LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, các
kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.
Tác giả luận văn

xây dựng mô hình tính toán thiết kế mạng quang FTTH


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN...................................................................................................................I
MỤC LỤC.............................................................................................................................II
DANH MỤC CÁC BẢNG...................................................................................................VI
DANH MỤC CÁC HÌNH..................................................................................................VII
MỞ ĐẦU................................................................................................................................1
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG FTTH.........................................................................4
1.1. Giới thiệu chương....................................................................................................4
1.2. Nhu cầu phát triển mạng thông tin quang...............................................................4
1.3. Công nghệ băng rộng FTTH và xu hướng phát triển..............................................4
1.4.1. Sơ đồ tổng quát mạng quang FTTH ................................................................8
1.4.2 Các cấu hình cho kiến trúc quang FTTH........................................................10
1.4.2.1 Cấu hình điểm-điểm - P2P.......................................................................10
1.4.2.2 Cấu hình điểm-đa điểm -P2MP...............................................................10
1.4.3. Bước sóng sử dụng trong mạng FTTH...........................................................11
1.5.Mạng quang tích cực AON và mạng quang thụ động PON...................................13
1.5.1. Mạng AON.....................................................................................................13
1.5.2. Mạng PON......................................................................................................15
1.6.Xu hướng triển khai mạng quang đến tận nhà FTTH ở Việt Nam ........................16
1.7. Kết luận chương....................................................................................................17
CHƯƠNG 2

MẠNG TRUY CẬP QUANG THỤ ĐỘNG – PON............................................................20
2.1. Giới thiệu chương..................................................................................................20
2.2. Tổng quan mạng quang thụ động PON.................................................................21
2.3. Thành phần cơ bản của mạng quang thụ động PON.............................................22
2.3.1 Bộ chia.............................................................................................................22
2.3.2 Thiết bị kết cuối đường truyền quang OLT ....................................................23
2.3.3 Thiết bị kết cuối mạng quang ONU................................................................24
2.3.4. Khối mạng phân phối quang ODN ................................................................26
2.3.5. Hệ thống quản lý EMS ..................................................................................27
2.4. Ưu điểm của PON ................................................................................................27
2.5. Các chuẩn trong công nghệ PON..........................................................................28
2.5.1. APON/BPON.................................................................................................29
2.5.1.1. Mô tả hệ thống APON/BPON.................................................................29
2.5.1.2. Bước sóng trong APON/BPON...............................................................31
2.5.2.GPON..............................................................................................................32
2.5.3. E-PON............................................................................................................36
2.5.4. WDM-PON....................................................................................................38
2.5.5. CDMA-PON...................................................................................................40
2.6. Kết luận.................................................................................................................40

xây dựng mô hình tính toán thiết kế mạng quang FTTH


CHƯƠNG 3
XÂY DỰNG CẤU HÌNH MẠNG FTTH............................................................................43
3.1. Đặt vấn đề..............................................................................................................43
3.2. Các mô hình PON..................................................................................................43
3.2.1. Topo hình cây ................................................................................................43
3.2.2. Topo dạng bus ...............................................................................................45
3.2.3. Topo dạng vòng..............................................................................................46

3.2.4. Topo hình cây kết hợp topo dạng vòng hoặc đường tải phụ..........................47
3.3. Mô hình thiết kế tuyến FTTH ...............................................................................48
3.4. Xác định tỉ số tín hiệu trên nhiễu của máy thu trong hệ thống IM-DD phân phối
tín hiệu với các EDFA mắc chuỗi................................................................................51
3.5. Giới thiệu cấu hình mạng......................................................................................57
3.6. Kết luận chương...................................................................................................59
CHƯƠNG 4
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MỘT SỐ TUYẾN QUANG FTTH TẠI THÀNH PHỐ ĐÀ
NẴNG..................................................................................................................................60
4.1 Giới thiệu chương ..................................................................................................60
4.2 Đặt vấn đề...............................................................................................................60
4.3 Tính toán thiết kế một số tuyến quang FTTH khoảng 80.000 thuê bao tại thành
phố Đà Nẵng
..................................................................................60
4.3.1. Quỹ công suất.................................................................................................61
4.3.2. Kiểm tra kết quả thiết kế theo quỹ thời gian lên............................................65
4.4. Triển khai thực tế..................................................................................................66
4.4.1. Mô hình triển khai thực tế .............................................................................66
4.4.2.Sơ đồ thiết kế thực tế.......................................................................................68
4.5. Mô phỏng bằng phần mềm Optiwave ..................................................................69
4.5.1. Giới thiệu tổng quan về phần mềm mô phỏng Optiwave ..............................69
4.5.2. Xây dựng cấu hình mạng FTTH trên phần mềm Optiwave..........................70
4.5.2.1. Phần phát.................................................................................................70
4.5.2.2. Phần mạng phân phối..............................................................................71
4.5.2.3 Phần thu....................................................................................................72
4.5.3. Các kết quả thu được sau khi mô phỏng........................................................73
4.5.3.1. Một số hình ảnh mô phỏng......................................................................77
4.5.3.2. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa các đại lượng....................................81
4.5.3.3. Kết luận ..................................................................................................83
4.6. Kết luận chương ...................................................................................................84

