2.3.1 Tình hình triển khai ở thế giới
Hiện nay hai công nghệ GPON và GEPON đang được triển khai đồng thời trên thế giới. Trong đó GPON chủ yếu được triển khai ở Châu Á, Châu Mỹ và Châu Âu. Tại đây về cơ bản các nhà cung cấp dịch vụ FTTH sử dụng kiến trúc của GPON của ITU. Và đang tiến hành từng bước xây dựng các mạng quang thụ động G-PON, song song xây dựng các mạng truy nhập quang thụ động XG-PON, hướng đến xây dựng các mạng truy nhập quang thụ động 40G-PON trong tương lai gần.
Hình 2.7 Tình hình triển khai GPON trên thế giới
2.3.2 Tình hình triển khai ở Việt Nam
Lựa chọn công nghệ GPON để triển khai tại Việt Nam đã được các nhà mạng thực hiện, đến thời điểm hiện nay, thuê bao internet quang chiếm tỷ lệ lớn trong các nhà cung cấp dịch vụ. Tuy nhiên việc tiêu chuẩn hóa GPON lại chưa được thực hiện đầy đủ.
Bên cạnh việc các quốc gia, doanh nghiệp phát triển, ứng dụng công nghệ GPON phổ biến như hiện nay thì họ tiêu chuẩn GPON của ITU- G.984 còn là tài liệu tham khảo, là cơ sở cho các tổ chức tiêu chuẩn khác phát triển các tiêu chuẩn cho thiết bị như các tiêu chuẩn về tương thích của ETSI xây dựng.
Như vậy, để cho việc triển khai áp dụng tiêu chuẩn được hiệu quả thì Việt Nam cần xây dựng các tiêu chuẩn quan trọng cho mạng quang thụ động dựa trên công nghệ GPON. Một trong các tiêu chuẩn thành phần quan trọng đó là tiêu chuẩn cho - Phần giao diện quản lý và điều khiển ONT
Tính đến cuối năm 2009, Việt Nam có khoảng 3 triệu thuê bao dịch vụ băng rộng với 3 nhà cung cấp dịch vụ internet lớn nhất là VNPT, Viettel và FPT. Dịch vụ băng rộng dựa trên công nghệ truy nhập quang thụ động GPON bắt đầu được triển
khai tại Việt Nam vào đầu năm 2011, hiện có 5 nhà cung cấp dịch vụ FTTH/GPON là Netnam, VNPT, VIETTEL, FPT và CMC, các dịch vụ này hiện được triển khai tại các trung tâm kinh tế trong nước, tập trung chính tại hai thành phố lớn là Tp.Hà Nội và Tp. Hồ Chí Minh. Hiện có khoảng 180 nghìn thuê bao dịch vụ FTTH/GPON.
ITU-T khuyến nghị 2 mô hình dự phòng cho GPON. Theo đó, Viettel đã thử nghiệm thành công mô hình triển khai dự phòng type B trên các tuyến cáp có ≥ 800 khách hàng. Hiện nay tại Việt Nam cũng chỉ có duy nhất nhà mạng Viettel triển khai mô hình dự phòng cho mạng GPON
Hình 2.8 Mô hình triển khai dự phòng type B ở Viettel
Hiện nay các nhà mạng tại Việt Nam (Viettel, VNPT, FPT, EMC) đều không triển khai mô hình dự phòng cho mạng GPON. Viettel đã thử nghiệm thành công mô hình dự phòng trên thiết bị OLT của tất cả các vendor và triển khai với các tuyến cáp có ≥ 800 khách hàng.
Triển khai mô hình dự phòng GPON, giúp giảm thời gian gián đoạn dịch vụ, cải thiện chất lượng dịch vụ của Viettel so với nhà cung cấp khác.
