TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GỊN
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG BĂNG RỘNG
HỆ ĐẠI HỌC. NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG
NIÊN KHĨA: 2018 - 2022

ĐỀ TÀI: TRUY NHẬP QUANG GPON
MÃ ĐỀ TÀI: 19
Sinh viên thực hiện:
Họ và tên: Huỳnh Thị Bảo Trân
MSSV: 3118500057
Lớp: DDV1181
Giảng viên hướng dẫn: T.S Hồ Văn Cừu

Tp. HCM, tháng 9 năm 2021


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GỊN
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG BĂNG RỘNG
HỆ ĐẠI HỌC: NGÀNH KỸ THUẬT - ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG
NIÊN KHĨA: 2018 - 2022

ĐỀ TÀI: TRUY NHẬP QUANG GPON
MÃ ĐỀ TÀI: 19
Nội dung thực hiện:
1. Mở đầu

2. Chương 1: Tổng quan về mạng quang GPON
3. Chương 2: Đặc tính và thơng số kỹ thuật của mạng GPON
4. Chương 3: Đặc trưng của kiến trúc GPON sửa dụng sợi
quang cho mạng phân phối không dây
5. Chương 4: Thiết kế mô phỏng
6. Kết luận
Sinh viên thực hiện:
Họ và tên: Huỳnh Thị Bảo Trân
MSSV: 3118500057
Lớp: DDV1181

Giảng viên hướng dẫn: T.S Hồ Văn Cừu

Tp. HCM, tháng 9 năm 2021
Trường Đại học Sài Gịn

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM


Khoa Điện Tử Viễn Thông

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
TP. HCM, ngày … tháng … năm 2021

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC
TÊN MÔN HỌC: MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG BĂNG RỘNG
MÃ MÔN HỌC: 850315
Giảng viên bộ môn giao nhiệm vụ thiết kế đồ án môn học cho sinh
viên thực hiện đề tài đồ án môn học như sau:
1. Tên đề tài. TRUY NHẬP QUANG GPON

2. Mã số đề tài: 19.
3. Sinh viên thực hiện:
STT
1

Họ và tên

Mã sinh
viên

Nhiệm vụ
Nội dung thực hiện

Chữ ký

Huỳnh Thị Bảo Trân 3118500057

4. Thời gian thực hiện: Học kỳ II, Năm học 2020 – 2021
KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN MÔN HỌC
4. Thời gian chấm đồ án: …/…/2021
4.1. Ngày nộp đồ án: …/…/2021
Kết quả chấm điểm của Giảng viên:
STT
Họ và tên
Mã
sinh viên
sinh viên

1


4.2. Ngày báo cáo: …/…/2021
Nhận xét

Điểm

Điểm
thưởng

Huỳnh Thị Bảo Trân 3118500057

Ngày … tháng … năm 2021
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên)

Hồ Văn Cừu

Điểm
tổng


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành bài báo cáo này, trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành
sâu sắc tới các Thầy, Cô giảng viên trong Khoa Điện Tử Viễn Thơng Trường Đại học
Sài Gịn đã trang bị vốn kiến thức cho em trong suốt quá trình học tập.
Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy Hồ Văn Cừu – Giảng viên
hướng dẫn học phần Mạng truyền dẫn quang bang rộng, Thầy đã tận tình giúp đỡ,
trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm báo cáo, trang bị cho em
kiến thức về môn học cũng như kiến thức của chuyên ngành đào tạo kỹ thuật điện tử
viễn thông. Trong thời gian làm việc với Thầy, em không những tiếp thu thêm nhiều
kiến thức bổ ích mà cịn học tập được tinh thần làm việc nghiêm túc, hiệu quả, đây là

những điều cần thiết cho em trong suốt quá trình học tập và cơng tác sau này.
Trong q trình làm báo cáo, mặc dù đã rất cố gắng, nhưng trong một khoảng
thời gian cho phép, kinh nghiệm và kiến thức bản thân còn hạn chế nên báo cáo
không thể tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, em rất mong nhận được sự góp ý của
các Thầy, Cô và các bạn sinh viên.
Em xin chân thành cảm ơn!

TP. HCM, ngày … tháng … năm 2021
Sinh viên thực hiện

Huỳnh Thị Bảo Trân

4


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN..........................................................................................................4
MỤC LỤC................................................................................................................ 5
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT......................................................................7
MỞ ĐẦU................................................................................................................10
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG GPON..................................11
1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CÁP QUANG PON...................................11
Các yếu tố mạng liên quan đến Công nghệ cáp quang PON..................................12
1.2 CÁC BIẾN THỂ CỦA CÔNG NGHỆ CÁP QUANG PON............................14
1.3. TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG GPON...................................................17
1.3.1 Tổng quan.................................................................................................17
1.3.2 Ưu – Nhược điểm của mạng GPON..........................................................18
1.4 THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA MẠNG GPON..............................................19
1.4.1 Sợi quang và cáp quang............................................................................19

1.4.2 Thiết bị đường truyền quang OLT (Optical Line Terminal)......................20
1.4.3 Thiết bị kết cuối mạng quang ONU (Optical Network Unit)....................21
1.4.4 Mạng phân phối quang ODN (Optical Distribution Network)..................22
1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG...................................................................................24
CHƯƠNG 2 ĐẶC TÍNH VÀ THƠNG SỐ KỸ THUẬT CỦA MẠNG GPON. .25
2.1 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA MẠNG GPON......................................25
2.1.1 Tốc độ truyền dẫn.....................................................................................25
2.1.2 Khoảng cách logic và vật lý......................................................................26
2.1.3 Khoảng cách sợi quang chênh lệch và tỉ lệ chia........................................26
2.2 KỸ THUẬT TRUY NHẬP VÀ PHƯƠNG THỨC GHÉP KÊNH...................26
2.2.1 Phương thức ghép kênh.............................................................................28
2.2.2 Phương thức đóng gói dữ liệu...................................................................28
2.3 TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI GPON HIỆN NAY..............................................31
2.3.1 Tình hình triển khai ở thế giới...................................................................31
2.3.2 Tình hình triển khai ở Việt Nam................................................................31
5