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI.............................................................84
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................85
Tiếng Việt.............................................................................................................................85
PHỤ LỤC 1..........................................................................................................................84
Thời gian lên cho phép của hệ thống ...................................................................................84

xây dựng mô hình tính toán thiết kế mạng quang FTTH


ADSL

Asymmetric Digital Subcriber Line

AON

Access Optical Network

APON

ATM PON

ATM

Asynchronuos Transfer Mode

ASE

Accumulated Spontanous Emission

ASK


Amplitude Shift Keying

AWG

Arrayed Waveguide Grating

BER

Bit Error Ratio

B-PON

Broadband Passive Optical Network

CATV

Cable Television

CDMA-PON

Code Division Multiple Access - PON

CO

Central Office

DBRu

Dynamic Bandwidth Report upstream


DSL

Digital Subcriber Line

EDFA

Erbium Doped Fiber Amplifier

EMS

Element Management System

E-PON

Ethernet PON

FSAN

Full Service Access Network

FTTB

Fiber To The Building

FTTC

Fiber To The Curb

FTTH


Fiber To The Home

FTTx

Fiber To The X

G-PON

Gigabit-PON

IEEE

Institute of Electrical and Electronic Engineers

IM-DD

Intensity modulation – Direct detection

IP

Internet protocol

ITU

International Telecommunication Union

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

GEM xây dựng mô hình

G-PON
Encapsulation
Method
tính toán
thiết kế mạng
quang FTTH
GTC

GPON Transmission Conversion

LAN

Local Area Network


xây dựng mô hình tính toán thiết kế mạng quang FTTH


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu

Tên bảng

bảng

Trang

1.1

Băng thông cung cấp của các kỹ thuật băng rộng


7

2.1

So sánh các chuẩn công nghệ TDMA PON

31

2.2

Tốc độ down và up của APON/BPON.

33

2.3

Tốc độ bit của GPON trong G.984.3

33

4.1
4.2
4.3

Bảng thông số khi thay đổi công suất phát PT với tốc độ
155Mbps
Bảng thông số khi thay đổi công suất phát PT với tốc độ
625Mbps
Bảng thông số khi thay đổi công suất phát PT với tốc độ 2.5

Gbps

xây dựng mô hình tính toán thiết kế mạng quang FTTH

73
74
75


DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu

Tên hình vẽ

hình vẽ

Trang

1.1

Sơ đồ tổng quát mạng quang FTTH

9

1.2

Cấu hình mạng điểm nối điểm (P2P)

10


1.3

Cấu hình mạng điểm nối điểm (P2P)

11

1.4

Đặc tuyến suy hao trong sợi quang

12

1.5

Mạng Active Ethernet và mạng AON

14

1.6

Cấu hình mạng PON

15

1.7

Đồ thị chi phí lắp đặt mạng P2P và P2MP theo khoảng
cách lắp đặt

16


2.1

Cấu trúc mạng quang thụ động PON

21

2.2

Các loại bộ chia

23

2.3

Các khối chức năng OLT

23

2.4

Các khối chức năng ONU

25

2.5

Việc triển khai sợi quang trong mạng truy cập

28


2.6

Mô hình hệ thống BPON

30

2.7

Kế hoạch phân bổ bước sóng của ITU-T .983.3

32

2.8

Khung down GTC

34

2.9

Cấu trúc khung up GTC

35

2.10

Các cell ATM ở hướng lên

36


2.11

Các khung GEM ở hướng up lên

36

2.12

Truyền dữ liệu đường xuống trong EPON

37

xây dựng mô hình tính toán thiết kế mạng quang FTTH


2.13

Truyền dữ liệu luồng lên trong EPON

38

2.14

Cấu trúc của WDM-PON

39

3.1


Topo hình cây

45

3.2

Topo dạng bus

46

3.3

Topo dạng vòng

46

3.4

Topo hình cây với đường tải phụ

47

3.5

Topo hình cây kết hợp topo dạng vòng

48

3.6


Topo dạng vòng kết hợp

48

3.7

Mô hình thiết kế mạng PON

49

3.8

Cấu hình FTTH bộ khuếch đại được đặt trước bộ chia

50

3.9

Sơ đồ hệ thống IM-DD phân phối tín hiệu với các EDFA
mắc chuỗi

52

3.10

Sơ đồ khối một nhánh hình tia của mạng phân phối

58

4.1


Mối quan hệ giữa Q và BER

64

4.2

Sơ đồ thiết kế mạng FTTH tại thành phố Đà Nẵng

66

4.3

Bản đồ quy hoạch thành phố Đà Nẵng

68

4.4

Một phần sơ đồ thiết kế mạng quang FTTH

68

4.5

Một phần sơ đồ thiết kế các tuyến quang FTTH bằng phần
mềm Optiwave

69


4.6

Sơ đồ phần phát

70

4.7

Sơ đồ mạng phân phối

71

4.8

Sơ đồ phần thu

72

4.9
4.10

Hình ảnh giản đồ mắt với công suất phát 6 dBm, tốc độ
bit 155 Mbps
Hình ảnh giản đồ mắt với công suất phát 4 dBm, tốc độ

