kiến trúc mạng pon

• Truyền dẫn:– Trong TDM-PON: • Truyền song công phân chia theo thời gian • Truyền song công phân chia theo bước sóng Sử dụng bộ ghép WDM 1,3/1,5-m để tách biệt các tín hiệu hướng lên v

TS

TS Nguy Nguyễễn n Đứ Đức Nhân c Nhân

• Mô hình tham chiếu:

OLT ODN

R/SCác chức năng quản lý hệ thống mạng truy nhập

Các chức năng nút dịch vụ

ONU: Đơn vị mạng quang

ONT: Kết cuối mạng quang

OLT: Đầu cuối mạng quang

ODN: Mạng phân phối quang

S: Điểm truy nhập quang về

phía mạng

R: Điểm truy nhập quang về

phía thiết bị

AF: Chức năng tương thích

UNI: Giao tiếp mạng người

dùng

SNI: Giao tiếp nút dịch vụ

Q: Điểm tham chiếu mạng

của mạng quản lý

• Kiến trúc cơ bản:

• Kiến trúc cơ bản:

Các thành phần cơ bản của mạng TDM-PON

• Truyền dẫn:

– Trong TDM-PON: Truyền dẫn 2 chiều có một số cách tiếp cận.

• Sử dụng 2 sợi quang trên cùng bước sóng

• Sử dụng 1 sợi quang trên một bước sóng

• Truyền dẫn:

– Trong TDM-PON:

• Truyền song công phân chia theo thời gian

• Truyền song công phân chia theo bước sóng

Sử dụng bộ ghép WDM 1,3/1,5-m để tách biệt các tín hiệu hướng lên

và hướng xuống.

• Truyền dẫn 2 chiều:

– Trong TDM-PON: Truyền dẫn 2 chiều trên một sợi quang.

• Bước sóng 1,3 m cho tín hiệu upstream

• Bước sóng 1,49 m cho tín hiệu downstream

• Tại CO: có thể có nhiều OLT kết nối với nhiều hệ thống PON khác nhau

• Truyền dẫn 2 chiều:

– Hướng xuống sử dụng kỹ thuật TDM

Nếu có N luồng thông tin vào OLT, mỗi luồng

tại tốc độ R thì chế độ TDM ghép các luồng

này thành một luồng thông tin đơn hoạt

động tại tốc độ NxR Tín hiệu luồng xuống

được ghép kênh sẽ được phát quảng bá tới

tất cả ONU/ONT

Mỗi ONU/ONT sẽ loại bỏ hay nhận các gói thông tin

tới phụ thuộc vào việc đánh địa chỉ tiêu đề gói tin Mật

mã có thể cần thiết để đảm bảo tính bảo mật riêng tư

vì mỗi ONU/ONT thu được tất cả thông tin định cho

mỗi thiết bị đầu cuối người dùng

• Truyền dẫn 2 chiều:

– Hướng lên sử dụng kỹ thuật TDMA

Vì tất cả người dùng chia sẻ thời gian trên cùng một bước sóng, nên để tránh các xungđột giữa những người dùng khác nhau, hệ thống sử dụng một giao thức TDMA OLT sẽđiều khiển và điều phối lưu lượng từ mỗi ONU/ONT bằng việc gửi sự cho phép cho cácONU/ONT được phát trên một khe thời gian xác định Các khe thời gian được đồng bộ

điều biến nên nó làm giảm

CNR đặc biệt với các kênh

• Cấu hình tách công suất:

• Khối OLT:

– Khối đầu cuối đường quang OLT cung cấp giao diện quang phía mạng với ODN, đồng thời cũng cung cấp ít nhất một giao diện 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 phân phối đầu xa.

• Khối OLT:

Khối thích ứng dịch vụ: Service adaptation

Khối kết nối chéo: Cross-connect

Lớp MAC: Medium Access Control

Lớp PMD: Physical Medium Dependent

– Lớp PMD: bao gồm bộ thu phát quang và bộ ghép WDM song công.

– Một OLT có nhiều lớp MAC và PMD để kết nối với nhiều ONU

• Khối ONU:

– Khối mạng quang ONU/ONT đặt ở giữa ODN và thuê bao.

– Phía mạng của ONU có giao diện quang, còn phía thuê bao là giao diện điện.

– Do đó, ONU có chức năng biến đổi quang/điện Đồng thời có thể thực hiện chức năng xử lý và quản lý bảo dưỡng các loại tín

• Khối ONU:

– Lớp thích ứng dịch vụ: cung cấp sự chuyển đổi giữa định dạng tín hiệu yêu cầu cho kết nối với thiết bị của khách hàng và định dạng tín hiệu PON Giao diện từ một ONU tới thiết bị mạng

khách hàng được gọi là giao diện mạng người dùng (UNI).

