Mạng FTTH (fiber-To-the-home) gigabit/s

khe khởi tạo, một khoảng thời gian mà không có ONU khởi tạo trước nào được phép truyền. Chiều dài của khe khởi tạo này phải tối thiểu là: + - <minimum round-trip time>; với là chiều dài của cửa sổ truyền mà một ONU không khởi tạo có thể dùng. 2. OLT gởi một bản tin khởi tạo Gate báo hiệu thời gian bắt đầu của khe khởi tạo và chiều dài của nó. Trong khi chuyển tiếp bản tin này từ lớp cao hơn đến lớp MAC, MPCP sẽ gán nhãn thời gian được lấy theo đồng hồ của nó. 3. Chỉ các ONU chưa khởi tạo mới đáp ứng bản tin khởi tạo Gate. Trong lúc nhận bản tin khởi tạo Gate, một ONU sẽ thiết lập thời gian đồng hồ của nó theo nhãn thời gian đến trong bản tin khởi tạo Gate. Đồ án tốt nghiệp Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49 37 4. Khi đồng hồ trong ONU đến thời gian bắt đầu của khe thời gian khởi tạo (cũng được phân phối trong bản tin Gate), ONU sẽ truyền bản tin của chính nó (khởi tạo Report). Bản tin Report sẽ chứa địa chỉ nguồn của ONU và nhãn thời gian tượng trưng cho thời gian bên trong của ONU khi bản tin Report được gởi. 5. Khi OLT nhận bản tin Report từ một ONU chưa khởi tạo, nó nhận biết địa chỉ MAC của nó và thời gian Round-trip. Như được minh họa ở hình 1.17, thời gian Round-trip của một ONU là thời gian sai biệt giữa thời gian bản tin Report được nhận ở OLT và nhãn thời gian chứa trong bản tin Report. Hình 1.17-Thời gian Round-trip Từ nhiều ONU chưa khởi tạo, có thể đáp ứng cùng bản tin khởi tạo Gate, bản tin Report có thể xung đột. Trong trường hợp đó, bản tin Report của ONU bị xung đột sẽ không thiết lập bất kỳ khe nào cho hoạt động bình thường của nó. Nếu như ONU không nhận được khe thời gian trong khoảng thời gian nào đó, nó sẽ kết luận rằng sự xung đột đã xãy ra và nó sẽ thử khởi tạo lại sau khi bỏ qua một số bản tin khởi tạo Gate ngẫu nhiên. Số bản tin bỏ được chọn ngẫu nhiên từ một khoảng thời gian gấp đôi sau mỗi lần xung đột. Dưới đây chúng ta mô tả hoạt động bình thường của MPCP: Đồ án tốt nghiệp Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49 38 1. Từ lớp cao hơn (MAC control client), MPCP trong OLT đưa ra yêu cầu để truyền bản tin Gate đến một ONU cụ thể với các thông tin như sau: thời điểm ONU bắt đầu truyền dẫn và thời gian của quá trình truyền dẫn (hình 1.18). Hình 1.18-Giao thức MPCP-hoạt động của bản tin Gate 2 Trong lớp MPCP (của cả OLT và ONU) duy trì một đồng hồ. Trong khi truyền bản tin Gate từ lớp cao hơn đến lớp MAC, MPCP sẽ gán vào bản tin này nhãn thời gian được lấy theo đồng hồ của nó. 3. Trong khi tiếp nhận bản tin Gate có địa chỉ MAC phù hợp (địa chỉ của các bản tin Gate đều là duy nhất), ONU sẽ ghi lên các thanh ghi trong nó thời gian bắt đầu truyền và khoảng thời gian truyền. ONU sẽ cập nhật đồng hồ của nó theo thời gian lưu trên nhãn của bản tin Gate nhận được. Nếu sự sai biệt đã vượt quá ngưỡng đã được định trước thì ONU sẽ cho rằng, nó đã mất sự đồng bộ và sẽ tự chuyển vào mode chưa khởi tạo. Ở mode này, ONU không được phép truyền. Nó sẽ chờ đến bản tin Gate khởi tạo tiếp theo để khởi tạo lại. 4. Nếu thời gian của bản tin Gate được nhận