do an tot nghiep-duong quang ha

Đồ án tốt nghiệp http://www.ebook.edu.vn

Dương Quang Hà – KSTN-ĐTVT-K49 1

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU..................................................................... Error! Bookmark not defined. TÓM TẮT ĐỒ ÁN.............................................................. Error! Bookmark not defined. DANH SÁCH HÌNH VẼ, BẢNG .........................................................................................3 DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT ..............................................................................................5 MỞ ĐẦU...............................................................................................................................8 Chương I : MẠNG FTTH (Fiber–to–the–Home)..................................................................9

1.1.Giới thiệu chung ..........................................................................................................9 1.1.1.Mạng FTTC và HFC ................................................................................................9

1.1.2.Giới thiệu về mạng FTTH ..................................................................................13 1.1.3.Ưu điểm của FTTH ............................................................................................15

1.2. Mạng FTTH..............................................................................................................16 1.2.1. Bước sóng sử dụng trong mạng FTTH..............................................................16 1.2.2. Mạng quang tích cực AON và mạng quang thụ động PON ..............................18

1.2.2.1. AON ...........................................................................................................18 1.2.2.2. Mạng PON..................................................................................................19

1.2.3.Các chuẩn trong mạng PON...............................................................................23 1.2.3.1.B-PON .........................................................................................................23 1.2.3.2. BPON và Gigabit PON...............................................................................24 1.2.3.3.WDM-PON .................................................................................................26 1.2.3.4.CDMA-PON................................................................................................28

1.2.4. Bộ tách/ghép quang và topo trong mạng PON..................................................29 1.2.4.1.Bộ tách/ghép quang .....................................................................................29 1.2.4.2.Topo hình cây..............................................................................................31 1.2.4.3.Topo dạng bus .............................................................................................33 1.2.4.4.Topo dạng vòng...........................................................................................33 1.2.4.5.Topo hình cây kết hợp topo dạng vòng hoặc đường tải phụ .......................34

1.2.5. PON MAC layer ................................................................................................36 1.2.5.1. Giao thức điều khiển đa điểm MPCP(Multi-Point Control Protocol) ........36 1.2.5.2. PON với kiến trúc IEEE 802 ......................................................................40

Chương II : KIẾN TRÚC BỘ THU-PHÁT TRONG MẠNG PON....................................44 2.1.Đặc điểm chung.........................................................................................................44

2.1.1.Yêu cầu đối với mạng PON................................................................................45 2.1.2.Lớp vật lý mạng PON.........................................................................................46 2.1.3.Định thời cho chế độ burst-mode trong mạng PON...........................................48

2.2. Kiến trúc bộ thu-phát trong mạng ............................................................................53 2.2.1. Sơ đồ khối của ONU/OLT ................................................................................54 2.2.2. Thiết bị thu và phát tín hiệu quang....................................................................56

2.2.2.1.Thiết bị phát quang......................................................................................56 2.2.2.1.1.LED (Light Emitting Diode) ................................................................57 2.2.2.1.2.Laser .....................................................................................................58

2.2.2.2.Thiết bị thu quang........................................................................................62 2.2.2.3.Bộ ghép WDM ............................................................................................66 2.2.2.4.Bộ khuếch đại truyền trở kháng TIA...........................................................67

2.2.3. Các module thu và phát quang ..........................................................................68 2.2.4. Bộ thu-phát chế độ burst-mode .........................................................................71

2.2.4.1. So sánh giữa chế độ thông thường và chế độ burst-mode..........................71 2.2.4.2. Bộ phát quang chế độ burst-mode ..............................................................72 2.2.4.2. Bộ thu quang chế độ burst-mode................................................................79

Chương III : MẠCH PHÁT VÀ LÀM SẮC XUNG CỰC NGẮN.....................................86



3.1. Step-recovery-time diode (SRD)..............................................................................86 3.1.1.Đặc tính lý tưởng của SRD.................................................................................86 3.1.2.Đặc tính thực tế của SRD ...................................................................................87 3.1.3.Thời gian chuyển tiếp của SRD..........................................................................89

3.2.Thiết kế mạch phát và làm sắc xung cực ngắn..........................................................90 3.2.1.Nguyên lý thiết kế ..............................................................................................90 3.2.2.Thiết kế mạch phát và làm sắc xung cực ngắn...................................................93 3.2.3.Kết quả thực nghiệm ..........................................................................................97

Chương IV : ỨNG DỤNG CỦA MẠCH PHÁT VÀ LÀM SẮC XUNG CỰC NGẮN ....99 4.1.Ứng dụng của máy phát xung cực ngắn ....................................................................99 4.2.Một số ứng dụng phát triển của mạch phát xung cực ngắn.......................................99

4.2.1.Ứng dụng trong hệ thống UWB .........................................................................99 4.2.2.Ứng dụng trong hệ thống radar định vị ............................................................100

KẾT LUẬN CHUNG........................................................................................................101 TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................102 BẢNG ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ ANH-VIỆT..............................................................104 PHỤ LỤC ..........................................................................................................................105



DANH SÁCH HÌNH VẼ, BẢNG Hình 1.1-Mô hình mạng FTTC điển hình ...........................................................................11 Hình 1.2-Mạng HFC............................................................................................................11 Hình 1.3–Mạng SDV...........................................................................................................13 Hình 1.4–Mạng FTTH.........................................................................................................14 Hình 1.5-Đặc tuyến suy hao trong sợi quang ......................................................................17 Hình 1.6-Mạng Active Ethernet (trên ) và mạng AON (dưới) ............................................19 Hình 1.7–Mạng PON...........................................................................................................21 Hình 1.8-Cấu trúc của WDM-PON.....................................................................................27 Hình 1.9-Cấu hình cơ bản bộ ghép/tách quang ...................................................................29 Hình 1.10-Coupler hình sao và phương pháp tạo 1x8 coupler từ Y coupler.......................30 Hình 1.11–Topo hình cây ....................................................................................................32 Hình 1.12–Topo dạng bus ...................................................................................................33 Hình 1.13-Topo dạng vòng .................................................................................................34 Hình 1.14–Topo hình cây với đường tải phụ ......................................................................34 Hình 1.15–Topo hình cây kết hợp topo dạng vòng .............................................................35 Hình 1.16–Topo dạng vòng kết hợp....................................................................................35 Hình 1.17-Thời gian Round-trip..........................................................................................37 Hình 1.18-Giao thức MPCP-hoạt động của bản tin Gate....................................................38 Hình 1.19-Giao thức MPCP-hoạt động của bản tin Report.................................................39 Hình 1.20-Hướng xuống trong PtPE ...................................................................................41 Hình 1.21-Hướng lên trong PtPE ........................................................................................41 Hình 1.22-Cầu giữa các ONU trong PtPE...........................................................................42 Hình 1.23-Hướng truyền xuống trong SME........................................................................42 Hình 1.24-Hướng truyền lên trong SME.............................................................................43 Hình 2.1-Định thời cho chế độ burst mode .........................................................................49 Hình 2.2–Một vài bộ thu-phát sử dụng trong mạng quang .................................................53 Hình 2.3–Sơ đồ khối kiến trúc thu-phát trong mạng PON..................................................55 Hình 2.4-Sơ đồ khối IC MAC Control ................................................................................56 Hình 2.5-Đặc tính của LED : a)Đường cong P-I của LED tại một dải nhiệt độ .................58 Hình 2.6-Cấu trúc của DFB laser ........................................................................................60 Hình 2.7-Hình ảnh của F-P laser .........................................................................................60 Hình 2.8–Đặc tuyến P-I của laser DFB (a) và F-P (b) ........................................................61 Hình 2.9-Hình ảnh cấu trúc của laser VCSEL ....................................................................62 Hình 2.10-Đặc tuyến hoạt động của laser VCSEL..............................................................62 Hình 2.11- Hình ảnh photodiode p-i-n ................................................................................63 Hình 2.12- Hình ảnh photodiode APD và phân bố điện trường trên nó..............................64 Hình 2.13-Đặc tuyến V-I của APD và hệ số nhân ..............................................................65 Hình 2.14-DFB và APD đóng gói theo cấu trúc TO-CAN .................................................66 Hình 2.15-Đặc điểm phổ của đường truyền và hình ảnh bộ lọc WDM ..............................67 Hình 2.16–Kiến trúc tầng tiền khuếch đại...........................................................................67 Hình 2.17-Module thu-phát 2 chiều dạng diplexer .............................................................70 Hình 2.18–Module thu phát 2 chiều dạng triplexer.............................................................70 Hình 2.19–Dạng dữ liệu truyền đi trong thông tin số..........................................................72 Hình 2.20–Đặc tuyến nhiệt độ của laser F-P.......................................................................74 Hình 2.21–Sơ đồ khối của IC điều khiển laser diode điển hình..........................................75



Hình 2.22–So sánh giữa mạch LDS trong 2 chế độ liên tục và burst-mode .......................76 Hình 2.23-Hai sơ đồ mạch APC điển hình..........................................................................76 Hình 2.24–Tín hiệu định thời và mẫu mắt của BM-Tx mạng EPON..................................78 Hình 2.25–Mẫu mắt đo được ở các nhiệt độ khác nhau......................................................79 Hình 2.26–Cấu trúc bộ thu tín hiệu chế độ burst-mode ......................................................81 Hình 2.27–Sơ đồ khối của một IC tiền khuếch đại chế độ burst-mode...............................83 Hình 2.28–So sánh giữa mạch AGC thông thường và mạch AGC burst-mode..................83 Hình 2.29–Sơ đồ khối và nguyên tắc hoạt động của tầng tiền khuếch đại AGC ................84 Hình 2.30–So sánh giữa đầu thu sử dụng mạch ghép AC và DC........................................85 Hình 3.1-Hình ảnh SRD diode ............................................................................................87 Hình 3.2-Đặc tuyến động lý tưởng và không lý tưởng của diode SRD ..............................88 Hình 3.3-Mạch tương đương của diode SRD......................................................................88 Hình 3.4-Mạch nguyên lý....................................................................................................90 Hình 3.5-Dạng xung tạo ra sau khi qua diode SRD ............................................................91 Hình 3.6-Hình ảnh tổng hợp của 2 xung tới tải...................................................................92 Hình 3.7-Mạch phát và làm sắc xung cực ngắn ..................................................................93 Hình 3.8-Đường truyền mạch vi dải....................................................................................95 Hình 3.9-Hình ảnh mạch phát xung cực ngắn.....................................................................96 Hình 3.10-Hình ảnh mạch in layout ....................................................................................97 Hình 3.11- Xung độ rộng 4ns, sườn xung 1ns.....................................................................97 Hình 3.12- Xung độ rộng 500ps, sườn xung 500ps.............................................................98 Bảng 1.1- So sánh các chuẩn công nghệ TDMA PON [5]..................................................26 Bảng 2.1-Dự trữ công suất [6].............................................................................................45 Bảng 2.2-Tính chất lớp vật lý của mạng BPON [7] ............................................................47 Bảng 2.3-Lớp vật lý mạng EPON và GPON [8] .................................................................48 Bảng 2.4-Định thời chế độ burst mode cho GPON và EPON [8,10] ..................................50 Bảng 2.5-Tham số cơ bản cho chuẩn GPON lớp B cho tầng PMD [8]...............................51 Bảng 2.6-Các tham số PMD chính trong mạng EPON [11]................................................52



DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT

ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line

AGC Auto-gain Control

AON Active Optical Network

APC Auto Power Control

APD Avalanche Photodiode

ATC Automatic Threshold Control

ATM Automated Teller Machine

AWG Array Waveguide Grating

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

CATV Cable Television

CDMA Code Division Multiple Access

CDMA-PON Code Division Multiple Access Passive Optical Network

CDR Clock Data Recovery

CO Central Office

CRC Cyclic Redundancy Check

DBA Dynamic Bandwidth Allocation

DFB Distributed Feedback Bragg

EFM Ethernet in First Mile

EPON Ethernet Passive Optical Network

FDMA Frequency Division Multiple Access

F-P Fabry Perot

FSAN Full Service Access Network

FTTC Fiber-to-the-Curb

FTTH Fiber-to-the-Home



GEM GPON Encapsulation Method

GPON Gigabit Passive Optical Network

GTC GPON Tranmission Conversion

HDTV High-definition Television

HFC Hybrid Fiber Coaxial

IPTV Internet Protocol Television

LDS Laser Driver Stage

LED Light Emitting Diode

LLID Link Logic ID

LVCMOS Low-Voltage CMOS

MAC Medium Access Control

MPCPDU Muli-Point Control Protocol Data Unit

MTBF Mean Time Between Failure

NE Network Element

NPA Network Power Assembly

NTT Nippon Telegraph and Telephone

OAM Operations Administration and Maintenance

ODN Optical Distribution Network

OLT Optical Line Terminal

ONT Optical Network Terminal

ONU Optical Network Unit

OSA Optical Sub-Assembly

PD Photodiode

PECL Positive Emitter-Coupler Logic

PLM Power Leveling Mechanism

PLOAM Physical Layer Operation Administration and Maintenance

PLP Packet Layer Preample

PMD Physical Media Dependant

PON Passive Optical Network

POTS Plain Old Telephone Service

PtPE Point to Point Emulation



QAM Quadrature Amplititude Modulation

ROSA Receive Optical Sub-Assembly

RTT Round Trip Time

SDH Synchronous Digital Hierarchy

SDV Switched Digital Video

SerDes Serializer/Deserializer

SFF Small Form Factor

SLA Service Level Agreement

SME Share Medium Emulation

SNR Signal-to-Noise Ratio

SRD Step Recovery-Time Diode

TDMA Time Division Multiple Access

TDMA-PON Time Division Multiple Access Passive Optical Network

TDP Transmit and Dispersion Penalty

TIA Transimpedance Amplifier

TOSA Transmit Optical Sub-Assembly

UWB Ultra-WideBand

VCI Virtual Circuit Identifier

VCSEL Vertical Cavity Surface Emitting Laser

VOD Voice on Demand

VoIP Voice over Internet Protocol

VPI Virtual Path Identifier

VPN Virtual Private Network

WDM-PON Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network



MỞ ĐẦU

Trong xu thế hội nhập toàn cầu, mạng Internet là công cụ hỗ trợ không thể thiếu

của mỗi người trong hầu hết các lĩnh vực của đời sống. Cùng với sự phát triển của

công nghệ nano, công nghệ bán dẫn và công nghệ quang-điện tử, mạng FTTH đang

được triển khai trong thời gian hiện nay mà dẫn đầu là các nước có nền công nghiệp

điện tử phát triển như Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc,…

Mạng FTTH là một kiến trúc mạng mới sử dụng sợi quang làm môi trường truyền

dẫn nên mạng cung cấp cho người sử dụng băng thông rộng, tốc độ truyền dữ liệu

cao với chất lượng dịch vụ khá tốt. Dựa trên công nghệ mạng quang thụ động cùng

với kiến trúc transceiver mới, mạng FTTH có khả năng cung cấp cho số lượng thuê

bao lớn hơn rất nhiều so với mạng Internet thông thường, dễ dàng mở rộng mạng và

cho phép người sử dụng dùng đồng thời nhiều dịch vụ truyền thông tốc độ cao.

Nội dung đồ án gồm 4 chương :

Chương I : Tìm hiểu mạng FTTH, kiến trúc mạng và các chuẩn sử dụng trong

mạng

Chương II : Tìm hiểu kiến trúc transceiver trong mạng FTTH, các linh kiện sử

dụng trong transceiver và phân tích sơ đồ khối sử dụng.

Chương III : Thiết kế mạch phát và làm sắc xung cực ngắn sử dụng diode SRD có

độ rộng xung điều chỉnh được, sườn xung khoảng vài chục tới vài trăm picosecond.

Chương IV : Trình bày hướng phát triển của đồ án và các ứng dụng của mạch

phát và làm sắc xung nói trên.



Chương I : MẠNG FTTH (Fiber–to–the–Home)

1.1.Giới thiệu chung

Ngày nay, sự phát triển bùng nổ của mạng Internet trên toàn cầu gây ảnh hưởng

lớn tới các nhà cung cấp mạng trên toàn cầu trong vài chục năm gần đây. Sự phổ

biến của mạng Internet cùng với các yêu cầu ngày càng tăng lên về lĩnh vực

multimedia, truyền hình trực tuyến, … qua mạng Internet yêu cầu mạng phải phân

phối băng thông rộng cho nhiều người sử dụng với độ tin cậy cao. Với số lượng

người dùng ngày càng lớn và nhiều yêu cầu dịch vụ chất lượng cao, hiện tượng

thiếu băng thông sẽ là tương lai gần cho tất cả các nhà cung cấp mạng Internet nếu

nhà cung cấp vẫn sử dụng những thiết bị mạng và hình thức tổ chức mạng theo kiểu

truyền thống sử dụng cáp điện thông thường. Công nghệ cáp quang đã trở thành

một giải pháp không thể tránh khỏi cho vấn đề nan giải này. Cáp quang là môi

trường truyền dẫn cung cấp băng thông rộng, khả năng chống nhiễu điện từ cao và

ít chịu ảnh hưởng của môi trường cho phép truyền dẫn dữ liệu với suy hao thấp. Bởi

những đặc tính quan trọng này mà tất cả các mạng xương sống trong Internet hiện

nay đều được xây dựng bằng cáp quang. Tuy nhiên, việc kết nối trực tiếp từ người

dùng tới mạng Internet bằng cáp quang mới chỉ bắt đầu được thực hiện trong những

năm gần đây. Lý do chính giải thích cho vấn đề này là hệ thống dịch vụ multimedia

chưa phát triển đồng thời những yêu cầu về dịch vụ băng rộng chưa trở nên phổ

biến. Một lý do khác là việc lắp đặt cáp quang có chi phí rất cao chưa thỏa mãn

được yêu cầu cần thiết. Do đó, mạng cáp quang tới tận thuê bao FTTH (Fiber-to-

the-Home) là một bước tiến vượt bậc trong công nghiệp multimedia nhờ khả năng

cung cấp các dịch vụ multimedia chất lượng cao như truyền hình chất lượng cao

HDTV(High-definition Television), download các bản nhạc và video. Điều này gây

nên tác động rất lớn trong lĩnh vực kinh tế bởi FTTH là mạng đem tới nhiều lợi

nhuận do khả năng cung cấp tốc độ truyền dữ liệu cao và giá thành lắp đặt mạng.

