Thiết kế tuyến thông tin quang ftth cho các thuê bao tại thị trấn diễn châu

TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH
KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:

THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG TIN QUANG FTTH CHO CÁC
THUÊ BAO TẠI THỊ TRẤN DIỄN CHÂU

Người hướng dẫn:

PGS.TS NGUYỄN HOA LƢ

SV thực hiện:

NGUYỄN XN HỒNG

Lớp:

52K – ĐTTT

Khóa học:

2011 - 2016

NGHỆ AN - 5/2016

I

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ..............................................................................................................4
TÓM TẮT ..................................................................................................................... 6
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................. 7
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................ 11
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .................................................................... 12
Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN FTTH .......................... 13

1.1. Hệ thống truyền dẫn quang .........................................................................13
1.2. Hệ thống FTTH và ADSL ............................................................................15
1.3. Tình hình triển khai mạng quang đến tận nhà FTTH ở Việt Nam ..............16
1.4. Kiến trúc mạng quang FTTH .......................................................................17
1.5. Topo hình cây trong mạng FTTH dựa trên nền PON ..................................19
1.6. Kết luận ........................................................................................................21
Chƣơng 2 MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG PON, XÂY DỰNG CẤU HÌNH MẠNG
FTTH TRÊN NỀN PON ............................................................................................ 22

2.1. FTTH, AON, PON .......................................................................................22
2.2. Mạng quang tích cực AON và mạng quang thụ động PON ........................23
2.3. Thành phần cơ bản của mạng quang thụ động PON ...................................26
2.4. Lí do lựa chọn PON trong triển khai mạng FTTH ......................................34
2.5. Mơ hình thiết kế tuyến FTTH ......................................................................34
2.6. Xác định eSNR của máy thu trong hệ thống IM-DD phân phối tín hiệu với
các EDFA mắc chuỗi. .........................................................................................38
2.7. Giới thiệu cấu hình mạng .............................................................................43
2.8. Kết luận ........................................................................................................44
CHƢƠNG 3 TÍNH TỐN, THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG TIN QUANG FTTH
CHO CÁC THUÊ BAO TẠI THỊ TRẤN DIỄN CHÂU ......................................... 46

3.1. Bài toán thiết kế ...........................................................................................46

2


3.2. Tính tốn, thiết kế tuyến thơng tin quang FTTH cho các thuê bao tại thị trấn
Diễn Châu ............................................................................................................47
3.3. Mô phỏng bằng phần mềm Optiwave ..........................................................52
3.4. Kết luận ........................................................................................................63
KẾT LUẬN ................................................................................................................. 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................65

3


MỞ ĐẦU
Với sự phát triển vô cùng mạnh mẽ của công nghệ thông tin và kỹ thuật viễn
thông kéo theo nhu cầu công việc của người dùng trong việc sử dụng các dịch vụ
viễn thơng ngày càng cao, địi hỏi chất lượng các dịch vụ không ngừng được nâng
lên. Những tiến bộ, phát triển vượt bậc của công nghệ thông tin như hiện nay và
được ứng dụng vào trong viễn thông đã đáp ứng được rất nhiều nhu cầu của mọi
người khi sử dụng Internet. Từ việc sử dụng đường truyền Internet để truyền tải dữ
liệu trong nội bộ công ty là chủ yếu thì cho đến nay các ứng dụng trên Internet đã
được mở rộng thêm rất nhiều loại hình dịch vụ để đáp ứng các nhu cầu của con
người như: duyệt web, chơi game online, nghe nhạc trực tuyến, xem film online, và
đã mở rộng ra quy mô toàn cầu. Tuy nhiên, khi nhu cầu khách hàng muốn sử dụng
đồng thời các dịch vụ địi hỏi băng thơng lớn thì các cơng nghệ truyền dẫn Internet
hiện tại phổ biến là công nghệ ADSL không thể đáp ứng được do công nghệ ADSL
truyền dẫn trên đôi dây cáp đồng nên băng thông nhỏ không đáp ứng được các dịch

vụ này. Vì thế mà các nhà khai thác viễn thơng đã đưa ra một cơng nghệ mới có thể
đáp ứng được các dịch vụ này với băng thông lớn, tốc độ cao, ổn định và có thể thay
thế hồn tồn công nghệ ADSL trong vài năm tới là công nghệ FTTH, đây là công
nghệ truy nhập Internet hiện đại nhất trên thế giới với đường truyền dẫn hoàn toàn
bằng cáp quang từ nhà cung cấp dịch vụ tốc độ cao như thoại, internet tốc độ
cao,IPTV,… tới tận nhà của khách hàng.
Tuy nhiên, cơng nghệ FTTH vẫn cịn khó khăn khi giá cước của nó đắt hơn
rất nhiều so với ADSL và cơ sở hạ tầng viễn thơng Việt Nam cịn nhiều hạn chế nên
việc triển khai vẫn cịn nhiều khó khăn nhất định, việc xây dựng mơ hình tính tốn
thiết kế mạng quang FTTH trở thành một trong những chủ đề cần nghiên cứu.
Vì vậy, tơi lựa chọn đề tài: “THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG TIN QUANG
FTTH CHO CÁC THUÊ BAO TẠI THỊ TRẤN DIỄN CHÂU” làm đề tài đồ án tốt
nghiệp.
Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo,nội dung của đề tài gồm 3 chương :
 Chƣơng 1. Tổng quan về hệ thống thông tin FTTH
 Chƣơng 2. Mạng truy nhập quang thụ động PON, xây dựng cấu hình
mạng FTTH dựa trên nền PON

