề. ..............................100

4.4.5. Cách thức kết cuối dây thuê bao quang (Optical Drop Wire) tại nhà
Khách hàng. ...........................................................................................................101
KẾT LUẬN ......................................................................................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................................

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Asymmetric Digital Subscriber

Đường dây thuê bao số bất đối

Line

xứng

AF

Adaption function

Khối chức năng phối hợp

AON

Active Optical Network

Mạng quang chủ động

APON

ATM Passive Optical Network

Mạng quang thụ động công

ADSL

nghệ ATM

ASE

Advanced Encryption Standard

Tiêu chuẩn mã hóa

ATM

Asynchronous transfer mode

Phương thức truyền tải không
đồng bộ

Broadband Passive Optical

Mạng quang thụ động băng

Network

rộng

BIP

Bit Interleaved Parity

Bit chẵn lẻ xen kẽ

B-ISDN

Bandwidth Intergrated Service

Mạng dữ liệu tích hợp dịch vụ

Data network

băng rộng

Code Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

BPON

CCTV
CDMA

Mai Hữu Xuân-Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53


Đồ án tốt nghiệp
CRC

Cyclic Redundancy Check

Địa chỉ đích

CO

Central office

Tổng đài trung tâm

CPE

Customer Premises Equipment

Thiết bị trợ giúp người dùng

DBA

Dynamic Bandwidth Allocation

Phân bổ băng thông động

DBRu

Dynamic Bandwidth Report

Báo cáo băng thông động

upstream

đường lên

Data Communication

Thiết bị trao đổi thông tin

DCE

Equipment
DTE

Data Terminal Equipment

Thiết bị đầu cuối thông tin

DSL

Digital Subscriber Line

Đường dây thuê bao số

EMI

Electromangnetic interference

Nhiễu điện từ

EMS

Element management system

Hệ thống quản lý

EPON

Ethernet passive optical

Mạng quang thụ động trên

network

Ethernet

E/O

Electronic/ Optical

Điện/ Quang

FCS

Frame Check Sequence

Kiểm tra lỗi khung

FEC

Forward Error Correction

Kỹ thuật sửa lỗi

FTTB

Fiber to the building

Cáp quang tới tòa nhà

FTTC

Fiber to the curb

Cáp quang tới khu dân cư

FTTH

Fiber to the home

Cáp quang tới hộ thuê bao

Mai Hữu Xuân-Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53


Đồ án tốt nghiệp
Full Service Access Network

Mạng truy nhập đầy đủ

GEM

GPON Encapsulation Method

Phương thức đóng gói GPON

GEPON

Gigabit Ethernet passive

Mạng PON tốc độ gigabit trên

optical network

Ethernet

Gigabit passive optical network

Mạng quang thụ động tốc độ

FSAN
FWA

GPON

gigabit
GTC

GPON Transmission

Khung truyền dẫn hội tụ GPON

Convergence
HDTV

High definition television

Truyền hình độ nét cao

HEC

Header Error Control

Điều khiển lỗi

HFC

Hybrid fiber/ Coax

Cáp quang ghép đồng trục

IEEE

Institute of Electrical and

Viện kỹ nghệ điện điện tử

Electronics Engineer
IP

Internet protocol

Giao thức internet

ISDN

Intergrated services digital

Mạng số đa dịch vụ tích hợp

network

ITU

International

Liên minh viễn thông quốc tế

Telecommunication Union
ITU-T

International

Tiêu chuẩn về viễn thông của

Telecommunication Union-

ITU

Telecommunication
Standardization
MAN

Metropolitan area network

Mai Hữu Xuân-Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53

Mạng đô thị


Đồ án tốt nghiệp
MAC

Media/Medium Access Control

Điều khiển truy nhập môi
trường

MPCP

Multi-Point Control Protocol

Giao thức điều khiển đa điểm

MPCPDU

Multi-Point Control Protocol

Khối điều khiển giao thức điểm

Data Unit