1.1.1.Mạng FTTC và HFC

Vào những năm 1970, những công ty điện thoại và truyền hình cáp đã nhận thấy

tiềm năng phát triển của sợi quang thay thế hệ thống cáp lúc đó. Do sự phát triển



của công nghệ sợi quang thời điểm đó nên giá thành xây dựng hệ thống mạng

quang rất cao. Bởi vậy, giải pháp tạm thời để chuyển giao sang mạng cáp quang là

xây dựng những mạng có giá thành thấp hơn như FTTC, HFC mà những mạng này

sử dụng cáp quang làm đường truyền tải chính nhưng vẫn sử dụng phương thức kết

nối mạng truyền thống dùng cáp bằng kim loại để kết nối từ nhà cung cấp tới người

sử dụng.Bằng phương pháp này, nhà cung cấp đã chia giá thành xây dựng mạng sử

dụng sợi quang cho nhiều người sử dụng. Tại thời điểm này, giải pháp chuyển sang

mạng FTTH ( một mạng toàn bộ sử dụng sợi quang cung cấp cho người dùng ) là

một giải pháp không khả thi.

Trong kiến trúc mạng FTTC, đường cáp quang được kéo dài từ nhà cung cấp tới

các node gần khu vực người sử dụng. Điều này mang tới nhiều thuận lợi : (i) nó

khai thác được băng thông rộng của sợi quang bằng cách chia sẻ đường truyền cho

nhiều người sử dụng trong cùng mạng; (ii) bằng cách sử dụng nhiều sợi quang, kiến

trúc này cho phép hạ giá thành đầu tư cho các dịch vụ băng rộng cần thiết cho

tương lai. Tại chặng giữa người sử dụng và các node, FTTC sử dụng cáp xoắn đồng

và cáp đồng trục. Mặc dù FTTC được thiết kế để cung cấp các dịch vụ video, việc

sử dụng song song 2 loại cáp là cáp xoắn cho dịch vụ truyền thoại và cáp đồng trục

cho dịch vụ video sẽ hạ giá thành lắp đặt so với việc sử dụng các bộ ghép và tách

kênh dùng cho cáp xoắn đồng truyền cả 2 dịch vụ này. Trong mạng FTTC , các

thiết bị đầu cuối truyền tốc độ cao từ nhà cung cấp và được tách kênh trên sợi

quang phân phối cho các đường cáp quang có tốc độ thấp hơn tới người sử dụng.

Các thiết bị đầu cuối sử dụng khối nguồn NPA (Network Power Assembly) của các

host để cấp nguồn cho các thiết bị kết cuối quang ONU (Optical Network Unit)

phía người sử dụng. Khi nguồn được cấp cho NPA, các đường cáp quang phân phối

sẽ bao gồm cả đường cáp đồng cấp nguồn. Đường cáp quang mang nhiệm vụ chính

là cung cấp các chức năng truyền, nhận, và ghép kênh cho các liên kết quang tới các

khối ONU. ONU sẽ phân chia thành các kênh truyền tới các thiết bị giao tiếp mạng

dùng cáp đồng của người sử dụng. FTTC bao gồm nhiều cáp quang với dung lượng

khác nhau và các bộ chia quang, connector sẽ cung cấp băng thông cần thiết cho

người sử dụng. Thông thường, một sợi quang trong mạng FTTC được dùng cho 10-



100 người sử dụng và kết nối đầu cuối tới người dùng sử dụng cáp đồng có chiều

dài khoảng 30m.

Hình 1.1-Mô hình mạng FTTC điển hình

Đồng thời các công ty truyền hình cáp cũng sử dụng cáp quang để phân phối cho

người tiêu dùng sử dụng kiến trúc mạng lai giữa cáp điện và cáp quang

HFC(Hybrid Fiber Coaxial). HFC là kiến trúc mạng kết hợp giữa cáp quang và cáp

đồng trục dùng cho mạng băng rộng. Hình 1.2 dưới đây thể hiện kiến trúc mạng

HFC.

Hình 1.2-Mạng HFC



Kiến trúc mạng HFC có thành phần mạng xương sống dùng cáp quang được các

nhà cung cấp sử dụng để cung cấp cả dịch vụ thoại và video cho người sử dụng.

Mạng HFC có thể cung cấp 500 kênh truyền dẫn khác nhau và truyền dẫn đồng thời

2 dịch vụ VOD và thoại. Với truyền hình quảng bá, mạng HFC có thể cung cấp số

kênh video tương tự cho mỗi người sử dụng. Nhờ đó, HFC là mạng được dùng cho

1 nhóm lớn người sử dụng (từ 500 – 2000 thuê bao). Các trạm phát trong mạng

HFC nhận được tín hiệu từ trung tâm truyền quảng bá vào không gian qua hệ thống

viba hoặc vệ tinh sẽ được kết hợp và phát lại vào đường cáp quang trong mạng. Sau

đó, tín hiệu này được chia cho các đường fi-đơ tới người sử dụng. Bởi vì tín hiệu bị

suy hao rất lớn trong cáp đồng trục nên tại phía người dùng cần có một bộ khuếch

đại tín hiệu như mini-bridger hoặc line extender cho cả 2 chiều lên và xuống. Kiến

trúc mạng HFC sử dụng chung môi trường truyền tải, tín hiệu từ nhiều người sử

dụng sẽ tới 1 node xác định trong mạng. Điều đó dẫn đến việc phải dùng thêm mã

bảo mật để bảo đảm tính an toàn trong mạng. Tại tuyến lên từ người dùng tới các

trạm phát, HFC sử dụng các kỹ thuật đa truy nhập thông dụng như TDMA, FDMA

và CDMA cho phép nhiều người sử dụng cùng đưa yêu cầu tới mạng. Việc sử dụng

hệ thống cáp quang từ trạm phát tới các node sẽ giảm đi kích thước của node và

giảm suy hao trên đường truyền. Bởi vậy, HFC có thể cung cấp các dịch vụ băng

hẹp với tốc độ cao và nhiều dịch vụ video tương tác khác.

Sau khi kiến trúc mạng FTTC và HFC được kết hợp thì một kiến trúc mạng mới

đã được hình thành. Đó là mạng chuyển mạch video số SDV (Switched Digital

Video). Do mạng FTTC là mạng truyền dẫn tín hiệu quang nên nó không thể truyền

tín hiệu điện và phải được cấp nguồn bởi 1 mạng khác. Bằng cách sử dụng 1 mạng

HFC với cáp đồng trục chạy dọc theo mạng FTTC thì vấn đề cấp nguồn cho mạng

FTTC được giải quyết. Do đó, mạng cáp đồng trục có thể phân phối tín hiệu video 1

chiều đồng thời cấp nguồn cho mạng FTTC. Điều đó là lý do chính để nhà sản xuất

sử dụng mạng FTTC trong kiến trúc mạng SDV để phân phối dịch vụ thoại 2 chiều

và video số. Kiến trúc mạng SDV được sử dụng để cung cấp truyền hình số một

cách hiệu quả với băng thông rộng cho người sử dụng. Hình 1.3 dưới đây là kiến

trúc điển hình của mạng SDV dùng cho cả hệ thống truyền hình cáp sử dụng

phương pháp điều chế QAM và hệ thống truyền hình trực tuyến IPTV ( Internet



Protocol Television). Trong hệ thống SDV, mọi người dùng đều có khả năng tương

tác 2 chiều với hub để đưa ra yêu cầu của mình.

Hình 1.3–Mạng SDV

1.1.2.Giới thiệu về mạng FTTH

Một trong những nhà cung cấp lớn nhất dịch vụ mạng tại Nhật Bản là công ty

NTT đã triển khai những bước đi đầu tiên trong công nghệ FTTH. Dưới sự phát

triển của NTT, những công ty viễn thông khác như AT&T, Hitachi, Fujitsu, …

cũng tham gia vào quá trình phát triển của mạng FTTH.

FTTH là một công nghệ kết nối viễn thông sử dụng cáp quang từ nhà cung cấp

dịch vụ tới địa điểm của khách hàng (văn phòng, nhà…). Công nghệ của đường

truyền được thiết lập trên cơ sở dữ liệu được truyền qua tín hiệu quang (ánh sáng)

trong sợi cáp quang đến thiết bị đầu cuối của khách hàng, tín hiệu được biến đổi

thành tín hiệu điện, qua cáp mạng đi vào broadband-router. Nhờ đó, khách hàng có

thể truy cập internet bằng thiết bị này qua có dây hoặc không dây.

Tín hiệu quang được ghép kênh và đưa tới bộ chia dùng cho khu vực của 1 nhóm

người tiêu dùng. Trong mạng FTTH, có rất nhiều tỷ lệ chia dùng cho bộ chia nhưng

thông thường sử dụng bộ chia tỷ số 1: 16 cho người dùng hay nói cách khác, tín

hiệu quang được ghép kênh để đưa tới cho 1 nhóm 16 người sử dụng khác nhau.

Khi tín hiệu quang phải chuyển đổi thành tín hiệu điện tới người sử dụng, ONU cần

được đặt tại kết cuối của mạng. Do giá thành lắp đặt của một ONU khá cao nên nhà



phân phối thường sử dụng ONU cho nhiều người sử dụng để giảm chi phí lắp đặt

mạng. Hình 1.4 dưới đây thể hiện cấu trúc cơ bản của 1 mạng FTTH trong đó ONU

tương đương với 1 giao tiếp giữa mạng thông tin quang và người sử dụng.

Hình 1.4–Mạng FTTH

Việc cung cấp nguồn cho mạng FTTH là một trong những vấn đề chính cần được

giải quyết. Nó đóng vai trò quan trọng trong mạng FTTH tại hầu hết các quốc gia vì

yêu cầu cấp nguồn liên tục cho tất cả các dịch vụ viễn thông trong khi mạng FTTH

không thể truyền dẫn tín hiệu điện. Với trường hợp mạng FTTC dùng cáp đồng

trục, mạng FTTC được cung cấp nguồn thông qua một mạng cáp đồng trục chạy

song song với mạng. Với mạng FTTH, khả năng tiêu thụ với công suất rất thấp

chính là đặc điểm cạnh tranh lớn nhất của nó với các kiến trúc mạng khác. Vấn đề

này đã được giải quyết bởi sự phát triển của các nguồn pin hiện nay; nhờ đó, thiết bị

thông tin quang đầu cuối tại người sử dụng có thể được cấp nguồn và sạc bằng điện.

Các nguồn cấp điện dùng pin mặt trời cũng là giải pháp khả thi cho các thiết bị ở

khu vực xa với tiêu thụ công suất rất thấp. Khả năng cung cấp nguồn này của mạng

FTTH đã đẩy chi phi lắp đặt của toàn bộ mạng xuống từ 4 đến 8 lần so với các

mạng khác.

Hiện nay, sự phát triển vượt bậc trong công nghệ sợi quang cũng đẩy giá thành

của lắp đặt của mạng FTTH hạ xuống nhanh chóng mà sự phát triển này bắt nguồn

chính từ những tiến bộ mạnh mẽ trong công nghệ laser, các giải pháp mới trong

việc phân phối tín hiệu video và kiến trúc mạng thụ động. Bên cạnh những tiến bộ

về công nghệ , chúng ta cũng cần phải kể đến sức phát triển mạnh mẽ của mạng



Internet, các website và công nghệ video số đã hình thành những dịch vụ yêu cầu

tốc độ cao, băng thông rộng. Chính những yêu cầu không ngừng của người sử dụng

đã nhanh chóng cho nhà sản xuất thấy giới hạn của mạng và nhờ điều đó, mạng

FTTH là giải pháp tối ưu được đề xuất cho những khả năng truyền tải băng rộng với

suy hao thấp. FTTH đặc biệt hiệu quả với các dịch vụ: Private Hosting Server,

VPN, Truyền dữ liệu, Game Online, IPTV, VoD, Video Conferrence, IP

Camera…với ưu thế băng thông truyền tải dữ liệu cao, có thể nâng cấp lên băng

thông lên tới 1Gbps, an toàn dữ liệu, độ ổn định cao, không bị ảnh hưởng bởi nhiễu

điện, từ trường...

1.1.3.Ưu điểm của FTTH

Kiến trúc mạng FTTH sử dụng được xem xét với nhiều ưu điểm như số lượng các

bộ thu phát quang, thiết bị đầu cuối của tổng đài CO (Central Office) và sợi quang

khá thấp. FTTH là mạng quang điểm đa điểm với các linh kiện quang thụ động trên

đường dẫn tín hiệu từ nguồn đến thuê bao như là sợi quang, bộ nối và bộ chia

quang.

Dưới góc độ của nhà phân phối thì FTTH mở ra một thị trường và những cơ hội

mới về dịch vụ truyền thoại , dữ liệu tốc độ cao cùng các dịch vụ truyền hình,

multimedia tương tác khác. So sánh với mạng ADSL (Asymmetric Digital

Subscriber Line) hiện nay, tốc độ upload của FTTH vượt qua ngưỡng của chuẩn

ADSL2+ (1Mbps) hiện tại và có thể ngang bằng với tốc độ download. Vì vậy thích

hợp với việc truyền tải dữ liệu theo chiều từ trong mạng khách hàng ra ngoài

internet. Độ ổn định và tuổi thọ cao hơn dịch vụ ADSL do không bị ảnh hưởng bởi

nhiễu điện, từ trường; khả năng nâng cấp tốc độ (download/upload) dễ dàng. Ngoài

các ứng dụng như ADSL có thể cung cấp Triple Play Services (dữ liệu, truyền hình,

thoại), với ưu thế băng thông vượt trội, FTTH sẵn sàng cho các ứng dụng đòi hỏi

băng thông cao, đặc biệt là truyền hình độ phân giải cao yêu cầu băng thông lên đến

vài chục Mbps, trong khi ADSL không đáp ứng được. Ngày nay, các kênh truyền

hình số được nén tới tốc độ từ 1.5 – 6Mbit/s và tiến tới công nghệ truyền hình số

HDTV với tốc độ truyền tải 20Mbit/s. Mạng FTTH có thể cung cấp cho người dùng

đồng thời từ 5-10 kênh truyền hình HDTV với các dịch vụ khác. Vì thế , với sự



phát triển của truyền hình số thì FTTH là yêu cầu không thể thiếu cho các nhà cung

cấp dịch vụ truyền hình. Hơn nữa, độ ổn định của mạng FTTH ngang bằng như

dịch vụ internet kênh thuê riêng Leased-line nhưng chi phí thuê bao hàng tháng

thấp hơn vài chục lần. Đây sẽ là 1 gói dịch vụ thích hợp cho nhóm các khách hàng

có nhu cầu sử dụng cao hơn ADSL và kinh tế hơn leased-line.

Bên cạnh đó, mặt mạnh của mạng FTTH so với các mạng khác chính là FTTH có

giá thành bảo dưỡng và duy trì mạng thấp nhất. Thông thường, các công ty viễn

thông cần tiêu hao một chi phí lớn cho bảo trì và thay thế những cáp đồng cũ và

xuống cấp do sự phá hủy của môi trường hằng năm. Trong khi đó, việc sử dụng sợi

quang trong mạng FTTH đã giảm thiểu chi phí bảo trì hệ thống do sợi quang không

bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi môi trường, thời tiết như cáp đồng.

Chính bởi những lý do trên , FTTH là một bước tiến vững chắc cho công nghệ

Internet băng rộng đang được triển khai tại một số nước trên thế giới như Mỹ, Nhật

Bản, Hàn Quốc,… và bắt đầu được xây dựng tại Việt Nam.

1.2. Mạng FTTH

1.2.1. Bước sóng sử dụng trong mạng FTTH

Tổn hao truyền sóng trên sợi quang gây ảnh hưởng lớn tới dự trữ công suất,

khoảng cách vật lý, tỉ số chia trong mạng. Trong sợi quang, tồn tại rất nhiều nguyên

nhân gây ra suy hao tín hiệu nhưng chủ yếu bởi 4 nguyên nhân chính : suy hao do

hấp thụ vật liệu, suy hao do tán xạ, suy hao do uốn cong và suy hao do ghép và chia

sợi quang.

Tổng hợp các loại suy hao trong sợi và biểu diễn một tương quan theo bước sóng

người ta nhận được phổ suy hao của sợi quang. Mỗi loại sợi có đặc tính suy hao

riêng. Một đặc tuyến điển hình của loại sợi đơn mode như hình 1.5.

Nhìn vào hình 1.5 ta thấy có ba vùng bước sóng suy hao thấp nhất, còn gọi là ba

cửa sổ thông tin.

* Cửa sổ thứ nhất: Ở bước sóng 850nm. Trong vùng bước sóng từ 0.8μm tới

1μm, suy hao chủ yếu do tán xạ trong đó có một phần ảnh hưởng của suy hao hấp

thụ. Suy hao trung bình trong cửa sổ này ở mức từ (2-3)dB/Km.



* Cửa sổ thứ hai : Ở bước sóng 1300nm. Ở bước sóng này độ tán sắc rất thấp,

suy hao chính do tiêu hao tán xạ Rayleigh. Suy hao tương đối thấp khoảng từ

(0,4÷0,5) dB/Km và tán sắc nên được dùng rộng rãi hiện nay.

* Cửa sổ thứ ba : Ở bước sóng 1550nm. Suy hao thấp nhất cho đến nay

khoảng 0,3 dB/Km, với sợi quang bình thường độ tán sắc ở bước sóng 1550nm lớn

so với bước sóng 1300nm. Tuy nhiên với một số loại sợi quang có dạng phân bố

chiết suất đặc biệt có thể giảm độ tán sắc ở bước sóng 1550nm như các sợi quang

DC, MC và sợi quang bù tán sắc. Lúc đó việc sử dụng cửa sổ thứ ba sẽ có nhiều

thuận lợi : suy hao thấp và tán sắc nhỏ.

