ỨNG DỤNG OFDM TRONG MẠNG TRUY NHẬP QUANG THẾ HỆ SAU

Đề tài tốt nghiệp là “Ứng dụng OFDM vào mạng truy nhập quang thế hệ sau”. Nội dung đồ án tốt nghiệp bao gồm 4 chương như sau: Chương 1: Tổng quan về mạng truy nhập quang Chương 2: Mạng truy nhập quang thế hệ sau Chương 3: Kỹ thuật OFDM Chương 4: Ứng dụng OFDM trong mạng truy nhập quang thế hệ sau

Trang 1

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA VIỄN THÔNG I

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Người hướng dẫn : TS NGUYỄN ĐỨC NHÂN

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN TIẾN HIỆP

Lớp : D08-VT1 Khoá : 2008 - 2013

Hệ : ĐHCQ

Hà Nội, tháng 12 /2012

Trang 2

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA VIỄN THÔNG I

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Người hướng dẫn : TS NGUYỄN ĐỨC NHÂN

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN TIẾN HIỆP

Lớp : D08-VT1 Khoá : 2008 - 2013

Hệ : ĐHCQ

Trang 3

Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời nói đầu

LỜI NÓI ĐẦU

Xã hội ngày càng phát triển với sự lớn mạnh không ngừng của các tổ chức kinh tế như: ngân hàng, công ty, doanh nghiệp, tổ chức,… cùng với sự phát triển nhanh chóng của các khu vực kinh tế như: khu công nghiệp, khu thương mại, các chung cư cao tầng,…

đã tạo ra nhu cầu vô cùng lớn trong việc sử dụng các dịch vụ về thoại, dữ liệu và hình ảnh Ngoài ra, các ứng dụng trên Internet ngày càng phong phú và phát triển với tốc độ nhanh như các dịch vụ thanh toán trực tuyến, game online, các dịch vụ từ xa,… Đặc biệt nhu cầu về các loại dịch vụ tích hợp thoại, hình ảnh và dữ liệu ngày càng gia tăng Sự phát triển của các loại hình dịch vụ mới đòi hỏi hạ tầng mạng truy nhập phải đáp ứng các yêu cầu về băng thông rộng, tốc độ truy nhập cao Công nghệ truy nhập với phương tiện

là cáp đồng xDSL tuy đã được triển khai rộng rãi nhưng hạn chế về tốc độ và cự ly truyền dẫn không đáp ứng được yêu cầu dịch vụ trong tương lai Vì vậy, việc nghiên cứu các xu hướng cũng như kỹ thuật về các mạng truy nhập quang trong tương lai là vấn đề cấp thiết hiện nay nhằm đưa ra các tiêu chí xây dựng hạ tầng mạng truy nhập đáp ứng yêu cầu về băng thông và tốc độ cao của các loại hình dịch vụ mới

Đồ án tiếp cận một kỹ thuật ghép kênh theo tần số tiên tiến để điều chế tín hiệu trong miền điện trước khi đưa vào kênh truyền quang để truyền đi Đó là kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM Đây là kỹ thuật ghép kênh cho phép sử dụng hiệu quả phổ tần số, có thể giải quyết vấn đề tán sắc do kênh truyền quang gây ra Tán sắc là hiện tượng gây ra giãn xung tín hiệu khi truyền qua kênh truyền quang làm giảm đáng kể chất lượng truyền dẫn tín hiệu quang Kỹ thuật OFDM với đặc trưng là các sóng mang con trực giao sẽ làm giảm thiểu tối đa ảnh hưởng của hiện tượng tán sắc lên kênh truyền Mục tiêu của đề tài là tìm hiểu sự kết hợp những ưu điểm của kỹ thuật OFDM và

mạng truy nhập quang thế hệ sau Chính vì thế, em lựa chọn đề tài tốt nghiệp là “Ứng dụng OFDM vào mạng truy nhập quang thế hệ sau”

Nội dung đồ án tốt nghiệp bao gồm 4 chương như sau:

Chương 1: Tổng quan về mạng truy nhập quang

Chương này sẽ đưa ra cái nhìn khái quát về cấu hình, các thành phần của mạng truy nhập và hình dung chung về các kiểu mạng truy nhập FTTx

Chương 2: Mạng truy nhập quang thế hệ sau

Chương này sẽ trình bày các yêu cầu về mạng truy nhập quang thế hệ sau và giới thiệu một vài phương pháp kỹ thuật mới sẽ được áp dụng cho các mạng này

Trang 4

Chương 3: Kỹ thuật OFDM

Chương này sẽ cung cấp một cách tổng quan về kỹ thuật OFDM cũng như xu hướng ứng dụng của kỹ thuật này vào mạng truy nhập quang

Chương 4: Ứng dụng OFDM trong mạng truy nhập quang thế hệ sau

Chương này sẽ đưa ra một hệ thống OFDM-PON trong thực tế với sự giúp đỡ của phần mềm mô phỏng optisysem và đánh giá ảnh hưởng của tốc độ bit cũng như khoảng cách truyền dẫn lên hệ thống

Mặc dù đã rất cố gắng để hoàn thành tốt nhưng do vẫn còn hạn chế về kỹ năng, kiến thức chuyên môn cũng như thực tế nên chắc chắn đồ án của em vẫn còn nhiều thiếu sót Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của thầy, cô để đồ án của em được tốt hơn

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Tiến Hiệp

Trang 5

Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời cảm ơn

LỜI CẢM ƠN

Lời cảm ơn đầu tiên em xin được gửi đến các thầy cô tại khoa Viễn Thông I cũng như ở trường Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông đã dạy dỗ em trong suốt những năm tháng học tập tại Học Viện, cung cấp những kiến thức nền tảng vô cùng quan trọng Đặc biệt, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến thầy giáo – TS Nguyễn Đức Nhân, người đã trực tiếp hướng dẫn, cung cấp các kiến thức và tài liệu cần thiết, giúp đỡ

và chỉ dạy tận tình để em có thể hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này

Xin gửi lời cảm ơn tới những người bạn tuyệt vời, những thành viên của nhóm ProTeam – lớp D08VT1 đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình tìm hiểu và hoàn thành

đồ án này

Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến những người thân trong gia đình em, đặc biệt là Mẹ em, vì trong thời gian qua Mẹ đã luôn động viên, tạo mọi điều kiện sinh hoạt tốt nhất giúp con hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Tiến Hiệp

Trang 6

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG 1

1.1 Cấu hình và các thành phần mạng 1

1.1.1 Cấu hình mạng truy nhập quang 1

1.1.2 Các thành phần của mạng truy nhập quang 2

1.2 Các kiểu mạng truy nhập quang 5

1.2.1 FTTH/O 6

1.2.2 FTTB 7

1.2.3 FTTC 8

1.2.4 FTTCab/N 8

1.3 Xu thế phát triển của mạng truy nhập quang 9

1.4 Kết luận 12

CHƯƠNG II: MẠNG TRUY NHẬP QUANG THẾ HỆ SAU 13

2.1 Yêu cầu của mạng truy nhập quang thế hệ sau 13

2.2 Xu hướng phát triển của mạng truy nhập quang giai đoạn sau 14

2.2.1 Giới thiệu chung 14

2.2.2 Mạng toàn quang 15

2.2.3 Mạng truy nhập quang 17

2.3 Một số kỹ thuật mới được áp dụng cho mạng truy nhập 21

2.3.1 TDM-PON 21

2.3.2 WDM-PON 22

2.3.3 CDM 24

2.3.4 OFDM-PON 26

2.4 Kết luận 26

CHƯƠNG III: KỸ THUẬT OFDM 27

3.1 Tổng quan về OFDM 27

3.1.1 Các nguyên lý cơ bản của OFDM 27

Trang 7

Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục

3.1.2 Mô hình hệ thống truyền dẫn OFDM 29

3.1.3 Các thông số đặc trưng của hệ thống OFDM 31

3.1.4 Các kỹ thuật điều chế trong OFDM 34

3.1.5 Ưu nhược điểm của OFDM 38

3.2 Xu hướng ứng dụng kỹ thuật OFDM vào trong mạng truy nhập quang 39

3.2.1 OFDM trong hệ thống RoF 39

3.2.2 OFDM trong mạng quang thụ động 42

3.3 Kết luận 43

CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG OFDM TRONG MẠNG TRUY NHẬP QUANG THẾ HỆ SAU 44

4.1 Kiến trúc một mạng truy nhập quang sử dụng OFDM 44

4.1.1 Máy phát 44

4.1.2 Máy thu 44

4.2 Các kỹ thuật được thực hiện tại các phần tử trên mạng 46

4.2.1 Khối điều chế và giải điều chế tín hiệu OFDM 46

4.2.2 Bộ phát quang 52

4.2.3 Bộ thu quang 54

4.2.4 Bộ khuếch đại quang 56

4.3 Mô phỏng và kết quả 57

4.3.1 Xây dựng mô hình mô phỏng 57

4.3.2 Kết quả mô phỏng 60

4.4 Kết luận 67

KẾT LUẬN CHUNG 68

HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỒ ÁN 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