đa điểm

Next Generation Network

Mạng thế hệ sau

Operation administrationand

Quản lý vận hành bảo dưỡng

NGN
NG-SDH
OAM

maintenance
OAN

Optical Access Network

Mạng truy nhập quang

ODF

Optical Distribution Frame

Giá phối quang

ODN

Optical Distribution network

Mạng phối quang

OLT

Optical line terminal

Đầu cuối đường quang

OMCI

ONT Management and Control

Giao diện điều khiển và quản lý

Interface

ONT

ONU

Optical network unit

Đơn vị mạng quang

ONT

Optical Network Terminal

Đầu cuối mạng quang

OSI

Open System Interconnect

Hệ thống mở

PCBd

Physical Control Block

Khối điều khiển vật lý đường

downstream

xuống

PDU

Protocol Data Units

Đơn vị giao thức dữ liệu

Plend

Payload length downstream

Chiều dài tải hướng xuống

PLOAM

Physical Layer OAM

Quản lý vận hành bảo dưỡng

Mai Hữu Xuân-Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53


Đồ án tốt nghiệp
lớp vật lý

PLOAMu

Physical Layer OAM upstream

Quản lý vận hành bảo dưỡng
lớp vật lý đường lên

PLOu

Mào đầu lớp vật lý

Physical Layer Overhead
upstream

PLSu

Physical Levelling Sequence

San bằng công suất

upstream
PON

Passive Optical Network

Mạng quang thụ động

PRE

Preample

Tiền khung

QoS

Quality of Service

Chát lượng dịch vụ

RFI

Radio frequency interference

Nhiễu tần số vô tuyến

SDH

Synchronous digital hierarchy

Hệ thống phân cấp số đồng bộ

SA

Source Address

Địa chỉ nguồn

SFD

Start of Frame Delimiter

Không giới hạn bắt đầu khung

SNI

Service network interface

Giao diện mạng dịch vụ

SONET

Synchronous optical network

Mạng quang đồng bộ

SPF

Service port function

Chức năng cổng dịch vụ

TDMA

Time division multiple access

Đa truy nhập phân chia theo

SFP

thời gian

TDM

Time division multiple

Ghép kênh phân chia theo thời
gian

TU

Tributary unit

Mai Hữu Xuân-Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53

Đơn vị nhánh


Đồ án tốt nghiệp
TIR

Total internal reflection

Phản xạ nội toàn phần

UNI

User network interface

Giao diện người sử dụng mạng

VDSL

Very high-bit-rate Digital

Đường dây thuê bao số tốc độ

Subscriber line

bit cao

VSAT

Very small aparture terminal

Truyền thông vệ tinh

WDM

Wavelength division multiple

Ghép kênh phân chia theo bước
sóng

WiMAX

Worldwide interoperability for

Kết nối internet băng thông

microwave access

rộng không dây ở khoảng cách
lớn

Mai Hữu Xuân-Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53


Đồ án tốt nghiệp

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Cấu trúc cáp quang………..……………………………………………...….2
Hình 1.2: Các kiểu sợi quang……..…………………………………………………... 6
Hình 1.3: Cáp tự treo………………………………..………………………………...11
Hình 1.4: Cáp trong nhà và cáp nhảy…………………..………………………..........12
Hình 1.5: Cấu trúc cáp thả biển…………………………………..……………...........13
Hình 1.6: Sơ đồ khối mạng truy nhập quang……………………………..…………...15
Hình 1.7: Cấu hình tham chiếu mạng truy nhập quang……..………………………...15
Hình 1.8: Cấu trúc OLT và thiết bị OLT thực tế……..……………………………….16
Hình 1.9: Cấu trúc ONU và thiết bị ONU thực tế……..……………………………...17
Hình 2.1: Cấu trúc mạng quang chủ động AON………..………………………….....21
Hình 2.2: Cấu trúc homerun………………………………..………………………....21
Hình 2.3: Sơ đồ tách ghép PDH………………………………..……………………..22
Hình 2.4: Mô hình cung cấp dịch vụ mạng trên mô hình NG-SDH......……………....25
Hình 2.5: Cấu trúc mạng PON………………………………….…………………….28
Hình 2.6: Mô hình mạng quang thụ động PON….…………………………………...28
Hình 2.7: Bộ chia công suất quang…….………………………………………..........29

