nghiên cứu, ứng dụng công nghệ pon để quy hoạch, nâng cấp và tối ưu hóa mạng truyền dẫn 3g

Các nhà khai thác mạng GSM có thể bắt đầu chuyển từ GSM sang 3G bằng cách nâng cấp hệ thống mạng lên GPRS Dịch vụ vô tuyến chuyển mạch gói, tiếp theo là EDGE tiêu chuẩn 3G trên băng tần

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PON ĐỂ QUY HOẠCH, NÂNG CẤP VÀ TỐI ƯU HÓA

MẠNG TRUYỀN DẪN 3G WCDMA

Người HD khoa học : PGS.TS NGUYỄN THANH HÀ

Thái Nguyên, năm 2011

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác Trừ các phần tham khảo đã đƣợc nêu rõ trong Luận văn.

Tác giả

Ngô Minh Đức

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy giáo – PGS.TS Nguyễn Thanh Hà, người đã hướng dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến quá trình viết và hoàn chỉnh Luận văn

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với các thầy cô trong khoa Điện tử viễn thông phòng Đào tạo, Khoa Sau đại học - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp

đã tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành Luận văn này

Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn không tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cô giáo, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp

Học viên

Ngô Minh Đức

Contents

Lời nói đầu 2

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT 6

Chương 1 : 14

TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG THẾ HỆ BA W-CDMA 14

1.1 Giới thiệu công nghệ W-CDMA 14

1.2 Cấu trúc mạng W-CDMA 16

1.2.1 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN 18

1.2.1.1 Đặc trưng của UTRAN 19

1.2.1.2 Bộ điều khiển mạng vô tuyến UTRAN 19

1.2.1.3 Node B 20

1.2.2 Giao diện vô tuyến 20

1.2.2.1 Giao diện UTRAN – CN, IU 21

1.2.2.2 Giao diện RNC – RNC, IUr 22

1.2.2.3 Giao diện RNC – Node B, IUb 22

1.3 Kết luận chương 23

Chương 2: CÔNG NGHỆ PON VÀ CÁC CHUẨN HÓA PON 23

2.1 Mạng quang tích cực AON và mạng quang thụ động PON 23

2.1.1 AON 23

2.1.2 Mạng PON 25

2.1.3 Các chuẩn trong mạng PON 28

2.1.3.1 B-PON 28

2.1.3.2 BPON và Gigabit PON 29

2.1.3.3 WDM-PON 32

2.1.3.4 CDMA-PON 33

2.1.4 Bộ tách/ghép quang và topo trong mạng PON 34

2.1.4.1 Bộ tách/ghép quang 34

2.1.4.2.Topo hình cây 37

2.1.4.3 Topo dạng bus 38

2.1.4.4 Topo dạng vòng 39

2.1.4.5 Topo hình cây kết hợp topo dạng vòng hoặc đường tải phụ 40

2.1.5 PON MAC layer 41

2.1.5.1 Giao thức điều khiển đa điểm MPCP(Multi-Point Control Protocol) 41

2.1.5.2 PON với kiến trúc IEEE 802 46

CHƯƠNG 3: 50

ỨNG DỤNG PON 50

ĐỂ QUY HOẠCH, NÂNG CẤP, TỐI ƯU HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN CHO MẠNG 3G 50 3.1 Giới thiệu: 50

3.2 Nhu cầu tối ưu hóa mạng Backhaul 52

3.3 Quy hoạch mạng tích hợp PON-WCN 53

3.3.1 Mô hình hệ thống PON-WCN tích hợp 54

3.3.1.1 Các đối tượng chính trong PON-WCN tích hợp 55

3.3.1.2 Các chế độ tích hợp 55

3.3.2 Truyền dẫn kết hợp trong PON-WCN tích hợp 56

3.3.3 Mô hình phủ và truyền sóng vô tuyến 57

Trong đó P là công suất của ONU-BS phối hợp gần nhất thu được tại SS 58

3.3.4 Mô hình truyền dẫn trong sợi quang 58

3.4 Giải pháp 65

3.4.1 Chia tách các bài toán 66

3.4.2 Xấp xỉ tuyến tính dựa trên sự tái lập lại 66

3.5 Các kết quả số học và các nghiên cứu điển hình 69

3.6 Tổng kết 75

PHỤ LỤC 1 78

Chương 4: 80

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TƯƠNG LAI 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

Lời nói đầu -@ -

Thông tin di động số đang ngày càng phát triển mạnh mẽ trên thế giới với những ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực thông tin, trong dịch vụ và trong cuộc sống hằng ngày Các kĩ thuật không ngừng được hoàn thiện đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng Công nghệ điện thoại di động phổ biến nhất thế giới GSM đang gặp nhiều cản trở và sẽ sớm bị thay thế bằng những công nghệ tiên tiến hơn, hỗ trợ tối đa các dịch vụ như Internet, truyền hình

Hệ thống viễn thông di động thế hệ hai là GSM và IS 95 Những công nghệ này ban đầu được thiết kế để truyền tải giọng nói và nhắn tin Để tận dụng được tính năng của hệ thống 2G khi chuyển hướng sang 3G cần thiết có một giải pháp trung chuyển Các nhà khai thác mạng GSM có thể bắt đầu chuyển từ GSM sang 3G bằng cách nâng cấp hệ thống mạng lên GPRS (Dịch vụ vô tuyến chuyển mạch gói), tiếp theo là EDGE (tiêu chuẩn 3G trên băng tần GSM và hỗ trợ dữ liệu lên tới 384kbit) và UMTS (công nghệ băng thông hẹp GSM sử dụng truyền dẫn CDMA), và WCDMA

3G là một bước đột phá của ngành di động, bởi vì nó cung cấp băng thông rộng hơn cho người sử dụng Điều đó có nghĩa sẽ có các dịch vụ mới và nhiều thuận tiện hơn trong dịch vụ thoại và sử dụng các ứng dụng dữ liệu như truyền thông hữu ích như điện thoại truyền hình, định vị và tìm kiếm thông tin, truy cập Internet, truyền tải dữ liệu dung lượng lớn, nghe nhạc và xem video chất lượng cao,… Truyền thông di động ngày nay đã và đang đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống Việc vẫn có thể giữ liên lạc với mọi người trong khi di chuyển đã làm thay đổi cuộc sống riêng tư và công việc của chúng ta

Tuy nhiên, thị trường viễn thông càng mở rộng càng thể hiện rõ những hạn chế về dung lượng và băng thông của các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai Sự ra đời của hệ thống di động thế hệ thứ ba với các công nghệ tiêu biểu như WCDMA hay HSPA là một tất yếu để có thể đáp ứng được nhu cầu truy cập dữ liệu, âm thanh, hình ảnh với tốc độ cao, băng thông rộng của người sử dụng