Hình 1.5-Đặc tuyến suy hao trong sợi quang

Hình 1.5 ở trên chỉ ra phổ suy hao trong sợi quang silicat. Thông thường, tổn hao

lớn nhất trên sợi quang ở bước sóng 1,38 µm gây ra bởi hấp thụ của tạp chất trong

ion OH- do quá trình sản xuất cáp quang. Thông qua các tính chất suy hao của sợi

quang, mạng FTTH được triển khai dựa trên 3 vùng bước sóng chính là 1310nm,

1490nm và 1550nm. Vùng bước sóng 1310nm để truyền dữ liệu tuyến lên, vùng

bước sóng 1490nm được dùng cho tuyến truyền dẫn quang tuyến xuống còn vùng

bước sóng 1550nm được sử dụng cho việc truyền tín hiệu tương tự trên cáp truyền

hình CATV.



1.2.2. Mạng quang tích cực AON và mạng quang thụ động PON

Như đã nói ở phần trên, FTTH được xem như là một giải pháp hoàn hảo thay thế

mạng cáp đồng hiện tại nhằm cung cấp các dịch vụ “triple play” (bao gồm thoại,

hình ảnh, truy nhập dữ liệu tốc độ cao) và các các ứng dụng đòi hỏi nhiều băng

thông (như là truy cập Internet băng rộng, chơi game trực tuyến và phân tán các

đoạn video). Tuy nhiên nhược điểm chính của FTTH đó là chi phí cho các linh

kiện và cáp quang tương đối cao dẫn tới giá thành lắp đặt những đường quang như

vậy là rất lớn. Có nhiều giải pháp để khắc phục nhược điểm này và một trong số

đó là triển khai FTTH trên nền mạng quang thụ động PON (Passive Optical

Network). Hầu hết trong các mạng quang hiện nay, mỗi đường cáp quang từ nhà

cung cấp sẽ được chia sẻ cho một số người sử dụng. Khi các đường cáp quang này

được kéo tới phía người sử dụng, cần có 1 bộ chia quang để tách tín hiệu tới các sợi

quang riêng biệt tới từng người sử dụng khác nhau. Bởi vậy, đã xuất hiện 2 kiến

trúc điển hình trong việc chia đường cáp quang là mạng quang tích cực AON

(Active Optical Network) và mạng quang thụ động PON. Để có cái nhìn rõ rệt hơn

về FTTH, ta sẽ tìm hiểu sơ lược 2 kiến trúc này.

1.2.2.1. 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 1.6 dưới đây là kiến trúc đơn giản của mạng AON.

Hình 1.6-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.

1.2.2.2. 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 (Optical Network Unit /Optical Network

Terminal) 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 1.7.



Hình 1.7–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 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) 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.

1.2.3.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 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)

1.2.3.1.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.

1.2.3.2. 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 bộ 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 B-PON G-PON E-PON

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 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 (ONUs/PON) 1:64 1:64 1:64 ** Mã đường truyền Scrambled NRZ Scrambled NRZ 8B/10B Số lượng sợi quang 1 hoặc 2 1 hoặc 2 1

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 20 km (10 – 20) km (10 – 20) km Chuyển mạch bảo vệ Có hỗ trợ Có hỗ trợ Không hỗ trợ

Khuôn dạng dữ liệu

ATM

GEM và/hoặc ATM

Không (sử dụng trực tiếp các khung Ethernet)

Hỗ trợ TDM

Qua ATM Trực tiếp (qua GEM hoặc ATM) hoặc CES

CES Hỗ trợ thoại Qua ATM Qua TDM hoặc VoIP VoIP QoS Có (DBA) Có (DBA) Có (ưu tiên 802.1Q) Sửa lỗi hướng tới trước FEC (Forward Error Correction)

Không

RS(255, 239)

RS(255, 239)

Mã hóa bảo mật AES – 128 AES - 128, 192, 256 Không

OAM

PLOAM và ATM GTC và ATM/GEM OAM

802.3ah Ethernet OAM

Bảng 1.1-So sánh các chuẩn công nghệ TDMA PON [5]

1.2.3.3.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:

- Sử dụng các khối quang có thể lắp đặt tại chỗ lựa chọn các bước sóng ONU

- Dùng các laser điều chỉnh được.

- Cắt phổ tín hiệu.

- Các phương thức thụ động mà theo đó OLT cung cấp tín hiệu sóng mang tới

các ONU.

- Sử dụng tín hiệu hướng xuống để điều chỉnh bước sóng đầu ra của laser

ONU.

Cấu trúc của WDM-PON được mô tả như trong Hình 1.8. 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 1.8-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.

1.2.3.4.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



a)

c)

b)

I

I

I

I

I

O2

O3

O2

O2

O3

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.

1.2.4. Bộ tách/ghép quang và topo trong mạng PON

1.2.4.1.Bộ tách/ghép quang

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 1.9-Cấu hình cơ bản bộ ghép/tách quang

Hình 1.9a có chức năng tách tia vào thành 2 tia ở đầu ra, đây là Coupler Y.Hình

1.9b là Coupler ghép các tín hiệu quang tại hai đầu vào thành một tín hiệu tại đầu

ra. Hình 1.9c 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.



Hình 1.10-Coupler hình sao và phương pháp tạo 1x8 coupler từ Y coupler

Coupler được đặc trưng bởi các thông số sau:

• Tổn hoa tách (split loss): Mức năng lượng ở đầu ra của Coupler so với

năng lượng đầu vào (db). Đối với Coupler 2x2 lý tưởng, giá trị này là 3dB. Hình

1.10 minh hoạ hai mô hình 8x8 Coupler dựa trên 2x2 Coupler. Trong mô hình 4

ngăn (hình a), chỉ 1/6 năng lượng đầu vào được chia ở mỗi đầu ra. Hình (b) đưa ra

mô hình hiệu quả hơn gọi là mạng liên kết mạng đa ngăn. Trong mô hình này mỗi

đầu ra nhận được 1/8 năng lượng đầu vào.

• Tổn hao chèn (insert loss): Năng lượng tổn hao do sự chưa hoàn hảo

của quá trình xử lý. Giá trị này nằm trong khoảng 0,1dB đến 1dB.



• Hệ số định hướng (Directivity): Lượng năng lượng đầu vào bị rò rỉ

từ một cổng đầu vào đến các cổng đầu vào khác. Coupler là thiết bị định hướng cao

với thông số định hướng trong khoảng 40-50dB.

Thông thường, các Coupler được chế tạo chỉ có một cổng vào hoặc một bộ

kết hợp (Combiner). Đôi khi các Coupler 2x2 được chế tạo có tính không đối xứng

cao ( với tỷ số tách là 5/95 hoặc 10/90). Các Coupler loại này được sử dụng để tách

một phần năng lượng tín hiệu, ví dụ với mục đích định lượng. Các thiết bị như thế

này được gọi là “tap coupler”. Bộ tách/ghép quang được sử dụng rộng rãi trong

mạng PON để xây dựng thành 4 topo cơ bản nhất về mạng là : hình cây , vòng , bus

và hình cây & đường tải dự phòng.

1.2.4.2.Topo hình cây

Thông thường trong các mạng đều được xây dựng theo topo hình cây trong đó chỉ

sử dụng 1 đường cáp quang nối trực tiếp từ OLT tới bộ chia. Từ bộ chia, sẽ có một

đường cáp quang kết nối từ mỗi ONU tới mạng. Về nguyên tắc, các mạng đều sử

dụng topo hình cây với kiến trúc bộ chia ghép tầng và trong thực tế, trong một số

mạng chỉ có 1 bộ chia thường được gọi là topo hình sao.

Ưu điểm đầu tiên của kiến trúc mạng này là bộ chia được tập trung tại một điểm

nên dễ dàng xác định được những sự cố của mạng. Ưu điểm thứ hai chính là tất cả

các ONU trong cùng mạng sẽ có chung dự trữ công suất hay nói cách khác là chất

lượng tín hiệu tại các ONU sẽ gần tương tự như nhau. Kiến trúc này cho phép các

ONU được sử dụng chung OLT về cả khả năng xử lý và truyền tải một cách công

bằng đồng thời giúp nhà sản xuất hạ giá thành các thiết bị mạng. Hơn nữa, kết nối

điểm – đa điểm của mạng PON cũng giảm trạng thái tắc nghẽn ở phía OLT so với

kết nối điểm - điểm thông thường. Tuy nhiên, số lượng ONU trong mạng theo topo

này cũng bị giới hạn bởi suy hao của các bộ ghép hình sao và nhu cầu băng thông

của người sử dụng. Bởi vì dung lượng của người sử dụng phải phù hợp với khả

năng cung cấp của đường truyền sau bộ chia nên đó cũng là một lý do hạn chế số

lượng người sử dụng.

Topo hình sao với 1 bộ chia là kiểu topo thường gặp trong thực tế bởi khả năng có

thể chuyển đổi dễ dàng và hiệu quả từ công nghệ băng hẹp (2Mbps cho mỗi khách



hàng) lên tới mạng quang băng rộng (1Gbps cho mỗi khách hàng). Khi số khách

hàng yêu cầu dịch vụ tăng lên, mạng PON với topo hình sao sẽ được chia nhanh

chóng thành các mạng nhỏ hơn bằng cách thêm bộ chia và OLT trong mạng. Vì

vậy, topo dạng này rất dễ dàng triển khai mở rộng mạng cho nhà cung cấp. Thông

thường, PON hình sao thường sử dụng các bộ ghép/chia quang thụ động hình sao

mở rộng ( passive optical broadcast star coupler) do khả năng cung cấp số lượng

cổng vào hoặc ra một cách linh hoạt của bộ chia này. Nhà cung cấp có thể dễ dàng

phân phối một số lượng cổng phát hữu hạn cho số cổng ra thay đổi (và ngược lại)

hoặc có thể phân phối một số lượng cổng phát và thu thay đổi nếu sử dụng thêm kỹ

thuật WDM (cách này thường có giá thành cao trong thực tế) với bộ chia này.

Nhược điểm của topo hình cây là chỉ có thể sử dụng cho kỹ thuật đa truy nhập

TDMA trong đó các khe thời gian truyền nhận giữa OLT và các ONU được chỉ

định cho mỗi đường kết nối riêng biệt từ mỗi ONU tới mạng để tránh xảy ra xung

đột dữ liệu giữa các ONU khi phát lên OLT thông qua bộ chia. Thông thường, trong

mạng kiểu này việc chỉ định khe thời gian sẽ được cấp phát động cho mỗi ONU khi

liên kết vào mạng. Một điểm yếu khác của topo hình sao là độ tin cậy của mạng

không cao, mỗi khi tổng đài phía nhà cung cấp CO gặp sự cố sẽ gây sự cố cho toàn

mạng. Ngoài ra cần phải kể đến những sự cố khác trong mạng như lỗi tại bộ khuếch

đại, tại bộ truyền nhận, … tại node trong mạng cũng ảnh hưởng tới chất lượng của

toàn mạng. Một lý do dễ dàng nhận thấy nữa là do hạn chế tại các kết nối sau bộ

chia làm cho khách hàng luôn luôn bị hạn chế tốc độ bởi 1 giá trị hằng định dẫn đến

làm giảm tính tận dụng của mạng trong việc phân phối băng thông cho người dùng.

Hình 1.11–Topo hình cây



1.2.4.3.Topo dạng bus

Topo dạng bus cũng sử dụng 1 cáp quang từ OLT tới khách hàng nên cũng gặp

phải những vấn đề tương tự như topo hình cây ở trên. Mỗi người sử dụng được kết

nối vào mạng thông qua một bộ ghép dây nhánh (tap coupler) và bộ ghép này sẽ

đưa một phần công suất tín hiệu phát từ OLT đi tới người sử dụng. Ưu điểm của

phương pháp này là khả năng tối thiểu hóa số cáp quang cần được sử dụng (nếu

ONU được kết nối trực tiếp tới bộ ghép) và mở rộng mạng một cách linh hoạt, dễ

dàng (khi có thêm ONU mới tham gia vào mạng thì chỉ cần dùng thêm bộ ghép để

kết nối trực tiếp vào mạng). Tuy nhiên, topo này cũng có nhược điểm là : tín hiệu

quang suy hao dần qua mỗi bộ ghép nên ONU ở xa OLT có thể không thu được tín

hiệu do chất lượng tín hiệu quá tồi sau khi đi qua một số lượng nhất định bộ ghép

nhánh. Đồng thời, với topo này sẽ yêu cầu một đường cáp quang có độ dài rất lớn

khi mở rộng trong mạng 2 chiều.

Hình 1.12–Topo dạng bus

1.2.4.4.Topo dạng vòng

Topo dạng vòng được sử dụng chính trong các mạng thành phố lớn bởi khả năng

mềm dẻo trong việc tối ưu hóa các đường truyền. Trong topo dạng vòng, tồn tại 2

đường kết nối từ OLT tới mỗi ONU nên nó có khả năng rất linh hoạt trong việc

thiết lập và bảo trì mạng cáp quang kể cả trong trường hợp cáp quang bị đứt. Tuy

nhiên, nó cũng yêu cầu sử dụng 2 sợi quang tại OLT và những thiết bị phức tạp

khác có khả năng chuyển mạch và truyền nhận tín hiệu theo 2 hướng trong vòng tại

mỗi ONU. Do đó, topo dạng vòng cũng có những nhược điểm tương tự như topo

dạng bus về dự trữ công suất trên đường truyền. Khi tín hiệu quang được truyền qua

mỗi ONU, tín hiệu bị suy hao đáng kể; điều này đã gây ra giới hạn cho khả năng

truyền nhận và số lượng ONU trong topo dạng vòng. Dung lượng của mạng được

chia sẻ một cách mềm dẻo cho các ONU trong mạng nên việc sử dụng 2 cáp quang



trong mạng vòng cũng không cải thiện được dung lượng của mạng và tất nhiên, số

lượng ONU trong mạng topo dạng vòng cũng không hề lớn hơn trong mạng có topo

dạng bus và hình cây.

Hình 1.13-Topo dạng vòng

1.2.4.5.Topo hình cây kết hợp topo dạng vòng hoặc đường tải phụ

Topo dạng này được sử dụng như 1 loại topo chuẩn cho mạng hình cây nhưng

trong đó sử dụng 2 cáp quang cho OLT nhằm mục đích tăng sự mềm dẻo trong việc

khai thác mạng. Trong trường hợp 1 cáp quang bị đứt thì cáp còn lại vẫn có khả

năng hoạt động trong mạng. Tuy nhiên, trong quá trình thiết lập mạng này, 2 đường

cáp quang được sử dụng cho 2 đường tải khác nhau nhằm mục đích tránh khả năng

xảy ra 2 đường cáp quang bị đứt tại cùng một thời điểm. Các bộ ghép quang hình

sao cũng được sử dụng trong mạng để cung cấp khả năng chuyển mạch một cách

chủ động trong việc lựa chọn đường tải tới OLT cho mỗi ONU tham gia vào mạng

hoặc khả năng cung cấp dòng dữ liệu tăng lên gấp đôi khi sử dụng chuyển mạch tại

mỗi ONU. Như vậy, dung lượng cực đại trên mỗi đường tải trong mạng quang sẽ

được giảm một nửa và do đó, không còn giới hạn số ONU được sử dụng trong

mạng mà vẫn đảm bảo tốc độ truyền nhận ở mỗi cổng tại mỗi ONU tham gia vào

mạng.

Hình 1.14–Topo hình cây với đường tải phụ



Trong thực tế, việc kết hợp cả 3 topo cơ bản cho phép nhà cung cấp có thể cung

cấp một mạng có khả năng tập trung với mật độ cao nhưng vẫn đảm bảo chất lượng

dịch vụ trong các mạng 2 chiều. Sự kết hợp giữa topo dạng vòng cổ điển và topo

hình cây mang lại khả năng phân phối mềm dẻo và tối ưu trong việc thiết kế mạng

quang trên từng đoạn như trong hình vẽ 1.15. Một phương pháp tiếp cận khác là sự

kết hợp của 2 topo dạng vòng trên mỗi đoạn mạng cung cấp khả năng linh hoạt

trong việc phân phối mạng (hình 1.16). Tuy nhiên, phương pháp này sử dụng những

giao thức quản trị mạng phức tạp và nhiều cáp quang trong quá trình thiết lập mạng.

Hiện nay, có rất nhiều nghiên cứu trong việc thiết lập và xây dựng mạng này.

Hình 1.15–Topo hình cây kết hợp topo dạng vòng

Hình 1.16–Topo dạng vòng kết hợp



1.2.5. PON MAC layer

Ngoài kiến trúc MAC thông thường trong Ethernet, mạng PON sử dụng một số

giao thức khác trong việc điều khiển lưu lượng mạng và tránh xung đột.

1.2.5.1. Giao thức điều khiển đa điểm MPCP(Multi-Point Control Protocol)

Để hổ trợ việc định vị khe thời gian bởi OLT, giao thức MPCP đang được nhóm

IEEE 802.3ah phát triển. MPCP không xây dựng một cơ chế phân bổ băng tần cụ

thể, mà thay vào đó, nó là một cơ chế hổ trợ thiết lập các thuật toán phân bổ băng

tần khác nhau trong EPON. Giao thức này dựa vào hai bản tin Ethernet: Gate và

Report. Bản tin Gate được gởi từ OLT đến ONU để ấn định một khe thời gian

truyền. Bản tin Report được ONU sử dụng để truyền đạt các thông tin về trạng thái

hiện tại của nó (như mức chiếm dữ của bộ đệm) đến OLT, giúp OLT có thể phân bổ

khe thời gian một cách hợp lý. Cả hai bản tin Gate và Report đều là các khung điều

khiển MAC (loại 88-08) và được xử lý bởi lớp con điều khiển MAC.

Có hai mô hình hoạt động của MPCP: tự khởi tạo và hoạt động bình thường.