Mai Hữu Xuân-Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53


Đồ án tốt nghiệp

Hình 2.8: Kiến trúc mạng quang thụ động…..………………………………………..30
Hình 2.9: Mạng PON sử dụng một sợi quang.….…………………………………….31
Hình 2.10: Cấu hình tham chiếu APON….…….……………………………………..32
Hình 2.11: Kiến trúc mạng BPON…….……………………………………………...34
Hình 2.12: Kiến trúc mạng EPON…….………………………………………...........35
Hình 2.13: Kiến trúc mạng GPON…….……………………………………………..36
Hình 2.14: Cấu trúc WDMPON…….………………………………………………..39
Hình 3.1: Lớp con truyền dẫn hội tụ…….…………………………………………....45
Hình 3.2: Mạng truy nhập quang thụ động GPON.………………………………..…45
Hình 3.3: Mô hình mạng GPON điển hình….……………………………………..…48
Hình 3.4: Điều khiển đa truy nhập GPON….………………………………………...49
Hình 3.5: Khung hướng xuống GTC…….…………………………………………...50
Hình 3.6: Cơ chế trạng thái đồng bộ ONU….………………………………………..51
Hình 3.7: Mô tả chi tiết khung hướng xuống GTC….…………………………….…53
Hình 3.8: Khung hướng lên GTC………….………………………………………....54
Hình 3.9: Mô tả chi tiết khung hướng lên GTC….…………………………………..54
Hình 3.10: Các cell ATM ở hướng lên…….………………………………………...56
Hình 3.11: Các khung GEM ở hướng lên.…………………………………………...56
Hình 3.12: Báo cáo DBA ở hướng lên….…………………………………………....56
Hình 3.13: Phân loại mạng FTTx theo chiều dài cáp quang….……………………...60
Hình 3.14: sơ đồ khối mạng GPON…….……………………………………………61
Hình 4.1: Cấu hình đấu nối tổng quát các thiết bị mạng GPON.…………………….76
Mai Hữu Xuân-Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53


Đồ án tốt nghiệp
Hình 4.2: Cấu trúc tổng thể mạng truy nhập GPON.……………………………..….78
Hình 4.3: Sơ đồ đấu nối tuyến quang từ OLT đến ONT.………………………..…...92
Hình 4.4: Cấu trúc đặt splitter 1 cấp….…………………………………………..…..96
Hình 4.5: Cấu trúc đặt splitter 2 cấp….…………………………………………..…..97

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Các kiểu phân loại sợi quang……………………………………………....4
Bảng 1.2: Đặc tính của cáp thả biển được dùng phổ biến…………………….......…14
Bảng 2.1: PDH và SDH……………………………………………………………...24
Bảng 2.2: So sánh giữa các chuẩn công nghệ TDMPON…………………………....37
Bảng 2.3: So sánh giữa các công nghệ PON…………………………………...........40
Bảng 2.4: So sánh công nghệ AON và PON………………………………………...41
Bảng 2.5: So sánh hai mạng AON và PON………………………………………….42
Bảng 3.1: Liệt kê tốc độ bit của GPON……………………………………………...49
Bảng 4.1: Suy hao connector quang……………………………………………........78
Bảng 4.2: Suy hao bộ chia/ghép quang……………………………………………...78
Bảng 4.3: Suy hao sợi quang bao gồm các mối hàn……………………………........79
Bảng 4.4: Các tham số suy hao………………………………………………………91
Bảng 4.5: Mối tương quan giữa chiều dài tuyến cáp (chính, phụ), số lượng mối
hàn/măng xông và tổng suy hao cho phép……………………………………….......93

