Trên thực tế, các nhà cung cấp dịch vụ vẫn áp dụng khoảng cách truyền dẫn tối đa cho mạng phân phối quang (từ OLT đến ONT) tối đa là 20 Km và tỉ lệ chia splitter nhƣ chuẩn qui định nhƣng hầu nhƣ không áp dụng một tầng phân chia splitter vì lí do lƣợng phân bố dân cƣ dùng FTTH hiện nay chƣa cao, nên không thể phân bố tập trung đƣợc. Thay vào đó, thƣờng là chia ra hai tầng splitter nhƣ hình minh họa dƣới đây để phân bố:
CHƢƠNG III: BÀI TOÁN THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ GPON
Hình 3.2: Mô hình kiến trúc 2 tầng splitter
Nhƣ vậy, giả sử nhƣ chúng ta chọn tỉ lệ phân chia splitter là 1:64, thay vì chọn một tầng splitter (chỉ có một splitter 1:64) thì ở đây ta chọn phƣơng án dùng hai tầng splitter loại 1:16 và loại 1:4 để phân phối. Chính điều này nảy sinh một vấn đề mới trong thiết kế thực tế là suy hao của mạng phân phối sẽ tăng lên và có khả năng không triển khai đƣợc.
Nhƣ vậy, trong bài toán này ta sẽ chọn phƣơng án thiết kế 2 tầng splitter với các thông số và tính toán lý thuyết nhƣ sau:
Thông số đầu vào
- Số tầng splitter
- Công suất phát hƣớng xuống: Pd(dBm) từ OLT - Công suất phát hƣớng lên: Pu (dBm) tƣ̀ ONT - Suy hao của splitter: As (dB)
- Suy hao của connector: Ac (dB) - Suy hao của sợi quang: Ao (dB/Km)
- Chiều dài ODN: L=20 Km
- Độ nhạy của ONT: Sont (dBm)
- Độ nhạy của OLT: Solt(dBm)
- Margin dƣ̣ phòng cho hê ̣ thống: Am (dB) Thông số đầu ra
- Công suất thu đƣợc tại ONT: Pont (dBm) - Công suất thu đƣơ ̣c ta ̣i OLT: Polt (dBm)
- Kết luận về tính khả thi: triển khai đƣợc hay không
OLT Splitter 1:4 Splitter 1:16 Splitter 1:16 Splitter 1:16 Splitter 1:16 ONT Đến 16 ONT tối đa 20 Km 1310 nm 1490 nm
- Nếu không, đƣa ra mô hình khuyến nghị với bộ khuếch đại sau đầu phát với độ lợi G.
Lý thuyết tính toán(mô hình kết nối dƣ̣a trên hình 3.3)
Hình 3.3: Liên kết vâ ̣t lí tƣ̀ OLT đến ONT
Công suất nhận đƣợc ở ONT: Pont = Pd – As – Ac – Ao1 – Am (3.1) Công suất nhâ ̣n đƣợc ở OLT : Polt = Pu – As – Ac – Ao2– Am (3.2)
Trong đó :
Ac là tính tổng suy hao của các conector. Ở đây sẽ chọn 4 loại connector điển hình thƣờng đƣợc dùng trong thiết kế là : ST, MPO, FDDI, MTRJ. Suy hao của các loa ̣i sẽ đƣơ ̣c liê ̣t kê trong bảng bên dƣới:
Loại Connector Suy hao
ST 0,3 dB
MPO 0,35 dB
FDDI 0.5 dB
CHƢƠNG III: BÀI TOÁN THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ GPON
Ao1 = α1 x L (với α1 là hệ số suy hao của sợi quang ở hƣớng xuống)
Ao2 = α2 x L (với α2 là hệ số suy hao của sợi quang ở hƣớng lên)
Vì bƣớc sóng hƣớng xuống là 1490nm và bƣớc sóng hƣớng lên là 1310nm nên suy hao của của sợi quang ở hƣớng lên và hƣớng xuống cũng khác nhau.
Dƣ̣a vào ITU-T G.652 và đồ thị suy hao của sợi quang dƣới đây ta có suy hao của bƣớc sóng hƣớng xuống 1490nm là α1 = 0,35dB/Km; bƣớ c sóng hƣớng lên 1310nm có suy hao α2 = 0,5dB/Km.