Trong lộ trình phát triển, các mạng GPRS/EDGE và tiếp theo là UMTS được triển khai trên nền mạng GSM truyền thống nhằm đem lại thêm tài nguyên vô tuyến để cung cấp các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao, và tăng chất lượng dịch vụ thoại Quá trình phát triển này đòi hỏi dung lượng mạng truyền dẫn (backhaul) phải được mở rộng để

truyền tải lưu lượng lớn hơn từ trạm gốc (BS) đến trung tâm chuyển mạch (MSC) Tuy nhiên, hệ thống truyền dẫn của UMTS dựa trên công nghệ truyền dẫn IP hoặc ATM, trong khi của mạng GSM truyền thống dựa trên công nghệ TDM Vậy yêu cầu đặt ra

là cần phải nâng cấp mạng TDM của GSM Việc xây dựng hai mạng riêng biệt cho GSM và UMTS là không hiệu quả, đặc biệt khi các nhà khai thác di động hy vọng UMTS sẽ dần thay thế GSM, và như vậy mạng truyền dẫn GSM dần dần sẽ bị xoá bỏ Trong hệ thống PON, kết nối mạng quang (ONT) có khả năng hỗ trợ kết nối dịch vụ điện thoại truyền thống qua giao diện POTS (Plain Old Telephone Service) và các giao tiếp truyền dữ liệu tốc độ cao như Ethernet và DSL Đầu cuối đường dây quang (OLT) bao gồm các khối giao tiếp PON, một kết cấu chuyển mạch dữ liệu và các phần tử điều khiển NE (Network Element) Tại hướng xuống, OLT phát quảng bá dữ liệu tới tất cả các ONU Tín hiệu hướng xuống bao gồm dữ liệu cho các ONT, từ mào đầu Khai thác Quản lý và Bảo dưỡng (Operations Administration and Maintenance - OAM) và các tín hiệu đồng bộ cho các ONT gửi dữ liệu hướng lên Dựa vào các thông tin về khe thời gian (kênh), địa chỉ gói/tế bào, bước sóng, mã CDMA mà các ONT tách dữ liệu tương ứng với thuê bao của khách hàng Trong hướng lên, mỗi một ONU cần có giao thức điều khiển truy nhập môi trường MAC (Medium Access Control) để chia sẻ PON Giao thức MAC thường được sử dụng trong PON là đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA (Time Division Multiple Access), khi đó mỗi ONT được cấp một khe thời gian (kênh) để gửi dữ liệu của mình tới OLT Ngoài ra trong hướng lên cần phải

có khoảng thời gian bảo vệ giữa các nhóm gói dữ liệu của các ONT, khoảng thời gian này phải đảm bảo sao cho tại bộ thu OLT dữ liệu không bị trùm phủ lên nhau

Thông thường các hệ thống TDMA PON gán trước một tỷ lệ phân chia cố định băng thông hướng lên cho các ONT mà không quan tâm có bao nhiêu dữ liệu được gửi đi

Một giải pháp để phân bổ băng thông cho các ONT là sử dụng giao thức phân bổ băng thông động (Dynamic Bandwidth Allocation - DBA) DBA là giao thức cho phép các ONT gửi yêu cầu về băng thông tới OLT nhằm sử dụng hiệu quả băng thông hướng lên Các thông tin yêu cầu có thể là các mức đầy hàng đợi đầu vào cho các lớp dịch vụ khác nhau OLT đánh giá các yêu cầu từ các ONT và gán băng thông cho gửi

dữ liệu hướng lên ở lần kế tiếp theo OLT cũng có thể tích hợp chức năng thỏa thuận

mức dịch vụ SLA (Service Level Agreement) để kết hợp với DBA trong việc phân bổ băng thông Thông thường các hệ thống PON truyền dữ liệu cả hướng xuống và hướng lên trong cùng một sợi quang Trên mỗi sợi mặc dù các bộ nối định hướng cho phép sử dụng cùng một bước sóng cho cả 2 hướng, tuy nhiên đối với các hệ thống truyền tải tốc độ cao để đảm bảo chất lượng thì thông thường mỗi hướng sử dụng một bước sóng riêng Trong các mạng PON các bước sóng được sử dụng là 1490nm hoặc 1550nm cho hướng xuống và 1310nm cho tín hiệu đường lên

Luận văn này xem xét một giải pháp sử dụng cùng một mạng truyền dẫn có thể hỗ trợ cho cả UMTS và GSM với GPRS/EDGE Giải pháp này làm giảm yêu cầu dung lượng cần truyền dẫn của mạng backhaul bằng việc sử dụng phương pháp nén tiên tiến cho lưu lượng thoại GSM, lưu lượng dữ liệu và phương pháp ghép lưu lượng thoại và

dữ liệu của cả hai mạng GSM và UMTS Luận văn này mô tả công nghệ PON, 3G và phát triển của mạng truyền dẫn GSM/UMTS để hỗ trợ EDGE và UMTS, nghiên cứu một cấu trúc tối ưu với trọng tâm là các kỹ thuật công nghệ PON nhằm làm giảm sự lãng phí tài nguyên dải thông trên mạng truyền dẫn 3G để tiết kiệm dải thông, tối ưu mạng truyền dẫn di động 3G

Xuất phát từ ý tưởng muốn tìm hiểu công nghệ W-CDMA, mạng W-CDMA và

công nghệ PON tôi đã thực hiện luận văn: “Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ PON

để quy hoạch, nâng cấp và tối ưu hóa mạng truyền dẫn 3G”

Luận văn này tôi trình bày 3 chương, với nội dung chính là chương 2, chương 3, gồm có :

Chương 1 : Hệ thống thông tin di động thê hệ thứ 3 W-CDMA,

Chương 2 : Công nghệ PON và các chuẩn hóa PON,

Chương 3 : Ứng dụng PON để quy hoạch, nâng cấp và tối ưu hóa mạng truyền dẫn 3G,

Chương 4 : Kết luận và hướng mở của luận văn

Trong quá trình làm luận văn khó tránh khỏi sai sót, em rất mong sự chỉ dẫn của các thầy cô giáo và sự góp ý của các bạn để luận văn được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn thầy PGS, TS Nguyễn Thanh Hà và các thầy cô giáo

đã giúp em hoàn thành luận văn này !