Mai Hữu Xuân-Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53


Đồ án tốt nghiệp

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) 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 nay, ở nước ta đã có một số nhà cung cấp dịch vụ như FPT, VNPT,
Viettel, CMC TI… đã và đang triển khai hệ thống mạng truy nhập quang (FTTx
- Fiber To The X). Trong đó, có hai loại mạng chính là mạng quang chủ động AON và
mạng thù động PON. Nhờ tính ưu việt của mình PON đang dần thay thế AON và chuẩn
GPON (Giagabit PON) của PON với tốc độ đường lên và xuống lên tới 2,5Gbps đang là
chuẩn công nghệ đang được triển khai trên mạng truy nhập quang.
Công nghệ truy nhập quang thụ động GPON đã được ITU chuẩn hóa, hiện
Mai Hữu Xuân-Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53


Đồ án tốt nghiệp
nay là một trong những công nghệ được lựa chọn hàng đầu cho triển khai mạng
truy nhập tại nhiều nước trên thế giới. GPON là công nghệ hướng tới cung cấp dịch
vụ mạng đầy đủ, tích hợp thoại, hình ảnh và số liệu với băng thông rộng. GPON
sẽ là công nghệ truy nhập được lựa chọn triển khai hiện tại và tương lai.
Sinh viên thực hiện

Mai Hữu Xuân
KẾT LUẬN
Sau thời gian thực hiện đồ án với sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của cô
Vũ Hoàng Hoa, đồ án nghiên cứu mạng truy nhập quang thụ động GPON đã hoàn
thành đúng thời gian quy định.

Đồ án đã trình bày chi tiết về mạng truy nhập quang cùng với công nghệ
GPON- chuẩn mới nhất được triển khai tại Việt Nam. Đưa ra các mô hình mạng
truy nhập quang với những ưu điểm vượt trội về tốc độ, băng thông cũng như chất
lượng. Hứa hẹn sự phát triển vượt bậc cho mạng truy nhập, đáp ứng nhu cầu
khách hàng. Hiện tại PON đang được triển khai rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới.
Tại Việt Nam, những nhà cung cấp dịch vụ như Viettel, FPT, SPT, CMC TI cũng
đang đẩy mạnh phát triển PON dựa trên nhiều chuẩn khác nhau.
Hướng phát triển tiếp theo của em là nghiên cứu đi sâu hơn nữa về chuẩn
GPON này theo hướng: Cải thiện chất lượng mạng quang nói chung và mạng
GPON nói riêng bằng cách sử dụng mã Turbo code. Trong quá trình truyền tín hiệu
quang, ở tốc độ khoảng vài Gbps thì hiện tượng tán sắc gây ra ảnh hưởng rất lớn
đến tỉ lệ lỗi bit. Người ta có thể cải thiện BER bằng cách sử dụng mã hóa kênh như
mã Turbo code.

Mai Hữu Xuân-Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53


Đồ án tốt nghiệp

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Sách “Cơ sở kỹ thuật thông tin quang” của THS. Chu Công Cẩn
2. Số liệu về GPON của công ty Pyramid Việt Nam
3. Nguyên tắc, hướng dẫn xây dựng cấu trúc mạng GPON của tập đoàn VNPT
4. Gerd Keiser, PhotonicsComm Solutions, Inc, FTTX Concepts and Applications,
Wiley Series in Telecommunications and Signal Processing Publication Date:
January 2006 Wiley-IEEE Press
5. Paul E. Green Jr., Fiber to the Home: The New Empowerment» John Wiley &
Sons
6. Cedric F. Lam (Editor), Passive Optical Networks: Principles and Practice
(Hardcover)

