Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ Pon để quy hoạch, nâng cấp, tối ưu hóa việc phân bổ vị trí và tần số mạng truyền dẫn 3GWCDMA tại khu vực Thành phố Bắc Giang

Hệ thống W-CDMA là sự phát triển tiếp theo của các hệ thống thông tin di ñộng thế hệ hai sử dụng công nghệ TDMA như GSM, PDC, IS-136...W-CDMA sử dụng công nghệ CDMA ñang là mục tiêu hướn

ðẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Họ và tên học viên : Nguyễn Thị Chung

Ngày tháng năm sinh : Ngày 18 tháng 9 năm 1980

Nơi công tác : Trường Cao ðẳng Nghề Bắc Giang

Cơ sở ñào tạo : Trường ðại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

Chuyên ngành : Kỹ thuật ñiện tử

TÊN ðỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PON ðỂ QUY HOẠCH, NÂNG CẤP, TỐI

ƯU HOÁ VIỆC PHÂN BỔ VỊ TRÍ VÀ TẦN SỐ MẠNG TRUYỀN DẪN 3G-WCDMA

TẠI KHU VỰC TP BẮC GIANG

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN THANH HÀ

Trường ðại học Thái Nguyên

Ngày giao ñề tài: / /

BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ðẠI HỌC

LỜI CAM ðOAN

Tên tôi là: Nguyễn Thị Chung

Học viên lớp Cao học khoá 13- Kỹ thuật ñiện tử - Trường ðHKTCN Thái Nguyên

Xin cam ñoan: ðề tài: “Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ PON ñể quy hoạch, nâng

cấp và tối ưu hóa việc phân bổ vị trí và tần số mạng truyền dẫn 3G” do thầy giáo PGS TS Nguyễn Thanh Hà hướng dẫn là công trình tổng hợp và nghiên cứu của riêng tôi Tất cả

những nội dung trong luận văn ñúng như trong ñề cương và yêu cầu của thầy giáo hướng dẫn Các tài liệu tham khảo ñều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng

Bắc Giang, ngày tháng năm 2012

Học viên

Nguyễn Thị Chung

MỤC LỤC LỜI CAM ðOAN……… … I LỜI CẢM ƠN………II MỤC LỤC……….III DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT………V

LỜI NÓI ðẦU……….… 1

CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ DI ðỘNG THẾ HỆ BA W-CDMA……….…5

1.1 Giới thiệu chương………5

1.2 Cấu trúc mạng W-CDMA………6

1.2.1 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN………9

1.2.2 Giao diên vô tuyến……… 10

1.3 Kết luận chương……… 13

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ PON VÀ CÁC CHUẨN HOÁ PON……… 15

2.1 Mạng quang tích cực AON và mạng quang thụ ñộng PON………… 15

2.1.1 AON……… ……….…15

2.1.2 Mạng PON……… ……… 16

2.1.3 Các chuẩn trong mạng PON………… ……….20

2.1.4 Bộ tách /ghép quang và topo trong mạng PON……… …………27

2.1.5 PON MAC layer……… ………… 35

2.2 Kết luận chương……… 43

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PON ðỂ QUY HOẠCH TỐI ƯU HOÁ VỊ TRÍ VÀ TẦN SỐ MẠNG TRUYỀN DẪN 3G-WCDMA TẠI KHU VỰC TP BẮC GIANG……….44

3.1 Giới thiệu………44

3.2 Nhu cầu tối ưu hoá mạng backhaul………45

3.3.Quy hoạch vị trí……… 47

3.4 Sự sắp xếp nhiều ONU: Thuật toán Tham lam Greedy……….49 3.5 Thuật toán ñể tối ưu hoá toàn cục……… 50 3.5.1 Mô phỏng thuật toán luyện kim simulated Annealing (SA)…….51 3.5.2 Áp dụng vấn ñề bố trí nhiều ONU theo SA……… 51 3.5.3 Hiệu suất học……….53 3.5.4 Thuật toán leo ñồi(Hill-Climbing Algorithm (Steepest Descent))… 55 3.6 Kết luận chương……… ………57 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ðỀ TÀI……… ………58 TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 59

Lời nói ñầu

-@ -

Cùng với sự phát triển của các ngành công nghệ như ñiện tử, tin học công nghệ thông tin di ñộng trong những năm qua ñã phát triển rất mạnh mẽ cung cấp các loại hình dịch vụ ña dạng ñáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng Kể từ khi ra ñời vào cuối năm 1940 cho ñến nay thông tin di ñộng ñã phát triển qua nhiều thế hệ và ñã tiến một bước dài trên con ñường công nghệ

Trong thế kỷ 21, thế giới ñã chứng kiến sự bùng nổ về nhu cầu truyền thông không dây cả

về số lượng, chất lượng và các loại hình dịch vụ Tuy nhiên, theo ñánh giá thì công nghệ truyền thông không dây hiện thời vẫn còn quá chậm và không ñáp ứng ñược các yêu cầu về dịch vụ mới ñặc biệt là các dịch vụ truyền số liệu ña phương tiện ðiều này ñòi hỏi các nhà khai thác phải có ñược công nghệ truyền thông không dây nhanh hơn và tốt hơn ðể ñáp ứng yêu cầu ñó, ngay từ những năm ñầu của thập kỷ 90 người ta ñã tiến hành nghiên cứu, hoạch ñịnh hệ thống thông tin di ñộng thế hệ ba ITU-R ñang tiến hành công tác tiêu chuẩn hóa cho hệ thống thông tin di ñộng toàn cầu IMT-2000, còn ở châu Âu ETSI ñang tiến hành tiêu chuẩn hóa phiên bản này với tên gọi là UMTS (Universal Mobile Telecommunnication System) Mục tiêu trước mắt

là tăng tốc ñộ bit truyền từ 9.5Kbps lên 2Mbps Công nghệ này sẽ nâng cao chất lượng thoại,

và dịch vụ dữ liệu sẽ hỗ trợ truyền thông ña phương tiện ñến các thiết bị không dây

