Thiết kế hệ thống ftth dựa trên công nghệ mạng quang thụ động cho thị trấn đô lương, nghệ an khóa luận tts nghiệp ngành điện tử viễn thông

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

621.382

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG FTTH
DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG
CHO THỊ TRẤN ĐÔ LƯƠNG - NGHỆ AN

Người hướng dẫn:

PGS.TS. NGUYỄN HOA LƯ

Sinh viên thực hiện: ĐẶNG VĂN CƠNG
Lớp:

51K1 - ĐTVT

Khóa học:

2010 - 2015

NGHỆ AN - 2015


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................4
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................5
TÓM TẮT ĐỒ ÁN......................................................................................................7
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..............................................8
DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................11
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ...................................................................12
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN FTTH ......................14
1.1. Công nghệ truy cập cáp quang .......................................................................14
1.2. Hệ thống thông tin FTTx ...............................................................................15
1.3. Hệ thống thông tin FTTH, so sánh FTTH với ADSL ....................................17
1.3.1. Đặc điểm và tiện ích của FTTH ...........................................................17
1.3.2. So sánh FTTH và ADSL ......................................................................18
1.4. Sự phát triển của FTTH .................................................................................18
1.4.1. Tình hình phát triển FTTH trên thế giới ..............................................19
1.4.2. Tình hình triển khai FTTH tại Việt Nam .............................................20
1.5. Kiến trúc hệ thống FTTH...............................................................................20
1.5.1. Sơ đồ tổng quát mạng quang FTTH .....................................................20
1.5.2. Các cấu hình cho kiến trúc quang FTTH .............................................22
1.6. Kết luận ..........................................................................................................24
Chương 2: CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG PON VÀ CẤU HÌNH
MẠNG FTTH TRÊN NỀN PON ...........................................................................25
2.1. Công nghệ mạng quang chủ động AON ........................................................25
2.2. Công nghệ mạng quang thụ động PON .........................................................26
2.2.1. Giới thiệu chung ...................................................................................26
2.2.2. Đặc điểm chính của PON .....................................................................27
2.3. So sánh giữa AON và PON ...........................................................................27
2.4. Cấu trúc hình cây trong mạng FTTH dựa trên nền PON ...............................28
2.5. Thành phần cơ bản của mạng quang thụ động PON .....................................30
2.5.1. Mô hình hệ thống .................................................................................30
2.5.2. CO ........................................................................................................32

2


2.5.3. OLT ......................................................................................................32
2.5.4. ONU .....................................................................................................34
2.5.5. ODN .....................................................................................................36
2.6. Mơ hình thiết kế tuyến FTTH ........................................................................38
2.7. Hệ thống IM-DD phân phối tín hiệu với các EDFA mắc chuỗi. . .................41
2.7.1. Công thức tổng qt tính tổng cơng suất nhiễu quang ASE ...............42
2.7.2. Xác định biểu thức eSNR cho hệ thống IM-DD có các EDFA mắc chuỗi ..44
2.8. Cấu hình mạng ...............................................................................................46
2.9. Kết luận ..........................................................................................................47
Chương 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TUYẾN QUANG FTTH CHO CÁC
THUÊ BAO TẠI THỊ TRẤN ĐÔ LƯƠNG, NGHỆ AN .....................................49
3.1. Bài toán thiết kế .............................................................................................49
3.1.1. Đặc điểm tự nhiên và xã hội của thị trấn Đô Lương............................49
3.1.2. Thiết kế mơ hình thực tế triển khai mạng FTTH tại vùng quy hoạch .51
3.2. Thiết kế tuyến quang FTTH theo quỹ công suất và thời gian lên .................53
3.2.1. Yêu cầu về quỹ thời gian lên ...............................................................54
3.2.2. Yêu cầu về quỹ công suất ....................................................................54
3.3. Mô phỏng bằng phần mềm Optiwave (Optisystem 7.0) ................................55
3.3.1. Xây dựng cấu hình mạng FTTH trên phần mềm Optiwave .................55
3.3.2. Thiết kế các khối trong hệ thống FTTH...............................................56
3.3.3. Kết quả .................................................................................................61
3.4. Các phương pháp bảo vệ hệ thống .................................................................64
3.4.1. Các mơ hình bảo vệ dạng cây ..............................................................64
3.4.2. Giới thiệu một số mơ hình bảo vệ dạng vịng ......................................69
3.5. Kết luận ..........................................................................................................71
KẾT LUẬN ..............................................................................................................72

