HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA VIỄN THÔNG I
ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài: “ỨNG DỤNG OFDM TRONG MẠNG TRUY
NHẬP QUANG THẾ HỆ SAU”

Người hướng dẫn : TS. NGUYỄN ĐỨC NHÂN
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN TIẾN HIỆP
Lớp : D08-VT1

Người hướng dẫn : TS. NGUYỄN ĐỨC NHÂN
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN TIẾN HIỆP
Lớp : D08-VT1
Khoá : 2008 - 2013
Hệ : ĐHCQ

Hà Nội, tháng 12 /2012.
Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời nói đầu
GVHD: TS. Nguyễn Đức Nhân SVTH: Nguyễn Tiến Hiệp – D08VT1
LỜI NÓI ĐẦU
Xã hội ngày càng phát triển với sự lớn mạnh không ngừng của các tổ chức kinh tế
như: ngân hàng, công ty, doanh nghiệp, tổ chức,… cùng với sự phát triển nhanh chóng
của các khu vực kinh tế như: khu công nghiệp, khu thương mại, các chung cư cao tầng,…
đã tạo ra nhu cầu vô cùng lớn trong việc sử dụng các dịch vụ về thoại, dữ liệu và hình
ảnh. Ngoài ra, các ứng dụng trên Internet ngày càng phong phú và phát triển với tốc độ
nhanh như các dịch vụ thanh toán trực tuyến, game online, các dịch vụ từ xa,… Đặc biệt
nhu cầu về các loại dịch vụ tích hợp thoại, hình ảnh và dữ liệu ngày càng gia tăng. Sự
phát triển của các loại hình dịch vụ mới đòi hỏi hạ tầng mạng truy nhập phải đáp ứng các
yêu cầu về băng thông rộng, tốc độ truy nhập cao. Công nghệ truy nhập với phương tiện
là cáp đồng xDSL tuy đã được triển khai rộng rãi nhưng hạn chế về tốc độ và cự ly truyền
dẫn không đáp ứng được yêu cầu dịch vụ trong tương lai. Vì vậy, việc nghiên cứu các xu

Mặc dù đã rất cố gắng để hoàn thành tốt nhưng do vẫn còn hạn chế về kỹ năng,
kiến thức chuyên môn cũng như thực tế nên chắc chắn đồ án của em vẫn còn nhiều thiếu
sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của thầy, cô để đồ án của em được tốt
hơn.
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Tiến Hiệp

Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời cảm ơn
GVHD: TS. Nguyễn Đức Nhân SVTH: Nguyễn Tiến Hiệp – D08VT1
LỜI CẢM ƠN
Lời cảm ơn đầu tiên em xin được gửi đến các thầy cô tại khoa Viễn Thông I cũng
như ở trường Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông đã dạy dỗ em trong suốt
những năm tháng học tập tại Học Viện, cung cấp những kiến thức nền tảng vô cùng quan
trọng. Đặc biệt, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến thầy giáo – TS. Nguyễn Đức
Nhân, người đã trực tiếp hướng dẫn, cung cấp các kiến thức và tài liệu cần thiết, giúp đỡ
và chỉ dạy tận tình để em có thể hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này.
Xin gửi lời cảm ơn tới những người bạn tuyệt vời, những thành viên của nhóm
ProTeam – lớp D08VT1 đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình tìm hiểu và hoàn thành
đồ án này.
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến những người thân trong gia đình em, đặc
biệt là Mẹ em, vì trong thời gian qua Mẹ đã luôn động viên, tạo mọi điều kiện sinh hoạt
tốt nhất giúp con hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp.
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Tiến Hiệp
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục
GVHD: TS. Nguyễn Đức Nhân SVTH: Nguyễn Tiến Hiệp – D08VT1
MỤC LỤC

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG 1


Xu hướng phát triển của mạng truy nhập quang giai đoạn sau 14

2.2.1. Giới thiệu chung 14
2.2.2. Mạng toàn quang 15
2.2.3. Mạng truy nhập quang 17
2.3.

Một số kỹ thuật mới được áp dụng cho mạng truy nhập 21

2.3.1. TDM-PON 21
2.3.2. WDM-PON 22
2.3.3. CDM 24
2.3.4. OFDM-PON 26
2.4. Kết luận 26

CHƯƠNG III: KỸ THUẬT OFDM 27

3.1.