Trong mô hình tự khởi tạo được dùng để dò các kết nối ONU mới, nhận biết trễ

Round-trip và địa chỉ MAC của ONU đó. Trong mô hình bình thường được dùng để

phân bổ cơ hội truyền dẫn cho tất cả các ONU được khởi tạo.

Từ nhiều ONU có thể yêu cầu khởi tạo cùng một lúc, mô hình khởi tạo tự

động là một thủ tục dựa vào sự cạnh tranh. Ở lớp cao hơn nó làm việc như sau:

1. OLT chỉ định một 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: <transmission size> + <maximum round-trip time> - <minimum round-trip

time>; với <transmission size> 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.



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:



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



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.



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.



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.



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



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.



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.



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



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.



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.



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.



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



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.



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



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



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



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 truyền trở kháng TIA

(Transimpedance Amplifier) trong khối nhận tín hiệu quang ROSA (Receive

Optical Sub-Assembly), một bộ khuếch đại giới hạn nhằm mục đích khuếch đại tín

hiệu điện sau khối TIA tới giá trị đủ lớn để khối khôi phục dữ liệu CDR có thể khôi

phục lại tín hiệu xung clock và dữ liệu được phát đi. Trong cả hai trường hợp của



ONU và OLT, bộ thu và phát cùng được kết hợp trên một đường truyền cáp quang

thông qua một bộ ghép WDM.

Hình 2.3–Sơ đồ khối kiến trúc thu-phát trong mạng PON

Có 3 loại chip chạy chế độ burst-mode chính được xem như là thiết bị chủ chốt

trong mạng PON để truyền tín hiệu quang tuyến lên theo chế độ burst-mode là :

BM-LDD (Burst-mode Laser Diode Driver) với khả năng điều khiển công suất

nhanh và chính xác; đầu thu PIN và APD/TIA có độ nhạy thu cao và dải thông rộng

kết hợp với bộ tiền khuếch đại bên phía đầu thu; BM-CDR (Burst-mode Clock and

Data Recovery) với khả năng nhanh chóng khôi phục lại dòng dữ liệu nhận được.

Những chipset này trong mạng PON là thành phần quan trọng quyết định hiệu suất

và chất lượng hoạt động của hệ thống.

Với kiến trúc bộ thu-phát như hình 2.3, các khối bộ thu-phát được nhóm lại thành

2 khối chính là khối xử lý tín hiệu quang và khối xử lý tín hiệu điện. Khối xử lý tín

hiệu quang gồm LD (Laser Diode) và PD (Photodiode) dạng TO-CAN (như hình

2.10), bộ lọc WDM được gọi là bộ xử lý tín hiệu quang 2 chiều BOSA (Bidirection

Optical Sub-Assembly). Bộ lọc WDM được đặt nghiêng 450 với ánh sáng tới để

tách hoặc ghép tín hiệu tuyến lên 1310 nm hoặc tín hiệu tuyến xuống 1490 nm



(1550 nm) như hình 2.12. Khối xử lý tín hiệu điện gồm các IC tương tự xử lý tín

hiệu đầu vào. Trong xu hướng hiện nay, các IC này được tích hợp trên cùng một

chip với bộ giới hạn khuếch đại và bộ điều khiển laser chế độ “burst mode”. Sự tích

hợp cao hơn với các khối CDR và khối chức năng truyền nhận tín hiệu dị bộ SerDes

(Serializer/Deserializer) với bộ vi xử lý PON MAC đang được thực hiện. Hình dưới

đây là sơ đồ khối của một IC điều khiển MAC tích hợp với SerDes.

Hình 2.4-Sơ đồ khối IC MAC Control

2.2.2. Thiết bị thu và phát tín hiệu quang

2.2.2.1.Thiết bị phát quang

Trong điều kiện thông thường, hầu hết các vật liệu đều hấp thụ ánh sáng hơn là

phát xạ ánh sáng. Quá trình hấp thụ liên quan tới việc chuyển đổi mức năng lượng

từ trạng thái nền tới trạng thái kích thích của điện tử. Khi photon tới, điện tử sẽ hấp

thụ năng lượng photon để chuyển mức năng lượng và quá trình hấp thụ xảy ra. Quá

trình phát xạ là quá trình xảy ra hoàn toàn ngược lại, điện tử từ trạng thái kích thích

chuyển về trạng thái nền sẽ phát xạ ra photon có năng lượng bằng hiệu 2 mức năng

lượng trên. Quá trình phát xạ gồm 2 loại : phát xạ kích thích và phát xạ tự phát.

Trong trường hợp phát xạ tự phát, điện tử chuyển mức năng lượng một cách ngẫu

nhiên từ trạng thái kích thích trở về trạng thái nền và các photon phát xạ một cách

ngẫu nhiên, không có một sự liên hệ về pha nào giữa chúng. Đối với quá trình phát

xạ kích thích, tất cả các photon phát xạ đều có tính chất (về năng lượng , tần số,

pha, hướng) tương tự như nhau. Hiện nay, 2 linh kiện phát quang chính được sử



dụng là LED và laser; trong đó, quá trình phát xạ của LED là phát xạ tự phát còn

laser là phát xạ kích thích.

2.2.2.1.1.LED (Light Emitting Diode)

Cấu trúc của LED là một tiếp xúc p-n đồng nhất trên một vật liệu. Quá trình phát

xạ tự phát xảy ra khi chuyển tiếp p-n được phân cực thuận, điện tử và lỗ trống được

tiêm vào vùng hoạt tính và tái hợp lại. Ngoài quá trình tái hợp phát xạ của cặp điện

tử-lỗ trống trong vùng hoạt tính tạo thành photon (ánh sáng), cặp điện tử- lỗ trống

có khả năng tái hợp không phát xạ. Quá trình tái hợp không phát xạ bao gồm sự tái

hợp xảy ra tại các bẫy điện tích (do những khiếm khuyết trong quá trình làm mẫu) ,

tái hợp trên bề mặt vật liệu và tái hợp Auger. Trong quá trình tái hợp Auger, năng

lượng sinh ra từ cặp điện tử-lỗ trống tạo thành động năng cho điện tử hoặc lỗ trống

khác mà không tạo thành photon. Quá trình tái hợp Auger đặc biệt xảy ra mạnh tại

vùng bước sóng từ 1,3μm tới 1,6μm do rào thế tại vùng hoạt tính khá nhỏ. Do LED

phát xạ tự phát nên nó có phổ phát xạ khá rộng (30-60 nm) và góc phát xạ khá lớn.

Với một dòng tiêm I cho trước, tại trạng thái cân bằng, tốc độ tái hợp (phát xạ và

không phát xạ) của cặp điện tử lỗ trống là I/q. Hiệu suất lượng tử nội được quyết

định bởi số lượng tái hợp phát xạ của cặp điện tử-lỗ trống tạo ra. Công suất quang

nội được cho bởi công thức :

[2.1]

Trong đó : là hiệu suất lượng tử nội, là năng lượng của photon phát xạ, q là

điện tích của điện tử.

Trong số photon phát xạ chỉ có một phần thoát ra từ linh kiện được ghép vào sợi

quang. Bởi vậy, hiệu suất lượng tử ngoại đặc trưng cho phần photon thoát ra

khỏi cấu trúc được ghép vào sợi quang. Công suất phát xạ thực là :

[2.2]

Do góc phát xạ của LED khá rộng nên thông thường công suất ghép vào sợi

quang của LED khá thấp (khoảng 100μW) mặc dù công suất quang nội có thể lên

tới 10mW.



Hình 2.5-Đặc tính của LED : a)Đường cong P-I của LED tại một dải nhiệt độ

b) Phổ phát xạ của LED 1.3μm

Một thông số thường được sử dụng để đánh giá đặc tính của LED là đáp ứng của

LED RLED được xác định bởi tỉ số Pe/I.

[2.3]

Trong thông tin quang, phổ phát xạ của nguồn phát quang ảnh hưởng mạnh mẽ

tới hiệu suất của tuyến truyền dẫn thông qua tán xạ trong sợi quang. Do LED có bề

rộng phổ lớn (∆λ≈ 50-60nm tính theo FWHM) nên tích số BL của LED bị giới hạn.

Vì vậy, LED thường chỉ được sử dụng trong các đường truyền tốc độ thấp và

khoảng cách gần (vài km).

Hạn chế thứ hai của LED là tốc độ điều chế. Tốc độ điều chế của LED phụ thuộc

vào độ linh động hạt tải và giới hạn bởi thời gian sống của hạt tải τc. Băng thông

điều chế của LED được cho bởi công thức :

[2.4]

Thông thường, τc của InGaAs LED vào khoảng từ 2-5ns tương ứng với băng

thông điều chế vào khoảng 50-140MHz. Chính vì vậy, LED chỉ có thể sử dụng cho

những ứng dụng tốc độ thấp.

2.2.2.1.2.Laser

Laser bán dẫn phát xạ ánh sáng thông qua quá trình phát xạ kích thích. Sự khác

biệt giữa phát xạ kích thích với phát xạ tự phát không chỉ bởi công suất phát xạ cao



(~ 100nW) mà còn bởi khả năng ghép hiệu suất cao vào sợi quang. Laser có góc

phát xạ khá hẹp nên hiệu suất ghép vào sợi quang có thể cao hơn LED tới 50%;

đồng thời, laser có bề rộng phổ rất hẹp cho phép hoạt động ở tốc độ khá cao

(khoảng vài chục Gb/s). Hơn nữa, laser bán dẫn có thể điều chế trực tiếp tại tần số

rất cao (~ 25GHz) bởi thời gian sống của hạt tải khá ngắn do quá trình phát xạ kích

thích.

Quá trình phát xạ kích thích chỉ xảy ra trong điều kiện hình thành trạng thái đảo

về mật độ được thỏa mãn. Trong laser bán dẫn điều kiện này được xảy ra khi pha

tạp rất mạnh tại lớp p, n trong cấu trúc làm cho mức Fermi của 2 lớp này chênh lệch

cao hơn rào thế khi phân cực thuận cho chuyển tiếp p-n. Khi mật độ hạt tải tiêm vào

vùng hoạt tính vượt quá giá trị ngưỡng (lasing threshold) thì trạng thái đảo mật độ

được hình thành và vùng hoạt tính mang tính chất khuêch đại quang. Để có thể xảy

ra hiệu ứng laser, thành phần hồi tiếp quang cần phải được thêm vào để biến đổi

tính chất khuêch đại vùng hoạt tính thành một buồng cộng hưởng. Tùy theo cấu trúc

của phần hồi tiếp quang mà laser được chia thành các loại khác nhau : Fabry-Perot

laser, DFB laser, …Trong mạng FTTH, 2 nguồn laser được sử dụng chủ yếu là

DFB (Distributed Feedback Bragg Laser) và F-P laser (Fabry-Perot laser).

Điều kiện để xảy ra phát xạ laser trong cấu trúc buồng cộng hưởng :

[2.5]

Trong đó g là hệ số khuêch đại của vùng hoạt tính, αint là hệ số suy hao do tán xạ,

hấp thụ trong buồng cộng hưởng, αmir là hệ số suy hao do phản xạ và L là chiều dài

buồng cộng hưởng, m là chỉ số mode.

Trong cấu trúc của DFB laser, thành phần hồi tiếp không nằm trên bề mặt của

laser mà phân phối trong cấu trúc của buồng cộng hưởng. Điều này được thực hiện

thông qua một cấu trúc tuần hoàn biến thiên chiết suất. Sự hồi tiếp xảy ra qua hiện

tượng tán xạ Bragg do giao thoa của 2 sóng tới và sóng phản xạ. Hiện tượng lựa

chọn mode xảy ra trong DFB laser là kết quả của hiệu ứng Bragg. Bước sóng Bragg

trong cấu trúc thỏa mãn công thức :

[2.6]



Trong đó : Λ là chu kỳ biến thiên chiết suất, n là chỉ số chiết suất trung bình và m là

bậc của tán xạ Bragg. Sự giao thoa xảy ra giữa sóng tới và sóng phản xạ xảy ra

mạnh nhất tại tán xạ Bragg bậc 1. Các laser DFB thường hoạt động tại bước sóng

λB = 1.5μm. Do tính chất chọn lọc mode, DFB laser có khả năng phát ra tín hiệu

quang đơn mode. DFB laser có hiệu suất cao với dải nhiệt độ rất rộng nên thiết bị

này được sử dụng rộng rãi trong kiến trúc mạng PON đặc biệt là phía OLT. DFB

laser (không có bộ phận làm mát) thường có dòng ngưỡng thấp, dải nhiệt độ hoạt

động rất rộng, tỷ số nén mode cạnh cao (thông thường là 40 dB) và đáp ứng nhanh (

0.12 ns thời gian lên và xuống lấy trong khoảng biên độ từ 20-80%).

Hình 2.6-Cấu trúc của DFB laser

Khác với DFB laser, F-P laser sử dụng 2 gương phản xạ nằm tại 2 cạnh của

buồng cộng hưởng nhằm mục đích phản xạ ánh sáng tạo thành vòng hồi tiếp. Hệ số

phản xạ của 2 gương nằm trong cấu trúc được tính theo công thức :

[2.7]

Hình 2.7-Hình ảnh của F-P laser

F-P laser thường được sử dụng nhằm mục đích hạ giá thành của các module

quang đặc biệt được sử dụng bên phía ONU. Với hệ thống PON, công suất tín hiệu

quang phát đi từ phía ONU cũng yêu cầu phải đạt được công suất cao (nói cách



khác là phía OLT chỉ cần sử dụng bộ thu dùng diode PIN với giá thành và độ nhạy

thấp ) thì việc sử dụng laser F-P cho phép phát tín hiệu có công suất cao hơn so với

việc sử dụng laser DFB. Nhằm nâng cao công suất phát quang của laser phát cạnh,

thiết kế sử dụng F-P laser cần được tối ưu mà không cần sử dụng các bộ cách ly và

thường đạt được hiệu suất 0.45W/A với công suất phát quang 20mW dưới nhiệt độ

250C. Điện dung kí sinh trên thiết bị cần được tối ưu nhằm mục đích nâng cao tốc

độ điều chế tới khoảng 1,25Gbps. Hình 2.8 thể hiện đặc tuyến P-I của các laser

DFB và F-P điển hình.

Hình 2.8–Đặc tuyến P-I của laser DFB (a) và F-P (b)

Ngoài 2 loại laser truyền thống trên, laser VCSEL (Vertical Cavity Surface

Emitting Laser) là laser được sử dụng rộng rãi hiện nay với khả năng phát tín hiệu

quang có bề rộng phổ khá hẹp. Do chiều dài buồng cộng hưởng của laser VCSEL

khá ngắn (khoảng 2÷ 5 μm) nên laser VCSEL có khả năng tích hợp khá hoàn hảo

với sợi quang đơn mode. Hình 2.9 dưới đây là hình ảnh laser VCSEL có rất nhiều

những lớp bán dẫn mỏng được nuôi trên cùng một đế. Vùng hoạt tính của laser

VCSEL bao gồm vài giêng lượng tử nằm kẹp giữa 2 gương cách tử phản xạ có hệ

số phản xạ cao (> 99,5%) được tạo thành từ 10 ÷ 50 lớp bán dẫn với chỉ số chiết

suất khác nhau. Ánh sáng phát xạ từ laser VCSEL có hướng phù hợp với mặt phẳng

hoạt tính và có tia phát xạ hình tròn dễ dàng ghép với sợi quang đơn mode. VCSEL

có giá thành khá thấp so với các laser phát cạnh như DFB và DBR laser

(Distributed Bragg Reflector laser) do nó có giá thành sản xuất, đóng gói, hiệu

chỉnh và thử nghiệm khá thấp. VCSEL cũng được sản xuất thành các ma trận 1D



hoặc 2D để tối ưu hóa khả năng đóng gói và dải thông. Bởi vì thể tích buồng cộng

hưởng khá nhỏ, VCSEL có dòng ngưỡng khá thấp (dưới mA) ở nhiệt độ phòng.

Tiêu thụ công suất của laser này cũng khá thấp. Những laser VCSEL có bước sóng

dài (1310nm hoặc1550 nm) được sử dụng để phát xạ trực tiếp tín hiệu trong mạng

10Gb/s trong các mạng thông tin quang.

Hình 2.9-Hình ảnh cấu trúc của laser VCSEL

Trong mạng FTTH, laser VCSEL cũng thường được sử dụng làm thiết bị phát cho

ONU. Dưới đây là đặc tuyến hoạt động của 1 laser VCSEL

Hình 2.10-Đặc tuyến hoạt động của laser VCSEL

2.2.2.2.Thiết bị thu quang

Trong hầu hết các thiết bị thu quang, có 2 loại photodiode thường được sử dụng

nhất là photodiode cấu trúc p-i-n và APD. Photodiode p-i-n thường được sử dụng

nhất bởi độ tin cậy và hoạt động ổn định của nó. Photodiode APD có cấu trúc

khuếch đại dòng quang làm tăng độ nhạy của thiết bị thu.

Photodiode p-i-n thông thường có cấu trúc gồm 1 vùng p, 1 vùng n và xen giữa là

một vùng bán dẫn i không pha tạp. Trong chế độ hoạt động bình thường, thiên áp



ngược đủ lớn đặt vào thiết bị để đảm bảo hoàn toàn có thể trôi được hạt tải. Hình

2.11 là hình ảnh của photodiode p-i-n được đặt dưới trường ngược. Trong 3 vùng

p,i, n thì vùng i không pha tạp nên có điện trở cao nhất dẫn đến hầu hết thiên áp

ngược được đặt trên nó. Do vậy, trong lớp i tồn tại một trường điện ngược khá lớn.

Khi một photon mang năng lượng lớn hơn (hoặc bằng) độ rộng vùng cấm của vật

liệu bán dẫn thì nó sẽ kích thích một điện tử ở vùng hóa trị nhảy lên vùng dẫn tạo

thành một cặp điện tử-lỗ trống. Quá trình này xảy ra trong lớp i của bán dẫn; do

trường ngược đặt vào lớp i nên cặp điện tử-lỗ trống sẽ đi về 2 phía của 2 bản cực

tạo thành dòng quang.