Thái Nguyên, ngày tháng 11 năm 2010

Học viên

Ngô Minh Đức

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT

AON Active Optical Network

BAN Broadband Access Networks

BM-CDR Burst-mode Clock Data Recovery

BM-LDD Burst-mode Laser Diode Driver

C/I Carrier to Interference ratio

CDMA-PON Code Division Multiple Access Passive Optical Network

CMRP Capacity Maximization with RS Placement

DPCCH Dedicated Physical Control Chanel

DPDCH Dedicated Physical Data Chanel

ETSI European Telecommunications Standards Institute

FACCH Fast Associated Control Channel

FAUSCH Fast Uplink Signalling Chanel

FCCH Frequency Correction Channel

Handover Chuyển giao

HSCSD Hight Speed Circuit Switched Data

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineering

IMSI International Mobile Subscriber Identity

IMT-2000 International Mobile Telecommunication

IPTV Internet Protocol TeleVision

IS-136 Interim Standard 136

IS-95A Interim Standard 95A

ISDN Integrated Servive Digital Network

ITU-R International Mobile Telecommunication Union Radio Sector

LVCMOS Low-Voltage CMOS

MIMO Multiple Input Multiple Output

MPCPDU Muli-Point Control Protocol Data Unit

NLOS Non Line of Sight

Node B Là nút logic kết cuối giao diện IuB với RNC

NP-HARD Nondeterministic Polynomial-time hard

OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplex

OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access

OPEX Operational Expenditure

PCCC Parallel Concatenated Convolutional Code

PLOAM Physical Layer Operation Administration and Maintenance

PMP Point-to-Multi-Point

SDCCH Stand alone Dedicated Control Channel

SDMA Space Division Multiple Access

SerDes Serializer/Deserializer

TCP Transmission Control Protocol

TDD Time Division Duplexing

TDMA Time Division Multiple Access

TDMA-PON Time Division Multiple Access Passive Optical Network

VCI Virtual Circuit Identifier

VCSEL Vertical Cavity Surface Emitting Laser

VoIP Voice over Internet Protocol

WCDMA Wideband Code Division Multiplex Access

WDM-PON Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network

WiMAX Worldwide Interoperability Microwave Access

Chương 1 :

TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG THẾ HỆ BA W-CDMA

1.1 Giới thiệu công nghệ W-CDMA

Chương này sẽ giới thiệu về công nghệ W-CDMA, cấu trúc mạng W-CDMA, mạng truy nhập vô tuyến UTRAN, các giao diện vô tuyến và đặc trưng riêng của chúng, ta sẽ có cái nhìn tổng quan về mạng W-CDMA 3G

WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access - truy cập đa phân mã băng rộng) là công nghệ 3G hoạt động dựa trên CDMA và có khả năng hỗ trợ các dịch

vụ đa phương tiện tốc độ cao như video, truy cập Internet, hội thảo hình WCDMA nằm trong dải tần 1920 MHz -1980 MHz, 2110 MHz - 2170 MHz

W-CDMA giúp tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu cho hệ thống GSM bằng cách dùng kỹ thuật CDMA hoạt động ở băng tần rộng thay thế cho TDMA Trong các công nghệ thông tin di động thế hệ ba thì W-CDMA nhận được sự ủng hộ lớn nhất nhờ vào tính linh hoạt của lớp vật lý trong việc hỗ trợ các kiểu dịch vụ khác nhau đặc biệt là dịch vụ tốc độ bit thấp và trung bình

W-CDMA có các tính năng cơ sở sau :

- Hoạt động ở CDMA băng rộng với băng tần 5MHz

- Lớp vật lý mềm dẻo để tích hợp được tất cả thông tin trên một sóng mang

- Hệ số tái sử dụng tần số bằng 1

- Hỗ trợ phân tập phát và các cấu trúc thu tiên tiến

Nhược điểm chính của W-CDMA là hệ thống không cấp phép trong băng TDD phát liên tục cũng như không tạo điều kiện cho các kỹ thuật chống nhiễu ở các môi trường làm việc khác nhau

Hệ thống thông tin di động thế hệ ba W-CDMA có thể cung cấp các dịch vụ với tốc độ bit lên đến 2MBit/s Bao gồm nhiều kiểu truyền dẫn như truyền dẫn đối xứng

và không đối xứng, thông tin điểm đến điểm và thông tin đa điểm Với khả năng đó, các hệ thống thông tin di động thế hệ ba có thể cung cấp dể dàng các dịch vụ mới như : điện thoại thấy hình, tải dữ liệu nhanh, ngoài ra nó còn cung cấp các dịch vụ đa phương tiện khác

Các nhà khai thác có thể cung cấp rất nhiều dịch vụ đối với khách hàng, từ các dịch vụ điện thoại khác nhau với nhiều dịch vụ bổ sung cũng như các dịch vụ không liên quan đến cuộc gọi như thư điện tử, FPT…

Công trình nghiên cứu của các nước châu Âu cho W-CDMA bắt đầu từ đề án

KBit/s

Đối xứng Không đối xứng Đa phương

Điểm đến điểm Đa điểm

Đa phương tiện di động Quảng bá

t

WWW

Thư điện tử

FTP

Điện thoại IP

Video theo yêu cầu

Báo điện

tử

Karaoke ISDN

Xuất bản điện tử

Thư điện tử FAX

Các dịch vụ phân phối thông tin

Tin tức

Dự báo thời tiết

Thông tin lưu lượng

Thông tin nghỉ ngơi

Truyền hình di động

Truyền thanh di động

Tiếng

Số liệu H.ảnh

CODIT (Code Division Multiplex Testbed : Phòng thí nghiệm đa truy cập theo mã) và FRAMES (Future Radio Multiplex Access Scheme : Kỹ thuật đa truy cập vô tuyến trong tương lai) từ đầu thập niên 90 Các dự án này đã tiến hành thử nghiệm các hệ thống W-CDMA để đánh giá chất lượng đường truyền

Theo các chuyên gia trong ngành viễn thông, đường tới 3G của GSM là WCDMA Nhưng trên con đường đó, các nhà khai thác dịch vụ điện thoại di động phải trải qua giai đoạn 2,5G Thế hệ 2,5G bao gồm những gì? Đó là: dữ liệu chuyển mạch gói tốc độ cao (HSCSD), dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS và Enhanced Data Rates for Global Evolution (EDGE)

hệ thống W-CDMA phát triển mang tính toàn cầu trên cơ sở công nghệ GSM

 UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network)

Mạng truy nhập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truy nhập vô tuyến UTRAN gồm hai phần tử :

- Nút B : Thực hiện chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện Iub và Uu Nó cũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến

- Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC: Có chức năng sở hữu và điều khiển các tài nguyên vô tuyến ở trong vùng (các nút B đƣợc kết nối với nó) RNC còn là điểm truy cập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN

MSC/

GGSN SGSN

HLR

CN

RNC Node B

Node B

RNC Node B

tin chính về lý lịch dịch vụ của người sử dụng Các thông tin này bao gồm : Thông tin

về các dịch vụ được phép, các vùng không được chuyển mạng và các thông tin về dịch

vụ bổ sung như : trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi

- MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor Location Register) : Là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh cho UE tại vị trí của nó MSC có chức năng sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh VLR có chức năng lưu giữ bản sao về lý lịch người sử dụng cũng như vị trí chính xác của UE trong hệ thống đang phục vụ

- GMSC (Gateway MSC) : Chuyển mạch kết nối với mạng ngoài

- SGSN (Serving GPRS) : Có chức năng như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói (PS)

- GGSN (Gateway GPRS Support Node) : Có chức năng như GMSC nhưng chỉ phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói

 Các mạng ngoài

- Mạng CS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh

- Mạng PS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói

 Các giao diện vô tuyến

- Giao diện CU : Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME Giao diện này tuân theo một khuôn dạng chuẩn cho các thẻ thông minh

- Giao diện UU : Là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố định của hệ thống và vì thế mà nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS

- Giao diện IU : Giao diện này nối UTRAN với CN, nó cung cấp cho các nhà khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau

- Giao diện IUr : Cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khác nhau

- Giao diện IUb : Giao diện cho phép kết nối một nút B với một RNC IUb được tiêu chuẩn hóa như là một giao diện mở hoàn toàn

1.2.1 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN

UTRAN bao gồm nhiều hệ thống mạng con vô tuyến RNS (Radio Network

Subsystem) Một RNS gồm một bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC và các node B Các RNC được kết nối với nhau bằng giao diện Iur và kết nối với node B bằng giao diện Iub.

1.2.1.1 Đặc trưng của UTRAN

Các đặc tính của UTRAN là cơ sở để thiết kế cấu trúc UTRAN cũng như các giao thức UTRAN có các đặc tính chính sau :

- Hỗ trợ các chức năng truy nhập vô tuyến, đặc biệt là chuyển giao mềm và các thuật toán quản lý tài nguyên đặc thù của W-CDMA

- Đảm bảo tính chung nhất cho việc xử lý số liệu chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói bằng cách sử dụng giao thức vô tuyến duy nhất để kết nối từ UTRAN đến cả hai vùng của mạng lõi

- Đảm bảo tính chung nhất với GSM

- Sử dụng cơ chế truyền tải ATM là cơ chế truyền tải chính ở UTRAN

1.2.1.2 Bộ điều khiển mạng vô tuyến UTRAN

RNC là phần tử mạng chịu trách nhiệm điều khiển tài nguyên vô tuyến của UTRAN RNC kết nối với CN (thông thường là với một MSC và một SGSN) qua giao diện vô tuyến Iu RNC điều khiển node B chịu trách nhiệm điều khiển tải và tránh tắc ngẽn cho các ô của mình Khi một MS UTRAN sử dụng nhiều tài nguyên vô tuyến từ

Node B Node B

RNC

Node B Node B

RNC RNS

nhiều RNC thì các RNC này sẽ có hai vai trò logic riêng bịêt

- RNC phục vụ (Serving RNC) : SRNC đối với một MS là RNC kết cuối cả đường nối Iu để truyền số liệu người sử dụng và báo hiệu RANAP (phần ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến) tương ứng từ mạng lõi SRNC cũng là kết cuối báo hiệu điều khiển tài nguyên vô tuyến Nó thực hiện xử lý số liệu truyền từ lớp kết nối số liệu tới các tài nguyên vô tuyến SRNC cũng là CRNC của một node B nào đó được sử dụng để MS kết nối với UTRAN

- RNC trôi (Drif RNC) : DRNC là một RNC bất kỳ khác với SRNC để điều khiển các ô được MS sử dụng Khi cần DRNC có thể thực hiện kết hợp và phân tập vĩ mô DRNC không thực hiện xử lý số liệu trong lớp kết nối số liệu mà chỉ định tuyến số liệu giữa các giao diện IUb và IUr Một UE có thể không có hoặc có một hay nhiều DRNC

1.2.1.3 Node B

Chức năng chính của node B là thực hiện xữ lý trên lớp vật lý của giao diện vô tuyến như mã hóa kênh, đan xen, thích ứng tốc độ, trải phổ…Nó cũng thực hiện phần khai thác quản lý tài nguyên vô tuyến như điều khiển công suất vòng trong Về phần chức năng nó giống như trạm gốc của GSM

1.2.2 Giao diện vô tuyến

Cấu trúc UMTS không định nghĩa chi tiết chức năng bên trong của phần tử mạng

mà chỉ định nghĩa giao diện giữa các phần tử logic Cấu trúc giao diện được xây dựng trên nguyên tắc là các lớp và các phần cao độc lập logic với nhau, điều này cho phép thay đổi một phần của cấu trúc giao thức trong khi vẫn giữ nguyên các phần còn lại

1.2.2.1 Giao diện UTRAN – CN, IU

Giao diện IU là một giao diện mở có chức năng kết nối UTRAN với CN Iu có hai kiểu : Iu CS để kết nối UTRAN với CN chuyển mạch kênh và Iu PS để kết nối UTRAN với chuyển mạch gói

 Cấu trúc I U CS

IU CS sử dụng phương thức truyền tải ATM trên lớp vật lý là kết nối vô tuyến, cáp quang hay cáp đồng Có thể lựa chọn các công nghệ truyền dẫn khác nhau như SONET, STM-1 hay E1 để thực hiện lớp vật lý

- Ngăn xếp giao thức phía điều khiển : Gồm RANAP trên đỉnh giao diện SS7 băng rộng và các lớp ứng dụng là phần điều khiển kết nối báo hiệu SCCP, phần truyền bản tin MTP3-b, và lớp thích ứng báo hiệu ATM cho các giao diện mạng SAAL-NNI

- Ngăn xếp giao thức phía điều khiển mạng truyền tải : Gồm các giao thức báo hiệu để thiết lập kết nối AAL2 (Q.2630) và lớp thích ứng Q.2150 ở đỉnh các giao thức SS7 băng rộng

- Ngăn xếp giao thức phía người sử dụng : Gồm một kết nối AAL2 được dành

Giao thức ứng dụng

Mạng báo hiệu

Mạng số liệu

Mạng báo hiệu ALCAP

Luồng số liệu

Phía điều khiển mạng truyền tải

Phía người sử dụng mạng truyền tải

Phía người sử dụng mạng truyền tải

- Ngăn xếp giao thức phía điều khiển mạng truyền tải IU PS : Phía điều khiển mạng truyền tải không áp dụng cho IU PS Các phần tử thông tin sử dụng để đánh địa chỉ và nhận dạng báo hiệu AAL2 giống như các phần tử thông tin được sử dụng trong