gần giống với thời gian được lưu trên nhãn của bản tin Gate, ONU sẽ cập nhật đồng hồ của nó theo nhãn thời gian. Khi đồng hồ trong ONU chỉ đến thời điểm bắt đầu của khe thời gian truyền dẫn, ONU sẽ bắt đầu phiên truyền dẫn. Quá trình truyền dẫn này có thể chứa nhiều Đồ án tốt nghiệp Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49 39 khung Ethernet. ONU sẽ đảm bảo rằng không có khung nào bị truyền gián đoạn. Nếu phần còn lại của khe thời gian không đủ cho khung tiếp theo thì khung này sẽ được để lại cho khe thời gian truyền dẫn tiếp theo và để trống một phần không sử dụng trong khe thời gian hiện tại. Bản tin Report sẽ được ONU gởi đi trong cửa sổ truyền dẫn gán cho nó cùng với các khung dữ liệu. Các bản tin Report có thể được gởi một cách tự động hay theo yêu cầu của OLT. Các bản tin Report được tạo ra ở lớp trên lớp điều khiển MAC (MAC Control Client) và được gán nhãn thời gian tại lớp điều khiển MAC (Hình 1.19). Thông thường Report sẽ chứa độ dài yêu cầu cho khe thời gian tiếp theo dựa trên độ dài hàng đợi của ONU. Khi yêu cầu một khe thời gian, ONU cũng có tính đến cả các phần mào đầu bản tin, đó là các khung mào đầu 64 bit và khung mào đầu IFG 96 bit được ghép vào trong khung dữ liệu. Hình 1.19-Giao thức MPCP-hoạt động của bản tin Report Khi bản tin Report đã được gán nhãn thời gian đến OLT, nó sẽ đi qua lớp MAC (lớp này chịu trách nhiệm phân bổ băng tần). Ngoài ra, OLT cũng sẽ tính lại chu trình đi và về với mỗi nguồn ONU như trong hình 1.19. Sẽ có một số chênh lệch nhỏ của RTT mới và RTT được tính từ trước bắt nguồn từ sự thay đổi trong chiết suất của sợi quang do nhiệt độ thay đổi. Nếu sự chênh lệch này là lớn thì OLT sẽ được cảnh báo ONU đã mất đồng bộ và OLT sẽ không cấp phiên truyền dẫn cho ONU cho đến khi nó được khởi tạo lại. Đồ án tốt nghiệp Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49 40 Hiện nay giao thức MPCP vẫn đang tiếp tục được xây dựng và phát triển bởi nhóm 802.3ah của IEEE. Đây là nhóm có nhiệm vụ phát triển và đưa ra các giải pháp Ethernet cho các thuê bao của mạng truy nhập. 1.2.5.2. PON với kiến trúc IEEE 802 Kiến trúc IEEE 802 định nghĩa hai phương thức: Share Medium và song công. Trong phuơng thức chia sẽ trung gian (Share Medium), tất cả các trạm được kết nối đến miền truy nhập đơn, ở đó phần lớn một trạm có thể phát tại một lúc và tất cả các trạm có thể nhận bất cứ lúc nào. Trong phương thức song công, đó là sự kết nối điểm-điểm kết nối hai trạm và cả hai trạm có thể phát và nhận đồng thời. Dựa vào định nghĩa đó, các cầu không bao giờ chuyển tiếp khung quay trở lại cổng vào của nó. Nói khác, nó cho rằng tất cả các trạm được kết nối đến cùng một cổng của cầu và có thể truyền thông với nhau mà không cần thông qua cầu. Phương thức này đã tạo ra khả năng các người dùng được kết nối đến các ONU khác nhau trong cùng mạng PON và có thể truyền thông với nhau mà dữ liệu không cần xử lý ở lớp 3 hoặc lớp cao hơn. Point to Point Emulation Trong mô hình này, OLT phải có N cổng MAC, một cổng cho một ONU( hình 1.20). Khi một khung được gửi xuống (từ OLT đến ONU), lớp con PtPE trong OLT sẽ chèn