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................73

3


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập tại trường Đại học Vinh và được sự hướng dẫn,
dạy bảo của các thầy cô, mà đặc biệt là các thầy cô của khoa Điện tử viễn thông, em
dần được trang bị các kỹ năng mà người kỹ sư điện tử viễn thơng cần có. Điều đó sẽ
giúp ích rất nhiều cho kỹ năng làm việc của em trong tương lai.
Lời cảm ơn này em xin chân thành gửi đến Ban giám hiệu nhà trường cùng
các thầy cô giáo của khoa Điện tử viễn thông đã giảng dạy và giúp đỡ em suốt
những năm học qua. Và cũng qua đây em cũng xin được tỏ lòng biết ơn chân thành
đến PGS.TS. Nguyễn Hoa Lư đã ln theo sát, chỉ bảo tận tình trong suốt quá trình
thực hiện đồ án tốt nghiệp.
Vì sự hiểu biết và kinh nghiệm thực tế cịn có hạn nên đồ án của em không
thể tránh khỏi những thiếu sót. Mong nhận được sự đóng góp của các thầy, cơ và
các bạn để đề tài của em được hồn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên
Đặng Văn Công

4


MỞ ĐẦU
Internet băng rộng với công nghệ ADSL (sử dụng cáp đồng) đã tạo nên bước
tiến bùng nổ trong việc truyền tải dữ liệu. Với khả năng kết nối, truyền dữ liệu gấp
hàng chục đến hàng trăm lần modem quay số, ADSL đã biến Internet trở nên gần

gũi và phổ biến với bất kỳ quốc gia nào trên thế giới.
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. Tuy nhiên, khi nhu cầu khách hàng muốn sử dụng
đồng thời các dịch vụ đòi hỏi băng thơng lớn thì các cơng nghệ truyền dẫn Internet
hiện tại phổ biến là công nghệ ADSL không thể đáp ứng được như: hội nghị
truyền hình (Video Conference), truyền hình độ nét cao (HDTV, SDTV), do cơng
nghệ ADSL truyền dẫn trên đôi dây cáp đồng nên băng thông nhỏ khơng đáp ứng
được các dịch vụ này. Vì thế mà các nhà khai thác viễn thông 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 cơng 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 tới tận địa điểm của
khách hàng. Công nghệ này mới được triển khai ở nước ta từ cuối năm 2008 và
đang được hồn thiện. Vì vậy, việc đi sâu phân tích, tìm hiểu cơng nghệ FTTH là
rất cần thiết.
Tuy nhiên, 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 và vận hành bảo dưỡng vẫn cịn nhiều khó khăn nhất định.
Chính vì lẽ trên, việc xây dựng mơ hình tính tốn thiết kế mạng quang
FTTH và các phương pháp bảo vệ hệ thống trở thành một trong những chủ đề
cần nghiên cứu.
Vì vậy, em lựa chọn đề tài: “THIẾT KẾ HỆ THỐNG FTTH DỰA TRÊN
CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG CHO THỊ TRẤN ĐÔ LƯƠNG,
NGHỆ AN” làm đề tài tốt nghiệp.

5


Nội dung của đề tài gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin FTTH
Chương 2: Công nghệ mạng quang thụ động PON và cấu hình mạng FTTH
trên nền PON
Chương 3: Thiết kế hệ thống FTTH cho các thuê bao tại thị trấn Đô lương,
Nghệ An

Do kiến thức và kinh nghiệm còn nhiều hạn chế, cũng như cơ sở vật
chất cho việc tiến hành đo đạc, kiểm thử chất lượng mạng trong thực tế cịn
nhiều khó khăn cho nên trong quá trình thực hiện đề tài tốt nghiệp này khơng
thể tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, kính mong nhận được sự nhận xét, góp
ý của các thầy cô và các bạn để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Qua đây,
em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS. Nguyễn Hoa Lư, đã hướng
dẫn tận tình cho em trong suốt thời gian làm đồ án, để giúp em hoàn thành đồ
án này.
Sinh viên thực hiện
Đặng Văn Công