Trang 8

DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ

Bảng 1.1: So sánh các giải pháp mạng PON 10

Bảng 1.2: So sánh giữa AON và PON 10

Bảng 3.1: Các kỹ thuật điều chế trong OFDM 34

Bảng 3.2: Các vecto ở không gian tín hiệu của QPSK 37

Hình 1.1: Cấu hình tham chiếu của mạng truy nhập quang 1

Hình 1.2: Cấu trúc cơ bản khối phân phối quang FTTH 4

Hình 1.3: Cấu hình mạng truy nhập quang 5

Hình 1.4: Cấu trúc mạng truy nhập FTTH 6

Hình 1.5: Cấu trúc mạng truy nhập FTTB 7

Hình 2.1: Ví dụ về mạng FTTx 19

Hình 2.2: Kiến trúc mạng TDM-PON 22

Hình 2.3: Kiến trúc mạng WDM-PON 23

Hình 2.4: OCDM-PON với bộ chia công suất đặt tại node điều khiển 25

Hình 2.5: Cấu hình của hệ thống OCDM-PON với bộ chia công suất tại node điều khiển 25

Hình 3.1: So sánh kỹ thuật FDM và OFDM 28

Hình 3.2: Sơ đồ hệ thống truyền dẫn OFDM 30

Hình 3.3: Cấu trúc tín hiệu OFDM 31

Hình 3.4: Nguyên lý chèn CP 32

Hình 3.5: Biểu đồ tín hiệu QPSK 37

Hình 3.6: Ví dụ một hệ thống RoF 40

Hình 3.7: Ví dụ về việc truyền dẫn ở đường xuống 40

Hình 3.8: Cải thiện vùng phủ sóng WIMAX thông qua việc triển khai các RAU 41

Hình 3.9: Một mạng quang thụ động 42

Hình 4.1: Kiến trúc một mạng truy nhập quang sử dụng OFDM 45

Hình 4.2: Khối điều chế tín hiệu OFDM phía phát 46

Hình 4.3: Khối giải điều chế tín hiệu OFDM phía thu 46

Hình 4.4: Không gian tín hiệu M-QAM với M=4 47

Trang 9

Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục bảng biểu, hình vẽ

Hình 4.5: Chùm tín hiệu 16-QAM 48

Hình 4.6: Chùm tín hiệu M-QAM 48

Hình 4.7: Sơ đồ bộ điều chế QAM 49

Hình 4.8: Nguyên lý bộ điều chế 16-QAM 49

Hình 4.9: Sơ đồ bộ giải điều chế QAM 50

Hình 4.10: Bộ IFFT và FFT 50

Hình 4.11: Cấu trúc bộ phát quang 52

Hình 4.12: Cấu trúc bộ điều chế quang Mach-Zenhder 53

Hình 4.13: Cấu trúc bộ thu quang 54

Hình 4.14: Tách sóng coherent homodyne 55

Hình 4.15: Cấu trúc bộ khuếch đại EDFA 57

Hình 4.16: Sơ đồ nguyên lý hệ thống OFDM trong mạng PON 59

Hình 4.17: Bộ Data User 1 60

Hình 4.18: Bộ Subsystem_1 60

Hình 4.19: Bộ Coherent Detection 60

Hình 4.20: Chòm sao tín hiệu phát 61

Hình 4.21: Chòm sao tín hiệu phía thu 61

Hình 4.22: Biểu đồ mắt tín hiệu phía thu 61

Hình 4.23: Chòm sao tín hiệu thu với Rb=1Gbps 62

Hình 4.24: Biểu đồ mắt tín hiệu thu với Rb=1Gbps 62

Hình 4.29: Dạng tín hiệu phát với Rb=1Gbps 63

Hình 4.30: Dạng tín hiệu và nhiễu tại máy thu với Rb=1Gbps 63

Hình 4.35: Chòm sao tín hiệu thu với L=100km 64

Hình 4.36: Biểu đồ mắt tín hiệu thu với L=100km 64

Hình 4.38: Biểu đồ mắt tín hiệu thu với L=120km 65

Hình 4.40: Biểu đồ mắt tại máy thu với L=150km 65

Hình 4.41: Dạng tín hiệu phát với L=100km 66

Trang 10

Hình 4.42: Dạng tín hiệu và nhiễu tại máy thu với L=100km 66

Trang 11

Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số bất đối

xứng

AON Aactive Optical Network Mạng quang chủ động

ASON Automatically Switched Optical Network Mạng quang chuyển mạch tự

động

CWDM Coarse Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bước sóng mật

độ thấp DAC Digital Analog Converter Bộ chuyển đổi số vào tương tự

DSLAM Digital Subscriber Line Access Module Khối truy nhập đường dây

thuê bao số DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bước sóng mật

độ cao EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier Bộ khuếch đại sợi pha Erbium FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh rời rạc

đảo FTTB Fiber To The Building Sợi quang đến tòa nhà

Trang 12

FTTO Fiber To The Office Sợi quang đến văn phòng HFC Hybrid Fiber Coaxial Mạng lai cáp quang cáp đồng

trục ICI InterChannel Interference Nhiễu liên kênh

IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh rời rạc

đảo ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số tích hợp đa dịch vụ ISI InterSymbol Interference Nhiễu xuyên ký tự

MZM Mach-Zehnder Modulator Bộ điều chế Mach-Zehnder

NGOA Next Generation Optical Access Truy nhập quang thế hệ sau OCDM Optical Code Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo mã

quang ODN Optical Distribution Network Mạng phân phối quang

OLT Optical Line Terminal Bộ kết cuối đường quang ONT Optical Network Terminal Bộ kết cuối mạng quang

PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động

POTS Plain Old Telephone Service Dịch vụ truyền thống

qua sợi quang SNI Service Network Interface Giao diện nút dịch vụ

UNI User Network Interface Giao diện người sử dụng mạng

Trang 13

Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương I: Tổng quan về mạng truy nhập quang

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG

Theo quan điểm truyền thống, mạng truy nhập quang là toàn bộ hệ thống thiết bị quang và đường truyền dẫn là sợi quang nằm giữa tổng đài và thiết bị đầu cuối vủa khách hàng, thực hiện chức năng truyền dẫn thiết bị và có kết nối trực tiếp đến người sử dụng Một mạng truy nhập quang có thể sử dụng các công nghệ truy nhập quang khác nhau Ta

có thể phân loại công nghệ truy nhập quang thành hai loại là công nghệ truy nhập quang chủ động (AON) và công nghệ truy nhập quang thụ động (PON) hoặc phân loại dựa trên

vị trí của cáp quang tham gia trong mạng truy nhập thành các mạng truy nhập quang FTTx khác nhau

1.1 Cấu hình và các thành phần mạng

1.1.1 Cấu hình mạng truy nhập quang

Hình 1.1: Cấu hình tham chiếu của mạng truy nhập quang Cấu hình tham chiếu của mạng truy nhập quang được thể hiện trong hình 1.1 với 4 module cơ bản sau:

 Đầu cuối đường quang (OLT)

 Mạng phối dây quang (ODN)

Trang 14

 Khối mạng quang (ONU)

 Module chức năng hỗ trợ (AF)

Điểm tham chiếu gồm có: Điểm tham chiếu phát quang S, điểm tham chiếu thu quang R, điểm tham chiếu giữa các nút dịch vụ V, điểm tham chiếu đầu cuối thuê bao T

và điểm tham chiếu a giữa các ONU

Giao diện bao gồm: Giao diện quản lý Q3 và giao diện giữa thuê bao với mạng UNI Vì vậy có thể hiểu mạng truy nhập quang là mạng sử dụng chung các giao diện với các mạng khác nhau nhưng hệ thống truyền dẫn truy nhập cáp quang đảm nhiệm một loạt đường liên kết truy nhập và gồm các ONT, ODN, ONU và AF

Đấu nối truyền dẫn giữa OLT và ONU có thể theo phương thức điểm – đa điểm, cũng có thể theo phương thức điểm – điểm Về hình thức truyền dẫn, có thể áp dụng ghép kênh theo thời gian (TDM), ghép kênh theo bước sóng Còn phương thức truy nhập, nhìn chung dựa trên đa truy nhập phân chia theo thời gian

1.1.2 Các thành phần của mạng truy nhập quang

1.1.2.1 Khối đầu cuối đường quang OLT

OLT (Optical Line Terminal) cung cấp giao diện quang giữa mạng với ODN, đồng thời cũng cung cấp ít nhất một giao diện điện với phía mạng dịch vụ OLT có thể chia thành dịch vụ chuyển mạch và dịch vụ không chuyển mạch OLT cũng quản lý báo hiệu

và thông tin giám sát điều khiển đến từ ONU, từ đó cung cấp chức năng bảo dưỡng cho ONU OLT có thể lắp đặt ở tổng đài nội hạt hoặc một vị trí ở xa

Các chức năng của bộ phận dịch vụ:

Bộ phận dịch vụ là đầu vào của các dịch vụ, yêu cầu đối với nó là các dịch vụ ít nhất phải có tốc độ sơ cấp của ISDN và có thể cung cấp ít nhất một dịch vụ hoặc đồng thời có thể đảm nhận từ hai loại dịch vụ khác trở lên

Các chức năng bộ phận trung tâm:

 Chức năng nối chéo số: Cung cấp nối chéo giữa mạng với ODN trong độ rộng băng tần có thể sử dụng

 Chức năng ghép kênh truyền dẫn: Cung cấp đường truyền cho dịch vụ thu và phát trong ODN

Trang 15

 Chức năng giao diện ODN: Chức năng này căn cứ vào các loại sợi quang của ODN để cung cấp các giao diện quang vật lý, đồng thời thực hiện biến đổi quang/ điện, điện/ quang

Các chức năng của bộ phận chung:

 Chức năng cung cấp điện: Chuyển đổi nguồn điện cung cấp từ bên ngoài thành trị

số điện yêu cầu của nội bộ

 Chức năng OAM: Thông qua giao diện tương ứng, thực hiện sự vận hành, quản lý

và bảo dưỡng (OAM) đối với tất cả các khối chức năng và nối với quản lý mạng lớp trên