2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG...................................................................................33
CHƯƠNG 3 ĐẶC TRƯNG CỦA KIẾN TRÚC GPON SỬ DỤNG SỢI QUANG
CHO MẠNG PHÂN PHỐI KHÔNG DÂY.........................................................34
3.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN............................................................................34
3.2 ROF TRÊN KIẾN TRÚC GPON.....................................................................35
3.3 KIẾN TRÚC GPON.........................................................................................36
CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ MÔ PHỎNG.................................................................38
4.1 KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH MƠ PHỎNG......................................................40
4.2 KẾT LUẬN CHƯƠNG...................................................................................44
KẾT LUẬN............................................................................................................45
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................46


6


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt
AON
PON
BW
BER
BTS
EDFA
TRM
SDH
WDM
MUX
PDH
RoF
SHF
PMD
XPM
SPM
ODN
ONU

Tiếng Anh
Active Optical Network
Passive Optical Network
BandWidth
Bit Error Rate
Base Transceiver Station

Erbium-Doped Fiber Amplifier
Transmiter and Receiver Module terminal
Synchronous Digital Hierarchy
Wavelength Division Multiplexing
Multiplexer
Plesiochronous Digital Hierarchy
Radio of Fiber
Supper Low Frequency
Polarization Mode Dispersion
Crossphase Modulation
Selfphase Modulation
Optical Distribution Network
Optical Network Unit

Tiếng Việt
Mạng quang tích cực
Mạng quang thụ động
Băng thơng kênh truyền
Tỉ số lỗi bit
Trạm thu phát sóng di động
Bộ khuếch đại quang
Trạm đầu cuối
Truyền dẫn đồng bộ
Ghép kênh theo bước sóng
Bộ ghép kênh
Truyền dẫn không đồng bộ
Vô tuyến qua sợi quang
Tần số siêu cao
Tán sắc phân cực
Điều chế chéo pha

Tự điều chế pha
Mạng phân phối quang
Thiết bị kết cuối mạng quang

OLT

Optical Line Terminal

Thiết bị đường truyền quang

TDMA

Time Division Multiple Access

Truy cập kênh phân thời

FMS

Fiber Management System

Hệ thống quản lý mạng quang

WDM

Wavelength Division Multiplexing

Ghép kênh theo bước sóng

7



DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Cấu trúc mạng FTTH dựa trên cơng nghệ PON
Hình 1.2 Mơ hình mạng quang thụ động
Hình 1.3 các kiểu kiến trúc của PON
Hình 1.4 Kiến trúc phần cứng mạng FTTH-GPON
Hình 1.5 Các khối chức năng của OLT
Hình 1.6 Các khối chức năng của ONU
Hình 1.7: Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thuê bao
Hình 1.8 Cấu trúc cơ bản các loại coupler
Hình 1.9 Coupler 8x8 được tạo ra từ nhiều coupler 2x2
Hình 2.1 cấu trúc khung dữ liệu GPON
Hình 2.2: TDMA GPON

11
13
14
17
20
21
22
23
24
25
27

Hình 2.3: Các khung GEM trong phần tải luồng lên

28


Hình 2.4: Cấu trúc gói GEM
Hình 2.5: Q trình phân mảnh dữ liệu trong gói GEM
Hình 2.6: Cơ chế trạng thái mơ tả GEM

29
29
29
31

Hình 2.7 Tình hình triển khai GPON trên thế giới
Hình 2.8 Mơ hình triển khai dự phịng type B ở Viettel
Hình 3.1Điều chế cường độ - Kỹ thuật phát hiện trực tiếp
(a) Điều chế trực tiếp RF (b) Sử dụng bộ điều biến ngồi
Hình 3.2 Một RoF điển hình trên kiến trúc GPON
Hình 3.3 Bộ chia mạch ánh sáng phẳng (PLC)
Hình 2.Mơ phỏng được thiết lập trong OptiSystem
Hình 3 Mơ phỏng được thiết lập trong OptiSystem
Hình 4 Điều chế bộ điều chế Mach Zehnder tại CS
Hình 5 Eye opening at 20 km fiber
Hình 6 BER (dB) cho sợi 2-20 km
Hình 7 BER (dB) cho sợi 2-20 km
Hình 8 Phổ quang khi phát hiện Rx
Hình 9.Cơng suất quang tại Rx

8

32
36
37
37

38
39
39
41
41
42
43
43


MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Trong mấy năm gần đây, cùng với xu hướng phát triển của thế giới, mạng viễn
thơng ở nước ta đã phát triển nhanh chóng. Nhờ chiến lược đi thẳng vào hiện đại hóa
theo hướng số hóa, tự động hóa đa dịch vụ, thừa kế những thành tựu của các ngành
công nghiệp điện tử, công nghệ thông tin và sự phát triển của cơ sở hạ tầng, thiết bị,
nền viễn thơng nước nhà đã có những bước tiến nhảy vọt, đưa đời sống con người
bước sang một kỷ ngun thơng tin mới. Từ đó Internet đã trở nên gần gũi và phổ
biến nhờ vào công nghệ ADSL, với khả năng kết nối, truyền tải dữ liệu với tốc độ
gấp hàng chục, hàng trăm lần modem quay số.
Mạng truy cập quang thụ động (PON), cụ thể là GPON, bao gồm các đường
quang đi từ nhà cung cấp dịch vụ được dùng chung cho một số khách hàng. Sẽ có
một đường quang đi đến một nhóm khách hàng ở gần nhau về mặt địa lý. Tại đây,
9