6


TĨM TẮT ĐỒ ÁN
Đồ án này trình bày tổng quan về kiến trúc hệ thống FTTx và đi sâu vào
công nghệ sợi quang tới nhà (FTTH) và mạng quang thụ động (PON). Mơ hình
mạng FTTH thường được triển khai theo công 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 Đơ Lương. Sau
đó đưa ra một số phương pháp để bảo vệ hệ thống trong quá trình vận hành, sử dụng
phần mềm chuyên dụng Optiwave để kiểm chứng và đánh giá chất lượng tín hiệu

trong hệ thống.
ABSRACT
Thesis presents the overview of system architecture fiber to the x and
detailed fiber to the home technology (FTTH) and passive optical network
(PON). Model of FTTH network is developed based on PON technology which
is the modern technology development in VietNamese and the world. In this
thesis, we built a model of the star and expanded-star fiber to the home system
(FTTH) including cascaded Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA), calculated
and designed the fiber optical communication system of subcribers in Do Luong
town. Then give some methods to protect the system during operation,
comprehensive software OptiSystem was used to check and evaluate the signal
quality in this system.

7


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Sợi quang đến tòa nhà

FTTB

Fiber To The Building

FTTC

Fiber To The Curb

FTTH

Fiber To The Home

FTTN

Fiber To The Node

Sợi cáp quang tới tủ thiết bị

FTTx

Fiber To The x

Sợi quang đến x

Accumulated Spontanous

Công 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

Tỉ lệ lỗi bit

FSAN

Full Service Access Network

Mạng truy cập dịch vụ đầy đủ

CATV

Cable Television

Truyền hính cáp

Code Division Multiple Access

PON theo đa truy nhập theo

PON

mã

Central Office

Văn phòng trung tâm

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

ASE

CDMA PON
CO
DBRu

BPON

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

Ống dẫn sóng dạng mảng
lưới

Mạng quang thụ động
Ethernet

Broadband Passive Optical

Mạng quang thụ động với

Network

dải sóng rộng

8

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

GPON

Gigabit PON

ADSL

IEEE

IM-DD
IP
ITU

ATM qua mạng quang thụ
động
Chế độ truyền dẫn không
đồng bộ
Mạng quang thụ động
Gigabit

Institute of Electrical and

Hiệp hội các kỹ sư điện và

Electronic Engineers

điện tử thế giới

Intensity Modulation-Direct

Hệ thống quang điều biến

Ditection

cường độ-tách sóng trực tiếp

Internet Protocol

Giao thức Internet

International Telecommunication
Union

Liên hiệp viễn thông quốc 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

OAN

Optical Access Network

Mạng truy cập quang

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

ONT

Optical Network Terminator

OAM

Mã đường dây (NRZ) không
trở về 0

Thiết bị kết cuối đường
truyền quang

9

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

PON

Passive Optical Network

Mạng quang thụ động

PLOAM

Physical Layer Operation
Administration and Maintenance
Physical Layer Operations,

PLOAMd

Administration And Management
downstream

OAM lớp vật lý
OAM lớp vật lý đường
xuống

Physical Layer Operations,
PLOAMu

Administration And Management

OAM lớp vật lý đường lên

upstream
PLOu
PLSu

Power Levelling Sequence
upstream
Power Levelling Sequence

Chuỗi mức công suất đường

upstream

lên

PSTN

Public Switch Telephone Network

SDM

Space Division Multiplexing

SONET

Synchronous Optical Network

TDM

Time Division Multiplexing

TDMA

Time Division Multiple Access

WDM-PON
WDM
VPN

Tiêu đề lớp vật lý đường lên

Mạng thoại chuyển mạch
công cộng
Ghép kênh phân chia theo
không gian
Mạng quang đồng bộ
Ghéo kênh phân chia theo
thời gian
Đa truy nhập phân chia theo
thời gian