1.1.2.2 Khối đơn vị mạng quang ONU

ONU (Optical Network Unit) nằm giữa ODN và thuê bao Phía mạng của ONU có giao diện quang, còn phía thuê bao là giao diện điện: do đó cần có chức năng chuyển đổi quang/ điện Đồng thời có thể thực hiện chức năng xử lý và quản lý bảo dưỡng các tín hiệu điện ONU có thể đặt ở phía khách hàng hoặc ngoài trời ONU bao gồm các bộ phận trung tâm, bộ phận dịch vụ và bộ phận chung

Các chức năng của bộ phận trung tâm:

 Chức năng giao diện điện ODN: cung cấp một loạt giao diện quang vật lý, nối với ODN, đồng thời hoàn thành việc biến đổi quang/ điện, điện/ quang

 Chức năng ghép kênh thuê bao và dịch vụ: tổ hợp và phân giải các thông tin đến từ các thuê bao hoặc đưa tới các thuê bao khác nhau

Chức năng bộ phận dịch vụ:

Bộ phận này cung cấp giao diện dịch vụ khách hàng, có thể cung cấp cho một hoặc một nhóm khách hàng Nó cũng cung cấp chức năng chuyển đổi báo hiệu theo giao diện vật lý

Các chức năng của bộ phận chung:

Cấp điện và OAM Tính chất, chức năng chung giống như trong OLT

Trang 16

1.1.2.3 Khối mạng phân phối quang ODN

ODN (Optical Distribution Network) được đặt giữa ONU và OLT Khối này có chức năng là phân phối công suất tín hiệu quang ODN chủ yếu là linh kiện quang không nguồn và sợi quang tạo thành mạng phân phối đường quang thụ động

Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thuê bao FTTH được thể hiện trong hình 1.2

Hình 1.2: Cấu trúc cơ bản khối phân phối quang FTTH Mạng cáp quang thuê bao được xác định trong phạm vi ranh giới từ giao tiếp sợi quang giữa thiết bị của nhà cung cấp dịch vụ đến thiết bị tại khách hàng (ONU/ONT) Mạng cáp quang thuê bao được cấu thành bởi các thành phần chính như sau:

 Cáp quang gốc: xuất phát từ phía nhà cung cấp dịch vụ (hay còn gọi chung là Central Office) tới điểm phân phối được gọi là DP (Distribution Point)

 Điểm phân phối sợi quang (DP): là điểm kết thúc của đoạn cáp gốc Trên thực tế,

DP thường là măng xông quang, hoặc các tủ cáp quang phối, ưu tiên dùng măng xông quang

 Cáp quang phối (Distribution Optical Cable): xuất phát từ điểm phối quang đến các điểm truy nhập mạng AP hay từ các tủ quang phối tới các tập điểm quang

 Điểm truy nhập mạng (NAP): là điểm kết cuối của các đoạn cáp quang phối Trên thực tế, điểm truy nhập mạng thường là các tập điểm quang

 Cáp quang thuê bao (Drop Cable): xuất phát từ các điểm truy nhập mạng AP hay

là từ các tập điểm quang đến thuê bao

Trang 17

 Hệ thống quản lý mạng quang (Fiber Management System): được sử dụng để bảo dưỡng và xử lý sự cố

 Điểm quản lý quang (Fiber Management Point): dễ dàng cho xử lý sự cố và phát hiện đứt đường

1.1.2.4 Khối chức năng tự thích nghi AF

AF (Adaption Function) chủ yếu cung cấp các chức năng phối hợp ONU với thiết

bị thuê bao Khi thực hiện cụ thể nó có thể nằm trong ONU, cũng có thể hoàn toàn độc lập

1.2 Các kiểu mạng truy nhập quang

Phần quang của truy nhập có thể có cấu trúc điểm – điểm, tích cực hoặc đa điểm thụ động Các phần tử cơ bản của mạng truy nhập quang, như đã giới thiệu trong phần trên, gồm có: khối mạng quang ONU, khối kết cuối mạng quang ONT, đầu cuối đường quang OLT và đầu cuối mạng NT Và dựa vào vị trí của cáp quang có trong mạng ta chia

ra các loại mạng truy nhập quang: FTTH/O,FTTB/C, FTTCab

Hình 1.3: Cấu hình mạng truy nhập quang

Trang 18

1.2.1 FTTH/O

Trong kiến trúc FTTH/O, sợi quang được kéo dài đến tận hộ gia đình hoặc văn phòng, trong đó một ONT được đặt tại thuê bao ONT là điểm phân phát dịch vụ cho phép các nhà khai thác cung cấp các dịch vụ, thoại và hình ảnh trên cùng một sợi

FTTH cung cấp các dịch vụ như sau:

 Dịch vụ băng rộng không đối xứng (dịch vụ broadcast số, video theo yêu cầu, download file )

 Dịch vụ băng rộng đối xứng (broadcast nội dung, email, trao đổi file, đào tạo từ

xa, khám bệnh từ xa, chơi game trực tuyến )

 Dịch vụ điện thoại truyền thống và ISDN: mạng truy nhập phải hỗ trợ một cách linh hoạt để cung cấp các dịch vụ điện thoại băng hẹp

Hình 1.4: Cấu trúc mạng truy nhập FTTH FTTH/O cung cấp lượng băng tần dồi dào, tuy nhiên chi phí cho việc xây dựng mạng lại rất cao Mục tiêu của phương thức này là cung cấp tốc độ bit lớn đến các văn phòng hoặc nhà thuê bao như các biệt thự, các tòa nhà thương mại và các bar có Internet, nhằm đảm bảo được mức quay vòng lớn Phương thức này đặc biệt phù hợp khi cần phải lắp đặt các mạng cáp mới hoặc phải thay thế cáp cũ

Trang 19

1.2.2 FTTB

Trong phương thức này, sợi được kéo dài đến một ONU đặc trong tòa nhà Các khách hàng có thể truy nhập Internet theo các kết nối đến các ONU thông qua LAN nhờ các cáp UTP-5 Chiều dài thông thường của phần cáp đồng thường vài chục mét

Mô hình FTTB phù hợp với các tòa nhà có mật độ lớn các khách hàng doanh nghiệp vì họ có nhu cầu đặc biệt lớn về băng tần, đặc biệt các nhà này đều có LAN xây dựng trên mạng cáp UTP-5 FTTB bao gồm các dạng dịch vụ như sau:

 Dịch vụ băng rộng đối xứng (broadcast nội dung, phần mềm nhóm, email, trao đổi file, ….)

 Dịch vụ điện thoại truyền thống và ISDN: mạng truy nhập phải hỗ trợ một cách linh hoạt để cung cấp các dịch vụ điện thoại băng hẹp

 Đường thuê kênh riêng: mạng truy nhập phải hỗ trợ một cách linh hoạt để cung cấp dịch vụ thuê kênh riêng với các tốc độ khác nhau

Để tận dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên cũ thì phương thức FTTB+LAN được xem là có thể tiết kiệm tối đa chi phí xây dựng mạng Hơn nữa, khoảng cách ngắn giữa ONU và thiết bị đầu cuối thuê bao cũng cho phép sự phát triển từng bước từ FTTB+LAN sang FTTH/O

Hình 1.5: Cấu trúc mạng truy nhập FTTB

Trang 20

1.2.3 FTTC

Với phương thức FTTC, sợi quang được kéo dài đến tận ONU đặt lề đường Một hoặc nhiều tòa nhà có thể kết nối đến ONU để được phục vụ bởi ONU đó ONU đó có các giao diện POTS và VDSL2 cho truy nhập Internet băng rộng Chiều dài phần cáp đồng khoảng vài trăm mét và được xác định tùy theo yêu cầu băng tần thực tế

So với FTTB, FTTC có thể phục vụ số khách hàng lớn cũng như cho phép các nhà khai thác tiết kiệm chi phí hơn do phương thức này không đòi hỏi cáp UTP-5 đặc biệt Phương thức FTTC được khuyến nghị sử dụng cho các vùng dân cư cho mật độ dân tương đối cao, đặc biệt là ở những nơi có thể sử dụng lại mạng cáp đồng, hoặc những nơi khó lắp đặt cáp quang Đây cũng là một phương thức truy nhập phù hợp cho các khách hàng có nhu cầu đối với các dịch vụ VoIP, truy nhập Internet tốc độ cao và VoD

1.2.4 FTTCab/N

Trong mạng FTTCab, sợi quang được kéo dài đến ONU đặt tại node truy nhập lân cận và phục vụ được các thuê bao nằm trong vùng phục vụ của node truy nhập đó ONU cung cấp các giao diện POTS, ADSL2+, VDSL2 và SHDSL cho truy nhập các dịch vụ tích hợp Chiều dài của đoạn cáp đồng thường tới vài nghìn km và có thể được điều chỉnh sao cho phù hợp theo yêu cầu về băng tần

Trong phương thức này, khoảng cách cuối cùng từ ONU đến các thuê bao lớn hơn trong phương thức FTTC Tuy vậy cũng dễ dàng phát triển từ FTTN thành FTTC FTTN được khuyến nghị sử dụng trong các vùng có mật độ dân cư thấp, và khi các thuê bao có nhu cầu đối với VoIP và các dịch vụ truy nhập tốc độ cao

Kiến trúc FTTx có thể sử dụng mạng quang thụ động PON hoặc mạng quang chủ động AON Việc triển khai PON hay AON tùy thuộc vào vị trí, đặc thù của mạng truy nhập khu vực đó