đường quang dùng chung này sẽ được chia tách thành các đường quang riêng biệt đi
đến từng khách hàng.
Với mạng GPON, tín hiệu được truyền bằng tia laser và được gửi tới đích, khơng
cần các cấu kiện điện tử tích cực trong mạng ngoại vi. Nhà cung cấp mạng nhờ đó có

thể tiết kiệm được chi phí đáng kể bằng việc dùng chung các sợi quang trong mạng
nội hạt, dùng chung thiết bị trong tổng đài. Với lý do đó nên em chọn đề tài “ truy
nhập quang GPON” để thiết kế đồ án môn học.
2. NỘI DUNG VÀ BỐ CỤC
Nội dung của đề tài trình bày các vấn đề theo bố cục sau:
Mở đầu.
Chương 1: Tổng quan về mạng quang Gpon
Chương 2: Đặc tính và thơng số kỹ tḥt của mạng Gpon
Chương 3: Đặc trưng của kiến trúc Gpon sửa dụng sợi quang cho mạng
phân phối không dây
Chương 4: Thiết kế mô phỏng
Kết luận
3. Ý NGHĨA
Đồ án này sẽ cung cấp cho chúng ta các kiến thức cơ bản về cấu trúc mạng
GPON hồn tồn có thể mở rộng mà không cần bất kỳ nâng cấp cơ sở hạ tầng
nào. Công nghệ GPON tăng tốc kết nối doanh nghiệp vào tương lai của dịch vụ
internet. Nó đảm bảo rằng băng thông của người dùng cuối được cung cấp và nó
cung cấp nền tảng cho truyền thơng kinh doanh liên tục.

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG GPON
Công nghệ mạng quang thụ động (PON) đã có vào giữa những năm 90. Kể từ
khi phát triển rất lớn của mạng lưới, các tiêu chuẩn khác nhau đã được thành lập và
trưởng thành. PON phát triển từ PON ATM đầu tiên (APON) và sau đó phát triển
trong PON băng thơng rộng (BPON) tương thích với APON. Sau đó, phát triển
Ethernet PON (EPON) và Gigabit PON (GPON) mang lại sự cải thiện lớn về khoảng
cách truyền dữ liệu và băng thông. Hướng dẫn này sẽ giới thiệu về công nghệ
GPON.
1.1 TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ CÁP QUANG PON
Cơng nghệ cáp quang PON là viết tắt của “Passive Optical Network – Mạng
cáp quang thụ động”. PON là mạng viễn thông truyền dữ liệu qua các đường cáp

quang. Nó là “thụ động” vì nó sử dụng bộ tách không được cấp nguồn để định tuyến
dữ liệu được gửi từ một vị trí trung tâm đến nhiều đích.
10


Công nghệ cáp quang PON được các ISP và NSP sử dụng như một cách hiệu quả về
chi phí để cung cấp truy cập Internet cho khách hàng. Vì PON là hệ thống điểm-đa
điểm, nó cung cấp một cách hiệu quả hơn để truyền dữ liệu hơn một mạng điểmđiểm. Đường truyền chính có thể tách ra thành 32 đường riêng biệt; địi hỏi cơ sở hạ
tầng ít hơn nhiều so với xây dựng đường dây trực tiếp đến từng điểm đến.
Vị trí trung tâm của PON cũng được gọi là thiết bị đầu cuối đường quang (OLT).
Trong khi các đích riêng lẻ được gọi là các đơn vị mạng quang (ONU). Các đường
chấm dứt bên ngồi các tịa nhà được gọi là cáp quang đến vùng lân cận (fiber-to-theneighborhood – FTTH) hoặc cáp quang đến lề đường (fiber-to-the-curb –
FTTC). Các đường kéo dài tới tất cả các tòa nhà được gọi là cáp quang (fiber-to-thebuilding – FTTB), hoặc sợi quang đến nhà (fiber-to-the-home – FTTH).
Trong khi tất cả Công nghệ cáp quang PON sử dụng cáp quang và bộ tách khơng có
nguồn điện, có một số phiên bản khác nhau.

Hình 1.1 Cấu trúc mạng FTTH dựa trên cơng nghệ PON
Các yếu tố mạng liên quan đến Công nghệ cáp quang PON
PON tận dụng sự ghép kênh phân chia bước sóng (WDM), sử dụng một bước sóng
cho lưu lượng hạ lưu và một cho lưu lượng ngược trên một sợi đơn mode (ITU-T
G.652). BPON, EPON, GEPON và GPON có cùng bước sóng cơ bản và sử dụng
bước sóng 1490 nm (nm) cho lưu lượng hạ lưu và bước sóng 1310 nm cho lưu lượng
ngược dòng. 1550 nm được dành riêng cho các dịch vụ lớp phủ tùy chọn, thường là
video RF (analog).
Như với tốc độ bit, các tiêu chuẩn mô tả một số ngân sách điện quang học, phổ biến
nhất là 28 dB của ngân sách tổn thất cho cả BPON và GPON, nhưng các sản phẩm đã
được công bố bằng cách sử dụng quang học ít tốn kém là tốt. 28 dB tương ứng với
khoảng 20 km với đường chia 32 chiều.

