Lựa chọn công nghệ cho mạng truy nhập cố định băng rộng NGN

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU MỘT SỐ CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP CỐ ĐỊNH BĂNG RỘNG 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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐỖ TRỌNG THẮNG

LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ CHO MẠNG TRUY NHẬP

CỐ ĐỊNH BĂNG RỘNG NGN

Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử

Mã số: 60 52 70

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN CẢNH TUẤN

Hà Nội – 2010

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC BẢNG BIỂU 6

DANH MỤC HÌNH VẼ 7

LỜI NÓI ĐẦU 9

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU MỘT SỐ CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP CỐ ĐỊNH BĂNG RỘNG 10

1.1 Công nghệ truy nhập đường dây thuê bao số xDSL 10

1.1.1 Họ công nghệ truy nhập đường dây thuê bao số 10

1.1.2 Công nghệ ADSL 11

1.1.2.1 Giới thiệu chung về công nghệ ADSL 11

1.1.2.2 Cấu trúc tổng quan mạng ADSL 12

1.1.2.3 Cơ chế hoạt động và dải tần của ADSL 13

1.1.2.4 Kỹ thuật điều chế 14

1.1.2.5 Kỹ thuật truyền dẫn song công 20

1.1.2.6 Ứng dụng của công nghệ ADSL 21

1.1.3 Công nghệ ADSL2 21

1.1.3.1 Giới thiệu chung 21

1.1.3.2 Các tính năng liên quan đến ứng dụng 22

1.1.3.3 Các tính năng liên quan đến PMS-TC 23

1.1.3.4 Các tính năng liên quan đến PMD 23

1.1.4 Công nghệ ADSL 2+ 25

1.1.4.1 Giới thiệu chung 25

1.1.4.2 Mở rộng băng tần 25

1.1.4.3 Ghép để đạt tốc độ cao hơn 26

1.1.5 Công nghệ VDSL 27

1.1.6 Công nghệ HDSL và HDSL2 28

1.1.6.1 Kỹ thuật điều chế: 28

1.1.6.2 Kỹ thuật truyền song công: 29

1.1.6.3 Cấu hình kết nối HDSL đối với E1 30

1.1.7 So sánh các công nghệ họ xDSL 31

1.2 Công nghệ PON 32

1.2.1 Tổng quang về công nghệ PON 32

1.2.2 Bộ tách / ghép quang 33

1.2.3 Các đầu cuối mạng PON 34

1.2.4 Mô hình mạng PON 35

1.2.5 Công nghệ APON/BPON 36

1.2.6 Công nghệ GPON 36

1.2.6.1 Tình hình chuẩn hóa GPON 36

1.2.6.2 Kiến trúc GPON 38

1.2.6.3 Kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh: 41

1.2.6.4 Phương thức đóng gói dữ liệu: 42

1.2.6.5 Định cỡ và phân định băng tần động: 42

1.2.6.6 Bảo mật và mã hóa sửa lỗi 46

1.2.6.7 Khả năng cung cấp băng thông 46

1.2.6.8 Khả năng cung cấp dịch vụ 47

1.2.7 Công nghệ EPON 48

1.2.7.1 Kiến trúc mạng quang thụ động ethernet 48

1.2.7.2 Giao thức điều khiển đa điểm 50

1.2.8 WDM và TDM PON 53

1.2.9 So sánh các công nghệ PON 54

Tóm tắt chương 55

CHƯƠNG II: MẠNG TRUY NHẬP NGN 56

2.1 Cấu trúc phân lớp chức năng của NGN 56

2.1.1 Lớp ứng dụng 56

2.1.2 Lớp điều khiển: 57

2.1.3 Lớp truyền tải 58

2.1.4 Lớp truy nhập 59

2.1.5 Lớp quản lý 59

2.2 Cấu trúc vật lý của mạng NGN 60

2.3 Các phần tử của mạng NGN 61

2.3.1 Media Gateway (MG) 62

2.3.2 Media Gateway Controller (MGC) 63

2.3.3 Signaling Gateway (SG) 64

2.3.4 Media Server (MS) 64

2.3.5 Application Server / Feature Server (AS/FS) 65

2.4 Mạng truy nhập NGN 66

Tóm tắt chương 67

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT LẬP MẠNG TRUY NHẬP NGN CỦA THÀNH PHỐ PHỦ LÝ 68

3.1 Phương pháp tính toán thiết lập mạng truy nhập NGN 68

3.1.1 Thu thập số liệu 68

3.1.2 Lập dự báo nhu cầu dịch vụ viễn thông và lưu lượng 70

3.1.3 Tính toán cỡ mạng truy nhập công nghệ ADSL 71

3.1.3.1 Định cỡ mạng truy nhập sử dụng công nghệ ADSL 72

3.1.3.2 Công thức tính dung lượng định cỡ mạng truy nhập 73

3.1.3.3 Tính toán lưu lượng truyền tải dịch vụ ADSL 73

3.1.4 Tính toán truy nhập sử dụng công nghệ GPON 75

3.2 Thiết kế mạng truy nhập NGN cho thành phố Phủ Lý 76

3.2.1 Số liệu dự báo của Thành phố Phủ Lý 78

3.2.2 Bản đồ địa lý Thành phố Phủ Lý 80

3.2.3 Xác định cấu trúc mạng truy nhập của Thành phố Phủ Lý 80

3.2.4 Tính toán dung lượng mạng truy nhập Phủ Lý bao gồm Internet 82

3.2.5 Lựa chọn trang thiết bị mạng truy nhập thế hệ sau 85

KẾT LUẬN 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT

đồng bộ

sóng mang

Network

Mạng quang thụ động Gigabit

Union

Tổ chức viễn thông quốc tế

POST Plain Old Teliphone Service Dịch vụ truyền thông

Nam

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Bộ khuyến nghị của ITU về ADSL 11

Bảng 1.2: Đặc tính hoạt động của một cặp modem HDSL 29

Bảng 1.3: So sánh các công nghệ họ xDSL 31

Bảng 1.4: So sánh các công nghệ PON 55

Bảng 3.1: Mật độ thuê bao điện thoại, Internet hiện tại của Phủ Lý 79

Bảng 3.2: Kết quả dự báo dịch vụ internet (GPON) 79

Bảng 3.3: Kết quả dự báo dịch vụ Internet (ADSL) 80

Bảng 3.4: Lưu lượng Internet băng rộng 83

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Mô hình cấu trúc tổng quan mạng ADSL 12

Hình 1.2: Thoại cơ bản sử dụng dải tần số từ 300 Hz tới 3,400 Hz 13

Hình 1.3: Dải phổ tần của ADSL 14

Hình 1.4: Băng tần mã hoá DMT 15

Hình 1.5: Số bit/kênh 16

Hình 1.6: Số bit/kênh 16

Hình 1.7: Sơ đồ khối chi tiết bộ thu phát ADSL DMT 16

Hình 1.8: Thu phát tín hiệu theo phương pháp điều chế CAP 19

Hình 1.9: FDM hoàn toàn song công 20

Hình 1.10: Phương thức EC 20

Hình 1.11: Phân tách tín hiệu lên xuống bằng phương pháp khử tiếng vọng 21

Hình 1.12: Tốc độ số liệu đường xuống của ADSL2+ so với ADSL2 26

Hình 1.13: Ghép hai đường ADSL2+ 27

Hình 1.14: Khả năng cung cấp dịch vụ của kỹ thuật VDSL 28

Hình 1.15: Băng tần HDSL-2 sử dụng phương pháp điều chế CAP kết hợp với ghép kênh theo tần số hoặc kỹ thuật xóa tiếng vọng 29

Hình 1.16: Phạm vi hoạt động của HDSL phụ thuộc NEXT từ các dịch vụ khác 30

Hình 1.17: Cấu hình kết nối HDSL đối với E1 30

Hình 1.18: Mô hình mạng quang thụ động 33

Hình 1.19: Các hình cơ bản các loại Coupler 33

Hình 1.20: Coupler 8x8 được tạo ra từ nhiều Coupler 34

Hình 1.21: Các mô hình mạng PON 35

Hình 1.22: Kiến trúc Mạng GPON 38

Hình 1.23: Các khối chức năng của OLT 39

Hình 1.24: Các khối chức năng của ONU 40

Hình 1.25: Cấu trúc cơ bản Mạng cáp quang thuê bao 40

Hình 1.26: TDMA GPON 41

Hình 1.27: GPON Ranging pha 1 43

Hình 1.28: GPON Ranging pha 2 44

Hình 1.29: Báo cáo và phân bổ băng thông trong GPON 45

Hình 1.30: Thủ tục cấp phát băng thông trong GPON 46

Hình 1.31: Lưu lượng hướng xuống trong EPON 49

Hình 1.32: Lưu lượng hướng lên trong EPON 49

Hình 1.33: Thời gian Round-trip 51

Hình 1.34: Giao thức MPCP-hoạt động của bản tin Gate 52

Hình 1.35: Giao thức MPCP-hoạt động của bản tin Report 53

Hình 2.1: Cấu trúc mạng và dịch vụ NGN 56

Hình 2.2: Các thành phần và vị trí của lớp điều khiển 58

Hình 2.3: Mạng quản lý TMN theo khuyến nghị của ITU 60

Hình 2.4: Cấu trúc vật lý mạng NGN 61

Hình 2.5: Cấu trúc của Media Gateway 62

Hình 2.6: Cấu trúc của Softswitch 63

Hình 2.7: Cấu trúc của Server ứng dụng 65

Hình 2.8: Cấu hình mạng truy nhập NGN 67

Hình 3.1: Sơ đồ tính lưu lượng ADSL 75

Hình 3.2: Bản đồ địa lý thành phố Phủ lý 80

Hình 3.3: DSLAM ZTE ZXDSL-9800 85

Hình 3.4: OLT Switch Router 2048 ports 87

Hình 3.5: Switch S6506R của Huawei 88

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm qua, cùng với sự phát triển của các ngành điện tử - tin học, công nghệ viễn thông đã phát triển rất mạnh mẽ, cung cấp ngày càng nhiều loại hình dịch vụ mới đa dạng, an toàn, chất lượng cao đáp ứng ngày càng tốt hơn yêu cầu của

xã hội Đặc biệt, sự ra đời của mạng thế hệ sau NGN đã góp phần to lớn đáp ứng được các yêu cầu này