7. Glen Kramer, University of California, Davis Biswanath Mukherjee, University
of California, Davis Ariel Maislos, Passave Networks, Israel, Ethernet Passive
Optical Network (EPON)The FTTH Prism,Vol.5 No.2, February 2008, OFC/NFOEC
2008 Issue
8. Lucent Technologies, Bell Lab Innovations, FTTx in Europe: Technology Options
and Economics
9. Jeroen Wellen, Lucent Technologies, Outlook: Next Generation FTTX Access
Networks
10. ITU G.984.3 (2004), Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON):
Transmission convergence layer specification.
11. ITU G.984.2 (2003), Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON):
Physical Media Dependent (PMD) layer specification.
Mai Hữu Xuân-Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53


Đồ án tốt nghiệp

Mai Hữu Xuân-Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53


Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG
1.1. Mạng truy nhập quang
1.1.1. Giới thiệu về mạng truy nhập
Trước khi tìm hiểu về truy nhập quang chúng ta tìm hiểu thế nào là mạng truy
nhập?
Mạng truy nhập ở vị trí cuối của mạng viễn thông, trực tiếp đấu nối với thuê bao,
nó bao gồm tất cả các thiết bị và đường dây được lắp đặt giữa trạm chuyển mạch nội
hạt(tổng đài) với thiết bị đầu cuối thuê bao.
Mạng truy nhập gồm các chức năng : ghép kênh, nối chéo, truyền dẫn.

Các công nghệ truy nhập bao gồm :
+ Truy nhập hữu tuyến : truy nhập cáp đồng và truy nhập cáp quang
+ Truy nhập vô tuyến : truy nhập vô tuyến cố định và truy nhập vô tuyến di
động.
Dựa trên băng thông , ta có : truy nhập băng rộng và truy nhập băng hẹp.
+ Truy nhập băng hẹp : Truy nhập bằng quay số ( Dial-up Access)
+ Truy nhập băng rộng : DSL, Cable Modem, cáp quang, vô tuyến...
Các công nghệ truy nhập băng rộng đều có những ưu điểm về băng thông, tốc độ
truyền tải dữ liệu, tính bảo mật... Tuy nhiên, ta cũng có thể thấy được nhược điểm của
các công nghệ băng rộng như DSL, cable modem hay WiMAX là không tối ưu để vận
chuyển luồng dữ liệu.
+ ADSL : không phục vụ tốt được những ứng dụng thoại, dữ liệu và video.
Thêm vào đó, khoảng cách vật lý mà CO có thể bao phủ với DSL bị giới hạn khoảng
18000 ft (5,5 km)
+ Cable Modem: .chỉ một vài kênh tần số vô tuyến được chỉ định cho dữ liệu,
trong khi phần lớn băng thông phục vụ cho dịch vụ truyền hình tương tự.
+ WiMAX : tuy có tốc độ truyền cao và phạm vi phủ sóng lớn. Nhưng vẫn chưa
tối ưu bằng so với sử dụng mạng truy nhập sợi quang.
Hầu hết các nhà vận hành mạng nhận thấy rằng cần có một giải pháp truy nhập
mới với dữ liệu tập trung là cần thiết. Nó phải rẻ hơn, đơn giản, và có khả năng phân
phối thoại, dữ liệu và dịch vụ truyền hình đến khách hàng trên một mạng duy nhất,
kiến trúc mới này sẽ được tối ưu cho luồng dữ liệu IP- giao thức thông tin đang thịnh
hành hiện nay.
Mai Hữu Xuân- Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53

Page 1


Đồ án tốt nghiệp
 Giải pháp truy nhập quang : sợi quang với những ưu điểm như băng thông