Có nhiều chuẩn thông tin di ñộng thế hệ ba ñược ñề xuất, trong ñó chuẩn W-CDMA ñã ñược ITU chấp thuận và hiện nay ñang ñược triển khai ở một số khu vực Hệ thống W-CDMA

là sự phát triển tiếp theo của các hệ thống thông tin di ñộng thế hệ hai sử dụng công nghệ TDMA như GSM, PDC, IS-136 W-CDMA sử dụng công nghệ CDMA ñang là mục tiêu hướng tới của các hệ thống thông tin di ñộng trên toàn thế giới, ñiều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn hóa giao diện vô tuyến công nghệ truyền thông không dây trên toàn cầu

Hiện nay, mạng thông tin di ñộng của Việt Nam ñang sử dụng công nghệ GSM, tuy nhiên mạng GSM không ñáp ứng ñược các yêu cầu về dịch vụ mới cũng như ñòi hỏi chất lượng dịch

vụ ngày càng cao của người sử dụng 3G là một bước ñột phá của ngành di ñộng, bởi vì nó cung cấp băng thông rộng hơn cho người sử dụng ðiều ñó 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 ñiện thoại truyền hình, ñịnh 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 ñộng ngày nay ñã

và ñang ñóng góp một vai trò quan trọng trong cuộc sống Việc vẫn có thể giữ liên lạc với mọi người trong khi di chuyển ñã làm thay ñổi 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 ñộng thứ hai Sự ra ñời của hệ thống di ñộng

hệ thứ ba với các công nghệ tiêu biểu như WCDMA hay HSPA là một tất yếu ñể có thể ñáp ứng ñược nhu cầu truy cập dữ liệu, âm thanh, hình ảnh với tốc ñộ cao, băng thông rộng của người sử dụng

Trong lộ trình phát triển, các mạng GPRS/EDGE và tiếp theo là UMTS ñược triển khai trên nền mạng GSM truyền thống nhằm ñem lại thêm tài nguyên vô tuyến ñể cung cấp các dịch

vụ dữ liệu tốc ñộ cao, và tăng chất lượng dịch vụ thoại Quá trình phát triển này ñòi hỏi dung lượng mạng truyền dẫn (backhaul) phải ñược mở rộng ñể truyền tải lưu lượng lớn hơn từ trạm gốc (BS) ñến trạm 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 ñặt 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, ñặc biệt khi các nhà khai thác

di ñộng hy vọng UMTS sẽ dần thay thế GSM, và như vậy mạng truyền dẫn GSM dần dần sẽ bị xóa bỏ

Trong hệ thống PON, kết nối mạng quang (ONT) có khả năng hỗ trợ kết nối dịch vụ ñiện thoại truyền thống qua giao diện POTS (Plain Old Telephone Service) và các giao tiếp truyền

dữ liệu tốc ñộ cao như Ethernet và DSL ðầu cuối ñường dây quang (OLT) bao gồm các khối giao tiếp PON, một kết cấu chuyển mạch dữ liệu và các phần tử ñiều khiển NE (Network Element) Tại hướng xuống, ODL phát quảng bá dữ liệu tới tất cả các ONU Tín hiệu hướng xuống bao gồm dữ liệu cho các ONT, từ mào ñầu Khai thác Quản lý và Bảo dưỡng (Operations Administration and Maintenance –OAM) và các tín hiệu ñồng bộ cho các ONT gửi dữ liệu hướng lên Dựa vào các thông tin về khe thời gian (kênh), ñịa 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 ñiều khiển truy nhập môi trường MAC (Medium Access Control) ñể chia sẻ PON Giao thức MAC thường ñược sử dụng trong PON là ña truy nhập phân chia theo thời gian TDMA (Time Division Multiple Access), khi ñó mỗi ONT ñược cấp một khe thời gian (kênh) ñể 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 ñảm 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 ñịnh băng thông hướng lên cho các ONT mà không quan tâm có bao nhiêu dữ liệu ñược gửi ñi

Một giải pháp ñể phân bổ băng thông cho các ONT là sử dụng giao thức phân bổ băng thông ñộng (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 ñầy hàng ñợi ñầu vào cho các lớp dịch vụ khác nhau OLT ñánh giá các yêu cầu từ các ONT và gán băng thông gửi cho 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) ñể 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 ñịnh hướng cho phép sử dụng cùng một bước sóng cho cả hai hướng, tuy nhiên ñối với các hệ thống truyền tải tốc ñộ cao ñể ñảm bảo chất lượng thì thông thường mỗi hướng sử dụng một bước sống riêng Trong các mạng PON các bước sóng ñược sử dụng là 1490nm hoặc 1550nm cho hướng xuống và 1310nm cho tín hiệu hướng lên

Luận văn này mô tả công nghệ PON, 3G và phát triển của mạng truyền dẫn GSM/UMTS ñể 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 ñể tiết kiệm ñường dải thông, tối ưu mạng truyền dẫn di ñộng 3G

Xuất phát từ ý tưởng muốn tìm hiểu công nghệ W-CDMA, mạng W-CDMA và công nghệ PON tôi ñã thực hiện luận văn: “Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ PON ñể quy hoạch, nâng cấp và tối ưu hóa việc phân bổ vị trí và tần số 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 ñộng thế hệ thứ 3 W-CDMA

Chương 2: Công nghệ PON và các chuẩn hóa PON

Chương 3: Ứng dụng PON ñể phân bổ vị trí và quy hoạch tần số trong mang 3G tại khu vực TP Bắc Giang

Chương 4: Kết luận và hướng mở của luận văn

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

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

em hoàn thiện luận văn này!