Hiện nay, các ISP đang triển khai AON do tận dụng được sợi cáp quang hiện có,

số lượng thuê bao sử dụng truy nhập băng rộng chưa nhiều, hơn nữa việc đầu tư cơ sở hạ tầng cho triển khai PON trước mắt rất tốn kém Tuy nhiên do những ưu điểm nổi bật của PON thi xu hướng trong tương lai sẽ triển khai mạng FTTx theo PON là điều tất yếu

Trang 21

1.3 Xu thế phát triển của mạng truy nhập quang

Về mặt kỹ thuật, FTTx có thể sử dụng mạng cáp quang tích cực AON hoặc mạng cáp quang thụ động PON Hai mạng này được phân biệt với nhau bởi kiến trúc có hay không có sự tham gia của các thành phần tích cực trong tuyến truyền từ tổng đài nhà cung cấp CO đến người sử dụng Cụ thể là:

 Mạng quang chủ động sử dụng các thiết bị cần nguồn điện nuôi để phân tích dữ liệu như một chuyển mạch, router hoặc multiplexer Dữ liệu từ phía nhà cung cấp của khách hàng nào sẽ chỉ được chuyển đến khách hàng đó và dữ liệu từ phía khách hàng sẽ tránh được xung đột khi truyền trên đường vật lý chung bằng việc

sử dụng bộ đệm của các thiết bị chủ động

 Mạng quang thụ động thì gồm các thiết bị không cần nguồn nuôi như OLT, bộ chia quang, ONU/ONT Chúng có nhiệm vụ kết nối tất cả các loại dịch vụ lại và truyền tín hiệu thông qua sợi cáp quang Tín hiệu từ OLT sẽ đến các bộ chia quang

để phân chia băng thông từ một sợi duy nhất đến nhiều người sử dụng với khoảng cách tối đa là 20km Để thu được tín hiệu từ OLT, tại phía người sử dụng cần có các ONU/ONT Các thiết bị này còn nhiệm vụ là biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện Sự khác biệt rõ nhất giữa ONU và ONT là ONU không cần cấp nguồn còn ONT cần phải cấp nguồn và chỉ có ONU mới có khả năng hỗ trợ dịch vụ IPTV PON có 5 chuẩn chính được thể hiện trong bảng 1.1

Trang 22

Với GPON, OLT đạt 2.5/1.25Gbps (UL/DL).Tùy theo

số lượng khách hàng thì tỷ lệ 1:32 hay 1:64

AON thuận tiện hơn, dễ dàng thay đổi, nâng cấp tốc độ hơn so với PON

Trang 23

Băng thông

tối đa

Có thể lên tới 100Mps, thậm chí 1Gbps tới từng hộ gia đình hoặc công ty

Với giao diện PON 2.5Gbps, chi cho 32 khách hàng, mỗi user nhận được 78Mbps cho đường xuống; hướng lên là 39Mbps mỗi user

AON có băng thông tối đa lớn hơn rất nhiều so với PON cùng với khả năng thay đổi, nâng cấp tốc độ linh hoạt (PON luôn cố định) Khả năng

tăng băng

thông

Khi tổng băng thông sắp đạt tới, khả năng tăng tổng băng

thông đơn giản

Phức tạp hơn AON lợi thế hơn với

mô hình P2P so với

mô hình P2M của PON Khi có sự cố

tại CO

Một số ít user chịu ảnh

hưởng

Tất cả các user đều chịu ảnh hưởng

AON là ưu điểm

Bảo mật Bảo mật cao Dễ bị hacker tấn

công

AON an toàn hơn PON Khả năng

dự phòng

User dễ dàng thiết lập 2 đường quang dự phòng

Khó thực hiện, không thể kết nối 1 user đến 2 cây PON khác nhau

Khả năng dự phòng của AON trong một

hơn

Chỉ cần bảo dưởng một đường duy nhất cho 32 hoặc 64 khách hàng

PON chiếm lợi thế

hơn

Phạm vi Có thể đạt >70km Khoảng 20km, tùy

thuộc vào chất lượng của bộ chia

AON là lợi thế

Giá thành

thiết bị đầu

cuối

thiết bị của PON còn phụ thuộc vào nhà cung cấp Giá thành

Là ưu điểm rất lớn của PON

Tóm lại, mỗi công nghệ đều có điểm nổi trội của mình và việc ứng dụng công nghệ nào để triển khai vào trong thực tế thì còn tùy thuộc vào khả năng tài chính cũng như các điều kiện khác Hiện nay mạng AON đã được hầu hết các ông lớn về viễn thông tại Việt Nam triển khai với tín hiệu khả quan; còn mạng PON thì tính đến cuối năm 2011 thì chỉ có CMC và VNPT tp.HCM chính thức triển khai GPON Tuy nhiên, với những ưu điểm đặc thù của mình, công nghệ PON sẽ dần chiếm lĩnh thị trường băng rộng

Trang 24

1.4 Kết luận

Qua những vấn đề đã được trình bày trong chương “Tổng quan về mạng truy nhập”, đồ án đã đưa ra cái nhìn tổng quan nhưng khá đầy đủ về cấu hình và các thành phần OLT, ONU/ONT, ODN của mạng truy nhập Đồng thời, đồ án cũng đã nêu lên các kiểu mạng truy nhập FTTx được phân loại dựa theo vị trí sợi quang cũng như các dịch vụ

mà mỗi kiểu mạng cung cấp cho các đối tượng khách hàng khác nhau Cuối cùng, đồ án đánh giá xu hướng phát triển của mạng truy nhập quang trong tương lai với hai công nghệ nổi bật là AON và PON Mặc dù hiện nay, công nghệ AON đang được triển khai rộng rãi do nhiều ưu điểm và số lượng thuê bao vẫn còn ít nhưng trong tương lai khi số lượng thuê bao cũng như nhu cầu người dùng tăng lên thì PON lại chiếm ưu thế Chính vì vậy, ta có thể tin tưởng rằng mạng quang thụ động PON sẽ trở thành ứng viên sáng giá cho công nghệ trong mạng thế hệ mới NGN

Trang 25

Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương II: Mạng truy nhập quang thế hệ sau

CHƯƠNG II: MẠNG TRUY NHẬP QUANG THẾ HỆ SAU

2.1 Yêu cầu của mạng truy nhập quang thế hệ sau

Để có thể xác định một mạng quang là mạng truy nhập quang thế hệ sau NGOA thì việc đảm bảo chất lượng dịch vụ từ đầu cuối đến đầu cuối, các yêu cầu về băng thông cần được xác định Những yêu cầu này được chuyển thành các yêu cầu về mạng Một mô hình lưu lượng được phát triển dựa trên việc xem xét các nhu cầu về dịch vụ hiện tại và trong tương lai, có tính đến sự khác nhau giữa các nhóm người dùng với các dịch vụ tương ứng Lưu lượng và mức sử dụng phụ thuộc vào kích thước của mạng cũng được xác định Để thêm các yêu cầu về dịch vụ liên quan, các yêu cầu về kiến trúc mạng và giao thức cho các mạng truy nhập tiềm năng trong tương lai được đặc tả Hơn nữa, các yêu cầu từ quan điểm của nhà vận hành cũng được đưa ra, có tính đến lợi ích thương mại cần thiết như sự cộng tác và các khía cạnh liên quan, cũng như các yêu cầu vận hành mạng, như cung cấp, bảo dưỡng, quản lý lỗi

Các yêu cầu chính cho một mạng truy nhập quang thế hệ sau được định nghĩa theo OASE, một dự án được phát triển bởi các nước trong khu vực châu Âu về mạng quang thế hệ sau và đặc biệt là FTTH, như sau:

 FTTH với khu dân cư đạt tốc độ tối đa ≥ 1Gbps

 Với doanh nghiệp, đường trục (cố định, di động) đạt tốc độ tối đa ≥ 50Gbps

 Tốc độ đường xuống trung bình là 500Mbps với mỗi ONU/ khách hàng

 Hỗ trợ nhiều hơn lưu lượng đối xứng, với tỷ số tốt thiểu 1:2 giữa đường lên và xuống

 Hỗ trợ QoS với tối thiểu là 4 lớp QoS

Mạng:

 Hỗ trợ từ 256 đến 1024 ONU/khách hàng trên một đường truyền

Trang 26

 Hỗ trợ dung lượng tổng từ 128 Gbps đến 500Gbps trên một đường truyền

 Hỗ trợ từ 20 đến 40km tầm thụ động với tùy chọn đường hoạt động, phụ thuộc vào mức độ thống nhất

 Hỗ trợ từ 60 đến 90km tầm mở rộng với tùy chọn đường bảo vệ, phụ thuộc vào mức độ thống nhất

 Tầm mở rộng nên theo hướng thụ động

 Khả năng kế thừa ODN tương thích theo mong muốn

Vận hành và thương mại:

 Hỗ trợ sự hợp tác như truy nhập mở

 Tiêu thụ điện năng thấp

 Khả năng tùy chọn cao

 Hỗ trợ tự động cấu hình, quản lý từ xa và điều chỉnh mạng để quá trình vận hành

tự động: cung cấp, bảo trì và quản lý lỗi

 Đơn giản hóa quá trình vận hành bằng các thiết kế mạng phù hợp

 Các yêu cầu bổ sung để xác định và hỗ trợ một hệ thống đánh giá các giải pháp tiềm năng mới được biết đến từ việc phân tích các yếu tố kỹ thuật – kinh tế vừa được định nghĩa; nhưng những yêu cầu riêng được quan tâm có mức độ quan trọng thấp hơn những yêu cầu chính được liệt kê ở trên, khi nó đáp ứng các kiến trúc thực tế và thiết kế hệ thống