LinkID kết hợp với cổng MAC cụ thể vào khung dữ liệu. Các khung sẽ được chia sẽ cho từng ONU nhưng chỉ một lớp MAC của nó. Ở lớp MAC của các ONU còn lại sẽ không nhận được khung này. Trong khả năng này, nó sẽ xuất hiện nếu chỉ khi khung được gửi theo kết nối PtP chỉ cho một ONU. Đồ án tốt nghiệp Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49 41 Chèn LinkID kết hợp với cổng MAC Chấp nhận khung nếu LinkID phù hợp Từ chối khung nếu LinkID không phù hợp Tách khung theo cổng trong LinkID Chèn LinkID được ấn định cho ONU Hình 1.20-Hướng xuống trong PtPE Ở hướng lên, ONU sẽ chèn LinkID được ấn định của nó vào mào đầu của mỗi khung được chuyển. Lớp con PtPE trong OLT sẽ tách khung để nhận biết cổng MAC chính xác dựa vào LinkID duy nhất cho mỗi ONU.(hình 1.21). Hình 1.21-Hướng lên trong PtPE Cấu hình PtPE thích hợp với cầu khi mỗi ONU được kết nối đến một cổng độc lập của cầu. Cầu được đặt trong OLT sẽ chuyển tiếp lưu lượng vào trong ONU giữa các cổng của nó. Đồ án tốt nghiệp Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49 42 Hình 1.22-Cầu giữa các ONU trong PtPE Share Medium Emulation Trong SME, bất kỳ một Node nào (OLT hay ONU) sẽ chuyển khung dữ liệu và sẽ được nhận ở tất cả các Node (OLT và ONU). Trong hướng xuống, OLT sẽ chèn một LinkID quảng bá mà mọi ONU đều chấp nhận (hình 1.23). Để đảm bảo hoạt động Share Medium cho hướng lên, lớp con SME trong OLT phải nhản ánh tất cả các khung trở lại hướng xuống để tất cả các ONU nhận chính khung dữ liệu của nó thì lớp con SME ở ONU chỉ thừa nhận khung nếu LinkID của khung đó khác với LinkID của nó. Hình 1.23-Hướng truyền xuống trong SME Chèn LinkID quảng bá Chấp nhận tất cả các khung ngoại trừ khung của nó Đồ án tốt nghiệp Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49 43 Chấp nhận tất cả các khung và phản hồi lại hướng xuống Khi truyền khung, chèn LinkID Khi nhận khung, từ chối LinkID của chính nó Hình 1.24-Hướng truyền lên trong SME SME chỉ yêu cầu một cổng MAC trong OLT. Chức năng vật lý của lớp này (lớp con SME) là cung cấp truyền thông ONU đến ONU, không cần cầu liên kết. Bằng sự kết hợp với chuẩn 802 cũ, mạng PON mở ra một hướng đi mới cho thế hệ mạng quang thụ động. Mạng PON sẽ sử dụng kết hợp 2 mô hình mạng điểm- điểm và điểm-đa điểm nhằm tối ưu hóa việc truyền tải dữ liệu và các dịch vụ video trong thời gian thực với chất lượng cao. Đồ án tốt nghiệp Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49 44 Chương II : KIẾN TRÚC BỘ THU-PHÁT TRONG MẠNG PON 2.1.Đặc điểm chung Bộ thu phát quang chiếm vai trò quan trọng nhất trong hệ thống thông tin quang hiện nay bởi chúng thực hiện nhiệm vụ cơ bản nhất trong mạng quang là biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện. Các bộ thu phát quang sử dụng laser bán dẫn và thiết bị nhận được kết hợp trong một linh kiện tích hợp đã làm giảm giá thành thiết bị mang lại ý nghĩa vô cùng quan trọng trong việc truyền nhận tín hiệu tương tự và số thông qua sợi quang. Transceiver (là thuật ngữ kết hợp của transmitter và receiver) được xem là thành phần chính làm giá thành của việc lắp đặt mạng quang tăng lên khá