11



Tính năng sửa lỗi chuyển tiếp (FEC) có thể cung cấp thêm 2-3 dB ngân sách mất mát
khác trên các hệ thống GPON. Khi quang học cải thiện, ngân sách 28 dB có thể sẽ
tăng lên. Mặc dù cả hai giao thức GPON và EPON đều cho phép chia tỷ lệ lớn (lên
tới 128 thuê bao cho GPON, lên đến 32,768 cho EPON), trong thực tế hầu hết các
PON được triển khai với tỷ lệ phân chia là 1:32 hoặc nhỏ hơn.
 OLT và PON
Công nghệ cáp quang PON bao gồm một nút văn phòng trung tâm, được gọi là một
thiết bị đầu cuối đường quang (OLT), một hay nhiều hạch sử dụng, được gọi là đơn
vị quang học mạng (ONUs) hoặc thiết bị đầu cuối mạng quang (ONTs), và các sợi và
splitter giữa chúng, được gọi là quang mạng phân phối (ODN). “ONT” là một thuật
ngữ ITU-T để mô tả một ONU đơn.
Trong các thiết bị nhiều người thuê, ONU có thể được nối với thiết bị cơ sở khách
hàng trong đơn vị nhà ở riêng lẻ bằng các công nghệ như Ethernet qua cặp
xoắn, G.hn (tiêu chuẩn ITU-T tốc độ cao có thể hoạt động trên bất kỳ hệ thống dây
điện hiện có nào – đường dây điện, đường dây điện thoại và cáp đồng trục)
hoặc DSL. ONU là thiết bị kết thúc PON và trình bày giao diện dịch vụ khách hàng
cho người dùng. Một số ONU triển khai một đơn vị thuê bao riêng biệt để cung cấp
các dịch vụ như điện thoại, dữ liệu Ethernet hoặc video.
OLT cung cấp giao diện giữaCông nghệ cáp quang PON và mạng lõi của nhà cung
cấp dịch vụ. Chúng thường bao gồm:
– Lưu lượng IP qua Fast Ethernet, Gigabit Ethernet hoặc 10 Gigabit Ethernet ;
– Các giao diện TDM chuẩn như SDH / SONET;
– ATM UNI tại 155–622 Mbit / s.

 ONU và PON
ONT hoặc ONU kết thúc PON và trình bày các giao diện dịch vụ gốc cho người
dùng. Các dịch vụ này có thể bao gồm thoại (dịch vụ điện thoại cũ (POTS) hoặc thoại
qua IP (VoIP ), dữ liệu (thường là Ethernet hoặc V.35), video và / hoặc đo từ xa (TTL,

ECL, RS530, v.v.) Các hàm ONU được chia thành hai phần:
– ONU, kết thúc PON và trình bày một giao diện hội tụ — chẳng hạn như DSL cáp
đồng trục hoặc Ethernet đa dịch vụ — đối với người dùng;
– Thiết bị chấm dứt mạng (NTE), đầu vào giao diện hội tụ và xuất các giao diện dịch
vụ gốc cho người dùng, chẳng hạn như Ethernet và POTS.

12


Công nghệ cáp quang PON là một mạng chia sẻ. Trong đó OLT gửi một luồng lưu
lượng hạ lưu duy nhất mà tất cả các ONU nhìn thấy. Mỗi ONU chỉ đọc nội dung của
các gói được gửi đến nó. Mã hóa được sử dụng để ngăn chặn nghe lén trên lưu lượng
truy cập hạ lưu.

Hình 1.2 Mơ hình mạng quang thụ động

Hình 1.3 các kiểu kiến trúc của PON
1.2 CÁC BIẾN THỂ CỦA CÔNG NGHỆ CÁP QUANG PON
APON / BPON, EPON và GPON đã được triển khai rộng rãi. Vào tháng 11
năm 2014, EPON đã có khoảng 40 triệu cảng được triển khai và xếp hạng đầu tiên
trong việc triển khai
Tính đến năm 2015, GPON có thị phần nhỏ hơn, nhưng dự kiến đạt 10,5tỷ đô la Mỹ
vào năm 2020. Đối với TDM-PON, bộ tách quang thụ động được sử dụng trong
13


mạng phân phối quang. Theo hướng ngược dòng, mỗi thiết bị ONU (thiết bị mạng
quang) hoặc ONT (thiết bị đầu cuối mạng quang) truyền phát cho một khe thời gian
được gán (được ghép kênh trong miền thời gian). Theo cách này, OLT chỉ nhận tín
hiệu từ một ONU hoặc ONT tại bất kỳ thời điểm nào. Theo hướng hạ lưu, OLT

(thường) liên tục truyền (hoặc có thể phát sóng truyền). Các ONU hoặc ONT nhìn
thấy dữ liệu riêng của chúng thơng qua các nhãn địa chỉ được nhúng trong tín hiệu.
- APON
Tất cả các hệ thống PON về cơ bản có cùng khả năng lý thuyết ở mức quang học.
Các giới hạn về băng thơng ngược dịng và hạ lưu được thiết lập bởi lớp phủ điện,
giao thức được sử dụng để phân bổ dung lượng và quản lý kết nối. Các hệ thống
PON đầu tiên đạt được triển khai thương mại đáng kể có một lớp điện được xây dựng
trên Chế độ Truyền Không đồng bộ (ATM, hoặc “chuyển đổi tế bào”) và được gọi là
“APON”.
Chúng vẫn đang được sử dụng ngày nay, mặc dù thuật ngữ “băng thông rộng PON”
hoặc BPON hiện đang được áp dụng. Các hệ thống APON / BPON thường có dung
lượng hạ lưu là 155 Mbps hoặc 622 Mbps, với các hệ thống phổ biến nhất hiện nay.
Truyền tải ngược ở dạng các cụm tế bào ở tốc độ 155 Mb / giây.
Nhiều người dùng Cơng nghệ cáp quang PON có thể được phân bổ các phần của
băng thơng này. PON cũng có thể phục vụ như một thân cây giữa một hệ thống lớn
hơn, chẳng hạn như hệ thống CATV và mạng lân cận, tịa nhà hoặc mạng Ethernet
gia đình trên cáp đồng trục.
- GPON
Người kế nhiệm APON / BPON là GPON, có nhiều tùy chọn tốc độ khác nhau, từ
622 Mbps đối xứng (cùng công suất ngược / hạ lưu) đến 2.5 Gbps ở hạ lưu và 1.25
Gbps ngược dòng. GPON cũng dựa trên vận tải ATM. GPON là loại PON được triển
khai rộng rãi nhất trong các mạng cáp quang (FTTH) ngày nay trong các cài đặt mới
và thường được coi là thích hợp cho các dịch vụ băng thơng rộng của người tiêu dùng
trong vòng 5 đến 10 năm tới. Từ GPON, tương lai có thể mất hai nhánh: 10 GPON sẽ
tăng tốc độ của một nguồn cấp dữ liệu băng thông rộng điện duy nhất lên 10G; và
WDM-PON sẽ sử dụng ghép kênh phân chia bước sóng (WDM) để tách từng tín hiệu
thành 32 nhánh.
- EPON
Một hoạt động đối thủ của GPON là Ethernet PON (EPON), sử dụng các gói
Ethernet thay vì các tế bào ATM. EPON sẽ rẻ hơn để triển khai, theo những người