2.2 Xu hướng phát triển của mạng truy nhập quang giai đoạn sau

2.2.1 Giới thiệu chung

Sự phát triển nhanh chóng của mạng viễn thông trong những năm gần đây cũng như nhu cầu về băng thông tăng lên không ngừng là nguyên nhân gây nên sự chênh lệch lớn giữa các thành phần trong mạng khác nhau Kỹ thuật quang cho phép xây dựng các đường truyền với khoảng cách lớn (cho các mạng diện rộng, các mạng backbone) với băng thông lớn và tốc độ cao Với sự cải tiến không ngừng của kỹ thuật, tốc độ dữ liệu đã lên tới hàng Tbit/s Trong khi đó, các ứng dụng mới đòi hỏi ngày càng nhiều băng thông như video theo yêu cầu, VoIP, truy nhập Internet tốc độ cao và các mạng LAN dựa theo

Trang 27

công nghệ Ethernet tốc độ cao Vì thế, hầu hết các vấn đề quan tâm ngày nay tập trung vào mạng truy nhập, đảm bảo việc giảm giá thành và quản lý dễ dàng hơn

Dung lượng băng thông lớn của mạng backbone sợi quang đã đạt được bằng sự cải tiến của chuyển mạch và các thành phần quang, và kết hợp với các kỹ thuật được sử dụng như WDM Cho đến giờ, hầu như các kết quả có được từ các công nghệ quang mới đều được định hướng vào việc mở rộng mạng backbone tới các trung tâm mới thay vì đưa sợi quang tới trực tiếp khách hàng Mặt khác, các mạng LAN dựa trên Ethernet tốc độ cao đang phát triển mạnh mẽ để đáp ứng nhu cầu kết nối mạng dữ liệu nội bộ trong một tầng hoặc trong tòa nhà Do đó, có một yêu cầu cho một cầu băng thông tốc độ cao giữa các mạng LAN và các MAN hoặc các mạng WAN Truy nhập đến mạng backbone sợi quang với đa số các khách hàng được đặt trong một vài km sợi quang bị giới hạn bởi mạng điện thoại hiện tại hoặc truyền hình cáp trên nền tảng mạng cáp đồng Các kỹ thuật, như là xDSL hoặc MC giúp tăng băng thông tiềm năng qua cáp đồng lên 5 hoặc 6 Mbps với mạng ISDN hoặc luồng T1 (1.5Mbps) Tuy nhiên, tốc độ truyền dẫn dựa trên cáp đồng vẫn thấp hơn so với yêu cầu mạng backbone sợi quang cỡ Gbps

Mục tiêu việc tăng băng thông trong mạng viễn thông tương lai có thể được đáp ứng bằng cách mở rộng việc quang hóa thông suốt từ đầu đến cuối các thành phần của mạng Vì thế, đã có một sự quan tâm rất lớn về việc giới thiệu các kỹ thuật quang trong các mạng truy nhập để giải quyết sự bất bình đẳng và để đối phó với những nhu cầu băng thông cao đang tăng mạnh, do việc sử dụng thương mại ngày càng tăng của Internet, mạng máy tính nội bộ, thương mại điện tử, lưu trữ dữ liệu và khôi phục, VoIP, VPNs

2.2.2 Mạng toàn quang

Trong truyền thông quang, thông tin được truyền từ một điểm đến điểm khác bằng cách sử dụng ánh sáng như một vật mang và bằng các phương tiện vật lý có thể truyền dữ liệu với tốc độ cao qua một khoảng cách lớn Vì thế, việc tăng băng thông hữu ích bằng cách sử dụng các kỹ thuật quang thực sự làm nâng cao được hiệu năng của mạng viễn thông Dung lượng truyền thông phụ thuộc vào sóng mang: sóng mang có tần số càng cao thì sẽ càng có khoảng băng thông hữu ích rộng Trên thực tế, sóng mang quang có tần số

từ 1013 đến 1016 Hz nên sợi quang sẽ có dung lượng rất lớn, cao hơn nhiều so với sợi đồng hay sóng radio Một lợi ích nữa là các thiết bị quang không chịu ảnh hưởng của nhiễu điện từ trường và có suy hao thấp (khoảng 0.2dB/km)

Lợi ích có được từ việc sử dụng các kỹ thuật quang trong hệ thống viễn thông cho phép sự phát triển nhanh chóng của các thiết bị quang và hệ thống sợi quang, trải qua bốn thế hệ

Trang 28

Thế hệ đầu tiên của hệ thống sợi quang, dựa trên các thành phần GaAs, xuất hiện vào cuối những năm 70 và được sử dụng ở bước sóng 0.85m và là sợi đa mode Dung lượng của hệ thống này bị giới hạn do tán sắc trong sợi quang đa mode

Thế hệ thứ hai vào những năm 80 sử dụng bước sóng 1.3μm và sợi đơn mode Điều này đã làm giảm hệ số suy hao từ 4dB/km xuống 0.5dB/km.LED hoặc LD đã được

sử dụng là nguồn sáng Những thay đổi này đã cho phép tăng dung lượng và khoảng cách truyền dẫn

Thế hệ thứ ba sử dụng bước sóng 1.55μm và các sợi đơn mode dịch tán sắc có hệ

số suy hao là 0.2dB/km Sợi này có thể đạt được tốc độ 2.5Gbps qua một khoảng cách lớn Một LD được làm bằng InGaAsP hoặc laser DFB được sử dụng làm nguồn sáng

Thế hệ thứ tư sử dụng các sợi mới được biết đến là sợi quang đơn mode không tán sắc Hơn thế nữa, nó còn sử dụng tần số 1.55μm và kỹ thuật WDM Bộ khuếch đại quang như EDFA và bộ khuếch đại Raman cũng được sử dụng để tăng khoảng cách truyền dẫn Tốc độ dữ liệu trên bước sóng đạt từ 2.5Gbps đến 10Gbps Xu hướng nghiên cứu tập trung vào hệ thống sợi quang để giúp cải thiện hơn hiệu năng của mạng, bằng cách phát triển các hệ thống có dung lượng lớn hơn và khoảng cách lớn hơn

Các mạng quang được phát triển đồng thời với sự cải tiến của sợi quang Trong nhiều năm, mục đích chính là phát triển các kỹ thuật cho phép truyền dẫn ở tốc độ bit ngày càng cao qua khoảng cách ngày một tăng

Thế hệ mạng quang đầu tiên khai thác những lợi ích của sợi quang trong khi toàn

bộ quá trình xử lý tín hiệu và chuyển mạch vần được thực hiện trong miền điện Nhu cầu ngày càng tăng của băng thông cùng với sự tốn kém về đường truyền đã thúc đẩy việc nghiên cứu để tạo ra một phương pháp để tăng việc hỗ trợ tốc độ bit bởi các thành phần quang của kỹ thuật ghép kênh, như ghép kênh phân chia theo thời gian quang (OTDM)

và ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) Điều này giúp tăng dung lượng của mạng đường dài giúp đáp ứng nhu cầu khi lưu lượng tăng lên DWDM được biết đến là

kỹ thuật có tính thương mại tốt nhất đảm bảo sự cân băng giữa giá thành và dung lượng cho mạng backbone và cũng đem lại những lợi ích cho mạng MAN Tiếp đó, vào những năm cuối của những năm 80, các bộ khuếch đại quang (như EDFA) được giới thiệu giúp cải thiện các hệ thống quang

Thế hệ mạng quang thứ hai được đặc trưng bởi giảm việc sử dụng tín hiệu trong miền điện, đạt đến một mức độ cao hơn về tính minh bạch Điều này đã giúp tăng tính thông suốt và có thể giúp mạng có thể cung cấp được nhiều chức năng, như chức năng chuyển mạch và định tuyến Hơn thế nữa, lớp vật lý của thế hệ mạng quang thứ hai hỗ trợ

Trang 29

các tuyến WDM và thêm/gỡ bỏ chức năng này Các mạng này có thể đưa ra ba loại dịch

vụ đến các lớp mạng cao hơn Dịch vụ đầu tiên là dịch vụ lightpath, có thể ứng dụng trong mạng WDM, trong đó một bước sóng dành riêng được gán cho một kết nối giữa hai node Kết nối này có thể được thiết lập và gỡ bỏ tùy vào nhu cầu (chuyển mạch) hoặc là vình viễn Dịch vụ thứ hai là dịch vụ kênh ảo, một chuyển mạch được thiết lập giữa hai node với một tài nguyên ít hơn Thứ ba, đó là dịch vụ datagram, mà làm cho nó có thể truyền các gói tin ngắn giữa các node mà không cần phải thiết lập các kết nối cố định

Vào năm 1998, ITU-T đã giới thiệu khái niệm mạng truyền tải quang OTN, để sử dụng các bước sóng WDM và loại bỏ hiệu ứng nút cổ chai trong miền điện tại các node mạng, do đó tăng dung lượng truyền dẫn và tính thông suốt của các node WDM-OTN sử dụng thiết bị rẽ xen quang OADM và kết nối chéo quang OXC tại các node để loại bỏ chuyển đổi quang điện