2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG
Từ những nghiên cứu trên cho thấy có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng truyền tải của mạng GPON như là khoảng cách truyển dẫn, tỉ lệ bộ chia splitter hay công suất phát… để tăng chất lượng mạng ta cần phải xem xét tổng thể hệ thống và tùy điều kiện thực tế mà lựa chọn phương pháp phù hợp để tăng chất lượng mạng truy nhập GPON. Việc đo kiểm các tham số truy nhập như tỉ lệ lỗi bit, hệ số phẩm chất, công suất phát… có ý nghĩa rất quan trọng trong quá trình lắp đặt và bảo dưỡng để đáp ứng yêu cầu về chất lượng và dịch vụ cung cấp.
CHƯƠNG 3 ĐẶC TRƯNG CỦA KIẾN TRÚC GPON SỬ DỤNG SỢI QUANG CHO MẠNG PHÂN PHỐI KHÔNG DÂY
Công nghệ trừu tượng qua sóng vô tuyến (RoF) cung cấp nền tảng cơ bản cho việc tích hợp các hệ thống không dây và quang học. Mặt khác, Mạng quang thụ động Gigabit (GPON) đã thu hút được nhiều sự quan tâm trong mạng ngày nay do tính linh hoạt, kết nối thụ động đơn giản và chi phí thấp. Chẳng hạn, công nghệ GPON đã được triển khai thành công trong Fiber-to-the-Home (FTTH) hỗ trợ các dịch vụ Triple-Play kết hợp dữ liệu internet, điện thoại và video đến nhà chỉ qua một cáp. Do đó, nhiều công trình nghiên cứu ngày nay tập trung vào việc hỗ trợ kiến trúc GPON sử dụng RoF để khai thác băng thông (BW), tối đa hóa công suất và giảm chi phí phát triển. Do đó, dự án này nhằm đặc trưng cho việc phân phối dịch vụ WLAN 802.11 802.11 bằng kỹ thuật RoF trong kiến trúc mạng GPON bằng phương pháp mô phỏng được thực hiện trong phần mềm OptiSystem thương mại. Việc truyền hai chiều được sử dụng với chiều dài sợi thay đổi từ 2-20 km. Phân tích được thực hiện dựa trên hiệu suất của BER, OSNR và sức mạnh nhận được. Kết quả mô phỏng cho thấy sơ đồ hệ thống thể hiện các tiêu chuẩn hiệu suất.
3.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
Truyền thông không dây ngày nay đòi hỏi các giải pháp tốc độ cao, đầy hứa hẹn, linh hoạt và chi phí thấp. Yêu cầu về BW cao rất quan trọng trong nhiều lĩnh vực do số lượng thuê bao tăng nhanh, sự tiến bộ của máy tính và nhiều ứng dụng được cung cấp như trong truyền thông vệ tinh, video theo yêu cầu video độ phân giải cao (HD) và di động băng rộng Internet, với chất lượng cao và đảm bảo cung cấp dữ liệu được mong muốn. Một phương pháp mới là cần thiết để đáp ứng các yêu cầu này. Lựa chọn đầu tiên được thấy trước đây là áp dụng khái niệm picocells để phục vụ nhiều người dùng hơn và cũng chuyển từ dải tần số ISM thấp đã bị tắc nghẽn sang tần số hoạt động cao. Tuy nhiên, các hoạt động trong các tế bào nhỏ hơn (micro- / pico-) dẫn đến sự gia tăng chi phí phát triển phần cứng trong khi làm việc ở tần số cao chủ yếu bị suy giảm tín hiệu cao.
Với sự phổ biến của các mạng không dây, công nghệ quang học cũng đã đóng một vai trò quan trọng trong thế giới viễn thông. Cáp quang được sử dụng rộng rãi trong mạng đường trục do đặc tính BW cao (lên đến THz) và suy giảm thấp (~ 0,2 dB / km). Do đó, cáp quang hứa hẹn sẽ là cốt lõi của mạng không dây. Sự tích hợp của không dây và sợi được gọi là Radio-over-Fiber (RoF) bổ sung cho tính linh hoạt của tín hiệu không dây và các đặc tính có lợi của sợi quang. Về mặt kỹ thuật, RoF là một hệ thống kết hợp tích hợp không dây và quang học trong một hệ thống dẫn đến giải
pháp dung lượng cao, tốc độ dữ liệu cao, minh bạch và di động. RoF cho phép giảm chi phí và kiểm soát và nâng cấp dễ dàng hơn bằng kiến trúc tập trung kết nối một số Trạm cơ sở từ xa (RBS) với Trạm trung tâm (CS).