Cùng với sự ra đời của mạng NGN, hệ thống mạng truy nhập băng rộng của NGN với tiện ích của nó sẽ trực tiếp cung cấp tốt hơn nhu cầu dịch vụ băng rộng Vì vậy hiện tại ở Việt nam VNPT, Viettel … đang phát triển rất mạnh về mạng truy nhập băng rộng Trong đó các vấn đề về lựa chọn các công nghệ băng rộng như ADSL, GPON…được xem là trọng điểm Vì vậy, vấn đề lựa chọn công nghệ truy nhập băng rộng có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cấp bách Đây chính là lý do của việc lựa chọn luận văn, tên luận văn “Lựa chọn công nghệ cho mạng truy nhập cố định băng rộng NGN”

Mục tiêu của đề tài là lựa chọn công nghệ truy nhập băng rộng cho Việt Nam Nội dung nghiên cứu đề tài là đưa ra những các công nghệ về mạng truy nhập băng rộng, cấu trúc mạng truy nhập băng rộng, phân tích lựa chọn công nghệ truy nhập cố định băng rộng cho mạng truy nhập NGN và nghiên cứu thiết lập mạng truy nhập Thành phố Phủ lý

Nội dung của luận văn: “Lựa chọn công nghệ cho mạng truy nhập cố định băng rộng NGN” cấu trúc như sau:

Chương I: Giới thiệu một số công nghệ truy nhập cố định băng rộng

Chương II: Cấu trúc mạng NGN

Chương III: Tính toán thiết lập mạng truy nhập NGN của Thành phố Phủ lý

Trong quá trình làm khóa luận tác giả đã nhận được sự giúp đỡ chỉ bảo của thầy, cô giáo trường Đại học Công nghệ và các bạn quan tâm đến lĩnh vực này Đặc

biệt là PGS.TS Nguyễn Cảnh Tuấn, đã hướng dẫn tận tình giúp đỡ tôi hoàn thành

luận văn này Tác giả xin có lời cám ơn chân thành về sự giúp đỡ nói trên

Hà nội, ngày 10 tháng 10 năm 2010

HỌC VIÊN

ĐỖ TRỌNG THẮNG

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU MỘT SỐ CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP

CỐ ĐỊNH BĂNG RỘNG

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 và thoại 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 mức độ rộng băng, độ tin cậy, giá cả và vùng bao phủ Mục tiêu của chương này là rà soát lại tình hình phát triển mới nhất trong các công nghệ truy nhập băng rộng hàng đầu và đánh giá khả năng của những công nghệ

đó, so sánh và đối chiếu các công nghệ này nhằm xác định xem công nghệ nào có thể triển khai tốt nhất trong kết nối băng rộng hay không

Các công nghệ băng rộng cố định dựa vào một kết nối vật lý trực tiếp tới công

sở hoặc tới tận nhà thuê bao Nhiều công nghệ băng rộng như modem cáp, đường dây thuê bao số (xDSL) đã được phát triển để sử dụng một dạng kết nối thuê bao hiện hữu làm phương tiện truyền thông Các hệ thống modem cáp sử dụng các mạng TV Cáp bằng cáp đồng trục và sợi quang hỗn hợp hiện có, các hệ thống xDSL sử dụng đôi dây đồng xoắn truyền thống vốn được các POTS dùng cho các dịch vụ điện thoại Cả 2 công nghệ kể trên đều cố gắng sử dụng mạng đường dây (điện thoại, cáp) đã có nhằm tiết kiệm chi phí lắp đặt Ngoài ra gần đây công nghệ truyền dẫn quang thụ động PON cũng đã được áp dụng triển khai rộng rãi trên mạng truy nhập băng rộng

1.1 Công nghệ truy nhập đường dây thuê bao số xDSL

1.1.1 Họ công nghệ truy nhập đường dây thuê bao số (xDSL) [5]

Cùng với sự bùng nổ của công nghệ viễn thông, cũng như các hình thức thông tin thương mại và giả trí Các dịch vụ thông tin tốc độ cao ngày càng trở thành là một nhiệm vụ cấp bách đối với các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông Theo thống kê của tổ chức viễn thông quốc tế (ITU-T), trên toàn thế giới có khoảng 750 triệu đường dây thuê bao điện thoại thường (POST) Các dịch vụ sử dụng đường dây cáp đồng (twisted pair) thường còn rất hạn chế, ví dụ: 64 kb/s cho dịch vụ thoại, 56 kb/s cho Modem quay số 56 k Để lắp đặt các đường truyền tốc độ cao các môi trường truyền dẫn mới cần được lắp đặt như: đường dây cáp đồng trục (cable modem), đường cáp quang (ATM), Việc lắp đặt những đường truyến dẫn đó đến người sử dụng là tốn rất nhiều thời gian và chi phí tốn kém

Để giải quyết vấn đề này, công nghệ xDSL đã được J.W Lechleider và các kỹ

sư thuộc hãng Bellcore đưa ra vào năm 1989 Sự phát triển xDSL bắt đầu ở Đại học Standford và phòng thí nghiệm AT&T Bell Lab năm 1990 Tháng 10-1998 ITU

(Interntional Telecommunications Union) thông qua bộ tiêu chuẩn xDSL theo khuyến nghị G9221

Công nghệ đường thuê bao số (xDSL) gồm những công nghệ như ADSL, HDSL, VDSL …nhưng mỗi công nghệ có một tốc độ, khoảng cách truyền dẫn khác nhau nên được ứng dụng vào các dịch vụ khác nhau Trong xDSL thì các công nghệ bất đối xứng như ADSL, ADSL 2, ADSL 2+ là những công nghệ được sử dụng nhiều nhất, phổ biến nhất trên thế giới

Để phát triển mạng viễn thông thế hệ mới NGN (Next Generation Network) ngày nay của thế giới, công nghệ đường dây số xDSL được ưu tiên phát triển hàng đầu trong mạng truy cập của tất cả các quốc gia nói chung và Việt nam nói riêng

1.1.2 Công nghệ ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) [1]

1.1.2.1 Giới thiệu chung về công nghệ ADSL

Khi công nghệ xDSL ra đời, ADSL được đề xướng là công nghệ cho thị trường dịch vụ video Năm 1995 các công ty hướng tới sự đổi mới bắt đầu xem ADSL như là giải pháp để truy nhập Internet tốc độ cao Cho đến ngày nay ADSL đang được triển khai ngày càng phổ biến trên toàn thế giới cho dịch vụ truy nhập Internet tốc độ cao bởi những ưu điểm của nó

Vậy công nghệ ADSL là gì? Có thể hiểu ADSL là: Công nghệ thông tin băng rộng mới cho phép truy nhập tốc độ rất cao tới Internet và mạng số liệu bằng cách sử dụng đường dây điện thoại sẵn có tại nhà ADSL vượt trội Modem thông thường về mọi khía cạnh

ADSL sử dụng vào công nghệ xử lý tín hiệu và thuật toán nén thông tin để truyền qua đôi cáp xoắn Hơn nữa, nhiều công nghệ được yêu cầu như biến đổi tín hiệu, lọc tương tự, biến đổi tương tự số A/D Đường dây thuê bao dài gây suy hao lớn,

do đó yêu cầu modem ADSL phải hoạt động nhận dạng được tín hiệu trong một dải động lớn, tách kênh và hạn chế nhiễu Truyền dẫn qua ADSL giống như một luồng dữ liệu đồng bộ trong suốt với tốc độ thay đổi trên đôi dây thuê bao thông thường

Tháng 10 năm 1998, ITU thông qua bộ tiêu chuẩn ADSL cơ bản Khuyến nghị G992.1 mô tả chi tiết toàn bộ tốc độ ADSL Khuyến nghị G997.1 mô tả hoạt động của lớp vật lý, các quy định về quản lý và bảo dưỡng cho ADSL Ngoài ra còn một số khuyến nghị khác của ITU cho ADSL

Bảng 1.1: Bộ khuyến nghị của ITU về ADSL

G.992.1 Bộ thu phát ADSL

Tháng 7 Năm 2002 ITU hoàn thành bộ tiêu chuẩn G.992.3 và G.992.4 khi bổ sung một số đặc điểm và tính năng mới cho công nghệ ADSL gọi là ADSL2 Tháng 1 năm 2003 bổ sung thêm bộ khuyến nghị ADSL2+ là phiên bản nâng cấp của ADSL2 ADSL2+ mở rộng băng tần gấp đôi cho hướng xuống nên tốc độ dữ liệu cho hướng xuống có thể lên tới 20 Mbps trên đôi dây thuê bao dài 1,5 km

1.1.2.2 Cấu trúc tổng quan mạng ADSL

Hình 1.1: Mô hình cấu trúc tổng quan mạng ADSL Cấu trúc tổng quát mạng ADSL được mô tả trong hình 1.1 trên Các đôi dây cáp đồng truyền cả tín hiệu thoại và tín hiệu ADSL Tín hiệu trên đôi dây thuê bao, bao gồm ba kênh thông tin: kênh tốc độ cao hướng xuống, kênh tốc độ trung bình hướng lên cho ADSL và một kênh dịch vụ POST cho thoại

Thiết bị đầu cuối yêu cầu cho mạng ADSL bao gồm:

Phía khách hàng: bộ chia (splitter) và khối thu phát ADSL phía khách hàng

gọi là modem ATU - R ATU - R có thể kết nối với máy tính của người sử dụng thông qua nhiều kiểu giao diện như: Cổng USB, cổng Ethernet

Phía mạng: Bộ chia (spliter), khối thu phát ADSL phía CO (Central Office) gọi

là modem ATU-C, khối này được lắp đặt trong bộ ghép kênh truy nhập đường dây thuê bao số (DSLAM) (chi tiết sẽ được trình bày ở phần sau)

Phía CO: các đường dây thuê bao được tập trung trên giá phối dây, tín hiệu

thoại và tín hiệu ADSL truyền trên cùng mạch vòng đường dây thuê bao, được tách ra bởi bộ chia (Splitter) Tín hiệu thoại sau khi qua bộ chia (phía CO) sẽ đi vào tổng đài Còn dữ liệu sẽ không đi qua tổng đài mà đi qua bộ ghép kênh truy nhập đường dây thuê bao số (DSLAM) để ghép thành các luồng dữ liệu tốc độ cao, sau đó kết nối với mạng ATM Mạng ATM này sẽ cung cấp truy nhập đến Internet thông qua BRAS của nhà cung cấp dịch vụ internet (ISP router)

1.1.2.3 Cơ chế hoạt động và dải tần của ADSL

Cơ chế hoạt động:

ADSL là đường thuê bao không đối xứng Nghĩa là tốc độ upload nhỏ hơn tốc

độ download Ưu điểm của ADSL là tận dụng được đường cáp đồng của thoại để truyền dữ liệu Vậy thì làm sao có thể vừa sử dụng cả thoại và sử dụng Internet (tức là truyền dữ liệu đồng thời trên cũng một thời gian) Để giải quyết được việc này thì trong dải tần số của cáp đồng, người ta sẽ chia từ 0 đến 25 KHZ để sử dụng cho thoại,

25 đến 1104 KHZ để sử dụng cho data

Hình 1.2: Thoại cơ bản sử dụng dải tần số từ 300 Hz tới 3,400 Hz

Bây giờ chúng ta sẽ xem xét, thoại và dữ liệu ADSL chia sẻ cùng một đường dây thuê bao ra sao Trên thực tế, các splitter được sử dụng để đảm bảo dữ liệu và thoại không xâm phạm lẫn nhau trên đường truyền

Các tần số mà mạch vòng có thể truyền tải, hay nói cách khác là khối lượng dữ liệu có thể truyền tải, sẽ phụ thuộc vào các nhân tố sau:

- Khoảng cách từ tổng đài nội hạt

- Kiểu và độ dầy đường dây

- Kiểu và số lượng các mối nối trên đường dây

- Mật độ các đường dây chuyển tải ADSL, ISDN và các tín hiệu phi thoại khác

- Mật độ các đường dây chuyển tải tín hiệu radio

Dải phổ tần của ADSL

ADSL chia dải tần của một cáp cặp xoắn (1Mhz) thành ba băng tần, như trong hình 1.3 dưới đây Băng tần đầu tiên, bình thường ở khoảng 0 và 25 Khz, được sử dụng cho dịch vụ thoại thông thường (được biết đến như dịch vụ thoại cũ) Dịch vụ này chỉ sử dụng 4 Khz của kênh dữ liệu này Băng tần thứ hai, nằm giữa 25 và 200 Khz, được sử dụng cho dịch vụ truyền thông Upstream (tải dữ liệu lên mạng) Băng tần thứ ba, nằm trong khoảng từ 250 đến 1Mhz, được sử dụng cho dịch vụ truyền thông Downstream (tải các dữ liệu trên mạng xuống máy tính cá nhân hay mạng nội bộ) Sự gối lên nhau và ràng buộc giữa các dịch vụ Upstream và Downstream cung cấp nhiều dải tần hơn bên phía Downstream

Hình 1.3: Dải phổ tần của ADSL

1.1.2.4 Kỹ thuật điều chế

DMT (Discret Multi Tone) và CAP (Carrierless Aplitude Phase modulation) là hai mã đường truyền hoạt động có hiệu quả trong dải tần số cao phía trên băng tần thoại Tuy nhiên chúng có nguyên lý làm việc khác nhau nên bộ thu phát áp dụng kỹ thuật DMT không thể cùng hoạt động với một bộ thu phát ứng dụng CAP Những năm qua đã có nhiều cuộc tranh luận để lựa chọn loại mã đường dây tiêu chuẩn cho ADSL nhằm nhanh chóng đưa công nghệ ADSL ra thị trường, tăng tốc độ dịch vụ băng rộng với giá rẻ và giải quyết vấn đề tắc nghẽn lưu lượng mà mạng thoại đang phải gánh chịu Cuối cùng DMT đã được chấp nhận là một tiêu chuẩn quốc tế mà cả ANSI và ETSI đều có văn bản xác nhận từ năm 1995 và được ITU phê chuẩn năm 1997 Nhiều nhà máy sản xuất các vi mạch tích hợp đang sản xuất các thiết bị ADSL có khả năng

0-25

khz

25- 200 khz

250- 1000 khz

Đường lên

256 channels

Khoảng cách kênh

4.3125 kHz

tương tác dựa trên chuẩn này Vậy tại sao DMT được lựa chọn ta hãy tìm hiểu nguyên

lý hoạt của hai kỹ thuật điều chế này để thấy rõ điều đó

Phương pháp điều chế đa âm tần rời rạc DMT (Discrete Multi Tone)

DMT là kỹ thuật điều chế đa sóng mang DMT phân chia phổ tần số thành các chu kỳ ký hiệu mang một số bit nhất định Những bit này được mang trong những âm tần có tần số hoạt động khác nhau Trong ADSL, dải tần dải tần 26 KHz - 1,1 MHz được chia thành 256 kênh FDM 4 KHz, điều chế mã hoá DMT được áp dụng cho từng kênh Nếu ở mọi tần số trong dải tần đều có thể hoạt động tốt thì mỗi chu kỳ tín hiệu

có thể mang cùng một số bit như hình vẽ 1.4

Hình 1.4: Băng tần mã hoá DMT Tuy nhiên, ảnh hưởng tạp âm lên các tần số khác nhau cũng khác nhau Vì vậy các kênh con hoạt động trong trong miền tần số chất lương cao sẽ mang lại nhiều bit hơn những tần số bị ảnh hưởng mạnh của nhiễu Số bit trên mỗi kênh con (tone) được điều chế bằng kỹ thuật QAM và đặt trên một sóng mang FDM

Hình vẽ 1.5 thể hiện khả năng điều chỉnh số bit trên mỗi kênh theo các tần số khác nhau của DMT Số bit được gửi qua mỗi kênh con có thể đáp ứng với chất lượng đường truyền ở các tần số hoạt động của kênh đó

Số bit/kênh

tần số f

Số bit/kênh

tần số f Không sử dụng do nhiễu lớn

Hình 1.5: Số bit/kênh Hình 1.6: Số bit/kênh

Ở những tần số thấp đôi dây đồng bị suy hao ít nên tỉ số tín hiệu/nhiễu (SNR) cao, thường điều chế với số bit cao hơn (10bit/s/Hz) Trong những điều kiện chất lượng đường dây xấu, phương pháp điều chế có thể thay đổi 4bit/s/Hz hoặc thấp hơn

để phù hợp vớI SNR và tránh được nhiễu Hơn nữa, DMT có thể tránh phát ở những dải tần số riêng có xuyên âm quá lớn hoặc bị nhiễu RFI như chỉ ra ở hình vẽ 1.6

Sơ đồ khối hệ thống truyền dẫn DMT được chỉ ra như hình vẽ sau:

Hình 1.7: Sơ đồ khối chi tiết bộ thu phát ADSL DMT

Reed Solomon: Mã sửa lỗi

Interleaver: Bộ ghép xen

De- Interleaver: Bộ giải ghép xen

Interleaver Bộ mã

De-hoá chòm sao và sắp xếp tone

ver

Interlea-Bộ mã hoá chòm sao và sắp xếp tone

CRC Giải ngẫu

nhiên hoá

IDFT: Biến đổi ngược Furier rời rạc

Hình 1.7 là sơ đồ khối chi tiết của bộ thu phát ADSL - DMT Đầu vào là các kênh dữ liệu, cũng như kênh vận hành gán vào (EOC), kênh mào đầu ADSL (AOC) và các bit chỉ thị Kênh vật lý hay đường ADSL vật lý là cách gọi của kênh ADSL, nó mang 2 hay nhiều kênh Logic Kênh Logic là các kênh dữ liệu và mào đầu Việc tách ghép kênh Logic được thực hiện ở bộ thu phát sẽ được mô tả trong cấu trúc khung ADSL Các kênh dữ liệu Logic trên đường ADSL bao gồm 4 kênh luồng xuống đơn công (hay đơn hướng) và 3 kênh song công (hay song hướng) Các kênh logic này gọi

là kênh mang

Các kênh dữ liệu, kênh điều khiển và các bit chỉ thị được ghép vào khung sau

đó được thêm vào các mã CRC cho mục đích kiểm tra lỗi, sau khi qua bộ ngẫu nhiên hoá Scrambler (có tác dụng làm giảm xác suất của chuỗi dài các bit “0” hoặc “1” liên tiếp) kênh được mã hoá FEC sử dụng mã hoá Reed Solomon (mã có chức năng sửa lỗi) Tuy mã hoá FEC có chức năng sửa lỗi nhưng khi có chuỗi dài mắc lỗi thì việc giải mã gặp khó khăn, do đó kỹ thuật ghép xen (interleaving) được áp dụng

Việc chia nhỏ dải tần thành các kênh con trong DMT có lợi là các dải thông được giám sát; điều khiển tốc độ và chất lượng truyền dẫn Khi một kênh con nào đó

bị nhiễu quá mức cho phép thì nó sẽ không truyền dữ liệu trên kênh con đó và dữ liệu

sẽ được truyền trên các kênh con khác Do đó loại trừ được việc phải phát lại toàn bộ

dữ liệu Trong DMT chức năng thực hiện biến đổi Furier rời rạc để tìm thông tin về kênh, bằng cách đó sẽ kiểm tra tần số một cách độc lập để quyết định băng thông tối

đa mà kênh có thể mang Điều này đặc biệt tốt bởi vì nhiễu điện thông thường được giới hạn ở một giải tần nào đó và DMT có thể tránh được sử dụng dải tần mà có thể bị gây nhiễu nhiều Thành phần chủ yếu của hệ thống DMT là bộ biến đổi ngược Furier (IDFT) trong phần phát và bộ biến đổi Furier (DFT) trong phần thu Bộ IDFT giúp cho việc chuyển từ miền tần số sang miền thời gian, điều đó làm cho hệ thống đơn giản bớt các bộ lọc và bởi vì điều chế trong miền tần số đơn giản hơn

IDFT là cách hiệu quả tốt nhất để tạo ra N sóng mang, mỗi sóng mang được điều chế pha và biên độ độc lập Đầu vào khối IDFT là N véc tơ QAM (được điều chế biên độ và pha), đầu ra là 2N mẫu trong trường thời gian Ở đầu thu, bộ DFT biến đổi 2N mẫu trong trường thời gian thành N sóng mang và khôi phục thông tin về biên độ

và pha, sau đó được giải mã thành các bit

Bộ mã hoá mã hoá dòng bit dữ liệu thành N điểm sao QAM, việc mã hoá này được thực hiện tuỳ ý theo kết quả đo đạc được ở các kênh con và được liệt kê thành bảng tại đó xác định số lượng bít mã hoá trên các kênh con đó (các sóng mang có tỉ số tín hiệu trên tạp âm (SNR) cao thì số lượng bit mã hoá trên kênh đó lớn, nghĩa là tốc

độ của kênh đó cao hơn Theo tiêu chuẩn ADSL thì giới hạn bít ở các kênh là 15 bit/ký hiệu/Hz)