Hình 2.11- Hình ảnh photodiode p-i-n

Bước sóng cắt của photodiode được định nghĩa bởi công thức :

1, 24c

gEλ = [2.8]

Trong đó, Eg là năng lượng vùng cấm của vật liệu, h là hằng số Planck. Với bước

sóng dài hơn bước sóng λc thì năng lượng photon không đủ kích thích tạo thành cặp

điện tử-lỗ trống. Ngoài thông số bước sóng cắt, một thông số khác rất quan trọng

của photodiode là đáp ứng R của nó. Đáp ửng R đặc trưng cho khả năng chuyển đổi

công suất quang thành dòng điện của photodiode.

eRhηυ

= [2.9]

Trong đó η là hiệu suất lượng tử của photodiode, e là điện tích electron, υ là tần

số của ánh sáng tới.



Photodiode avalanche thêm 1 vật liệu loại p làm lớp epitaxy nền p+, 1 lớp n+ được

cấy khuếch tán so với cấu trúc p-i-n tạo thành cấu trúc p+ipn+ (hình 2.12). Khi đặt

điện áp phân cực ngược lên APD, hầu hết điện thế rơi trên vùng tiếp giáp pn+ tạo

thành vùng điện tích không gian giữa 2 lớp này với điện trường rất lớn (gần tới

vùng đánh thủng lớp i) đặt tại vùng này. Khi cặp điện tử-lỗ trống được tạo ra, điện

trường này tăng tốc cho điện tử, lỗ trống tới mức năng lượng đủ để ion hóa các điện

tử xung quanh do va chạm với chúng. Như vậy, cặp điện tử-lỗ trống sinh ra sẽ tạo

ra thêm các cặp điện tử-lỗ trống khác tạo thành hiệu ứng thác khuếch đại dòng

quang của photodiode.

Hình 2.12- Hình ảnh photodiode APD và phân bố điện trường trên nó

Trong photodiode APD, hệ số khuếch đại dòng quang được định nghĩa bởi hệ số

nhân M theo công thức :

M

p

IMI

= [2.10]

Trong đó IM là dòng trung bình tại đầu ra, Ip là giá trị dòng quang khi chưa được

khuếch đại được tính toán.

Photodiode avalanche APD với độ nhạy cao thường được sử dụng ở đầu thu tín

hiệu quang phía OLT bởi thiết bị ONU thường có công suất phát quang rất thấp

nhằm mục đích giảm giá thành. Khi APD được định thiên ở điện áp gần điện áp

đánh thủng, dòng quang được khuếch đại nên APD có độ nhạy quang rất cao so với

diode PIN. Thông thường, đầu thu InGaAs thường được sử dụng nhờ có độ nhạy

cao trong dải bước sóng từ 1µm tới 1,6µm trong vùng hấp thụ và cấu trúc InGaAs-



InP được sử dụng với InP dùng cho vùng avalanche. Các diode APD điển hình

dùng cho các ứng dụng GPON thường có đường kính vùng tích cực khoảng 35µm,

đáp ứng 0,9A/W ở bước sóng 1310 nm với dải thông khoảng 2.5GHz. Hình 2.13

thể hiện đặc tuyến V-I của diode APD này. Điện áp đánh thủng vào khoảng 60V

với hệ số nhân là 10 hoặc cao hơn ở công suất tín hiệu quang tới là 0,3µW.

Hình 2.13-Đặc tuyến V-I của APD và hệ số nhân

Hiện nay, các thiết bị thu và phát quang được tích hợp bằng 2 công nghệ đóng vỏ

là TO-CAN hoặc đóng gói dựa trên cáp đồng trục. Kỹ thuật đóng gói TO đang có

sự phát triển tích cực hiện nay cho các bộ thu và phát quang bởi nó có giá thành

thấp, chiếm diện tích nhỏ và dễ dàng sử dụng. Các module laser TO được sử dụng

rộng rãi trong các bộ thu, phát và phát-đáp tốc độ cao trong các module SFF (Small

Form Factor).

Hình 2.14a thể hiện một DFB laser được đóng gói theo công nghệ TO-CAN.

Thấu kính dạng giả cầu được sử dụng giúp nâng cao hệ số ghép quang lên khoảng

65%. Photodiode PD điều khiển được bốc bay lên bề mặt sau của laser DFB nhằm

mục đích xác định công suất phát của laser để điều khiển laser giúp cho laser có

công suất phát ổn định khi nhiệt độ thay đổi. Một bộ cách ly quang được sử dụng

nhằm mục đích giảm nhiễu do hồi tiếp quang gây ra. Kích thước và giá thành của

bộ cách ly quang được giảm bằng cách bốc bay nó tại phía sau đầu vào tín hiệu trên



cáp quang mà tại đó đường kính của tia sáng phát ra từ DFB laser được giảm tới

mức tối thiểu.

Hình 2.14b thể hiện cấu trúc TO-CAN của một diode APD với bộ tiền khuếch

đại được tích hợp trên cùng một IC. Bởi vì APD có đường kính vùng tích cực lớn

nên nó có hệ số ghép khá cao (có thể đạt tới 100%) và dễ dàng điều chỉnh hơn rất

nhiều so với laser diode.

Hình 2.14-DFB và APD đóng gói theo cấu trúc TO-CAN

2.2.2.3.Bộ ghép WDM

Một thiết bị quang rất quan trọng được sử dụng trong mạng PON là bộ ghép

WDM được thể hiện như trong sơ đồ khối. Vai trò chính của nó là tách dòng tín

hiệu lên và xuống trong hệ thống PON. Thông thường, các bộ lọc WDM được lắng

đọng lên trên một đế như phiến thủy tinh sau đó được cắt thành các chip hình vuông

với tiết diện khoảng vài mm và được bốc bay lên OSA (Optical Sub-Assembly).

Trong công nghệ mới này, bộ lọc WDM được lắng đọng lên trên bề mặt của sợi

quang đã được đánh bóng với góc nghiêng khoảng 300 nhằm mục đích giảm kích

thước của WDM. Theo cách này, WDM vốn chiếm vai trò chính trong giá thành

của OSA được tích hợp một cách đơn giản qua quá trình xử lý sợi quang trong việc

đóng gói. Việc ghép sợi quang với LD đã được thực hiện trong các rãnh hình

omega trên plastic. Hình 2.15 thể hiện đặc tính phổ của đường truyền và hình ảnh



bộ lọc WDM được tạo ra trên bề mặt sợi quang. Nó cho phép hệ số cách ly lên tới

20 dB giữa 2 vùng phổ tín hiệu tuyến lên và xuống với bước sóng lớn nhất tại tuyến

lên là 1360nm và bước sóng nhỏ nhất tại tuyến xuống là 1480nm. Hơn nữa, nhằm

mục đích giảm nhiễu xuyên kênh từ bộ phát với bước sóng 1310nm và đạt được hệ

số cách ly cao giữa tín hiệu số và tín hiệu video tuyến xuống ở bước sóng 1550nm (

yêu cầu thông thường là 40 dB hoặc cao hơn) thì bộ lọc thông dải với dải thông từ

bước sóng 1480nm tới 1550nm cần được đặt trước PD cùng bộ lọc ở phía cuối cáp

quang.

Hình 2.15-Đặc điểm phổ của đường truyền và hình ảnh bộ lọc WDM

2.2.2.4.Bộ khuếch đại truyền trở kháng TIA

Kiến trúc bộ thu quang được phân loại dựa vào thiết kế tầng tiền khuếch đại thành

3 loại : trở kháng thấp, trở kháng cao và truyền trở kháng. Hình 2.16 dưới đây là

hình ảnh của 3 kiến trúc thu trên.

Hình 2.16–Kiến trúc tầng tiền khuếch đại



Như đã nói ở trên, thông thường các bộ thu tín hiệu quang là các photo-diode PIN

hoặc APD đều có cấu trúc là tiếp giáp p-i-n. Để nhằm mục đích nâng cao tốc độ đáp

ứng và giảm tạp âm nhiễu, các photo-diode này thường được phân cực ngược. Vì

vậy, nhìn ở phía đầu vào, bộ thu được xem như một bộ lọc R-C có dải thông là :

[2.11]

Đối với mạch tiền khuếch đại hình 2.16a là mạch tiền khuếch đại trở kháng thấp.

Mạch này có điện trở R nối tiếp với photo-diode nhỏ nên có dải thông rộng nhưng

có độ nhạy thu thấp do điện áp đặt trên điện trở R thấp làm giảm độ nhạy thu.

Tương tự với mạch tiền khuếch đại trở kháng cao như hình 2.16c, mạch này có độ

nhạy thu khá cao nhưng lại có dải thông bị hạn chế bởi điện trở R nối tiếp lớn.

Trong 3 kiến trúc trên, kiến trúc bộ tiền khuếch đại truyền trở kháng hình 2.16b

được sử dụng nhiều nhất bởi nó cải thiện được cả 2 vấn đề trên. Nhìn từ phía đầu

vào, mạch TIA có điện trở Rin là điện trở vào của tầng khuếch đại nên có giá trị rất

lớn. Vì vậy, nó có độ nhạy thu khá cao đồng thời việc sử dụng vòng hồi tiếp âm

trên tầng khuếch đại làm nâng cao dải thông của mạch.

Do đó, trong hầu hết các kiến trúc transceiver của FTTH, khối thu ROSA đều sử

dụng kiến trúc tiền khuếch đại truyền trở kháng và được tích hợp on-chip dựa vào

công nghệ thiết kế mạch tổ hợp như bipolar, CMOS,…

2.2.3. Các module thu và phát quang

Hiện nay, thiết kế các bộ thu phát tín hiệu quang vẫn là lĩnh vực được quan tâm

bởi nhiều nhóm nghiên cứu do nhu cầu rất lớn của thị trường. Do đặc điểm của

mạng FTTH là mạng điểm-đa điểm nên các bộ thu phát quang chế độ burst mode

trong mạng PON phải có những đặc điểm riêng biệt để phù hợp với yêu cầu mong

muốn. Mặc dù được sử dụng rất rộng rãi nhưng hiện này vẫn chưa có một văn bản

liên quan tới thiết bị này xác định rõ những ứng dụng của chúng. Thông thường,

các nhà cung cấp module quang liên kết với các hãng cung cấp hệ thống PON để

xác định yêu cầu thiết kế cơ bản trong từng trường hợp cụ thể.

Nhằm mục đích tương thích với các mạng EPON và GPON cùng với khả năng sử

dụng lại, các module thu-phát được chia thành các khối : khối xử lý tín hiệu 2 chiều



BOSA, khối xử lý tín hiệu điện ESA (Electrical Sub-Assembly) và khối điều khiển

nhiệt độ. Trong đó, khối BOSA bảo đảm công suất phát tín hiệu và độ nhạy thu;

khối ESA chịu trách nhiệm về hiệu suất của PMD dưới chế độ burst-mode, bảo đảm

việc điều khiển tín hiệu và dải động của công suất thu chấp nhận được, độ nhạy thu

cao. Hiệu ứng nhiễu xuyên kênh giữa bộ thu và phát cần được bảo đảm chặt chẽ.

Hình 2.17 dưới đây là một ví dụ cơ bản gồm sơ đồ khối và hình ảnh của module

thu-phát dạng diplexer được sử dụng trong mạng PON thiết kế cho ONU. Module

này được cắm trên một đầu nối dạng 2x5 hoặc 2x7 chân nhằm mục đích kết nối với

mạch chủ và được cấp nguồn 3.3 V± 5%. Module bao gồm một đầu nối dạng LC

hoặc SC (tùy từng trường hợp), mạch in , OSA và mạch điều khiển. OSA là một

thiết bị quang được tổ hợp gồm một bộ lọc quang thông dải, đầu thu quang PD, IC

khuếch đại biến đổi trở kháng TIA ở phía thu hoặc một laser F-P cùng một đầu thu

PD điều khiển công suất ở phía phát. Bộ ghép WDM sẽ ghép tín hiệu quang đầu thu

và phát lên trên cùng một sợi quang. Ngoài ra, OSA có thể sử dụng IC gồm bộ tiến

khuếch đại biến đổi trở kháng và bộ khuếch đại giới hạn để giảm giá thành sản

phẩm và công suất tiêu thụ khoảng 0,8W.

Hình 2.18 là hình ảnh và sơ đồ khối của một module thu-phát dạng triplexer dùng

cho ONU. Tùy theo yêu cầu lắp đặt mà kích thước của module này được hạn chế

trong kích thước từ 8,5mm hoặc thấp hơn. Đầu nối LC hoặc SC được sử dụng phụ

thuộc vào từng trường hợp cụ thể.



Hình 2.17-Module thu-phát 2 chiều dạng diplexer

Hình 2.18–Module thu phát 2 chiều dạng triplexer



2.2.4. Bộ thu-phát chế độ burst-mode

Hệ thống PON yêu cầu sử dụng chế độ truyền nhận đặc biệt là chế độ burst-mode

như là một cải tiến lớn về mặt kỹ thuật cho việc truyền dữ liệu tuyến lên (từ phía

người sử dụng tới trung tâm). Điều đó là rất cần thiết cho mạng PON bởi trong

mạng PON có rất nhiều người sử dụng chia sẻ một đường truyền cáp quang thông

qua kỹ thuật đa truy nhập TDMA nên tín hiệu nhận được của các gói dữ liệu trong

các khe thời gian từ nhiều người dùng khác nhau có sự biến thiên rất mạnh về biên

độ và pha. Nguyên nhân chủ yếu là khoảng cách từ mỗi ONU tới OLT là khác nhau

nên tín hiệu thu được tại OLT của các ONU khác nhau có thể có sự chênh lệch tới

20 dB về biên độ( cần phải chú ý rằng, điều này không xảy ra với tín hiệu phát từ

OLT tới ONU bởi tuyến truyền dẫn này là đường truyền điểm-điểm). Bởi vậy, nếu

sử dụng đầu thu và phát tín hiệu quang thông thường sẽ không thể thu được một

cách chính xác dữ liệu trong các gói được truyền đi do sự khác biệt về biên độ tín

hiệu này. Để khắc phục vấn đề này, mạng PON sử dụng bộ thu-phát chạy chế độ

burst-mode với đầu thu burst-mode ở phía OLT (có khả năng thay đổi ngưỡng xác

định mức logic theo tín hiệu đầu vào cùng việc tự động xác định pha dựa vào những

bit đầu tiên của gói tín hiệu burst nhận được) và đầu phát burst-mode ở phía ONU.

Các bộ thu-phát chế độ burst-mode này được tích hợp trên một IC sử dụng công

nghệ CMOS có giá thành và công suất tiêu thụ thấp.

2.2.4.1. So sánh giữa chế độ thông thường và chế độ burst-mode

Hình 2.19 minh họa 3 dạng tín hiệu được sử dụng trong thông tin số. Hình 2.19a

là tín hiệu truyền liên tục thông thường. Chuỗi bit dữ liệu nhị phân được truyền đi

một cách liên tục với tỉ số phân biệt giữa bit 0 và 1 cùng tần số xung nhịp nằm

trong giới hạn cho phép. Ví dụ dưới đây là mã đường truyền 8B10B và 64B66B

thường được sử dụng trong các ứng dụng truyền dữ liệu điểm-điểm như hệ thống

gigabit và 10-gigabit Ethernet. Hình 2.19b là tín hiệu burst-mode được truyền đi

mà trong đó tỉ số phân biệt và tốc độ truyền dữ liệu không bị giới hạn chặt chẽ.

Chuỗi bit này có biên độ giống nhau cho cùng một ký tự giống nhau được truyền đi.

Hình 2.19c thể hiện biên độ của tín hiệu có thể thay đổi giữa các gói tín hiệu burst

khác nhau và khoảng thời gian bảo vệ cũng thay đổi theo các gói này. Hai hình b và



c là hai dạng tín hiệu thường gặp trong mạng đa truy nhập chế độ burst-mode như

PON. Nhiệm vụ của bộ thu chế độ burst-mode là khôi phục lại mẫu tín hiệu b và c

một cách chính xác và nhanh nhất.

Các bộ phát và thu thông thường chỉ phù hợp cho những ứng dụng truyền dữ liệu

chế độ liên tục thường sử dụng các mạch ghép AC. Mạch ghép AC có thể cung cấp

độ nhạy cao và dễ sử dụng. Tuy nhiên, do thời gian tích tụ và xả đi điện tích của tụ

điện nối với đường tín hiệu trong mạch ghép AC nên tốc độ trung bình của luồng

dữ liệu nhận được thông thường bị giới hạn trong khoảng từ microsecond (µs) tới

milisecond (ms) và không thể phân biệt được sự thay đổi của biên độ tín hiệu với

tốc độ cao hơn.

Hình 2.19–Dạng dữ liệu truyền đi trong thông tin số

Hoạt động của bộ thu chế độ burst-mode có sự khác biệt so với các bộ thu thông

thường khác. Sự khác biệt cơ bản ở đây là bộ thu chế độ burst-mode được ghép DC

và ngưỡng xác định tín hiệu thay đổi tương thích với sự thay đổi của tín hiệu nhận

được trong khoảng thời gian rất ngắn. Sự thay đổi thứ hai trong bộ thu burst-mode

là mạch khôi phục dữ liệu và xung clock phải hoạt động ở tốc độ cao (trong khoảng

thời gian cỡ nanosecond) và thay đổi nhanh chóng chỉ trong khoảng thời gian của

một phần nhỏ gói dữ liệu được truyền đi.

2.2.4.2. Bộ phát quang chế độ burst-mode

Bộ phát tín hiệu chế độ burst-mode BM-Tx bao gồm 2 khối chính : laser diode

nằm trong khối TOSA hoặc BOSA như hình vẽ 2.3 ở trên và IC điều khiển laser



diode (LDD) cung cấp điện áp DC yêu cầu và dòng điều chế cho laser diode. IC

điều khiển laser diode này phải có công suất tiêu thụ rất thấp nên nó có thể được

cung cấp nguồn pin dự phòng trong trường hợp thiếu năng lượng cung cấp. Ngoài

ra, IC này phải có giá thành thấp và chạy ổn định trong khoảng nhiệt độ rộng do bộ

thu có thể được đặt ngoài trời.