Bảng 3.3: Tiêu chuẩn ITU-T G.652 về suy hao sơ ̣i quang
Hình 3.4: Các vùng suy hao của sợi quang
Ở đây, suy hao tổng cộng của mô ̣tsplitter đƣợc tính theo công thức: 10log(N), mă ̣t khác còn có các loại suy hao khác nhƣ suy hao xen , suy hao vƣợt mức, suy hao do phản hồi, suy hao do phân cƣ̣c (PDL)…. Trong đó, hai loại suy hao ảnh hƣởng đáng kể nhất của splitter là suy hao xen và suy hao phân cực .
Tuy nhiên, để phù hợp với thực tế ở đây ta sẽ c họn thiết kế trên Splitter loại PLC của hãng LinkStar. Loại này thƣờng đƣợc ứng dụng trong FTT H nói chung và PON nói riêng.
Bảng 3.4: Thông số splitter PLC
Amlà suy hao dự phòng cho hệ thống (Margin) gồm có Margin cho sợi quang và Margin cho thiết bi ̣. Ở đây ta chọn giá trị Am= 4dB dƣ̣a vào ITU-T G.709 (qui đi ̣nh các thông số cho ma ̣ng truyền tải quang).
Nếu công suất nhận đƣơ ̣c ở ONT hay OLT nhỏ hơn đô ̣ nha ̣y của thiết bi ̣ thì chúng ta không thể triển khai đƣơ ̣c , phải cần có bộ khuếch đại đặt sau hƣớng phát nhằm bù lại công suất bị thiếu. Ở đây có một vấn đề phát sinh là sẽ dùng bộ khuếch đại loại nào . Có hai loa ̣i bô ̣ khuếch đa ̣i đƣợc dùng nhiều nhất hiê ̣n nay là khuếch đa ̣i quang sợi (OFA- Optical Fiber Amplifier) và khuếch đại quang bán dẫn (SOA-Optical Semiconductor Amplifier).
Tuy nhiên, loại khuếch đại quang sợi có nhiều loại (tùy theo loại đất hiếm đƣợc pha bên trong vùng khuếch đa ̣i ) nhƣng mỗi loa ̣i la ̣i có vùng bƣớ c sóng khuếch đa ̣i qui đi ̣nh.
CHƢƠNG III: BÀI TOÁN THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ GPON
Loại OFA Vùng bƣớc sóng khuếch đại
EDFA
(Erbium-Doped Fiber Amplifier)
1530nm – 1565nm
PDFA
(Praseodymium-Doped FiberAmplifie)
1280nm – 1340nm
TDFA
(Thulium-Doped Fiber Amplifier)
1440nm -1520nm
NDFA
(Neodymium-Doped Fiber Amplifier)
900nm, 1065nm hoặc 1400nm
Bảng 3.5: Vùng bƣớc sóng khuếch đại của OFA
Nhƣ vâ ̣y, nếu dùng OFA để khuếch đa ̣i thì phải dùng loa ̣i TDFA cho hƣớng xuống (bƣớ c sóng 1490nm) và loại PDFA cho hƣớng lên (1310nm). Tuy nhiên, 2 loại này hầu nhƣ chƣa đƣơ ̣c dùng trong các hệ thống mạng truyền dẫn quang , chỉ có loại EDFA đƣợc chuẩn hóa và dùng rô ̣ng rãi ,nhƣng loa ̣i này không đáp ƣ́ng đƣợc cho bài toán thiết kế này.
Bài toán sẽ dùng loại SOA để khuếch đại cho cả 2 hƣớng lên hoă ̣c hƣớng xu ống hoă ̣c cho cả 2 hƣớng, tùy theo trƣờng hợp . Vì SOA có vùng bƣớc sóng khuếch đại rất rô ̣ng. Cụ thể ở đây sẽ dùng b ộ khuếch đại SOA loại SAO 11p của hãng Alphion để thiết kế với vùng bƣớc sóng đƣợc khuế ch đa ̣i tƣ̀ 1000nm đến 1600nm, với đô ̣ lợi nằm trong khoảng từ 5-30dB và công suất ngõ ra bão hòa Psat = 12dBm.
CHƢƠNG IV: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ BÀI TOÁN THIẾT KẾ
Trong Chƣơng 3 đã phân tích cơ sở lý thuyết cũng nhƣ các thông số tham chiếu để thiết kế 2 bài toán thực tế . Trong chƣơng này , sẽ phân tích các kết quả cũng nhƣ nêu điểm ha ̣n chế mà chƣơng trình thiết kế chƣa triển khai đƣợc để làm tiền đề cho hƣớng nghiên cƣ́u mở rô ̣ng.
