Thiết kế,mô phỏng mạng quang tới tận thuê bao dựa trên nền mạng quang thụ động tại thành phố vinh và phụ cận

HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG VÀ HÌNH THỨC

Giới thiệu chương

Thông tin quang là hệ thống truyền tin qua sợi quang, trong đó thông tin được chuyển đổi thành ánh sáng và truyền qua sợi quang, sau đó được biến đổi trở lại thành thông tin ban đầu tại nơi nhận Chương 1 sẽ khám phá các giai đoạn phát triển của hệ thống thông tin quang và so sánh các đặc tính của nó với các hệ thống hiện có như thông tin vô tuyến và cáp đồng hữu tuyến Cuối cùng, chúng ta sẽ tìm hiểu về các phương thức truy cập mới, đặc biệt là FTTX (Fiber To The Home, Fiber To The Office, Fiber To The Building, v.v.).

Tổng quan về hệ thống thông tin quang

Các thành phần chính của hệ thống thông tin quang được mô tả trong hình 1.1

Bộ phát quang bao gồm mạch điều khiển và nguồn quang, có chức năng chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang để truyền tải qua sợi quang Phần tử phát xạ ánh sáng có thể là LED hoặc LASER LED thích hợp cho hệ thống thông tin quang với tốc độ dưới 200Mbps và sử dụng sợi đa mode, nhưng cần có công suất bức xạ cao và thời gian đáp ứng nhanh do ánh sáng phát ra không định hướng Ngược lại, LASER khắc phục nhược điểm của LED, cho phép truyền dẫn tốc độ cao với phổ phát xạ hẹp (1-4nm) và góc phát quang hẹp (5-10 độ), giúp tăng hiệu suất ghép ánh sáng vào sợi quang.

Bộ thu quang bao gồm bộ tách sóng quang, mạch khuyếch đại điện và mạch khôi phục tín hiệu Khi tín hiệu quang đến đầu thu, nó sẽ được chuyển đổi trở lại thành tín hiệu điện giống như ở đầu phát Các linh kiện tách sóng quang sử dụng diod quang PIN và diod quang kiểu thác ADP, được chế tạo từ các bán dẫn cơ bản như silicon (Si), germanium (Ge) và indium phosphide (InP).

Phần truyền dẫn trong hệ thống quang học bao gồm sợi quang, các bộ nối, bộ chia, bộ tách hay ghép và bộ lặp Trong đó, sợi quang được bọc cáp bảo vệ là thành phần quan trọng nhất, đảm bảo hiệu suất và độ bền của hệ thống.

Trong quá trình lắp đặt và khai thác, ống cáp không chỉ bảo vệ các sợi quang mà còn có thể chứa dây dẫn đồng để cung cấp nguồn cho các bộ lặp Khi tín hiệu quang truyền qua sợi quang, công suất tín hiệu sẽ bị suy yếu do suy hao của sợi quang Nếu khoảng cách truyền quá dài, tín hiệu có thể không đến được đầu thu hoặc đến với công suất quá thấp để đầu thu nhận biết Lúc này, bộ lặp sẽ được sử dụng để thu nhận tín hiệu quang bị suy yếu, tái tạo lại thành tín hiệu điện, sửa đổi và khuếch đại tín hiệu trước khi chuyển đổi trở lại thành tín hiệu quang để tiếp tục truyền đến đầu thu Ngoài bộ lặp, các bộ khuếch đại quang cũng có thể được sử dụng để thực hiện chức năng tương tự.

Hình 1.1 Cấu hình của hệ thống thông tin quang

Đặc điểm của hệ thống thông tin quang

Hệ thống thông tin quang có ưu điểm:

Suy hao thấp của cáp quang cho phép khoảng cách truyền tín hiệu xa hơn so với cáp đồng Trong khi cáp đồng chỉ được khuyến cáo sử dụng trong khoảng cách 100 m, cáp quang có thể truyền tín hiệu lên đến 2000 m.

Khuếch đại quang Đầu thu quang

Khôi phục tín hiệu Khuếch đại

Một nhược điểm chính của cáp đồng là suy hao tăng theo tần số tín hiệu, dẫn đến tốc độ dữ liệu cao hơn làm tăng suy hao công suất và giảm khoảng cách truyền tải Ngược lại, cáp quang không bị ảnh hưởng bởi tần số tín hiệu, giúp duy trì suy hao ổn định.

Sợi quang với băng thông rộng cho phép thiết lập hệ thống truyền dẫn số tốc độ cao, hiện nay băng tần của sợi quang có thể đạt đến hàng THz.

Trọng lượng nhẹ: Trọng lượng của cáp quang nhỏ hơn so với cáp đồng Cáp quang có trọng lượng nhẹ hơn nên cho phép lắp đặt dễ dàng hơn

Kích thước nhỏ: Cáp sợi quang có kích thước nhỏ sẽ dễ dàng cho việc thiết kế mạng chật hẹp về không gian lắp đặt cáp

Không bị can nhiễu sóng điện từ và điện công nghiệp

Sợi quang có tính an toàn cao vì là chất điện môi, không dẫn điện Ngoài ra, tính bảo mật của sợi quang cũng rất đáng chú ý, bởi vì nó khó bị trích tín hiệu Do không bức xạ năng lượng điện từ, thông tin không thể bị đánh cắp bằng các phương tiện điện thông thường như dẫn điện bề mặt hay cảm ứng điện từ, và việc trích xuất thông tin dưới dạng tín hiệu quang cũng gặp nhiều khó khăn.

Tính linh hoạt: các hệ thống thông tin quang đều khả dụng cho hầu hết các dạng thông tin số liệu, thoại, video

Hệ thống thông tin quang có nhược điểm:

Vấn đề biến đổi điện- quang: Trước khi đưa tín hiệu thông tin điện vào sợi quang, tín hiệu đó phải được biến đổi thành dạng sóng ánh sáng

Sợi quang trong viễn thông được làm từ thủy tinh, do đó rất dòn và dễ gãy Kích thước nhỏ của sợi quang khiến việc hàn nối trở nên khó khăn, đòi hỏi phải sử dụng thiết bị chuyên dụng để thực hiện quá trình này.

Vấn đề sửa chữa: Các quy trình sữa chữa đòi hỏi phải có một nhóm kỹ thuật viên có kỹ năng tốt cùng các thiết bị thích hợp

Khi thực hiện hàn nối sợi quang, cần đảm bảo an toàn lao động bằng cách cho các mảnh cắt vào lọ kín để tránh nguy cơ đâm vào tay, vì không có phương tiện nào phát hiện được mảnh thủy tinh trong cơ thể Hơn nữa, không nên nhìn trực diện vào đầu sợi quang hay các khớp nối để ngăn ngừa ánh sáng truyền qua sợi vào mắt Ánh sáng hồng ngoại được sử dụng trong hệ thống thông tin quang không thể được mắt người cảm nhận, do đó, việc tiếp xúc với nguồn năng lượng này có thể gây nguy hại cho mắt.