4


 Chƣơng 3. Thiết kế tuyến thông tin quang FTTH cho các thuê bao tại thị
trấn Diễn Châu.
Trong quá trình nghiên cứu và hồn thành đề tài tốt nghiệp, tơi đã được
PGS.TS Nguyễn Hoa Lư nhiệt tình hướng dẫn, tơi xin chân thành cảm ơn sự giúp
đỡ quý báu của thầy. Mặc dù rất cố gắng song do hạn chế về tài liệu nghiên cứu và
khả năng bản thân nên đề tài khơng tránh khỏi những sai sót nhất định. Tơi kính
mong nhận được những góp ý từ các thầy cơ và các bạn để đề tài hồn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn tập thể các thầy giáo, cô giáo khoa Điện tử Viễn thông
đã giảng dạy, giúp đỡ tơi hồn thành chương trình đào tạo, kính chúc q Thầy Cô

thật dồi dào sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình là
truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau.

Sinh viên thực hiện
Nguyễn Xuân Hoàng

5


TĨM TẮT
Đồ án trình bày tổng quan về cơng nghệ sợi quang tới tận nhà (FTTH) và
mạng quang thụ động (PON). Mơ hình mạng FTTH thường được triển khai theo
cơng nghệ PON, đây là công nghệ hiện đại được triển khai tại Việt Nam và trên thế
giới hiện nay. Trong đồ án này, chúng ta xây dựng mơ hình truyền dẫn quang đến
các hộ gia đình FTTH có dạng hình sao và sao mở rộng gồm các bộ khuếch đại
quang sợi EDFA mắc chuỗi, tính tốn và thiết kế hệ thống thông tin sợi quang FTTH
cho các thuê bao tại thị trấn Diễn Châu với tốc độ bit: 622 Mb/s (STM-4). Sau đó, sử
dụng phần mềm chuyên dụng Optiwave để kiểm chứng và đánh giá chất lượng tín
hiệu trong hệ thống.
ABSTRACT
This thesis provides an overview about fibre to the home technology (FTTH)
and the passive optical network (PON). The passive optical network PON is the main
technical approach to delivering FTTH which has become increasingly popular in
Viet Nam and around the world. In this thesis, we will research the optical
transmission model to the household FTTH with stars and star-shaped expansion
including optical fiber amplifiers EDFA chain, calculations and designs information
systems for optical fiber FTTH subscribers in Dien Chau town with a bitrate of 622
Mb/s (STM-4). Then use specialized software to verify optiwave and signal quality
assessment.

6


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Asymmetric Digital Subcriber

Đường dây thuê bao bất đối

Line

xứng

AON

Access Optical Network

Mạng quang chủ động

APON

ATM over PON

ATM

Asynchronous Transfer Mode

ADSL

ASE

Accumulated

ATM qua mạng quang thụ
động

Spontanous

Chế độ truyền dẫn khơng
đồng bộ
Cơng suất nhiễu phát xạ tự

Emission

phát tích lũy

ASK

Amplitude Shift Keying

Khóa dịch biên độ

AWG

Arrayed Waveguide Grating

BER

Bit Error Ratio

BPON

Broadband

Ống dẫn sóng dạng mảng
lưới
Tỉ lệ lỗi bit

Passive

Optical

Mạng quang thụ động với

Network

dải sóng rộng

CATV

Cable Television

Truyền hình cáp

CDMA

Code Division Multiple Access

PON theo đa truy nhập

PON

PON

theo mã

CO

Central Office

Văn phòng trung tâm

DBRu

Dynamic

Bandwidth

Report

Báo cáo băng tần động

upstream

đường lên

DSL

Digital Subcriber Line

Đường dây thuê bao số

EDFA

Erbium Doped Fiber Amplifiber

Bộ khuếch đại quang sợi

EMS

Element Management System

Hệ thống quản lý yếu tố

EPON

Ethernet PON

FSAN

Full Service Access Network

Mạng

quang

thụ

động

Ethernet

7

Mạng truy cập dịch vụ đầy
đủ


FTTB

Fiber To The Building

FTTC

Fiber To The Curb

FTTH

Fiber To The Home

FTTx

Fiber To The x

GPON

Gigabit PON

IEEE

IM-DD

Institute

Sợi quang đến tòa nhà
Sợi quang đến cụm thuê
bao (tủ cáp)
Sợi quang đến tận nhà thuê
bao
Sợi quang đến x
Mạng

thụ

động

Gigabit

of

Electrical

and

Hiệp hội các kỹ sư điện và
điện tử thế giới

Electronic Engineers
Intensity

quang

Modulation-Direct

Ditection

Hệ thống quang điều biến
cường độ-tách sóng trực
tiếp

IP

Internet Protocol

Giao thức Internet

ITU

International

Liên hiệp viễn thông quốc

Telecommunication Union

tế

GEM

G-PON Encapsulation Method

Chế độ đóng gói GPON

GTC

GPON Transmission Conversion

Lớp hội tụ truyền dẫn
GPON

LAN

Local Area Network

Mạng cục bộ

NF

Noise figure

Cấu hình nhiễu

NRZ

Non return to Zero

Mã

đường

dây

(NRZ)

