2.4.1 Ưu điểm
Công nghệ FTTH sử dụng cáp quang nên nó có rất nhiều ưu điểm của hệ thống quang nói chung.
Dung lượng lớn: Các sợi quang có khả năng truyền những lượng lớn thông tin. Với công nghệ hiện nay trên hai sợi quang có thể truyền được đồng thời 60.000 cuộc đàm thoại. Một cáp sợi quang (có đường kính > 2cm) có thể chứa được khoảng 200 sợi quang, dung lượng đường truyền lên tới 6.000.000 cuộc đàm thoại.
Tính cách điện: Cáp sợi quang làm bằng chất điện môi thích hợp không chứa vật dẫn điện và có thể cho phép cách điện hoàn toàn cho nhiều ứng dụng. Nó có thể loại bỏ được nhiễu gây bởi các dòng điện chạy vòng dưới đất hay những trường hợp nguy hiểm gây bởi sự phóng điện trên các đường dây thông tin như sét hay những trục trặc về điện.
Tính bảo mật: Sợi quang cung cấp độ bảo mật thông tin cao. Một sợi quang không thể bị trích để lấy trộm thông tin bằng các phương tiện điện thông thường như sự dẫn điện trên bề mặt hay cảm ứng điện từ, và rất khó trích để lấy thông tin ở dạng tín hiệu quang.
Độ tin cậy cao và dễ bảo dưỡng: Do không chịu ảnh hưởng của hiện tượng fading và do có tuổi thọ cao nên yêu cầu về bảo dưỡng đối với hệ thống quang là ít hơn so với các hệ thống khác.
Tính linh hoạt: Các hệ thống thông tin quang đều khả dụng cho hầu hết các dạng thông tin số liệu, thoại và video. Các hệ thống này đều có thể tương thích với các chuẩn RS.232, RS422, V.35, Ethernet, E1/T1, E2/T2, E3/T3, SONET/SDH, thoại 2/4 dây.
Tính mở rộng: Các hệ thống sợi quang được thiết kế thích hợp có thể dễ dàng được mở rộng khi cần thiết. Một hệ thống dùng cho tốc độ số liệu thấp, ví dụ E1/T1 (2,048 Mbps/1,544 Mbps) có thể được nâng cấp trở thành một hệ thống tốc độ số liệu cao hơn bằng cách thay đổi các thiết bị điện tử. Hệ thống cáp sợi quang có thế vẫn được giữ nguyên như cũ.
Hình 2.4.1. Bảng so sánh tổng quát giữa FTTx với ADSL
Sự tái tạo tín hiệu: Công nghệ ngày nay cho phép thực hiện những đường truyền thông bằng cáp quang dài trên 70 km trước khi cần tái tạo tín hiệu, khoảng cách này còn có thể tăng lên tới 150 km nhờ sử dụng các bộ khuếch đại laser.
Với công nghệ FTTH, nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp tốc độ download lên đến 10 Gbps, nhanh gấp 200 lần so với ADSL 2+. Tốc độ truyền dẫn với ADSL là không cân bằng, có tốc độ tải lên luôn nhỏ hơn tốc độ tải xuống. Còn FTTH cho phép cân bằng, tốc độ tải lên và tải xuống như nhau và cho phép 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 FTTH ≥ 256 Kbps.
2.4.2 Nhược điểm
Mạng quang nói chung và công nghệ FTTH nói riêng có rất nhiều ưu điểm nhưng không tránh khỏi những nhược điểm. Mặc dù sợi quang rất rẻ nhưng chi phí cho lắp đặt, bảo dưỡng, thiết bị đầu cuối lại lớn. Hơn thế nữa, do thiết bị đầu cuối còn khá đắt cho nên không phải lúc nào hệ thống mạng FTTH cũng phù hợp. Đối với những ứng dụng thông thường, không
đòi hỏi băng thông lớn như lướt Web, check mail… thì cáp đồng vẫn được tin dùng. Do đó càng ngày người ta càng cần phải đầu tư nghiên cứu để giảm các chi phí đó.
2.5 Tổng kết chương
Những phân tích trong Chương 2 đưa ra cái nhìn tổng quan về mạng FTTH. Đó là một trong những thị trường vô cùng tiềm năng. Nó đem đến chất lượng tốt hơn đối với không chỉ loại hình dịch vụ truyền thông như thoại, data mà còn cả những dịch vụ mới như Triple-play. Đi sâu tìm hiểu PON và nghiên cứu kỹ các đặc tính kỹ thuật, kiến trúc của mạng GPON.
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG THUÊ BAO FTTH
3.1. Yêu cầu thiết kế
Cần triển khai một kênh FTTH từ nhà cung cấp (OLT) đến người sử dụng (ONU), với khoảng cách từ OLT đến ONU, các tham số kỹ thuật của thiết bị và tốc độ kênh truyền cho trước. Bài toán đặt ra là cần tính toán thiết kế tuyến sao cho hệ thống hoạt động tốt nhất, chi phí lắp đặt nhỏ nhất.