cao. Chính vì vậy, trên thế giới có rất nhiều nghiên cứu để thiết kế bộ thu-phát có giá thành rẻ, hiệu suất cao và gọn nhẹ, dễ dàng sử dụng trong thực tế. Cáp quang đã được biết đến từ những năm 1990. Ban đầu, mạng sử dụng cáp quang chỉ có tốc độ khoảng 100Mbps. Sau đó, mạng này được nâng cấp có thể đạt tới tốc độ từ 150-600 Mbps dựa vào kiến trúc SDH. Sau đó, kiến trúc mạng sử dụng các gói ATM đã được thay thế mạng Ethernet trước đó nhằm nâng cao tốc độ của mạng. Từ đó, chuẩn đầu tiên cho mạng PON là G.893 được ITU-T đưa ra năm 1998. Đồng thời, hệ thống mạng PON tốc độ 100Mbps đã được phát triển và đưa vào sử dụng trong thương mại nhưng chỉ trong một số vùng giới hạn và giá thành khá cao. Trong khoảng thời gian 3-4 năm sau, tốc độ mạng PON được cải thiện lên tới hơn 1Gbps và ủy ban IEEE đã đưa ra chuẩn 802.3 ah (chuẩn EPON) vào tháng 6 năm 2004. Một vài nhà cung cấp tại Nhật Bản như NTT đã đề xuất một hệ thống với chuẩn GPON dành cho các ứng dụng thực tế. Cùng trong thời gian này, ITU-T đưa ra chuẩn GPON với tốc độ luồng lên 1,244 Gbps và tốc độ luồng xuống lên tới 2,488 Gbps. Các bộ thu phát quang tuân theo những chuẩn này được đưa ra thành các chip và các module cùng với sự phát triển của các thiết bị truyền tín hiệu quang đã nâng cao tốc độ của các ứng dụng trong mạng FTTH. Đồ án tốt nghiệp Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49 45 2.1.1.Yêu cầu đối với mạng PON Bảng 2.1 dưới đây đưa ra tỉ số chia và dự trữ công suất cho từng kiến trúc mạng PON ở 3 chuẩn khác nhau. BPON có thể cung cấp từ 16 đến 32 ONU và khả năng phân phối băng thông linh hoạt. Cả 2 mạng BPON và GPON đều tuân thủ theo 3 lớp A, B, C của chuẩn G.982 của ITU-T với dự trữ công suất lần lượt là 20, 25, 30 dB giữa OLT và ONU. GPON được nâng cấp từ BPON với tốc độ cao hơn có thể sử dụng chung cho đến 128 node. Đồng thời, GPON cho phép tỉ số chia cao hơn mang BPON khá nhiều tức là có thể phục vụ số lượng thuê bao cao hơn so với BPON rất nhiều nhưng nó cũng bị hạn chế bởi dự trữ công suất. Chuẩn 802.3 ah cũng xác định rõ khoảng cách truyền nhận chỉ từ 10-20 km. Lớp vật lý cũng sử dụng chuẩn 1000BASE-TX10 hoặc 1000BASE-TX20. EPON có thể cung cấp tối thiểu 16 bộ chia quang chỉ cần hiệu suất có thể vượt qua một giá trị giới hạn chấp nhận được, tỉ số chia cũng không được xác định rõ ràng bởi nó phụ thuộc chính vào suy hao của cáp quang và khả năng thiết bị lớp vật lý trong thực tế. Trong thực tế, mạng EPON có thể cung cấp tỉ số chia 1:32 hoặc 1: 64 tùy thuộc vào dự trữ công suất trong thực tế. Bảng 2.1-Dự trữ công suất [6] Dự trữ công suất quang trong từng được quyết định bởi các nhà cung cấp khác nhau do chúng phụ thuộc trực tiếp vào các linh kiện tích cực của nhà sản xuất như laser, bộ thu và PON chip. Thông thường các thiết bị trong mạng BPON sử dụng theo chuẩn lớp B nhưng một vài tuyến truyền dẫn có độ dài 20km trong thực tế yêu Đồ án tốt nghiệp Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49 46 cầu dự trữ công suất cần thiết cao hơn. Chính điều đó làm cho một số thiết bị tích cực trong thực tế phải có dự trữ công suất lên tới 26,5dB; nhờ vậy làm