CS

- Ngăn xếp giao thức phía người sử dụng Iu PS : Luồng số liệu gói được ghép chung lên một hay nhiều AAL5 PVC (Permanent Virtual Connection) Phần người sử dụng GTP-U là lớp ghép kênh để cung cấp các nhận dạng cho từng luồng số liệu gói Các luồng số liệu sử dụng truyền tải không theo nối thông và đánh địa chỉ IP

1.2.2.2 Giao diện RNC – RNC, I Ur

IUr là giao diện vô tuyến giữa các bộ điều khiển mạng vô tuyến Lúc đầu giao diện này được thiết kế để hỗ trợ chuyển giao mềm giữa các RNC, trong quá trình phát triển tiêu chuẩn nhiều tính năng đã được bổ sung và đến nay giao diện IUr phải đảm bảo 4 chức năng sau :

- Hỗ trợ tính di động cơ sở giữa các RNC

- Hỗ trợ kênh lưu lượng riêng

- Hỗ trợ kênh lưu lượng chung

- Hỗ trợ quản lý tài nguyên vô tuyến toàn cầu

1.2.2.3 Giao diện RNC – Node B, IUb

Giao thức IUb định nghĩa cấu trúc khung và các thủ tục điều khiển trong băng cho

các từng kiểu kênh truyền tải Các chức năng chính của IUb :

- Chức năng thiết lập, bổ sung, giải phóng và tái thiết lập một kết nối vô tuyến đầu tiên của một UE và chọn điểm kết cuối lưu lượng

- Khởi tạo và báo cáo các đặc thù ô, node B, kết nối vô tuyến

- Xử lý các kênh riêng và kênh chung

Chương 2: CÔNG NGHỆ PON VÀ CÁC CHUẨN HÓA PON

2.1 Mạng quang tích cực AON và mạng quang thụ động PON

2.1.1 AON

Mạng quang tích cực sử dụng một số thiết bị quang tích cực để phân chia tín hiệu là : switch, router và multiplexer Mỗi tín hiệu đi ra từ phía nhà cung cấp chỉ được đưa trực tiếp tới khách hàng yêu cầu nó Do đó, để tránh xung đột tín hiệu ở đoạn phân chia từ nhà cung cấp tới người dùng, cần phải sử dụng một thiết bị điện có tính chất

“đệm” cho quá trình này Từ năm 2007, một loại mạng cáp quang phổ biến đã nảy

sinh là Ethernet tích cực (Active Ethernet) Đó chính là bước đi đầu tiên cho sự phát triển của chuẩn 802.3ah nằm trong hệ thống chuẩn 802.3 được gọi là Ethernet in First Mile (EFM) Mạng Ethernet tích cực này sử dụng chuyển mạch Ethernet quang để phân phối tín hiệu cho người sử dụng; nhờ đó, cả phía nhà cung cấp và khách hàng đã tham gia vào một kiến trúc mạng chuyển mạch Ethernet tương tự như mạng máy tính Ethernet sử dụng trong các trường học Tuy nhiên, 2 mạng này cũng có sự khác biệt đó

là Ethernet trong trường học mục đích chủ yếu là liên kết giữa máy tính và máy in còn mạng chuyển mạch Ethernet tích cực này để dùng cho kết nối từ phía nhà cung cấp tới khách hàng Mỗi một khối chuyển mạch trong mạng Ethernet tích cực có thể điều khiển lên tới 1000 khách hàng nhưng thông thường trong thực tế, 1 chuyển mạch chỉ

sử dụng cho từ 400 đến 500 khách hàng.Các thiết bị chuyển mạch này thực hiện chuyển mạch và định tuyến dựa vào lớp 2 và lớp 3 Chuẩn 802.3ah cũng cho phép nhà cung cấp dịch vụ cung cấp đường truyền 100Mbps song công tới khách hàng và tiến tới cung cấp đường truyền 1Gbps song công Hình 3.1 dưới đây là kiến trúc đơn giản của mạng AON

Hình 3.1 -Mạng Active Ethernet (trên ) và mạng AON (dưới)

Một nhược điểm rất lớn của mạng quang tích cực chính là ở thiết bị chuyển mạch Với công nghệ hiện tại, thiết bị chuyển mạch bắt buộc phải chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện để phân tích thông tin rồi tiếp tục chuyển ngược lại để truyền đi Điều này sẽ làm giảm tốc độ truyền dẫn tối đa có thể trong hệ thống FTTH Ngoài ra

do đây là những chuyển mạch có tốc độ cao nên các thiết bị này rất đắt, không phù hợp với việc triển khai đại trà cho mạng truy cập

2.1.2 Mạng PON

Các mạng viễn thông ngày nay đều dựa trên các thiết bị chủ động, tại thiết bị tổng đài của nhà cung cấp dịch vụ lẫn thiết bị đầu cuối của khách hàng cũng như các trạm lặp, các thiết bị chuyển tiếp và một số các thiết bị khác trên đường truyền Các thiết

bị chủ động là các thiết bị này cần phải cung cấp nguồn cho một số thành phần, thường là bộ xử lý, các chíp nhớ… Với mạng PON, tất cả các thành phần chủ động giữa tổng đài CO và người sử dụng sẽ không còn tồn tại mà thay vào đó là các thiết

bị quang thụ động, điều khiển lưu lượng trên mạng dựa trên việc phân tách năng lượng của các bước sóng quang học tới các điểm đầu cuối trên đường truyền Việc thay thế các thiết bị chủ động sẽ tiết kiệm chi phí cho các nhà cung cấp dịch vụ vì họ không còn cần đến năng lượng và các thiết bị chủ động trên đường truyền nữa Các

bộ ghép / tách thụ động chỉ làm các công việc đơn thuần như cho đi qua hoặc ngăn chặn ánh sáng… Vì thế, không cần năng lượng hay các động tác xử lý tín hiệu nào

và từ đó, gần như kéo dài vô hạn khoảng thời gian trung bình giữa các lần lỗi truy cập MTBF (Mean Time Between Failure), giảm chi phí bảo trì tổng thể cho các nhà

cung cấp dịch vụ

Mạng quang thụ động (PON) được xây dựng nhằm giảm số lượng các thiết bị thu, phát và sợi quang trong mạng thông tin quang FTTH PON là một mạng điểm tới đa điểm, một kiến trúc PON bao gồm một thiết bị đầu cuối kênh quang được đặt tại trạm trung tâm của nhà khai thác dịch vụ và các bộ kết cuối mạng cáp quang ONU/ONT ( O p t i c a l N e t w o r k U n i t / O p t i c a l N e t w o r k T e r m i n a l ) đặt tại gần hoặc tại nhà thuê bao Giữa chúng là hệ thống phân phối mạng quan ODN (Optical Distribution Network) bao gồm cáp quang, các thiết bị tách ghép thụ động Kiến trúc của PON được mô tả như trong Hình 3.2