Bộ tách ghép ký tự chu kỳ mào đầu (Cyclic prefix add) có chức năng giảm nhiễu giữa các ký hiệu (ISI)

Phía thu sử dụng bộ cân bằng thời gian (TEQ), nó là bộ lọc tuyến tính tối thiểu hoá nhiễu giữa các ký hiệu (ISI) và nhiễu xuyên kênh (CIC) Điều đó được thực hiện bằng việc thu ngắn đáp ứng xung của kênh ngắn hơn chiều dài của mào đầu chu kỳ Như vậy sẽ tránh được nhiễu giữa các ký tự của DMT

Tín hiệu sau khi chuyển qua bộ TEQ được tách mào đầu chu kỳ qua bộ DFT, sau đó qua bộ cân bằng tân số (FEQ) Ta biết khi truyền qua cáp đồng tín hiệu bị méo pha FEQ được thiết kế để sửa độ suy giảm và dịch pha đó Nó sẽ quay chòm sao nhận được ở mỗi kênh để bù pha và tăng biên độ tín hiệu

Bộ giải mã chòm sao sẽ thực hiện việc tách các bit được mang trong các tone và sắp xếp thành chuỗi bit liên tục theo đúng trình tự sau đó qua bộ giải mã, sửa lỗi và khung được mở để tách lấy dữ liệu ban đầu

Đa âm tần rời rạc hỗ trợ cả ghép kênh phân chia theo tần số lẫn triệt tiếng vọng DMT có thể tối ưu hoá mỗi kênh con nhờ sử dụng thủ tục kiểm tra mỗi kênh con, trong kỹ thuật CAP không thể điều chỉnh để tăng hiệu quả sử dụng tần số Hơn thế nữa DMT có cơ chế giám sát tích cực chất lượng các kênh, cơ chế đó cho phép treo các kênh có chất lượng thấp do ảnh hưởng của nhiễu

Sự thay đổi thích ứng tốc độ trong DMT được thực hiện như sau:

DMT có 256 bin (hay 256 kênh con), mỗi kênh rộng 4KHz và mỗi chòm sao QAM có thể mang tối đa 15 bit Từ đó bạn có thể tính tốc độ tối đa trên lý thuyết bằng cách nhân 256 X 4000 X 15 Mặc dầu thực tế không thể đạt được tốc độ đó do sự có mặt của nhiễu và các yếu tố khác, nhưng qua đó cũng cho thấy tiềm năng rất lớn của ADSL Do các kênh độc lập nhau nên chúng ta có thể điều chỉnh mỗi chòm sao một cách riêng rẽ, thêm vào hay bớt đi một bit Khi điều chỉnh ± 1 bit cho một chòm sao nghĩa là bạn đã điều chỉnh tốc độ của bin đó ± 32 Kb/s

Ưu điểm của DMT là nó có khả năng tối ưu hoá tốc độ cho môt mạch vòng nào

đó rất tốt Trong khi CAP chỉ điều chỉnh ± 340 Kb/s thì DMT có thể điều chỉnh được ở mức mịn hơn rất nhiều: ± 32 Kb/s

Phương pháp điều chế pha và biên độ không sóng mang CAP (Carrierless

Aplitude Phase modulation)

Phương pháp CAP tương tự như QAM nhưng quá trình điều chế tín hiệu được thực hiện trong một miền số Luồng số liệu đầu vào được chia thành hai luồng số liệu rồi đi qua hai bộ lọc số có biên độ bằng nhau nhưng pha khác nhau 900 CAP sử dụng

toàn bộ băng thụng trừ dải tần thoại và phõn phối năng lượng bằng nhau trờn toàn bộ giải tần số

Hỡnh 1.8: Thu phỏt tớn hiệu theo phương phỏp điều chế CAP

Bộ thu của phương phỏp điều chế QAM yờu cầu tớn hiệu tới phải cú phổ và hệ thức pha giống như phổ pha của tớn hiệu truyền dẫn Do cỏc tớn hiệu truyền trờn đường dõy điện thoại thụng thường khụng đảm bảo được yờu cầu này nờn bộ điều chế kỹ thuật xDSL phải lắp thờm cả bộ điều chỉnh thớch hợp để bự phần mộo tớn hiệu truyền dẫn (hỡnh 1.8)

Cỏc bit cựng một lỳc mó hoỏ vào cỏc symbol và qua bộ lọc, kết quả đồng pha

và lệch pha sẽ được biểu diễn bằng cỏc symbol Tớn hiệu được tổng hợp lại, đi qua bộ chuyển đổi D/A, qua bộ lọc thụng thấp (LPF: Low pass filter) và tới đường truyền

Ở đầu thu tớn hiệu nhận được qua bộ chuyển đổi A/D, bộ lọc và đến phần xử lý sau đú là giải mó Bộ lọc phớa đầu thu và bộ phận xử lý là một phần của nhiệm vụ cõn bằng và điều chỉnh Bộ cõn bằng sẽ bự lại cỏc tớn hiệu đến bị mộo

CAP được thiết kế hoạt động trong băng tần 6,48 đến 25,92 MHz Nghĩa là tớn hiệu khụng hoạt động ở miền tần số thấp hơn, trỏnh được ảnh hưởng của nhiễu Đồng thời mục đớch thiết kế như vậy để giới hạn cụng suất phổ của tần số dưới 30 MHz, do

sự tăng suy hao ở tần số cao trong đường truyền

Ưu điểm của CAP:

- Kỹ thuật hoàn thiện phỏt triển từ modem V.34: do CAP dựa trờn QAM một cỏch trực tiếp nờn nú là kỹ thuật hoàn thiện dễ hiểu và khụng cú cỏc kờnh con nờn thực hiện đơn giản hơn DMT

- Thớch ứng tốc độ: trong CAP việc thớch ứng tốc độ cú thể đạt được bởi việc thay đổi kớch cỡ chũm sao mó hoỏ (4-CAP, 64 CAP, 512 CAP ) hoặc bằng cỏch tăng giảm phổ tần sử dụng

Mã hoá

Bộ lọc

đồng pha

Bộ lọc lệch pha 90 0

A/D

Bộ lọc thích ứng I

Bộ lọc thích ứng II

Bộ sử lý Giải mã

Nhược điểm của CAP:

- Không có sóng mang nên năng lượng suy giảm nhanh trên đường truyền, tín hiệu thu chỉ biết biên độ mà không biết pha do đó đầu thu phải có bộ thực hiện chức năng quay nhằm xác định chính xác điểm tín hiệu

1.1.2.5 Kỹ thuật truyền dẫn song công

ADSL sử dụng hai kỹ thuật truyền song công: khử tiếng vọng (EC) và phân chia theo tần số (FDM), mỗi loại có một ưu điểm riêng và được sử dụng tuỳ theo môi trường truyền dẫn

Trong phương thức FDM, dải tần số sử dụng được chia làm 3 phần riêng biệt cho tín hiệu thoại, đường truyền dữ liệu lên, đường truyền dữ liệu xuống, chúng được phân cách bằng một giải tần bảo vệ như chỉ ra trên hình vẽ sau FDM có ưu điểm là hạn chế được NEXT do dải tần thu và phát khác nhau Tuy nhiên nó yêu cầu một dải tần lớn Cũng vì dải tần phát và thu tách nhau nên tốc độ đường xuống nhỏ

Hình 1.9: FDM hoàn toàn song công Phương thức triệt tiếng vọng EC:

Sử dụng dụng một kênh duy nhất cho cả phát và thu nên cần có một bộ triệt tiếng vọng tại phía thu Kỹ thuật này cho phép hai modem sử dụng toàn bộ băng thông sẵn có trên hai hướng

Hình 1.10: Phương thức EC Cấu trúc hệ thống sử dụng phương pháp triệt tiếng vọng để tách riêng tín hiệu lên, xuống được chỉ ra trong hình 1.11 sau:

Hình 1.11: Phân tách tín hiệu lên xuống bằng phương pháp khử tiếng vọng Khi tín hiệu truyền qua mạch sai động (Hybrid), một phần tín hiệu vòng lại đầu thu do mạch Hybrid không hoàn hảo Bộ lọc số đáp ứng ADF có chức năng tạo ra một bản sao của tín hiệu vọng và tiếng vọng bị triệt hoàn toàn bằng cách trừ bản sao này với tín hiệu vọng thực tế Nhược điểm của phương pháp này là bị ảnh hưởng của NEXT do chồng lấn giữa băng tần lên và xuống và cấu trúc phức tạp của bộ lọc ADF

1.1.2.6 Ứng dụng của công nghệ ADSL

Đặc điểm của ADSL truyền hai chiều không đối xứng làm cho kỹ thuật này phù hợp với hầu hết các ứng dụng yêu cầu băng thông đường xuống cao hơn băng thông đường lên Ngoài ra còn một số ứng dụng khác đang được phát triển và sử dụng công nghệ này như sau:

- Telecommuting: Dịch vụ thoại và truy nhập dữ liệu từ xa, cho phép người sử dụng làm việc tại nhà và kết nối với cơ sở dữ liệu tại nơi làm việc

- Dịch vụ truyền video hoặc thông tin thời gian thực ADSL cho phép phân phối những ứng dụng thời gian thực như tin tức, thẻ chứng khoán, thời tiết

- Chương trình học từ xa: ADSL với chất lượng dịch vụ đảm bảo có thể cung cấp video theo tiêu chuẩn MPEG – 2 cho phép các trung tâm giảng dạy gửi video minh hoạ bài dạy và trao đổi trực tiếp với học viên từ nhiều vị trí

- Hội nghị truyền hình: mặc dù dịch vụ này yêu cầu băng thông hai chiều đối xứng nhưng ADSL có thể cung cấp kênh H0 (384 X 384 Kbit/s) chuyên dụng ngoài băng thông có sẵn của ADSL cho ứng dụng này trong khi vẫn đảm bảo phục vụ cho các ứng dụng khác

1.1.3 Công nghệ ADSL2

1.1.3.1 Giới thiệu chung

ADSL2 là thế thứ hai của ADSL được chuẩn hoá trong ITU G.992.3 và G992.4 dựa trên chuẩn của thế hệ thứ nhất ITU G.992.1 và G.992.2 Tuy nhiên ADSL2 có nhiều cải tiến so với ADSL thế hệ thứ nhất Nhờ những cải tiến nêu trên mà ADSL2 cải thiện đáng kể về tốc độ và khoảng cách so với ADSL Với ADSL2 có thể đạt được tốc độ đường xuống trên 8Mbps và đường lên tới 800Kbps trên một đôi dây điện thoại