Thái Nguyên, ngày tháng năm

Học viên

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT

AP Access Point

ACCH Associated Control Channels

ADSL Asymmetric Digital Subcriber Line

A-F Amplify-and-Forward

AGC Auto-gain Control

AI Acquisition Indicator

AMPS Advanced Mobile Phone System

AON Active Optical Network

APC Auto Power Control

APD Avalanche Photodiode

ARQ Automatic Repeat Request

AS Access Stratum

ATC Automatic Threshold Control

ATM Automated Teller Machine

AWG Array Waveguide Grating

AWGN Additive White Gaussian Noise

BAN Broadband Access Networks

BCCH Broadcast Control Channel

BCH Broadcast Channel

BER Bit Error Ratio

BLD Bottom Level Detector

BM-CDR Burst-mode Clock Data Recovery

BM-LDD Burst-mode Laser Diode Driver

BOSA Bidirectional Optical Sub-Assembly

BPON Broadband Passive Optical Network

BPSK Binary Phase Shift Keying

BS Base Staysion

BSC Base Staysion Controler

BSS Base Staysion Subsystem

BTS Base Tranceiver Station

BWA Wroadband Wireless Access

C/I CarriertoInterferenceratio

CAPEX Captical Expenditure

CATV Cable Television

CCCH Common Control Channel

CCPCH Common Control Physical Channel

CDMA Code Division Multiple Access

CDMA-PON Code Division Multiple Access Passive Optical Network

CDR Clock Data Rercovery

C-F Compress-and-Forward

CMRP Caspacity Maximization with RS Placement

CO Central Office

CP Candidate Position

CPCC Common Power Control Channel

CPCH Common Packet Channel

CPICH Common Pilot Channel

DBA Dynamic Bandwidth Allocation

DCA Dynamic Chanel Allocation

DCCH Dedicated Control Channel

D-F Decode-and-Forward

DFB Distributed Feedback Bragg

DLP Dimensioning and Location Plainning

DPCCH Dedicated Physical Control Chanel

DPCH Dedicated Physical Chanel

DPDCH Dedicated Physical Data Chanel

DSCH Downlink Shared Chanel

DSL Digital Subscriber Line

DSP Dimensioning and Site Planning

DTCH Dedicated Traffic Chanel

DTE Data Terminal Equipment

EDGE Enhanced Data Rate for GSM Evolution

EFM Ethernet in First Mile

EPON Ethernet Passsive Optical Network

ETSI European Telecomunications Tandards Indtitute

FACCH Fast Associated Control Channel

FACH Forward Access Chanel

FAUSCH Fast Uplink Signalling Chanel

FCCCH Forward Common Control Chanel

FCCH Frequency Correction Channel

FDCCH Forward Delicated Control Chanel

FDD Frequency Division Duplex

FDMA FrequencyDivision Multiple Access

FMC Fixed Mobile Convergence

F-P Fabry Perot

FRS Feasible-Relay-Sequence

FSAN Full Service Access Network

FSK Frequency Shift Keying

FTP File Transfer Protocol

FTTC Fiber-to-the-Curb

FTTH Fiber-to-the-Home

GA Genetic Algorithm

GEM GPON Encapsulation Method

GOS Grade Of Service

GPON Gigrabit Passive Optical Network

GPRS General Packet Radio Services

GPS Global Position System

GSM Global System for Mobile Communication

GTC GPON Tranmission Conversion

Handover Chuyển giao

HDTV High-Definition Television

HFC Hybrid Fiber Coaxial

HH Hard Handoff

HSCSD Hight Speed Circuit Switched Data

IEEE Institute of Electrical and Electrics Engineering

IETF Internet Engineering Task Force

ILP Integer Linear Program

IMSI International Mobile Subscriber Identity

IMT-2000 International Mobile Telecommunication

IP Internet Protocol

IPTV Internet Protocol Tele Vision

IS-136 Interim Standard 136

IS-54 Interim Standard 54

IS-95A Interim Standard 95A

ISDN Integrated Servive Digital Network

ITU-R International Mobile Telecommunication Union Radio Setor

IWF Inter Working Function

LAC Link Access Control

LAI Location Area Indentify

LB Lower Bound

LDS Laser Driver Stage

LED Light Emitting Diode

LLC Logical Link Control

LLID Link Logic ID

LOS Line of Sight

LR Location Registration

LTE Long Term Evolution

LVCMOS Low-Voltage CMOS

MAC Medium Access Control

MAN Metropolitan Area Network

ME Mobile Equipment

MIMO Multiple Input Multiple Output

MINLP Mixed Integer Non-Linear Program

MMR Mobile Multi-hop Reply

MPCPDU Muli-Point Control Protocol Data Unit

MS Mobile Station

MSC Mobile Service Switching Center

MTBF Mean Time Between Failure

MTP Message Transfer Part

NAS Non-Access Stratum

NCR Non-Cooperative Relaying

NE Network Element

NLOS Non Line of Sight

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

NPA Network Power Assemply

NP-HARD Nondeterministic Polynomial-time hard

NSS Network and Switching Subsystem

NTT Nippon Telegraph and Telephone

OAM Operations Administration and Maintenance

ODMA Opportunity Driven Multiplex Access

ODN Optical Distribution Network

OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplex

OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access

OLT Optical Line Terminal

OM Operation and Management

ONT Optical Network Terminal

ONU Optical Network Unit

OPEX Operational Expenditure

OSA Optical Sub-Assembly

P2P Peer to Peer

PAGCH Paging and Access

PC Persional Computer

PCCC Parallel Concatenated Convoluntional Code