Wavelength Division

Mạng PON ghép kênh phân

Multiplexing –PON

chia theo bước sóng

Wavelength Division

Ghép kênh phân chia theo

Multiplexing

bước sóng

Virtual Private Network

Mạng riêng ảo

10


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Số hiệu
bảng

Tên bảng

Trang

1.1

Các hệ thống truy nhập sợi quang

15

2.1

Liệt kê suy hao của các bộ chia tương ứng

37

3.1

Tóm tắt các tham số tính tốn trong tuyến quang FTTH

52

3.2

Một số tham số điển hình của thiết bị phát quang

55

3.3

Một số tham số điển hình của thiết bị thu quang

59

3.4

Bảng thông số khi thay đổi PT với tốc độ 622 Mb/s

63

11


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Phân loại các cơng nghệ truy cập ..............................................................13
Hình 1.2. Kiến trúc FTTx .........................................................................................14
Hình 1.3. Tỉ lệ băng thơng rộng trên thế giới theo thống kê quý 4 năm 2007 ..........18
Hình 1.4. Sơ đồ tổng qt mạng quang FTTH .........................................................20
Hình 1.5. Mơ tả vật lý với P2P và P2MP ..................................................................21
Hình 1.6. Cấu hình P2P .............................................................................................21
Hình 1.7. Cấu hình P2MP .........................................................................................22
Hình 1.8. Đặc tuyến suy hao trong sợi quang ...........................................................22
Hình 2.1. Cấu trúc AON đơn giản ............................................................................24
Hình 2.2. Cấu trúc AON Ethernet .............................................................................25
Hình 2.3. Cấu trúc hình cây ......................................................................................29
Hình 2.4. Mơ hình hệ thống PON ............................................................................29
Hình 2.5. Giao diện kết nối OLT đến mạng lõi và ONU tới khách hàng .................30
Hình 2.6. Các khối chức năng OLT ..........................................................................32
Hình 2.7. Nguyên lý thu/phát ONU .........................................................................33
Hình 2.8. Các khối chức năng ONU .........................................................................34
Hình 2.9. Kiến trúc hình cây (sử dụng bộ chia 1:N) ................................................35
Hình 2.10. Đặc tuyến suy hao của sợi quang ...........................................................36
Hình 2.11. Các loại splitter .......................................................................................36
Hình 2.12. Mơ hình thiết kế mạng PON theo chuẩn ITU-T .....................................39
Hình 2.13. Cấu hình FTTH có bộ khuyếch đại đặt trước bộ chia .............................39
Hình 2.14. Sơ đồ hệ thống IM-DD với các EDFA mắc chuỗi ..................................40

Hình 2.15. Sơ đồ khối một nhánh hình tia của mạng phân phối ...............................46
Hình 3.1. Bản đồ thị trấn đơ lương ...........................................................................50
Hình 3.2. Một phần sơ đồ thiết kế các tuyến quang FTTH .......................................55
Hình 3.3. Sơ đồ phần phát .........................................................................................56
Hình 3.4. Sơ đồ mạng phân phối khối 1 ...................................................................58
Hình 3.5. Sơ đồ phần thu...........................................................................................60
Hình 3.6. Giản đồ mắt với cơng suất phát -8 dBm, tốc độ 622 Mb/s .......................61

12


Hình 3.7. Cơng suất tại đầu vào máy thu với cơng suất phát -8 dBm ......................61
Hình 3.8. Giản đồ mắt với công suất phát -9 dBm, tốc độ 622 Mb/s .......................62
Hình 3.9. Cơng suất tại đầu vào máy thu với cơng suất phát -9 dBm ......................62
Hình 3.10. Mơ hình PON khơng có sự bảo vệ ..........................................................64
Hình 3.11. PON có bảo vệ trung kế ..........................................................................65
Hình 3.12. PON có bảo vệ nhánh ..............................................................................66
Hình 3.13. Mơ hình PON có bảo vệ trung kế và nhánh dùng cách ghép Cascade ...67
Hình 3.14. PON có bảo vệ cây ..................................................................................68
Hình 3.15. Bảo vệ vịng ring dùng bộ chuyển mạch quang k:n ................................69
Hình 3.16. Bảo vệ vịng ring dùng bộ chuyển đổi dãy bước sóng, bộ ghép và bộ giải
đa hợp ........................................................................................................................69

13


Chương 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THƠNG TIN FTTH
1.1. Cơng nghệ truy nhập cáp quang
Công nghệ truy cập hiện nay gồm:

Hình 1.1. Phân loại các cơng nghệ truy cập
Cơng nghệ truy nhập cáp quang là trong mạng truy nhập sử dụng cáp quang
làm môi trường truyền dẫn chủ yếu để truyền thông tin thuê bao.
So với công nghệ truy nhập dây đồng, nó có nhiều ưu điểm và triển vọng ứng
dụng rất rộng lớn:
- Ưu điểm của công nghệ truy nhập cáp quang:
+ Độ rộng băng thông cao (50 THz).
+ Suy hao thấp (sợi đơn mode sử dụng rộng rãi ngày nay có suy hao 0,2
dB/km) nên cự ly truyền dẫn xa hơn so với cáp đồng.
+ Bảo mật cao hơn do sợi quang khó câu nối , mắc rẽ.
+ Chống nhiễu tốt hơn.
+ Kích cỡ của cáp quang cũng nhỏ nhẹ hơn cáp đồng do đó dễ dàng lắp đặt,
đỡ hao phí sức lực cũng như các thiết bị chuyên chở cáp.
+ Tránh được hiện tượng sét lan truyền trong đường dây thuê bao làm hư
hỏng các thiết bị trong tổng đài.
+ Dễ dàng khai thác, quản lý và bảo dưỡng.

14


- Nhược điểm:
+ Nhược điểm lớn nhất của việc triển khai công nghệ truy nhập sợi quang là
giá thành sợi quang và các thiết bị phục vụ cho mạng quang hiện nay khá đắt
tiền.
1.2. Hệ thống thơng tin FTTx
FTT có nhiều loại nên cũng còn được gọi là FTTx (chữ x có ý nghĩa diễn tả
các loại khác nhau).

Hình 1.2. Kiến trúc FTTx

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 vịng ở chặng cuối
của mạng viễn thơng
Có ba giai đoạn phát triển của hệ thống thông tin quang:
-

Giai đoạn đầu tiên là cáp quang được sử dụng trên mạng đường trục.

-

Giai đoạn thứ 2 là cáp quang được sử dụng cho mạng trung kế.

-

Giai đoạn ba là phát triển cáp sợi quang cho mạng thuê bao, giai đoạn này
có thể coi là giai đoạn chính để truy nhập sợi quang vào mạng.

Mạng truy nhập quang rất phong phú, để đưa dịch vụ tới khách hàng bằng sợi quang
có thể thực hiện các hình thức truy nhập như:
-

Sợi quang tới vùng nông thôn FTTR (Fiber to the Rulal)

-

Sợi quang tới vùng dân cư FTTC (Fiber to the Curb)

15

-

Sợi quang tới cơ quan FTTO (Fiber to the Office)

-

Sợi quang tới tòa nhà FTTB (Fiber to the Building)

-

Sợi quang tới tầng nhà FTTF (Fiber to the Floor)

-

Sợi quang tới tận nhà FTTH (Fiber to the Home).

Trong cấu hình FTTR, FTTC, FTTF và FTTB có điểm giống nhau là các sợi quang
là sợi dùng chung. Như vậy sợi quang sẽ được đặt từ tổng đài tới thiết bị mạng
quang ở đầu xa ONU (Optical Network Unit) và thực hiện truyền luồng tín hiệu
chung.
Từ ONU tới các thuê bao sẽ là dây kim loại thơng thường. Cấu hình này tận
dụng được băng tần sợi quang, giảm được chi phí ban đầu.
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.
Bảng 1.1. Các hệ thống truy nhập sợi quang
Dạng ONU
Dạng