Hình 3.2–Mạng PON

Trong hệ thống PON, kết nối mạng quang ONT có khả năng hỗ trợ kết nối dịch vụ điện thoại truyền thống qua giao diện POTS (Plain Old Telephone Service) và các giao tiếp truyền dữ liệu tốc độ cao như Ethernet và DSL Đầu cuối đường dây quang OLT bao gồm các khối giao tiếp PON, một kết cấu chuyển mạch dữ liệu và các phần tử điều khiển NE (Network Element) Thiết bị OLT (thiết bị kết cuối kênh quang) được đặt ở phía nhà cung cấp dịch vụ, còn các thiết bị ONT (thiết bị kết cuối mạng quang) được đặt phía nguời sử dụng Thiết bị OLT cung cấp nhiều kênh quang, mỗi kênh quang đuợc truyền trên một tuyến cáp quang trên đó có bộ chia Nhiệm vụ của bộ chia là thu

và nhận các tín hiệu quang đuợc nhận và phát bởi OLT

Cáp sợi quang truy ền từ OLT sẽ trải dài và kết nỗi tới mỗi ONT Các bước sóng truyền 1490 nm (hoặc 1550 nm tùy theo lựa chọn) đuợc dùng cho băng thông chiều xuống từ OLT, trong đó các bước sóng 1310 nm sẽ đuợc truyền theo huớng lên bởi mỗi thiết bị ONT Hệ thống cung cấp địa chỉ, cung cấp băng thông một cách tự động

tự động cũng như việc mã hóa được sử dung để truy trì và phân tách lưu lựợng giữa OLT và ONT

Tại hướng xuống, OLT phát quảng bá dữ liệu tới tất cả các ONU Tín hiệu hướng xuống bao gồm dữ liệu cho các ONT, từ đầu Khai thác Quản lý và Bảo dưỡng OAM (Operation Administration and Maintenance) và các tín hiệu đồng bộ cho các ONT gửi dữ liệu hướng lên Dựa vào các thông tin về khe thời gian (kênh), địa chỉ gói/tế bào, bước sóng, mã CDMA mà các ONT tách dữ liệu tương ứng với thuê bao của khách hàng

Trong hướng lên, mỗi một ONU cần có giao thức điều khiển truy nhập môi trường MAC (Medium Access Control) để chia sẻ PON Giao thức MAC thường được sử dụng trong PON là đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA, khi đó mỗi ONT được cấp một khe thời gian (kênh) để gửi dữ liệu của mình tới OLT Ngoài ra trong hướng lên cần phải có khoảng thời gian bảo vệ giữa các nhóm gói dữ liệu của các ONT, khoảng thời gian này phải đảm bảo sao cho tại bộ thu OLT dữ liệu không bị trùm phủ lên nhau

Thông thường các hệ thống TDMA-PON gán trước một tỷ lệ phân chia cố định băng thông hướng lên cho các ONT mà không quan tâm có bao nhiêu dữ liệu được gửi đi Một giải pháp để phân bổ băng thông cho các ONT là sử dụng giao thức phân bổ băng thông động DBA (Dynamic Bandwidth Allocation) DBA là giao thức cho phép các ONT gửi yêu cầu về băng thông tới OLT nhằm sử dụng hiệu quả băng thông hướng lên Các thông tin yêu cầu có thể là các mức đầy hàng đợi đầu vào cho các lớp dịch vụ khác nhau OLT đánh giá các yêu cầu từ các ONT và gán băng thông cho gửi dữ liệu hướng lên ở lần kế tiếp theo OLT cũng có thể tích hợp chức năng thỏa thuận mức dịch vụ SLA (Service Level Agreement) để kết hợp với DBA trong việc phân bổ băng thông

Thông thường các hệ thống PON truyền dữ liệu cả hướng xuống và hướng lên trong cùng một sợi quang Trên mỗi sợi mặc dù các bộ nối định hướng cho phép sử dụng cùng một bước sóng cho cả 2 hướng, tuy nhiên đối với các hệ thống truyền tải tốc độ cao để đảm bảo chất lượng thì thông thường mỗi hướng sử dụng một bước sóng riêng Trong các mạng PON các bước sóng được sử dụng là 1490nm hoặc 1550nm cho hướng xuống và 1310nm cho tín hiệu đường lên

Ưu điểm của PON là nó sử dụng các bộ tách/ghép quang thụ động , có giá thành rẻ

và có thể đặt ở bất kì đâu, không phụ thuộc vào các điều kiện môi trường, không cần phải cung cấp năng lượng cho các thiết bị giữa phòng máy trung tâm và phía người dùng Ngoài ra, ưu điểm này còn giúp các nhà khai thác giảm được chi phí bảo dưỡng, vận hành Nhờ đó mà kiến trúc PON cho phép giảm chi phí cáp sợi quang và giảm chi phí cho thiết bị tại nhà cung cấp do nó cho phép nhiều người dùng (thường là 32) chia

sẻ chung một sợi quang

2.1.3 Các chuẩn trong mạng PON

Các chuẩn mạng PON có thể chia thành 2 nhóm: nhóm 1 bao gồm các chuẩn theo phương thức truy nhập TDMA-PON như là B-PON (Broadband PON), E-PON (Ethernet PON), G-PON (Gigabit PON) (đặc tính các của chuẩn TDMA-PON được so sánh trong Bảng 3.1); nhóm 2 bao gồm chuẩn theo các phương thức truy nhập khác như WDM-PON (Wavelength Division Multiplexing PON) và CDMA-PON (Code Division Multiple Access PON)

2.1.3.1 B-PON

Mạng quang thụ động băng rộng B-PON được chuẩn hóa trong chuỗi các khuyến nghị G.938 của ITU-T Các khuyến nghị này đưa ra các tiêu chuẩn về các khối chức năng ONT và OLT, khuôn dạng và tốc độ khung của luồng dữ liệu hướng lên và hướng xuống, giao thức truy nhập hướng lên TDMA, các giao tiếp vật lý, các giao tiếp quản lý và điều khiển ONT và DBA

Trong mạng B-PON, dữ liệu được đóng khung theo cấu trúc của các tế bào ATM Một khung hướng xuống có tốc độ 155Mbit/s (56 tế bào ATM có khích thước 53byte), hoặc 622 Mbit/s (4*56 tế bào ATM) và một tế bào quản lý vận hành bảo dưỡng lớp vật lý OAM (PLOAM – Physical Layer OAM) được chèn vào cứ mỗi