4.1. Phân tích bài toán “Tính khả năng phục vụ của OLT”
Để mô phỏng cho bài toán thƣ́ nhất , bài báo cáo sẽ dùng chƣơng trình Matlab làm chƣơng trình hỗ trợ giao diện và tính toán.
Bài báo cáo sẽ dũng loại OLT của hãng Alcatel có số hiệu P -OLT 7432 để làm cơ sở mô phỏng với các thông số nhƣ sau:
Số card hƣớng xuống max: 14 card Số port trên 1 card: 4 port
Có 3 loại tỉ lệ chia sẽ đƣợc chọn dùng ở đây : 1:32; 1:64 và 1:128 cho mô phỏng tƣơng ƣ́ng với 3 mƣ́c tốc đô ̣ mà nhà cung cấp di ̣ch vu ̣ có thể đƣa ra.
Với 3 tỉ lệ chia ấy , ứng với mỗi tỉ lệ chia sẽ dùng 4 card để cung cấp , nhƣ vâ ̣y sẽ có 4 x 3 = 12 card dùng cung cấp di ̣ch vu ̣ và còn la ̣i 2 card cho vấn đề dƣ̣ phòng nhƣ đã nói ở Chƣơng 3.
CHƢƠNG IV: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ BÀI TOÁN THIẾT KẾ Hình 4.1: P-OLT 7432 Alarm Control Unit Card 2 Card kết nối mạng lõi P-OLT 7432 Card hƣớng xuống
Card hƣớng xuống P-OLT 7432
Với tỉ lê ̣ splitter 1:32
Thông số đầu vào:
Số card: C = 4
Số port trên 1 card: P = 4
Tỉ lệ chia: N = 32
Tốc độ hướng xuống: V = 2,5 Gb/s
Thông số đầu ra:
::: Số thuê bao tối đa = C x P x N = 4 x 4 x 32 = 512 thuê bao
::: Tốc độ tối đa cho mỗi thuê bao là: (vx1000)/N = 78,125 Mb/s
::: Số splitter 1:32 cần thiết = C x P = 16 splitter
Dƣ̣a theo phân tích ở chƣơng 3, nhà cung cấp dịch vụ nếu dùng số card nhƣ trên và tỉ lệ chia là 1:32 thì hoàn toàn có thể cung cấp dịch vụ Triple-play cho 512 thuê bao.
CHƢƠNG IV: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ BÀI TOÁN THIẾT KẾ
Với tỉ lê ̣ splitter1 :64
Tƣơng tƣ̣ nhƣ trên, đối với tỉ lê ̣ 1:64 ta có:
Thông số đầu vào:
Số card : C = 4
Số port trên 1 card : P = 4
Tỉ lệ chia : N = 64
Tốc độ hướng xuống : V = 2,5 Gb/s
Thông số đầu ra:
::: Số thuê bao tối đa = C x P x N = 4 x 4 x 64 = 1024 thuê bao.
::: Tốc độ tối đa cho mỗi thuê bao là : (vx1000)/N = 39,0625 Mb/s.
::: Số splitter 1:64 cần thiết = C x P = 16 splitter.
Với kết quả nhƣ trên , nhà cung cấp dịch vụ có thế dùng 16 splitter với tỉ lê ̣ chia 1:64 cung cấp cho 1024 thuê bao vớ i tốc đô ̣ tối đa cho mỗi thuê bao là 39 Mb/s.
Với tỉ lê ̣ splitter 1:128
Với tỉ lê ̣ chia 1:128, đây là tỉ lê ̣ chia lớn nhất đƣợc khuyến cáo bởi ITU -T cho GPON, cũng đồng nghĩa rằng đây là mức tốc độ thấp nhất m à GPON có thể cung cấp cho một thuê bao.
Thông số đầu vào:
Số card : C = 4
Số port trên 1 card : P = 4
Tỉ lệ chia : N = 128
Tốc độ hướng xuống : V = 2,5 Gb/s
Thông số đầu ra:
::: Số thuê bao tối đa = C x P x N = 4 x 4 x 128 = 2048 thuê bao
::: Tốc độ tối đa cho mỗi thuê bao là : (vx1000)/N = 19,5313 Mb/s
::: Số splitter 1:128cần thiết = C x P = 16 splitter
Dƣ̣a trên kết quả mô phỏng , với tỉ lê ̣ chia lớn nhất là 1:128, GPON có thể cung cấp tốc đô ̣ nhỏ nhất cho mỗi thuê bao là 19,5 Mb/s.