Tổng quan về OFDM 27

3.1.1. Các nguyên lý cơ bản của OFDM 27
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục
GVHD: TS. Nguyễn Đức Nhân SVTH: Nguyễn Tiến Hiệp – D08VT1
3.1.2. Mô hình hệ thống truyền dẫn OFDM 29
3.1.3. Các thông số đặc trưng của hệ thống OFDM 31
3.1.4. Các kỹ thuật điều chế trong OFDM 34
3.1.5. Ưu nhược điểm của OFDM 38
3.2.



Mô phỏng và kết quả 57

4.3.1.

Xây dựng mô hình mô phỏng
57
4.3.2.

Kết quả mô phỏng
60
4.4.

Kết luận 67

KẾT LUẬN CHUNG 68

HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỒ ÁN 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70
Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục bảng biểu, hình vẽ
GVHD: TS. Nguyễn Đức Nhân SVTH: Nguyễn Tiến Hiệp – D08VT1
DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ
Bảng 1.1: So sánh các giải pháp mạng PON 10
Bảng 1.2: So sánh giữa AON và PON 10

Bảng 3.1: Các kỹ thuật điều chế trong OFDM 34

GVHD: TS. Nguyễn Đức Nhân SVTH: Nguyễn Tiến Hiệp – D08VT1
Hình 4.5: Chùm tín hiệu 16-QAM 48
Hình 4.6: Chùm tín hiệu M-QAM 48
Hình 4.7: Sơ đồ bộ điều chế QAM 49
Hình 4.8: Nguyên lý bộ điều chế 16-QAM 49
Hình 4.9: Sơ đồ bộ giải điều chế QAM 50
Hình 4.10: Bộ IFFT và FFT 50
Hình 4.11: Cấu trúc bộ phát quang 52
Hình 4.12: Cấu trúc bộ điều chế quang Mach-Zenhder 53
Hình 4.13: Cấu trúc bộ thu quang 54
Hình 4.14: Tách sóng coherent homodyne 55
Hình 4.15: Cấu trúc bộ khuếch đại EDFA 57
Hình 4.16: Sơ đồ nguyên lý hệ thống OFDM trong mạng PON 59
Hình 4.17: Bộ Data User 1 60
Hình 4.18: Bộ Subsystem_1 60
Hình 4.19: Bộ Coherent Detection 60
Hình 4.20: Chòm sao tín hiệu phát 61
Hình 4.21: Chòm sao tín hiệu phía thu 61
Hình 4.22: Biểu đồ mắt tín hiệu phía thu 61
Hình 4.23: Chòm sao tín hiệu thu với R
b
=1Gbps 62
Hình 4.24: Biểu đồ mắt tín hiệu thu với R
b
=1Gbps 62
Hình 4.25: Chòm sao tín hiệu thu với R
b
=5Gbps 62
Hình 4.26: Biểu đồ mắt tín hiệu thu với R
b

Hình 4.40: Biểu đồ mắt tại máy thu với L=150km 65
Hình 4.41: Dạng tín hiệu phát với L=100km 66
Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục bảng biểu, hình vẽ
GVHD: TS. Nguyễn Đức Nhân SVTH: Nguyễn Tiến Hiệp – D08VT1
Hình 4.42: Dạng tín hiệu và nhiễu tại máy thu với L=100km 66
Hình 4.43: Dạng tín hiệu phát với L=120km 66
Hình 4.44: Dạng tín hiệu và nhiễu tại máy thu với L=120km 66
Hình 4.45: Dạng tín hiệu phát với L=150km 66
Hình 4.46: Dạng tín hiệu và nhiễu tại máy thu với L=150km 66 Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt
GVHD: TS. Nguyễn Đức Nhân SVTH: Nguyễn Tiến Hiệp – D08VT1
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt
ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số bất đối
xứng
AF Adaption Function Khối chức năng tự thích nghi
AON Aactive Optical Network Mạng quang chủ động

ASON Automatically Switched Optical Network Mạng quang chuyển mạch tự
động
CATV CAble TeleVision Truyền hình cáp
CM Cable Modem Modem cáp
CO Central Office Trạm trung tâm
CWDM Coarse Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bước sóng mật
độ thấp
DAC Digital Analog Converter Bộ chuyển đổi số vào tương tự
DP Distribution Point Điểm phân phối
DSLAM Digital Subscriber Line Access Module Khối truy nhập đường dây