So với ADSL, ADSL2 tăng tốc độ đường xuống khoảng từ 50 đến 196Kbps và tăng

Thu (lên)

Phát (xuống)

Tiếng vọng (echo)

Tín hiệu hướng lên

Tín hiệu hướng xuống

tốc độ đường lên khoảng từ 32 đến 64Kbps Mặt khác, với cùng tốc độ số liệu như ADSL, ADSL2 tăng khoảng cách so với ADSL từ 500 đến 1000feet (khoảng từ 150 đến 300m) Hình 3.29 mô tả một ví dụ về tốc độ và khoảng cách ADSL2 so với ADSL thế hệ thứ nhất Trên đường đây điện thoại có cùng độ dài so với ADSL thì ADSL2 có tốc độ số liệu tăng khoảng 50Kbps Với cùng tốc độ như ADSL, ADSL2 đạt được khoảng cách tăng khoảng 600feet (khoảng 180m) so với ADSL, điều này làm tăng vùng phủ khoảng 6%

Có được kết quả này là do ADSL2 cải thiện hiệu quả điều chế, giảm tiêu đề khung, đạt được độ lợi mã hoá cao hơn, cải thiện trạng thái khởi tạo và tăng cường thuật toán xử lý tín hiệu So với ADSL, ADSL2 bổ xung một số tính năng mới, đó là những tính năng liên quan đến Các tính năng liên quan đến ứng dụng, các tính năng liên quan đến PMS-TC và các tính năng liên quan đến PMD

1.1.3.2 Các tính năng liên quan đến ứng dụng

Hỗ trợ ứng dụng ở chế độ hoàn toàn số

ADSL đưa ra một chế độ tuỳ chọn cho phép truyền số liệu ADSL trên băng tần thoại do đó tăng thêm 256Kbps cho tốc độ dữ liệu đường lên Chế độ này là lựa chọn hấp dẫn đối với các doanh nghiệp sử dụng dịch vụ thoại và số liệu trên các đường dây riêng biệt bởi vì nhờ chế độ này mà các doanh nghiệp đạt được các dịch vụ với tốc độ đường lên cao hơn

Hỗ trợ ứng dụng thoại trên băng tần ADSL

Có ba phương thức cơ bản để truyền lưu lượng thoại trên đường dây cáp đồng

sử dụng băng tần DSL đó là: Thoại qua chế độ truyền dẫn cận đồng bộ (VoATM), thoại qua giao thức internet (VoIP) và thoại phân kênh trên DSL (CVoDSL)

Phương thức VoATM, thực hiện việc sắp xếp thoại đã được số hoá và thông tin báo hiệu vào các tế bào ATM, các tế bào này được truyền trên đường dây điện thoại và truyền qua mạng đến kết nối riêng ảo ATM

Tương tự phương thức thứ hai, VoIP cũng sắp xếp thoại đã được số hoá và thông tin báo hiệu vào các gói IP và truyền chúng trên đường dây điện thoại cùng với

số liệu khác

Còn phương thức CVoDSL, là một cải tiến của công nghệ đường dây thuê bao

số Phương thức này truyền lưu lượng thoại TDM một cách trong suốt qua băng tần DSL CVoDSL là duy nhất giữa các giải pháp thoại qua DSL trong đó nó truyền thoại trong lớp vật lý, cho phép truyền các kênh thoại trên băng tần DSL trong khi vẫn duy trì cả POTS và truy nhập Internet tốc độ cao Đây là một phương thức đơn giản, linh hoạt, hiệu quả về mặt chi phí cho phép thiết bị thế hệ sau có chức năng thoại

Hỗ trợ chức năng ghép ngược ATM trong ATM TPS-TC:

Tốc độ số liệu tới khách hàng có thể tăng đáng kể bằng cách ghép nhiều đường điện thoại cùng nhau Để thực hiện việc ghép, chuẩn ADSL2 hỗ trợ chức năng ghép ngược ATM được triển khai cho cấu trúc ATM truyền thống ADSL2 có thể ghép hai hoặc nhiều đôi dây đồng trong một tuyến ADSL Kết quả là đạt được tốc độ đường xuống linh hoạt hơn cụ thể là : 20 Mbps trên 2 đôi ghép, 30 Mbps trên 3 đôi ghép, 40 Mbps trên 4 đôi ghép

1.1.3.3 Các tính năng liên quan đến PMS-TC

Việc phân khung linh hoạt hơn, hỗ trợ tới 4 khung mang, 4 đường:

Số liệu được truyền khác nhau có thể được tập hợp vào các cấu trúc khác nhau khi chúng truyền qua chức năng PMS-TC phát Nhóm cấu trúc này được gọi là cấu trúc khung

Giảm tiêu đề khung

Hệ thống ADSL2 giảm tiêu đề khung bằng cách sử dụng khung với các tiêu đề của khung có thể lập trình được Do đó, không như trong chuẩn ADSL thế hệ thứ nhất

số bit tiêu đề trên khung là cố định và chiếm 32Kbps của tải số liệu thực tế, trong chuẩn ADSL2 số bit tiêu chuẩn trong khung có thể lập trình được chiếm từ 4 đến 32Kbp Trong các hệ thống ADSL thế hệ thứ nhất, trên các đường dây điện thoại có tốc độ số liệu thấp (ví dụ 128Kbps) thì 32Kbps (hoặc 25% tốc độ số liệu tổng) được cung cấp phát cố định cho thông tin tiêu đề Trong các hệ thống ADSL2, tốc độ số liệu tiêu đề có thể giảm xuống còn 4Kbps, do đó cung cấp thêm 28Kbps cho tải số liệu

1.1.3.4 Các tính năng liên quan đến PMD

Việc xác định nguyên nhân của những vấn đề phát sinh trong quá trình cung cấp dịch vụ ADSL cho khách hàng là một trở ngại rất lớn trong tiến trình phát triển của ADSL Để khắc phục vấn đề này, bộ thu phát ADSL2 được tăng cường khả năng chuẩn đoán Khả năng chuẩn đoán cung cấp các công cụ để giải quyết những vướng mắc trong và sau khởi tạo, để giám sát trong khi cung cấp dịch vụ và nâng cao năng lực Để chuẩn đoán và giải quyết các vấn đề gặp phải thì các bộ thu phát ADSL2 cung cấp khả năng thực hiện đo tạp âm đường dây, suy giảm mạch vòng và tỷ số tín hiệu trên tạp âm (SNR) tại hai đầu đường dây Kết quả của những phép đo này được tập hợp lại bằng cách sử dụng chế độ kiểm tra chuẩn đoán đặc biệt ngay cả khi chất lượng đường dây là quá tồi để có thể hoàn thành kết nối ADSL

Ngoài ra, ADSL2 bao gồm khả năng giám sát hiệu năng thời gian thực, khả năng này cung cấp thông tin về chất lượng đường dây và điều kiện tạp âm tại hai đầu đường dây Thông tin này được xử lý bởi phần mền để giám sát chất lượng kết nối ADSL và tránh xảy ra các lỗi dịch vụ trong tương lai Thông tin này cũng được sử dụng để quyết định xem một khách hàng có thể được cung cấp các dịch vụ có tốc độ

số liệu cao hơn hay không

Thích ứng tốc độ

Các đường dây điện thoại được bện với nhau trong bó cáp nhiều đôi chứa 25 hoặc nhiều hơn các đôi dây xoắn Kết quả là tín hiệu điện từ một đôi gây ra từ trường trên các đôi gần kề trong bó cáp Hiện tượng này được gọi là “xuyên âm” và có thể cản trở đặc tính tốc độ số liệu ADSL Kết quả là những thay đổi của các mức xuyên âm có thể làm đứt kết nối trong ADSL Xuyên âm chỉ là một nguyên nhân gây đứt kết nối trên hệ thống ADSL Các nguyên nhân khác có thể là do nhiễu sóng vô tuyên AM, những thay đổi về nhiệt độ và nước trong bó cáp

ADSL2 giả quyết vấn đề này bằng cách thích ứng liên tục tốc độ số liệu theo thời gian thực Cải tiến này, được gọi là thích ứng tốc độ liên tục (SRA), cho phép hệ thống ADSL2 thay đổi tốc độ của kết nối trong khi cung cấp dịch vụ mà không làm ngắt dịch vụ hoặc gây lỗi bit ADSL2 phát hiện ra những thay đổi trong điều kiện kênh (ví dụ, một trạm vô tuyến AM nội hạt ngừng phát vào buổi tối) và thích ứng tốc độ số liệu với điều kiện mới trong suốt với người sử dụng

Khởi tạo nhanh

Khởi tạo bộ thu phát ADSL được yêu cầu cho kết nối giữa ATU-C và ATU-R

để thiết lập một tuyến thông tin giữa chúng Ở ADSL thế hệ thứ nhất chỉ hỗ trợ chế độ khởi tạo thông thường Tuy nhiên ở ADSL2 hỗ trợ cả hai chế độ: chế độ khởi tạo thông thường và chế độ khởi tạo nhanh Thủ tục khởi tạo thông thường mất khoảng từ

10 tới 15 giây trong khi đó thủ tục khởi tạo nhanh chỉ mất khoảng từ 2 tới 3 giây Có được điều này là do thủ tục khởi tạo nhanh dựa vào việc lưu trữ và sử dụng lại các tham số truyền dẫn từ khởi tạo thông thường trước đó nhờ đó giảm đáng kể thời gian điều khiển

Cải thiện về mặt công suất:

Các bộ thu phát ADSL thế hệ thứ nhất hoạt động ở chế độ công suất lớn nhất suốt ngày đêm ngay cả khi không được sử dụng Để đáp ứng vấn đề này, chuẩn ADSL2 đưa ra chế độ quản lý công suất giúp giảm công suất tiêu thụ trong khi đó vẫn duy trì chức năng luôn “luôn kết nối” của ADSL cho người sử dụng Những chế độ này bao gồm: chế độ công suất L2 và chế độ công suất L3

Chế độ công suất L2 cho phép tiết kiệm đáng kể công suất tại khối thu phát ADSL ở trạm trung tâm (ATU-C) bằng cách vào và ra chế độ công suất thấp một cách nhanh chóng dựa trên lưu lượng Internet chạy trên kết nối ADSL Chế độ công suất L2

là một trong những cải tiến quan trọng nhất của chuẩn ADSL2 Khi tải xuống các file

dữ liệu lớn thì ADSL2 hoạt động ở chế độ công suất lớn nhất (được gọi là chế độ công suất “L0”) để cực đại tốc độ tải xuống Khi lưu lượng Internet giảm, ví dụ như khi người sử dụng đang đọc một trang văn bản dài, thì các hệ thống ADSL2 có thể chuyển sang chế độ công suất thấp L2, trong chế độ này tốc độ số liệu giảm đáng kể và giảm công suất tiêu thụ