Sợi quang

Sợi quang là những dây nhỏ và dẻo có khả năng truyền tải ánh sáng nhìn thấy được cùng với tia hồng ngoại Chúng bao gồm một lõi ở giữa và một lớp bao bọc xung quanh Để ánh sáng phản xạ hoàn toàn trong lõi, chiết suất của lõi cần phải cao hơn chiết suất của lớp bao bọc một chút.

Sợi quang được cấu tạo từ một lõi thủy tinh hình trụ tròn và một vỏ thủy tinh bao quanh Lõi thủy tinh có chức năng truyền ánh sáng, trong khi vỏ thủy tinh tạo ra hiện tượng phản xạ toàn phần tại lớp tiếp giáp giữa hai thành phần này Để hiện tượng phản xạ toàn phần xảy ra, chỉ số chiết suất của lõi phải lớn hơn chỉ số chiết suất của vỏ.

Hình 1.2 Cấu trúc tổng thể của sợi

Sợi cáp quang bao gồm ba thành phần chính: lõi (core), lớp phản xạ ánh sáng (cladding) và lớp vỏ bảo vệ chính (primary coating hay còn gọi là coating, primary buffer).

Lõi sợi quang được chế tạo từ sợi thủy tinh hoặc nhựa, có chức năng truyền dẫn ánh sáng Để đảm bảo ánh sáng phản xạ hoàn toàn trong lõi, chiết suất của lõi cần lớn hơn một chút so với chiết suất của lớp áo bên ngoài.

Cladding bao bọc core là lớp bảo vệ được làm từ thủy tinh hoặc nhựa, có chức năng phản xạ ánh sáng trở lại lõi Cả lõi và áo đều được chế tạo từ các vật liệu như thủy tinh, chất dẻo (silica), kim loại, fluor, và sợi quang kết tinh, với thành phần và chiết suất khác nhau.

Lớp phủ chính (primary coating) là lớp nhựa PVC bảo vệ lõi và lớp vỏ bên ngoài khỏi bụi bẩn, độ ẩm và trầy xước Nó không chỉ ngăn chặn sự ăn mòn mà còn bảo vệ sợi quang khỏi ảnh hưởng của âm thanh từ các sợi bên cạnh.

Hai loại cáp quang phổ biến hiện nay là GOF (Glass Optical Fiber) và POF (Plastic Optical Fiber) Cáp quang GOF được làm từ thủy tinh, trong khi cáp POF được chế tạo từ plastic Cáp POF có đường kính lõi lớn khoảng 1 mm, thích hợp cho việc truyền dẫn tín hiệu ở khoảng cách ngắn và mạng tốc độ thấp.

Bảo vệ sợi cáp quang gồm nhiều lớp khác nhau, với ba lớp chính là lớp chịu lực kéo (strength member), lớp vỏ bảo vệ ngoài (buffer) và lớp áo giáp (jacket) Lớp chịu lực kéo thường được làm từ sợi Kevlar, giúp cáp chịu nhiệt và kéo căng Lớp buffer, thường bằng nhựa PVC, bảo vệ cáp khỏi va đập và ẩm ướt Lớp jacket bên ngoài có khả năng chịu va đập, nhiệt và mài mòn, giúp bảo vệ phần bên trong cáp khỏi ẩm ướt và các tác động từ môi trường Tùy theo yêu cầu sử dụng, mỗi loại cáp có thể có các lớp jacket khác nhau.

Có hai loại thiết kế khác nhau để bảo vệ sợi cáp quang là ống đệm không chặt (close- tube) và ống đệm chặt (tight buffer) [2]

1.4.1 Sự truyền ánh sáng trong sợi quang

Sợi quang là một phương tiện truyền thông đặc biệt, khác biệt so với cáp đồng và không gian tự do Với khả năng suy hao tín hiệu thấp trên dải tần số rộng, sợi quang cho phép truyền tải tín hiệu qua khoảng cách xa với tốc độ cao mà không cần khuyếch đại hoặc tái lặp lại thường xuyên.

Sợi quang bao gồm một lõi hình trụ được bao quanh bởi lớp vỏ, cả hai đều chủ yếu được làm từ silica (SiO2) với chỉ số khúc xạ khoảng 1.45 Chỉ số khúc xạ (n) được xác định bằng tỉ số giữa vận tốc ánh sáng trong chân không (c) và vận tốc ánh sáng trong vật liệu (v), được biểu diễn bằng công thức n = c/v.

Trong quá trình sản xuất sợi quang, tạp chất được thêm vào lõi hoặc vỏ để tạo ra sự khác biệt về chỉ số khúc xạ Các nguyên liệu như Germani và Photpho được sử dụng để tăng chiết suất silica trong lõi, trong khi Bo và Flo làm giảm chiết suất trong lớp vỏ Ánh sáng di chuyển như một chùm tia thẳng và có thể bị phản xạ hoặc khúc xạ tại bề mặt giữa hai vật liệu khác nhau Khi tia sáng từ môi trường 1 tới mặt phân cách của môi trường 2, góc tới θ1 được xác định giữa tia tới và pháp tuyến Phần năng lượng phản xạ tạo thành tia phản xạ, trong khi phần còn lại đi xuyên qua môi trường 2 tạo thành tia khúc xạ, với góc phản xạ θ1r và góc khúc xạ tương ứng với pháp tuyến.

Theo định luật Snell, khi góc tới θ₁ tăng, góc khúc xạ θ₂ cũng tăng theo, với công thức n₁.sinθ₁ = n₂.sinθ₂ Khi θ₂ đạt 90 độ, ta có sinθ₁ = n₁/n₂, và góc θ₁ lúc này được gọi là góc tới hạn θₐ = sin⁻¹(n₁/n₂), với điều kiện n₁ > n₂ Đối với các giá trị θ₁ lớn hơn θₐ, không có tia khúc xạ xảy ra và toàn bộ năng lượng từ tia tới sẽ bị phản xạ, hiện tượng này được gọi là phản xạ toàn phần.

Sự phản xạ và khúc xạ của các tia sáng tại mặt phân cách hai môi trường được biễu diễn trên hình 1.4

Hình 1.4 Sự phản xạ và khúc xạ các tia sáng tại mặt phân cách hai môi trường Điều kiện để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần:

Các tia sáng phải đi từ môi trường có chiết suất lớn sang môi trường có chiết suất nhỏ hơn

Để ánh sáng truyền trong sợi quang, góc tới của tia sáng phải lớn hơn góc tới hạn Hiện tượng này xảy ra do phản xạ toàn phần giữa bề mặt lõi và vỏ của sợi quang, như được thể hiện trong hình 1.5.

Hình 1.5 Ánh sáng trong sợi quang

Hình trên cho thấy ánh sáng được ghép từ môi trường bên ngoài (không khí với chiết suất n 0 ) vào sợi

1.4.2.1 Phân loại theo vật liệu điện môi

Có ba loại vật liệu điện môi được phân loại: loại đầu tiên là sợi chủ yếu từ thủy tinh thạch anh, loại thứ hai bao gồm nhiều loại vật liệu thủy tinh khác nhau, và loại thứ ba là sợi làm từ nhựa.