RAU Remote Antena Unit Khối anten đầu xa
RoF Radio Over Fiber Truyền thông sóng vô tuyến
qua sợi quang
SNI Service Network Interface Giao diện nút dịch vụ
UNI User Network Interface Giao diện người sử dụng mạng
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương I: Tổng quan về mạng truy nhập quang
SVTH: Nguyễn Tiến Hiệp Trang 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG
Theo quan điểm truyền thống, mạng truy nhập quang là toàn bộ hệ thống thiết bị
quang và đường truyền dẫn là sợi quang nằm giữa tổng đài và thiết bị đầu cuối vủa khách
hàng, thực hiện chức năng truyền dẫn thiết bị và có kết nối trực tiếp đến người sử dụng.
Một mạng truy nhập quang có thể sử dụng các công nghệ truy nhập quang khác nhau. Ta
có thể phân loại công nghệ truy nhập quang thành hai loại là công nghệ truy nhập quang
chủ động (AON) và công nghệ truy nhập quang thụ động (PON) hoặc phân loại dựa trên
vị trí của cáp quang tham gia trong mạng truy nhập thành các mạng truy nhập quang
FTTx khác nhau.
1.1. Cấu hình và các thành phần mạng
1.1.1. Cấu hình mạng truy nhập quang

Hình 1.1: Cấu hình tham chiếu của mạng truy nhập quang
Cấu hình tham chiếu của mạng truy nhập quang được thể hiện trong hình 1.1 với 4
module cơ bản sau:
 Đầu cuối đường quang (OLT)
 Mạng phối dây quang (ODN)
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương I: Tổng quan về mạng truy nhập quang
SVTH: Nguyễn Tiến Hiệp Trang 2

 Khối mạng quang (ONU)
 Module chức năng hỗ trợ (AF)

 Chức năng giao diện ODN: Chức năng này căn cứ vào các loại sợi quang của
ODN để cung cấp các giao diện quang vật lý, đồng thời thực hiện biến đổi quang/
điện, điện/ quang.
Các chức năng của bộ phận chung:
 Chức năng cung cấp điện: Chuyển đổi nguồn điện cung cấp từ bên ngoài thành trị
số điện yêu cầu của nội bộ
 Chức năng OAM: Thông qua giao diện tương ứng, thực hiện sự vận hành, quản lý
và bảo dưỡng (OAM) đối với tất cả các khối chức năng và nối với quản lý mạng
lớp trên.
1.1.2.2. Khối đơn vị mạng quang ONU
ONU (Optical Network Unit) nằm giữa ODN và thuê bao. Phía mạng của ONU có
giao diện quang, còn phía thuê bao là giao diện điện: do đó cần có chức năng chuyển đổi
quang/ điện. Đồng thời có thể thực hiện chức năng xử lý và quản lý bảo dưỡng các tín
hiệu điện. ONU có thể đặt ở phía khách hàng hoặc ngoài trời. ONU bao gồm các bộ phận
trung tâm, bộ phận dịch vụ và bộ phận chung.
Các chức năng của bộ phận trung tâm:
 Chức năng giao diện điện ODN: cung cấp một loạt giao diện quang vật lý, nối với
ODN, đồng thời hoàn thành việc biến đổi quang/ điện, điện/ quang
 Chức năng ghép kênh thuê bao và dịch vụ: tổ hợp và phân giải các thông tin đến từ
các thuê bao hoặc đưa tới các thuê bao khác nhau
Chức năng bộ phận dịch vụ:
Bộ phận này cung cấp giao diện dịch vụ khách hàng, có thể cung cấp cho một
hoặc một nhóm khách hàng. Nó cũng cung cấp chức năng chuyển đổi báo hiệu theo giao
diện vật lý.
Các chức năng của bộ phận chung:
Cấp điện và OAM. Tính chất, chức năng chung giống như trong OLT.
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương I: Tổng quan về mạng truy nhập quang

1.1.2.4. Khối chức năng tự thích nghi AF
AF (Adaption Function) chủ yếu cung cấp các chức năng phối hợp ONU với thiết
bị thuê bao. Khi thực hiện cụ thể nó có thể nằm trong ONU, cũng có thể hoàn toàn độc
lập.
1.2. Các kiểu mạng truy nhập quang
Phần quang của truy nhập có thể có cấu trúc điểm – điểm, tích cực hoặc đa điểm
thụ động. Các phần tử cơ bản của mạng truy nhập quang, như đã giới thiệu trong phần
trên, gồm có: khối mạng quang ONU, khối kết cuối mạng quang ONT, đầu cuối đường
quang OLT và đầu cuối mạng NT. Và dựa vào vị trí của cáp quang có trong mạng ta chia
ra các loại mạng truy nhập quang: FTTH/O,FTTB/C, FTTCab.