1.1.4 Công nghệ ADSL 2+

1.1.4.1 Giới thiệu chung [4]

Công nghệ ADSL2+ là thành viên mới nhất trong họ các chuẩn ADSL ADSL2+ được chuẩn hoá trong ITU G.992.5 vào tháng 5 năm 2003 Có thể coi ADSL2+ là ADSL thế hệ thứ ba hoặc là phiên bản delta của ADSL thế hệ thứ hai (ADSL2) Cũng giống như ADSL2, ADSL2+ sử dụng đôi dây đồng xoắn để truyền đồng thời thoại và số liệu tốc độ cao giữa kết cuối mạng và kết cuối khách hàng Tuy nhiên băng tần của ADSL2+ có khác so với băng tần của ADSL2 Trong khi ADSL2

sử dụng băng tần từ 0-1,1Mhz thì ADSL2+ sử dụng băng tần từ 0-2,2Mhz Cũng giống như ADSL2, ADSL2+ dành băng tần cơ sở để truyền thoại, băng tần thấp để truyền số liệu đường lên và băng tần cao để truyền số liệu đường xuống Tuy nhiên, băng tần đường xuống của ADSL2+ gấp đôi so với băng tần đường xuống của ADSL2, do đó ADSL2+ tăng đáng kể tốc độ số liệu trên đường dây điện thoại có khoảng cách ngắn hơn 9Kilofeet (khoảng 3 km) Nhờ có tính năng mới thêm vào mà ADSL2+ có thể đạt được tốc độ số liệu đường xuống tới 25Mbps Trên đường dây điện thoại có khoảng cách 3Kilôfeet (khoảng gần 1 km) tốc độ số liệu đường xuống có thể đạt được 24Mbps

và có thể đạt được 20Mbps trên đường dây có khoảng cách 5Kilôfeet (khoảng 1.5 km) ADSL2+ là ADSL2 với băng tần mở rộng nó được chuẩn hoá dựa trên chuẩn của ADSL2 Do đó, ADSL2+ mang đầy đủ các đặc tính của ADSL2 Tuy nhiên, ở ADSL2+ còn có thêm một số tính năng mới nhằm đáp ứng tốc độ số liệu cao hơn trên mạch vòng có khoảng cách ngắn hơn Một số tính năng mới được thêm vào như: mở rộng băng tần, ghép để đạt tốc độ cao hơn và một số tính năng khác của ADSL2+

1.1.4.2 Mở rộng băng tần

Trong khi hai thành viên trong họ các chuẩn ADSL2 là G.992.3(G.dmt.bis) và G.992.4(G.lite.bis) sử dụng băng tần đường xuống tới 1,1Mhz và 552Mhz tương ứng thì ADSL2+ sử dụng băng tần đường xuống tới 2.208Mhz tương ứng với 512 sóng mang phụ Như vậy băng tần của ADSL2+ tăng gấp đôi so với băng tần đường xuống của ADSL2 còn băng tần đường lên của ADSL2+ không thay đổi so với ADSL2

Nhờ cải tiến đặc biệt này mà tốc độ số liệu đường xuống của ADSL2+ tăng gấp đôi so với ADSL2 trên đường dây điện thoại có khoảng cách dưới 4Kilofeet và cao hơn nhiều so với ADSL2 trên đường dây điện thoại có khoảng cách từ 4 đến 8Kilofeet Tuy nhiên với đường dây điện thoại có khoảng cách lớn hơn 8Kilofeet th tốc độ số liệu đường xuống của ADSL2+ tương tự như ADSL2 (Hình 1.12)

Hình 1.12: Tốc độ số liệu đường xuống của ADSL2+ so với ADSL2

Với mục đích giảm xuyên âm thì ADSL2+ cung cấp khả năng chỉ sử dụng các tần số nằm trong khoảng từ 1.1Mhz tới 2.2Mhz bằng cách che các tần số thấp hơn 1.1Mhz Điều này đặc biệt hữu dụng khi các dịch vụ ADSL từ trạm trung tâm (CO) và

từ kết cuối đầu xa (RT) cùng nằm trên một cáp tới nhà khách hàng Trong điều kiện này, nhà cung cấp dịch vụ có thể triển khai dịch vụ ADSL2 với băng tần đường xuống

từ 0.14Mhz tới 1.1Mhz cho khách hàng cách xa trạm trung tâm (CO) với yêu cầu tốc

độ số liệu không thực sự cao còn các khách hàng cách xa trạm trung tâm (CO) nhưng gần trạm kết cuối đầu xa (RT) với yêu cầu tốc độ số liệu cao thì có thể sử dụng dịch vụ ADSL2+ với băng tần đường xuống từ 1.1Mhz tới 2.2Mhz Bằng cách này có thể loại

bỏ hầu hết xuyên âm giữa các dịch vụ và đảm bảo được tốc độ đường dây từ trạm trung tâm

1.1.4.3 Ghép để đạt tốc độ cao hơn

Kỹ thuật ghép nhiều đường dây điện thoại nhằm mục đích đạt tốc độ số liệu cao hơn và cải thiện khoảng cách là kỹ thuật mới của họ công nghệ ADSL2 Cũng giống như ADSL2, việc ghép ở ADSL2+ cũng thực hiện ghép nhiều đường ADSL2+ Tuy nhiên, ở ADSL2+, việc ghép đạt được tốc độ số liệu cao hơn rất nhiều so với ADSL2 Như chỉ ra trên Hình 1.13, bằng cách ghép hai đường ADSL2+ có thể cung cấp cho khách hàng tốc độ số liệu lên đến 44Mbps trên đường dây có khoảng cách ngắn hơn 5Kilofeet (khoảng 1.5km) Trên các đường dây điện thoại có khoảng cách xa hơn, việc ghép hai đường ADSL2+ có thể hỗ trợ được tốc độ 8Mbps với khoảng cách trên 12Kilofeet (khoảng 3.6km)

Hình 1.13: Ghép hai đường ADSL2+

Việc ghép nhiều đôi dây điện thoại trong ADSL2+ có một số đặc điểm như sau:

- Việc ghép hỗ trợ khả năng tự động giải phóng và khôi phục các đôi dây mà không cần sự can thiệp của con người Mặt khác, việc ghép có thể được thực hiện tự động bằng phần mềm

- Việc ghép hỗ trợ các tốc độ số liệu khác nhau (với tỷ lệ 4/1) giữa các đôi dây Điều này rất có ý nghĩa trong trường hợp các đường dây đồng có dung lượng thấp hơn các đường dây khác thì không cần thiết phải giảm tốc độ số liệu trên các đường dây có dung lượng cao hơn

- Có thể ghép tới 32 đôi dây

- Các cổng (port) trên card đường dây ADSL2+ được ghép một cách ngẫu nhiên Nghĩa là việc ghép được thực hiện bằng cách kết hợp bất kỳ cổng nào và việc ghép rất mềm dẻo

- Chuẩn ghép ATM được sử dụng trên bất kỳ lớp vật lý nào Ngoài ADSL2+,

nó có thể được sử dụng cho các dịch vụ DSL khác

1.1.5 Công nghệ VDSL

Là một công nghệ trong họ xDSL VDSL (Very high data rate DSL) cung cấp các đường thuê bao số với tốc độ rất cao Cũng như các dịch vụ khác trong họ xDSL như ADSL, HDSL, SDSL… kĩ thuật VDSL được sử dụng để cung cấp các dịch vụ băng rộng như các kênh tivi, truy nhập dữ liệu với tốc độ rất cao hội nghị qua video, video động, truyền tổ hợp dữ liệu và tín hiệu video trên cùng một đường dây… cho các thuê bao dân cư và kinh doanh trong lúc chưa lắp đặt được mạng cáp quang đến tận nhà thuê bao Hình 1.14: mô tả các khả năng cung cấp dịch vụ của kĩ thuật VDSL

Dịch vụ

Cáp đồng

Hình 1.14: Khả năng cung cấp dịch vụ của kỹ thuật VDSL

Kĩ thuật VDSL sử dụng phương thức truyền dẫn giống như ADSL nhưng kĩ thuật VDSL có khả năng cung cấp số liệu với tốc độ rất cao gần gấp 10 lần tốc độ truyền dẫn của ADSL Tốc độ truyền dẫn của VDSL ở luồng xuống đạt tới 52 Mb/s trong chiều dài khoảng 300m, và luồng xuống đạt ở tốc độ thấp 1,5 Mb/s với chiều dài cáp 3,6km Tốc độ luồng lên trong chế độ không đối xứng (là phương thức mà tốc độ truyền dẫn từ phía tổng đài tới thuê bao bằng tốc độ truyền dẫn từ thuê bao tới tổng đài) là 1,6- 2,3 Mb/s Tốc độ luồng trong chế độ đối xứng là 26 Mbps Phương thức truyền dẫn không đối xứng rất phù hợp để cung cấp dịch vụ tốc độ cao từ phía tổng đài tới thuê bao nên rất hay được sử dụng trong kĩ thuật VDSL

Trong VDSL cả hai kênh số liệu đều hoạt động ở tần số cao hơn tần số sử dụng cho thoại và ISDL nên cho phép cung cấp các dịch vụ VDSL bên cạnh các dịch vụ đang tồn tại

Khi cần tăng tốc độ luồng xuống hoặc chế độ đối xứng thì hệ thống VDSL sử dụng kĩ thuật triệt tiếng vọng Công nghệ VDSL được ứng dụng trong truy cập dịch vụ băng rộng như dịch vụ Internet tốc độ cao, các chương trình Video theo yêu cầu Ngoài việc có khả năng cung cấp tốc độ cao hơn nhiều so với tốc độ truyền dẫn của kĩ thuật ADSL kĩ thuật VDSL còn yêu cầu khoảng động nhỏ hơn kĩ thuật ADSL nên kĩ thuật truyền dẫn của VDSL không phức tạp bằng kĩ thuật truyền dẫn ADSL Mặc dù

có nhiều ưu điểm như vậy nhưng kĩ thuật này vẫn chưa được sử dụng rộng rãi đó là vì chưa lựa chọn được cơ chế điều chế, băng tần, phương pháp ghép kênh thích hợp Hơn nữa, một số chipset của modem sử dụng kĩ thuật VDSL vẫn còn đắt nên kĩ thuật này chưa được sử dụng nhiều trong thực tế Tuy nhiên đây là một kĩ thuật hứa hẹn trong một vài năm tiếp theo