– Khối MUX/DEMUX: cung cấp chức năng ghép kênh cho các

giao diện khách hàng khác nhau Thông thường, nhiều UNI sẵn

có trong một ONU cho các kiểu dịch vụ khác nhau Mỗi UNI có thể hỗ trợ một định dạng tín hiệu khác nhau và yêu cầu quá trình thích ứng dịch vụ tương ứng.

– Lớp MAC: tại ONU hoạt động kiểu chế độ khách (phụ thuộc) còn tại OLT hoạt động ở chế độ chủ xác định thời điểm bắt đầu và

• Khối ONT:

– Cấu trúc và chức năng cơ bản như ONU nhưng được đặt trực tiếp tại cơ sở của khách hàng.

– Phụ thuộc vào yêu cầu liên lạc của khách hàng hoặc nhóm

người dùng, ONT thường hỗ trợ một hỗn hợp các dịch vụ khác nhau gồm các tốc độ Ethernet hay tốc độ số khác nhau.

– Nhiều kiểu thiết kế và cấu hình giá máy thiết bị ONT sẵn có để đáp ứng các mức nhu cầu khác nhau Kích thước của một ONT

có thể từ phạm vi một hộp đơn giản được gắn bên ngoài nhà tới khối thiết bị phức tạp lắp trong một khung giá tiêu chuẩn sử

dụng trong các tòa nhà hay văn phòng.

– Một ONT có thể tập hợp, gom và truyền tải các kiểu lưu lượng thông tin khác nhau từ phía người dùng và gửi nó theo hướng

• Bộ ghép WDM:

– Hai công nghệ làm bộ ghép CWDM cho mạng PON:

• Bộ lọc màng mỏng

• Cách tử nhiễu xạ truyền qua

– Bộ lọc màng mỏng (TFF): là một bộ lọc băng thông quang

• Bộ ghép WDM:

– Bộ lọc màng mỏng (TFF):

• Cấu trúc cơ bản: hộp cộng hưởng Fabry-Perot hình thành bởi hai bề mặtphản xạ song song trên các mặt của một màng mỏng điện môi  Bộ giaothoa Fabry-Perot hoặc etalon

• Nguyên lý: Ánh sáng đi vào một bề mặt, một phần truyền qua và một phần

bị phản xạ phụ thuôc vào hệ số phản xạ R của bề mặt Nếu khoảng cách lộtrình giữa 2 gương gấp nguyên lần bước sóng  các bước sóng này truyềnqua do giao thoa cộng hưởng (cộng cùng pha), các bước sóng khác bị phản

D – Khoảng cách giữa hai bề mặt phản xạ

n – Chiết suất của lớp điện môi

 - Góc đi vào của chùm sáng

• Bộ ghép WDM:

– Bộ lọc màng mỏng (TFF):

• Hàm truyền T biến đổi tuần hoàn theo f Các đỉnh gọi là dải thông xảy ra tại

những bước sóng thỏa mãn điều kiện N = 2nD, với N là số nguyên

Dải phổ tự do:

Độ mịn: tỉ lệ FSR/FWHM

• Bộ ghép WDM:

– Bộ lọc màng mỏng (TFF):

Bộ lọc màng mỏng đa lớp: gồm nhiều

lớp màng mỏng điện môi xen kẽ có

chiết suất khác nhau Mỗi lớp như một

bề mặt phản xạ  nhiều hộp cộng

hưởng nối tiếp  đặc tính bộ lọc cải

thiện

• Bộ ghép WDM:

– Cách tử nhiễu xạ truyền qua:

• Cách tử nhiễu xạ: gồm một tập các phần tử nhiễu xạ như các khe hẹp hoặccác rãnh song song có chu kỳ cỡ bước sóng

• Quá trình tách hoặc ghép bước sóng trong các cách tử nhiễu xạ là một quátrình song song

• Cách tử truyền qua: cách tử phaGồm các biến đổi chiết suất tuần hoàn

có chu kỳ 

Góc đi ra khỏi cách tử:

i – Góc vào cách tử của chùm sáng, q – bậc nhiễu xạ của cách tử



• Bộ chia công suất:

– Coupler/Splitter quang: Dùng để kết hợp các tín hiệu quang

truyền đến hoặc tách công suất quang thành nhiều phần tín hiệu quang đầu ra.

– Chế tạo dựa trên sợi quang nóng chảy hoặc các ống dẫn sóng điện môi phẳng.