khơng trở về 0
OAN

Optical Access Network

Mạng truy cập quang

OAM

Operation, Administration and

Vận hành, quản lý và bảo

Maintenance

dưỡng

ODN

Optical Ditribution Network

Mạng phân phối quang

OEC

Optical Electrical Converter

Chuyển đổi điện quang

OLT

Optical Line Terminator

Thiết bị kết cuối đường
truyền quang

8


ONT

Optical Network Terminator

Thiết bị kết cuối mạng quang

ONU

Optical Network Unit

Đơn vị mạng quang

P2P

Point To Point

Điểm tới điểm

P2MP

Point To Muitipoint

Điểm tới đa điểm

ONU

Optical Network Unit

Đơn vị mạng quang

PCBd

Physical

Control

Block

Khối điều khiển vật lý

Downstream

đường xuống

PON

Passive Optical Network

Mạng quang thụ động

PLOAM

Physical

OAM lớp vật lý

Layer

Operation

Administration and Maintenance
PLOAMd

Physical

Layer

Operations,

Administration

And

OAM lớp vật lý đường
xuống

Management downstream
PLOAMu

Physical

Layer

Operations,

Administration

OAM lớp vật lý đường lên

And

Management upstream
PLOu

Power

Levelling

Sequence

upstream
PLSu

Power

lên
Levelling

Sequence

SDM

Public

Chuỗi

mức

công

suất

đường lên

upstream
PSTN

Tiêu đề lớp vật lý đường

Switch

Telephone

Mạng thoại chuyển mạch

Network

công cộng

Space Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo
không gian

SONET

Synchronous Optical Network

Mạng quang đồng bộ

TDM

Time Division Multiplexing

Ghéo kênh phân chia theo
thời gian

TDMA

Time Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia
theo thời gian

VPN

Virtual Private Network

9

Mạng riêng ảo


WDM

Wavelength

Division

bước sóng

Multiplexing
WDM-

Wavelength

PON

Multiplexing –PON

Ghép kênh phân chia theo

Division

Mạng PON ghép kênh
phân chia theo bước sóng

10

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Các hệ thống truy nhập sợi quang ................................................................ 14
Bảng 2.1. Liệt kê suy hao của các bộ chia tương ứng ................................................. 34
Bảng 3.1. Tóm tắt các tham số tính tốn trong tuyến quang FTTH ............................. 50
Bảng 3.2. Một số tham số điển hình của thiết bị phát quang ....................................... 54
Bảng 3.3. Một số tham số điển hình của thiết bị thu quang ......................................... 58
Bảng 3.4. Bảng thông số khi thay đổi PT với tốc độ 622 Mb/s .................................... 62
Bảng 3.5. Bảng thông số khi thay đổi PT với tốc độ 155 Mb/s ................................... 62

11


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Cấu hình của hệ thống thơng tin quang ........................................................ 13
Hình 1.2. Sơ đồ tổng quát mạng quang FTTH ............................................................. 17
Hình 1.3. Cấu hình P2P ................................................................................................ 18
Hình 1.4. Cấu hình P2MP ............................................................................................. 19
Hình 1.5. Đặc tuyến suy hao trong sợi quang .............................................................. 19
Hình 1.6. Topo hình cây ............................................................................................... 21
Hình 2.1. Cấu trúc AON đơn giản ................................................................................ 23
Hình 2.2. Cấu trúc AON Ethernet ................................................................................ 24
Hình 2.3. Cấu trúc mạng quang thụ động PON ............................................................ 25
Hình 2.4. Mơ hình hệ thống mạng PON ....................................................................... 26
Hình 2.5. Giao diện kết nối OLT đến mạng lõi và ONU tới khách hàng ..................... 27
Hình 2.6. Các khối chức năng OLT ............................................................................. 28
Hình 2.7. Nguyên lý thu/phát ONU .............................................................................. 30
Hình 2.8. Các khối chức năng ONU ............................................................................. 30
Hình 2.9. Kiến trúc hình cây (sử dụng bộ chia 1:N) .................................................... 32
Hình 2.10. Đặc tuyến suy hao của sợi quang ............................................................... 32

Hình 2.11. Các loại splitter ........................................................................................... 33
Hình 2.12. Mơ hình thiết kế mạng PON theo chuẩn ITU-T ......................................... 37
Hình 2.13. Cấu hình FTTH có bộ khuyếch đại đặt trước bộ chia ................................ 37
Hình 2.14. Sơ đồ hệ thống IM-DD với các EDFA mắc chuỗi ..................................... 38
Hình 2.15. Sơ đồ khối một nhánh hình tia của mạng phân phối .................................. 44
Hình 3.1. Sơ đồ địa hình thị trấn Diễn Châu ................................................................ 47
Hình 3.2. Sơ đồ khối mạng mơ phỏng FTTH tại thị trấn Diễn Châu ........................... 53
Hình 3.3. Một phần sơ đồ thiết kế các tuyến quang FTTH .......................................... 54
Hình 3.4. Sơ đồ phần phát ............................................................................................ 55
Hình 3.5. Sơ đồ mạng phân phối tuyến khối 1 ............................................................. 57
Hình 3.6. Sơ đồ phần thu .............................................................................................. 59
Hình 3.7. Giản đồ mắt với cơng suất phát -7 dBm, tốc độ 622 Mb/s ........................... 60
Hình 3.8. Giản đồ mắt với công suất phát -7 dBm, tốc độ 155 Mb/s ........................... 60
Hình 3.9. Giản đồ mắt với công suất phát -8 dBm, tốc độ 622 Mb/s ........................... 61
Hình 3.10. Giản đồ mắt với cơng suất phát -8 dBm, tốc độ 155 Mb/s ......................... 61

12


Chƣơng 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN FTTH
1.1. Hệ thống truyền dẫn quang
Tín hiệu điện từ các thiết bị đầu cuối như: điện thoại, điện báo, fax số liệu... sau
khi được mã hóa sẽ đưa đến thiết bị phát quang. Tại đây, tín hiệu điện sẽ được
chuyển đổi sang tín hiệu quang. Tín hiệu trong suốt q trình truyền đi trong sợi
quang thì sẽ bị suy hao do đó trên đường truyền người ta đặt các trạm lặp nhằm
khôi phục lại tín hiệu.
Tín hiệu quang ban đầu để tiếp tục truyền đi. Khi đến thiết bị thu quang thì tín
hiệu quang sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu điện, khơi phục lại tín hiệu ban đầu
để đưa đến thiết bị đầu cuối.