tăng khả năng ghép với các thiết bị khác trong mạng, tăng tỉ số chia của mạng BPON đồng thời cho phép mạng có khả năng chấp nhận dự trữ công suất là 28dB. Do đó, lớp B+ được đưa ra trong chuẩn G.982. Với chuẩn G.982 lớp A thường được sử dụng cho các ứng dụng của mạng FTTC thì chuẩn G.982 lớp B và B+ được sử dụng trong mạng FTTP ngày nay với chất lượng và tỉ số chia tốt nhất. Hơn nữa, mặc dù chuẩn lớp B+ có chất lượng tốt hơn nhưng nó không có giá thành cao như mạng tuân theo chuẩn lớp C (cung cấp chất lượng mạng có dự trữ công suất cao hơn) nhờ các IC có độ nhạy cao và tạp âm nhỏ. Trong thực tế các nhà cung cấp mạng thường sử dụng chuẩn B+ để cung cấp mạng cho thuê bao sử dụng. Trong tương lai, các nhà cung cấp sẽ đưa tới những thiết bị có thể sử dụng cho tuyến truyền dẫn khoảng cách xa hơn (từ 30-40km) với tỉ số chia lên tới 1:128 như chuẩn lớp C. 2.1.2.Lớp vật lý mạng PON Đặc điểm lớp vật lý trong mạng phụ thuộc trực tiếp vào tính chất vật lý của cơ sở hạ tầng mạng mà cụ thể trong mạng PON là khả năng biến đổi tín hiệu quang-điện và ngược lại, khả năng khôi phục định thời cho xung clock và dữ liệu được truyền trong mạng. Lớp vật lý sẽ trực tiếp mang dòng dữ liệu nhận được truyền tải lên các lớp trên và cũng chịu trách nhiệm biến đổi dữ liệu từ các lớp trên chuyển tới thành các tín hiệu quang để truyền đi. Vì vậy, đặc điểm vật lý của mạng PON sẽ quyết định bởi công suất phát, độ nhạy thu cho từng mạng với dự trữ công suất và tốc độ truyền tải khác nhau. Bảng 2.2 dưới đây xác định đặc điểm của lớp vật lý trong mạng BPON theo chuẩn G.982. Đồ án tốt nghiệp Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49 47 Bảng 2.2-Tính chất lớp vật lý của mạng BPON [7] Sau khi đưa ra chuẩn BPON, mạng GPON được đề xuất để thay thế BPON bởi khả năng truyền tải tốc độ cao. Trong khi GPON được dùng để phục vụ tất cả các dịch vụ khác nhau thì mục đích thiết kế mạng EPON chỉ dành để truyền tải các gói dữ liệu trong mạng Ethernet. ITU-T đã cố gắng đưa ra một chuẩn chung cho lớp vật lý mạng EPON nhưng bởi tính chất khác nhau giữa 2 mạng này nên đặc điểm lớp vật lý của EPON và GPON có sự khác biệt theo bảng 2.3. Đồ án tốt nghiệp Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49 48 Bảng 2.3-Lớp vật lý mạng EPON và GPON [8] 2.1.3.Định thời cho chế độ burst-mode trong mạng PON Truyền tải chế độ burst-mode trong mạng PON theo hướng lên yêu cầu định thời rất nghiêm ngặt giữa OLT và ONU. Hình 2.1 dưới đây minh họa định thời cho chế độ burst-mode của lớp vật lý mạng PON với dòng dữ liệu tuyến lên phát ra từ ONU tới OLT. Kỹ thuật đa truy nhập và khả năng truyền nhận chế độ burst-mode yêu cầu phần phát của ONU cần phải truyền đi tín hiệu định thời mở đầu trong khe thời gian được chỉ định bởi lớp MAC; nói cách khác là công suất tín hiệu laser và tỉ số phân biệt mức tín hiệu cần phải ổn định trong khoảng thời gian này đồng thời không thay đổi trước khi khe thời gian hoàn thành công việc. Trong suốt các khe thời gian chỉ định cho các ONU, phần phát của mỗi ONU phải được tắt hoặc không được truyền đi tín hiệu quang; nếu không nó sẽ gây ra nhiễu xuyên kênh