xây dựng mô hình tính toán thiết kế mạng quang FTTH

76
76



bit 155 Mbps
4.11
4.12
4.13
4.14
4.15
4.16
4.17
4.18
4.19
4.20

4.21

Hình ảnh giản đồ mắt với công suất phát 2 dBm, tốc độ
bit 155 Mbps
Hình ảnh giản đồ mắt với công suất phát 0 dBm, tốc độ
bit 155 Mbps
Hình ảnh giản đồ mắt với công suất phát -2 dBm, tốc độ
bit 155 Mbps
Hình ảnh giản đồ mắt với công suất phát -4 dBm, tốc độ
bit 155 Mbps
Hình ảnh giản đồ mắt với công suất phát 6 dBm, tốc độ
bit 625 Mbps
Hình ảnh giản đồ mắt với công suất phát 4 dBm, tốc độ
bit 625 Mbps
Hình ảnh giản đồ mắt với công suất phát 0 dBm, tốc độ
bit 625 Mbps
Hình ảnh giản đồ mắt với công suất phát 6 dBm, tốc độ

bit 2.5Gps
Hình ảnh giản đồ mắt với công suất phát 4 dBm, tốc độ
bit 2.5Gps
Hình ảnh giản đồ mắt với công suất phát 2 dBm, tốc độ
bit 2.5Gps
Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa công suất phát và hệ số
phẩm chất Q với công suất phát từ -4 đến 6 dBm, tốc độ
bit 155 Mbps; bước sóng 1550 nm

xây dựng mô hình tính toán thiết kế mạng quang FTTH

76
77
77
77
78
78
78
79
79
79

80


Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa công suất phát và tỉ lệ lỗi
4.22

bit với công suất phát từ -4-6 dBm, tốc độ bit 155 Mbps ;


80

bước sóng 1550 nm
Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa công suất thu và tỉ lệ lỗi bit
4.23

với công suất phát từ -4-6 dBm, tốc độ bit 155 Mbps ;

81

bước sóng 1550 nm
Sự thay đổi của Q theo công suất phát và các biểu đồ mắt
4.24

tại máy thu tương ứng với 3 tốc độ bit khác nhau và các

81

công suất phát khác nhau.
Quan hệ giữa BER và công suất tại máy thu ứng với 3 tốc
4.25

độ bit khác nhau và các biểu đồ mắt tại máy thu trong 3
trường hợp tại các độ nhạy máy thu khác nhau.

xây dựng mô hình tính toán thiết kế mạng quang FTTH

82



-1-

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Hiện nay, sự phát triển của công nghệ thông tin và truyền thông đã mang lại
nhiều tiện ích cho người sử dụng, hệ thống thông tin liên lạc có mặt ở khắp mọi nơi
trên toàn thế giới. Lượng thông tin trao đổi trong các hệ thống thông tin ngày nay
tăng lên rất nhanh. Bên cạnh gia tăng về số lượng, dạng lưu lượng truyền thông trên
mạng cũng thay đổi. Dạng dữ liệu chủ yếu là lưu lượng Internet.
Phần lớn những nhu cầu hiện nay là truyền dữ liệu hơn là tiếng nói. Số lượng
người sử dụng Internet ngày càng lớn và thời gian mỗi lần truy cập thường kéo dài
hơn nhiều lần hơn một cuộc gọi điện thoại. Và nhu cầu cần sử dụng băng thông lớn,
đường truyền tốc độ cao và chi phí thấp. Mạng thông tin quang ra đời đáp ứng
những nhu cầu trên. Thông tin quang cung cấp một băng thông lớn, tỉ lệ lỗi rất thấp.
Bên cạnh dung lượng cao, môi trường quang còn cung cấp khả năng trong suốt.
Tính trong suốt cho phép các dạng dữ liệu khác nhau chia sẻ cùng một môi trường
truyền và điều này phù hợp cho việc mang các tín hiệu có đặc điểm khác nhau. Vì
vậy truyền thông quang được xem như là một kỹ thuật cho hệ thống thông tin băng
rộng trong tương lai.
Ngoài ra, trong những năm gần đây, mạng đường trục đã có một sự phát triển
vượt bậc nhưng mạng truy cập ít có sự thay đổi. Sự bùng nổ của lưu lượng Internet
càng làm trầm trọng thêm sự khả năng đáp ứng chưa đạt yêu cầu của mạng truy cập.
Đó chính là vấn đề “nút cổ chai” giữa mạng truy nhập và mạng đường trục. Giải
pháp băng rộng được triển khai phổ biến hiện nay là DSL và mạng cáp Modem.
Mặc dù nó đã có sự cải thiện đáng kể so với đường dây dial-up 56 Kbps, tuy nhiên
nó không thể cung cấp đủ băng thông cho các dịch vụ như video, trò chơi tương tác
hay hội nghị truyền hình. Có nhiều công nghệ cạnh tranh nhau có thể cung cấp băng
thông cần thiết để phân phát các dịch vụ băng rộng, nhưng mỗi công nghệ đều có
các hạn chế riêng về mặt độ rộng băng, độ tin cậy, giá cả và vùng bao phủ.


xây dựng mô hình tính toán thiết kế mạng quang FTTH


-2-

Hiện nay, công nghệ FTTH 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 điện thoại,
Internet tốc độ cao và IPTV… đang được triển khai khá mạnh mẽ trên thế giới.
Thiết kế mạng truy cập là một vấn đề phức tạp, nhất là khi mạng truy cập ngày
càng phát triển rộng lớn, dịch vụ gia tăng nhanh, các dịch vụ mới ngày càng nhiều,
số người sử dụng tăng đột biến, kèm theo các vấn đề lưu lượng tăng vọt và biến đổi
động.