Thiết

Phát

Mã

bị phát

hóa

quang

Thiết
Bộ
Sợi

Lặp

Sợi

bị thu

Giải

quang

Mã

Thu

quang

quang

Hình 1.1. Cấu hình của hệ thống thông tin quang
Hiện nay, các hệ thống thông tin quang đã được ứng dụng rộng rãi trên thế
giới, chúng đáp ứng được cả các tín hiệu tương tự cũng như tín hiệu số, chúng cho
phép truyền dẫn tất cả các tín hiệu dịch vụ băng hẹp và băng rộng, đáp ứng đầy đủ
mọi yêu cầu của mạng số hóa đa dịch vụ (ISDN). Số lượng cáp quang được lắp đặt
trên thế giới với số lượng ngày càng lớn, ở mọi tốc độ truyền dẫn và ở mọi cự ly.
Cáp sợi quang được đặt trong các cấu hình truy nhập có thể là chơn trực
tiếp, kéo trong cống hoặc treo ngoài trời. Tùy thuộc vào tốc độ truyền dẫn và nhu
cầu phát triển về dung lượng mà có thể sử dụng số sợi dẫn quang cho phù hợp.
Tuy nhiên một điều lưu ý trong các hệ thống truy nhập sợi quang, tốc độ truyền
dẫn không cao, số lượng thuê bao nhiều nhưng lại không tập trung nên cáp được
sử dụng thường có nhiều sợi. Bảng 1.1 mơ tả một cách khái quát về các hệ thống
truy nhập sợi quang.

13


Bảng 1.1. Các hệ thống truy nhập sợi quang
Dạng ONU

Người sử dụng

Dạng

Vị trí

Trong

Trong

sử

lắp

thương

dân

dụng

đặt

mại

dụng

Mơ tả khái qt cấu hình hệ thống

OLT tới ONU bằng cáp quang. Từ
ONU tới khách hàng bằng cáp đồng
FTTR

và độ dài cáp đồng nhỏ hơn 10 km

Dùng
chung

sợi

OLT tới ONU bằng cáp quang. Từ
Ngoài
trời

ONU tới khách hàng bằng cáp đồng
FTTC

và độ dài cáp đồng xấp xỉ 100 m
OLT tới ONU bằng cáp quang. Từ
ONU tới khách hàng bằng cáp đồng

FTTF/FTTB
Dùng
riêng
sợi

và độ dài cáp đồng xấp xỉ 10 m

Trong

OLT tới ONU bằng cáp quang. Từ

nhà

ONU tới khách hàng bằng cáp đồng
FTTO

FTTH

và độ dài cáp đồng xấp xỉ 0 m

Đối với FTTR, khoảng cách từ ONU tới thuê bao khoảng dưới 10 km, đối
với FTTC khoảng cách từ ONU tới thuê bao khoảng 100 m, còn đối với FTTF và
FTTB thì tùy thuộc khoảng cách từ nhà ở, thuê bao, cơng sở tới ONU khoảng cách
này nói chung là rất gần. Phương án sử dụng sợi quang riêng rẽ là FTTO và FTTH
ở đây sợi quang sẽ được đặt trực tiếp từ tổng đài tới tận người dùng và ONU ngay ở
vị trí thuê bao. Tuy nhiên FTTO và FTTH địi hỏi giá thành chi phí cao, cần phải
xem xét cụ thể khi thiết kế. Nhìn chung, để tiến tới phương án FTTO và FTTH cần
có chiến lược phát triển mạng và kế hoạch triển khai cụ thể để có được các bước
thực hiện và đầu tư hợp lý. Chính vì vậy các giải pháp đã được các nhà cung cấp
dịch vụ, các hãng đưa ra nhằm triển khai hệ thống theo cách riêng có lợi nhất cho
mình và tiếp cận thị trường dễ dàng nhất.

14


1.2. Hệ thống FTTH và ADSL
FTTx là thuật ngữ chung cho kiến trúc mạng băng rộng sử dụng cáp quang
thay thế tất cả hay một phần cáp kim loại thông thường dùng trong mạch vòng ở
chặng cuối của mạng viễn thơng. Trong đó cơng nghệ cáp quang th bao FTTH
(Fiber to the Home) là mạng viễn thông băng thông rộng bằng cáp quang được
nối đến tận nhà để cung cấp các dịch vụ tốc độ cao như thoại, internet, truyền tải
dữ liệu và truyền hình.
 Đặc điểm của FTTH
+ Hệ thống truyền dẫn hoàn toàn bằng cáp quang tới tận phòng máy của
khách hàng.
+ Chất lượng đường truyền dẫn bền bỉ, ổn định khơng bị suy hao tín hiệu
bởi nhiễu diện từ, thời tiết hay chiều dài cáp... An toàn cho thiết bị không sợ bị sét