và ảnh hưởng tới dòng tín hiệu tuyến lên. Điều này yêu cầu các chuyển mạch phía phát của ONU phải có thời gian chuyển mạch nhanh (thông thường có thời gian lên và xuống của tín hiệu trong khoảng dưới ns) sau khi bật hoặc tắt nguồn hay khi bắt đầu tiến hành kết nối với mạng. Đồ án tốt nghiệp Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49 49 Hình 2.1-Định thời cho chế độ burst mode [9] Tóm lại, có 2 yêu cầu cơ bản cho phần phát của ONU là : có thời gian chuyển mạch và khởi động nhanh bởi nó chiếm vai trò rất quan trọng đối với thiết bị có tỉ số chia cao (khả năng nhanh chóng khôi phục lại kết nối sau khi có lỗi xảy ra trong mạng chịu ảnh hưởng rất lớn của số lượng ONU có trong mạng), có khả năng nhanh chóng phát hiện sự trôi của tín hiệu trong mạng (điều này rất quan trong khi cần truyền tải những gói dữ liệu lớn chiếm khoảng thời gian khá dài ở trong mạng). Phần thu của OLT phải có độ nhạy thu cao (phát hiện những lỗi trong mạng do sự thay đổi nhỏ của công suất tín hiệu phát), dải động lớn và đáp ứng nhanh. Thông thường, mỗi ONU có suy hao truyền dẫn khác nhau tới OLT do khoảng cách khác nhau của các ONU tới OLT; bởi vậy, OLT cần phải nhận biết nhanh chóng các tín hiệu burst có biến thiên về biên độ và pha rất lớn ở trong mạng. Trong trường hợp xấu nhất xảy ra là khi một tín hiệu burst có biên độ rất thấp theo sau là tín hiệu burst với biên độ lớn hơn rất nhiều thì OLT cần phải nhanh chóng xác định sự biến thiên giữa biên độ 2 tín hiệu với thời gian xác lập rất ngắn. Bảng 2.4 dưới đây tổng kết định thời trong mạng BPON, GPON và EPON. Như bảng dưới đây, mạng BPON và GPON có yêu cầu định thời rất nghiêm ngặt. Trong mạng BPON, các khung dữ liệu tuyến lên gồm 53 khe thời gian, mỗi khung gồm 3 byte PLP và 1 byte CRC đặt ở phần đầu mỗi khung. Khi 2 khe thời gian liên tục được cấp phát cho ONU khác nhau thì trong thời gian truyền 4 byte này (chiếm khoảng 205.8 ns) đủ thời gian để làm tắt laser phát ở ONU đầu tiên , bật laser phát tại ONU thứ 2, thực hiện khuếch đại và đồng bộ xung clock ở OLT. GPON có các tham số yêu cầu định thời chặt chẽ hơn. Ví dụ, trong mạng GPON với tốc độ 1,244Gbps chỉ cần dùng 32 bit trong khoảng thời gian bảo vệ để thực hiện quá trình bật và tắt laser, 44 bit PLP được chỉ định cho việc điều khiển khuếch đại và đồng Đồ án tốt nghiệp Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49 50 bộ xung clock phía thu. Bảng 2.5 liệt kê các đặc trưng cơ bản của chuẩn GPON lớp B dùng cho lớp vật lý PMD (Physical Medium Dependant) trong tuyến lên do ITU- T đề xuất trong chuẩn G984.2. Bảng 2.4-Định thời chế độ burst mode cho GPON và EPON [8,10] Trong rất nhiều trường hợp, dải động của tín hiệu tới từ rất nhiều các ONU khác nhau yêu cầu thời gian thiết lập khá dài so với khoảng thời gian bảo vệ được chỉ định trước. Để giảm thời gian điều chỉnh dải khuếch đại cần thiết thì trong mạng BPON và GPON thực hiện phương pháp PLM (Power Leveling Mechanism) mà theo phương pháp này, OLT sẽ hướng dẫn các ONU khác nhau tự điều chỉnh công suất phát của bản thân nó. Vì vậy, mức tín hiệu thu được tại OLT của các ONU khác nhau sẽ gần