Hiện nay việc thi công lắp đặt dựa vào kinh nghiệm, các giá trị của các

thiết bị EDFA, công suất phát Laser... chỉ dựa vào kinh nghiệm hoặc khuyến nghị
của nhà sản xuất chứ chưa dựa vào các biểu thức tính toán cụ thể. Chính vì lẽ trên,
việc xây dựng mô hình tính toán thiết kế mạng quang FTTH trở thành một trong
những chủ đề cần nghiên cứu.
2. Mục đích nghiên cứu
Luận văn tiến hành tìm hiểu cấu hình, nguyên lý hoạt động của mạng quang
FTTH nói chung và phân tích, so sánh cấu hình mạng truy nhập quang PON, AON.
Từ đó đề xuất phương pháp thiết kế hợp lý, sử dụng phần mềm chuyên dụng
Optiwave để kiểm chứng và đánh giá chất lượng tín hiệu trong hệ thống đồng thời
đối chiếu giữa kết quả tính toán và mô phỏng để chứng tỏ tính tin cậy của các mô
hình và các biểu thức tính toán đã xây dựng.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• Tìm hiểu mạng thông tin quang FTTH.
• Nghiên cứu mạng truy cập quang thụ động PON
• Nghiên cứu phương pháp thiết kế mạng quang

• Đề xuất mô hình tính toán thiết kế mạng FTTH và áp dụng mô hình thiết kế
vào một số tuyến quang tại thành phố Đà Nẵng từ đó đối chiếu giữa kết quả
tính toán và mô phỏng qua phần mềm Optiwave.

xây dựng mô hình tính toán thiết kế mạng quang FTTH


-3-

4. Phương pháp nghiên cứu
• Phương pháp nghiên cứu xuyên suốt là nghiên cứu lý thuyết kết hợp
với mô phỏng bằng phần mềm chuyên dụng để kiểm chứng lý thuyết
tính toán.
• Thu thập, phân tích các tài liệu và thông tin liên quan đến đề tài
• Xây dựng mô hình tính toán, thiết kế tiến hành mô phỏng và kiểm tra
kết quả bằng phần mềm Optiwave.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Mạng truy cập quang FTTH đã và đang được triển khai trong mạng truy cập
của các công ty viễn thông do những tính năng ưu việt của nó. Trong điều kiện
bùng nổ lưu lượng như hiện nay để thiết kế được hệ thống nhằm thỏa mãn nhu cầu
truyền dẫn thông tin khoảng cách lớn, tốc độ bit cao cho các thuê bao đồng thời
đảm bảo được tính kinh kế của hệ thống có một ý nghĩa quan trọng trong tình hình
hiện nay. Các kết quả của luận văn này chính là một đề án chi tiết sát với thực tế có
tính thực tiễn cao, góp phần hoàn thiện việc xây dựng và vận hành hệ thống mạng
viễn thông nói chung và thành phố Đà Nẵng nói riêng.
6. Cấu trúc luận văn
Luận văn dự kiến gồm 4 chương:
 CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG FTTH
 CHƯƠNG 2 : MẠNG TRUY CẬP QUANG THỤ ĐỘNG - PON
 CHƯƠNG 3 : XÂY DỰNG CẤU HÌNH MẠNG FTTH

 CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MỘT SỐ TUYẾN QUANG FTTH TẠI
THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG.

xây dựng mô hình tính toán thiết kế mạng quang FTTH


-4-

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG FTTH
1.1. Giới thiệu chương
Trong chương này sẽ trình bày:
• Xu hướng phát triển của mạng ngoại vi và xu hướng cung cấp các dịch vụ
viễn thông trên nền mạng truy cập
• Công nghệ băng rộng FTTH và xu hướng phát triển của dịch vụ
• Kiến trúc mạng quang FTTH
• Mạng quang tích cực AON và mạng quang thụ động PON
• Xu hướng triển khai mạng quang đến tận nhà FTTH ở Việt Nam
1.2. Nhu cầu phát triển mạng thông tin quang
Lượng thông tin trao đổi trong các hệ thống thông tin ngày nay tăng lên rất
nhanh. Bên cạnh gia tăng về số lượng, dạng lưu lượng truyền thông trên mạng viễn
thông cũng thay đổi. Dạng dữ liệu chủ yếu là lưu lượng Internet, phần lớn những
nhu cầu hiện nay là truyền dữ liệu hơn là tiếng nói.
Và nhu cầu cần sử dụng băng thông lớn, đường truyền tốc độ cao và chi phí thấp.
Mạng thông tin quang ra đời đáp ứng những nhu cầu được những nhu cầu ngày
càng cao của khách hàng. Kỹ thuật truyền dẫn quang dựa trên nhưng ưu điểm cáp
sợi quang đã cung cấp băng thông lớn, tỉ lệ lỗi rất thấp. Bên cạnh dung lượng cao,
môi trường quang còn cung cấp khả năng trong suốt, tính trong suốt cho phép các
dạng dữ liệu khác nhau của người dùng chia sẻ cùng một môi trường truyền. Vì vậy
truyền thông quang được xem như là một kĩ thuật cho hệ thống thông tin băng rộng