ủng hộ, nhưng nó đã khơng thu được mức chấp nhận GPON, vì vậy khơng rõ EPON
sẽ hình dung như thế nào trong tương lai của truy cập băng thông rộng.
14


Do khơng có cấu trúc khung thống nhất đối với hướng xuống và hướng lên, do vậy,
trong cấu trúc của E-PON, các khe thời gian và giao thức xác định cự ly là khác so
với B-PON và G-PON. OLT và các ONU duy trì các bộ đếm cục bộ riêng và tăng
thêm 1 sau mỗi 16ns. Mỗi một đơn vị giao thức điều khiển điểm đa điểm MPCPDU
mang theo một thời gian mẫu, mẫu này là giá trị của bộ đệm cục bộ của ONU tương
ứng. Tốc độ truyền dữ liệu E-PON có thể đạt tới 1Gbit/s.
-

WDMPON

Cơng nghệ mạng quang thụ động sử dụng ghép kênh phân chia theo bước sóng
Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network (WDM PON).
Ở hướng xuống, mạng PON là mạng điểm-đa điểm. OLT chiếm toàn bộ băng thông
hướng xuống. Trong hướng lên, mạng PON là mạng đa điểm-điểm: nhiều ONU truyền
tất cả dữ liệu của nó đến một OLT. Đặc tính hướng của các bộ tách ghép thụ động là
việc truyền thông của một ONU sẽ không được nhận biết bởi các ONU khác. Tuy
nhiên các luồng dữ liệu từ các ONU khác nhau được truyền cùng một lúc cũng có thể
bị xung đột. Vì vậy trong hướng lên, PON sẽ sử dụng một vài cơ chế riêng biệt
trong kênh để tránh xung đột dữ liệu và chia sẽ công bằng tài nguyên và dung lượng
trung kế.
Một phương pháp chia sẽ kênh ở hướng lên của ONU là sử dụng ghép kênh
phân chia theo bước sóng WDM, với phương pháp này thì mỗi ONU sẽ hoạt động ở
một bước sóng khác nhau. Giải pháp WDM yêu cầu một bộ thu điều khiển được hoặc
là một mảng bộ thu ở OLT để nhận các kênh khác nhau. Thậm chí nhiều vấn đề khó
khăn cho các nhà khai thác mạng là kiểm kê từng bước sóng của ONU: thay vì chỉ có

một loại ONU, thì có nhiều loại ONU dựa trên các bước sóng laser của nó. Mỗi ONU
sẽ sử dụng một laser hẹp và độ rộng phổ điều khiển được cho nên rất đắt tiền. Mặc
khác, nếu một bước sóng bị sai lệch sẽ gây ra nhiễu cho các ONU khác trong mạng
PON. Việc sử dụng laser điều khiển được có thể khắc phục được vấn đề này nhưng
quá đắt cho công nghệ hiện tại. Với những khó khăn như vậy thì WDM khơng phải là
giải pháp tốt cho môi trường hiện nay.
 Cách hoạt động của Cơng nghệ cáp quang PON
Để tìm hiểu thêm về cách mạng quang thụ động hoạt động, dưới đây là các tài
nguyên bổ sung:
Làm việc với các khả năng mới của mạng quang: Các nhà cung cấp dịch vụ viễn
thông chiến lược mạng chọn bây giờ sẽ xác định cả dịch vụ nâng cao mà họ có thể
cung cấp sau và khi họ có thể mong đợi lợi tức đầu tư của họ. Tìm hiểu về cáp quang
cho nhà / nút / lề đường và các loại công nghệ cáp quang PON có sẵn.

15


Các phương pháp hay nhất cho thiết kế mạng quang: Hướng dẫn viễn thông này để
thực hành tốt nhất cho thiết kế mạng quang học xem xét các vấn đề về truy cập,
mạng lưới tàu điện ngầm và mạng lõi ảnh hưởng đến triển khai cáp quang.
Hiện đại hóa mạng lưới trong một thời kỳ thống trị quang học: Lập kế hoạch và thiết
kế mạng cần phải thay đổi công nghệ quang học như một động lực để thay đổi thiết
bị, cũng như những thay đổi trong công nghệ quang học.

16


1.3. TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG GPON
1.3.1 Tổng quan
Mạng GPON (Gigabit Passive Optical Network) là một kiến trúc mạng bao

gồm các đường quang đi từ nhà cung cấp dịch vụ được dùng chung cho một số khách
hàng. Là mạng có cấu hình điểm – đa điểm. Mỗi khách hàng được kết nối tới mạng
quang thông qua một bộ chia quang thụ động và băng thông được chia sẻ từ nhánh
đến người dùng.
Tín hiệu đường xuống được phát quảng bá tới các th bao, tín hiệu này được
mã hóa để tránh việc xem trộm. Tín hiệu đường lên được kết hợp bằng việc sử dụng
giao thức đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA), OLT sẽ điều khiển các
ONU sử dụng các khe thời gian cho việc truyền dữ liệu Nó là một cơng nghệ hồn
tồn mới ở Anh. Các nước như Úc và Canada đã đi tiên phong trong công nghệ này
để cải thiện tốc độ internet trên một khoảng cách dài. Kết quả là một cơ sở hạ tầng
mạng tốc độ cao, chi phí thấp. GPON cung cấp một mạng truy cập bằng chứng trong
tương lai với khả năng nâng cấp vô song.
Thông qua mạng riêng của bộ chia thụ động, GPON cho phép một cáp quang
băng thông rộng duy nhất thay thế cho nhiều cáp. Điều này mang lại cho khách hàng
của chúng tôi khả năng kết hợp nhiều dịch vụ vào một mạng dữ liệu sợi đơn lẻ.
Công nghệ đột phá này cung cấp tốc độ vô song lên tới 2,488 Gbits/ s tốc độ tải
xuống và tốc độ tải lên 1.244 Gbits/ giây. GPON sử dụng Chuẩn mã hóa tiên tiến
(AES) cho mục đích bảo mật, được thiết kế để có hiệu quả ở cả phần cứng lẫn phần
mềm và hỗ trợ độ dài khối 128 bit và độ dài khóa 128, 192 và 256 bit.