Tuy nhiên OTN truyền thống có rất nhiều thiếu sót và không thể hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu của mạng quang Vì thế, vào năm 2001, ITU-T đưa ra kiến trúc cho mạng quang chuyển mạch từ động ASON Khái niệm về sự chuyển mạch một cách linh hoạt và các cơ chế hợp tác giữa các lớp dịch vụ được giới thiệu Do đó, các mạng truyền thông quang, ngoài trở thành một mạng truyền tải quang cũng bao gồm các chức năng chuyển mạch và điều khiển Theo kiến trúc mạng ASON ba mặt bằng được xác định: mặt bằng giao vận TP, mặt bằng điều khiển CP và mặt bằng quản lý MP ASON hỗ trợ các kết nổi vĩnh viễn, các kết nối vĩnh viễn mềm và các kết nối chuyển mạch, bao gồm các kết nối điểm – đa điểm một chiều, các kết nối điểm – điểm hai chiều và các kết nối điểm – đa điểm hai chiều Hơn nữa, ASON đảm bảo các dịch vụ được thông suốt, các dịch vụ quảng bá và các ứng dụng chất lượng cao, bảo vệ một cách hiệu quả và cơ chế khôi phục, điều khiển lưu lượng thời gian thực và quản lý băng thông qua các lớp quang, khả năng tương tác thiết bị tốt và khả năng mở rộng mạng

2.2.3 Mạng truy nhập quang

Việc sử dụng các kỹ thuật mới tiếp tục cải thiện hiệu năng của OTN Như một kết quả, mạng truy nhập có rất nhiều vấn đề như băng thông hẹp, tỷ lệ lỗi cao và giá thành vẫn hành cũng như duy trì cao Cáp đồng vẫn được chọn làm phương tiện truyền dẫn chính và không có khả năng hỗ trợ các ứng dụng và dịch vụ mới, đặc biệt là đa phương tiện và các dịch vụ băng rộng Vì vậy, như đã nói ở trên, mạng truy nhập trở thành một mạng truyền thông nút cổ chai

Các kỹ thuật truy nhập băng rộng hiện tại, như ADSL dựa trên đường điện thoại

và CM dựa trên CATV, có thể đáp ứng nhu cầu của một vài dịch vụ như lướt web, email

Trang 30

Tuy nhiên, nó không có khả năng để thỏa mãn các yêu cầu về băng thông của các dịch vụ

đa phương tiện và các dịch vụ băng rộng như Internet tốc độ cao, truyền hình quảng bá, VoIP,…

Với kỹ thuật ADSL, tốc độ dòng dữ liệu lên và xuống không đối xứng Với việc triển khai ADSL kết hợp với ATM/Ethernet, các dịch vụ truy nhập Internet là hoàn toàn khả thi Đầu cuối khách hàng được trang bị với các thiết bị điều khiển từ xa ADSL và được kết nối tới các DSLAM tại các CO bằng cách dùng chung đường điện thoại Các thiết bị điều khiển từ xa ADSL cung cấp các giao diện Ethernet cho khách hàng, trong khi DSLAM kết nối tới các ISP bởi ATM hoặc fast Ethernet

Mặt khác, CM là một kỹ thuật băng rộng khác với sự bất đối xứng với tốc độ đường xuống và lên Nó phù hợp để cung cấp hai loại dịch vụ là Internet và VOD Trong trường hợp này, dịch vụ truy nhập Internet có thể được yêu cầu bời HFC, CM và Ethernet/ATM Mạng HFC truyền tín hiệu dữ liệu đến các thuê bao trong khi CM mã hóa, giải mã và truyền nó đến từng người dùng thông qua cổng Ethernet Với đường lên, các thiết bị CM thu tín hiệu từ PC và gửi các tín hiệu đã được điều chế và mã hóa đến các thiết bị đầu cuối bởi HFC Băng thông của CM lớn hơn so với ADSL Tuy nhiên, khi một

CM và một HFC được sử dụng để xây dựng mạng thì sẽ có nhiều vấn để liên quan đến độ tin cậy, nguồn nuôi, vận hành và bảo dưỡng

Trong cả hai trường hợp trên, băng thông của mạng được chia sẽ với tất cả các người sử dụng Vì thế, đồ án không thể đáp ứng được các dịch vụ số băng rộng khi số lượng người dùng tăng lên, do băng thông được ấn định cho mỗi người sử dụng là giới hạn Do đó, mạng truy nhập quang OAN đã đưa ra xu hướng cho mạng truy nhập trong tương lai; cụ thể là kỹ thuật ghép kênh phân chia theo mã quang OCDM sẽ là giải pháp

để giải quyết vấn đề liên quan đến tài nguyên

Mạng truy nhập quang được chia làm hai loại, mạng quang chủ động và mạng quang thụ động Một mạng PON có kiến trúc đơn giản và không có các thành phần chủ động trong toàn bộ đường truyền từ nguồn tới đích Nó giúp tối thiểu hóa sợi quang và số lượng các bộ thu phát bằng cách sử dụng các bộ chia/ghép thụ động Do đó, PON là một công nghệ hứa hẹn nhiều tiềm năng, giúp giảm chi phí vận hành và duy trì, trong khi vẫn đảm bảo tính thông suốt cao Nó cũng giúp cải thiện độ tin cậy của hệ thống, do trên thực

tế PON có thể tránh được nhiễu điện từ trường và ảnh hưởng bới thời tiết với các thiết bị ngoài trời Kỹ thuật này cũng phù hợp với các tín hiệu với bất kỹ định dạng và tỷ lệ bit nào Trong hình 2.1 chỉ ra các thành phần các nhau của kiến trúc mạng PON, được gọi là FTTx, ở đây “x” phụ thuộc vào khoảng cách của cáp quang Với các kiến trúc FTTx, một mạng PON thiết lập được ba thành phần chính: một kết cuối đường quang OLT, cung cấp

Trang 31

các dịch vụ và gửi các tín hiệu quảng bá đến khách hàng; một bộ chia thụ động, để chia công suất tín hiệu quang; và một khối đơn vị giao diện mạng NIU hoặc khối đơn vị mạng quang ONU, cung cấp giao diện giữa những người sử dụng và dịch vụ được cho bởi mạng

PON có thể được chia thành hai loại chính: TDM-PON, sử dụng kỹ thuật TDM để

xử lý lưu lượng, và WDM-PON, kết hợp cả kỹ thuật WDM và PON

Hình 2.1: Ví dụ về mạng FTTx TDM-PON là kiến trúc điểm – đa điểm và dữ liệu được phát quảng bá đến mỗi ONU bằng cách chia sẻ đường truyền Kỹ thuật TDM-PON hiện tại hỗ trợ tốc độ dữ liệu

từ 155Mbps đến 1Gbps, được chia sẻ cho từ 8 đến 128 người dùng Kỹ thuật TDM được dùng với lưu lượng đường lên Tuy nhiên, việc chia sẻ thời gian truyền dẫn làm giảm băng thông của mỗi người sử dụng TDM-PON có thể phân thành APON (ATM-PON) dựa trên ATM và EPON (Ethernet PON) dựa trên Ethernet ATM-PON dựa trên kỹ thuật tập trung và ghép kênh thống kê; tuy nhiên, nó sử dụng cell có chiều dài cố định để mang các gói tin IP một cách khá phức tạp, tiêu tốn nhiều thời gian và tăng thêm giá thành của OLT và ONU EPON sử dụng kỹ thuật truyền dẫn khác cho dữ liệu đường xuống từ OLT đến các ONU và cho dữ liệu đường lên từ các ONU đến OLT Kỹ thuật quảng bá được chọn để truyền dữ liệu đường xuống từ OLT đến nhiều ONU với chiều dài các gói tin khác nhau, mỗi gói gồm có phần tiêu đề để xác định đích đến Lưu lượng được chia thành các tín hiệu riêng rẽ bởi bộ chia Mỗi tín hiệu mang tất cả các gói tin định hướng đến các

Trang 32

ONU Khi một ONU nhận được tín hiệu dữ liệu, nó chỉ chấp nhận các gói tin là của nó và

bỏ qua các gói tin của các ONU khác Lưu lượng đường lên được quản lý bằng cách sử dụng kỹ thuật TDM và mỗi ONU được chỉ định một khe thời gian Mỗi khi dữ liệu được ghép vào sợi quang, các gói tin đường lên từ các ONU sẽ không tương tác với nhau Nếu

so với ATM, Ethernet giảm được phần chi phí linh hoạt, vì nó có thể mang được các gói tin IP

Tuy nhiên, với hệ thống PON sử dụng công nghệ TDMA thì thật là khó để đạt được tốc độ hàng Gbps đến tất cả khách hàng Vì thế, TDM-PON không phải là một giải pháp hiệu quả cho việc triển khai FTTH

Hệ thống WDM-PON với mỗi bước sóng được ấn định cho một người sử dụng sẽ tạo nên một kết nối ảo điểm – điểm giữa OLT và người dùng Một bộ ghép/tách bước sóng tại điểm chia có thể định tuyến các kênh bước sóng từ OLT đến các ONU thích hợp

và ngược lại

Kỹ thuật CWDM cũng có thể được sử dụng trong những mạng như vậy Khoảng cách các bước sóng là 20nm và tổng các kênh có thể sử dụng được là 18 Khuyến nghị của ITU chỉ ra giao diện quang chuẩn của CWDM và vùng hoạt động của bước sóng là từ 1270nm đến 1611nm Tuy nhiên, CWDM cũng có vài điểm thiếu sót: khoảng cách truyền dẫn có thể bị giới hạn khi tốc độ dữ liệu tăng lên Điều này do việc tán sắc tăng khi bước sóng tăng; khoảng cách truyền dẫn và việc phân chia tỷ lệ ánh sáng bị hạn chế, do bước sóng càng ngắn thì tỷ lệ mất kênh càng cao Một kỹ thuật khác được giới thiệu để cung cấp đủ băng thông cho nhiều người sử dụng: DWDM, trong đó khoảng cách giữa các bước sóng nhỏ hơn so với CWDM, đến khoảng 0.8nm Tuy nhiên, do DWDM-PON cần bước sóng của các thiết bị có thể điều chỉnh được và điều khiển nhiệt độ, cho nên giá thành cao hơn CWDM-PON Mặc dù các lợi ích của TDM-PON, như băng thông lớn và giao thức thông suốt, một vài đặc điểm hạn chế của WDM-PON từ ứng dụng dung lượng lớn: nó thiếu sự linh hoạt để cấp phát động băng thông giữa nhiều dịch vụ và tăng giá thành hệ thống