3.2. Mô hình thiết kế
Hình 3.1. Mô hình cơ bản FTTH. Trong đó :
- OLT (Optical Line Terminal): Đây là thiết bị kết cuối kênh quang đặt tại Center Office. Nó là thành phần quan trọng nhất trong hệ thống FTTH, cung cấp các giao diện truy nhập PON cho thiết bị ONU phía người sử dụng và các giao diện khác cho tín hiệu phía uplink.
- Bộ khuếch đại quang:Thiết bị làm tăng công suất quang. - Bộ suy hao quang: Thiết bị làm giảm công suất quang. - Splitter: bộ chia.
- ONU (Optical Network Unit): ONU là thiết bị lắp đặt tại phía khách hàng. Nó là điểm cuối của mạng quang FTTH. ONU có nhiệm vụ chuyển tín hiệu quang từ giao diện PON thành các chuẩn tín hiệu cho các thiết bị mạng, tín hiệu truyền hình, tín hiệu thoại được sử dụng tại thuê bao.
3.3. Các trường hợp cụ thể
Trong phần này, chúng tôi đưa ra một số trường hợp cụ thể để thiết kế tuyến.
3.3.1. Trường hợp có sử dụng khuếch đại quang, khi tuyến có công suất tại đầu thu nhỏ hơn giới hạn công suất thu của thiết bị: hơn giới hạn công suất thu của thiết bị:
Hình 3.2. Mô hình FTTH có Bộ khuếch đại.
3.3.2. Trường hợp có sử dụng suy hao quang, khi tuyến có công suất tại đầu thu vượt ngưỡng giới hạn công suất thu của thiết bị: ngưỡng giới hạn công suất thu của thiết bị:
Hình 3.3. Mô hình FTTH có Bộ suy hao
+/ Tính toán các tham số liên quang và một số bài toán:
Một số công thứctính toán:
Cho một kênh truyền FTTH, giả sử các tham số đặc trưng của của các thiết bị sử dụng được cho như sau:
- Biết:
- Suy hao bộ chia splitter Ls (dB).
- Khoảng cách truyền từ OLT đến ONU: A (km) - Suy hao trên sợi quang ở bước sóng α(dB/km).
- Công suất phát P (dBm) của OLT. Tính công suất thu của ONU ?. - Hoặc cho công suất thu P (dBm) của ONU. Tính công suất phát của
OLT?.
- Giả quyết bài toán:
Tính tổng suy hao trên toàn hệ thống là:
L = A * α + LS (dB). Tính công suất thu của ONU:
PONU_in = POLT_out – L (dBm). Tính công suất phát của OLT:
PONU_out = POLT_in + L (dBm).
3.4. Mô phỏng và đánh giá
Trong phần này, chúng tôi tiến hành mô phỏng một số cấu hình của thuê bao FTTH dựa trên phần mềm mô phỏng OptiSystem. Mục đích của việc mô phỏng là đánh giá chất lượng hệ thống thông qua một số tham số đặc trưng như: Công suất thu tại ONU, tỷ lệ lỗi bit (BER) trên đường truyền Đồng thời phân tích ảnh hưởng của tốc độ dữ liệu và một số thiết bị như Khuếch đại quang, suy hao quang, bộ chia đến chất lượng hệ thống. Từ kết quả mô phỏng, chúng tôi đề xuất các giải pháp để đảm bảo chất lượng dịch vụ.
3.4.1. Giới thiệu về phần mềm mô phỏng
OptiSystem là phần mềm mô phỏng hệ thống thông tin quang. Phần mềm này có khả năng thiết kế, đo kiểm tra và thực hiện tối ưu hóa rất nhiều loại tuyến thông tin quang, dựa trên khả năng mô hình hóa các hệ thống thông tin quang trong thực tế. Bên cạnh đó, phần mềm này cũng có thể dễ dàng mở rộng do người sử dụng có thể đưa thêm các phần tử tự định nghĩa vào.
Phần mềm có giao diện thân thiện, khả năng hiển thị trực quan.
OptiSystem có thể giảm thiểu các yêu cầu thời gian và giảm chi phí liên quan đến thiết kế của các hệ thống quang học, liên kết, và các thành phần. Phần mềm OptiSystem là một sáng tạo, phát triển nhanh chóng, công cụ thiết kế hữu hiệu cho phép người dùng lập kế hoạch, kiểm tra, và mô phỏng gần như tất cả các loại liên kết quang học trong lớp truyền dẫn của một quang phổ rộng của các mạng quang học từ mạng LAN, SAN, MAN tới mạng ultra-long-haul. Nó cung cấp lớp truyền dẫn,thiết kế và quy hoạch hệ thống thông tin quang từ các thành phần tới mức hệ thống.Hội nhập của nó với các sản phẩm Optiwave khác và các công cụ thiết kế của ngành công nghiệp điện tử hàng đầu phần mềm thiết kế tự động góp phần vào OptiSystem đẩy nhanh tiến độ sản phẩm ra thị trường và rút ngắn thời gian hoàn vốn.