cao, suy hao thấp, ít xuyên nhiễu sẽ là giải pháp băng rộng lý tưởng cho mạng truy
nhập
1.1.2. Mạng truy nhập quang ( OAN- Optical Access Network)
Mạng truy nhập quang là mạng truy nhập mà hệ thống truyền dẫn (TS) là hệ
thống truyền dẫn quang.
Mạng truy nhập quang chủ yếu sử dụng cáp quang làm phương tiện truyền dẫn.
Mạng truy nhập quang được chia làm 2 loại cơ bản là : mạng truy nhập quang
tích cực AON và mạng 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 không chứa bất kì một phần tử tích cực nào mà cần phải có sự
chuyển đổi điện - quang. Thay vào đó, PON sẽ chỉ bao gồm : sợi quang, các bộ chia,
bộ kết hợp, bộ ghép định hướng, thấu kính, bộ lọc,...
Điều này giúp cho PON có một số ưu điểm như:
* 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 đối với các phần tử tích cực.
Mạng truy nhập quang sử dụng sợi quang làm môi trường truyền dẫn chủ yếu.
Sau đây, ta sẽ nghiên cứu về cáp sợi quang.
1.2.

Cáp quang

1.2.1. Cấu trúc cáp quang

Hình 1.1: Cấu trúc cáp quang
Cáp quang gồm các thành phần:
Mai Hữu Xuân- Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53

Page 2


Đồ án tốt nghiệp
+ Lõi : trung tâm phản chiếu của sợi quang nơi ánh sáng đi qua, đường kính nhỏ
được phủ bằng một lớp ít trong suốt và được bao bọc bằng lớp vỏ.
+ Cladding : vật cách quang bên ngoài bao bọc lõi mà phản xạ ánh sáng trở lại
vào lõi
+ Buffer coating : lớp phủ dẻo bên ngoài bảo vệ sợi không bị hỏng và ẩm ướt,
dơ bẩn,cào xước..
+ Jacket : hàng trăm hay hàng nghìn sợi quang được đặt trong bó gọi là cáp
quang.Những bó này được bảo vệ bởi lớp phủ bên ngoài của cáp được gọi là jacket.
Độ suy hao của sợi quang thấp hơn các loại cáp đồng do tín hiệu bị mất trong cáp
quang ít hơn trong cáp đồng,nên có thể tải các tín hiệu đi xa hàng ngàn km. Dung
lượng tải của cáp quang cao hơn vì sợi quang mỏng hơn cáp đồng, nhiều sợi quang có
thể được bó vào với đường kính đã cho hơn cáp đồng. Điều này cho phép nhiều kênh
đi qua một sợi cáp.
Cáp quang cũng sử dụng điện nguồn ít hơn,bởi vì tín hiệu trong cáp quang giảm
ít,máy phát có thể sử dụng nguồn thấp hơn thay vì máy phát với điện thế cao được
dùng trong cáp đồng.
Cáp quang không cháy,vì không có điện xuyên qua cáp quang,do đó không có
nguy cơ xảy ra hỏa hoạn.Tuy vậy,cáp quang và các thiết bị đi kèm lại rất đắt tiền so
với các loại cáp đồng.
Ánh sáng lan truyền dọc theo lõi bằng một quá trình TIR (Total Internal
Reflection) . Điều này có được là nhờ vào hai lớp thủy tinh có chiết xuất khác nhau.
Lõi thủy tinh bên trong có chiết xuất lớn hơn chiết xuất của lớp thủy tinh bên ngoài.
Suy hao dọc theo sợi là bé và tín hiệu không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ trường
như đối với các phương tiện truyền dẫn khác :radio,cáp kim loại. Tuy vậy,tín hiệu vẫn
bị suy giảm bởi sự tán sắc và các hiệu ứng phi tuyến.
1.2.2. Phân loại sợi quang

Tùy theo yêu cầu sử dụng khác nhau mà sợi quang được sản xuất theo các kỹ
thuật khác nhau với các đặc tính khác nhau. Trên cơ sở này mà sợi quang được phân
loại theo nhiều cách khác nhau, ví dụ như theo vật liệu chế tạo sợi quang, theo mode
truyền dẫn, theo phân bố chiết suất khúc xạ của lõi sợi.

