Công nghệ NG-PON2

I. Công nghệ NG-PON2

1. Yêu cầu chính đối với NG-PON2:

- Sau khi hoàn thành dự án XG-PON1, từ năm 2010, FSAN và ITU-T bắt đầu dự án nghiên cứu về NG-PON2. Ý tưởng ban đầu của FSAN cho rằng NG-PON2 có thể là một công nghệ đột phá, sử dụng một mạng ODN mới với các bộ chia bước sóng thay cho các bộ chia công suất. Tuy nhiên, sau khi cân nhắc đến chi phí đã đầu tư cho cơ sở hạ tầng sợi quang dựa trên bộ chia công suất của các mạng PON, FSAN đã quyết định yêu cầu đầu tiên đối với NG-PON2 là phải có khả năng sử dụng được mạng ODN hiện tại. Điều này không có nghĩa là các mạng ODN được xây dựng dựa trên các bộ chia bước sóng là không thuộc phạm vi của NG-PON2 . Yêu cầu này chỉ nhằm đảm bảo rằng các công nghệ thu phát quang khi sử dụng trong mạng NG-PON2 phải phù hợp với cả mạng ODN hiện tại (là mạng được xây dựng dựa trên các bộ chia công suất).

- Yêu cầu về sử dụng được cơ sở hạ tầng ODN hiện tại còn liên quan đến suy hao luồng quang. NG-PON2 phải có khả năng hoạt động trên ODN hiện tại đã được quy định cho G-PON và XG-PON1. Điều này có nghĩa là phải đạt được các quỹ công suất như đã quy định cho XG-PON1, tức là từ 29 đến 35 dB (giá trị cực đại) với độ khác biệt về suy hao lên đến 15 dB.

- Hơn nữa, để thuận tiện trong việc chuyển các thuê bao hiện tại sang sử dụng công nghệ mới (khi thuê bao có nhu cầu) mà vẫn không ảnh hưởng đến các thuê bao vẫn sử dụng các hệ thống PON cũ, các nhà khai thác đưa ra yêu cầu là hệ thống NG-PON2 phải có thể cùng tồn tại với các hệ thống GPON và XG-PON1 đã khai thác trước đó. Rõ ràng rằng, khi được triển khai cùng với các hệ thống PON hiện tại, hệ thống NG-PON2 phải được xử lý sao cho không gây ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ của các hệ thống này.

- Về khả năng cung cấp dịch vụ, NG-PON2 phải có khả năng đáp ứng linh hoạt nhu cầu về dịch vụ đa dạng trong tương lai với một chi phí hợp lý mà người sử dụng có thể thấp nhận được.

- Trong khuyến nghị ITU-T G.989.1 đã quy định một số chỉ tiêu kỹ thuật đối với NG-PON2 như sau:

 + Dung lượng tổng đường xuống tối thiểu là 40 Gbit/s và mục tiêu hướng đến trong tương lai là 160 Gbit/s.

 + Dung lượng tổng đường lên là 10 Gbit/s và mục tiêu hướng đến trong tương lai là 80 Gbit/s.

 + Một ONU có khả năng hỗ trợ dung lượng dịch vụ 10Gbit/s (đối xứng hoặc bất đối xứng).

 + Cự ly truyền dẫn trong mạng thụ động ODN đạt tối thiểu 40 km, mục tiêu là 60 km và thậm chí là 100 km nhờ các kỹ thuật hỗ trợ.

 + Tỷ lệ chia tối thiểu là 1 : 256.

 + Hỗ trợ tối thiểu bốn kênh TWDM trên một hướng.

 + Các ONU phải là colorless.

Tham khảo thêm >>> Kiến trúc mạng PON và công nghệ XG-PON

2. Lựa chọn công nghệ cho NG-PON2:

- Một số giải pháp công nghệ cho NG-PON2 đã được FSAN tiến hành nghiên cứu, cụ thể gồm có 40G TDM - PON, WDM - PON, OFDM - PON và TWDM - PON . Sau khi thực hiện so sánh, đánh giá các vấn đề cả về kinh tế, kỹ thuật, cũng như khả năng tương thích với các công nghệ sau này, năm 2013 FSAN và ITU-T đã quyết định chọn TWDM - PON là giao thức chuẩn cho NG-PON2 cùng với thêm tùy chọn là các kênh WDM điểm - điểm ( PtP WDM ) tồn tại trên cùng một mạng ODN. Các kênh PtP WDM này được đưa vào nhằm đáp ứng nhu cầu về kênh thông tin riêng có dung lượng lớn, độ trễ thấp của một số đối tượng khách hàng. Trên hình dưới đây minh họa kiến trúc này sử dụng để đáp ứng nhu các nhu cầu dịch vụ khác nhau của FTTH và Mobile backhaul. Cả TWDM - PON và kênh PtP WDM đều dùng chung một mạng PON chia công suất.