đánh lan truyền trên đường dây.
+ Tốc độ truyền dẫn cao, tốc độ truyền tải dữ liệu (Upload/Download)
ngang bằng với nhau. Có thể lên đến 10 Gigabit/s nhanh gấp 200 lần so với ADSL
2+ (hiện chỉ có thể đáp ứng 20 Megabit/s) và nâng cấp băng thông dễ dàng mà
không cần kéo cáp mới
+ Ứng dụng đa dịch vụ trên mạng viễn thông chất lượng cao kế cả truyền
hình giải trí, trị chơi tương tác và đáp ứng hiệu quả cho các ứng dụng công nghệ
thông tin hiện đại như: Hosting Server riêng, VPN , Game Online, IPTV, VoD ,…
+ Độ bảo mật thông tin cao, với FTTH thì hầu như khơng thể bị đánh cắp
tín hiệu trên đường truyền và thích hợp cho khách hàng là các cá nhân, tổ chức hay
doanh nghiệp.
 So sánh FTTH và ADSL
+ Tốc độ upload của FTTH vượt qua ngưỡng của chuẩn ADSL2+ (hiện chỉ
đáp ứng 20 Mbps) và có thể ngang bằng với tốc độ download. Vì vậy thích hợp
với việc truyền tải dữ liệu theo chiều từ trong mạng khách hàng ra ngoài internet.
+ Tốc độ truyền dẫn FTTH cân bằng download = upload trong khi tốc độ
truyền dẫn của ADSL không cân bằng (download > upload).
+ Độ ổn định và tuổi thọ cao hơn dịch vụ ADSL do không bị ảnh hưởng bởi
nhiễu điện, từ trường.

15


+ Khả năng nâng cấp tốc độ (download/upload) dễ dàng.
+ Bên cạnh các ứng dụng như ADSL có thể cung cấp Triple Play Services
(dữ liệu, truyền hình, thoại), với ưu thế băng thông vượt trội, FTTH sẵn sàng cho
các ứng dụng địi hỏi băng thơng cao, đặc biệt là truyền hình độ phân giải cao
(HDTV) u cầu băng thơng lên đến vài chục Mbps, trong khi ADSL không đáp
ứng được.
+ Độ ổn định ngang bằng như dịch vụ internet kênh thuê riêng Leased-line

nhưng chi phí thuê bao hàng tháng thấp hơn vài chục lần.
+ Tốc độ truyền dẫn Internet cam kết tối thiểu của FiberXXX >= 256Kbps,
lớn hơn tốc độ internet của tất cả các gói ADSL.
+ Độ ổn định trong truyền dẫn với chiều dài cáp: Với ADSL chiều dài cáp
tối đa cần 2,5 km để đạt sự ổn định cần thiết còn đối với FTTH con số này lên tới
10 km.
1.3. Tình hình triển khai mạng quang đến tận nhà FTTH ở Việt Nam
Hiện nay tại Việt Nam có các nhà cung cấp dịch vụ sau:
Tháng 8/2006, FPT Telecom chính thức trở thành đơn vị đầu tiên cung cấp
loại hình dịch vụ tiên tiến này.
Ngày 1/5/2009, VNPT cung cấp dịch vụ FTTH trên cáp quang với tốc độ cao
đến 20 Mbps/20 Mbps. Các chi nhánh của VNPT tại các tỉnh thành cũng phát triển
một cách rầm rộ.
Ngày 15/5/2009, Viettel chính thức triển khai cung cấp dịch vụ truy nhập
Internet FTTH-cáp quang siêu tốc nhằm phục vụ khách hàng doanh nghiệp mà các
dịch vụ truy cập Internet hiện tại (ADSL và Leased Line) chưa đáp ứng dược về
tốc độ và chi phí sử dụng.
Ngày 10/4/2010, CMCTI chính thức khai trương dịch vụ FTTH. Đây là công
ty đầu tiên tại Việt Nam triển khai loại hình FTTH dựa trên nền công nghệ GPON
là chuẩn tiên tiến nhất hiện nay.

16


1.4. Kiến trúc mạng quang FTTH
 Tổng quát mạng quang FTTH

Hình 1.2. Sơ đồ tổng quát mạng quang FTTH
Trong hệ thống FTTH, thiết bị kết cuối đường truyền quang là OLT đặt tại
tổng đài trung tâm CO được thiết kế để giao tiếp với các nhà cung cấp dịch vụ,

chẳng hạn giao tiếp với mạng chuyển mạch công cộng PSTN, với chuyển mạch
ATM, router IP, giao tiếp với mạng lõi video qua thiết bị đầu cuối cáp TV hoặc từ
một vệ tinh chảo,… Về mặt truyền dẫn OLT cho phép hỗ trợ các loại giao diện
khác nhau của lớp liên kết dữ liệu như: SONET, ATM, Gigabit Ethernet,…
Tất cả các tín hiệu sau đó được chuyển thành tín hiệu quang và được ghép
vào sợi quang bằng các kỷ thuật ghép kênh như: ghép kênh theo thời gian TDM,
ghép kênh theo khơng gian SDM, ghép kênh theo bước sóng WDM,… để truyền
dẫn lên mạng phân bố quang ODN. Mạng truy nhập quang OAN bao gồm các
phần: khối kết cuối đường truyền quang OLT, mạng phân bố quang ODN, khối kết
cuối mạng quang ONT/ONU.
Có nhiều sự lựa chọn cho mạng truy nhập quang OAN, đó là: cấu hình
điểm nối điểm P2P và cấu hình điểm nối đa điểm P2MP có bộ chia trên đường
truyền
để phân chia cơng suất tín hiệu và đưa tới các thuê bao riêng rẽ, gồm mạng quang
thụ động PON.
Khối kết cuối mạng quang ONT hoặc đơn vị mạng quang ONU (trong mạng
FTTH thì ONT chính là ONU) sẽ giao tiếp với các thiết bị đầu cuối tại nhà khách