- Lợi ích
- Cung cấp cái nhìn toàn cầu vào hiệu năng hệ thống.
- Đánh giá sự nhạy cảm tham số giúp đỡ việc thiết kế chi tiết kỹ thuật. - Trực quan trình bày các tùy chọn thiết kế và dự án khách hàng tiềm năng. - Cung cấp truy cập đơn giản để tập hợp rộng rãi các hệ thống đặc tính dữ liệu.
- Cung cấp các tham số tự động quét và tối ưu hóa. - Tích hợp với họ các sản phẩm Optiwave.
- Ứng dụng
Tạo ra để đáp ứng nhu cầu của các nhà khoa học nghiên cứu, kỹ sư viễn thông quang học, tích hợp hệ thống, sinh viên và một loạt các người dùng khác, OptiSystem đáp ứng các nhu cầu của thị trường lượng tử ánh sáng phát triển mạnh mẽ nhưng vẫn dễ sử dụng công cụ thiết kế hệ thống quang học.
OptiSystem cho phép người dùng lập kế hoạch, kiểm tra, và mô phỏng: - Thiết kế bộ phát, kênh, bộ khuếch đại, và bộ thu thiết kế bản đồ phân tán - Đánh giá BER và penalty của hệ thông với các mô hình bộ thu khác nhau
- Tính toán BER và quĩ công suất tuyến của các hệ thống có sửng dụng khuếch đại quang. - Thay đổi hệ thống tham số BER và tính toán khả năng liên kết “Khi hệ thống quang học trở nên nhiều hơn và phức tạp hơn, các nhà khoa học và kỹ sư ngày càng phải áp dụng các phần mềm kĩ thuật mô phỏng tiên tiến, quan trọng hỗ trợ cho việc thiết kế. Nguồn OptiSystem và linh hoạt tạo điều kiện thuận lợi hiệu quả và hiệu quả trong việc thiết kế nguồn sáng. "
3.4.2. Mô hình mô phỏng
a. Trường hợp không sử dụng thiết bị khuếch đại quang và suy hao quang.
Mô hình 1:sơ đồ thiết kế cơ bản của FTTH( Bộ chia 1:4)
Hình 3.4. Sơ đồ thiết kế cơ bản Giải thích mô hình:
- OLT: được thiết kế gồm những khối như: Photodetector PIN: Bộ thu quang
Bessel Filter, 3R Regeneration: Bộ chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện.
WDM Transmitter: Nguồn phát quang. BER Analyzer: Biểu đồ đo BER.
Sợi quang (Opical Fiber):
o Dùng 2 sợi quang đơn hướng, một sợi truyền hướng lên (upload) và một sợi truyền hướng xuống (download).
Hình 3.6. Hai sợi quang đơn hướng o Chiều dài: OLT Bộ chia: 20Km Bộ chia ONU1: 5 Km Bộ chia ONU2: 15Km Bộ chia ONU3: 1 Km Bộ chia ONU4: 40 Km
- ONU: được thiết kế gồm những khối như: Photodetector PIN: Bộ thu quang
Bessel Filter, 3R Regeneration: Bộ chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện. WDM Transmitter: Nguồn phát quang.
Hình 3.7. Các thiết bị trong bộ thu. Sử dụng bộ chia 1:4 nên có 4 ONU.
Các kết quả mô phỏng:
- Công suất khi đi qua bộ chia 1:4.
Hình 3.8. Công suất tại bộ chia.
Công suất tại ONU = -3dBm.
Suy hao sợi quang = 0.2 x 20 = 4 dB. Suy hao bộ chia = 1.5 x 4 = 6 dB .
công suất thu khi đi qua bộ chia = -3 – 4 – 6 = -13 dBm .
Phần suy hao thừa (-17.397 – (- 13) = - 4.397 (dBm) đây là phần suy hao do các đầu nối của bộ chia và độ nhiễu của sợi quang trong quá trình truyền dẫn dữ liệu).
Hình 3.9. Công suất tại ONU 1 Công suất thu khi đi qua bộ chia = -17.397 dBm.
Suy hao qua sợi quang dài 5 km đi đến ONU 1(suy hao sợi quang là 0.2 dB) = - 18.397 dBm. Đay là công suất thu tại vị trí này là hệ thống hoạt động tốt ưu nhất.
Đo BER tại ONU 1:
Hình 3.10: Đồ thị BER tại ONU1.