Sợi quang thạch anh không chỉ bao gồm thạch anh nguyên chất (SiO2) mà còn có các tạp chất như Ge, B và F, giúp điều chỉnh chỉ số khúc xạ.

Các hình thức truy nhập trong mạng viễn thông

Sự phát triển của hệ thống thông tin quang trên mạng lưới viễn thông Việt Nam trải qua ba giai đoạn chính Đầu tiên, cáp quang được áp dụng cho mạng đường trục, sau đó mở rộng sang mạng trung kế Cuối cùng, cáp sợi quang được phát triển cho mạng thuê bao, dẫn đến sự gia tăng hiệu suất và khả năng truy cập của mạng truy nhập quang.

11 phong phú, để đưa dịch vụ tới khách hàng bằng sợi quang có thể sử dụng một trong các hình thức truy nhập FTTx (FTTx: Fiber To The x)

FTTx là kiến trúc mạng băng rộng sử dụng cáp quang thay thế cáp kim loại trong các mạch vòng cuối cùng của mạng viễn thông Các loại hình FTTx bao gồm FTTR (Fiber to the Rural), FTTC (Fiber to the Curb), FTTO (Fiber to the Office), FTTB (Fiber to the Building), FTTF (Fiber to the Floor) và FTTH (Fiber to the Home) Trong các cấu hình FTTR, FTTC, FTTF và FTTB, sợi quang được sử dụng chung từ tổng đài tới thiết bị mạng quang ONU, giúp truyền tín hiệu hiệu quả Thiết bị ONU thường được đặt trong các tủ thiết bị tại các vị trí thuận lợi để dễ dàng phân phối tín hiệu tới khách hàng Cáp quang có thể được chôn trực tiếp, kéo trong cống hoặc treo ngoài trời, tùy thuộc vào tốc độ truyền dẫn và nhu cầu dung lượng Khoảng cách từ ONU tới thuê bao thay đổi tùy theo loại hình, với FTTR dưới 10 km, FTTC khoảng 100 m, và FTTF, FTTB thường rất gần Các phương án FTTO và FTTH yêu cầu đầu tư cao, do đó cần có chiến lược phát triển mạng cụ thể để triển khai hiệu quả.

Để thực hiện và đầu tư hiệu quả, các nhà cung cấp dịch vụ và hãng đã đưa ra nhiều giải pháp nhằm triển khai hệ thống một cách tối ưu nhất Điều này giúp họ tiếp cận thị trường một cách dễ dàng và thuận lợi hơn.

Sự phát triển của FTTH

Theo báo cáo năm 2008, số hộ gia đình sử dụng kết nối băng rộng FTTH trên toàn cầu dự kiến sẽ tăng trưởng hơn 30% mỗi năm cho đến năm 2020.

Tính đến năm 2012, số hộ gia đình sử dụng băng thông rộng tại Nhật Bản và Hàn Quốc đã đạt 89 triệu Hiện nay, hai quốc gia này dẫn đầu trong việc áp dụng công nghệ cáp quang FTTH, với khoảng 20 triệu kết nối toàn cầu Châu Á được xem là khu vực có tiềm năng phát triển lớn trong lĩnh vực này.

Cuối năm 2012, dự đoán Châu Á sẽ có 54 triệu kết nối FTTH, theo sau là Châu Âu và khu vực Trung Đông, Châu Phi với 16 triệu kết nối, tiếp đó là Bắc Mỹ.

Mỹ và Nam Mỹ hiện đang triển khai quá trình chuyển đổi sang công nghệ FTTH với quy mô lên đến 15 triệu kết nối Nhiều quốc gia như Đan Mạch, Pháp, Hồng Kông, Nhật Bản, Hàn Quốc, Thụy Điển, Đài Loan và Mỹ cũng đang thực hiện các bước chuyển đổi tương tự.

Tại Việt Nam tháng 8/2006, FPT Telecom chính thức trở thành đơn vị đầu tiên cung cấp loại hình dịch vụ tiên tiến này

Vào ngày 1 tháng 5 năm 2009, VNPT đã chính thức ra mắt dịch vụ FTTH trên nền tảng cáp quang với tốc độ cao lên đến 20 Mbps Sự phát triển mạnh mẽ của các chi nhánh VNPT tại các tỉnh thành cũng đã góp phần nâng cao chất lượng dịch vụ internet tại Việt Nam.

Vào ngày 15/5/2009, Viettel đã chính thức ra mắt dịch vụ Internet FTTH-cáp quang siêu tốc, nhằm đáp ứng nhu cầu của khách hàng doanh nghiệp, nơi mà các dịch vụ truy cập Internet hiện tại như ADSL và Leased Line chưa đủ khả năng về tốc độ và chi phí.

Vào ngày 10/4/2010, CMCTI đã chính thức ra mắt dịch vụ FTTH, trở thành công ty đầu tiên tại Việt Nam triển khai công nghệ này dựa trên nền tảng GPON, một chuẩn công nghệ tiên tiến nhất hiện nay.

Ưu điểm của kỹ thuật FTTH

So với các phương thức truy nhập khác, nhận thấy FTTH có nhiều ưu điểm nổi bật:

Hệ thống truyền dẫn hoàn toàn bằng cáp quang tới tận phòng máy của khách hàng

Chất lượng đường truyền dẫn bền bỉ và ổn định, không bị suy hao tín hiệu bởi nhiễu điện từ, thời tiết hay chiều dài cáp Hệ thống đảm bảo an toàn cho thiết bị, tránh được nguy cơ bị sét đánh lan truyền trên đường dây.

Tốc độ truyền dẫn của FTTH có thể đạt tới 10 Gigabit/s, nhanh gấp 200 lần so với ADSL 2+ chỉ đạt 20 Megabit/s, đồng thời cho phép nâng cấp băng thông dễ dàng mà không cần kéo cáp mới FTTH hỗ trợ đa dịch vụ trên mạng viễn thông chất lượng cao, bao gồm truyền hình giải trí, trò chơi tương tác, và các ứng dụng công nghệ thông tin hiện đại như Hosting Server riêng, VPN, Game Online, IPTV và VoD Đặc biệt, độ bảo mật thông tin cao của FTTH giúp ngăn chặn việc đánh cắp tín hiệu trên đường truyền, phù hợp cho cá nhân, tổ chức và doanh nghiệp Tốc độ upload của FTTH vượt qua chuẩn ADSL2+ và có thể tương đương với tốc độ download, lý tưởng cho việc truyền tải dữ liệu từ mạng khách hàng ra internet.

Tốc độ truyền dẫn của FTTH cung cấp sự cân bằng giữa download và upload, trái ngược với ADSL, nơi tốc độ download luôn cao hơn upload Hơn nữa, FTTH có độ ổn định và tuổi thọ cao hơn ADSL, nhờ vào việc không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện và từ trường.