28 tế bào trong kênh PLOAM có một bít để nhận dạng các tế bào PLOAM Ngoài ra các tế bào PLOAM có khả năng lập trình được và chứa thông tin như là băng thông hướng lên và các bản tin OAM

Căn cứ vào các thông tin về mã số nhận dạng kênh ảo và nhận dạng đường ảo (VPI/VCI) trong cấu trúc ATM, các ONT nhận biết và tách dữ liệu đường xuống của mình

Cấu trúc khung hướng lên bao gồm 56 tế bào ATM (53 byte) Mỗi một kênh (time slot) gồm có một tế bào ATM/PLOAM và 24 bít từ mào đầu Từ mào đầu mang thông tin về khoảng thời gian bảo vệ (guard time), mào đầu cho phép đồng bộ và khôi phục tín hiệu tại OLT, và thông tin nhận dạng điểm kết thúc của từ mào đầu Chiều dài của

từ mào đầu và các thông tin chứa trong đó được lập trình bởi OLT Các ONT thực hiện gửi các tế bào PLOAM khi chúng nhận được yêu cầu từ OLT

B-PON sử dụng giao thức DBA để cho phép OLT nhận biết lượng băng thông cần thiết cấp cho các ONT OLT có thể giảm hoặc tăng băng thông cho các ONT dựa vào gửi các tế báo ATM rỗi hoặc làm đầy tất cả hướng lên bởi dữ liệu của ONT OLT dừng định kỳ việc truyền hướng lên do vậy nó có khả năng mời bất kỳ ONT mới nào tham gia vào hoạt động hệ thống Các ONT mới phát một bản tin phúc hồi trong cửa

sổ này với thời gian trễ ngẫu nhiên để tránh xung đột khi mà có nhiều ONT mới muốn tham gia OLT xác định khoảng cách tới mỗi ONT mới bằng việc gửi tới ONT một bản tin đo cự ly và xác định thời gian bao lâu để thu được bản tin phúc hồi Sau đó OLT gửi tới ONT một giá trị trễ, giá trị này được sử dụng để xác định thời gian bảo vệ ứng với các ONT

2.1.3.2 BPON và Gigabit PON

E-PON là giao thức mạng truy nhập đầy đủ dịch vụ FSAN (Full Service Access Network) TDMA PON thứ nhất được phát triển dựa trên khai thác các ưu điểm của công nghệ Ethernet ứng dụng trong thông tin quang E-PON được chuẩn hóa bởi IEEE 802.3

Trong E-PON dữ liệu hướng xuống được đóng khung theo khuôn dạng Ethernet Các khung E- PON có cấu trúc tương tự như các liên kết Gigabit Ethernet điểm tới điểm ngoại trừ từ mào đầu và thông tin xác định điểm bắt đầu của khung được thay

đổi để mang trường nhận dạng kênh logic LLID (Link logic ID) nhằm xác định duy nhất một ONU MAC Trong hướng lên, các ONU phát các khung Ethernet trong các khe thời gian đã được phân bổ

ONU sử dụng giao thức điều khiển đa điểm MPCPDU (Multipoint Control Protocol Data Unit) để gửi các bản tin “Report” yêu cầu băng thông, trong khi đó OLT gửi bản tin “Gate” cấp phát băng thông cho các ONU Các bản tin “Gate” bao gồm thông tin

về thời gian bắt đầu và khoảng thời gian cho phép truyền dữ liệu đối với ONU OLT cũng định kỳ gửi các bản tin “Gate” tới các ONU hỏi xem chúng có yêu cầu băng thông hay không Các ONU cũng có thể gửi “Report” cùng với dữ liệu được phát trong hướng lên Ngoài ra, giao thức DBA cũng có thể được sử dụng trong E-PON để thực hiện cơ chế điều khiển phân bổ băng thông

Do không có cấu trúc khung thống nhất đối với hướng xuống và hướng lên, do vậy trong cấu trúc của E-PON, các khe thời gian và giao thức xác định cự ly là khác so với B-PON và G-PON OLT và các ONU duy trì các bộ đếm cục bộ riêng và tăng thêm 1 sau mỗi 16ns Mỗi một MPCPDU mang theo một thời gian mẫu, mẫu này

là giá trị của bộ đệm cục bộ của ONU tương ứng Tốc độ truyền dữ liệu E-PON có thể đạt tới 1Gbit/s

Một chuẩn khác cũng cùng họ với E-PON là chuẩn Gbit/s Ethernet PON (IEEE 802.3av – Gbit/s PON) Chuẩn này là phát triển của E-PON tại tốc độ 10Gbit/s và được ứng dụng chủ yếu trong các mạng quảng bá video số Gbit/s PON cho phép phân phối nhiều dịch vụ đòi hỏi băng thông lớn, độ phân giải cao, đóng gói IP các luồng dữ liệu video ngay cả khi hệ số chia OLT/ONT là 1:64 hoặc cao hơn Tại thời điểm hiện tại, tốc độ chiều xuống của GPON khoảng 2.5 Gbps, và chiều lên là 1.25 Gbps Nếu 1 OLT phục vụ duy nhất một thuê bao thì thuê bao đó có thể đuợc khai thác toàn b ộ băng thông như trên, tuy nhiên thông thường trong các mạng đã triển khai tại một số nuớc trên thế giới, nhà cung cấp thường thiết kế tốc độ cho một thuê bao sử dụng PON vào khoảng 100 Mbps cho chiều xuống và 40 Mbps cho chiều lên Với tốc độ truy nhập như vậy, băng thông đã thỏa mãn cho hầu hết các ứng dụng cao cấp như HDTV(khoảng 10 Mbps, chiều lên chiều xuống, chiều lên cho peer-to-peer HDTV) Tuy nhiên, GPON cũng có nhược điểm chính là : thiếu tính hội tụ IP; có một kết nối duy nhất giữa OLT và bộ chia, nếu kết nối này mất toàn bộ ONT không được cung cấp

dịch vụ

G-PON là giao thức FSAN TDMA PON thứ 2 được định nghĩa trong chuỗi khuyến nghị G.984 của ITU-T G-PON được xây dựng trên trải nghiệm của B-PON và E-PON Mặc dù G-PON hỗ trợ truyền tải tin ATM, nhưng nó cũng đưa vào một cơ chế thích nghi tải tin mới mà được tối ưu hóa cho truyền tải các khung Ethernet được gọi