Hình 10.4 Kiến trúc phần cứng mạng FTTH-GPON
17


1.3.2 Ưu – Nhược điểm của mạng GPON
GPON cung cấp cho người dùng cuối khả năng hợp nhất nhiều dịch vụ trên một
mạng truyền tải cáp quang đơn lẻ. Công nghệ này làm giảm chi phí và cơ sở hạ tầng
trong khi tăng băng thơng. Nó cung cấp 2,5GB / s băng thơng hạ lưu và 1,25GB / s
ngược dịng chia cho tỷ lệ chia cho mỗi khách hàng cung cấp một mạng cáp quang có
dung lượng cao, tùy biến cho các dạng dịch vụ dựa trên IP.

Các mạng này là giải pháp hồn hảo cho các mơi trường có nhiều điểm / điểm hoặc
tòa nhà riêng biệt. GPON cung cấp cho một loạt các lợi ích cho phép triển khai xơ
nhanh, linh hoạt, khối lượng thị trường với chi phí sở hữu và phát hành thấp nhất có
thể.
Kết hợp toàn bộ kết nối dựa trên IP và sợi mới nhất cho các cải tiến điểm cuối, mạng
quang thụ động gigabit (GPON) ngày càng xuất hiện như là công nghệ mạng trưởng
thành quan trọng.
GPON hỗ trợ các dịch vụ triple-play, cung cấp các giải pháp tất cả các dịch vụ cạnh
tranh.
GPON hỗ trợ truyền dẫn băng thông cao để phá vỡ tắc nghẽn băng thông của truy
cập qua cáp đôi xoắn.
GPON hỗ trợ vùng phủ sóng dịch vụ dài tới 20 km để vượt qua những trở ngại của
công nghệ truy cập qua cáp đôi xoắn và giảm các nút mạng.
Với các tiêu chuẩn hoàn chỉnh và các yêu cầu kỹ thuật cao, GPON hỗ trợ các dịch vụ
tích hợp một cách tốt.
GPON là sự lựa chọn của hãng lớn trên thị trường quốc tế
GPON là một tùy chọn kiến trúc quang học hoàn hảo cung cấp tốt nhất của tất cả các
thế giới.

 Ưu điểm
-

Sử dụng các thiết bị tách ghép tín hiệu quang thụ động nên tối ưu hóa việc sử
dụng cáp quang. Hạn chế các ảnh hưởng bởi nguồn điện hay sự chuyển đổi
quang – điện.

-

Dung lượng lớn, chất lượng truyền dẫn tốt và tốc độ truy nhập cao.


-

Nhờ sử dụng các bộ chia nên hệ thống cáp được thu gọn, tiết kiệm chi phí và
dễ quản lý mạng ngoại vi.

-

Dễ dàng trong việc mở rộng mạng lưới.

-

Băng thông rộng thuận tiện cho việc mở rộng các dịch vụ mới.

-

Các thiết bị trong mạng GPON thường ít lỗi hơn AON.

18


 Nhược điểm:
- Khó nâng cấp băng thơng khi th bao yêu cầu (do kiến trúc điểm đến nhiều
điểm sẽ ảnh hưởng đến những thuê bao khác trong trường hợp đã dùng hết
băng thơng).
- Khó xác định lỗi hơn do 1 sợi quang chung cho nhiều người.
- Tính bảo mật cũng khơng cao do có thể bị nghe lén nếu khơng mã hóa dữ
liệu. Tính bảo mật cũng khơng cao bằng công nghệ mạng cáp quang AON.
- Không phù hợp với những địa điểm mật độ thuê bao thấp vì lúc đó chi phí
đầu tư sẽ rất lớn. Chỉ nên áp dụng với những đô thị loại 1, loại 2 và những
khu cơng nghiệp, khu chế xuất có mật độ khách hàng lớn.

1.4 THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA MẠNG GPON
1.4.1 Sợi quang và cáp quang
Sợi quang là thành phần quan trọng trong mạng quang, nó tạo sự kết nối giữa
các thiết bị. Hai thông số cơ bản của sợi quang là suy hao và tán sắc. Tuy nhiên sợi
quang trong mạng PON chỉ cần quan tâm đến suy hao vì khoảng cách truyền tối đa
chỉ có 20km nên tán sắc ảnh hưởng khơng đáng kể. Do đó, người ta sẽ sử dụng sợi
quang có suy hao nhỏ, chủ yếu là sợi quang theo chuẩn G.652.
Trên thực tế, để khắc phục nhược điểm trong truyền dẫn thông tin của cáp đồng,
đã từ lâu người ta đã cho ra đời cáp quang cùng với những tính năng ưu việt hơn.
Khơng giống như cáp đồng truyền tín hiệu bằng điện, cáp quang dùng ánh sáng để
truyền tín hiệu đi. Chính vì sự khác biệt đó, mà cáp quang ít bị nhiễu, tốc độ cao và
có khả năng truyền xa hơn. Tuy vậy, phải đến giai đoạn hiện nay thì cáp quang mới
được phát triển bùng nổ, nhất là trong lĩnh vực kết nối liên lục địa, kết nối xuyên
quốc gia. Và việc sử dụng công nghệ truyền dẫn hiện đại này cũng đang bắt đầu thay
thế dần mạng cáp đồng ADSL phục vụ trực tiếp đến người sử dụng.
Cáp quang dài, mỏng với thành phần của thủy tinh trong suốt và bằng đường
kính của một sợi tóc. Chúng được sắp xếp trong bó được gọi là cáp quang và được sử
dụng để truyền tín hiệu trong khoảng cách rất xa. Cáp quang có cấu tạo gồm dây dẫn
trung tâm là sợi thủy tinh hoặc plastic đã được tinh chế nhằm cho phép truyền đi tối
đa các tín hiệu ánh sáng. Sợi quang được tráng một lớp lót nhằm phản chiếu tốt các
tín hiệu.
Lõi: Trung tâm phản chiếu của sợi quang nơi ánh sáng đi qua