Công suất đo được tại ONU 2 là:
Hình 3.11: Công suất đo được tại ONU2. Vì công suất thu khi đi qua bộ chia = -17.397 dBm.
Suy hao qua sợi quang dài 15 km đi đến ONU 2 (suy hao sợi quang là 0.2 dB) = - 20.397 dBm
Hình 3.12. Đồ thị BER tại ONU 2. Công suất đo được tại ONU 3 là:
Hình 3.13. Công suất đo được tại ONU 3. Công suất thu khi đi qua bộ chia = -17.397 dBm;
Suy hao qua sợi quang dài 1 km đi đến ONU 3 (suy hao sợi quang là 0.2 dB) = - 17.597 dBm
Đồ thị BER tai ONU 3:
Công suất đo được tại ONU 4 là:
Hình 3.15. Công suất đo được tại ONU4. Vì công suất thu khi đi qua bộ chia = -17.397 dBm;
Suy hao qua sợi quang dài 40 km đi đến ONU 2 (suy hao sợi quang là 0.2 dB) = - 25.396 dBm
Đồ thị BER tại ONU 4:
Hình 3.16. Đồ thị BER tại ONU 4.
b. Trường hợp sử dụng thiết bị khuếch đại quang:
Mô hình 2: Mô hình tương tự như mô hình 1 nhưng được bổ sung thêm bộ khuếch đại quang tại vị trí trước ONU 4.
Hình 3.17.Mô hình được gắn thêm bộ khuếch đại quang trước ONU 4.
Ta thiết kế một bộ khuếch đại quang (có giá trị là 7 dB) trước khi đến nguồn thu này để hệ thống hoạt động tốt nhất.
Công suất sau khi gắn thêm bộ khuếch đại tại ONU 4 là:
Hình 3.18: Công suất ONU 4.
(Sự chênh lệch kết quả đo so với ONU 1(chuẩn, lý tưởng) là suy hao do các đầu nối của bộ khuếch đại.)
Hinh 3.19: Đồ thị BER sau khi gắn thêm bộ khuếch đại ở ONU 4. Bảng so sánh kết quả của đồ thị BER tại 2 đầu thu ONU1 , ONU4:
ONU 1 ONU 4
Hệ số Q 23.9351 23.3874
Hệ số BER nhỏ nhất 6.60453xE -127 2.86803xE -121
Bảng 3.20. So sánh tham số đồ thị BER giữa ONU 1 và ONU 4
kết luận: Sau khi lắp đặt bộ khuếch đại quang trên, ta có công suất thu được tại ONU 4 thỏa mãn để hệ thống hoạt động tốt. Tuy nhiên dựa vào bảng 1 cho thấy hệ số Q (hệ số chất lượng) và hệ số BER nhỏ nhất của ONU 4 thấp hơn ONU 1 .
c. Trường hợp sử dụng thiết bị suy hao quang:
Mô hình 3: Mô hình tương tự như mô hình 1 nhưng được bổ sung thêm bộ suy hao quang tại ONU 3.
Mô hình 3.21. Đã được gắn thêm bộ khuếch đại ở ONU 4.
Ta thiết kế một bộ suy hao quang (có giá trị là 1 dB) trước khi đến nguồn thu ONU 3 này để hệ thống thu tại đây hoạt động tốt nhất.
Công suất sau khi gắn thêm bộ suy hao quanh tại ONU 3 là:
Hình 3.22. Công suất tại ONU 3.
Đồ thị BER tại ONU 3 sau khi gắn thêm bộ suy hao:
Hinh 3.23. Đồ thị BER sau khi gắn thêm bộ suy hao tai ONU 3. Bảng so sánh kết quả của đồ thị BER tại 2 đầu thu ONU1 , ONU 3:
ONU 1 ONU 3
Hệ số Q 23.9351 22.8586
Hệ số BER nhỏ nhất 6.60453xE -127 26.00659xE-116
Bảng 3.24. So sánh tham số đồ thị BER giữa ONU 1 và ONU 3.
Kết luận: Sau khi lắp đặt bộ suy hao quang, ta có công suất thu được tại ONU 3 thỏa mãn để hệ thống tại đầu thu nàyhoạt động tốt nhất. Tuy nhiên,dựa vào bảng 3.24 trên cho thấy, hệ số Q (hệ số chất lượng) và hệ số BER của ONU 3 thấp hơn ONU 1 .
3.5. Tổng kết chương
Trong chương 3 này ta giới thiệu về phần mềm mô phỏng cũng như các mô hình của dịch vụ FTTH.Sau đó, đã đưa ra được những trường hợp cụ thể để thiết kế tuyến FTTH khác nhau chạy với những thiết bị khác nhau để so sánh và đánh giá kết quả nhằm rút ra được những hạn chế, tối ưu để thiết lập hệ thống này tốt hơn trên thực tế.