Vị trí

sử dụng

lắp đặt

Người sử dụng
Trong
thương
mại

Mơ tả khái qt cấu hình hệ thống

Trong
dân dụng

OLT tới ONU bằng cáp quang. Từ
Dùng
chung
sợi

ONU tới khách hàng bằng cáp đồng

FTTR

và độ dài cáp đồng nhỏ hơn 10 km

Ngoài
trời

OLT tới ONU bằng cáp quang. Từ

ONU tới khách hàng bằng cáp đồng

FTTC

và độ dài cáp đồng xấp xỉ 100 m
OLT tới ONU bằng cáp quang. Từ
Dùng
riêng
sợi

ONU tới khách hàng bằng cáp đồng

FTTF/FTTB

và độ dài cáp đồng xấp xỉ 10 m

Trong

OLT tới ONU bằng cáp quang. Từ

nhà
FTTO

ONU tới khách hàng bằng cáp đồng

FTTH

và độ dài cáp đồng xấp xỉ 0 m

16

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. 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 và tiếp cận thị
trường dễ dàng nhất.
1.3. Hệ thống thông tin FTTH, so sánh FTTH với ADSL
Công nghệ cáp quang thuê 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.
1.3.1. Đặc điểm và tiện ích 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 không bị suy hao tín hiệu bởi
nhiễu diện từ, thời tiết hay chiều dài cáp... An tồn cho thiết bị khơng 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 thơng 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 (mạng riêng ảo), Game

Online, IPTV (truyền hình tương tác), VoD (xem phim theo yêu cầu),…

17


+ Độ bảo mật thơng 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.
1.3.2. 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.
+ 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) yêu cầu băng thông 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.

1.4. Sự phát triển của FTTH
Hiện nay trong mạng viễn thơng có nhiều cơng nghệ truyền dẫn đang tồn tại
như mạng cáp đồng trục, mạng cáp xoắn đôi, cáp kết hợp quang-đồng trục, cáp
quang, công nghệ truyền dẫn không dây (viba, vệ tinh) cung cấp các dịch vụ viễn
thông, đáp ứng nhu cầu thông tin không ngừng của xã hội. Tuy nhiên với dã phát

18


triển của các dịch vụ viễn thông như hiện nay thì khơng phải cơng nghệ truyền dẫn
nào cũng đáp ứng được.
Công nghệ truyền dẫn quang vẫn là công nghệ được đánh giá cao và phát
triển rộng rãi bởi băng thông cực lớn mà các kỹ thuật sử dụng hiện nay vẫn chưa
khai thác hết, suy hao thấp, không bị ảnh hưởng của nhiều điện từ, bảo mật tốt,
truyền cự ly xa. Hiện nay, trên 60% lưu lượng thông tin truyền đi trên tồn thế giới
được truyền trên mạng quang. Cơng nghệ này đã chứng tỏ được khả năng cung cấp
các ứng dụng trong tương lai với tốc độ cao và chất lượng đảm bảo, giải quyết được
tình trạng nghẽn mạng ở cáp đồng cũng như các công nghệ truyền dẫn khác. Đặc
biệt là đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng viễn thơng với mong
muốn tích hợp ngày càng nhiều dịch vụ tới tận nhà hoặc nơi làm việc bằng phương
tiện đơn giản nhất và giá thành chấp nhận được.
1.4.1. Tình hình phát triển FTTH trên thế giới
Dự kiến FTTH sẽ dần thay thế ADSL trong tương lai gần một khi băng thông
ADSL không đủ sức cung cấp đồng thời các dịch vụ trực tuyến trong cùng một thời
điểm. FTTH cung cấp 1 IP tĩnh thích hợp với các doanh nghiệp, tổ chức triển khai
dễ dàng các dịch vụ trực tuyến như IP Camera, lưu trữ mail, truyền dữ liệu tốc độ
cao...Theo một báo cáo mới nhất của Heavy Reading, số hộ gia đình sử dụng kết nối
băng rộng FTTH trên toàn thế giới sẽ tăng trưởng hàng năm trên 30% cho đến năm
2013 và đạt 89 triệu hộ khi đó. Hiện Nhật Bản, Trung Quốc và Mỹ là các quốc gia
đi đầu trong lĩnh vực băng thơng rộng sử dụng cơng nghệ cáp quang này.