trong tương lai.
1.3. Công nghệ băng rộng FTTH và xu hướng phát triển
Trong những năm gần đây, mạng đường trục đã có một sự phát triển vượt
bậc, tuy nhiên mạng truy cập ít có sự thay đổi. Sự phát triển kinh khủng của lưu

xây dựng mô hình tính toán thiết kế mạng quang FTTH


-5-

lượng Internet càng làm trầm trọng thêm sự chậm trễ của dung lượng mạng truy
cập. Đó chính là vấn đề “nút cổ chai” giữa mạng truy nhập và mạng đường trục.
Giải pháp băng rộng được triển khai phổ biến hiện nay là DSL và mạng cáp
Modem. Mặc dầu nó đã có sự cải thiện đáng kể so với đường dây dialup 56Kbps,
tuy nhiên nó không thể cung cấp đủ băng thông cho các dịch vụ như video, trò chơi
tương tác hay hội nghị truyền hình.
Mặt khác, cuộc cạnh tranh gia tăng chưa từng có trong các thị trường dịch vụ
băng rộng đã buộc các nhà cung cấp dịch vụ băng rộng lập ra các chiến lược để
phân phát các dịch vụ “tay ba” với thoại, dữ liệu và video được cung cấp chỉ bởi
một kết nối duy nhất. Những năm vừa qua, khi Internet đã phát triển mạnh thì các
yêu cầu đối với các ứng dụng tập trung vào băng rộng.
Có nhiều công nghệ cạnh tranh nhau có thể cung cấp băng thông cần thiết để
phân phát các dịch vụ băng rộng, nhưng mỗi công nghệ đều có các hạn chế riêng về
mặt độ rộng băng, độ tin cậy, giá cả và vùng bao phủ.
Vì các lý do đó, các nhà cung cấp dịch vụ đã sử dụng mạng FTTx như một
trong những công cụ hữu hiệu của chiến lược cạnh trạnh để cung cấp bộ 3 dịch vụ Triple Play, bao gồm: thoại, dữ liệu và video trên nền IP. Các công nghệ thường
được sử dụng để tạo dựng các mạng FTTx, bao gồm cả các mạng quang thụ động,
các đường dây thuê bao số DSL, và các công nghệ nén video đều tiếp cận đến mức
giá cả cạnh tranh.
FTTx là 1 thuật ngữ nói chung chỉ một kiến trúc mạng sử dụng cáp quang để

kết nối viễn thông. FTTx bao gồm các loại sau: FTTB, FTTC, FTTN và FTTH.
Mạng FTTx hiện đang được xem là sẽ đóng một vai trò quan trọng trong 2-3 năm
tới do tiềm năng cung cấp băng thông cho khách hàng lớn hơn so với cáp đồng, đáp
ứng nhu cầu truyền thoại, dữ liệu và video trên nền IP.
Hiện nay, công nghệ FTTH 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 điện thoại,
Internet tốc độ cao và IPTV đang được triển khai khá mạnh mẽ trên thế giới. Tại
nước ta, FTTH cũng đã được FPT Telecom triển khai tại một số thành phố lớn. Khi
xây dựng mô hình tính toán thiết kế mạng quang FTTH


-6-

dùng công nghệ FTTH, đường truyền dẫn hoàn toàn bằng cáp quang tới tận phòng
máy của người sử dụng. Chất lượng truyền dẫn tín hiệu ổn định không bị suy hao
tín hiệu bởi nhiễu điện từ, thời tiết hay chiều dài cáp như đối với ADSL. Mặc khác
FTTH có độ bảo mật rất cao. Với ADSL, khả năng bảo mật thấp hơn vì có thể bị
đánh cắp tín hiệu trên đường dây, còn với FTTH thì hầu như không thể bị đánh cắp
tín hiệu trên đường dây.
Với công nghệ FTTH, nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp tốc độ download
lên đến 10 Gigabit/giây, nhanh gấp 500 lần so với ADSL 2+ (hiện chỉ có thể đáp
ứng 20 Megabit/giây). Tốc độ truyền dẫn với ADSL là không cân bằng, có độ tốc
độ tải lên luôn nhỏ hơn tốc tải xuống (bất đối xứng) và tốc độ tối đa 20 Mbps. Còn
FTTH cho phép cân bằng, tốc độ tải lên và tải xuống như nhau (đối xứng) và cho
phép tốc đa tối đa là 10 Gbps, có thể phục vụ cùng một lúc cho hàng trăm máy tính.
Tốc độ đi Internet cam kết tối thiểu của FiberXXX >= 256 Kbps, lớn hơn tốc độ đi
Internet của tất cả các gói ADSL. Với ADSL, chiều dài cáp tối đa cần 2,5 Km để
đạt sự ổn định cần thiết, còn với FTTH thì còn số này lền tới 10 km. FTTH đặc biệt
hiệu quả với các dịch vụ: Hosting Server riêng, mạng riêng ảo VPN, truyền dữ liệu,
game online, truyền hình tương tác IPTV, video theo yêu cầu VOD, hội nghị truyền