Mai Hữu Xuân- Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53

Page 3


Đồ án tốt nghiệp
Bảng 1.1: Các kiểu phân loại sợi quang
Phân loại theo vật liệu điện môi

- Sợi quang thạch anh
- Sợi quang thủy tinh đa vật liệu
- Sợi quang bằng nhựa tổng hợp

Phân loại theo mode lan truyền

- Sợi quang đơn mode(SM-single
mode)
- Sợi quang đa mode (MM-multi
mode)

Phân loại theo phân bố chiết suất

- Sợi quang chiết suất nhảy bậc (SI-

khúc xạ trong sợi quang

step index)
- Sợi quang chiết suất biến đổi (GIgradien index)

Trong thực tế người ta thường chia sợi quang thành những loại sau:

a.

-

Sợi đa mode chiết suất nhảy bậc SI-MM ( Step Index- Multi Mode)

-

Sợi đa mode chiết suất biến đổi GI-MM ( Grandien Index- Multi Mode)

-

Sợi đơn mode chiết suất nhảy bậc SI-SM ( Step Index- Single Mode)

Phân loại theo vật liệu điện môi
Loại sợi bao gồm phần lớn thủy tinh thạch anh: nó không chỉ chứa thạch anh

nguyên chất (SiO2) mà còn có các tạp chất thêm vào như Ge, B và F… để làm thay đổi
chiết suất khúc xạ.
Loại sợi quang đa vật liệu có thành phần chủ yếu là soda lime, thủy tinh hoặc
thủy tinh boro_silicat,…
Loại sợi quang thủy tinh thạch anh được sử dụng nhiều nhất vì nó có khả năng
cho sản phẩm có độ suy hao thấp và các đặc tính truyền dẫn ổn định trong thời gian
dài.

b.

Phân loại theo phân bố chỉ số khúc xạ
Các sợi quang có thể tạm phân loại thành hai nhóm theo phân bố chỉ số khúc xạ

của lõi sợi. Một loại gọi là sợi quang chiết suất nhảy bậc (SI), loại thứ hai gọi là sợi
quang chiết suất biến đổi (GI).

Mai Hữu Xuân- Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53

Page 4


Đồ án tốt nghiệp
Loại sợi SI: nói chung chỉ dùng để chỉ sợi quang đa mode mà nó có chiết suất
thay đổi một cách rõ ràng giữa lõi và vỏ.
Loại sợi quang GI: sợi quang được làm theo cấu trúc đặc biệt để truyền ánh sáng
nhiều mode. Chiết suất khúc xạ của lõi biến đổi một cách dần dần theo hướng đường
kính sợi. Hay ánh sáng ở mode cao hơn sẽ lan truyền qua một khoảng cách lớn hơn và
hầu như lan truyền trong phần lõi có chiết suất phản xạ thấp.
MM
Kiểu

Chiết suất bậc

SM
Chiết suất biến đổi

Chiết suất bậc

sợi
Mặt cắt
chỉ số
khúc xạ

Độ lớn
hình
học

Sự lan
truyền
ánh
sáng

Chỉ số

Mai Hữu Xuân- Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53

Page 5


Đồ án tốt nghiệp
khúc xạ

Khẩu

n1≈1.527

n1≈1.562

n1≈1.471

n2≈1.517

n2≈1.54

n2≈1.457

0.2 đến 0.4

0.14 đến 0.3

0.1 đến 0.14

≈30MHz

≈1GHz

≈10GHz

độ số
Băng
tần

Hình 1.2: Các kiểu sợi quang
c.

Phân loại theo mode lan truyền
Căn cứ vào số mode truyền dẫn trong sợi, tất cả các sợi quang được nhóm thành