Đặc điểm truyền dữ liệu tuyến lên theo chế độ burst-mode trong mạng PON đã

đặt ra nhiều yêu cầu mới cho mạch điều khiển laser diode. Trong sơ đồ ghép kênh

TDMA, BM-LDD phải phát ra dòng phân cực và dòng điều khiển biến thiển tối

thiểu trong khoảng từ 1mA tới 160mA với thời gian lên và xuống của tín hiệu dưới

nano-giây. Dòng phân cực trong thời gian mở cửa cung cấp cho BM-LDD ngăn

chặn việc laser diode phát xạ ảnh hưởng tới công suất phát của các nguồn tín hiệu

bên cạnh suốt khoảng thời gian nó không truyền đi tín hiệu. Nếu một vài nguồn tín

hiệu được phát ra từ những ONU không truyền dữ liệu sẽ tác động tới tín hiệu đầu

thu của OLT và dẫn đến việc thay đổi đáng kể dải động của tín hiệu. Vì vậy, công

suất laser phát xạ trong khoảng thời gian nó không truyền đi dữ liệu phải nhỏ hơn

từ 25-30 dB so với công suất laser phát xạ lúc nó truyền dữ liệu. Để có thể giảm

thời gian chuyển mạch giữa 2 trạng thái bật và tắt của laser diode, dòng điều chế

của laser không hoàn toàn bị tắt khi nó ở trạng thái “off” nhằm giảm thời gian trễ

khi chuyển sang trạng thái “on” và nhiễu trong chu kỳ tín hiệu được phát đi. Giải

pháp phổ biến hiện nay là giữ cho dòng phân cực laser diode ở rất gần với dòng

ngưỡng của nó và theo cách này, tỉ số phân biệt mức công suất giữa 2 trạng thái

“on” và “off”, thời gian trễ trong quá trình chuyển đổi giữa 2 trạng thái được bảo

đảm. Lựa chọn công suất phát của laser cũng là một vấn đề quan trọng bởi nếu công

suất phát cao sẽ làm giảm tỉ số phân biệt mức công suất mong muốn, ngược lại nếu

công suất phát thấp có thể đẩy laser vào chế độ phát xạ tự phát gây ra nhiễu trong

việc điều chế thông tin.

BM-LDD yêu cầu phải điều khiển dòng cung cấp cho laser diode một cách ổn

định nhằm đảm bảo công suất phát quang trung bình không đổi đồng thời có tỉ số

phân biệt mức công suất ổn định trong một dải nhiệt độ rộng (từ -400C tới 800C).

Hình 2.20 thể hiện đặc tính nhiệt độ của F-P laser bằng đường đặc tuyến P-I. Như

hình 2.20, công suất phát quang của laser phụ thuộc vào dòng điều khiển, ngưỡng



và hệ số nhiệt độ của laser; những tham số này phụ thuộc rất mạnh vào cấu trúc và

nhiệt độ hoạt động của laser. Để bù lại sự thay đổi công suất phát của laser và tỉ số

phân biệt mức công suất vào nhiệt độ, một mạch điều khiển công suất tốc độ cao

APC (Auto Power Control) cần phải được sử dụng. Mạch APC này dựa vào điện áp

tham chiếu thu được từ photodiode điều khiển của LD (thường đặt ở mặt sau của

laser) rồi thực hiện việc ổn định công suất cho laser khi phát tín hiệu mức cao và

thấp. Khi laser không phát ra các gói burst truyền đi trên đường truyền, một mạch

kiểm soát mức tín hiệu đỉnh sẽ điều khiển công suất phát của laser và một vòng hồi

tiếp sẽ giữ cho dòng phân cực ở trạng thái này ở gần dưới ngưỡng. Khi laser ở trạng

thái hoạt động để truyền đi các gói dữ liệu burst, mạch kiểm soát mức tín hiệu trên

sẽ chuyển sang điều khiển công suất phát xạ trung bình của laser thông qua

photodiode PD và vòng hồi tiếp sẽ giữ cho dòng phân cực và điều chế của laser

diode ổn định ở mức tín hiệu mong muốn. Nhờ vậy, công suất phát quang của laser

sẽ giữ ổn định một cách tin cậy ở mức cho phép.

Hình 2.20–Đặc tuyến nhiệt độ của laser F-P

Hình 2.21 thể hiện sơ đồ khối của một IC laser driver điển hình. Tín hiệu đầu vào

được sử dụng dưới dạng PECL (Positive Emitter-Coupler Logic) điện áp thấp hoặc

dạng tín hiệu dùng cho CMOS điện áp thấp (LVCMOS – Low-Voltage CMOS).

Trong thiết kế này, dòng dữ liệu đưa vào được bù nhiễu trong khối TODC trước khi

điều khiển laser diode ở tầng điều khiển laser LDS (Laser Driver Stage). Vì vậy, nó

có khả năng bù nhiễu do thời gian trễ khi chuyển sang trạng thái “on” của laser

diode và sau đó hoạt động không cần tới dòng phân cực. Tín hiệu từ photodiode



điều khiển được hồi tiếp về mạch so sánh đỉnh PC (Peak Comparator) để so sánh

giá trị điện áp hồi tiếp từ photodiode với giá trị điện áp tham chiếu. Khối xử lý số

DIG điều khiển dòng ở trạng thái “on” của tầng LDS và cung cấp tín hiệu báo hiệu

EOL (End of Alarm). Giao tiếp giữa mạch BM-LDD và mạch điều khiển laser

diode được ghép DC nhằm giảm thời gian đáp ứng của mạch so với mạch ghép AC

thông thường.

Hình 2.22 so sánh hoạt động của tầng LDS trong 2 trường hợp : hoạt động ở chế

độ liên tục và chế độ burst-mode . Mạch LDS hoạt động dưới chế độ liên tục được

thiết kế như hình 2.22a nhằm mục đích giữ cho dòng phân cực cho laser ổn định; từ

đó, công suất phát quang cũng giữ giá trị ổn định trong vùng hoạt động. Điều đó

cho thấy mạch LDS này không cần thiết phải thay đổi dòng phân cực một cách

nhanh chóng nên hầu hết các mạch điều khiển laser chế độ liên tục không có khả

năng điều khiển ở chế độ burst-mode . Tuy nhiên, LDS cũng có khả năng sử dụng

cho việc điều chế tín hiệu quang của laser diode dưới tốc độ dữ liệu mong muốn có

khả năng hoạt động nhanh với tốc độ điển hình lên tới Gbps. Các mạch tương tự có

thể được sử dụng để điều chế dòng phân cực với tốc độ tương tự. Như thấy được ở

hình 2.22, mạch điều khiển laser được thiết kế với thời gian Ton và Toff rất ngắn

(trong khoảng vài ns). Từ điểm này có thể thấy mạch điều khiển laser chế độ burst-

mode không cần thiết phải xây dựng mạch phức tạp hơn so với mạch điều khiển

laser chế độ liên tục.

Hình 2.21–Sơ đồ khối của IC điều khiển laser diode điển hình



Hình 2.22–So sánh giữa mạch LDS trong 2 chế độ liên tục và burst-mode

Hình 2.23 là 2 sơ đồ chuẩn dùng cho mạch chức năng điều khiển APC trong mạch

điều khiển laser diode chế độ burst-mode . Đặc điểm chính của mạch APC là dựa

vào vòng hồi tiếp từ photodiode điều khiển. Trong trường hợp đầu tiên (sơ đồ trên),

bộ biến đổi I/V dải rộng và mạch xác định đỉnh được sử dụng; chúng thường tiêu

thụ công suất khá cao. Do đó, mạch tương tự xác định đỉnh chỉ hoạt động trong một

khoảng thời gian giới hạn nên thường dẫn đến việc xác định sai mức công suất tín

hiệu tại thời điểm đầu của dòng tín hiệu burst.

Hình 2.23-Hai sơ đồ mạch APC điển hình



Trong hình 2.23, sơ đồ phía dưới là một giải pháp khác cho mạch APC với khả

năng tiêu thụ công suất ít hơn và giảm sai sót gây ra bởi thời gian hoạt động giới

hạn của mạch xác định đỉnh. Mạch APC này có thể hoạt động theo từng gói tín hiệu

burst hoặc theo từng bit dữ liệu và không cần thiết phải sử dụng những mạch có tốc

độ xử lý cao, tiêu thụ công suất lớn. Trong suốt chuỗi dữ liệu burst đầu tiên, điện

dung của photodiode Cpd được tích tụ tới giá trị xác định. Sau đó, trong suốt quá

trình truyền dữ liệu burst tụ điện này được tích tụ từ dòng điện của photodiode hoặc

xả bởi xung dòng phát ra từ chuỗi dữ liệu burst và nguồn dòng tham chiếu. Tại thời

điểm cuối của dòng dữ liệu burst, điện áp trên tụ điện sẽ được sẽ được so sánh với

điện áp tích tụ ban đầu bởi khối so sánh để phát ra xung clock. Tùy thuộc vào tín

hiệu đầu ra, một bộ đếm sẽ điều khiển công suất ra của laser lên cao hoặc xuống

thấp theo từng bước xác định. Do mức công suất của tín hiệu được lựa chọn bởi bộ

đếm lên hoặc xuống nên thời gian giữ của mạch này là vô hạn; nhờ đó đã khắc phục

nhược điểm thời gian giữ hữu hạn của mạch xác định đỉnh trước.

So sánh với phương pháp điều khiển công suất theo từng bit, phương pháp điều

khiển công suất theo từng burst có đáp ứng chậm hơn. Mặc dù thời gian đáp ứng

của phương pháp này chậm hơn nhưng nó chỉ chiếm khoảng thời gian vài ms nên

đáp ứng này vẫn rất nhanh khi so sánh với sự thay đổi của nhiệt độ và thời gian

sống của laser. Ngay sau khi hệ thống được bật lên, một vài gói dữ liệu sẽ được

truyền đi với mức công suất rất thấp bởi bộ đếm vẫn chưa tự điều chỉnh được tới

giá trị mong muốn. Tuy nhiên, điều này chỉ xảy ra trong lần đầu tiên ONU được bật

lên và có thể khắc phục bằng cách phát đi một chuỗi ngắn các gói burst thăm dò

nhằm mục đích điều chỉnh giá trị của bộ đếm trong suốt thời gian ONU được bật

lên từ pin dự phòng và giá trị của bộ đếm vẫn còn tham gia vào hệ thống.

Hình ảnh của tín hiệu quang và định thời của BM-Tx cho mang EPON được thể

hiện như hình 2.24 trong đó là các mẫu mắt, gói dữ liệu burst, mẫu tín hiệu laser ở

chế độ burst “on” và “off”. Mẫu mắt được đo bằng cách truyền chuỗi dữ liệu bất kỳ

27 – 1 bit và công suất phát của laser khi không truyền dữ liệu < -47 dBm. Thời

gian laser burst-off dưới 2ns còn thời gian laser burst-on dưới 8ns.



Hình 2.24–Tín hiệu định thời và mẫu mắt của BM-Tx mạng EPON

Hình 2.25 là một ví dụ mẫu mắt đo được trong dải nhiệt độ rộng từ -400C tới

800C. Do tác dụng của mạch APC, laser có công suất phát ổn định trong khoảng

25% cạnh mắt và tỉ số phân biệt mức công suất ổn định trên 10dB. Do tốc độ đáp

ứng nhanh của các IC điều khiển laser chế độ burst-mode có tốc độ từ 155Mbps

đến 1,25Gbps nên các IC này được sử dụng phổ biến trong các mạng EPON, GPON

và BPON. Các mạch điều khiển laser có thể điều khiển một cách độc lập dòng phân

cực và điều chế thông qua vòng lặp APC nhằm mục đích bù sự biến thiên công suất

phát của laser do sự thay đổi của nhiệt độ và điện áp đặt vào. Các IC điều khiển

laser F-P và DFB thường có dòng điều chế khoảng 100mA và dòng phân cực

khoảng 80mA. Để giảm giá thành của các module ONU, các bộ khuếch đại giới hạn

chế độ liên tục thường được tích hợp với mạch điều khiển laser chế độ burst-mode

trên 1 chip.



Hình 2.25–Mẫu mắt đo được ở các nhiệt độ khác nhau

2.2.4.2. Bộ thu quang chế độ burst-mode

Đặc điểm chính của bộ thu chế độ burst-mode là có độ nhạy cao, dải động rộng

và đáp ứng nhanh. Độ nhạy của đầu thu liên quan chặt chẽ tới dự trữ công suất

trong mạng PON. Nếu độ nhạy được cải thiện 3 dB thì đồng nghĩa với việc tăng gấp

đôi tỉ số chia trong mạng PON tức là sẽ có gấp đôi số người dùng được chia sẻ

trong cùng một mạng. Dải động là tham số cần phải quan tâm vì nó ảnh hưởng tới

độ dài mạng được lắp đặt cho phép sử dụng chung giữa người dùng ở gần hoặc xa

bộ chia quang trong mạng.

Yêu cầu đặt ra cho bộ thu tín hiệu burst-mode là khả năng nhanh chóng khôi phục

lại mức logic của các chuỗi burst riêng biệt. Nguyên tắc cơ bản là sử dụng các mạch

ghép DC để nhanh chóng đo được mức tín hiệu tới từ dòng dữ liệu đến rồi nhanh

chóng điều chỉnh mức ngưỡng phù hợp. Bộ thu tín hiệu chế độ burst-mode được

chia thành 2 cấu trúc chính : cấu trúc hồi tiếp phía sau và hồi tiếp phía trước như

hình 2.26.

Trong cấu trúc hồi tiếp phía trước, mạch tiền khuếch đại ghép DC thường được sử

dụng. Tín hiệu nhận được sẽ được khuếch đại rồi chia thành 2 nhánh. Nhánh đầu

tiên từ đầu ra của bộ khuếch đại sẽ đi tới bộ khuếch đại vi sai được ghép trực tiếp.

Nhánh thứ hai được hồi tiếp về phía trước tới mạch xác định đỉnh để lấy lại thông

tin từ biên độ tín hiệu tới của các gói nhận được. Từ đầu ra của bộ xác định đỉnh,

mức ngưỡng thích hợp được lựa chọn thích nghi ở phía trước bộ khuếch đại vi sai.



Tại đầu ra của bộ khuếch đại vi sai, biên độ tín hiệu thu được từ các gói dữ liệu

được khôi phục và xử lý tiếp tục.

Trong cấu trúc hồi tiếp phía sau, biên độ tín hiệu sẽ được khôi phục tại tầng tiền

khuếch đại. Bộ khuếch đại vi sai biến đổi trở kháng với mạch xác định đỉnh hình

thành một vòng lặp. Mạch xác định đỉnh quyết định mức ngưỡng tức thời cho tín

hiệu tới. Đầu ra của tầng tiền khuếch đại sẽ được ghép DC với các tầng khuếch đại

kế tiếp. Trên quan điểm thiết kế thì mạch hồi tiếp phía sau sẽ hoạt động ổn định hơn

mạch hồi tiếp phía trước bởi vòng hồi tiếp âm cho phép bộ thu hoạt động ổn định

hơn nhưng lại yêu cầu thêm một mạch tiền khuếch đại biến đổi trở kháng. Trong

cấu trúc hồi tiếp phía trước, mạch tiền khuếch đại ghép DC thông thường được sử

dụng nhưng cần được thiết kế một cách kỹ lưỡng để tránh xảy ra tự kích gây ra dao

động trong mạch.

Bộ thu quang còn có thể được phân loại dựa vào cách xác định ngưỡng của nó.

Cách đặt ngưỡng đầu tiên là đầu thu xác định ngưỡng thích nghi dựa vào tín hiệu

quang thu ở đầu vào. Do đó, phương pháp này gọi là phương pháp tự động điều

khiển ngưỡng ATC (Auto Threshold Control). Cách đặt ngưỡng thứ hai là đầu thu

xác định ngưỡng hoàn toàn dựa vào trường “preamble” trong gói dữ liệu thông qua

kỹ thuật tự động điều khiển hệ số khuếch đại AGC và giữ giá trị là hằng số trong

trường “payload”.



Hình 2.26–Cấu trúc bộ thu tín hiệu chế độ burst-mode

Hình 2.27 thể hiện sơ đồ khối của một IC khuếch đại chế độ burst-mode bao gồm

bộ khuếch đại giới hạn, đệm tín hiệu đầu ra và mạch ATC. IC này hoạt động do 1

nguồn +3.3V cung cấp. Mạch ATC gồm có : mạch xác định ngưỡng, mạch hồi tiếp

DC, mạch chia đôi và mạch “reset”. Như đã thấy đáp ứng của mạch ATC trong

hình 2.27, mạch xác định ngưỡng khi nhận được mức logic “1” ở đầu vào tín hiệu



thì mạch hồi tiếp DC sẽ giữ mức logic “0”. Mạch chia đôi sẽ đặt mức ngưỡng ở

giữa 2 mức tín hiệu trên. Để xóa tín hiệu đầu ra của mạch xác định ngưỡng, mạch

“reset” nhanh chóng xả điện tích thông qua tụ điện giữ mức đỉnh cùng với tín hiệu

“reset” được gửi tới. Như vậy, rõ ràng mạch ATC là mạch xác định đỉnh có độ

chính xác cao với đáp ứng nhanh và độ nhạy cao.

Bộ thu chế độ burst-mode yêu cầu khả năng hoạt động dưới một dải động rất

rộng, đáp ứng nhanh bắt đầu từ bit tín hiệu đầu tiên của gói dữ liệu đưa tới và xác

định được tín hiệu với tỉ số phân biệt rất thấp. Để có thể hoạt động đạt được những

yêu cầu trên, mạch tiền khuếch đại cần phải tự điều chỉnh hệ số khuếch đại theo

từng burst tức là hệ số khuếch đại lớn cho tín hiệu nhỏ và hệ số khuếch đại nhỏ cho

tín hiệu lớn. Trong cùng một thời điểm, mạch tiền khuếch đại burst-mode phải có

thể phân biệt được mức tín hiệu có hệ số phân biệt thấp với độ nhạy cao.