Hình 1.3: Cấu hình mạng truy nhập quang
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương I: Tổng quan về mạng truy nhập quang
SVTH: Nguyễn Tiến Hiệp Trang 6

1.2.1. FTTH/O
Trong kiến trúc FTTH/O, sợi quang được kéo dài đến tận hộ gia đình hoặc văn
phòng, trong đó một ONT được đặt tại thuê bao. ONT là điểm phân phát dịch vụ cho
phép các nhà khai thác cung cấp các dịch vụ, thoại và hình ảnh trên cùng một sợi.
FTTH cung cấp các dịch vụ như sau:
 Dịch vụ băng rộng không đối xứng (dịch vụ broadcast số, video theo yêu cầu,
download file )
 Dịch vụ băng rộng đối xứng (broadcast nội dung, email, trao đổi file, đào tạo từ
xa, khám bệnh từ xa, chơi game trực tuyến )
 Dịch vụ điện thoại truyền thống và ISDN: mạng truy nhập phải hỗ trợ một cách
linh hoạt để cung cấp các dịch vụ điện thoại băng hẹp.

Hình 1.4: Cấu trúc mạng truy nhập FTTH
FTTH/O cung cấp lượng băng tần dồi dào, tuy nhiên chi phí cho việc xây dựng
mạng lại rất cao. Mục tiêu của phương thức này là cung cấp tốc độ bit lớn đến các văn

1.2.3. FTTC
Với phương thức FTTC, sợi quang được kéo dài đến tận ONU đặt lề đường. Một
hoặc nhiều tòa nhà có thể kết nối đến ONU để được phục vụ bởi ONU đó. ONU đó có
các giao diện POTS và VDSL2 cho truy nhập Internet băng rộng. Chiều dài phần cáp
đồng khoảng vài trăm mét và được xác định tùy theo yêu cầu băng tần thực tế.
So với FTTB, FTTC có thể phục vụ số khách hàng lớn cũng như cho phép các nhà
khai thác tiết kiệm chi phí hơn do phương thức này không đòi hỏi cáp UTP-5 đặc biệt.
Phương thức FTTC được khuyến nghị sử dụng cho các vùng dân cư cho mật độ dân
tương đối cao, đặc biệt là ở những nơi có thể sử dụng lại mạng cáp đồng, hoặc những nơi
khó lắp đặt cáp quang. Đây cũng là một phương thức truy nhập phù hợp cho các khách
hàng có nhu cầu đối với các dịch vụ VoIP, truy nhập Internet tốc độ cao và VoD.
1.2.4. FTTCab/N
Trong mạng FTTCab, sợi quang được kéo dài đến ONU đặt tại node truy nhập lân
cận và phục vụ được các thuê bao nằm trong vùng phục vụ của node truy nhập đó. ONU
cung cấp các giao diện POTS, ADSL2+, VDSL2 và SHDSL cho truy nhập các dịch vụ
tích hợp. Chiều dài của đoạn cáp đồng thường tới vài nghìn km và có thể được điều chỉnh
sao cho phù hợp theo yêu cầu về băng tần.
Trong phương thức này, khoảng cách cuối cùng từ ONU đến các thuê bao lớn hơn
trong phương thức FTTC. Tuy vậy cũng dễ dàng phát triển từ FTTN thành FTTC. FTTN
được khuyến nghị sử dụng trong các vùng có mật độ dân cư thấp, và khi các thuê bao có
nhu cầu đối với VoIP và các dịch vụ truy nhập tốc độ cao.
Kiến trúc FTTx có thể sử dụng mạng quang thụ động PON hoặc mạng quang chủ
động AON. Việc triển khai PON hay AON tùy thuộc vào vị trí, đặc thù của mạng truy
nhập khu vực đó.
Hiện nay, các ISP đang triển khai AON do tận dụng được sợi cáp quang hiện có,
số lượng thuê bao sử dụng truy nhập băng rộng chưa nhiều, hơn nữa việc đầu tư cơ sở hạ
tầng cho triển khai PON trước mắt rất tốn kém. Tuy nhiên do những ưu điểm nổi bật của
PON thi xu hướng trong tương lai sẽ triển khai mạng FTTx theo PON là điều tất yếu.
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương I: Tổng quan về mạng truy nhập quang
SVTH: Nguyễn Tiến Hiệp Trang 10