Tóm lại, tùy theo tỉ lệ chia của Splitter mà nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp các gói tốc độ khác nhau . Ở đây, bài báo cáo dùng tốc độ 2,5Gb/s cho cả hƣớng xuống và hƣớng lên nên khi nói đến tốc độ của mỗi thu ê bao là nói đến t ốc độ của 2 hƣớng
CHƢƠNG IV: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ BÀI TOÁN THIẾT KẾ
nay cho thấy rằng : nhà cung cấp dịch vụ đƣa ra các gói tốc đô ̣ và khách hàng cho ̣n lƣ̣a gói tốc độ phù hợp chứ không có hƣớng ngƣợc lại là khách hàng yêu cầu gói tốc độ và nhà cung cấp dịch vụ thiết kế để cung cấp.
Tuy nhiên , mang tầm vĩ mô thì bài toán thiết kế còn phải quan tâm đến vấn đề cung cấp băng thông cho thuê bao mô ̣t cách linh hoa ̣t , có nhƣ vậy thì mới có thể biến FTTH nói chung và GPON nói riêng làm công nghê ̣ truyền dẫn chính trong tƣơng lai đƣơ ̣c.
4.2. Phân tích bài toán “Tính khả thi và mô hình khuyến nghi ̣”
Nhƣ đã phân tích ở Chƣơng 3, ở đây bài báo cáo sẽ tha y đổi 3 thông số chính của mô ̣t kết nối tƣ̀ OLT đến ONT: công suất phát, khoảng cách và tỉ lệ chia của splitter . Các thông số khác nhƣ loa ̣i connector , loại splitter không phân tích ở đây vì các loại này có thể thay đổi dễ dàng . Về số tầng splitter , vẫn giƣ̃ nguyên là 2 tầng cho thiết kế , vì thực tế các nhà cung cấp di ̣ch vu ̣ thƣờng không dùng lớn hơn con số này.
Thông số của các thiết bi ̣ splitter , connector, suy hao của sợi quang đƣợc nói rõ ở Chƣơng 3. (Hình 3.3)
Tƣ̀ thông số trên của splitter , bài báo cáo xây dựng bảng suy với 2 tầng splitter nhƣ sau:
Tổng tỉ lê ̣ chia Suy hao (dB)
128 24,7 96 23.6 72 22.7 64 21 48 20,5 32 17,5 24 16,8 16 14,6 12 13,8 8 11,2 4 7.9
Về đô ̣ nha ̣y của ONT và OLT bài báo cáo tham khảo bảng IV .1/G.984.2 ITU- T.Theo bảng này thì OLT và ONT có độ nhạy -34 dBm vớ i đô ̣ chính xác là ± 3dB. Nhƣng trên thƣ̣c tế , các nhà cung cấp dịch vụ thƣờng sử dụng thiết b ị OLT và ONT có đô ̣ nha ̣y -29dBm. Và công suất phát nhƣ đã nói ở mục 2.3 của Chƣơng 2, phụ thuộc vào suy hao cùa ODN.
Bảng 4.2: Thông số khuyến nghi ̣ của ONT và OLT 4.2.1 Phân tích 1: Ảnh hưởng của tỉ lê ̣ chia
Trong trƣờng hợp này , bài toán sẽ thử thay đổi tỉ lệ chia trong khi giữ nguyên công suất phát và khoảng cách nhằm đánh giá sƣ̣ ảnh hƣởng của thông s ố nà y lên hê ̣ thống nhƣ thế nào với các thông số nhâ ̣p vào nhƣ sau:
::: Các thông số đầu vào:
Công suất phát ta ̣i OLT: 9 dBm Công suất phát ta ̣i ONT: 8 dBm Khoảng cách từ OLT đến ONT: 20 Km Dô ̣ nhạy bộ thu OLT và ONT : -29 dBm
Loại connector : ST
Loại splitter : PLC
CHƢƠNG IV: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ BÀI TOÁN THIẾT KẾ
Suy hao của sợi quang: - Hƣớ ng xuống: Ao1 = 20 x α1=0,35 x 20=7 dB - Hƣớ ng lên: Ao2 = 20 x α2 = 0,5 = 10 dB Tổng suy hao của ODN:
Hƣớng xuống: AODNdown = As+Ao1+Ac+Am= 24,7+7+1,5+3 = 36,2 dB Hƣớng lên: AODNup = As+Ao2+Ac+Am= 24,7+7+1,5+3 = 39,2 dB Dƣ̣a vào công thƣ́c 3.1 và 3.2, ta có:
Công suất thu đƣơ ̣c ở ONT: Pont = Pd – AODNdown = 9 – 36,2 = -27,2 dBm Công suất thu đƣơ ̣c ở OLT: Polt = Pu– AODNup = 8 – 39,2 = -31,2 dBm
Nhƣ vâ ̣y, ở đây bài toán dùng công suất phát lớn nhất cho hƣớng xuống và hƣớng lên, khoảng cách lớn nhất và tỉ lệ chia lớn nhất . Kết quả cho thấy, công suất phát hƣớng lên dù lớn nhất vẫn bị thiếu 2,2dBm và đƣợc khuyến nghi ̣ dùng Mô hình 2 (dùng bộ khuếch đa ̣i sau sau đầu phát ONT).