Trong mạng quang thế hệ mới, nhu cầu dịch vụ sẽ phát triển với tốc độ cao, các ứng dụng hai chiều trong y học và phẫu thuật, và đến các QoS Vì thế, một băng thông lớn hơn sẽ là điều vô cùng cần thiết cho đường lên, hoặc do nhu cầu hay về cơ bản Do

đó, một kịch bản nhằm nâng cấp FTTH nên được phát triển một hệ thống FTTH đối xứng với tốc độ gigabit từ FTTH hiện tại

Một ứng viên khả thi cho FTTH Gbps đối xứng trong tương lai là kỹ thuật OCDMA Khác với kỹ thuật ghép kênh TDMA và WDMA, nó cho phép người sử dụng

Trang 33

có thể chia sẻ toàn bộ băng thông hữu ích Kỹ thuật này có thể thực hiện ghép kênh, chuyển mạch và thêm/bớt các kênh tín hiệu qua mạng backbone và MAN một cách riêng

rẽ, hoặc kết hợp TDM và WDM thông qua việc mã hóa và giải mã tín hiệu quang một cách trực tiếp Hơn thế nữa, OCDMA còn có thể nhận ra nhiều mạng truy nhập giữa các người dùng thông qua LAN và mạng truy nhập khác

Để đối phó với các nhu cầu về QoS khác nhau, một giải pháp khác đã được trình bày là việc kết hợp giữa OFDM và PON Các sóng mang con của OFDM có thê được ấn định một cách linh động cho các dịch vụ khác nhau trong các khe thời gian khác nhau, vì thế việc sử dụng OFDM trong PON cho phép hỗ trợ nhiều ứng dụng đảm bảo mạng thông suốt và có khả năng linh động băng thông cấp phát cho các dịch vụ

2.3 Một số kỹ thuật mới được áp dụng cho mạng truy nhập

2.3.1 TDM-PON

Trong TDM-PON, việc truyền đồng thời từ vài ONU sẽ gây ra xung đột khi đến

bộ kết hợp Để ngăn chặn xung đột dữ liệu, mỗi ONU phải truyền trong cửa sổ (khe thời gian) truyền của nó Một thuận lợi lớn của TDM-PON là tất cả các ONU có thể hoạt động cùng một bước sóng, OLT cũng chỉ cần một bộ thu đơn Bộ thu phát ONU hoạt động ở tốc độ đường truyền, thậm chí băng thông có thể dùng của ONU thấp hơn Tuy nhiên, đặc tính này cũng cho phép TDM-PON đạt hiệu quả thay đổi băng thông được dùng cho từng ONU bằng cách thay đổi kích cỡ khe thời gian được ấn định hoặc thậm chí sử dụng ghép kênh thống kê để tận dụng hết băng thông được dùng của mạng PON

Trong mạng truy cập thuê bao, hầu hết các luồng lưu lượng lên và xuống không phải là khách hàng đến khách hàng Vì vậy, điều này dường như là hợp lý để tách kênh lên và xuống Một phương pháp tách kênh đơn giản có thể dựa trên ghép kênh phân chia không gian mà nó tách, PON được cung cấp theo hướng truyền lên xuống Để tiết kiệm cho sợi quang và giảm chi phí sửa chữa và bảo quản, một sợi quang có thể được sử dụng cho truyền theo hai hướng Dung lượng kênh ở mỗi bước sóng có thể phân phối linh động giữa các ONU

Một hệ thống TDM-PON điển hình được chỉ ra như trong hình Các bước sóng ánh sáng tại 1.55nm, 1.49nm, 1.3nm được sử dụng để mang các tín hiệu video đường xuống, tín hiệu dữ liệu đường xuống và tín hiệu đường lên Một mạng TDM-PON bao gồm các thành phần OLT đặt tại phía người cung cấp dịch vụ, sợi quang và các ONU đặt

ở phía khách hàng Một bộ chia quang thụ động được sử dụng để chia các tín hiệu đường xuống cho nhiều người dùng OLT phát quảng bá lưu lượng đường xuống đến tất cả các ONU ở chế độ liên tục, và mỗi ONU chọn các gói tin đến nó và bỏ qua các gói tin đến

Trang 34

các ONU khác OLT cũng có trách nhiệm phân bố các khe thời gian cho đường lên từ các ONU

Hình 2.2: Kiến trúc mạng TDM-PON Ghép kênh phân chia theo thời gian là phương pháp được ưu tiên hiện nay cho việc chia sẻ kênh quang trong mạng truy cập khi mà nó cho phép một bước sóng đơn ở hướng lên và bộ thu phát đơn ở OLT đã làm cho giải pháp này có ưu thế hơn về chi phí đầu tư

2.3.2 WDM-PON

WDM-PON là mạng quang thụ động sử dụng phương thức đa ghép kênh phân chia theo bước sóng thay vì theo thời gian như trong phương thức TDMA OLT sử dụng một bước sóng riêng rẽ để thông tin với mỗi ONT theo dạng điểm điểm Mỗi một ONU

có một bộ lọc quang để lựa chọn bước sóng tương thích với nó, OLT cũng có một bộ lọc cho mỗi ONU Nhiều phương thức khác đã được tìm hiểu để tạo ra các bước sóng ONU như là:

 Sử dụng các khối quang có thể lắp đặt tại chỗ lựa chọn các bước sóng ONU, Dùng các laser điều chỉnh được, và cắt phổ tín hiệu

 Các phương thức thụ động mà theo đó OLT cung cấp tín hiệu sóng mang tới các ONU Sử dụng tín hiệu hướng xuống để điều chỉnh bước sóng đầu ra của laser ONU

Cấu trúc của WDM-PON được mô tả như trong hình 2.3 Trong đó, WDM-PON

có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau như là FTTx, các ứng dụng cho

Trang 35

đường dây thuê bao số tốc độ rất cao VDSL và các điểm truy nhập vô tuyến từ xa Các bộ thu WDM-PON sử dụng kỹ thuật lọc quang mảng ống dẫn sóng Một bộ lọc quang ống dẫn sóng có thể được đặt ở môi trường trong nhà hoặc ngoài trời

Hình 2.3: Kiến trúc mạng WDM-PON Giải pháp WDM yêu cầu một bộ thu điều khiển được hoặc là một mảng bộ thu ở OLT để nhận các kênh khác nhau Thậm chí nhiều vấn đề khó khăn cho các nhà khai thác mạng là kiểm kê từng bước sóng của ONU: thay vì chỉ có một loại ONU, thì có nhiều loại ONU dựa trên các bước sóng Laser của nó Mỗi ONU sẽ sử dụng một laser hẹp và độ rộng phổ điều khiển được cho nên rất đắt tiền Mặc khác, nếu một bước sóng bị sai lệch

sẽ gây ra nhiễu cho các ONU khác trong mạng PON Việc sử dụng Laser điều khiển được

có thể khắc phục được vấn đề này nhưng quá đắt cho công nghệ hiện tại Với những khó khăn như vậy thì WDM không phải là giải pháp tốt cho môi trường hiện nay

Ưu điểm chính của WDM-PON là nó khả năng cung cấp các dịch vụ dữ liệu theo các cấu trúc khác nhau (DS1/E1/DS3, 10/100/1000Base Ethernet) tùy theo yêu cầu về băng thông của khách hàng Tuy nhiên, nhược điểm chính của WDM-PON là chi phí khá lớn cho các linh kiện quang để sản xuất bộ lọc ở những bước sóng khác nhau WDM-PON cũng được triển khai kết hợp với các giao thức TDMA PON để cải thiện băng thông truyền tin WDM-PON được phát triển mạnh ở Hàn Quốc

Trang 36

2.3.3 CDM

Ghép kênh phân chia theo mã CDM cung cấp phương thức khác cho ghép kênh dữ liệu Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA sử dụng công nghệ CDM để phân xử việc truy cập kênh giữa nhiều node mạng trong cùng một kiểu phân bố Ghép kênh phân chia theo mã quang OCDM là một công nghệ hứa hẹn, cung cấp việc truy nhập ngẫu nhiên đến toàn bộ băng thông cùng với nhiều lợi ích khác như điều khiển mạng đơn giản, tính bảo mật được nâng cao, và tăng tính linh động OCDM giải quyết việc nâng cấp dung lượng bằng cách thêm một số mã cơ sở cho hệ thống FTTH Trong phân này, ta sẽ xem xét các kỹ thuật cho mạng quang dựa trên OCDM/OCDMA

Trong một hệ thống OCDM, mỗi kênh được phân biệt bởi một mã quang riêng Quá trình mã hóa quang học sẽ chuyển đổi từng bit dữ liệu trược khi truyền trong khi phía giải mã sẽ thực hiện ngược lại nhằm khôi phục lại tín hiệu gốc như ban đầu

Do không gian mã hóa hạn chế, kỹ thuật mã hóa quang một chiều không liên tục (cả trong miền thời gian và tần số) không khả thu cho các mạng truy nhập trong tương lai, mạng mà được yêu cầu phải hỗ trợ số lượng lớn người dùng cuối Cả kỹ thuật mã hóa