Bảng 1.1: So sánh các giải pháp mạng PON

Để có một cái nhìn chính xác về từng ưu – nhược điểm của AON và PON, ta có
thể so sánh hai kỹ thuật này trong bảng sau:
Bảng 1.2: So sánh giữa AON và PON
Thông số so
sánh
AON PON Đánh giá
Cấp phát
băng thông
Băng thông cung cấp tốt
nhất, dễ dàng nâng cấp lên
các tốc độ cao hơn khi
khách hàng có nhu cầu
Với GPON, OLT
đạt 2.5/1.25Gbps
(UL/DL).Tùy theo
số lượng khách hàng
thì tỷ lệ 1:32 hay
1:64
AON thuận tiện
hơn, dễ dàng thay
đổi, nâng cấp tốc độ
hơn so với PON

mô hình P2M của
PON
Khi có sự cố
tại CO
Một số ít user chịu ảnh
hưởng
Tất cả các user đều
chịu ảnh hưởng
AON là ưu điểm
Bảo mật Bảo mật cao Dễ bị hacker tấn
công
AON an toàn hơn
PON
Khả năng
dự phòng
User dễ dàng thiết lập 2
đường quang dự phòng
Khó thực hiện,
không thể kết nối 1
user đến 2 cây PON
khác nhau
Khả năng dự phòng
của AON trong một
số trường hợp tốt
hơn
Độ tin cậy
đường
quang
Do mỗi user sử dụng một
đường riêng nên việc bảo


Tóm lại, mỗi công nghệ đều có điểm nổi trội của mình và việc ứng dụng công
nghệ nào để triển khai vào trong thực tế thì còn tùy thuộc vào khả năng tài chính cũng
như các điều kiện khác. Hiện nay mạng AON đã được hầu hết các ông lớn về viễn thông
tại Việt Nam triển khai với tín hiệu khả quan; còn mạng PON thì tính đến cuối năm 2011
thì chỉ có CMC và VNPT tp.HCM chính thức triển khai GPON. Tuy nhiên, với những ưu
điểm đặc thù của mình, công nghệ PON sẽ dần chiếm lĩnh thị trường băng rộng.
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương I: Tổng quan về mạng truy nhập quang
SVTH: Nguyễn Tiến Hiệp Trang 12

1.4. Kết luận
Qua những vấn đề đã được trình bày trong chương “Tổng quan về mạng truy
nhập”, đồ án đã đưa ra cái nhìn tổng quan nhưng khá đầy đủ về cấu hình và các thành
phần OLT, ONU/ONT, ODN của mạng truy nhập. Đồng thời, đồ án cũng đã nêu lên các
kiểu mạng truy nhập FTTx được phân loại dựa theo vị trí sợi quang cũng như các dịch vụ
mà mỗi kiểu mạng cung cấp cho các đối tượng khách hàng khác nhau. Cuối cùng, đồ án
đánh giá xu hướng phát triển của mạng truy nhập quang trong tương lai với hai công
nghệ nổi bật là AON và PON. Mặc dù hiện nay, công nghệ AON đang được triển khai
rộng rãi do nhiều ưu điểm và số lượng thuê bao vẫn còn ít nhưng trong tương lai khi số
lượng thuê bao cũng như nhu cầu người dùng tăng lên thì PON lại chiếm ưu thế. Chính vì
vậy, ta có thể tin tưởng rằng mạng quang thụ động PON sẽ trở thành ứng viên sáng giá
cho công nghệ trong mạng thế hệ mới NGN.

Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương II: Mạng truy nhập quang thế hệ sau
SVTH: Nguyễn Tiến Hiệp Trang 13

CHƯƠNG II: MẠNG TRUY NHẬP QUANG THẾ HỆ SAU
2.1. Yêu cầu của mạng truy nhập quang thế hệ sau
Để có thể xác định một mạng quang là mạng truy nhập quang thế hệ sau NGOA
thì việc đảm bảo chất lượng dịch vụ từ đầu cuối đến đầu cuối, các yêu cầu về băng thông