Với sự kết hợp của không dây và cáp quang, một công nghệ hiệu quả là cần thiết để tăng cường phát triển hệ thống. Mạng quang thụ động (PON) cung cấp nhiều tính năng nâng cao hơn cho truy cập mạng như phát sóng và có khả năng khai thác tối đa công suất với chi phí phát triển phù hợp và bảo mật tốt hơn. Ngoài ra, do sự phát triển của mạng cáp quang có chi phí biên cao, mạng PON hiện tại cung cấp giải pháp rẻ nhất mà không cần sử dụng từng tín hiệu không dây và có dây BW bằng cách quản lý đúng các kế hoạch phân bổ BW. Do đó, RoF over PON là một phương pháp hấp dẫn và cung cấp kiến trúc hiệu quả nhất về chi phí cho nhà máy mạng trong việc cung cấp tín hiệu vô tuyến . Gigabit-PON (GPON) và Ethernet-PON (EPON) là hai PON phổ biến nhất trong đó GPON được triển khai rộng rãi ở Mỹ trong khi EPON ở châu Á . So với EPON, GPON có lợi thế hơn, mạnh hơn, cung cấp nhiều công suất hơn và có khả năng sinh lời cao hơn.
3.2 ROF TRÊN KIẾN TRÚC GPON
Các kỹ thuật RoF đã được thảo luận trong nhiều công trình nghiên cứu . RoF về cơ bản là một hệ thống truyền tín hiệu tương tự vì nó phân phối dạng sóng vô tuyến trực tiếp ở tần số sóng mang. Tín hiệu tương tự có thể là tín hiệu RF, tín hiệu IF hoặc tín hiệu băng cơ sở (BB). Tuy nhiên, định dạng điều chế của chính tín hiệu vô tuyến như Khóa dịch chuyển pha cầu phương (QPSK) và Điều chế biên độ cầu phương (QAM) được sử dụng trong các hệ thống WLAN vẫn ở dạng kỹ thuật số.
Tất cả các liên kết quang truyền tín hiệu vi sóng đều áp dụng điều chế cường độ ánh sáng vì điều chế cường độ trực tiếp là đơn giản nhất so với phương pháp điều chế ngoài và phương pháp dị hóa từ xa.
Trong các mạng RoF, các thành phần đơn giản và hiệu quả về chi phí là cần thiết để đáp ứng số lượng BS cao. Do đó, điều chế cường độ trực tiếp với laser giá rẻ có thể được sử dụng. Tuy nhiên, bằng cách sử dụng bộ điều biến ngoài như Bộ điều chế Mach Zehnder (MZM), hiệu ứng phân tán có thể được giảm thiểu; do đó, điều này được ưa thích nhất trong bất kỳ hệ thống RoF nào .
Hình 3.1Điều chế cường độ - Kỹ thuật phát hiện trực tiếp
(a) Điều chế trực tiếp RF (b) Sử dụng bộ điều biến ngoài
3.3 KIẾN TRÚC GPON
GPON là một mạng dựa trên truyền dẫn quang học nhằm cung cấp kết nối mạng tốc độ cao. Các đặc tính của công nghệ GPON đã được tiêu chuẩn hóa bởi Liên minh Viễn thông Quốc tế-T (ITU-T) trong loạt Khuyến nghị G.984. GPON hỗ trợ tốc độ dữ liệu 2,5 Gbps cho hạ lưu và hai tùy chọn 1,25 / 2,5 Gbps cho truyền tải ngược dòng. Các cấu hình vật lý có thể được nhìn thấy bằng tỷ lệ phân tách và khoảng cách của OLT-ONU. Về mặt lý thuyết, các phần tách có thể lên tới 64 nhưng do những hạn chế về phần cứng hiện tại, sự phát triển cho đến nay chỉ có thể đạt tới 32. Chiều dài vật lý tối đa từ OLT đến ONU là 20 km. Các giao dịch xuôi dòng và ngược dòng được truyền ở 1490nm và 1310nm trong khi bước sóng 1550nm được phân bổ cho RF hoặc video tương tự.