PCCH Paging Control Chanel

PCH Paging Channel

PCPCH Physical Common Packet Chanel

PCS Personal Communication Services

PD Photodiode

PECL Positive Emitter-Coupler Logic

PHY Physical

PLM Power Leveling Mechanism

PLMN Public Land Mobile Network

PLOAM Physical Layer Operation Administration and Maintenance

PLP Packet Layer Preample

PMD Physical Media Dependant

PMP Point-to-Multi-Point

PON Passive Optical Networks

POTS Plain Old Telephone Service

PS Potential Sitephone

PSTN Public Switched Telephone Network

PtPE Point toPoint Emulation

QAM Quadrature Amplititude Modulation

QoS Qualaty of Service

RACH Random Access Channel

RBA Resource Breakdown Assignment

ROF Radio-Over-Fiber

ROSA Receive Optical Sub-Assembly

RRC Radio Resource Control

RS Relay Station

RTT Round Trip Time

SCH Synchronization Channel

SDCCH Stand alone Dedicated Control Channel

SDH Synchronous Digital Hierarchy

SDMA Space Division Multiple Access

SDV Switched Digital Video

SerDes Serializer/Deserializer

SFF Small Form Factor

SLA Service Level Agreement

SME Share Medium Emulation

SNR Signal-to-Noise Ratio

SS Subscriber Station

TACH Traffic and Associated Channel

TCH Traffic Channel

TCP Tranmission Control Protocol

TDD Time Division Duplexing

TDM Time Division Multiplexing

TDMA Time Division Multiplex Access

TDMA-PON Time Division Multiplex Access Passive Optical Network

TDP Transmit and Dispersion Penalty

TIA Transimpedance Amplifier

TOSA Tranmit Optical Sub-Assembly

TP Test Point

UB Upper Bound

UMTS Universal Mobile Telecommunications Systems

UT User Terminal

UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network

UWB Ultra-WideBand

VA Voice Activity factor

VBR Variable Bit Rate

VCI Vertical Cirrcuit Identifier

VCSEL Vertical Cavity Surface Emitting Laser

VIP Very Important Point

VOD Voice on Demand Protocol

VPI Virtual Path Identifier

VPN Virtual Private Network

WCDMA Wideband Code Division Multiplex Access

WCN Wireless Cooperative Network

WDM Waveleght Division Multiplexing

WDM-PON Waveleght Division Multiplexing Passive Optical Network

Wi-Fi Wireless Fidelity

WiMAX Workwide Interoperability Microwave Access

WLAN Wireless Local Area Network

WSN Wireless Metropolitan Area Networks WPAN

1-D One Dimensional

2-D Two Dimensional

3GPP The Third Generation Partnership Project

CHƯƠNG 1

CÔNG NGHỆ DI ðỘNG THẾ HỆ BA W-CDMA

1.1 Giới thiệu chương

Công nghệ EDGE là một bước cải tiến của chuẩn GPRS ñể ñạt tốc ñộ truyền dữ liệu theo yêu cầu của thông tin di ñộng thế hệ ba Tuy nhiên EDGE vẫn dựa trên cấu trúc mạng GSM, chỉ thay ñổi kỹ thuật ñiều chế vô tuyến kết hợp với dịch vụ chuyển mạch vô tuyến gói chung (GPRS) nên tốc ñộ vẫn còn hạn chế ðiều này gây khó khăn cho việc ứng dụng các dịch vụ truyền thông ña phương tiện ñòi hỏi việc chuyển mạch linh ñộng và tốc ñộ truyền dữ liệu lớn hơn ðể giải quyết vấn ñề này, giải pháp ñưa ra là nâng cấp EDGE lên chuẩn di ñộng thế hệ ba W-CDMA

W-CDMA (Wideband CDMA) là công nghệ thông tin di ñộng thế hệ ba (3G) giúp tăng tốc ñộ truyền nhận dữ liệu cho hệ thống GSM bằng cách dùng kỹ thuật CDMA hoạt ñộng ở băng tần rộng thay thế cho TDMA Trong các công nghệ thông tin di ñộng thế hệ ba thì W-CDMA nhận ñược sự ủng hộ lớn nhất nhờ vào tính linh hoạt của lớp vật lý trong việc hỗ trợ các kiểu dịch vụ khác nhau ñặc biệt là dịch vụ tốc ñộ bit thấp và trung bình

* W-CDMA có các tính năng cơ sở sau :

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

- Lớp vật lý mềm dẻo ñể tích hợp ñược 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 ñiểm chính của W-CDMA là hệ thống không cấp phép trong băng TDD phát liên tục cũng như không tạo ñiều kiện cho các kỹ thuật chống nhiễu ở các môi trường làm việc khác nhau

Hệ thống thông tin di ñộng thế hệ ba W-CDMA có thể cung cấp các dịch vụ với tốc ñộ bit lên ñến 2MBit/s Bao gồm nhiều kiểu truyền dẫn như truyền dẫn ñối xứng và không ñối xứng, thông tin ñiểm ñến ñiểm và thông tin ña ñiểm Với khả năng ñó, các hệ thống thông tin di ñộng

thế hệ ba có thể cung cấp dể dàng các dịch vụ mới như : ñiện thoại thấy hình, tải dữ liệu nhanh, ngoài ra nó còn cung cấp các dịch vụ ña phương tiện khác

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

1.2 Cấu trúc mạng W-CDMA

Hệ thống W-CDMA ñược xây dựng trên cơ sở mạng GPRS Về mặt chức năng có thể chia cấu trúc mạng W-CDMA ra làm hai phần : mạng lõi (CN) và mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN), trong ñó mạng lõi sử dụng toàn bộ cấu trúc phần cứng của mạng GPRS còn mạng truy nhập vô tuyến là phần nâng cấp của W-CDMA Ngoài ra ñể hoàn thiện hệ thống, trong W-CDMA còn

có thiết bị người sử dụng (UE) thực hiện giao diện người sử dụng với hệ thống Từ quan ñiểm chuẩn hóa, cả UE và UTRAN ñều bao gồm những giao thức mới ñược thiết kế dựa trên công nghệ vô tuyến W-CDMA, trái lại mạng lõi ñược ñịnh nghĩa hoàn toàn dựa trên GSM ðiều này cho phép hệ thống W-CDMA phát triển mang tính toàn cầu trên cơ sở công nghệ GSM