hình, IP Camera hay cho các điểm truy cập Internet công cộng… 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 được công bố trong năm 2008, 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 2012 và đạt 89 triệu hộ khi đó. Hiện Nhật Bản và Hàn Quốc là hai quốc
gia đi đầu trong lĩnh vực băng thông rộng sử dụng công nghệ cáp quang này. Công
nghệ FTTH đã có khoảng 20 triệu kết nối toàn cầu, trong đó châu Á được đánh giá
là thị trường có tiềm năng phát triển lớn. Theo dự đoán, vào cuối năm 2012, riêng
châu Á sẽ có 54 triệu kết nối FTTH, tiếp theo là châu Âu/ khu vực Trung Đông,

xây dựng mô hình tính toán thiết kế mạng quang FTTH


-7-

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. Bảng dưới đây
đưa ra sự so sánh băng thông cung cấp bởi các công nghệ truyền dẫn băng rộng hiện
nay:
Bảng 1.1. Băng thông cung cấp của các kỹ thuật băng rộng
Hiện nay trong mạng viễn thông có nhiều công nghệ truyền dẫn đang tồn tại
Công nghệ truyền Downstream

Upstream

dẫn

Cáp kết hợp HFC

thông dụng
cực đại
256 – 500 27 Mbps

thông dụng
0,5 – 1 Mbps

Downstream

Upstream
cực đại
10 Mbps

Kbps
ADSL

256 – 500 Kbps 256 – 500 8 Mbps

640 Kbps

Kbps
Fiber To The Home 1 - 7 Mbps, 10 1 – 5 Mbps, 100

Mbps, 100Mbps,

FTTH

Mbps, 155 Mbps


Mbps,

100 10

Mbps, 155

Mbps

100 Mbps

Không dây cố định

2 Mbps

0,5

Vệ tinh

400 Kbps

Mbps
30 –

–

622 Mbps

2 5 – 10 Mbps
40 1 Mbps


2 Mbps
150 Kps

Kbps
như mạng cáp đồng trục, 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 cho xã hội. Tuy nhiên với đà phát triển các
dịch vụ viễn thông như hiện nay thì không phải công nghệ truyền dẫn nào cũng đáp
ứng được.
Công nghệ truyền dẫn quang hiện vẫn là công nghệ được đánh giá cao và triển
khai rộng rãi bởi băng thông cực lớn mà các kỹ thuật được sử dụng hiện nay vẫn
xây dựng mô hình tính toán thiết kế mạng quang FTTH


-8-

chưa khai thác hết, suy hao thấp, không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ, truyền cự ly
xa, bảo mật tốt… Hiện nay, trên 60% lưu lượng thông tin truyền đi trên toàn thế
giới được truyền trên mạng quang. Công 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 tắc nghẽn mạng và thắt cổ chai ở cáp đồng cũng như các công nghệ
truyền dẫn khác. Và đặc biệt là đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng của khách
hàng viễn thông với mong muốn tích hợp càng nhiều dịch vụ tới tận nhà hoặc nơi
làm việc của mình bằng phương tiện đơn giản nhất và giá thành chấp nhận được.
1.4. Kiến trúc mạng quang FTTH
1.4.1. Sơ đồ tổng quát mạng quang FTTH
Sơ đồ tổng quát mạng quang FTTH được mô tả trong Hình 1.1
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 điện thoại công cộng, 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…

xây dựng mô hình tính toán thiết kế mạng quang FTTH


-9-

Bộ chia

Hình 1.1 Sơ đồ tổng quát mạng quang FTTH
Tất cả các tín hiệu sau đó được chuyển thành tín hiệu quang và được ghép vào
sợi quang bằng các kỹ thuật ghép kênh như ghép kênh theo không gian SDM, ghép
kênh theo thời gian TDM, hoặc ghép kênh theo bước sóng WDM để truyền dẫn trên
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.
Có nhiều sự lựa chọn được đưa ra cho mạng truy nhập quang OAN, đó là:
• Cấu hình điểm nối điểm P2P.
• Cấu hình điểm nối đa điểm - P2MP có bộ chia trên đường truyền để phân
chia công suất tín hiệu và đưa tới các thuê bao riêng rẽ, gồm mạng quang tích cực AON và mạng quang thụ động - PON.
Khối kết cuối mạng quang ONT hoặc đơn vị mạng quang ONU (trong mạng
FTTH thì ONU cũng chính là ONT) sẽ giao tiếp với các thiết bị đầu cuối tại nhà

xây dựng mô hình tính toán thiết kế mạng quang FTTH


- 10 -


khách hàng. Tín hiệu quang 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.
1.4.2 Các cấu hình cho kiến trúc quang FTTH
Tuỳ thuộc cấu hình được lựa chọn cho mạng truy nhập quang OAN mà ta có
các kiểu truyền dẫn quang tới nhà thuê bao khác nhau và tài nguyên mạng được
chia sẻ giữa các thuê bao cũng khác nhau.
1.4.2.1 Cấu hình điểm-điểm - P2P