Khả năng nâng cấp tốc độ (download/upload) dễ dàng

FTTH (Fiber to the Home) không chỉ cung cấp dịch vụ Triple Play như ADSL mà còn có băng thông vượt trội, đáp ứng tốt cho các ứng dụng yêu cầu cao như truyền hình độ phân giải cao (HDTV) với băng thông lên đến vài chục Mbps, điều mà ADSL không thể cung cấp Bên cạnh đó, FTTH mang lại độ ổn định tương đương với dịch vụ internet kênh thuê riêng (Leased-line) nhưng với chi phí thuê bao hàng tháng thấp hơn nhiều lần.

Tốc độ truyền dẫn Internet tối thiểu của FiberXXX đạt 256Kbps, vượt trội hơn so với tất cả các gói ADSL Đặc biệt, độ ổn định trong truyền dẫn của FiberXXX cho phép chiều dài cáp lên tới 10 km, trong khi ADSL chỉ tối đa 2,5 km, mang lại hiệu suất ổn định hơn cho người dùng.

Kiến trúc mạng quang FTTH

Hệ thống FTTH được thể hiện qua sơ đồ kiến trúc trong hình 1.1, trong đó thiết bị kết cuối đường truyền quang là OLT được đặt tại tổng đài trung tâm CO OLT được thiết kế để giao tiếp với các nhà cung cấp dịch vụ, bao gồm mạng chuyển mạch công cộng PSTN, chuyển mạch ATM, router IP, và mạng lõi video thông qua thiết bị đầu cuối cáp.

OLT hỗ trợ nhiều giao diện lớp liên kết dữ liệu như SONET, ATM và Gigabit Ethernet, cho phép chuyển đổi tín hiệu thành tín hiệu quang Các tín hiệu này được ghép vào sợi quang thông qua các kỹ thuật ghép kênh như TDM, SDM và WDM để truyền dẫn qua mạng phân bố quang ODN Mạng truy nhập quang OAN bao gồm ba phần chính: khối kết cuối OLT, mạng phân bố quang ODN và khối kết cuối ONT/ONU.

Mạng truy nhập quang OAN cung cấp nhiều lựa chọn, bao gồm cấu hình điểm nối điểm P2P (point to point) và cấu hình điểm nối đa điểm P2MP (point to multi point) Trong đó, P2MP sử dụng bộ chia trên đường truyền để phân chia công suất tín hiệu, cung cấp dịch vụ cho các thuê bao riêng lẻ, bao gồm cả mạng quang thụ động PON.

Khối kết cuối mạng quang ONT (hoặc ONU trong mạng FTTH) giao tiếp với thiết bị đầu cuối tại nhà khách hàng Tín hiệu quang được chuyển đổi thành tín hiệu điện nhờ bộ chuyển đổi quang điện OEC, đồng thời tách ra các dịch vụ theo yêu cầu của thuê bao.

Cấu hình mạng truy nhập quang OAN quyết định các kiểu truyền dẫn quang đến từng thuê bao, đồng thời ảnh hưởng đến việc chia sẻ tài nguyên mạng giữa các thuê bao.

Hai cấu hình thường hay dùng trong triển khai mạng FTTH là điểm nối điểm

(P2P) và điểm nối đa điểm (P2MP) [4]

1.8.1 Cấu hình điểm - điểm P2P(point to point)

Giải pháp kết nối từng gia đình trực tiếp tới tổng đài nội hạt bằng cáp sợi quang mang lại nhiều lợi ích, trong đó nổi bật là đường dây kết nối riêng cho mỗi thuê bao, một ưu điểm vượt trội của mạng P2P so với mạng P2MP Điều này không chỉ tạo điều kiện thuận lợi cho việc cung cấp dịch vụ đặc trưng mà còn đảm bảo băng thông rộng hơn và tăng cường độ an toàn cho lưu lượng Mạng P2P cũng cho phép cung cấp các dịch vụ đối xứng một cách dễ dàng, nhờ vào việc sử dụng các cấu kiện và thiết bị có sẵn, giúp giảm chi phí hệ thống Tuy nhiên, việc triển khai mạng P2P đòi hỏi công việc ngoài hiện trường, điều này có thể làm tăng chi phí lắp đặt, vận hành và bảo trì.

1.8.2 Cấu hình điểm - đa điểm P2MP(point to multi point)

Trong kiến trúc này, một node được lắp đặt giữa tổng đài CO và nhà thuê bao, thực hiện chức năng chuyển mạch, ghép kênh và chia tách tín hiệu Chỉ cần một cổng OLT và một sợi quang kết nối giữa CO và node, dịch vụ có thể được cung cấp đồng thời cho nhiều người dùng.

Cấu hình 4 – 1000 thuê bao sử dụng các tuyến quang dẫn từ node tới từng thuê bao, giúp tiết kiệm đáng kể sợi quang và cổng tại OLT, từ đó giảm chi phí hệ thống so với cấu hình điểm – điểm Tùy thuộc vào việc thiết bị của node có được cấp nguồn hay không, cấu hình này có thể được xem là tích cực hoặc thụ động.

Thông 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

Dải bước sóng 1310 nm được sử dụng cho truyền dữ liệu hướng lên, trong khi bước sóng 1490 nm phục vụ cho truyền dẫn quang hướng xuống Bên cạnh đó, bước sóng 1550 nm được áp dụng để truyền tín hiệu tương tự trên cáp truyền hình CATV.

Kết luận chương

Chương một đã trình bày tổng quan về cấu trúc hệ thống truyền dẫn quang và các hình thức truy nhập sợi quang FTTx, từ đó tìm hiểu công nghệ mạng quang tới tận nhà FTTH với kiến trúc, đặc điểm và ưu điểm nổi bật Sự phát triển của công nghệ FTTH tại Việt Nam và trên thế giới cho thấy đầu tư vào mạng truy nhập ngày càng tương xứng với mạng đường trục So sánh giữa FTTH và ADSL giúp người dùng lựa chọn dịch vụ phù hợp với nhu cầu của bản thân Chương hai sẽ phân tích các phương án triển khai cho mạng FTTH và lựa chọn phương án tối ưu trong thực tế.

MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG PON

Giới thiệu chương

Mạng truy nhập quang được chia thành hai loại chính: Mạng truy nhập quang tích cực (AON) và Mạng truy nhập quang thụ động (PON) AON sử dụng các thiết bị tích cực như bộ chia và bộ ghép kênh, trong khi PON không có phần tử tích cực nào và chỉ sử dụng sợi quang, bộ chia, bộ kết hợp, và các thiết bị quang khác Điều này mang lại cho PON nhiều ưu điểm, bao gồm việc không cần nguồn điện, độ tin cậy cao và ít yêu cầu bảo trì do tín hiệu không bị suy hao nhiều Bài viết sẽ phân tích đặc điểm của cả hai phương án để giúp lựa chọn phương án phù hợp nhất cho hệ thống cần xây dựng.