2 chiều và 3 chiều đều yêu cầu nhiều miền để nhận biết các mã quang Vì thế, thật là khó khăn để có thể nâng cấp dung lượng một cách dễ dàng cho mạng truy nhập nơi các bộ mã hóa/giải mã 2 chiều hoặc 3 chiều được sử dụng

Giải pháp về OCDM có thể bao gồm một bộ chia thụ động đặt tại các node điều khiển OCDM-PON sử dụng giao thức cây với các bộ chia thụ động được cho như hình 2.4 Số lượng tối đa người sử dụng có thể được hỗ trợ trong cấu hình này bị giới hạn do suy hao chèn cao của bộ chia công suất Không gian mã hóa không thể hoàn toàn được sử dụng

Một cách khác là giới thiệu tách mã tại các node điều khiển Với lan truyền thời gian kết hợp (TS)-OCDM, bộ mã hóa/giải mã (E/D) OCDM đa cổng có chức năng đặc biệt là đồng thời xử lý tại nhiều thời điểm trải phổ đa mã quang với chỉ một thiết bị Như hình 2.5 đã chỉ ra, nó sẽ là một thiết bị tiềm năng nếu được sử dụng trong OLT của mạng OCDM để giảm số lượng các bộ mã hóa/ giải mã

Trang 37

Hình 2.4: OCDM-PON với bộ chia công suất đặt tại node điều khiển

Hình 2.5: Cấu hình của hệ thống OCDM-PON với bộ chia công suất tại node điều khiển Nếu một thiết bị như vậy được đưa vào sử dụng tại các RN giữa OLT và các ONU, việc chia mã có thể được thực hiện Bằng cách này, mỗi ONU không cần mã hóa,

do các bộ mã hóa/giải mã không cần phải sử dụng tại phía người dùng Hơn nữa, việc suy hao do chèn của thiết bị chia mã là thấp hơn nhiều so với bộ chia công suất Vì thế, nếu không cần mở rộng tầm hoạt động, PON-OCDM với bộ chia mã có thể hỗ trợ tốt tầm hoạt động dựa trên những điều đã đạt được trong các hệ thống sử dụng bộ chia công suất

Trang 38

2.3.4 OFDM-PON

Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM trong mạng truy nhập quang đã được nghiên cứu và phát triển do sự cần thiết để tăng tốc độ truyền dẫn mà không cần tăng băng thông của các thiết bị quang điện OFDM trong đường xuống có thể được kết hợp với đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA trong đường lên OFDM là

kỹ thuật điều chế đa sóng mang, ở đó dữ liệu của một kênh quang được truyền trên các băng thông hẹp với các sóng mang con trực giao có tốc độ thấp Trong OFDM, việc ghép tần số vào các kênh con cho phép việc truyền dẫn một tín hiệu đa sóng mang bằng cách

sử dụng một bộ điều chế quang đơn Các kênh con trực giao và chồng chéo lên nhau trong miền tần số theo nguyên tắc đỉnh của mỗi kênh con sẽ trùng với điểm bằng 0 của các kênh khác Điều chế OFDM rất thích hợp và có khả năng sử dụng các dạng điều chế cao hơn (8-QAM, 16-QAM) trên phần cứng thiết bị quang giống nhau do quá trình xử lý tín hiệu trong miền điện dễ dàng Một vài kênh OFDM có vùng tần số lên tới vài Ghz Với đường xuống sử dụng laser đơn mode với băng thông cao (10-25Ghz) được sử dụng Giả sử ta sử dụng điều chế 16-QAM và nhiều kênh OFDM, tốc độ đỉnh có thể đạt được là

từ 40-100Gbps Băng thông của các ONU có thể đáp ứng được toàn bộ băng thông của OLT Các vấn đề liên quan đến kỹ thuật OFDM sẽ được trình bày trong chương III

2.4 Kết luận

Qua những vấn đề được trình bày trong chương “Mạng truy nhập quang thế hệ sau”, đồ án đã nêu được các yêu cầu về mạng truy nhập quang thế hệ sau như yêu cầu về dịch vụ, yêu cầu về mạng, yêu cầu về vận hành và thương mại mà các mạng truy nhập trong tương lai cần đạt được Ngoài ra, chương này cũng cung cấp cái nhìn cụ thể về sự phát triển cùa hệ thống mạng quang qua các thế hệ và các kỹ thuật khác nhau Cuối cùng, nội dung chương đưa ra các kỹ thuật mới sẽ được triển khai và áp dụng trong mạng truy nhập thế hệ sau như: TDM, WDM, CDM, OFDM Trong các kỹ thuật này, kỹ thuật OFDM cho thấy nhiều tiềm năng vì những ưu điểm của mình Do vậy, trong chương tiếp theo kỹ thuật OFDM sẽ được đề cập sâu hơn

Trang 39

Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương III: Kỹ thuật OFDM

CHƯƠNG III: KỸ THUẬT OFDM

Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM là một phương pháp điều chế cho phép giảm thiểu méo tuyến tính Kỹ thuật OFDM được áp dụng nhiều trong truyền dẫn vô tuyến giúp tăng hiệu quả băng thông, chuyển đổi pha đinh chọn lọc thành pha đinh phẳng Hơn nữa, nó còn được áp dụng trong truyền dẫn quang để khắc phục hiện tượng tán sắc tín hiệu quang khi truyền dẫn qua một khoảng cách lớn giúp tăng khoảng cách giữa các trạm lặp trong thực tế

3.1 Tổng quan về OFDM

3.1.1 Các nguyên lý cơ bản của OFDM

Nguyên lý cơ bản của OFDM là chia một luồng dữ liệu tốc độ cao thành các luồng dữ liệu tốc độ thấp hơn và phát đồng thời trên một số các sóng mang con trực giao

Vì khoảng thời gian symbol tăng lên cho các sóng mang con song song tốc độ thấp hơn, cho nên lượng nhiễu gây ra do độ trải trễ đa đường được giảm xuống Nhiễu xuyên ký tự ISI được hạn chế hầu như hoàn toàn do việc đưa vào một khoảng thời gian bảo vệ trong mỗi symbol OFDM Trong khoảng thời gian bảo vệ, mỗi symbol OFDM được bảo vệ theo chu kỳ để tránh nhiễu giữa các sóng mang ICI

Nếu ký hiệu các sóng mang con được dùng trong hệ thống OFDM là si(t) và sj(t)

Để đảm bảo trực giao cho OFDM, các hàm sin của sóng mang con phải thỏa mãn điều kiện sau:

j k ft k

∆f=1/T là khoảng cách tần số giữa hai sóng mang con, T là thời gian ký hiệu, N là

số sóng mang con và N.∆f là băng thông truyền dẫn và ts là dịch thời gian

Giữa kỹ thuật điều chế đa sóng mang không chồng phổ và kỹ thuật điều chế đa sóng mang chồng phổ có sự khác nhau Trong kỹ thuật đa sóng mang chồng phổ, ta có thể tiết kiệm được khoảng 50% băng thông Tuy nhiên, trong kỹ thuật đa sóng mang chồng phổ, ta cần triệt xuyên nhiễu giữa các sóng mang, nghĩa là các sóng này cần trực giao với nhau

Trang 40

Giữa kỹ thuật điều chế đa sóng mang không chồng phổ và kỹ thuật điều chế đa sóng mang chồng phổ có sự khác nhau Trong kỹ thuật đa sóng mang chồng phổ, ta có thể tiết kiệm được khoảng 50% băng thông Tuy nhiên, trong kỹ thuật đa sóng mang chồng phổ, ta cần triệt xuyên nhiễu giữa các sóng mang, nghĩa là các sóng này cần trực giao với nhau

Về bản chất, OFDM là một trường hợp đặc biệt của phương thức phát đa sóng mang theo nguyên lý chia dòng dữ liệu tốc độ cao thành tốc độ thấp hơn và phát đồng thời trên một số sóng mang được phân bổ một cách trực giao Nhờ thực hiện biến đổi chuỗi dữ liệu từ nối tiếp sang song song nên thời gian symbol tăng lên Do đó, sự phân tán theo thời gian gây bởi trải rộng trễ do truyền dẫn đa đường (multipath) giảm xuống

Hình 3.1: So sánh kỹ thuật FDM và OFDM OFDM khác với FDM ở nhiều điểm Trong phát thanh thông thường mỗi đài phát thanh truyền trên một tần số khác nhau, sử dụng hiệu quả FDM để duy trì sự ngăn cách giữa những đài Tuy nhiên không có sự kết hợp đồng bộ giữa mỗi trạm với các trạm khác Với cách truyền OFDM, những tín hiệu thông tin từ nhiều trạm được kết hợp trong một dòng dữ liệu ghép kênh đơn Sau đó dữ liệu này được truyền khi sử dụng khối OFDM được tạo ra từ gói dày đặc nhiều sóng mang Tất cả các sóng mang thứ cấp trong tín hiệu OFDM được đồng bộ thời gian và tần số với nhau, cho phép kiểm soát can nhiễu giữa những sóng mang Các sóng mang này chồng lấp nhau trong miền tần số, nhưng không

Tiêu đề	Ứng dụng OFDM trong mạng truy nhập quang thế hệ sau
Tác giả	Nguyễn Tiến Hiệp
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Đức Nhân
Trường học	Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Chuyên ngành	Mạng truy nhập quang và công nghệ truyền dẫn
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp đại học
Năm xuất bản	2012
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	82
Dung lượng	7,42 MB