Nếu đầu vào là tín hiệu lớn nhưng có hệ số phân biệt thấp tới mạch tiền khuếch

đại AGC thông thường, dạng tín hiệu đầu ra sẽ bị phân cực lớn như hình 2.28a.

Biên độ tín hiệu ra sẽ bị hạn chế làm cho đầu thu khó có thể phân biệt được mức

logic “0” và “1” một cách phù hợp. Nhằm giải quyết vấn đề về sự hạn chế của tỉ số

phân biệt mức tín hiệu đầu ra, một khối AGC có khả năng điều khiển khuếch đại

biến đổi trở kháng cần được thêm vào từng tầng trong mạch phụ thuộc vào biên độ

tín hiệu đầu vào. Hình 2.28b là đáp ứng của khối AGC này cho tín hiệu burst có tỉ

số phân biệt thấp. Đường G1 trên hình vẽ là đáp ứng của bộ khuếch đại biến đổi trở

kháng cho tín hiệu lớn, đường G2 là đáp ứng cho tín hiệu nhỏ với hệ số khuếch đại

cao hơn so với trường hợp tín hiệu lớn. Để bảo đảm khuếch đại trong cùng một

tầng, mức logic “0” không thể lớn bằng mức logic “0” trong các bộ tiền khuếch đại

thông thường. Nhờ vậy, mạch này có khả năng phân biệt mức logic “0” và “1” một

cách thích hợp, cho phép đầu thu khôi phục lại tín hiệu burst với tỉ số phân biệt

thấp.



Hình 2.27–Sơ đồ khối của một IC tiền khuếch đại chế độ burst-mode

Hình 2.28–So sánh giữa mạch AGC thông thường và mạch AGC burst-mode

Hình 2.29a là hình dạng một bộ tiền khuếch đai AGC. Mạch này gồm một mạch

xác định mức nền BLD (Bottom Level Dectector), mạch điều khiển khuếch đại

GCC (Gain Control Circuit), mạch “reset” và một transistor FET nối song song với

điện trở hồi tiếp. Hình 2.29b là đáp ứng của từng khối với tín hiệu burst ở đầu vào.

BLD nhanh chóng xác định mức nền của tín hiệu sau tầng khuếch đại thứ ba và

mạch giữ trong BLD sẽ giữ lại mức tín hiệu này. Tùy theo mức tín hiệu này, mạch

GCC sẽ phát ra một điện áp không đổi trong suốt quá trình hoạt động của tầng này

để đưa tới điện áp cực cổng của FET (FET được nối song song với điện trở hồi tiếp

nhằm mục đích giảm trở kháng hồi tiếp). Khi dòng đầu vào IC tăng (do công suất



tín hiệu quang tới cao), điện áp cực cổng của FET tăng làm giảm biến đổi trở

kháng. Vì thế biến đổi trở kháng phụ thuộc vào dòng điện đầu vào. Khi tín hiệu

trong tầng thay đổi, một tín hiệu “reset” được phát ra tới BLD, đầu ra của mạch

GCC và mạch khuếch đại biến đổi trở kháng để chúng trở về trạng thái ban đầu. Kết

quả là tầng khuếch đại có dải động lớn mặc dù với tín hiệu có tỉ số phân biệt thấp.

Hình 2.29–Sơ đồ khối và nguyên tắc hoạt động của tầng tiền khuếch đại AGC

Tất cả các bộ thu được nói đến ở trên đều được ghép trực tiếp giữa các tầng giúp

cho chúng có đáp ứng nhanh và giảm sai sót với tín hiệu burst. Những thiết bị này

được xây dựng cho mạng BPON và GPON với đặc điểm định thời một cách chặt

chẽ. Có thể lấy ví dụ trong mạng GPON tốc độ dữ liệu 1,244Gbps với 32 bit bảo vệ

(25,6ns) được chỉ định cho thời gian laser bật và tắt, 44 bit trong trường “preamble”

(35,4ns) tại đầu mỗi gói burst chỉ định cho việc điều khiển khuếch đại và phục hồi

xung clock. Như đã biết trong mạng EPON, bộ thu có thời gian khởi động lên tới

400ns cho phép sử dụng mạch ghép AC cho những ứng dụng có thời gian đủ ngắn

cho phép. Khi mạch ghép AC được ứng dụng cho những mạch có hằng số thời gian

nhỏ làm cho mạch có đáp ứng rất nhanh với tín hiệu đầu vào. Hình 2.30 thể hiện sơ

đồ khối của 2 mạch thu quang chế độ burst-mode ghép AC và ghép DC. Trong

hình 2.30, mạch ghép AC gồm 1 tụ ngăn cách giữa 2 tầng liên tiếp, mạch tiền

khuếch đại tại đầu ra đã được phối hợp trở kháng và mạch khuếch đại giới hạn phối

hợp trở kháng đầu vào.



Hình 2.30–So sánh giữa đầu thu sử dụng mạch ghép AC và DC

Tóm lại, kiến trúc transceiver của mạng FTTH sử dụng chế độ truyền burst-mode

đã đẩy nhanh tốc độ truyền nhận dữ liệu. Thông qua việc thiết kế chi tiết các mạch

điều khiển laser, sử dụng ghép tầng trực tiếp DC, mạch xác định tín hiệu thích

nghi,… ; mạng FTTH có thể có tốc độ truyền nhận dữ liệu gấp nhiều lần kiến trúc

transceiver thông thường. Công nghệ mạch tổ hợp sẽ tiếp tục giúp tăng tốc độ của

kiến trúc này.



Chương III : MẠCH PHÁT VÀ LÀM SẮC XUNG CỰC NGẮN

Hiện nay, khi mạng FTTH đang ngày càng đẩy nhanh tốc độ truyền tải dữ liệu

(từ 1,25Gbps lên tới 10Gbps), việc tạo và làm sắc xung có sườn khoảng vài trăm ps

là vấn đề tất yếu xảy ra. Bên cạnh đó, hầu hết các linh kiện phát quang là LED và

laser đều bị hạn chế tốc độ bởi thời gian sống của hạt tải dẫn tới việc kéo dài sườn

xuống của xung quang. Điều này đã dẫn tới vấn đề cần phải thiết kế một máy phát

xung cực ngắn có sườn lên và xuống tầm cỡ từ vài chục tới vài trăm pico giây. Có

rất nhiều giải pháp được đưa ra giải quyết vấn đề này như sử dụng chuyển mạch

quang dẫn, sử dụng đường truyền phi tuyến NTLT hoặc sử dụng diode SRD,…

Trong đó, máy phát xung sử dụng diode SRD là một giải pháp đơn giản có giá

thành thấp nhất thỏa mãn được nhu cầu cần thiết này. Trong luận văn này, vấn đề

trên đã được giải quyết bằng cách sử dụng máy phát xung SRD với khả năng điều

chỉnh độ rộng xung dùng đường dây trễ ngắn mạch.

3.1. Step-recovery-time diode (SRD)

Diode SRD được tạo nên bằng cấu trúc gồm 2 chuyển tiếp p-i-n có đặc tính tương

tự như chuyển tiếp p-n thông thường. Tuy nhiên, đặc tính động của diode này rất

khác biệt nên tính chất này làm cho nó trở thành một ứng dụng rộng rãi trong các

chuyển mạch tốc độ cao.

3.1.1.Đặc tính lý tưởng của SRD

Tính chất độc đáo nhất của SRD là khả năng thay đổi một cách nhanh chóng trở

kháng của nó phụ thuộc vào lượng điện tích tích tụ trong nó. Quá trình tích tụ điện

tích xảy ra là kết quả của việc tái hợp những hạt tải thiểu số được tiêm vào thông

qua chuyển tiếp p-i-n dưới trường phân cực thuận. Dưới điều kiện phân cực thuận,

trở kháng của diode khá nhỏ (thường nhỏ hơn 1 Ohm). Ngay khi điện áp ngược đặt

vào diode, diode vẫn giữ nguyên giá trị trở kháng thấp cho tới khi điện tích tích tụ

tại tiếp giáp của nó được xả hết. Ngay tại thời điểm phóng hết điện tích, diode

chuyển trạng thái lập tức từ trở kháng thấp lên trở kháng cao và hoàn toàn chặn

dòng phân cực ngược đặt vào nó. Quá trình biến đổi trở kháng này xảy ra trong



khoảng thời gian ngắn hơn 1ns. Vì vậy, SRD được dùng trong những ứng dụng phát

xung có sườn cực ngắn (khoảng vài chục pico giây) hoặc sửa dạng những xung có

sườn biến đổi chậm.

Hình 3.1-Hình ảnh SRD diode

Điện tích tích tụ dưới điện áp phân cực thuận được tính toán bằng cách giải

phương trình phân bố điện tích :

( ) dQ Qi tdt τ

= + với Q>0 [3.1]

Trong đó i(t) là dòng điện tức thời chạy qua diode, Q là lượng điện tích tích tụ trong

chuyển tiếp và τ là thời gian sống của hạt tải thiểu số của diode. Trong trường hợp

dòng tích tụ không thay đổi, điện tích tích tụ được cho bởi công thức : /(1 )Ft

F FQ I e ττ −= − [3.2]

Trong đó QF là điện tích tích tụ tại chuyển tiếp, IF là dòng điện phân cực thuận và tF

là khoảng thời gian điện áp phân cực thuận đặt lên diode. Khi dòng phân cực ngược

chạy trên diode không đổi thì thời gian để diode xả hết điện tích là : /(1 )ln 1

FtS F

R

t I eI

τ

τ

−⎡ ⎤−= +⎢ ⎥⎣ ⎦

[3.3]

Trong đó : tS là khoảng thời gian cần thiết để xả hết điện tích tích tụ bởi dòng IF

bằng dòng phân cực ngược IR.

3.1.2.Đặc tính thực tế của SRD

Với diode SRD trong thực tế, cần phải kể tới sự xuất hiện của các thông số ký

sinh khi đóng vỏ. Điều đó được thể hiện thông qua sự khác biệt giữa dạng sóng tín



hiệu ra của diode lý tưởng và diode thực tế như hình 3.2. Để mô hình hóa đặc tính

động thực tế của diode SRD, mạch tương đương được thể hiện như hình 3.3.

Thông số ký sinh đầu tiên ảnh hưởng tới tín hiệu ra là điện trở động của diode gây

ra sự sụt đỉnh của tín hiệu ra trên diode dưới điều kiện phân cực thuận :

F F SV I Rφ= + [3.4]

Trong đó VF là điện áp sụt trên diode, φ là rào thế của chuyển tiếp (0,7÷0,8V) và

RS là điện trở động của diode. Điện áp sụt được thể hiện rõ trên hình 3.2 ở dạng tín

hiệu ra trước mạch sửa dạng xung.

Hình 3.2-Đặc tuyến động lý tưởng và không lý tưởng của diode SRD

Hình 3.3-Mạch tương đương của diode SRD



Thông số ký sinh thứ hai ảnh hưởng tới tín hiệu ra là điện cảm ký sinh của diode

(do quá trình đóng vỏ) tạo ra những đỉnh nhọn trên xung tín hiệu bởi sự thay đổi

nhanh của dòng phân cực ngược chạy qua điện cảm ký sinh. Điện áp gây ra bởi

điện cảm này được tính theo công thức :

ax

( ax) = L dL P

m

diV mdt

⎡ ⎤⎢ ⎥⎣ ⎦

[3.5]

Trong đó : VL là điện áp cực đại của các đỉnh xung nhọn, LP là điện cảm đóng vỏ.

Giá trị của các đỉnh xung nhọn này sẽ giảm đi bằng cách sử dụng những phương

pháp đóng vỏ có thông số ký sinh thấp hơn. Trong luận văn này sử dụng diode

SMMD840 có điện cảm đóng vỏ khoảng 2nH. Các thông số này được cho bởi

datasheet trong phần phụ lục.

Một hiện tượng khác quan sát được trên xung hình 3.2 là việc xung tín hiệu bị

dâng mức nền. Điện áp này xuất hiện do thành phần dòng phân cực ngược chạy qua

điện trở động RS của diode trong suốt quá trình tích tụ của diode. Điện áp này được

xác định bởi :

( )P F R SV I I R= + [3.6]

Trong đó VP là điện áp dâng mức nền. Thông thường, giá trị của điện áp này rất nhỏ

khoảng 0,16V. Hiện tượng này có thể bỏ qua đối với mạch chỉnh dạng xung có biên

độ lớn.

Thông số ký sinh cuối cùng gây ảnh hưởng tới tín hiệu ra là điện dung ký sinh CP

của quá trình đóng vỏ linh kiện. Điện cảm ký sinh LP và điện dung ký sinh CP này

gây ra hiện tượng dao động “damping” của SRD. Hiện tượng này có thể khắc phục

bằng cách chọn lựa SRD có thông số đóng vỏ thấp.

3.1.3.Thời gian chuyển tiếp của SRD

Thời gian chuyển trạng thái lên của SRD được xác định bằng thời gian diode thay

đổi trở kháng của nó trong mạch. Thông số này phụ thuộc vào việc thiết kế diode,

mạch ngoài và mật độ điện tích tích tụ trong diode. Thời gian lên của diode là sự

kết hợp của 2 thành phần xác định theo công thức : 2 2

r t RCt t t= + [3.7]



Trong đó tt là thời gian lên của diode do quá trinh nội tại trong nó (thông số này

được cho bởi nhà sản xuất; trong luận văn này sử dụng diode có tt là 70ps) và tRC là

thời gian lên của mạch điều khiển diode phụ thuộc vào điện dung phân cực ngược

của diode CVR ( gồm điện dung tiếp giáp Cj song song với điện dung đóng vỏ CP)

của SRD. Trong trường hợp sườn xung tính từ 10%-90% biên độ, tRC được tính

theo công thức :

tRC = 2,2ReqCVR [3.8]

còn nếu tính từ 20% tới 80% biên độ thì được tính theo công thức :

tRC = 1,4 ReqCVR [3.9]

Trong đó Req là điện trở tương đương của điện trở của nguồn mắc song song với

điện trở của tải.

3.2.Thiết kế mạch phát và làm sắc xung cực ngắn

3.2.1.Nguyên lý thiết kế

Mạch phát xung sử dụng SRD thông thường chỉ có thể sửa dạng xung hoặc phát

xung có một sườn nhanh mà không thể thay đổi độ rộng của xung. Để có thể tạo ra

xung có độ rộng thay đổi được, mạch sử dụng phương pháp như hình 3.4.

Hình 3.4-Mạch nguyên lý

Trong hình trên, mạch gồm nguồn phát tín hiệu có trở kháng 50Ω. Nguồn phát có

thể phát xung hình sin hoặc xung vuông. Mạch gồm diode SRD, đường dây trễ có

độ dài Ld và tải 50Ω.

Nguyên lý hoạt động của mạch :

Trên hình vẽ 3.5 dưới đây minh họa xung tín hiệu sau SRD sử dụng máy phát

xung 2 cực tính (hoặc có thể sử dụng máy phát tín hiệu hình sin). Tại nửa chu kỳ



đầu, SRD phân cực thuận, điện tích được tích tụ tại SRD và lúc này chưa có điện áp

ra trên tải. Dòng phân cực thuận IF sẽ tích tụ điện tích tại lớp I của chuyển tiếp p-i-n

trong khoảng thời gian tF. Tại nửa chu kỳ sau, điện áp đặt vào SRD chuyển xuống

âm, SRD phân cực ngược. Ngay tức thời, SRD xả hết điện tích tích tụ ra đường

truyền tạo ra xung có dạng như hình vẽ.

Hình 3.5-Dạng xung tạo ra sau khi qua diode SRD

Nhìn từ phía tải, xung này chia thành 2 xung tại điểm nối tiếp giữa đường truyền

và đường dây ngắn mạch Ld : một xung truyền dọc theo đường truyền chính nối tiếp

tải tới cửa ra, một xung truyền dọc theo đường truyền ngắn mạch.

Theo nguyên lý đường truyền siêu cao tần, hệ số phản xạ của một đường truyền

ngắn mạch là :

0

0

0 50= 10 50

L

L

Z ZZ Z

− −Γ = = −+ +

[3.10]



Từ công thức 3.10 có thể thấy được xung phản xạ từ đường truyền ngắn mạch có

cực tính ngược với xung phát ra và được truyền trở lại đường truyền chính sau một

khoảng thời gian rồi kết hợp với xung trên đường truyền chính tạo thành xung phát

ra trên tải. Lúc này, đường truyền ngắn mạch có vai trò như một đường trễ với

khoảng thời gian trễ giữa 2 xung truyền trên đường truyền chính là :

2 dd

p

Ltv

= [3.11]

Trong đó vp là vận tốc truyền sóng trên đường truyền ngắn mạch được tính theo

công thức 3.12

pcvε

= [3.12]

Trong đó ε là hằng số điện môi của môi trường truyền sóng.

Hình 3.6 là hình ảnh 2 xung truyền trên đường truyền chính kết hợp lại tạo thành

một xung có sườn lên và xuống bằng thời gian chuyển tiếp giữa 2 trạng thái của

diode SRD; độ rộng xung bằng chính thời gian trễ truyền sóng tdelay trên đường

truyền ngắn mạch (tại sau điểm nối giữa đường truyền chính và đường truyền ngắn

mạch). Xung phản xạ có cực tính ngược với xung phát ra và có biên độ thấp hơn

xung truyền thẳng do suy hao trên đường truyền ngắn mạch.

Hình 3.6-Hình ảnh tổng hợp của 2 xung tới tải



3.2.2.Thiết kế mạch phát và làm sắc xung cực ngắn

Để có thể tạo ra xung có độ rộng thay đổi được, đường dây trễ sử dụng trong

mạch thiết kế dùng cáp semi-rigid để tạo thành đường truyền phản xạ có thể thay

đổi được chiều dài.