Việc xử lý tín hiệu như điều chế quang-điện được thực hiện trong CS trước khi Kết thúc đường quang (OLT) truyền tín hiệu quang đến sợi quang. Bộ chia thụ động tại Mạng phân phối quang (ODN) định tuyến tín hiệu đến người dùng tương ứng.
BẢNG I: TÍNH CHẤT GPON
Quantity Value
Tiêu chuẩn ITU-T G.984
Tốc độ dữ liệu (xuôi dòng) 1,25 / 2,5 Gbps Tốc độ dữ liệu (ngược dòng) 2,5 Gb / giây
Bước sóng (xuôi dòng) 1490 hoặc 1550nm
Bước sóng (ngược dòng) 1330nm
Max PON splits 64 (Lý thuyết)
32 (Phát triển)
Khoảng cách tối đa 60 km (Lý thuyết)
RoF đơn giản nhất trên thiết kế GPON là sử dụng mô-đun RF độc lập tại CS và RAU tại ONU / BS. Điều này là để đảm bảo rằng sự tích hợp này sẽ không sử dụng chính tín hiệu dữ liệu GPON hiện tại (ứng dụng có dây). Sau đó, phương thức chuyển giao cho sơ đồ không dây sẽ dễ dàng hơn khi bất kỳ người dùng di động nào chuyển đến khu vực phủ sóng BS khác. Do công việc này tập trung vào phân phối kỹ thuật RoF bằng kiến trúc mạng GPON, nên tín hiệu dữ liệu có dây GPON hiện tại sẽ không
được xem xét.
Hình 3.2 Một RoF điển hình trên kiến trúc GPON
CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ MÔ PHỎNG
Phần này mô tả ngắn gọn về thiết lập mô phỏng trong OptiSystem trong đó tất cả các tham số cần thiết đều dựa trên các thuộc tính được tiêu chuẩn hóa GPON. Sự phát triển của truyền dẫn hai chiều cho kiến trúc GPON được RoF sử dụng. Một máy phát (Tx) và máy thu (Rx) được sử dụng tại OLT và được phân phối cho 32 ONU. Sợi hai chiều được sử dụng với chiều dài thay đổi từ Bộ tách quang thụ động hai chiều 1:32 được sử dụng để kết nối ONU với sợi xương sống. Cuối cùng, tín hiệu ngược dòng và hạ lưu được phân tách bằng bộ tuần hoàn quang và độ trễ quang được đưa vào sợi quang để đảm bảo thời gian lưu thông chính xác.
Thiết kế sơ đồ của mô-đun Tx và Rx giống hệt nhau cho cả OLT và ONU. Tại Tx, tín hiệu dữ liệu được tạo bởi Bộ tạo chuỗi ngẫu nhiên giả ngẫu nhiên (PRBS) trong đó tốc độ bit được đặt ở mức 2,5 Gbps và tần số làm việc được chọn là 5 GHz hoạt động như tín hiệu IEEE 802.11a. Dữ liệu sau đó được điều chế bằng bộ điều chế Phase Shift Keying (PSK). Bộ lọc thông dải hình chữ nhật được sử dụng ở cả Tx và Rx để chỉ thu được phổ yêu cầu. Điều chế quang học bao gồm CW Laser Diode (LD) và Bộ điều chế Mach Zehnder (MZM) hoạt động ở 1490nm đã chuẩn bị tín hiệu điện được truyền qua sợi hai chiều. Tại Rx, sau khi phát quang (PD), tín hiệu được khuếch đại và lọc để tái tạo tín hiệu mong muốn. Tín hiệu sau đó được đưa vào máy phân tích phổ và BER để phân tích dữ liệu.