Hình 1.2 Cấu hình mạng điểm nối điểm - 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 thuê 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 tiện cho việc
cung ứng dịch vụ đặc trưng cho thuê bao. Băng thông thuê bao rộng hơn với độ an
toàn lưu lượng được tăng cường và cung cấp các dịch vụ đối xứng một cách đơn
giản. Nó có ưu điểm là có thể sử dụng các cấu kiện và thiết bị đang có sẵn, việc này
giúp làm giảm chi phí của hệ thống. Tuy nhiên, các mạng P2P đòi hỏi các hoạt động
ngoài hiện trường và điều này có thể làm tăng các chi phí lắp đặt, vận hành và bảo
dưỡng..
1.4.2.2 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 với node là có thể cung cấp dịch vụ đồng thời cho
từ 4 - 1000 thuê bao thông qua các tuyến quang dẫn từ node tới mỗi thuê bao. Cấu
xây dựng mô hình tính toán thiết kế mạng quang FTTH


- 11 -


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 mạng này là tích cực hay
thụ động tuỳ thuộc vào các thiết bị của node đó có được cấp nguồn hay không.

Bộ chia

Hình 1.3 Cấu hình mạng điểm nối điểm (P2P)
1.4.3. Bước sóng sử dụng trong mạng FTTH
Tổn hao truyền sóng trên sợi quang gây ảnh hưởng lớn tới dự trữ công
suất, khoảng cách vật lý, tỉ số chia trong mạng. Trong sợi quang, tồn tại rất nhiều
nguyên nhân gây ra suy hao tín hiệu nhưng chủ yếu bởi 4 nguyên nhân chính : suy
hao do hấp thụ vật liệu, suy hao do tán xạ, suy hao do uốn cong và suy hao do ghép
và chia sợi quang.
Tổng hợp các loại suy hao trong sợi và biểu diễn một tương quan theo
bước sóng người ta nhận được phổ suy hao của sợi quang. Mỗi loại sợi có đặc tính
suy hao riêng. Một đặc tuyến điển hình của loại sợi đơn mode như hình 1.3.
Nhìn vào hình 1.4 ta thấy có ba vùng bước sóng suy hao thấp nhất, còn gọi
là ba cửa sổ thông tin.
* Cửa sổ thứ nhất: Ở bước sóng 850nm. Trong vùng bước sóng từ 0.8μm tới
1μm, suy hao chủ yếu do tán xạ trong đó có một phần ảnh hưởng của suy hao hấp
thụ. Suy hao trung bình trong cửa sổ này ở mức từ (2-3)dB/Km.
* Cửa sổ thứ hai : Ở bước sóng 1300nm. Ở bước sóng này độ tán sắc rất thấp,
suy hao chính do tiêu hao tán xạ Rayleigh. Suy hao tương đối thấp khoảng từ
(0,4÷0,5) dB/Km và tán sắc nên được dùng rộng rãi hiện nay.

xây dựng mô hình tính toán thiết kế mạng quang FTTH


- 12 -


* Cửa sổ thứ ba : Ở bước sóng 1550nm. Suy hao thấp nhất cho đến nay
khoảng 0,3 dB/Km, với sợi quang bình thường độ tán sắc ở bước sóng 1550nm lớn
so với bước sóng 1300nm. Tuy nhiên với một số loại sợi quang có dạng phân bố
chiết suất đặc biệt có thể giảm độ tán sắc ở bước sóng 1550nm như các sợi quang
DC, MC và sợi quang bù tán sắc. Lúc đó việc sử dụng cửa sổ thứ ba sẽ có nhiều
thuận lợi : suy hao thấp và tán sắc nhỏ.

Suy hao
sợi

Suy
hao
(d
B/k
m)

Bước sóng
Hình 1.4. Đặc tuyến suy hao trong sợi quang ([4, trang. 26]
Hình 1.4 ở trên chỉ ra phổ suy hao trong sợi quang silicat. Thông thường, tổn
hao lớn nhất trên sợi quang ở bước sóng 1,38 µm gây ra bởi hấp thụ của tạp chất
trong ion OH- do quá trình sản xuất cáp quang. Thông qua các tính chất suy hao của
sợi quang, mạng FTTH được triển khai dựa trên 3 vùng bước sóng chính là
1310nm, 1490nm và 1550nm. Vùng bước sóng 1310nm để truyền dữ liệu tuyến lên,
vùng bước sóng 1490nm được dùng cho tuyến truyền dẫn quang tuyến xuống còn
vùng bước sóng 1550nm được sử dụng cho việc truyền tín hiệu tương tự trên cáp
truyền hình CATV.