giống nhau không cần phải điều chỉnh khuếch đại và thời gian thiết lập. Đồ án tốt nghiệp Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49 51 Bảng 2.5-Tham số cơ bản cho chuẩn GPON lớp B cho tầng PMD [8] Bảng 2.6 liệt kê tất cả các tham số chính của giao tiếp quang PMD và đặc điểm tín hiệu và định thời của tầng vật lý trong mạng EPON tuyến lên với khoảng cách truyền dẫn là 20km : 1. Laser Fabry- Perot được giả thiết sử dụng trong mạng này. Giá trị của độ rộng phổ cho phép được liệt kê trong chuẩn 802.3ah. 2. Mạng phân phối quang ODN : PX10 (0.5-10km, 5-20dB); PX20 (0.5-20km, 5-24dB) 3. Trong trường hợp tất cả các tham số trong mạng ở tình trạng xấu nhất thì tán xạ đơn sắc trong mạng cần phải có giá trị dưới 1,5dB. Tán xạ đơn sắc của mạng là một thành phần quan trọng của tham số TDP (Transmit and Dispersion Penalty). 4. Dải động của phía thu được liệt kê theo giá trị ngưỡng trong từng trường hợp Tuy nhiên, mạng EPON cũng có nhiều đặc điểm khác biệt so với 2 mạng trên tại tầng vật lý. Ban đầu theo chuẩn 802.3, có rất nhiều các giải pháp khác nhau cho việc định thời chế độ burst mode như việc sử dụng laser có khoảng thời gian thiết lập ngắn, sử dụng mạch tự điều chỉnh khuếch đại AGC (Auto-gain Control) và Đồ án tốt nghiệp Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49 52 mạch khôi phục xung clock cùng dữ liệu CDR (Clock Data Recovery) tương tự như trong mạng GPON. Sau khi phân tích và thử nghiệm, chuẩn 802.3 xác định các tham số cố định về định thời như sau : thời gian bật laser là 512 ns, thờigian tắt laser là 512 ns, thời gian thiết lập của phía thu dưới 400ns. Do các thiết bị ONU là những thiết bị được sản xuất hàng loạt nên nó cần phải được thiết kế một cách đơn giản và chi phí thấp nhất. Do đó, các thành phần của PMD phải được sản xuất với số lượng lớn và không cần phải sử dụng bất cứ một giao tiếp số nào khác đồng thời cần có thời gian bật/tắt laser ổn định. Ngược lại với ONU, OLT là thiết bị có giá thành cao nên nó chỉ là thiết bị đơn nhất được sử dụng ở trong từng mạng cụ thể nên nó không cần phải có các giá trị định thời xác định. Trong mạng thực tế, OLT được phép tự điều chỉnh các đặc điểm phần thu của nó (giá trị thiết lập phía thu,…). Bảng 2.6-Các tham số PMD chính trong mạng EPON [11] Đặc điểm định thời là đặc tính kỹ thuật quan trọng quyết định khả năng khai thác và mở rộng mạng EPON trong thực tế. Hiện nay có rất nhiều hãng cung cấp thiết bị quang sử dụng trong mạng EPON nên hiệu suất và số lượng các bộ thu-phát trong mạng EPON ngày càng cao với giá thành hạ thấp. Trong thời gian này, các nhà cung cấp đang tiến hành xây dựng các thiết bị mạng GPON dựa trên các yêu cầu Đồ án tốt nghiệp Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49 53 theo chuẩn của ITU-T. Do đặc điểm định thời chặt chẽ và dải động rất rộng nên tính chất kỹ thuật của mạng GPON chạy chế độ burst mode rất phức tạp so với mạng BPON và EPON nên hiện nay mới chỉ có vài chip OLT dùng cho chuẩn GPON 1,244 Gbps được bán trên thị trường. 