Hình 12 Mô phỏng được thiết lập trong OptiSystem Hình 13 Điều chế bộ điều chế Mach Zehnder tại CS
BẢNG II: CẤU HÌNH PHẦN MỀM Sợi quang
Độ suy giảm = 0,2 dB / km Độ phân tán = 16,75 ps / nm / km
Chiều dài = 2-20 km Bộ khuếch đại sợi pha tạp Erbium
(EDFA)
Chiều dài = 5 m Trình tạo chuỗi ngẫu nhiên giả ngẫu
nhiên (PRBS)
2.5 Gbps (DS/US)
Laser diode Công suất = 10 dBm
Bộ điều chế Mach-Zehnder Tỉ lệ suy hao = 30 dB Máy phát quang Khả năng đáp ứng = 0,9 A / W
Khóa dịch pha (PSK) Tần số = 5 GHz
Bộ lọc thông dải hình chữ nhật 0,75 * Tốc độ bit
Bộ chia hai chiều 1x32
Tại CS, điều chế tại MZM có thể được nhìn thấy trong Hình 4.3. Laser được điều chế bằng tín hiệu RF và được tạo ra ở đầu ra với các mặt tích cực và tiêu cực. Ngoài ra, kỹ thuật điều chế Ghép kênh phụ (SCM) trong đó một số tín hiệu RF được ghép và truyền trên một bước sóng duy nhất, sẽ tạo ra nhiều dải biên ở đầu ra MZM. Do đó, SCM hấp dẫn để cung cấp một số sơ đồ không dây bằng kỹ thuật RoF qua một mạng quang duy nhất.
4.1 KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH MÔ PHỎNG
Dựa trên thiết kế trên, mô phỏng được thực hiện và phân tích kết quả được trình bày. Hiệu suất tương tự quan sát cho cả truyền tải hạ lưu và ngược dòng. Kết quả cũng giống hệt nhau cho 32 ONU. Biểu đồ mắt được vẽ trong Hình 4.4 cho thấy độ mở tín hiệu và nhiễu hệ thống tốt với một số số sóng hài với chiều cao mắt là khoảng 1,2 m a. bạn Để giảm sóng hài, bộ lọc phù hợp sẽ là yếu tố cải tiến chính.
Hình 35 đã đơn giản hóa BER ở độ dài sợi khác nhau từ 2 đến 20 km. Hiệu suất của BER liên quan đến sự tồn tại của tiếng ồn trong hệ thống. Tiếng ồn hệ thống chủ yếu được đóng góp bởi quá trình khuếch đại của EDFA. Tuy nhiên, các thành phần khác cũng có tiếng ồn riêng như tán sắc sợi quang và hiệu ứng Intersymbol Interference (ISI).
Rõ ràng, có thể thấy trong Hình 35 rằng BER tăng khi tăng chiều dài sợi. Tuy nhiên, xem xét trường hợp xấu nhất, ở 20 km BER được quan sát là 10-17, thấp hơn mức 10-10 BER tối thiểu tiêu chuẩn cho công nghệ GPON.
Hình 14 Eye opening at 20 km fiber
Hiệu suất OSNR cho chiều dài sợi khác nhau được hiển thị trong Hình 36. Có thể thấy rằng OSNR có kiểu giảm dọc theo phần mở rộng của chiều dài sợi. OSNR trình bày sự khác biệt giữa biên độ của tín hiệu dữ liệu sóng mang và tín hiệu nhiễu. Để có OSNR cao hơn, công suất nhiễu trong hệ thống phải được kiểm soát chính xác. Trong một số hệ thống quang nhất định, OSNR phải đạt 20 dB. Từ kết quả, ở 20 km,