xây dựng mô hình tính toán thiết kế mạng quang FTTH



- 13 -

1.5.Mạng quang tích cực AON và mạng quang thụ động PON
Như đã nói ở phần trên, FTTH được xem như là một giải pháp hoàn hảo
thay thế mạng cáp đồng hiện tại nhằm cung cấp các dịch vụ “triple play” bao gồm
thoại, hình ảnh, truy nhập dữ liệu tốc độ cao và các các ứng dụng đòi hỏi nhiều
băng thông như là truy cập Internet băng rộng, chơi game trực tuyến và phân tán
các đoạn video. Tuy nhiên nhược điểm chính của FTTH đó là chi phí cho các linh
kiện và cáp quang tương đối cao dẫn tới giá thành lắp đặt những đường quang như
vậy là rất lớn. Có nhiều giải pháp để khắc phục nhược điểm này và một trong
số đó là triển khai FTTH trên nền mạng quang thụ động PON. Hầu hết trong
các mạng quang hiện nay, mỗi đường cáp quang từ nhà cung cấp sẽ được chia sẻ
cho một số người sử dụng. Khi các đường cáp quang này được kéo tới phía người
sử dụng, cần có một bộ chia quang để tách tín hiệu tới các sợi quang riêng biệt tới
từng người sử dụng khác nhau. Bởi vậy, đã xuất hiện hai kiến trúc điển hình trong
việc chia đường cáp quang là mạng quang tích cực AON và mạng quang thụ động
PON. Để có cái nhìn rõ rệt hơn về FTTH, ta sẽ tìm hiểu sơ lược 2 kiến trúc này.
1.5.1. Mạng AON
Mạng quang tích cực sử dụng một số thiết bị quang tích cực để phân chia tín
hiệu là các bộ chuyển mạch, các bộ định tuyến và các bộ ghép. Mỗi tín hiệu đi ra từ
phía nhà cung cấp dịch vụ chỉ được đưa trực tiếp tới khách hàng yêu cầu. Do đó, để
tránh xung đột tín hiệu ở đoạn phân chia từ nhà cung cấp tới người dùng thì người
ta cần phải sử dụng một thiết bị điện có tính chất “đệm” cho quá trình này. Từ năm
2007, một loại mạng quang đã ra đời đó là mạng quang Ethernet tích cực - Active
Ethernet. Đó chính là bước đi đầu tiên cho sự phát triển của chuẩn 802.3ah nằm
trong hệ thống chuẩn 802.3 được gọi là Ethernet in First Mile -EFM. Mạng Ethernet
tích cực này sử dụng chuyển mạch Ethernet quang để phân phối tín hiệu cho người
sử dụng. Do đó, cả phía nhà cung cấp và khách hàng đã tham gia vào một kiến trúc
mạng chuyển mạch Ethernet tương tự như mạng máy tính Ethernet sử dụng trong
các trường học. Tuy nhiên, hai mạng này cũng có sự khác biệt đó là Ethernet trong


xây dựng mô hình tính toán thiết kế mạng quang FTTH


- 14 -

trường học mục đích chủ yếu là liên kết giữa máy tính và máy in còn mạng chuyển
mạch Ethernet tích cực này để dùng cho kết nối từ phía nhà cung cấp tới khách
hàng. Mỗi một khối chuyển mạch trong mạng Ethernet tích cực có thể điều khiển
lên tới 1000 khách hàng nhưng thông thường trong thực tế một chuyển mạch chỉ sử
dụng cho từ 400 đến 500 khách hàng. Các thiết bị chuyển mạch này thực hiện
chuyển mạch và định tuyến dựa vào lớp 2 và lớp 3. Chuẩn 802.3ah cũng cho phép
nhà cung cấp dịch vụ cung cấp đường truyền 100Mbps song công tới khách hàng và
tiến tới cung cấp đường truyền 1Gbps song công. Hình 1.5 dưới đây là kiến trúc
đơn giản của mạng AON và Active Ethernet.

Bộ chia

Hình 1.5.Mạng Active Ethernet và mạng AON

Một nhược điểm rất lớn của mạng quang tích cực chính là ở thiết bị chuyển
mạch. Với công nghệ hiện tại, thiết bị chuyển mạch bắt buộc phải chuyển tín hiệu
quang thành tín hiệu điện để phân tích thông tin, rồi tiếp tục chuyển ngược lại để
truyền đi điều này sẽ làm giảm tốc độ truyền dẫn tối đa có thể trong hệ thống
FTTH. Ngoài ra do những chuyển mạch này thường có tốc độ cao nên các thiết bị
này rất đắt, không phù hợp với việc triển khai rộng rãi cho mạng truy cập.

xây dựng mô hình tính toán thiết kế mạng quang FTTH



- 15 -

1.5.2. Mạng PON
PON là kiểu mạng điểm đa điểm mỗi khách hàng được kết nối tới mạng quang
thông qua một bộ chia quang thụ động, vì vậy không có các thiết bị điện chủ động
trong mạng phân phối và băng thông được chia sẻ từ nhánh đến người dùng. Tín
hiệu đường xuống được quảng bá tới các hộ gia đình, tín hiệu này được mã hóa để
tránh việc xem trộm. Tín hiệu đường lên 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 đường lên.
Ưu điểm của PON là việc sử dụng các thiết bị bộ chia không cần cấp nguồn, có giá
thành rẻ và có thể đặt ở bất kì đâu, không phụ thuộc và các điều kiện môi trường,
không cần phải cung cấp năng lượng cho các thiết bị giữa trung tâm và phía người
dùng. Ngoài ra, ưu điểm này còn giúp các nhà khai thác giảm được chi phí bảo dưỡng,
vận hành. Kiến trúc PON cho phép giảm chi phí cáp sợi quang và giảm chi phí cho
thiết bị tại CO do nó cho phép nhiều người dùng chia sẻ chung một sợi quang.

Hình 1.6.Cấu hình mạng PON
*Đánh giá và lựa chọn
Hình 1.7 đồ thị đánh giá chi phí của cấu hình mạng P2P và P2MP theo khoảng
cách lắp đặt và số lượng thuê bao.

xây dựng mô hình tính toán thiết kế mạng quang FTTH