17


hàng. Tín hiệu quang sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu điện bởi bộ chuyển đổi
quang điện OEC và được tách ra các dịch vụ theo yêu cầu của thuê bao.
 Các cấu hình cho kiến trúc quang FTTH
+ Cấu hình điểm - điểm P2P

Hình 1.3. Cấu hình P2P
Trong giải pháp này, mỗi gia đình được kết nối thẳng tới tổng đài nội hạt
bằng cáp sợi quang. Nó cung cấp một đường dây kết nối dùng riêng từ nhà khai
thác cho mỗi th bao và đó là ưu điểm chính của các mạng P2P so với các mạng

P2MP. Các đường dây kết nối dùng riêng của một mạng P2P tạo điều kiện thuận
lợi cho việc cung ứng dịch vụ đặc trưng cho thuê bao. Băng thông thuê bao rộng
hơn với độ an toàn lưu lượng được tăng cường và cung cấp các dịch vụ đối xứng
một cách đơn giản. Nó có ưu điểm là các cấu kiện và thiết bị đang có sẵn, điều này
làm giảm chi phí hệ thống. Tuy nhiên các mạng P2P địi hỏi làm việc ngồi hiện
trường và điều này có thể làm tăng các chi phí lắp đặt, vận hành và bão dưỡng.
+ Cấu hình điểm - đa điểm P2MP
Trong kiến trúc này, một node làm chức năng chuyển mạch, ghép kênh,
chia tách tín hiệu được lắp đặt giữa tổng đài CO và nhà thuê bao. Chỉ cần một
cổng OLT và một sợi quang kết nối giữa CO và node là có thể cung cấp dịch vụ
đồng thời cho 4 – 1000 thuê bao thông qua các tuyến quang dẫn từ node tới mỗi
thuê bao. Cấu hình này cho phép tiết kiệm một lượng lớn sợi quang và cổng tại
OLT, do đó giá thành hệ thống sẽ thấp hơn cấu hình điểm – điểm. Cấu hình này là
tích cực hay thụ động tùy thuộc vào các thiết bị của node đó có được cấp nguồn
hay không

18


Hình 1.4. Cấu hình P2MP
+ Bước sóng sử dụng trong FTTH

Hình 1.5. Đặc tuyến suy hao trong sợi quang
Hình 1.5 ở trên chỉ ra phổ suy hao trong sợi quang silicat. Thơng qua các
tính chất suy hao của sợi quang, mạng FTTH được triển khai dựa trên ba vùng
bước sóng chính là 1310 nm, 1490 nm, 1550 nm. Vùng bước sóng 1310 nm để
truyền dữ liệu tuyến lên, vùng bước sóng 1490 nm được dùng cho tuyến truyền
dẫn quang hướng xuống cịn vùng bước sóng 1550 nm được sử dụng cho việc
truyền tín hiệu tương tự trên cáp truyền hình CATV .
1.5. Topo hình cây trong mạng FTTH dựa trên nền PON

Thông thường trong các mạng đều xây dựng theo topo hình cây trong đó
chỉ sử dụng một đường cáp quang nối trực tiếp từ OLT tới bộ chia. Từ bộ chia sẽ
có một đường cáp quang kết nối từ mỗi ONU tới mạng. Về nguyên tắc các mạng
đều sử dụng topo hình cây với kiến trúc bộ chia ghép tầng và trong thực tế, trong
một số mạng chỉ có một bộ chia thường gọi là topo hình sao.
Ưu điểm của kiến trúc mạng này là bộ chia được tập trung tại một điểm nên
dễ dàng xác định được những sự cố của mạng. Ưu điểm thứ hai chính là tất cả các
ONU trong cùng mạng sẽ có chung dự trữ cơng suất hay nói cách khác là chất

19


lượng tín hiệu tại mỗi ONU sẽ gần tương tự nhau. Kiến trúc này cho phép các
ONU được sử dụng chung OLT về cả khả năng xử lý và truyền tải một cách công
bằng đồng thời giúp nhà sản xuất hạ giá thành của các thiết bị mạng. Hơn nữa, kết
nối điểm-đa điểm của mạng PON cũng giảm trạng thái tắc nghẽn ở phía OLT so
với kết nối điểm-điểm thơng thường. Tuy nhiên, số lượng ONU theo topo này
cũng bị giới hạn bởi suy hao của các bộ ghép hình sao và nhu cầu băng thông của
người sử dụng. Bởi vì dung lượng của người sử dụng phải phù hợp với khả năng
cung cấp của đường truyền sau bộ chia nên đó cũng là một lý do hạn chế số lượng
người sử dụng. Topo hình sao với một bộ chia là kiểu topo thường gặp trong thực
tế bởi khả năng có thể chuyển đổi dễ dàng và hiệu quả từ công nghệ băng hẹp (1
Mbps cho mỗi khách hàng) lên tới công nghệ băng rộng ( 2 Mbps cho mỗi khách
hàng). Khi số lượng khách hàng yêu cầu dịch vụ tăng lên, mạng PON topo hình
sao sẽ được chia nhanh chóng thành các mạng nhỏ hơn bằng cách thêm bộ chia và
OLT trong mạng. Vì vậy, toppo dạng này rất dễ dàng triển khai mở rộng mạng cho
nhà cung cấp. Thơng thường, PON hình sao thường sử dụng các bộ ghép/chia
quang thụ động hình sao mở rộng do khả năng cung cấp số lượng cổng vào hoặc ra
một cách linh hoạt của bộ chia này. Nhà cung cấp có thể dễ dàng phân phối một số
lượng cổng phát hữu hạn cho số cổng ra thay đổi ( và ngược lại) hoặc có thể phân