KBit/s

ða phương tiện di ñộng Quảng bá

WWW

Thư ñiện tử

Y tế từ xa

Thư tiếng

Truy nhập cơ sở dữ liệu

Mua hàng theo Catalog

Video theo yêu cầu Báo

ñiện

tử

Karaoke ISDN

Xuất bản ñiện tử

Thư ñiện tử FAX

Các dịch vụ phân phối thông tin

Tin tức

Dự báo thời tiết

Truyền hình di ñộng

Truyền thanh di ñộng

Tiếng

Số liệu H.ảnh

UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network)

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

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

- Bộ ñiều khiển mạng vô tuyến RNC : Có chức năng sở hữu và ñiều khiển các tài nguyên

vô tuyến ở trong vùng (các nút B ñược kết nối với nó) RNC còn là ñiểm truy cập tất cả các

PLMN,PST NISDN

Internet

Các mạng

MSC/

VLR GMSC

GGSN SGSN

HLR

CN

RNC Node B

Node B

RNC Node B

dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN

CN (Core Network)

- HLR (Home Location Register) : Là thanh ghi ñịnh vị thường trú lưu giữ thông tin chính

về lý lịch dịch vụ của người sử dụng Các thông tin này bao gồm : Thông tin về các dịch vụ ñược phép, các vùng không ñược 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 ñài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) ñể 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 ñang phục

vụ

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

- SGSN (Serving GPRS) : Có chức năng như MSC/VLR nhưng ñược 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 ñó UE truy cập các phần tử cố ñịnh 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 ñược 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 ñiều khiển mạng vô tuyến RNC với các node B Các RNC ñược kết nối với nhau bằng giao diện Iur và kết nối với node B bằng giao diện Iub

1.3 Cấu trúc UTRAN

1.2.1.1 ðặc trưng của UTRAN

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

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

- ðảm bảo tính chung nhất cho việc xử lí số liệu chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói bằng cách sử dụng các giao thức vô tuyến duy nhất ñể kết nối từ UTRAN ñến cả hai vùng của mạng lõi

- ðảm 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 ñiều khiển mạng vô tuyến UTRAN

RNC là phần tử mạng chịu trách nhiệm ñiều khiển tài nguyên vô tuyến của UTRAN RNC kết nối với CN (thông thường là với một MSC và với một SGSN) qua giao diện vô tuyến

IU RNC ñiều khiển node B chịu trách nhiệm ñiều khiển tải và tránh tắc nghẽn cho các ô của mình Khi một MS UTRAN sử dụng nhiều tài nguyên vô tuyến từ nhiều RNC thì các RNC này

sẽ có hai vai trò logic riêng biệt:

- RNC phục vụ (Serving RNC): SRNC ñối với một MS là RNC kết nối cả ñường nối

Iu ñể truyền tải 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 ñiều khiển tài nguyên vô tuyến Nó thực hiện sử lí số liệu truyền từ lớp kết nối số liệu tới các tài nguyên vô tuyến SRNC cũng là CRNC của một node B nào ñó sử dụng ñể MS kết nối với UTRAN

- RNC trôi (Drif RNC): DRNC là một RNC bất kì khác với SRNC ñể ñiều khiển các ô ñược MS sử dụng Khi cần DRNC có thể kết hợp phân tâp vĩ mô DRNC không thực hiện

xử lý dữ liệu trong lớp kết nối số liệu mà chỉ ñịnh 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 xử lý trên lớp vật lí của giao diện vô tuyến như:

mã hóa kênh, ñan xen, thích ứng tốc ñộ, trải phổ Nó cũng thực hiện phần khai thác quản lý tài nguyên vô tuyến như ñiều khiển công suất vòng trong Về phần chức năng của nó giống trạm gốc của GSM

1.2.2 Giao diện vô tuyến

Cấu trúc UMTS không ñịnh nghĩa chi tiết chức năng bên trong của phần tử mạng mà chỉ ñịnh nghĩa giao diện giữa các phần tử logic Cấu trúc giao diện ñược xây dựng trên nguyên tắc

là các lớp và các phần cao ñộc lập logic với nhau, ñiều này cho phép thay ñổi một phần của cấu trúc giao thức trong khi vẫn giữ nguyên các phần còn lại

1.2.2.1 Giao diện UTRAN – CN, I U

Giao diện IU là một giao diện mở có chức năng kết nối UTRAN với CN Iu có hai kiểu : Iu

CS ñể kết nối UTRAN với CN chuyển mạch kênh và Iu PS ñể kết nối UTRAN với chuyển mạch gói

• Cấu trúc IU CS

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

- Ngăn xếp giao thức phía ñiều khiển: Gồm RANAP trên ñỉnh giao diện SS7 băng rộng

và các lớp ứng dụng là phần ñiều 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 ñiều khiển mạng truyền tải : Gồm các giao thức báo hiệu ñể thiết lập kết nối AAL2 (Q.2630) và lớp thích ứng Q.2150 ở ñỉnh các giao thức SS7 băng rộng

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

Giao thức ứng dụng

Mạng báo hiệu

Mạng

số liệu

Mạng báo hiệu

ALCAP

Luồng

số liệu

Phía ñiều khiển mạng truyền tải

Phía người sử dụng mạng truyền tải

Phía người sử dụng mạng truyền tải

từng dịch vụ CS

• Cấu trúc IU PS

Phương thức truyền tải ATM ñược áp dụng cho cả phía ñiều khiển và phía người sử dụng