Mạng AON

Công nghệ AON mang lại nhiều lợi ích như khả năng kéo dây xa, bảo mật cao và dễ dàng nâng cấp băng thông thuê bao Tuy nhiên, chi phí vận hành AON cao do mỗi thuê bao cần một sợi quang riêng và nguồn cung cấp cho các thiết bị Để giảm chi phí, các nhà cung cấp thường kết hợp cáp quang với cáp đồng, với cáp quang chạy từ Access Node đến tổng đài DSLAM, từ đó cung cấp các dịch vụ truy cập băng thông như ADSL2+ và VDSL2 Giải pháp FTTH-AON là phổ biến nhất trong các mạng truy nhập quang AON, trong đó các thiết bị của khách hàng kết nối với switch L2 qua các đường quang tốc độ FE hoặc GE, hoặc kết nối trực tiếp tới CES bằng đường quang tốc độ GE.

Mạng quang chủ động AON có cấu trúc điểm - điểm, với kết nối trực tiếp giữa khách hàng và CO thông qua một sợi quang Các yêu cầu kết nối từ khách hàng sẽ được định tuyến qua router, switch, và multiplexer tại CO, sau đó truyền ra mạng dịch vụ bên ngoài.

AON sử dụng bước sóng 1550 nm để truyền tín hiệu từ CO đến khách hàng, trong khi bước sóng 1310 nm được dùng để truyền tín hiệu ngược lại từ khách hàng đến CO.

Một cấu trúc AON đơn giản được thể hiện trong hình 2.1

Hình 2.1 Cấu trúc AON đơn giản

Mạng AON yêu cầu sử dụng các thiết bị chủ động cần nguồn điện, và do tính chất của các chuyển mạch có tốc độ cao, chi phí đầu tư cho các thiết bị này là lớn, khiến chúng không phù hợp cho việc triển khai rộng rãi trong mạng truy cập.

Việc xử lý đồng thời các yêu cầu truy cập của người dùng đến mạng dịch vụ bên ngoài và phân tích luồng dữ liệu từ các dịch vụ về người dùng có thể dẫn đến quá tải và xung đột tại OLT của CO Để ngăn chặn xung đột tín hiệu giữa nhà cung cấp và người dùng, cần sử dụng thiết bị điện có tính năng "đệm" Kể từ năm 2007, mạng cáp quang Ethernet tích cực (Active Ethernet) đã xuất hiện, đánh dấu bước khởi đầu cho sự phát triển của chuẩn 802.3ah trong hệ thống.

Chuẩn 802.3, hay còn gọi là Ethernet in First Mile (EFM), là một mạng Ethernet tích cực sử dụng chuyển mạch Ethernet quang để phân phối tín hiệu đến người dùng Điều này cho phép cả nhà cung cấp và khách hàng tham gia vào một kiến trúc mạng chuyển mạch Ethernet hiệu quả.

Các Ethernet Switch giúp giảm xung đột tín hiệu tại CO và cần nguồn để hoạt động, với chuyển mạch dựa trên lớp 2 và lớp 3 của cấu trúc khung Ethernet Cấu trúc AON có ưu điểm như khả năng kéo dây xa lên đến 70km mà không cần bộ lặp, tính bảo mật cao, dễ dàng nâng cấp băng thông và xác định lỗi Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của mạng quang tích cực AON là làm giảm tốc độ truyền dẫn tối đa trong hệ thống FTTH, do thiết bị chuyển mạch phải chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện và ngược lại, ảnh hưởng đến tốc độ Bên cạnh đó, chi phí vận hành và sửa chữa cao do yêu cầu nguồn cung cấp cho các thiết bị và việc mỗi thuê bao cần một sợi quang riêng, đòi hỏi nhiều không gian chứa cáp.

Ngày nay, công nghệ mạng truy nhập quang tích cực AON đã trở thành tiêu chuẩn trong hầu hết các mạng viễn thông toàn cầu Các mạng truy nhập quang trước đây chủ yếu sử dụng thiết bị chủ động để cung cấp dịch vụ Từ năm 2010, VNPT đã triển khai công nghệ GPON tại Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh với thiết bị của Huawei và Alcatel, dự kiến phục vụ hơn 140.000 thuê bao FTTx Cuối tháng 1-2010, công ty CMC TI đã chọn Alcatel-Lucent để cung cấp giải pháp mạng quang thụ động gigabit.

- GPON) đầu tiên ở Việt Nam [6]

Công nghệ PON

PON, viết tắt của Passive Optical Network, là công nghệ mạng quang thụ động, giúp nâng cao khả năng kết nối giữa các node mạng truy nhập của nhà cung cấp dịch vụ và người dùng Công nghệ này đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của mạng quang truy nhập.

Công nghệ PON, bắt đầu với TPON (Telephony PON) vào những năm 90, đã phát triển thành nhiều hệ thống khác như APON/BPON, WDM PON, GPON và EPON APON/BPON, được nghiên cứu và triển khai từ giữa những năm 90, là các hệ thống truy nhập quang băng rộng chỉ hỗ trợ lưu lượng ATM Trong khi đó, GPON, ra đời muộn hơn, mang đến cải tiến về tốc độ và hỗ trợ đa dạng lưu lượng cho cả đường lên và đường xuống, bao gồm cả lưu lượng ATM và IP.

Kể từ năm 2001, hệ thống EPON đã được triển khai rộng rãi tại nhiều quốc gia trên thế giới EPON, được phát triển dựa trên công nghệ Ethernet, khác với GPON ở chỗ chỉ hỗ trợ truyền dẫn đối xứng Gần đây, WDM PON (Wavelength Division Multiplexer PON) đã gia nhập vào gia đình các hệ thống PON.

Trong công nghệ PON, các thành phần chủ động giữa tổng đài CO và người sử dụng đã được thay thế bằng các thiết bị quang thụ động, giúp điều hướng lưu lượng mạng thông qua việc phân chia năng lượng tới các điểm đầu cuối Do đó, công nghệ này được gọi là mạng quang thụ động PON sử dụng phương pháp truy cập phân chia theo thời gian TDMA, cho phép phân biệt các người sử dụng khác nhau dựa trên các khe thời gian truy cập của họ.

Hệ thống PON là một loại mạng truy nhập quang, được triển khai gần đầu cuối khách hàng và hỗ trợ kết nối đến nhiều khách hàng cùng lúc Mạng truy nhập có nhiều hình thức khác nhau, trong đó PON nổi bật với khả năng cung cấp băng thông gần như không giới hạn nhờ vào công nghệ sợi quang Việc kéo sợi quang tới từng hộ gia đình là xu hướng phát triển tương lai Đặc điểm nổi bật của hệ thống PON là sử dụng thiết bị thụ động để phân phối sợi quang đến từng hộ, với khả năng sử dụng bộ chia lên tới 128.

PON hỗ trợ các giao thức như ATM và Ethernet, cung cấp dịch vụ voice, data và video tốc độ cao như HDTV, hội nghị truyền hình và trò chơi tương tác Hệ thống PON chia sẻ băng thông cho nhiều khách hàng, giúp giảm chi phí cho người sử dụng Đồng thời, PON còn tận dụng các công nghệ tiên tiến trong truyền dẫn.