19


Cladding: Vật chất quang bên ngoài bao bọc lõi mà phản xạ ánh sáng trở lại vào lõi.
Buffer coating: Lớp phủ dẻo bên ngồi bảo vệ sợi khơng bị hỏng và ẩm ướt
Jacket: Hàng trăm hay hàng ngàn sợi quang được đặt trong bó gọi là cáp quang.
Những bó này được bảo vệ bởi lớp phủ bên ngoài của cáp được gọi là jacket.

Độ suy hao thấp hơn các loại cáp đồng (tín hiệu bị mất trong cáp quang ít hơn trong
cáp đồng), nên có thể tải các tín hiệu đi xa hàng ngàn km. Dung lượng tải của cáp
quang cao hơn, vì sợi quang mỏng hơn cáp đồng, nhiều sợi quang có thể được bó vào
với đường kính đã cho hơn cáp đồng. Điều này cho phép nhiều kênh đi qua một sợi
cáp.
Cáp quang cũng sử dụng điện nguồn ít hơn, bởi vì tín hiệu trong cáp quang giảm ít,
máy phát có thể sử dụng nguồn thấp hơn thay vì máy phát với điện thế cao được
dùng trong cáp đồng.
Cáp quang khơng cháy, vì khơng có điện xun qua cáp quang, do đó khơng có nguy
cơ hỏa hạn xảy ra. Tuy vậy, cáp quang và các thiết bị đi kèm lại rất đắt tiền so với các
loại cáp đồng
1.4.2 Thiết bị đường truyền quang OLT (Optical Line Terminal)
Thiết bị kết cuối đường dây OLT lắp đặt tại phía nhà cung cấp dịch vụ (CO)
thường được đặt tại các đài trạm. OLT kết nối mạng dịch vụ và phần mạng PON. Giao
diện từ một OLT đến mạng dịch vụ được gọi là giao diện mạng dịch vụ SNI (Service
Network Interface)

Hình 1.5 Các khối chức năng của OLT
OLT bao gồm ba phần chính:
 Giao diện mạng phân phối quang (PON core shell)
 Chức năng kết nối chéo (Cross-connect shell)

 Chức năng giao diện cổng dịch vụ (Service shell)
-

OLT gồm các chức năng chính sau:

-

Chuyển đổi định dạng bản tin từ giao diện mạng dịch vụ sang giao diện khung bên

trong mạng phần mạng GPON (khung GTC).

-

Quản lý ONU, bao gồm đăng kí ONU, điều chỉnh mức cơng suất và các thơng số
20


khác.
-

Điều khiển truy nhập mơi trường, bao gồm tính tốn thời gian trễ truyền dẫn, cấp
phát băng thông…

-

Điều khiển khung đường lên và xuống.
OLT hiện đã được áp dụng rộng rãi trong việc truy cập mạng cáp quang ở các
quận, thị trấn và làng mạc. Nó có thể giúp giảm chi phí xây dựng mạng một cách
hiệu quả, đồng thời cung cấp một đảm bảo về băng thông cao và tích hợp cao. Và nó
được chứng minh là một giải pháp lý tưởng và mang tính xây dựng cho các dự án
FTTx.
1.4.3 Thiết bị kết cuối mạng quang ONU (Optical Network Unit)
ONU (Optical Network Unit): là thiết bị mạng quang, kết nối với OLT thông
qua mạng phân phối quang (ODN) thường dùng cho trường hợp kết nối tới buiding
hoặc tới các vỉa hè, cabin (FTTB, FTTC, FTTCab).

Hình 1.6 Các khối chức năng của ONU
Các khối chức năng của ONU hầu hết đều giống như của OLT. Vì ONU hoạt
động chỉ với một giao diện PON đơn (hoặc nhiều nhất là hai giao diện với mục đích

bảo vệ), chức năng kết nối chéo có thể bị bỏ đi. Tuy nhiên, thay cho chức năng này,
chức năng dịch vụ MUX và DEMUX được hỗ trợ để xử lý lưu lượng.
Khối mạng quang ONU được đặt ở phía trường thuê bao cho kết cuối truyền
dẫn, cung cấp giao diện phía người dùng và được kết nối với mạng ODN. Giao diện
giữa ONU với thiết bị mạng được gọi là giao diện mạng-người dùng UNI (User
Network Interface).
ONU gồm các chức năng sau:
-

Chuyển đổi định dạng bản tin từ giao diện mạng-người dùng sang giao diện khung
bên trong phần mạng GPON (Khung GTC).