- Ngăn xếp giao thức phía ñiều khiển IU PS: Chứa RANAP và vật mang báo hiệu SS7 Ngoài ra cũng có thể ñịnh nghĩa vật mang báo hiệu IP ở ngăn xếp này Vật mang báo hiệu trên

cơ sở IP bao gồm : M3UA (SS7 MTP3 User Adaption Layer), SCTP (Simple Control Transmission Protocol), IP (Internet Protocol) và ALL5 chung cho cả hai tuỳ chọn

- Ngăn xếp giao thức phía ñiều khiển mạng truyền tải IU PS: Phía ñiều khiển mạng truyền tải không áp dụng cho IU PS Các phần tử thông tin sử dụng ñể ñánh ñịa chỉ và nhận dạng báo hiệu AAL2 giống như các phần tử thông tin ñược sử dụng trong CS

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

1.2.2.2 Giao diện RNC – RNC, I Ur

IUr là giao diện vô tuyến giữa các bộ ñiều khiển mạng vô tuyến Lúc ñầu giao diện này ñược thiết kế ñể hỗ trợ chuyển giao mềm giữa các RNC, trong quá trình phát triển tiêu chuẩn nhiều tính năng ñã ñược bổ sung và ñến nay giao diện IUr phải ñảm bảo 4 chức năng sau :

- Hỗ trợ tính di ñộng 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, I Ub

Giao thức IUb ñịnh nghĩa cấu trúc khung và các thủ tục ñiều 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 ñầu tiên

của một UE và chọn điểm kết cuối lưu lượng

- Khởi tạo và báo cáo các đặc thù ơ, node B, kết nối vơ tuyến

- Xữ lý các kênh riêng và kênh chung

So với GSM và các mạng di động đang tồn tại, UMTS cung cấp các đặc tính mới và quan trọng, đĩ là nĩ cho phép thoả thuận các đặc tính của một bộ mang vơ tuyến Các thuộc tính định nghĩa đặc trưng của chuyển vận bao gồm: thơng lượng, trễ truyền, và tỷ số lỗi dữ liệu

Là một hệ thống hồn hảo, UMTS phải hỗ trợ rất nhiều các dịch vụ cĩ các yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS) khác nhau Hiện tại, ta cũng khơng dự đốn được hết các đặc điểm và cách sử dụng của rất nhiều các dịch vụ đĩ và cũng khĩ cĩ thể tối ưu các dịch vụ UMTS thành chỉ một tập hợp các ứng dụng Cho nên các bộ mang UMTS phải cĩ đặc điểm chung, để hỗ trợ các ứng dụng đang tồn tại đồng thời thuận tiện cho việc cho việc phát triển các ứng dụng mới Hỗ trợ các chức năng truy nhập vơ tuyến, đặc biệt là chuyển giao mềm và các thuật tốn quản lý tài nguyên đặc thù của W-CDMA Từ đĩ cĩ thể thấy mạng 3G vẫn cịn nguồn tài nguyên rất phong phú cho các nhà mạng khai thác từ các ứng dụng mở của nĩ bằng việc quy hoạch và tối

ưu mạng, nhằm mang lai chất lượng phục vụ tốt và chi phí lắp đặt tối ưu Nội dung của tồn chương một là cơ sở cho việc ứng dụng mạng kết hợp PON – 3G tại chương 3 dưới đây

Chương 2:

CÔNG NGHỆ PON VÀ CÁC CHUẨN HÓA PON

2.1 Mạng quang tắch cực AON và mạng quang thụ ựộng PON

2.1.1 AON

Mạng quang tắch cực sử dụng một số thiết bị quang tắch cực ựể phân chia tắn hiệu là switch, router và multiplexer Mỗi tắn hiệu ựi ra từ phắa nhà cung cấp chỉ ựược ựưa trực tiếp tới khách hàng yêu cầu nó Do ựó, ựể tránh xung ựột tắn hiệu ở ựoạn phân chia từ nhà cung cấp tới người dùng, cần phải sử dụng một thiết bị ựiện có tắnh chất ỘựệmỢ cho quá trình này

Từ năm 2007, một loại mạng cáp quang phổ biến ựã nảy sinh là Ethernet tắch cực (Active Ethernet) đó chắnh là bước ựi ựầu tiên cho sự phát triển của chuẩn 802.3ah nằm trong hệ thống chuẩn 802.3 ựược gọi là Ethernet in First Mile (EFM) Mạng Ethernet tắch cực này sử dụng chuyển mạch Ethernet quang ựể phân phối tắn hiệu cho người sử dụng; nhờ ựó, cả phắa nhà cung cấp và khách hàng ựã tham gia vào một kiến trúc mạng chuyển mạch Ethernet tương

tự như mạng máy tắnh Ethernet sử dụng trong các trường học

Tuy nhiên, 2 mạng này cũng có sự khác biệt ựó là Ethernet trong trường học mục ựắch chủ yếu là liên kết giữa máy tắnh và máy in còn mạng chuyển mạch Ethernet tắch cực này ựể dùng cho kết nối từ phắa nhà cung cấp tới khách hàng Mỗi một khối chuyển mạch trong mạng Ethernet tắch cực có thể ựiều khiển lên tới 1000 khách hàng nhưng thông thường trong thực tế,

1 chuyển mạch chỉ sử dụng cho từ 400 ựến 500 khách hàng Các thiết bị chuyển mạch này thực hiện chuyển mạch và ựịnh tuyến dựa vào lớp 2 và lớp 3 Chuẩn 802.3ah cũng cho phép nhà cung cấp dịch vụ cung cấp ựường truyền 100Mbps song công tới khách hàng và tiến tới cung cấp ựường truyền 1Gbps song công

Hình 2.1 Mạng Active Ethernet

Một nhược ñiểm 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 ñiện ñể phân tích thông tin rồi tiếp tục chuyển ngược lại ñể truyền ñi ðiều này sẽ làm giảm tốc