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

20


ONU
U
ONU
U
ONU

OLT

U
ONU

Hình 1.6. Topo hình Ucây

1.6. Kết luận
Chương này đã trình bày về các hình thức truy nhập sợi quang: FTTH,
FTTC, FTTB… Trên cơ sở đó tiến tới tiếp cận cơng nghệ mạng quang tới tận nhà
FTTH thơng qua tìm hiểu kiến trúc mạng quang FTTH cũng như tìm hiểu khái
quát về các đặc điểm, tiện ích của FTTH. Thơng qua đó việc so sánh cơng nghệ
FTTH và cơng nghệ ADSL cho chúng ta cái nhìn khái quát về ưu nhược điểm của
hai công nghệ này và sự vượt trội cũng như các điểm ưu việt của FTTH so với
ADSL. Trên cơ sở đó để người dùng có thể lựa chọn cơng nghệ thích hợp cho
mình phù hợp với cơng việc và nhu cầu của bản thân. Ngồi ra, tình hình phát triển
mạnh mẽ của công nghệ FTTH tại Việt Nam cũng được thể hiện rõ nét trong
chương này với các số liệu được đưa ra cụ thể và chi tiết. Với cách nhìn nhận ngày
một tổng quát hơn về FTTH, chương này tiếp tục đưa ta tiếp cận dần tới các
phương pháp triển khai mạng FTTH thơng qua cấu hình điểm – điểm P2P hoặc
điểm – đa điểm P2MP. Việc triển khai mạng FTTH theo hướng nào, theo công
nghệ nào (AON hay PON) sẽ được triển khai ở chương tiếp theo.

21


Chƣơng 2
MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG PON, XÂY DỰNG CẤU HÌNH MẠNG FTTH
TRÊN NỀN PON
FTTH được xem như một giải pháp hoàn hảo thay thế mạng cáp đồng hiện
tại nhằm cung cấp các dịch vụ bao gồm thoại, hình ảnh, truy nhập dữ liệu tốc độ
cao và các ứng dụng đòi hỏi nhiều băng thông. Công nghệ PON ra đời mở ra một
tiềm năng lớn cho triển khai các dịch vụ băng rộng và thay thế dần các dịch vụ
mạng truy nhập cáp đồng băng thông hẹp và chất lượng thấp. Mạng truy nhập
quang thụ động ghép kênh theo bước sóng WDM-PON là một giải pháp thay thế
tuơng lai cho TSM-PON. WDM-PON được xem như một giải pháp đầy hứa hẹn
cho mạng quang FTTH trong tương lai gần

2.1. FTTH, AON, PON
Mạng FTTH là mạng truy nhập cáp quang, trong đó có 2 phương án triển
khai FTTH là AON và PON. Mỗi phương án đều có ưu nhược điểm riêng, một
nhược điểm rất lớn của mạng quang tích cực AON chính là ở thiết bị chuyển
mạch.Với thiết bị hiện tại, thiết bị chuyển mạch bắt buộc phải chuyển tín hiệu
quang thành tín hiệu điện để phân tích thơng tin rồi tiếp tục chuyển ngược lại để
truyền đi.Điều này sẽ làm giảm tốc độ truyền dẫn tối đa có thể trong hệ thống
FTTH. Nếu xét về chi phí để bảo dưỡng thiết bị thì PON lợi thế hơn hẳn khi các
thiết bị chủ động trong AON được thay bằng các thiết bị thụ động.
Đồng thời, ANO có nhiều ưu điểm như: tầm kéo dây xa, tính bảo mật cao,dễ
dàng nâng cấp băng thơng thuê bao khi cần, dễ xác định lỗi. Tuy nhiên, cơng nghệ
AON cũng có những khuyết điểm là chi phí cao do: việc vận hàng các thiết bị trên
đường truyền đều cần nguồn cung cấp, mỗi thuê bao là một sợi quang riêng, cần
nhiều khơng gian chứa cáp.
Trong khi đó, với PON đường truyền chính sẽ đi từ thiết bị trung tâm OLT
qua một thiết bị chia tín hiệu và từ thiết bị này mới kéo đến nhiều người dùng.
Splitter khơng cần nguồn cung cấp, có thể đặt bất kỳ đâu nên nếu triển khai cho
nhiều thuê bao thì chi phí giảm đàng kể so với AON. Do Splitter khơng cần nguồn
nên hệ thống cũng tiết kiệm điện hơn và khơng gian chứa cáp cũng ít hơn so với

22


AON. Tuy nhiên, PON cũng có nhiều khuyết điểm như khó nâng cấp băng thơng
khi th bao u cầu, khó xác định lỗi hơn do một sợi quang chung cho nhiều
người dùng , tính bảo mật cũng khơng cao bằng AON có thể bị nghe lén nếu
khơng mã hóa dữ liệu.
2.2. Mạng quang tích cực AON và mạng quang thụ động PON
 Mạng quang tích cực AON
AON có cấu trúc điểm – điểm, trong đó kết nối giữa khách hàng và CO là

một kết nối trực tiếp trên một sợi quang. Những u cầu kết nối từ phía khách
hàng thơng qua sự định tuyến của các router, switch, multiplexer… tại CO sẽ đi ra
mạng dịch vụ bên ngoài.
AON sử dụng bước sóng 1550 nm để truyến tín hiệu hướng xuống (từ CO
tới khách hàng) và sử dụng bước song 1310 nm để truyền tín hiệu hướng lên (từ
khách hàng tới CO).
Một cấu trúc AON đơn giản được thể hiện trong hình 2.1.