Điều khiển khung đường lên và xuống trong phần mạng GPON.
Các khối chức năng của GPON ONU hầu hết đều giống như của OLT. Vì ONU
hoạt động chỉ với một giao diện PON đơn, nên chức năng kết nối chéo có thể bị bỏ đi.
21


Tuy nhiên, thay cho chức năng này, chức năng dịch vụ MUX và DEMUX được hỗ trợ
để chuyển đổi những chức năng PON core shell sang service shell
1.4.4 Mạng phân phối quang ODN (Optical Distribution Network)
Mạng phân phối quang cung cấp phương tiện truyền dẫn quang cho kết nối vật
lý giữa OLT và ONU.
Các ODN riêng lẻ có thể được kết hợp và mở rộng nhờ các bộ khuếch đại
quang. ODN bao gồm các thành phần quang thụ động: cáp và sợi quang đơn mode,
connector quang, thiết bị rẽ nhánh quang thụ động, bộ suy hao quang thụ động và
mối hàn.
 Mạng cáp quang thuê bao

Hình 1.7: Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thuê bao

Mạng cáp thuê bao quang được xác định trong phạm vi ranh giới từ giao tiếp sợi
quang giữa thiết bị OLT đến thiết ONU/ONT.
Mạng cáp quang thuê bao được cấu thành bởi các thành phần chính như sau:
Cáp quang gốc (Feeder Cable): xuất phát từ phía nhà cung cấp dịch vụ (hay cịn gọi
Chung là Central Office) tới điểm phân phối được gọi là DP (Distribution Point).
Điểm phân phối sợi quang (DP): là điểm kết thúc của đoạn cáp gốc. Trên thực tế triển
khai, điểm phân phối sợi quang thường là măng xông quang, hoặc các tủ cáp quang
phối, ưu tiên dùng măng xông quang.
Cáp quang phối (Distribution Optical Cable): xuất phát từ điểm phối quang (DP) tới các
điểm truy nhập mạng (AP – Access Point) hay từ các tủ quang phối tới các tập điểm
quang.
Cáp quang thuê bao (Drop Cable): xuất phát từ các điểm truy nhập mạng (AP) hay là
22


từ các tập điểm quang đến thuê bao.
Hệ thống quản lý mạng quang (FMS – Fiber Management System) được sử dụng để
bảo dưỡng và xử lý sự cố.
Điểm quản lý quang (FMP - Fiber Management Point): dễ dàng cho xử lý sự cố
và phát hiện đứt đường.
 Bộ tách/ghép quang

Hình 1.8 Cấu trúc cơ bản các loại coupler
Một mạng quang thụ động sử dụng một thiết bị thụ động để tách một tín hiệu
quang từ một sợi quang sang một vài sợi quang và ngược lại. Thiết bị này là Coupler
quang, thường được đặt tại các điểm phân phối quang (DP) và các điểm truy nhập
quang (AP). Dạng đơn giản nhất là Coupler quang gồm hai sợi nối với nhau. Tỉ số tách
của bộ tách có thể được điều khiển bằng chiều dài của tầng nối và vì thế nó là hằng số.
Coupler được đặc trưng bởi các thông số sau:
-


Splitting loss (tổn hao tách): Mức năng lượng ở đầu ra của Coupler so với năng
lượng đầu vào (dB). Đối với Coupler 2x2 lý tưởng, giá trị này là 3dB. Hình 2-6
minh họa hai mơ hình 8x8 Coupler dựa trên 2x2 Coupler. Trong mơ hình 4 ngăn
(Hình 2-6a), chỉ 1/16 năng lượng đầu vào được chia ở mỗi đầu ra. Hình 2-6b đưa
ra mơ hình hiệu quả hơn gọi là mạng liên kết mạng đa ngăn. Trong mơ hình này
mỗi đầu ra nhận được 1/8 năng lượng đầu vào.
23


-

Insertion loss (tổn hao chèn): Năng lượng tổn hao do sự chưa hồn hảo của q
trình xử lý. Giá trị này nằm trong khoảng 0,1dB đến 1dB.

-

-

Directivity (định hướng): Lượng năng lượng đầu vào bị rò rỉ từ một cổng đầu vào
đến các cổng đầu vào khác. Coupler là thiết bị định hướng cao với thông số định
hướng trong khoảng 40-50dB.
FDC - Fiber Distribution Cabinet: Tủ phối quang
FDB - Fiber Distribution Box: Hộp phân phối quang loại nhỏ.

Hình 1.9 Coupler 8x8 được tạo ra từ nhiều coupler 2x2
1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG
Cấu trúc mạng GPON là phức tạp nhất trong tất cả các PON. Nhưng đó là một
trong những PON tốt nhất. GPON có lợi ích của việc tiết kiệm chi phí cho việc di
chuyển và bổ sung hoặc các thay đổi khác, giá thấp cho mỗi cổng trên các thành phần

thụ động, cài đặt dễ dàng và chi phí lắp đặt thấp. Vì vậy, cơng nghệ GPON đạt được
sự phổ biến trong các ứng dụng công nghệ đa dạng và luôn thay đổi.

24


CHƯƠNG 2 ĐẶC TÍNH VÀ THƠNG SỐ KỸ THUẬT CỦA MẠNG
GPON
GPON là công nghệ cáp quang hiện đại nhất hiện nay được các nhà mạng lớn
ở Việt Nam là FPT, VNPT, Viettel và CMC Telecom sử dụng để cung cấp cho khách
hàng sử dụng mạng cáp quang tốc độ cao, nhờ sự bùng nổ của hạ tầng GPON được
triển khai trên toàn lãnh thổ Việt Nam mà giờ đây hầu hết các hộ gia đình đã có thể
sử dụng mạng cáp quang giá rẻ hơn cả công nghệ cáp đồng ADSL và cả công nghệ
cáp quang AON trước đây rất nhiều.
2.1 CÁC THƠNG SỐ KỸ THUẬT CỦA MẠNG GPON

Hình 2.1 cấu trúc khung dữ liệu GPON
2.1.1 Tốc độ truyền dẫn
GPON định nghĩa 7 dạng tốc độ bit như sau:
-

Đường lên 155 Mbit/s, đường xuống 1.2 Gbit/s.

-

Đường lên 622 Mbit/s, đường xuống 1.2 Gbit/s.

-

Đường lên 1.2 Gbit/s, đường xuống 1.2 Gbit/s.


-

Đường lên 155 Mbit/s, đường xuống 2.4 Gbit/s.

-

Đường lên 622 Mbit/s, đường xuống 2.4 Gbit/s.

-

Đường lên 1.2 Gbit/s, đường xuống 2.4 Gbit/s.

-

Đường lên 2.4 Gbit/s, đường xuống 2.4 Gbit/s

25