ñộ truyền dẫn tối ña có thể trong hệ thống FTTH Ngoài ra do ñây là những chuyển mạch có tốc ñộ cao nên các thiết bị này rất ñắt, không phù hợp với việc triển khai ñại trà cho mạng truy cập

Hình 2.2 Mạng AON

2.1.2 Mạng PON

Các mạng viễn thông ngày nay ñều dựa trên các thiết bị chủ ñộng, tại thiết bị tổng ñài của nhà cung cấp dịch vụ lẫn thiết bị ñầu cuối của khách hàng cũng như các trạm lặp, các thiết bị chuyển tiếp và một số các thiết bị khác trên ñường truyền Các thiết bị chủ ñộng 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 ñộng giữa tổng ñài CO và người sử dụng sẽ không còn tồn tại mà thay vào ñó là các thiết bị quang thụ ñộng, ñiều khiển lưu lượng trên mạng dựa trên việc phân tách năng lượng của các bước sóng quang học tới các ñiểm ñầu cuối trên ñường truyền Việc thay thế các thiết bị chủ ñộng sẽ tiết kiệm chi phí cho các nhà cung cấp dịch vụ vì họ không còn cần ñến năng lượng và các thiết bị chủ ñộng trên ñường truyền nữa Các bộ ghép / tách thụ ñộng chỉ làm các công việc ñơn thuần như cho ñi qua hoặc ngăn chặn ánh sáng…

Vì thế, không cần năng lượng hay các ñộng tác xử lý tín hiệu nào và từ ñó, 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 ñộng (PON) ñược xây dựng nhằm giảm số lượng các thiết bị thu, phát

và sợi quang trong mạng thông tin quang FTTH PON là một mạng ñiểm tới ña ñiểm, một kiến trúc PON bao gồm một thiết bị ñầu cuối kênh quang ñược ñặt tại trạm trung tâm của nhà khai thác dịch vụ và các bộ kết cuối mạng cáp quang ONU/ONT (Optical Network Unit/Optical Network Terminal) ñặt 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 ñộng Kiến trúc của PON ñược mô tả như trong Hình 2.3

bộ chia Nhiệm vụ của bộ chia là thu và nhận các tín hiệu quang ñuợc nhận và phát bởi OLT Cáp sợi quang truyền từ OLT sẽ trải dài và kết nỗi tới mỗi ONT Các bước sóng truyền

1490 nm (hoặc 1550 nm tùy theo lựa chọn) ñuợc dùng cho băng thông chiều xuống từ OLT, trong ñó các bước sóng 1310 nm sẽ ñuợc truyền theo huớng lên bởi mỗi thiết bị ONT Hệ thống cung cấp ñịa chỉ, cung cấp băng thông một cách tự ñộng tự ñộng cũng như việc mã hóa ñược sử dung ñể 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 ñầu Khai thác Quản lý và Bảo dưỡng OAM

(Operation Administration and Maintenance) và các tín hiệu ñồng bộ cho các ONT gửi

dữ liệu hướng lên Dựa vào các thông tin về khe thời gian (kênh), ñịa 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 ñiều khiển truy nhập môi trường MAC (Medium Access Control) ñể chia sẻ PON Giao thức MAC thường ñược sử dụng trong PON là ña truy nhập phân chia theo thời gian TDMA, khi ñó mỗi ONT ñược cấp một khe thời gian (kênh) ñể 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 ñảm 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 ñịnh băng thông hướng lên cho các ONT mà không quan tâm có bao nhiêu dữ liệu ñược gửi ñi Một giải pháp ñể phân bổ băng thông cho các ONT là sử dụng giao thức phân bổ băng thông ñộng 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 ñầy hàng ñợi ñầu vào cho các lớp dịch vụ khác nhau OLT ñánh 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) ñể kết hợp với DBA trong việc phân bổ băng thông

Các hệ thống PON thường truyền dữ liệu cả hướng xuống và hướng lên trong cùng một sợi quang Trên mỗi sợi mặc dù các bộ nối ñịnh hướng cho phép sử dụng cùng một bước sóng cho cả 2 hướng, tuy nhiên ñối với các hệ thống truyền tải tốc ñộ cao ñể ñảm bảo chất lượng thì thông thường mỗi hướng sử dụng một bước sóng riêng Trong các mạng PON các bước sóng ñược sử dụng là 1490nm hoặc 1550nm cho hướng xuống và 1310nm cho tín hiệu ñường lên

Ưu ñiểm của PON là nó sử dụng các bộ tách/ghép quang thụ ñộng, có giá thành rẻ và có thể ñặt ở bất kì ñâu, không phụ thuộc vào các ñiều 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 ñiểm này còn giúp các nhà khai thác giảm ñược chi phí bảo dưỡng, vận hành Nhờ ñó 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) (ñặc tính các của chuẩn TDMA-PON ñược so sánh trong Bảng 1.1); 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 ñộng băng rộng B-PON ñược chuẩn hóa trong chuỗi các khuyến nghị G.938 của ITU-T Các khuyến nghị này ñưa ra các tiêu chuẩn về các khối chức năng ONT và OLT, khuôn dạng và tốc ñộ 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 ñiều khiển ONT và DBA Trong mạng B-PON, dữ liệu ñược ñóng khung theo cấu trúc của các tế bào ATM Một khung hướng xuống có tốc ñộ 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) ñược chèn vào cứ mỗi 28 tế bào trong kênh PLOAM có một bít ñể nhận dạng các tế bào PLOAM Ngoài ra các tế bào PLOAM có khả năng lập trình ñược 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 ñường ảo (VPI/VCI) trong cấu trúc ATM, các ONT nhận biết và tách dữ liệu ñường 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 ñầu Từ mào ñầu mang thông tin về khoảng thời gian bảo

vệ (guard time), mào ñầu cho phép ñồng bộ và khôi phục tín hiệu tại OLT, và thông tin nhận dạng ñiểm kết thúc của từ mào ñầu Chiều dài của từ mào ñầu và các thông tin chứa trong ñó ñược lập trình bởi OLT Các ONT thực hiện gửi các tế bào PLOAM khi chúng nhận ñược yêu cầu từ OLT