1.1.6 Công nghệ HDSL và HDSL2 [6]

Trong khi ADSL được phát triển để đáp ứng yêu cầu truy nhập các dịch vụ không đối xứng tốc độ cao thì những nhu cầu dịch vụ có tốc độ truyền dẫn hai chiều như nhau cần đến kỹ thuật HDSL Hiện nay, HDSL được phát triển mạnh mẽ để phân phối các dịch vụ T1, E1 Đặc điểm riêng của HDSL là sử dụng nhiều hơn một đôi dây

để cung cấp dịch vụ, cụ thể: sử dụng 2 đôi dây để truyền tốc độ T1 (1,544 Mbit/s) và cần tới 3 đôi dây để truyền E1 (2,048 Mbit/s) Sự phát triển nhanh nhu cầu các đường truy nhập T1, E1 mà không cần lắp đặt thêm các đôi dây mới đã dẫn đến sự ra đời kỹ thuật DSL mới được gọi là HDSL2

1.1.6.1 Kỹ thuật điều chế:

Kỹ thuật HDSL sử dụng mã đường truyền và mang tải trọng T1 hay E1 trên hai mạch vòng thuê bao, mỗi vòng phát và thu một nửa phần tải trọng (768 kbit/s hay 1.128 kbit/s), sự hoạt động song công hoàn toàn đạt được nhờ sử dụng kỹ thuật khử

tiếng vọng EC để tách tín hiệu phát lẫn trong tín hiệu thu Đến đầu thu hai nửa tải trọng này được kết hợp lại thành tải trọng T1 hay E1 ban đầu

Bảng 1.2: Đặc tính hoạt động của một cặp modem HDSL Loại sợi

(mm)

Tốc độ đối xứng (kbit/s)

Khoảng cách tối đa của HDSL2 (km)

Khoảng cách tối đa của HDSL (km) 0,5

mã PAM và CAP được các tổ chức tiêu chuẩn lựa chọn

1.1.6.2 Kỹ thuật truyền song công:

Xu hướng sử dụng kỹ thuật xóa tiếng vọng EC và ghép kênh phân chia theo tần

số FDM đều thu hút sự chú ý của nhiều tổ chức và nhà cung cấp thiết bị Kỹ thuật xóa tiếng vọng cho một giới hạn xuyên âm nhỏ khoảng 2-3 dB Tuy nhiên, các nhà cung cấp thiết bị vẫn nghiêng về giải pháp sử dụng CAP kết hợp với kỹ thuật xóa tiếng vọng

để giảm thiểu băng tần hoạt động của HDSL2 trong khoảng từ 0 tới 230 kHz Nhờ đó phạm vi phục vụ của kỹ thuật này có thể lên tới 3,6 km

Hình 1.15: Băng tần HDSL-2 sử dụng phương pháp điều chế CAP kết hợp với ghép

kênh theo tần số hoặc kỹ thuật xóa tiếng vọng

Khả năng tương thích phổ:

Trước đây, việc quản lý phổ trong môi trường dây dẫn đồng đòi hỏi trong thiết

kế phải đặt các đôi dây cung cấp dịch vụ số liệu trong bó dây riêng nên không đạt hiệu quả kinh tế HDSL đưa ra giải pháp thực tế quản lý sắp xếp phổ bằng cách phát triển các tiêu chuẩn kỹ thuật thông qua kết hợp giữa các nhà cung cấp dịch vụ và nhà cung cấp thiết bị để xác định những thông số phù hợp Vì vậy, xây dựng trên cơ sở một tiêu chuẩn chung nên tăng khả năng hoạt động của các dịch vụ Hình 1.16 là một ví dụ về phạm vi hoạt động của một đôi dây HDSL

Hình 1.16: Phạm vi hoạt động của HDSL phụ thuộc NEXT từ các dịch vụ khác Khi phát triển đến HDSL2 thì khả năng tương thích phổ với các dịch vụ khác càng được nâng cao Do HDSL2 sử dụng mã đường hiệu quả hơn nên tín hiệu HDSL2 chiếm băng tần thấp hơn Vì vậy ảnh hưởng từ hệ thống HDSL2 tới các dịch vụ khác ít hơn hệ thống HDSL cũ Hơn nữa dạng phổ của HDS2 được thiết kế và tối ưu hóa để phù hợp với ADSL, đảm bảo tương thích phổ giữa tín hiệu HDSL2 và tín hiệu ADSL

Cấu hình kết nối:

Hình 1.17: Cấu hình kết nối HDSL đối với E1

1.1.6.3 Cấu hình kết nối HDSL đối với E1

Những thành phần HDSL được tập hợp lại thành những khối kết nối cuối đường (LTU - Line Terminal Unit) khác nhau tại phía cung cấp dịch vụ hay các khối kết cuối mạng (NTU - Network Termination Unit) tại phía khách hàng Mỗi khối kết cuối bao gồm bốn thành phần chính sau:

mà tốc độ truyền tải sẽ là: 3 x 784kbit/s = 2.352Mbit/s

1.1.7 So sánh các công nghệ họ xDSL

Mỗi công nghệ băng rộng có các đặc trưng độc đáo riêng của mình, kể cả các

ưu điểm và nhược điểm Trong một số việc triển khai, lựa chọn công nghệ là hiển nhiên, xuất phát từ những yếu tố như bản chất của địa hình, chi phí Tuy nhiên, trong nhiều tình huống, việc lựa chọn hoàn toàn không đơn giản mà phụ thuộc rất nhiều vào loại hình dịch vụ, mật độ dân số, tính sẵn có của các lựa chọn khác và những cân nhắc khác về kinh tế và kỹ thuật

Để trợ giúp nhiệm vụ khó khăn của việc lựa chọn công nghệ băng rộng, Bảng 1.3 đưa ra so sánh giữa những công nghệ băng rộng chính về mặt sử dụng phổ, dung lượng, vùng bao phủ/tầm xa, các lợi thế và các hạn chế

càng cao thì

khoảng cách

càng ngắn)

multimedia truy xuất LAN từ xa

32 đôi)

Truy xuất internet, video

on demand, interactive multimedia truy xuất LAN từ xa

2,3 đôi/1 đôi

Cấp luồng T1/E1 để truy xuất WAN, LAN, truy xuất server

13 – 52 Mb/s hướng xuống

1,5 – 2,3 Mb/s hướng lên

1 đôi

Truy xuất internet, video

on demand, interactive multimedia truy xuất LAN từ xa, HDTV (truyền hình tốc độ cao)

1.2 Công nghệ PON (Passive Optical Network)

1.2.1 Tổng quang về công nghệ PON

Mạng quang thụ động PON (hình 1.18) sử dụng phần tử chia quang thụ động trong phần mạng phân bố nằm giữa đầu cuối đường dây quang (OLT - Optical Line Terminal) và thiết bị kết cuối mạng quang (ONU - Optical Network Unit) Hoạt động của mạng PON được điều khiển bởi giao thức truy nhập theo địa chỉ MAC - Medium Access Control (lớp 2)

Các phần tử thụ động của PON đều nằm trong mạng phân bố quang (hay còn gọi là mạng quang ngoại vi) bao gồm các phần tử như sợi quang, các bộ tách /ghép quang thụ động, các đầu nối và các mối hàn quang Các phần tử tích cực như OLT và các ONU đều nằm ở đầu cuối của mạng PON Tín hiệu trong PON có thể được phân ra

và truyền đi theo nhiều sợi quang hoặc được kết hợp lại và truyền đi trên một sợi quang thông qua bộ ghép quang, phụ thuộc tín hiệu đó đi theo hướng lên hay xuống của PON

Hình 1.18: Mô hình mạng quang thụ độngSợi quang có khả năng phân phối băng thông cao, tích hợp dịch vụ thoại, dữ liệu và video với khoảng cách trên 20Km trong mạng truy nhập Với sợi quang đƣợc phân phối từ OLT ra bộ chia đầu quang thụ động để cung cấp đến cho server và các thuê bao

Hình 1.19 a) có chức năng tách tia tạo thành 2 tia ở đầu ra, đây là Coupler Y

Hình 1.19 b) là Coupler ghép các tín hiệu quang tại hai đầu vào thành một tín hiệu tại đầu ra

Hình 1.19 c) vừa ghép vừa tách quang và gọi là Coupler X hoặc Coupler phân hướng 2x2 Coupler có nhiều hơn hai cổng vào và nhiều hơn hai cổng ra gọi là Coupler hình sao Coupler NxN được tạo ra từ nhiều Couper 2x2

Hình 1.20: Coupler 8x8 được tạo ra từ nhiều Coupler 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 1.20: minh hoạ hai mô hình 8x8 Coupler dựa trên 2x2 Coupler Trong mô hình 4 ngăn (hình 1.20a), chỉ 1/6 năng lượng đầu vào được chia ở mỗi đầu ra Hình (Hình 1.20b) đưa ra

mô hình hiệu quả hơn gọi là mạng liên kết mạng đa ngăn Trong mô hình này mỗi đầu

ra nhận được 1/8 năng lượng đầu vào

- Insertion loss (tổn hao chèn): Năng lượng tổn hao do sự chưa hoàn hảo của quá 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

Thông thường, các Coupler được chế tạo chỉ có một cổng vào hoặc một

Combiner (bộ kết hợp) Đôi khi các Coupler 2x2 được chế tạo có tính không đối

xứng cao ( với tỷ số tách là 5/95 hoặc 10/90) Các Coupler loại này được sử dụng để tách một phần năng lượng tín hiệu, ví dụ với mục đích định lượng Các thiết bị như thế này được gọi là “tap coupler”

1.2.3 Các đầu cuối mạng PON

- Optical Line Terminal (OLT Đầu cuối đường dây quang): OLT cung cấp giao tiếp giữa hệ thống mạng truy cập quang thụ động PON và mạng quang đường trục của các nhà cung cấp dịch vụ thoại, dữ liệu và video OLT cũng kết nối đến mạng lõi của nhà cung cấp dịch vụ thông qua hệ thống quản lý EMS (Element Management System)

- Optical Network Unit (ONU: thiết bị kết cuối mạng quang): ONU cung cấp giao tiếp giữa mạng thoại, video và dữ liệu người dùng với mạng PON Chức năng cơ bản của ONU là nhận dữ liệu ở dạng quang và chuyển sang dạng phù hợp với người dùng như Ethernet, POST, T1