Hình 2.1. Cấu trúc AON đơn giản
Mạng AON sử dụng các thiết bị chủ động cần cung cấp nguồn và ngồi ra,
do đây là những chuyển mạch có tốc độ cao nên các thiết bị này có chi phí đầu tư
lớn, không phù hợp với việc triển khai đại trà cho mạng truy cập.
Việc cùng lúc xử lí các yêu cầu truy nhập hướng lên của người dùng ra
mạng dịch vụ bên ngồi cũng như việc phân tích để chuyển luồng dữ liệu từ các
dịch vụ đến người dùng có thể gây q tải trong xử lí hoặc xung đột tại OLT của
CO. Để tránh xung đột tín hiệu ở đoạn phân chia từ nhà cung cấp tới người dùng,
cần phải sử dụng một thiết bị điện có tính chất đệm cho quá trình này. Từ năm

23


2007, một loại mạng cáp quang phổ biến đã nảy sinh là Ethernet tích cực (Active
Ethernet). Đó chính là bước đi đầu tiên cho sự phát triển của chuẩn 802.3ah nằm
trong hệ thống chuẩn 802.3 được gọi là Ethernet in First Mile (EFM). Mạng
Ethernet tích cực này sử dụng chuyển mạch Ethernet quang để phân phối tín hiệu
cho người sử dụng. Nhờ đó, cả phía nhà cung cấp và khách hàng đã tham gia vào
một kiến trúc mạng chuyển mạch Ethernet.
Các Ethernet Switch sẽ giúp giảm xung đột do xử lý tín hiệu tại CO, nó cần
cấp nguồn để hoạt động. Việc chuyển mạch tại đây dựa trên lớp 2 và lớp 3 của cấu
trúc khung Ethernet. Mạng AON vừa nói có thể được mơ tả trong hình 2.2.

Hình 2.2. Cấu trúc AON Ethernet
 Mạng quang thụ động PON
PON là từ viết tắt của Passive Optical Network có nghĩa là mạng quang
thụ động. Cơng nghệ PON cịn được hiểu là mạng công nghệ quang truy nhập giúp
tăng cường kết nối giữa các node mạng truy nhập của nhà cung cấp dịch vụ và
người sử dụng. Công nghệ PON được biết tới đầu tiên là TPON (Telephony PON)
được triển khai vào những năm 90, tiếp đó năm 1998, mạng BPON (Broadband
PON) được chuẩn hóa dựa trên nền ATM. Hai năm 2003 và 2004 đánh dấu sự ra đời
của hai dịng cơng nghệ Ethernet PON (EPON) và Gigabit PON (GPON), có thể nói
hai cơng nghệ này mở ra cơ hội mới cho các nhà cung cấp dịch vụ giải quyết hàng
loạt các vấn đề truy cập băng thông rộng tới người sử dụng đầu cuối. Thành viên mới
nhất của gia đình PON đó chính là WDM PON (Wavelength Division Multiplexer
PON).

24


Hình 2.3. Cấu trúc mạng quang thụ động PON
Trong cơng nghệ PON, tất cả thành phần active giữa tổng đài CO (Central
Office) và người sử dụng sẽ khơng cịn tồn tại mà thay vào đó là các thiết bị
quang thụ động, để điều hướng các traffic trên mạng dựa trên việc phân chia
năng lượng tới các điểm đầu cuối trên đường truyền chính vì vậy mà người ta
gọi là cơng nghệ mạng quang thụ động. PON là công nghệ truy nhập phân chia
theo thời gian TDMA, các user với yêu cầu truy nhập của mình được phân biệt
bằng các khe thời gian.
Vị trí của hệ thống PON trong mạng truyền dẫn: mạng PON là một dạng của
mạng truy nhập quang. Mạng truy nhập hỗ trợ các kết nối đến khách hàng. Nó
được đặt gần đầu cuối khách hàng và triển khai với số lượng lớn. Mạng truy nhập
tồn tại ở nhiều dạng khác nhau do nhiều lý do khác nhau và PON là một trong

những mạng đó. So với mạng cáp đồng truyền thống, sợi quang hầu như không
giới hạn băng thông (hàng THz). Việc triển khai sợi quang tới tận nhà thuê bao sẽ
là mục đích phát triển trong tương lai.
Đặc trưng của hệ thống PON là thiết bị thụ động phân phối sợi quang đến
từng nhà thuê bao sử dụng bộ chia splitter có thể lên tới 1:128.
+ PON hỗ trợ giao thức ATM, Ethernet và các dịch vụ voice, data và video tốc độ
cao như HDTV, hội nghị truyền hình, trị chơi tương tác…
+ Trong hệ thống PON băng thông được chia sẻ cho nhiều khách hàng điều này sẽ
làm giảm chi phí cho khách hàng sử dụng.

25