B-PON sử dụng giao thức DBA ñể 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 ñầy tất cả hướng lên bởi dữ liệu của ONT OLT dừng ñịnh kỳ việc truyền hướng lên do vậy nó có khả năng mời bất kỳ ONT mới nào tham gia vào hoạt ñộng hệ thống Các ONT mới phát một bản tin phúc hồi trong cửa sổ này với thời gian trễ ngẫu nhiên ñể tránh xung ñột khi mà có nhiều ONT mới muốn tham gia OLT xác ñịnh khoảng cách tới mỗi ONT mới bằng việc gửi tới ONT một bản tin ño cự ly và xác ñịnh thời gian bao lâu ñể thu ñược bản tin phúc hồi Sau ñó OLT gửi tới ONT một giá trị trễ, giá trị này ñược sử dụng ñể xác ñịnh thời gian bảo vệ ứng với các ONT

2.1.3.2 BPON và Gigabit PON

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

Trong E-PON dữ liệu hướng xuống ñược ñóng khung theo khuôn dạng Ethernet Các khung E- PON có cấu trúc tương tự như các liên kết Gigabit Ethernet ñiểm tới ñiểm ngoại trừ

từ mào ñầu và thông tin xác ñịnh ñiểm bắt ñầu của khung ñược thay ñổi ñể mang trường nhận dạng kênh logic LLID (Link logic ID) nhằm xác ñịnh duy nhất một ONU MAC Trong hướng lên, các ONU phát các khung Ethernet trong các khe thời gian ñã ñược phân bổ

ONU sử dụng giao thức ñiều khiển ña ñiểm MPCPDU (Multipoint Control Protocol Data Unit) ñể gửi các bản tin “Report” yêu cầu băng thông, trong khi ñó OLT gửi bản tin “Gate” cấp phát băng thông cho các ONU Các bản tin “Gate” bao gồm thông tin về thời gian bắt ñầu và khoảng thời gian cho phép truyền dữ liệu ñối với ONU OLT cũng ñịnh 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 ñược phát trong hướng lên Ngoài ra, giao thức DBA cũng

có thể ñược sử dụng trong E-PON ñể thực hiện cơ chế ñiều khiển phân bổ băng thông

Do không có cấu trúc khung thống nhất ñối với hướng xuống và hướng lên, do vậy trong cấu trúc của E-PON, các khe thời gian và giao thức xác ñịnh cự ly là khác so với B-PON và G-

PON OLT và các ONU duy trì các bộ ñếm 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 ñệm cục bộ của ONU tương ứng Tốc ñộ truyền dữ liệu E-PON có thể ñạt 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 ñộ 10Gbit/s và ñược ứng dụng chủ yếu trong các mạng quảng bá video số Gbit/s PON cho phép phân phối nhiều dịch vụ ñòi hỏi băng thông lớn, ñộ phân giải cao, ñóng gói IP các luồng dữ liệu video ngay cả khi hệ số chia OLT/ONT là 1:64 hoặc cao hơn Tại thời ñiểm hiện tại, tốc ñộ 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 ñó

có thể ñuợc khai thác toàn bộ băng thông như trên, tuy nhiên thông thường trong các mạng ñã triển khai tại một số nuớc trên thế giới, nhà cung cấp thường thiết kế tốc ñộ cho một thuê bao

sử dụng PON vào khoảng 100 Mbps cho chiều xuống và 40 Mbps cho chiều lên Với tốc ñộ truy nhập như vậy, băng thông ñã 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 ñiểm 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 ñược cung cấp dịch vụ

G-PON là giao thức FSAN TDMA PON thứ 2 ñược ñịnh nghĩa trong chuỗi khuyến nghị G.984 của ITU-T G-PON ñược xây dựng trên trải nghiệm của B-PON và E-PON Mặc dù G-PON hỗ trợ truyền tải tin ATM, nhưng nó cũng ñưa vào một cơ chế thích nghi tải tin mới mà ñược tối ưu hóa cho truyền tải các khung Ethernet ñược gọi là phương thức ñóng gói G-PON (GEM – GPON Encapsulation Method)

GEM là phương thức dựa trên thủ tục ñóng khung chung trong khuyến nghị G.701 ngoại trừ việc GEM tối ưu hóa từ mào ñầu ñể 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 ñầu với một từ mào ñầu PLOAM, tiếp sau ñó là vùng tải tin GEM và/hoặc các tế bào ATM

PLOAM gồm có thông tin cấu trúc khung và sắp ñặt 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 ñược bắt ñầu với từ mào ñầu lớp vật lý mà có chức năng tương tự trong 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 ñược gửi ñi kèm với các nhóm hướng lên khi

B-có yêu cầu từ OLT OLT gán các thời gian cho việc gửi dữ liệu hướng lên từ cho mỗi ONT

Bảng 2.1 So sánh các chuẩn công nghệ TDMA PON [5]

Tổ chức chuẩn hóa FSAN và ITU-T SG15

(G.983 series)

FSANvà ITU-T SG15 (G.984 series)

IEEE 802.3 (802.3ah) Tốc ñộ 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

hoặc 1490nm xuống &

1310nm lên

1310nm cả 2 hướng hoặc 1490nm xuống &

1310nm lên

1490nm xuống &

1310nm lên

tiếp các khung Ethernet)

ATM) hoặc CES

CES

Sửa lỗi hướng tới trước

FEC (Forward Error

Correction)

OAM

802.3ah Ethernet OAM