- Element Management System (EMS :hệ thống quản lý ): EMS quản lý các phần tử khác nhau của mạng PON và cung cấp giao diện đến mạng lõi của các nhà cung cấp dịch vụ EMS có chức năng quản lý về cấu hình, đặc tính và bảo mật

1.2.4 Mô hình mạng PON

Có một vài mô hình thích hợp cho mạng truy cập như mô hình cây, vòng hoặc bus Mạng quang thụ động PON có thể triển khai linh động trong bất kỳ mô hình nào nhờ sử dụng một tapcoupler quang 1:2 và bộ tách quang 1:N

Hình 1.21: Các mô hình mạng PON Ngoài những mô hình trên, PON có thể triển khai trong cấu hình Redundant như

là vòng đôi hoặc cây đôi hay cũng có thể là một phần của mạng PON được gọi là trung

kế cây Tất cả sự truyền dẫn trong mạng PON đều được thực hiện giữa OLT và các ONU PLT ở tại tổng đài CO (Central Office), kết nối truy nhập quang đến mạng đường Mô hình bus sử dụng tapcoupler (b) trục (có thể là mạng IP, ATM hay

SONET) ONU ở tại đầu cuối người sử dụng (trong giải pháp FTTH_Fiber To The Home, FTTB_Fiber To The Building) hoặc ở tại Curb trong giải pháp FTTC_Fiber To The Cur và có khả năng cung cấp các dịch vụ thoại, dữ liệu và video băng rộng

Tuỳ theo điểm cuối của tuyến cáp quang xuất phát từ tổng đài mà các mạng truy nhập thuê bao quang có tên gọi khác nhau như sợi quang đến tận nhà FTTH, sợi quang đến khu dân cư FTTC

1.2.5 Công nghệ APON/BPON

Từ năm 1995, 7 nhà khai thác Mạng hàng đầu thế giới đã lập nên nhóm FSAN (Full Service Access Network) với mục tiêu là thống nhất các tiêu chí cho Mạng truy nhập băng rộng Hiện nay các thành viên của FSAN đã tăng lên 40 trong đó có nhiều hãng sản xuất và cung cấp thiết bị viễn thông lớn trên thế giới

Các thành viên của FSAN đã phát triển một tiêu chí cho Mạng truy nhập PON

sử dụng công nghệ ATM và giao thức lớp 2 của nó Hệ thống này được gọi là APON (viết tắt của ATM PON) Cái tên APON sau đó được thay thế bằng BPON với ý diễn đạt PON băng rộng Hệ thống BPON có khả năng cung cấp nhiều dịch vụ băng rộng như Ethernet, Video, đường riêng ảo (VPL), kênh thuê riêng, v.v… Năm 1997 nhóm FSAN đưa các đề xuất chỉ tiêu BPON lên ITU-T để thông qua chính thức Từ

đó, các tiêu chuẩn ITU G.983.x cho Mạng BPON lần lượt được thông qua Hệ thống BPON hỗ trợ tốc độ không đối xứng 155 Mbps hướng lên và 622 Mbps hướng xuống hoặc tốc độ đối xứng 622 Mbps Các hệ thống BPON đã được sử dụng nhiều ở nhiều nơi, tập trung ở Bắc Mỹ, Nhật Bản và một phần Châu Âu

1.2.6 Công nghệ GPON (Gigabit Passive Optical Network)

GPON (Gigabit Passive Optical Network) định nghĩa theo chuẩn ITU-T G.984 GPON được mở rộng từ chuẩn BPON G.983 bằng cách tăng băng thông, nâng hiệu suất băng thông nhờ sử dụng gói lớn, có độ dài thay đổi và tiêu chuẩn hóa quản lý Thêm nữa, chuẩn cho phép vài sự lựa chọn của tốc độ bit, nhưng kỹ nghệ hội tụ trên 2,488 Mbit/s của băng thông luồng xuống và 244 Mbit/s của băng thông luồng lên Phương thức đóng gói GPON-GEM(GPON Encapsulation Method) cho phép đóng gói lưu lượng người dùng rất hiệu quả, với sự phân đoạn khung cho phép chất lượng dịch vụ QoS (Quality of Service) cao hơn phục vụ lưu lượng nhạy cảm như truyền thoại và video GPON hỗ trợ tốc độ cao hơn, tăng cường bảo mật và chọn lớp 2 giao thức (ATM, GEM, Ethernet tuy nhiên trên thực tế ATM chưa từng được

sử dụng) Điều đó cho phép GPON phân phối thêm các dịch vụ tới nhiều thuê bao hơn với chi phí thấp hơn cũng như cho phép khả năng tương thích lớn hơn giữa các nhà cung cấp thiết bị

1.2.6.1 Tình hình chuẩn hóa GPON

Tiếp tục trên khả năng của kiến trúc sợi quang tới hộ gia đình FTTH (fiber to the home) đã được thực hiện trong những năm 1990 bởi nhóm công tác mạng truy

nhập dịch vụ đầy đủ FSAN (Full Service Access Network), được hình thành bởi các nhà cung cấp dịch vụ và hệ thống lớn

Hiệp hội viễn thông quốc tế ITU (International Telecommunications Union) làm các công việc tiếp theo tính từ lúc chuẩn hóa trên hai thế hệ của tiêu chuẩn mạng quang thụ động APON/BPON và GPON Chuẩn cũ hơn ITU-T G.983 trên nền chế độ truyền tải không đồng bộ ATM (Asynchronous transfer mode) và vì vậy được xem như APON (ATM PON) Sự phát triển cao hơn của chuẩn APON gốc cũng như với sự dần mất ưa chuộng của ATM như một giao thức chung dẫn đến phiên bản đầy đủ, cuối cùng của ITU-T G.983 được xem như chuẩn PON băng rộng hay BPON (Broadband PON) Một Mạng APON/BPON điển hình cung cấp tốc độ 622 Mbit/s luồng xuống và

155 Mbit/s luồng lên, mặc dù chuẩn cho phép tốc độ cao hơn GPON được ITU-T chuẩn hóa theo chuẩn G.984 bắt đầu từ năm 2003, mở rộng từ chuẩn BPON G.983

- ITU-T G.984.1(03/2003) “G-PON:General characteristics”: Cung cấp các giao diện mạng người dùng (UNI), giao diện nút dịch vụ (SNI) và một số dịch vụ Chuẩn này kế thừa hệ thống G.982 (APON) và G.983.x (BPON) bằng việc xem xét lại dịch vụ hỗ trợ, chính sách bảo mật, tốc độ bit danh định [8]

- ITU-T G.984.2 (03/2003) “G-PON: PMD layer specification”: chỉ ra các yêu cầu cho lớp vật lý và các chi tiết kỹ thuật cho lớp PMD Nó bao gồm các hệ thống có tốc độ hướng xuống 1244.160 Mbit/s, 2488.320 Mbit/s và hướng lên 155.520 Mbit/s, 622.080 Mbit/s, 1244.160 Mbit/s, 2488.320 Mbit/s Mô tả các hệ thống GPON đối xứng và bất đối xứng [9]

- ITU-T G.984.2 Adm 1 (02/2006): thêm phụ lục cho ITU-T G.984.2, các xác minh về khả năng chấp nhận giá thành sản xuất công nghiệp đối với hệ thống G-PON 2.488/1.244 Gbit/s

- ITU-T G.984.3 (02/2004) “G-PON: TC layer specification”: mô tả lớp hội tụ truyền dẫn (Transmission convergence – TC) cho các mạng G-PON bao gồm định dạng khung, phương thức điều khiển truy nhập môi trường, phương thức ranging, chức năng OAM và bảo mật.[10]

- ITU-T G.984.3 Adm1 (07/2005): cải tiến chỉ tiêu kỹ thuật lớp TC, sửa đổi hiệu chỉnh về từ ngữ G.984.3

- ITU-T G.984.3 Adm2 (03/2006): thêm thông tin phần phụ lục ITU-T G.984.3 cho phần kỹ thuật và định dạng tín hiệu hướng xuống

- ITU-T G.984.3 Adm3 (12/2006): sáng tỏ và cô đọng nội dung ITU-T G.984.3

specification”: cung cấp chỉ tiêu kỹ thuật giao diện điều khiển (OMCI) và quản lý ONT các hệ thống GPON

- ITU-T G.984.4 Adm1 (06/2005): sửa đổi bổ sung ITU-T G.984.4 ITU-T G.984.4 Adm2 (03/2006) : sửa đổi bổ sung ITU-T G.984.4

- ITU-T G.984.4 Adm3 (03/2006): làm rõ nghĩa cho phần G-OMCI, mô tả các mức cảnh báo, giới hạn tốc độ các cổng Ethernet, OMCI cho OMCI

1.2.6.2 Kiến trúc GPON

Hình 1.22 mô tả cấu hình hệ thống G-PON bao gồm OLT, các ONU, một bộ chia quang và các sợi quang Sợi quang được kết nối tới các nhánh OLT tại bộ chia quang ra 64 sợi khác và các sợi phân nhánh được kết nối tới ONU

Hình 1.22: Kiến trúc Mạng GPON Nhìn vào kiến trúc mạng GPON ta có thể triển khai mạng truy nhập sử dụng cáp quang bằng nhiều cách khác nhau, tùy thuộc vào thiết bị và công nghệ lựa chọn Kiến trúc mạng phổ biến dựa trên mạng quang thụ động PON như sau:

- FFTC: Fiber To The Cabinet (Cáp quang đến tủ phân phối)

- FTTB: Fiber To The Building (Cáp quang đến cao ốc)

- FFTH: Fiber To The Home (Cáp quang đến nhà)

- ONU (Optical Network Unit): thiết bị kết cuối mạng cáp quang tích cực, 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)

- Bộ chia/ghép quang thụ động (Splitter): Dùng để chia/ghép thụ động tín hiệu quang từ nhà cung cấp dịch vụ đến khách hàng và ngược lại giúp tận dụng hiệu quả sợi quang vật lý Splitter thường được đặt tại các điểm phân phối quang (DP) và các điểm truy nhập quang (AP) Bộ chia/ghép quang sẽ có 2 loại, một loại đặt tại các nhà trạm viễn thông sử dụng các tủ kiểu indoor, loại thứ 2 sẽ là loại thiết bị được bọc kín

có thể mở ra được khi cần thiết và đặt tại các điểm măng xông