hai nhóm:
Loại sợi đa Mode: là loại sợi chiết suất phân bậc có đường kính lõi vào khoảng
100÷200μm và sợi chiết suất biến đổi có đường kính lõi sợi vào khoảng 50μm và
62.5μm. Hiện tại sợi quang đa mode vẫn được sử dụng trong các thiết bị hoặc dùng
làm cáp cho mạng LAN. Ưu điểm của loại này là khẩu độ số lớn thuận tiện cho truyền
dẫn nhiều băng tần truyền dẫn, như vậy sẽ làm đơn giản các thiết bị và phát huy lợi
nhuận tối đa.
Tuy nhiên do sự trễ về thời gian giữa các mode truyền dẫn, xung ánh sáng sẽ lan
rộng tương ứng khi độ dài sợi tăng và sẽ gây ra giới hạn về băng tần truyền dẫn.
Loại sợi đơn mode: trong sợi đơn mode, đường kính lõi sẽ được giảm nhỏ cho
đến khi chỉ có duy nhất một mode truyền trên sợi quang. Kích thước vật lý của sợi đơn
mode vào khoảng dưới 10μm, đây cũng là kích thước để một mode truyền trong nó
được bảo đảm là tối ưu.
Tuy nhiên cần phải chú ý rằng sợi đơn mode sẽ là sợi đơn mode khi và chỉ khi
bước sóng của xung ánh sáng λ lớn hơn λc với:
λc=


2𝜋𝛼
2.405

√𝑛12 − 𝑛22 là bước sóng cắt (cutoff wavelength)

Sợi có tán sắc không Zero dịch chuyển (Non-Zero dispersion shifted fibers

NZ-DSF)

Mai Hữu Xuân- Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53

Page 6

Đồ án tốt nghiệp
Sợi đơn mode hiện nay không nhất thiết phải có chỉ số chiết suất nhảy bậc. Thay
đổi chỉ số chiết suất của sợi quang cần quá trình công nghệ tinh vi, phức tạp, các đặc
tính của sợi có thể thay đổi rõ rệt. Thay đổi chiết suất sẽ ảnh hưởng chủ yếu đến tán
sắc ống dẫn sóng (waveguide dispersions) một phần của tán xạ màu sắc (Chromatic
dispersion).


Sợi đơn mode thông thường ( standard single mode fiber-SSMF) theo khuyến

nghị G650, G652
Loại sợi này được chế tạo để có tán xạ màu sắc bằng không tại bước sóng
1300nm ví dụ đối với các sợi quang do Alcatel chế tạo thì đây là sợi ASMF 200.


Sợi đơn mode có tán sắc dịch chuyển (Dispersion shifted fiber DSF) theo

khuyến nghị G655
Đối với loại sợi này tán sắc ống dẫn sóng sẽ được thay đổi trên dường đi của tia
sáng để có tán sắc bằng không tại bước sóng 1550nm.


Sợi đơn mode có tán sắc không Zero dịch chuyển (Non-Zero dispersion

shifted fibers NZ-DSF) theo khuyến nghị G655
Về cơ bản, nguyên lý truyền dẫn của loại sợi này cũng giống như sợi DSF.
Nhưng tán xạ màu sắc sẽ không bằng không tại bước sóng 1550nm. Nó sẽ có tán xạ
màu sắc bằng không tại bước sóng <1440nm. Trong các loại sợi do Alcatel chế tạo thì

đây là sợi TeraLightTM.
Ngày nay, với sự tiến bộ vượt bậc của khả năng truyền dẫn và sự xuất hiện của
công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng mới (ghép kênh quang theo bước sóng với
mật độ dày- Dense Wavelength Division Multiplexing- DWDM) thì chỉ có hai trong
số các loại sợi quang kể trên có thể được lựa chọn. Hoặc sợi đơn mode thông thường
phối hợp với sợi bù tán sắc (DCF- Dispersion Compensation Fiber), hoặc là sợi có tán
sắc không zezo dịch chuyển NZ-DSF có thể được chọn bởi các thông số cơ bản của
chúng có hiệu quả trong một vùng lớn cả điểm tán xạ màu và vùng xung quanh tán xạ
này. Cả hai giải pháp này đều phù hợp cho công nghệ ghép kênh quang DWDM với
khoảng cách giữa các kênh ghép là rất nhỏ với tốc độ truyền dẫn lớn trong một đường
truyền rất dài.
d.

Vật liệu chế tạo sợi quang

Mai Hữu Xuân- Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53

Page 7