Công nghệ mạng quang thụ động (PON) sử dụng các phương pháp như đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA), đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA), ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) và ghép kênh phân chia theo dải tần để cung cấp băng thông động, từ đó giảm thiểu số lượng cáp quang cần thiết giữa OLT và Splitter PON hỗ trợ truyền dẫn hai chiều trên hai sợi quang, cũng như hai chiều trên cùng một sợi quang, và có khả năng hoạt động với các topo mạng hình cây, sao, bus và ring.

Mô hình mạng quang thụ động PON mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với AON, đặc biệt về chi phí bảo trì thiết bị PON sử dụng thiết bị thụ động, giúp giảm đáng kể số lượng sợi quang cần thiết trong hệ thống Đường truyền chính từ thiết bị trung tâm OLT qua splitter đến người dùng không yêu cầu nguồn điện, cho phép lắp đặt linh hoạt và tiết kiệm chi phí cho nhiều thuê bao Hệ thống PON cũng tiết kiệm điện năng và giảm không gian cần thiết cho cáp, làm cho nó trở thành lựa chọn hiệu quả hơn cho các nhà cung cấp dịch vụ.

Mặc dù PON mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng tồn tại một số khuyết điểm đáng lưu ý Việc nâng cấp băng thông cho thuê bao gặp khó khăn, vì kiến trúc điểm đến nhiều điểm có thể ảnh hưởng đến các thuê bao khác khi đã sử dụng hết băng thông Ngoài ra, việc xác định lỗi cũng trở nên phức tạp hơn do một sợi quang phục vụ nhiều người dùng Cuối cùng, tính bảo mật của PON không cao bằng AON, vì có khả năng bị nghe lén nếu dữ liệu không được mã hóa.

Thành phần cơ bản của mạng quang thụ động PON

Mô hình hệ thống mạng PON biểu diễn trên hình 2.3 bao gồm các thiết bị kết cuối đường quang (OLTs – Optical line terminators) đặt tại trạm trung tâm (CO-

Central Office) và bộ các thiết bị kết cuối kênh quang (ONUs – Optical network units) được đặt ở phía người sử dụng và được thể hiện như hình 2.3

Hình 2.3 Mô hình hệ thống mạng PON

Giữa chúng là hệ thống phân phối mạng quang (ODN – Optical distribution network) bao gồm cáp quang, các thiết bị ghép/tách thụ động

Các giao diện kết nối OLT đến các mạng dịch vụ: OLT được kết nối tới mạng lõi/metro thông qua giao tiếp được thể hiện trong hình 2.4

Hình 2.4 Giao diện kết nối OLT đến mạng lõi và ONU tới khách hàng

V5: là giao tiếp nối đến mạng PSTN/ISDN

E1: là giao tiếp với mạng DDN

FE/GE và ATM: là giao tiếp với mạng IP/ATM

Giao diện kết nối đến các thiết bị của khách hàng gồm có các loại sau:

POTS (Plain Old Telephone Service) là hệ thống điện thoại tương tự, truyền tín hiệu trên mỗi cặp dây, với mỗi tín hiệu được coi là một kênh Việc sử dụng POTS kết hợp với modem cho phép gửi tín hiệu tương tự với tốc độ 64kbit/s Mặc dù modem và đường dây điện thoại truyền thống phù hợp cho việc sử dụng Internet để gửi email, nhưng khi cần gửi và nhận khối lượng dữ liệu lớn, thời gian chờ sẽ khá lâu.

Dịch vụ POTS có những đặc điểm sau đây:

Các đường dây hiện thời chỉ sử dụng hai cặp dây xoắn

Tín hiệu trên cáp nối chặng cuối là tín hiệu tương tự

Modem là thiết bị cần thiết để chuyển đổi tín hiệu số thành tín hiệu tương tự Công nghệ xDSL cung cấp kết nối băng thông cao, với tốc độ tối đa lên đến 50Mbps Để đạt được tốc độ này, khoảng cách cáp đồng cần thiết là khoảng 500m, có thể kéo dài tối đa đến 1000m.

FE (Fast Ethernet) cung cấp dịch vụ với tốc độ lên tới 100Mbps, đáp ứng nhu cầu kết nối nhanh cho khách hàng Đối với dịch vụ 2B+D, nó bao gồm 2 kênh B với tốc độ 64 kbps mỗi kênh, thích hợp cho thoại, fax, truyền dữ liệu và truy cập Internet, cùng với 1 kênh D có tốc độ 16 kbps để truyền tín hiệu điều khiển.

V.24/V.35: nối vào các thiết bị

Sau đây, chúng ta nghiên cứu các thiết bị quan trọng của hệ thống này

OLT được đặt tại trung tâm chuyển mạch (CO - Central Office) và có vai trò quan trọng trong việc giao tiếp với các mạng dịch vụ, đồng thời kết nối các yêu cầu truy cập của người dùng đến những mạng này.

Có hai chức năng chính: truyền dữ liệu từ mạng dịch vụ đến người dùng và phân phối dữ liệu đó Bên cạnh đó, hệ thống cũng thực hiện việc ghép kênh các dữ liệu của người dùng trước khi gửi ra các mạng dịch vụ.

Dung lượng phục vụ của một ONT phụ thuộc vào số card hướng xuống và số port của mỗi card Công thức tính số thuê bao giữa ONT và OLT là: Số thuê bao = X x Y x N Chẳng hạn, P-OLT 7432 của Alcatel có 14 card hướng xuống, mỗi card có 4 port, với tỷ lệ Splitter 1:64, cho phép phục vụ lên đến 14 x 4 x 64 = 3584 thuê bao OLT cung cấp giao diện quang cho mạng ODN và ít nhất một giao diện quang cho mạng truy cập quang, có thể được đặt tại tổng đài hoặc trạm từ xa.

Trong OLT, các chức năng quan trọng bao gồm port dịch vụ, ghép kênh, kết nối chéo, giao diện kết nối, vận hành bảo dưỡng OAM và chức năng cấp nguồn.

Sơ đồ khối chức năng của OLT được mô tả ở hình 2.5

Hình 2.5 Các khối chức năng OLT [4]

Một OLT có thể được chia làm 3 phần: phần lõi, phần dịch vụ và phần chung Phần lõi OLT bao gồm:

Chức năng kết nối chéo số hóa tạo ra các kết nối giữa mạng lõi/metro và mạng phối quang ODN, cho phép truyền và ghép kênh dữ liệu hiệu quả Dữ liệu từ mạng lõi/metro đến ODN được truyền trực tiếp, trong khi dữ liệu từ ODN đến mạng lõi/metro cần phải được ghép kênh trước khi truyền Chức năng giao diện ODN cung cấp môi trường truyền dẫn quang giữa OLT và nhiều ONU thông qua thiết bị thụ động, đồng thời điều khiển quá trình chuyển đổi giữa quang và điện Để thực hiện cơ chế chuyển mạch bảo vệ và hỗ trợ xử lý thiết bị thụ động splitter, OLT tích hợp các chức năng giao diện ODN tương tự như trong mạng phối quang ODN.