Hình 1.3. Tỉ lệ băng thông rộng trên thế giới theo thống kê q 4 năm 2013
Cơng nghệ FTTH đã có khoảng 20 triệu kết nối tồn cầu, chỉ tính riêng ở 3
nước Nhật Bản, Trung Quốc và Mỹ đã có thêm khoảng 6 triệu thuê bao, trong đó

19


châu Á được đánh giá là thị trường có tiềm năng phát triển lớn. Vào cuối năm 2014,
riêng châu Á có 60 triệu kết nối FTTH, tiếp theo là châu Âu/ khu vực Trung Đông/
châu Phi với 16 triệu, rồi đến Bắc Mỹ và Nam Mỹ với 15 triệu. Hiện nay, quá trình
chuyển đổi sang FTTH đang được thực hiện ở nhiều nước, gồm Đan Mạch, Pháp,
Hồng Kông, Nhật Bản, Hàn Quốc, Thụy Điển, Đài Loan và Mỹ.
1.4.2. Tình hình triển khai FTTH tại 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, từ tháng 12/2006 FPT Telecom bắt đầu thương mại
hóa dịch vụ FTTH ở Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh và triển khai rộng rãi từ cuối năm
2007
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 cơng nghệ GPON là
chuẩn tiên tiến nhất hiện nay.
Đến năm 2014, FPT telecom đưa dịch vụ FTTH đến tất cả 64 tỉnh thành trên

cả nước. Triển khai công nghệ cáp quang giá rẻ FTTH GPON cung cấp cho khách
hàng, theo đó các chi nhánh mới trên tồn quốc sẽ khơng cịn sử dụng cơng nghệ
ADSL mà thay vào đó hồn tồn bằng công nghệ băng rộng FTTH GPON gồm: Chi
nhánh FPT Telecom Lạng Sơn, Yên Bái, Sơn La, Lào cai, Điện Biên.
1.5. Kiến trúc hệ thống FTTH
1.5.1. Sơ đồ tổng quát mạng quang FTTH
Sơ đồ tổng quát mạng quang FTTH được mô tả trong hình sau:

20


Hình 1.4. 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

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.

21


1.5.2. Các cấu hình cho kiến trúc quang FTTH

Hình 1.5. Mô tả vật lý với P2P và P2MP
Tùy thuộc vào cấu hình được lựa chọn cho mạng tuy nhập quang OAN mà ta
có các kiểu truyền dẫn quang tới nhà thuê bao khác nhau và tài nguyên mạng chia
sẻ giữa các th bao cũng khác nhau.
Hình 1.5 trên mơ tả kết nối thiết bị trong thực tế của hai cấu hình thường hay
dùng trong triển khai mạng FTTH là điểm nối điểm (P2P) và điểm nối đa điểm
(P2MP).
a. Cấu hình điểm - điểm P2P

Hình 1.6. 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

22


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.
b. 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 khơng

Hình 1.7. Cấu hình P2MP
Bước sóng sử dụng trong FTTH

Hình 1.8. Đặc tuyến suy hao trong sợi quang
Hình 1.8 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

23


hướng xuống cịn vùng bước sóng 1550 nm được sử dụng cho việc truyền tín hiệu
tương tự trên cáp truyền hình CATV
1.6. Kết luận
Trong chương này trình bày về các hình thức truy nhập sợi quang FTTx. Sau
đó đi sâu vào tìm hiểu hệ thống thơng tin FTTH. Thơng qua đó đánh giá so sánh ưu
và nhược điểm giữa cơng nghệ FTTH và ADSL. Tầm quan trọng của công nghệ
mạng quang tới tận nhà FTTH được thể hiện rõ qua sự phát triển lớn mạnh trên thế
giới và Việt Nam cũng là một trong số những nước đang tiến tới xây dựng hệ thống

này một cách hoàn thiện hơn. Việc tìm hiểu kĩ về kiến trúc mạng quang FTTH tiếp
tục đưa ta tiếp cận dần tới các phương pháp triển khai mạng,việc lựa chọn cấu hình
và cơng nghệ phù hợp sẽ được triển khai ở chương sau

24


Chương 2
CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG PON VÀ CẤU HÌNH MẠNG
FTTH TRÊN NỀN PON
2.1. Cơng nghệ mạng quang chủ động AON
AON(Active Optical Network) 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 yêu 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 ngồi.
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 ngoài ra,
do đây là những chuyển mạch có tốc độ cao nên các thiết bị này có chi phí đầu tư
lớn, khơng 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 ngoài cũng như việc phân tích để chuyển luồng dữ liệu từ các dịch vụ
đến người dùng có thể gây quá 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 q trình này. Từ năm 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

25