Do xung yêu cầu thiết kế có độ rộng khoảng vài ns đồng thời có sườn dốc (vài

trăm ps) nên tất cả linh kiện sử dụng đều có dải thông rộng đồng thời sử dụng linh

kiện lắp ráp bề mặt. Mạch in thiết kế sử dụng đường truyền microstrip trên đế điện

môi CGP-500 BF-6012 có dải thông tới 18GHz (chi tiết xem phần phụ lục). Cáp

semi-rigid dùng làm đường truyền ngắn mạch cũng có dải thông khoảng 18GHz,

các đầu nối tới máy phát xung 2 cực tính (máy phát tín hiệu hình sin) và cổng ra

đều sử dụng connector SMA. Diode SRD sử dụng trong mạch SMMD840 (dạng 2

chân) có thời gian sống của hạt tải thiểu số là T = 10ns cho phép máy phát xung có

tần số nhịp lên tới 100MHz, sườn xung tạo ra có thời gian lên và xuống khoảng

70ps (thông số này thể hiện thời gian chuyển trạng thái của SRD thường được hãng

sản xuất cung cấp). Diode Schottky sử dụng trong mạch là diode HSMS8101 có

điện áp ngưỡng khoảng 0,35V (cần chọn điện áp ngưỡng của Schottky càng thấp

càng tốt ta sẽ được lợi về biên độ xung đầu ra do sụt áp trên Schottky).

Sơ đồ mạch thiết kế :

Hình 3.7-Mạch phát và làm sắc xung cực ngắn



Trong sơ đồ trên, connector SMA đầu vào được nối với máy phát xung 2 cực tính

hoặc máy phát xung hình sin có tần số nhịp dưới 100MHz. Điện trở R1 và R3 là 2

điện trở ổn định trở kháng vào và ra của mạch được chọn giá trị là 50Ω. Tụ C1 là

tụ ngăn tầng giữa tầng ra và tầng vào mạch. Diode Schottky được nối tiếp sau SRD

và đường dây trễ nhằm mục đích cắt đi những xung nhọn âm (do quá trình cộng 2

xung) tạo dạng cho xung ở ngõ ra trên tải. Điện áp Vbias được sử dụng sau tụ C1 để

tạo điện áp phân cực cho xung tín hiệu đầu ra. Như đã trình bày ở trên, khi phát

laser điện áp đặt trên nó phải vượt qua giá trị ngưỡng Vthreshold thì laser mới phát

xung quang. Vì vậy, tại đầu ra đặt Vbias gần tới Vthreshold nhằm mục đích giảm thời

gian trễ khi phát xung quang tại tầng driver phía sau. Tụ C2 được dùng để lọc tín

hiệu 1 chiều phân cực cho mạch, điện trở R1 và L1 mắc nối tiếp với Vbias tạo điện

áp phân cực. Điện cảm L1 được dùng để chặn tín hiệu cao tần dội ngược về phía

nguồn 1 chiều. Cổng ra sử dụng connector SMA để nối trực tiếp tới tầng điều khiển

laser.

Trong thiết kế mạch ta chọn ZL>> Z0 = 50Ω thì càng tốt giảm tín hiệu cao tần

phản xạ ngược về nguồn nên tại tần số 10GHz, ZL chọn khoảng vài chục kΩ trở lên

hay nói cách khác L ta chọn khoảng vài chục µH. Tụ C1 làm nhiệm vụ ngăn cách

tín hiệu một chiều giữa tầng vào và ra nằm nối tiếp trên đường truyền nên thường

chọn giá trị trở kháng khá nhỏ để giảm phản xạ do sự biến đổi trở kháng khi tụ C1

nối tiếp trên đường truyền (ZC1 nt Z0). Trong mạch thiết kế chọn giá trị tụ C1 có trở

kháng dưới mΩ tại tần số 10GHz đảm bảo tầng ra phối hợp trở kháng 50Ω.

Tính toán đường truyền mạch vi dải :

Đường truyền mạch vi dải là loại đường truyền sóng phẳng được dùng phổ biến

nhất hiện nay bởi nó dễ dàng thiết kế và thực hiện thông qua công nghệ làm mạch

in thông thường. Đồng thời, mạch vi dải dễ dàng tổ hợp với các linh kiện tích cực

và thụ động lắp ráp bề mặt. Đường truyền vi dải gồm 1 dải dẫn có độ rộng W được

in trên đế điện môi có độ dày h và hằng số điện môi εr.



Hình 3.8-Đường truyền mạch vi dải

Do tính chất không đồng nhất của đường truyền vi dải (một mặt tiếp xúc với đế

điện môi, một mặt tiếp xúc với không khí) nên mode sóng truyền trên đường truyền

vi dải không phải là mode sóng TEM lý tưởng do một phần trường truyền trong môi

trường không khí. Do đó, sóng truyền trên đường truyền mạch vi dải là sóng quasi-

TEM và các thông số đường truyền được tính toán gần đúng bằng những công thức

thực nghiệm dưới đây.

Vận tốc pha của sóng :

pe

cvε

= [3.13]

Trong đó εe là hằng số điện môi tương đương của mạch vi dải được tính theo hằng

số điện môi của đế ε bởi công thức sau :

1 1 12 2 121

e Xh

W

ε εε + −= ++

[3.14]

Trở kháng của đường truyền vi dải được tính theo công thức :

060 8ln

4e

d WZW dε⎡ ⎤= +⎢ ⎥⎣ ⎦

với W/d ≤1 [3.15]

[ ]0120

/ 1.393 0.667 ln( / 1.444)e

ZW d W d

πε

=+ + +

với W/d ≥1 [3.16]

Trong trường hợp đã biết trở kháng đặc tính của đường truyền Z0 và hằng số điện

môi của đế ε thì tỉ số W/d được tính bởi công thức sau :

2

82

A

A

eWd e=

− với W/d< 2 [3.17]



2 1 0.611 ln(2 1) ln( 1) 0.392

W B B Bd

επ ε ε⎡ − ⎤⎧ ⎫= − − − + − + −⎨ ⎬⎢ ⎥⎩ ⎭⎣ ⎦

với W/d> 2 [3.18]

Trong đó :

0 1 1 0.11(0.23 )60 2 1ZA ε ε

ε ε+ −= + +

+ [3.19]

0

3772

BZ

πε

= [3.20]

Trong đường truyền siêu cao tần, trở kháng sóng của đường truyền thường là

Z0=50 Ohm. Dựa vào thông số đế điện môi và công thức 3.17 ÷ 3.20 ta tính được

độ rộng của đường truyền (thiết kế cho tần số 10GHz) là :

W = 1.323(mm)

Trong thiết kế, để giảm suy hao do trở kháng bề mặt của lớp dẫn , mạch thiết kế

phải thêm ma trận lỗ khoan như hình vẽ 3.10 đồng thời nhằm giảm suy hao truyền

sóng trong không khí của đường truyền mạch vi dải cần thiết kế các đường GND

sát với đường truyền tín hiệu gần nhất có thể được.

Dưới đây là hình ảnh máy phát xung và layout mạch thiết kế :

Hình 3.9-Hình ảnh mạch phát xung cực ngắn



Hình 3.10-Hình ảnh mạch in layout

3.2.3.Kết quả thực nghiệm

Dưới đây là kết quả thực nghiệm đo đạc xung tín hiệu tại đầu ra với độ rộng thay

đổi được từ 4ns tới 500ps được dùng dao động ký sampling 3S1 Tektronic tần số

1GHz.

Hình 3.11- Xung độ rộng 4ns, sườn xung 1ns



Hình 3.12- Xung độ rộng 500ps, sườn xung 500ps



Chương IV : ỨNG DỤNG CỦA MẠCH PHÁT VÀ LÀM SẮC XUNG CỰC NGẮN

4.1.Ứng dụng của máy phát xung cực ngắn

Máy phát xung cực ngắn được thiết kế để sử dụng trong mạch điều khiển laser

và LED nhờ khả năng thay đổi được độ rộng xung và xung có sườn lên và xuống

chỉ trong khoảng vài chục tới vài trăm ps. Mạch phát xung này được đặt trước tầng

driver cho LED và laser nhằm nâng tốc độ truyền dữ liệu lên tới 1,23Gbps sử dụng

2 IC driver MAX3966 dùng cho LED và MAX3996 dùng cho laser (chi tiết tại

phần phụ lục).

4.2.Một số ứng dụng phát triển của mạch phát xung cực ngắn

Ngoài những ứng dụng trong thông tin quang, mạch phát xung SRD còn được sử

dụng trong rất nhiều các lĩnh vực khác nhau.

4.2.1.Ứng dụng trong hệ thống UWB

Ngày nay, mạng thông tin không dây đang phát triển mạnh mẽ và liên kết không

dây cũng đang chiếm một vai trò quan trọng trong hầu hết các lĩnh vực thông tin.

Các mạng WLAN, WPAN và mạng ad-hoc được xây dựng ở khắp mọi nơi. Sự phát

triển của hệ thống mạng không dây dựa trên nền tảng của kỹ thuật UWB. Kỹ thuật

UWB là đưa ra những giải pháp sử dụng hiệu quả hơn vùng phổ vô tuyến có sẵn mà

không cần phải tìm kiếm một vùng phổ mới. Kỹ thuật UWB đã được tổ chức FCC

phát triển dành cho những liên kết vô tuyến.

Xuất phát từ công thức Shanon :

2log (1 )C B SNR= + [4.1]

Trong đó C là dung lượng của đường truyền, B là dải thông của đường truyền và

SNR là tỉ số tín hiệu/tạp âm. Rõ ràng là với dải thông của tín hiệu phát càng rộng

thì chỉ cần SNR nhỏ hay nói cách khác là công suất phát rất thấp mà vẫn đảm bảo

chất lượng của đường truyền. Vì vậy, hệ thống UWB được xây dựng với khả năng

cung cấp dải thông rất rộng (tối thiểu là 500MHz) mà công suất phát chỉ khoảng

-2dBm. Mạch phát xung UWB trở thành một đề tài rất hấp dẫn trong lĩnh vực radar

và truyền thông tốc độ cao. Hệ thống UWB yêu cầu dạng tín hiệu phát ra phải có



dạng bước xung hoặc các xung vuông có độ rộng cỡ từ 1÷ 10ns và sườn xung khá

dốc. Như vậy ta có thể thấy mạch phát xung SRD đóng vai trò quan trọng trong lĩnh

vực UWB với khả năng thay đổi độ rộng xung và cho phép sườn xung lên tới vài

chục ps.

4.2.2.Ứng dụng trong hệ thống radar định vị

Trong hệ thống radar định vị, nhằm mục đích xác định chính xác vị trị của

chướng ngại vật, radar phát ra một xung vào môi trường không gian. Thông qua

việc đo thời gian tín hiệu phản xạ và quay ngược lại trở về phía phát mà có thể xác

định chính xác khoảng cách của chướng ngại vật. Xung phát ra từ radar thường là

một xung đơn hình sin có chu kỳ rất ngắn. Xung phát ra càng ngắn càng nâng cao

độ chính xác của radar. Việc phát xung đơn hình sin có chu kỳ rất ngắn được tạo ra

dựa trên phương pháp sử dụng diode SRD và đường dây ngắn mạch [19].

Qua đó, ta có thể thấy trong lĩnh vực radar định vị, mạch phát xung cực ngắn

SRD là giải pháp rẻ tiền nhất thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật được đặt ra.



KẾT LUẬN CHUNG Sau thời gian thực tập và làm việc, đồ án “Hệ thống FTTH(Fiber-to-the-Home)

Gigabits/s” đã hoàn thành đúng tiến độ đặt ra. Mạch phát và làm sắc xung cực ngắn

là bước đi đầu tiên để phát triển mạch phát laser tốc độ cao ứng dụng trong mạng

FTTH. Mạch có khả năng phát xung có sườn từ 100 ÷ 500 ps với độ rộng xung có

thể điều chỉnh được theo yêu cầu sử dụng. Mạch phát và làm sắc xung này không

chỉ ứng dụng trong việc thiết kế transceiver cho modem quang trong mạng FTTH

mà còn có nhiều ứng dụng khác trong hệ thống UWB và radar.

Trong quá trình thực hiện đồ án, bản thân em đã thu nhận được một số kết quả

sau :

- Tìm hiểu về mạng FTTH và kiến trúc transceiver trong ONU và OLT

- Cấu trúc và công nghệ thiết kế các linh kiện quang điện tử

- Tìm hiểu diode SRD và ứng dụng của nó

- Tính toán và thiết kế mạch siêu cao tần dùng mạch vi dải

- Biết cách lựa chọn linh kiện siêu cao tần và đo đạc

- Tìm hiểu những vấn đề liên quan tới mạch làm sắc xung và phát xung cực

ngắn

Do thời gian có hạn và khối lượng công việc khá lớn cùng hạn chế bởi khả năng

của bản thân nên trong đồ án này chưa hoàn thành mạch phát laser tốc độ từ

1,25Gb/s tới 2,5Gb/s cùng thiết kế mẫu transceiver ứng dụng cho mạng FTTH. Hi

vọng trong thời gian tới em có thể tiếp tục hướng phát triển này cùng một số ý

tưởng ứng dụng khác tiếp tục kết quả của đồ án này.



TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. http://www.infocellar.com/networks/new-tech/PON/PON-real.htm, truy cập

cuối cùng ngày 23/02/2009

[2]. http://www.cs.cmu.edu/afs/andrew.cmu.edu/usr9/sirbu/www/pubs/FITL/tprc

6.html , truy cập cuối cùng ngày 23/02/2009

[3]. http://vntelecom.org/diendan/, truy cập cuối cùng ngày 23/02/2009

[4]. Josep Prat, Next-Generation FTTH Passive Optical Network, Springer Press,

2008

[5]. Quang Minh, Công nghệ và chuẩn hóa mạng quang thụ động

[6]. IEEE Standard for Information Technology, IEEE 802.3ah Ethernet in the

First Miles Task Force, D3.3, April 19,2004

[7]. ITU-T Rec.G.983.1, Study Group 15, “Broadband optical access based on

passive optical network”, Oct.1998

[8]. ITU-T Rec.G.984.2, “Gigabit-capable passive optical network (GPON) :

physical media dependant (PMD) layer specification ”, Mar.2003

[9]. W.Huang, X.Li, C.Xu, X.Hong, C.Xu and W.Liang, “Optical transceivers

for fiber-to-the-premises application : System requirement and enabling

technologies”, J.Lightwave Technol, vol.25, pp.11-27, 2007

[10]. X.Z.Qui, P.Ossieur, J.Bauwelinck, Y.C.Yi, D.Verhulst, J.Vandewege, B.De

Vos and P.Solina, “Development of G-PON upstream physical media

dependent prototypes”, J.Lightwave Technol, vol.22, pp.2498-2508,

Nov.2007

[11]. Y.Chang and G.Noh, “1,25Gb/s uplink burst mode tranmissions : System

requirement and optical diagnostic challenges of EPON physical-layer

chipset for enabling broadband optical Ethernet access network”,

OFC/NFOEC’06 Paper JThB84

[12]. http://en.wikipedia.org/wiki/FTTH, truy cập cuối cùng ngày 23/02/2009

[13]. http://en.wikipedia.org/wiki/Hybrid_Fibre_Coaxial, truy cập cuối cùng ngày

23/02/2009



[14]. http://en.wikipedia.org/wiki/Switched_digital_video, truy cập cuối cùng

ngày 23/02/2009

[15]. Cedric F.Lam, Passive Optical Network: Principle and Practice, Academic

Press, 2007

[16]. Govind P.Agrawal, Fiber-Optics Communication System, Wiley Series in

Microwave and Optical Engineering, 2002

[17]. J.S.Lee, C.Nguyen, “Uniplanar picosecond pulse generator using step

recovery-time diode”, Electronic Letter, Vol.37, No.8, April 2001, pp.504-

506.

[18]. Hewlett Packard, “Pulse and Waveform Generation with Step Recovery

Diode”, Application Note 918, California/USA, October 1986.

[19]. Jeong Soo Lee, Cam Nguyen and Tom Scullion, “New Uniplanar

Subnanosecond Monocycle Pulse Generator and Transformer for Time-

Domain Microwave Application”, IEEE Transaction on Microwave Theory

and Technique, Vol.49, No.6, June 2001, pp.1126-1129

[20]. David M.Pozar, Microwave Engineering, John Wiley & Sons, 1998

[21]. Gerd Keiser, FTTX Concepts and Applications, John Wiley & Sons,

[22]. www.alldatasheet.com truy cập lần cuối cùng ngày 12/05/2009



BẢNG ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ ANH-VIỆT

Active component Thiết bị chủ động

Active Optical Network Mạng quang tích cực

Auto Power Control Tự động điều khiển công suất

Bragg grating Cách tử Bragg

Central Office Tổng đài

Coupler Bộ ghép

Dynamic Bandwidth Allocation Giao thức phân phối băng thông động

Falltime Sườn xuống

Guard time Khoảng thời gian bảo vệ

IP convergence Tính hội tụ IP

Lasing threshold Ngưỡng phát laser

Multipoint Control Protocol Data Unit Giao thức điều khiển truy nhập điểm-đa

điểm

Network Element Phần tử mạng

Operation Administration and

Maintenance

Bộ phận khai thác, quản lý và bảo dưỡng

Optical Line Terminal Thiết bị kết cuối kênh quang

Optical Network Terminal Kết nối mạng quang

Passive Optical Network Mạng quang thụ động

Point-to-Point Giao thức điểm-điểm

Risetime Sườn lên

Service Level Agreement Chức năng thỏa thuận mức dịch vụ

Splitter Bộ chia quang

Transceiver Bộ thu-phát

Transimpedance Amplifier Bộ khuếch đại truyền trở kháng



PHỤ LỤC

Dưới đây là các thông số kỹ thuật của đế mạch in, diode SRD, diode Schottky và

IC driver cho LED và laser

do an tot nghiep-duong quang ha

Documents