Để xét tính ảnh hƣởng của tỉ lê ̣ chia lên tính khả thi (không dùng bô ̣ khuếch đa ̣i cho hê ̣ thống ) bài thiết kế giảm tỉ lê ̣ chia xuống với cá c tỉ lê ̣ nhỏ hơn nhƣ 1:96; 1:72; 1:64
Và với tỉ lệ chia 1:64 thì công suất thu cho cả 2 hƣớng đề thỏa mãn lớn hơn đô ̣ nhạy, nghĩa là không cần dùng bộ khuếch đại.
Hình 4.3: Mô hình khả thi
CHƢƠNG IV: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ BÀI TOÁN THIẾT KẾ
4.2.2 Phân tích 2: Ảnh hưởng của khoảng cách từ OLT đến ONT
Bài báo cáo lấy trƣờng hợ p của phân tích 1 nhƣ trên , trƣờng hợp tỉ lê ̣ chia là 1:128, công suất phát hƣớng lên d ù lớn nhất vẫn bị thiếu 2,2dBm và đƣơ ̣c khuyến nghi ̣ dùng Mô hình 2 (dùng bộ khuếch đại sau sau đầu phát ONT ). Nhƣ vâ ̣y, muốn dùng tỉ lê ̣ chia này mà không cần dùng bô ̣ khuếch đa ̣i thì phải giảm khoảng cách tƣ̀ OLT và ONT vì công suất phát cho cả 2 hƣớng là lớn nhất và không thể tăng lên thêm . Ở đây, với khoảng cách là 15 Km thì công suất nhâ ̣n đƣợc ở bô ̣ thu OLT và ONT đề lớn hơn độ nhạy nhƣ hình minh họa mô tả.
Nhƣ vâ ̣y với khoảng cách này, nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp
4 x 4 x 128 = 2048 thuê bao vớ i tốc đô ̣ 2 hƣớng là 19,5 Mb/s (nhƣ đã phân tích ở mục 4.1).
4.2.3 Phân tích 3: Sự ảnh hưởng của công suất phát lên mô hình triển khai
Trong Phân tích 1, bài báo cáo đã cho thấy rằng , vớ i tỉ lê ̣ chia splitter 1:64 và khoảng cách 20Km thì thiết kế khả thi mà không cần dùng bô ̣ khuếch đa ̣i . Tuy nhiên, đó là với công suất phát hai đầu là cƣ̣c đa ̣i . Bây giờ nếu trong trƣờng hợp khả thi của phân tích 1 với khoảng cách OLT đến ONT là 20Km và tỉ lê ̣ chia là 1:64 nhƣng giảm công suất phát xuống 1 mƣ́c nào đó thì bộ thu ở OLT và ONT đều không thu đƣợc mƣ́c tín hiệu nhỏ hơn độ nhạy nhƣ trong hình bên dƣới minh họa.
Tƣ̀ kết quả này có thể thấy rằng vớ i mô ̣t tỉ lê ̣ chia nhất đi ̣nh, mô ̣t khoảng cách nhất đi ̣nh thì mô hình khả thi (không cần dùng bô ̣ khu ếch đại ) với mô ̣t ngƣỡng công suất phát. Nhƣ trong trƣờng hợp này , công suất phát ta ̣i O LT không thể bé hơn 3,5 dBm và công suất phát ta ̣i ONT không thể bé hơn 6,5 dBm.
CHƢƠNG IV: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ BÀI TOÁN THIẾT KẾ