2.2. Kiến trúc bộ thu-phát trong mạng Các bộ thu-phát trong mạng PON được phân chia thành các loại khác nhau theo bước sóng, tốc độ truyền dữ liệu, giao tiếp quang-điện, dải nhiệt độ hoạt động,… Các nhà sản xuất cung cấp các thiết bị này bắt đầu từ việc xây dựng các linh kiện rời rạc cho tới việc tổ hợp chúng lại trên một chip bán dẫn hoặc chế tạo thành các module. Hình 2.2 dưới đây minh họa một số các bộ thu-phát được sử dụng trong thực tế các mạng thông tin quang hiện nay. Thông thường, kiến trúc các bộ thu-phát đều dựa trên các chip quang điện tử rời rạc với các thành phần được đóng gói theo chuẩn sử dụng trong công nghiệp. Bởi vì giá thành của các bộ thu-phát này khá cao nên việc sản xuất hàng loạt vẫn là yêu cầu bức thiết cần được giải quyết. Hình 2.2–Một vài bộ thu-phát sử dụng trong mạng quang Bộ thu-phát trong mạng quang là các thiết bị truyền-nhận song công sử dụng bước sóng khác nhau cho việc phát và thu tín hiệu quang giữa OLT tại phía nhà cung cấp và ONU ở phía thuê bao sử dụng. Hiện nay, có 2 chuẩn chính cho bộ thu- phát là : thiết bị diplexer và triplexer. Với bộ thu-phát kiểu diplexer, bước sóng sử dụng theo chuẩn dùng trong công nghiệp với 1310nm cho dòng dữ liệu tuyến lên và 1490nm cho dòng dữ liệu tuyến xuống. Với thiết bị dạng triplexer, bước sóng 1550nm được chỉ định cho việc phát quảng bá tín hiệu video tương tự cho dòng dữ Đồ án tốt nghiệp Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49 54 liệu hướng xuống. Điều đó cũng có nghĩa là tín hiệu video số được truyền trên bước sóng 1490nm ở tuyến xuống qua công nghệ IP. Để nhanh chóng phát triển FTTH, giá thành của các bộ thu-phát quang cần phải được giảm xuống một cách hợp lý; cụ thể là trong mạng FTTH thì giá thành của mạng quyết định chủ yếu bởi giá thành của thiết bị ONU còn thiết bị OLT tuy có giá thành cao nhưng nó được chia sẻ bởi rất nhiều người sử dụng ở trong mạng. Bởi vậy, giá thành bộ thu-phát ở phía ONU chiếm vai trò quan trọng trong việc hạ chi phí sử dụng mạng. Hiện nay, trong công nghệ mạng PON tồn tại rất nhiều thách thức về mặt kỹ thuật cho việc thiết kế các bộ thu-phát bởi một số lý do chính sau : 1. OLT có công suất quang phát ra lớn và có độ nhạy cao để bù lại suy hao của bộ chia và đường truyền cáp quang kết nối từ nhà cung cấp tới người sử dụng. 2. Kỹ thuật truyền tín hiệu quang chế độ burst-mode dùng cho dòng dữ liệu lên. 3. Hạ giá thành đóng gói các thiết bị quang 4. Tích hợp các chức năng số và tương tự trên một IC. 2.2.1. Sơ đồ khối của ONU/OLT Hình 2.3 dưới đây minh họa sơ đồ khối của bộ thu-phát sử dụng trong mạng PON trong kiến trúc lớp vật lý trên một chip cho cả 2 chế độ burst-mode và chế độ truyền nhận liên tục. Đây là những khối cơ bản nhất trong kiến trúc bộ thu, phát của mạng PON. Trong sơ đồ khối, bên phía ONU gồm bộ thu dòng dữ liệu tuyến xuống (Rx) và bộ phát dòng dữ liệu tuyến lên (Tx) còn bên phía OLT thì ngược lại Tx của dòng dữ liệu tuyến xuống và Rx của dòng dữ liệu tuyến lên. Bộ phát dòng dữ liệu tuyến lên gồm bộ điều khiển laser burst-mode và một laser Fabry- Perot trong khối phát tín hiệu quang TOSA (Transmit Optical Sub-Assembly). Bộ thu dữ liệu tuyến xuống gồm một diode PIN hoặc APD cùng bộ khuếch đại truyề