Dịch vụ OLT có chức năng cung cấp port dịch vụ, cho phép truyền tải ít nhất với tốc độ ISDN Các port này có thể được cấu hình để hỗ trợ đồng thời nhiều dịch vụ khác nhau, như truyền hình độ phân giải cao (HDTV), game online và truyền dữ liệu.

Khối tributary unit (TU) cung cấp từ hai đến nhiều cổng với tốc độ 2 Mbps, tùy thuộc vào cấu hình từng cổng Mỗi cổng trong khối TU có thể được cấu hình để cung cấp dịch vụ khác nhau.

Phần chung của OLT bao gồm các chức năng cấp nguồn và OAM (Quản lý và Bảo trì) Chức năng cấp nguồn chuyển đổi nguồn ngoài thành nguồn mong muốn, trong khi OAM cung cấp các công cụ để điều khiển, quản lý và bảo trì toàn bộ khối OLT Đối với điều khiển nội bộ, giao diện có thể được cung cấp để chạy thử, cùng với giao diện Q3 cho mạng truy cập đến hệ thống đang hoạt động thông qua chức năng sắp xếp.

ONU đặt tại phía khách hàng, ONU cung cấp các phương tiện cần thiết để phân phối các dịch vụ khác nhau được điều khiển bởi OLT

ONU nằm ở cuối đường dây, đóng vai trò như "người thông dịch" cho dữ liệu và các yêu cầu truy cập từ người dùng.

ONU đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi tín hiệu quang-điện giữa nhà cung cấp dịch vụ và khách hàng Do tín hiệu truyền trên một sợi quang duy nhất với hai bước sóng khác nhau, cụ thể là 1310 nm và 1490 nm, quá trình này yêu cầu tách và ghép bước sóng Hình 2.6 minh họa rõ hơn về quá trình này.

Hình 2.6 Nguyên lý thu/phát ONU

Một ONU có thể chia làm 3 phần: phần lõi, phần dịch vụ và phần chung

Phần lõi ONU gồm các chức năng sau:

Chức năng ghép khách hàng và dịch vụ đảm bảo rằng dữ liệu từ phía khách hàng sẽ được xử lý và ghép trước khi được truyền đến ODN Ngược lại, ở phía ODN, các dịch vụ sẽ được tích hợp một cách hiệu quả.

Có 26 vụ việc sẽ được tách ra phù hợp với từng người dùng đã yêu cầu dịch vụ Chức năng ghép kênh truyền dẫn hỗ trợ phân phối tín hiệu giữa ODN và khách hàng Đồng thời, giao diện ODN cung cấp các chức năng chuyển đổi giữa quang-điện và điện-quang.

Các chuẩn công nghệ PON

Các chuẩn PON có thể chia làm hai nhóm sau:

Nhóm 1 bao gồm các chuẩn theo phương thức truy nhập TDMA-PON như APON/BPON, E-PON, G-PON Đặc tính của các chuẩn TDMA-PON được so sánh trong bảng 2.2

Nhóm 2 bao gồm chuẩn theo các phương thức truy nhập khác như WDM PON và CDMA-PON

2.5.1 Các chuẩn theo phương thức truy nhập TDMA-PON

Kiến trúc BPON (Broadband PON) cho thấy OLT kết nối với ONU qua bộ chia 1:N, với khoảng cách truyền dẫn tối đa từ 10-20 km Tín hiệu lên từ ONU sử dụng bước sóng 1310 nm, trong khi tín hiệu xuống từ OLT sử dụng bước sóng 1490 nm và 1500 nm cho việc tải video Dữ liệu hướng xuống được gửi đến tất cả các ONU, và mỗi ONU chỉ nhận gói dữ liệu đúng địa chỉ của mình theo nguyên lý TDMA Đối với tín hiệu lên, các gói từ ONU được truyền đến OLT theo thứ tự, dưới sự điều khiển của OLT, nhằm tránh va chạm bằng cách quy định khe thời gian cho từng ONU.

BPON sử dụng phương pháp truy nhập phân chia theo thời gian cho các user, và sử dụng cell ATM trong truyền dẫn

Trong hệ thống thiết bị mạng, OLT bao gồm các line card kết nối với mạng lõi hoặc metro, trong khi ONU cung cấp một hoặc nhiều cổng kết nối thoại (T1/E1) và dữ liệu (10/100) BASE-T Ethernet cho khách hàng.

G.983.1 là tiêu chuẩn cho APON/BPON được giới thiệu vào năm 1998, cung cấp tốc độ truyền dẫn 155,52 Mbps và 622,08 Mbps Vào năm 2005, phiên bản mới hơn đã được phát hành với tốc độ truyền dẫn lên đến 1224,16 Mbps Các nhà cung cấp dịch vụ APON/BPON có thể lựa chọn giữa việc thực hiện tốc độ truyền dẫn đường xuống và đường lên đối xứng hoặc bất đối xứng, như được chỉ ra trong bảng 2.3 về sự kết hợp tốc độ của APON/BPON.

Cả tiêu chuẩn G.983.1 và G.984.1 đều mô tả giải pháp sử dụng hai sợi quang cho đường xuống và đường lên chuyên dụng, với bước sóng 1310 nm áp dụng cho cả hai hướng Tuy nhiên, trong thực tế, không có giải pháp nào được triển khai theo mô hình hai sợi quang, chủ yếu vì trong hướng xuống, bước sóng 1490 nm được sử dụng.

Sử dụng hai bước sóng 1310 nm và 32 nm trên cùng một sợi quang giúp tránh nhiễu tín hiệu trong quá trình truyền tải Điều này không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn đơn giản hóa quy trình lắp đặt.

Bảng 2.2 Tốc độ down và up của APON/BPON

Tốc độ down (Mbps) Tốc độ up (Mbps)

Tất cả các chuẩn ITU-T PON đều có ba loại thiết kế lớp truyền dẫn quang giữa OLT và ONU, với mức suy hao mạng phân phối quang ODN khác nhau Ba loại này được chỉ định trong tiêu chuẩn ITU-T G.982.

Loại A có mức suy hao từ 5-20 dB, trong khi loại B dao động từ 10-25 dB và loại C từ 15-30 dB Thiết kế loại C yêu cầu quỹ công suất nghiêm ngặt về sợi quang Do lý do thực tế và chi phí, loại B+ với suy hao 28 dB thường được các nhà cung cấp dịch vụ ưa chuộng.

Trong hệ thống truyền dẫn quang 2 sợi, APON/BPON sử dụng vùng bước sóng 1260 nm-1360 nm cho cả hướng lên và xuống Đối với hệ thống truyền một sợi, hướng xuống sử dụng bước sóng 1480 nm-1500 nm, trong khi hướng lên và vùng mở rộng sử dụng 1260 nm-1360 nm Vùng mở rộng bao gồm hai phần: phần 1 ở bước sóng 1539 nm-1565 nm cung cấp dịch vụ kỹ thuật số, và phần 2 ở bước sóng 1550 nm-1560 nm dành cho phân phối video Hai băng tần 1360 nm-1480 nm và từ 1565 nm trở đi được dự kiến cho nghiên cứu trong tương lai Hình 2.12 minh họa kế hoạch phân bổ bước sóng của G 983.3.