là phương thức đóng gói G-PON (GEM – GPON Encapsulation Method) GEM là phương thức dựa trên thủ tục đóng khung chung trong khuyến nghị G.701 ngoại trừ việc GEM tối ưu hóa từ mào đầu để phục vụ cho ứng dụng của PON, cho phép sắp xếp các dữ liệu Ethernet vào tải tin GEM và hỗ trợ sắp xếp TDM G-PON sử dụng cấu trúc khung GTC cho cả hai hướng xuống và hướng lên Khung hướng xuống bắt đầu với một từ mào đầu PLOAM, tiếp sau đó là vùng tải tin GEM và/hoặc các tế bào ATM PLOAM gồm có thông tin cấu trúc khung và sắp đặt băng thông cho ONT gửi

dữ liệu trong khung hướng lên tiếp theo Khung hướng lên bao gồm các nhóm khung gửi từ các ONT Mỗi một nhóm được bắt đầu với từ mào đầu lớp vật lý mà có chức năng tương tự trong B-PON, nhưng cũng bao hàm tổng hợp các yêu cầu băng thông của các ONT Ngoài ra, các trước PLOAM và các yêu cầu băng thông chi tiết hơn được gửi đi kèm với các nhóm hướng lên khi có yêu cầu từ OLT OLT gán các thời gian cho việc gửi dữ liệu hướng lên từ cho mỗi ONT

Đặc

tính

PON

B- PON

G- PON

E-Tổ chức chuẩn hóa

FSAN và ITU-T SG15 (G.983 series)

FSANvà ITU-T SG15

(802.3ah) Tốc độ dữ liệu

155.52 Mbit/s hướng lên 155.52 hoặc 622.08 Mbit/s hướng xuống

Lên tới 2.488 Gbit/s cả

2 hướng

1 Gbit/s cả 2 hướng

Tỷ lệ chia

Bước sóng

1310nm cả 2 hướng hoặc 1490nm xuống

&

1310nm lên

1310nm cả 2 hướng

hoặc 1490nm xuống &

1310nm lên

1490nm xuống & 1310nm lên

Cự ly tối đa

OLT-ONU

Không (sử dụng trực tiếp các khung Ethernet)

Trực tiếp (qua GEM

hoặc ATM) hoặc CES

CES

802.1Q) Sửa lỗi hướng tới

trước

FEC (Forward Error

Correction)

GTC và ATM/GEM

OAM

802.3ah Ethernet OAM

Bảng 3.1-So sánh các chuẩn công nghệ TDMA PON [5]

2.1.3.3 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:

các ONU

Cấu trúc của WDM-PON được mô tả như trong Hình 3.8 Trong đó WDM-PON có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau như là FTTH, các ứng dụng 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 AWG (Array Waveguide Grating) Một AWG có thể được đặt ở môi trường trong nhà hoặc ngoài trời

Hình 3.1-Cấu trúc của WDM-PON

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, 10/100/1000 Base 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

2.1.3.4 CDMA-PON

Công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA cũng có thể triển khai trong các ứng dụng PON Cũng giống như WDM-PON, CMDA-PON cho phép mỗi ONU sử dụng khuôn dạng và tốc độ dữ liệu khác nhau tương ứng với các nhu cầu của khách

hàng CDMA-PON cũng có thể kết hợp với WDM để tăng dung lượng băng thông CDMA-PON truyền tải các tín hiệu khách hàng với nhiều phổ tần truyền dẫn trải trên cùng một kênh thông tin Các ký hiệu từ các tín hiệu khác nhau được mã hóa và nhận dạng thông qua bộ giải mã Phần lớn công nghệ ứng dụng trong CDMA- PON tuân theo phương thức trải phổ chuỗi trực tiếp Trong phương thức này mỗi ký hiệu 0,

1 (tương ứng với mỗi tín hiệu) được mã hóa thành chuỗi ký tự dài hơn và có tốc độ cao hơn

Mỗi ONU sử dụng trị số chuỗi khác nhau cho kí tự của nó Để khôi phục lại dữ liệu, OLT chia nhỏ tín hiệu quang thu được sau đó gửi tới các bộ lọc nhiễu xạ để tách lấy tín hiệu của mỗi OUN

Ưu điểm chính của CDMA-PON là cho phép truyền tải lưu lượng cao và có tính năng bảo mật nổi trội so các chuẩn PON khác Tuy nhiên, một trở ngại lớn trong CDMA-PON là các bộ khuếch đại quang đòi hỏi phải được thiết kế sao cho đảm bảo tương ứng với tỷ số tín hiệu/tạp âm Với hệ thống CDMA-PON không có bộ khuếch đại quang thì tùy thuộc vào tổn hao bổ sung trong các bộ chia, bộ xoay vòng, các bộ lọc mà hệ số tỷ chia ONU/OLT chỉ là 1:2 hoặc 1:8 Trong khi đó với bộ khuyếch đại quang hệ số này có thể đạt 1:32 hoặc cao hơn Bên cạnh đó các bộ thu tín hiệu trong CDMA-PON là khá phức tạp và giá thành tương đối cao Chính vì những nhược điểm này nên hiện tại CDMA-PON chưa được phát triển rộng rãi

Tổng kết:

Công nghệ PON ra đời mở ra một tiềm năng lớn cho triển khai các dịch vụ băng rộng và thay thế dần các hệ thống mạng truy nhập cáp đồng băng thông hẹp và chất lượng thấp Các mạng PON sử dụng hệ thống thông tin quang có băng thông rộng tỷ lệ lỗi bít thấp (BER: 10-10÷ 10-12) Tuy nhiên, nó cũng có nhược điểm là giá thành xây dựng tương đối cao và không triển khai được tại những địa hình phức tạp Có nhiều chuẩn PON khác nhau, do vậy trong thực tế tùy vào yêu cầu thực tế mà một nhà khai thác cần lựa chọn giải pháp cho phù hợp

2.1.4 Bộ tách/ghép quang và topo trong mạng PON

2.1.4.1 Bộ tách/ghép quang

a)

c) b)

O2 O2

O3

Một mạng quang thụ động sử dụng một thiết bị thụ động để tách một tín hiệu quang

từ một sợi quang sang một vài sợi quang và ngược lại Thiết bị này là Coupler quang

Để đơn giản, một Coupler quang gồm hai sợi nối với nhau Tỷ số tách của bộ tách có thể được điều khiển bằng chiều dài của tầng nối và vì thế nó là hằng số

Hình 3.2-Cấu hình cơ bản bộ ghép/tách quang

Hình 3.9a có chức năng tách tia vào thành 2 tia ở đầu ra, đây là Coupler Y.Hình 3.9b

là Coupler ghép các tín hiệu quang tại hai đầu vào thành một tín hiệu tại đầu ra Hình 3.9c vừa ghép vừa tách quang và gọi là Coupler X hoặc Coupler phân hướng 2x2 Coupler có nhiều hơn hai cổng vào và nhiều hơn hai cổng ra gọi là Coupler hình sao Coupler NxN được tạo ra từ nhiều Couper 2x2