– Bộ ghép cơ bản 2x2:

• Bộ chia công suất:

– Các tham số đặc trưng:

• Tỉ lệ ghép cặp (%):

• Tổn hao trội (dB):

• Tổn hao xen (dB):

• Mức xuyên âm (dB):

Chú ý: Tỉ lệ ghép thay đổi phụ thuộc vào điều chỉnh các tham số của bộ ghép như độ dài ghép cặp,

tỉ lệ này cũng thay đổi theo bước sóng  có thể được thiết kế làm bộ ghép/tách bước sóng trên 2 cửa sổ quang khác nhau.

• Bộ chia công suất:

• Bộ chia công suất:

– Cấu trúc bộ chia:

• Có thể được hình thành từ coupler cơ bản 2x2

• Bộ chia công suất:

• Bộ chia công suất:

– Cấu trúc bộ chia:

• Cáp sợi quang:

– Sợi quang thường sử dụng chính trong PON là sợi đơn mode G.652c hoặc G.652d.

– Cấu trúc cáp khác nhau phụ thuộc vào nơi mà PON sẽ được

triển khai sử dụng và phương thức lắp đặt cáp.

– Có hai kiểu cấu trúc cơ bản:

• Cáp sợi đệm chặt

• Cáp sợi đệm lỏng

• Cáp sợi quang:

– Cáp nhiều sợi:

• Cấu trúc dải băng (ribbon): dễ dàng cho kết nối cáp  được ưu tiên sửdụng trong PON

• Cáp sợi quang:

– Mã mầu:

• Để phân biệt giữa các sợi khác nhau trong cáp

• Dựa trên tiêu chuẩn TIA/EIA-598-B

connector APC (angle-polished connector) Góc nghiêng so với trục sợithường là 8o.

• Hai kiểu connector thường sử dụng trong PON:

– Connector SC: kiểu cắm móc, cho phép sử dụng trong không gian chật hẹp Mức suy hao thường từ 0,2 – 0,4 dB.

– Connector LC: dạng connector cỡ nhỏ, có đặc điểm tinh chỉnh 6 vị trí để đồng chỉnh tối ưu các lõi sợi  suy hao xen thấp chỉ cỡ 0,1 dB.

• Kết nối quang:

– Connector quang:

• Kết nối quang:

– Suy hao connector:

• Phụ thuộc vào các yếu tố:

– Đồng chỉnh cơ học của hai đầu sợi – Sự khác biệt các đặc tính hình học và ống dẫn sóng của hai đầu sợi – Chất lượng bề mặt hai đầu sợi.

Gây ra suy hao lớn nhất: do đồng chỉnh không chính xác  lệch trục

Diện tích lõi xếp chồng giữa 2 đầu sợi:

a – bán kính lõi sợi

d – khoảng cách lệch giữa hai trục sợi.

Suy hao ghép nối do lệch trục:

• Suy hao hàn nối:

– Suy hao thuần: sự khác nhau về tham số sợi quang – Suy hao ngoài: đồng chỉnh lệch và chất lượng hai đầu sợi chuẩn bị cho hàn nối

• Mức suy hao:

– Hàn nóng chảy: 0,01 – 0,1 dB – Hàn nối cơ học: 0,5 dB

• Hàn nóng chảy: kết nối vĩnh viễn, sử dụng hồ quang điện hoặc mọt xunglaser để làm nóng chảy hai đầu sợi và liên kết với nhau

• Chế độ truyền dẫn kiểu burst:

– Do hoạt động hướng lên dựa trên kỹ thuật TDMA.

• OLT cấp phát các khe thời gian (các cổng Gate) cho mỗi ONU

• ONU thu được khung Gate sẽ phát các khung MAC tại tốc độ định sẵn trongkhoảng khe thời gian được cấp phát

Toàn hệ thống cần được

đồng bộ để dữ liệu từ các

ONU khác nhau không

giao thoa với nhau  OLT

luôn thu nhận các chùm

gói dữ liệu (burst) cách

nhau bởi khoảng thời gian

bảo vệ

• Chế độ truyền dẫn kiểu burst:

– Bộ thu kiểu burst:

• Bộ thu quang OLT có đặc tính hoạt động khác với các bộ thu quang thôngthường cho các tuyến điểm – điểm

• Biên độ và pha của các gói tin thu được trong các khe thời gian liên tiếp từ

vị trí người dùng khác nhau có thể biến đổi rất lớn từ gói này sang gói khác

• Chế độ truyền dẫn kiểu burst:

– Bộ thu kiểu burst:

• Nếu người dùng gần nhất và xa nhất kết nối với bộ chia công suất cáchnhau 20 km và suy hao sợi là 0,5 dB/km  có một độ lệch 10 dB về mứccông suất tín hiệu tại OLT Nếu có một bộ chia công suất bổ sung trên tuyếntruyền dẫn  mức lệch mức tín hiệu tới OLT có thể biến đổi lên tới 20 dB

• Chế độ truyền dẫn kiểu burst:

– Bộ thu kiểu burst:

• Bộ thu thông thường không thể xử lý tức thời sự thay đổi nhanh chóng độlệch về mức tín hiệu và quá trình đồng chỉnh pha đồng hồ  OLT đòi hỏimột bộ thu kiểu burst

• Bộ thu kiểu burst: có thể hiệu chỉnh nhanh chóng ngưỡng quyết định và xácđịnh pha tín hiệu từ tập các bit mào đầu đặt tại bắt đầu của một chùm gói tin

• Các yêu cầu quan trọng:

– Độ nhạy cao – Dải động lớn – Thời gian đáp ứng nhanh

• Chế độ truyền dẫn kiểu burst:

• Yêu cầu: khi ở trạng thái trống, mức công suất đầu ra nên ít nhất thấp hơnmức công suất phát cho một xung bit 1 cỡ 20 – 30 dB

• Laser cần một thời gian ngắn để ổn định khi được bật lên đột ngột từ trạngthái tắt  có một khe thời gian cỡ vài bit trước một burst dữ liệu để chophép laser chuyển tiếp tới trạng thái định thiên và ổn định đầu ra + một thờigian 1 bit tại cuối burst phát đi để cho phép laser tắt tránh phần dư giao thoasang burst lân cận tới từ một ONU khác  ONU đòi hỏi bộ phát kiểu burst

• Chế độ truyền dẫn kiểu burst:

– Chế độ định thời trong truyền dẫn kiểu burst ở lớp vật lý:

TON – Thời gian bật Tx; TOFF – Thời gian tắt Tx; TDSR– Thời gian phục hồi độ nhạy động

Rx; TLR – Thời gian khôi phục mức thu; TCR - Thời gian khôi phục đồng hồ Rx; TDL– Thời

gian khử bộ giới hạn Rx.

• Các công nghệ thu phát:

– Các bộ thu phát (transceiver) là những thành phần liên lạc hai chiều sử dụng các  khác nhau để phát và thu các tín hiệu giữa OLT tại CO và các ONU tại phía người dùng.

– Có 2 kiểu bộ thu phát tiêu chuẩn:

• Diplexer (Ghép song công)

• Triplexer (Ghép tam công)

• Các công nghệ thu phát:

– Các khối chức năng trong bộ thu phát:

LD – Bộ kích thích laser; CDR- Khối khôi phục đồng hồ/dữ liệu; BM-LD – Bộ kích thích laser

kiểu burst; BM-CDR – Khối khôi phục đồng hồ/dữ liệu kiểu burst; TOSA – Module phát quang; RSOA – Module thu quang; F-P laser – Nguồn laser Fabry-Perot; APD/PIN-TIA – Bộ tiền

khuyếch đại chuyển trở kháng (transimpedance) sử dụng APD hoặc PIN; WDM – Bộ ghép

• Các công nghệ thu phát:

– Các khối chức năng trong bộ thu phát:

• Ba chipset kiểu burst: quan trọng trong truyền dẫn kiểu burst

– BM-LD: có khả năng điều khiển mức công suất nhanh và chính xác– APD/PIN-TIA: có độ nhạy cao và dải động rộng

– BM-CDR: khả năng khôi phục nhanh dữ liệu thu được

• Các khối chức năng bộ thu phát: nhóm thành 2 khối chính

– Khối quang: gồm các nguồn laser (LD) và diode thu quang (PD), bộ lọcWDM Bộ lọc WDM được nghiêng 45o so với chùm sáng tới để có thểtách (hoặc ghép) các tín hiệu upstream và tín hiệu downstream

– Khối điện: gồm các IC xử lý trước, có xu hướng tích hợp bộ khuyếchđại sau (post-amp) với bộ kích thích laser kiểu burst trên một IC đơn Mức độ tích hợp cao hơn sẽ kết hợp các chức năng CDR và SER/DES với bộ xử lý MAC

• Các công nghệ thu phát:

– Các module bộ thu phát PON:

• Các công nghệ thu phát:

– Các khối chức năng trong bộ thu phát:

Module thu phát triplexer 2 chiều tại ONU