Hình 2.12 Kế hoạch phân bổ bước sóng của ITU-T G983.3 [6]

GPON là giao thức FSAN TDMA PON thứ hai được xác định trong chuỗi khuyến nghị G.984 của ITU-T, xây dựng dựa trên kinh nghiệm từ BPON và EPON Mặc dù hỗ trợ truyền tải tín hiệu ATM, GPON còn tích hợp các cơ chế thích nghi tải tin mới, tối ưu hóa cho việc truyền tải khung Ethernet thông qua phương thức đóng gói GPON GEM GEM, dựa trên quy trình đóng khung chung trong khuyến nghị G.701, được tối ưu hóa từ mào đầu để phục vụ ứng dụng PON, cho phép sắp xếp dữ liệu Ethernet vào tải tin GEM và hỗ trợ sắp xếp TDM GPON sử dụng cấu trúc khung GTC cho cả hai hướng lên và xuống, với khung hướng xuống bắt đầu bằng từ mào đầu PLOAM, theo sau là vùng tải tin GEM và các tế bào ATM.

PLOAM chứa thông tin về cấu trúc khung và phân bổ băng thông cho ONT/ONU trong quá trình gửi dữ liệu lên Khung hướng lên bao gồm các nhóm khung từ các ONT, với mỗi nhóm bắt đầu bằng từ mào đầu lớp vật lý tương tự như trong BPON, đồng thời tổng hợp các yêu cầu băng thông của ONT/ONU Các yêu cầu băng thông chi tiết hơn được gửi kèm theo các nhóm hướng lên khi có yêu cầu từ OLT, và OLT sẽ gán khe thời gian cho việc gửi dữ liệu từ mỗi ONT Tính đến đầu năm 2008, Verizon đã lắp đặt thiết bị GPON và thiết lập hơn 800.000 tuyến vào giữa năm, trong khi British Telecom và AT&T cũng đang thử nghiệm công nghệ này.

Khi tốc độ bit đạt đến gigabit, việc sử dụng bộ phát công suất cao trở nên cần thiết, đồng thời yêu cầu bộ thu phải có độ nhạy cao hơn Để khắc phục vấn đề này, việc áp dụng các cơ chế cân bằng công suất là rất quan trọng, giúp tối ưu hóa hiệu suất truyền tải dữ liệu.

Việc điều chỉnh công suất của ONU giúp giảm thiểu sự chênh lệch công suất nhận được tại OLT Cụ thể, ONU gần OLT sẽ có suy hao thấp hơn và do đó khởi tạo công suất nhỏ hơn so với ONU ở xa.

Bảng 2.3 Tốc độ bit của GPON trong G 984.3

Tốc độ down (Mbps) Tốc độ up (Mbps)

Mỗi khung GTC dài 125 às có tốc độ khung đường xuống đạt 1,24416 Gbit/s và 2,48832 Gbit/s, bao gồm khối điều khiển vật lý PCBd cùng với phần tải, như được minh họa trong hình 2.14.

Khối điều khiển vật lý bao gồm hai phần chính: phần cố định và phần có thể thay đổi Phần cố định chứa các vùng quan trọng như vùng đồng bộ vật lý, vùng ID và vùng PLOAM Trong khi đó, phần có thể thay đổi bao gồm chiều dài tải ở hướng xuống và bộ nhớ băng thông đường lên.

Vùng tải truyền dẫn hội tụ có 2 phần: phần dành riêng cho ATM và phần dành riêng cho GEM

Phần dành riêng cho ATM bao gồm 53 cell ATM, với kích thước được xác định là bội số 53 byte Các cell đường xuống được lọc tại ONU dựa trên VPI có trong mỗi cell.

Cấu hình hình cây trong mạng FTTH dựa trên nền PON

Mạng PON thường được xây dựng theo topo hình cây, sử dụng một đường cáp quang từ OLT tới bộ chia, sau đó kết nối từng ONU tới mạng Kiến trúc này có ưu điểm là dễ dàng xác định sự cố do bộ chia tập trung tại một điểm và đảm bảo chất lượng tín hiệu tương đồng giữa các ONU Hơn nữa, nó cho phép sử dụng chung OLT, giúp giảm chi phí thiết bị mạng và giảm tình trạng tắc nghẽn tại OLT so với kết nối điểm-điểm thông thường Tuy nhiên, số lượng ONU bị giới hạn bởi suy hao và nhu cầu băng thông của người sử dụng Topo hình sao, với một bộ chia, thường gặp trong thực tế nhờ khả năng chuyển đổi linh hoạt từ công nghệ băng hẹp lên băng rộng Khi số lượng khách hàng tăng, mạng PON có thể dễ dàng mở rộng bằng cách thêm bộ chia và OLT, tạo điều kiện thuận lợi cho nhà cung cấp trong việc triển khai mạng.

PON hình sao thường sử dụng bộ ghép/chia quang thụ động hình sao mở rộng, nhờ vào khả năng cung cấp số lượng cổng vào và ra linh hoạt Nhà cung cấp có thể dễ dàng điều chỉnh số lượng cổng phát cho số cổng ra thay đổi và ngược lại, hoặc phân phối số lượng cổng phát và thu linh hoạt khi áp dụng kỹ thuật WDM.

Bộ chia trong mạng topo hình cây có giá thành cao nhưng chỉ phù hợp cho kỹ thuật đa truy nhập TDMA, nơi các khe thời gian giữa OLT và các ONU được chỉ định riêng biệt để tránh xung đột dữ liệu Việc cấp phát khe thời gian thường được thực hiện động khi ONU kết nối vào mạng Tuy nhiên, độ tin cậy của mạng không cao, vì sự cố tại tổng đài CO có thể gây ra sự cố toàn mạng Ngoài ra, các lỗi như hỏng bộ khuếch đại cũng ảnh hưởng đến chất lượng mạng Hơn nữa, hạn chế tại các kết nối sau bộ chia khiến khách hàng bị giới hạn tốc độ, làm giảm hiệu quả phân phối băng thông cho người dùng.

Hình 2.20 Topo hình cây trong mạng FTTH

Kết luận chương

Sự ra đời của công nghệ PON mang lại lợi thế lớn cho việc phát triển các dịch vụ băng thông rộng, chất lượng cao, dần thay thế các hệ thống mạng cáp đồng truyền thống có băng thông hẹp Mặc dù PON có nhiều ưu điểm, nhưng cũng đối mặt với thách thức như chi phí xây dựng cao và khó khăn trong triển khai tại các địa hình phức tạp Các chuẩn PON như APON/BPON, EPON, GPON, WDM-PON, và CDMA-PON cung cấp tốc độ truyền dẫn và băng thông khác nhau, giúp các nhà cung cấp dịch vụ lựa chọn giải pháp phù hợp với khả năng của họ, từ đó mang lại dịch vụ chất lượng cao cho khách hàng.

THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG MẠNG FTTH TẠI THÀNH PHỐ