Kiến trúc NG-PON2 với TWDM-PON và PtP WDM

a. Công nghệ TWDM-PON:

- Kiến trúc TWDM-PON cơ bản được thể hiện trên hình dưới đây. Trong đó, bốn XG-PON1 được xếp chồng trên cùng một mạng bằng cách sử dụng 4 cặp bước sóng cho truyền dẫn hướng xuống và hướng lên. Mỗi kênh bước sóng hướng xuống truyền dẫn với tốc độ 10 Gbit/s và mỗi kênh bước sóng hướng lên là 2.5 Gbit/s. Do đó tổng dung lượng đường xuống là 40 Gbit/s và đường lên là 10 Gbit/s. Với kiến trúc như vậy, dễ dàng để kết hợp với các hệ thống XG-PON1 hiện tại và trong tương lai cũng dễ dàng nâng cấp dung lượng của hệ thống bằng cách đưa thêm các bước sóng vào mạng.

Kiến trúc hệ thống TWDM-PON

b. PtP WDM:

- PtP WDM cho phép NG-PON2 có thể đáp ứng nhu cầu của các khách hàng doanh nghiệp và các dịch vụ backhaul. Với PtP WDM, mỗi ONU sẽ được cung cấp một kênh bước sóng riêng biệt. Trong cấu hình cơ bản sẽ có tối đa 8 kênh PtP WDM. Tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể, nhà mạng sẽ có thể dành thêm các bước sóng không sử dụng để tăng thêm số lượng kênh PtP WDM. Các ONU sử dụng trong PtP WDM yêu cầu cũng phải sử dụng các bộ phát quang và thu quang có giá thành thấp tương tự như trong hệ thống TWDM-PON. Điểm khác biệt là các phần tử này trong PtP WDM hoạt động ở chế độ liên tục còn trong TWDM-PON hoạt động ở chế độ burst. Tốc độ bit quy định cho PtP WDM nằm trong phạm vi từ 1 đến 10 Gbit/s.

3. Tiêu chuẩn ITU-T cho NG-PON2:

Các tiêu chuẩn liên quan đến NG - PON2 nằm trong các khuyến nghị ITU-T G.989.1, G.989.2 và G.989.3. Trong phần dưới đây sẽ đề cập đến một số tiêu chuẩn kỹ thuật cụ thể của NG-PON2.

a . Tốc độ đường truyền:

Tốc độ đường truyền của NG-PON2 được quy định như trên bảng dưới đây. Ngoài các cấu hình chuẩn như đã trình bày ở trên, còn có một số tùy chọn khác cho NG-PON2 như tốc độ đường truyền là đối xứng cả 2.5 Gbit/s và 10 Gbit/s. Các dịch vụ đối xứng này thường là để cho các khách hàng doanh nghiệp và cho các ứng dung backhaul.

b. Quy hoạch bước sóng:

- Quy hoạch bước sóng cho NG-PON2 được lựa chọn đảm bảo một số yêu cầu như sau:

 + Để NG-PON2 có thể cùng tồn tại với GPON, XG-PON1 và kênh Video RF trên cùng một mạng.

 + Có thể sử dụng lại các hệ thống WDM đã được khai thác trên mạng đó.

 + Việc lọc các bước sóng có thể thực hiện một cách dễ dàng.

 + Sử dụng được các thành phần băng tần C/L đã sẵn có.

 + Giảm thiểu ảnh hưởng của hiệu ứng tán xạ kích thích Raman trong sợi quang.

Tham khảo thêm >>> Máy đo công suất PON PPM-350D

- Với các yêu cầu như vậy, băng tần bước sóng chiều lên cho TWDM được chọn trong băng C. Đây là vùng bước sóng mà có một lượng lớn các phân tử quang đã được sản xuất và nhờ đỏ giảm được chi phi cho các ONU. Các phân tử thu phát trong hệ thống TWDM đường xuống sẽ được sản xuất với số lượng ít hơn, và chi phi có thể được chia sẻ cho nhiều thuê bao, nên các bước sóng ở băng L sẽ được phân bố cho đường lên.

- Theo hướng xuống, các kênh bước sóng được cố định theo lưới bước sóng 100GHz với tám kênh bước sóng với các tần số từ 187.1 đến 187.8 THz. Theo hướng lên, khoảng cách kênh có thể là 50, 100, 200 GHz, tuy nhiên không có quy hoạch kênh cố định được đề xuất cho hướng này vì thiết bị phát của ONU sử dụng laser có thể điều chỉnh được bước sóng.

- Với các kênh PtP WDM, có hai tùy chọn là “phổ dùng chung” và “phố mở rộng”. Tùy chọn “phố dùng chung” được sử dụng trong trường hợp có tất cả các hệ thống PON cũ (GPON, XG-PON1, và RF video) cùng dùng chung ODN đó. “Phổ mở rộng” cho phép PtP WDM sử dụng tất cả các bước sóng còn lại trong băng đó .

c. Tính linh hoạt trong phổ tần:

- Một trong các đặc điểm chính của NG-PON2 là tính linh hoạt trong sử dụng phổ tần, thuận tiện cho việc triển khai nhiều kịch bản khai thác mạng, nhiều loại ứng dụng trên mạng và nhiều tiến trình phát triển mạng. Điều này có nghĩa là, bất cứ khi nào có phổ tần chưa được sử dụng bởi TWDM và/hoặc các hệ thống PON cũ, PtP WDM đều có thể sử dụng phổ tần đó. Sự linh hoạt này làm cho việc đáp ứng nhu cầu của nhiều đối tượng khách hàng trên cùng một mạng ODN trở nên dễ dàng.

d. Khả năng tương thích với mạng ODN hiện tại:

- Để có thể sử dụng cơ sở hạ tầng sợi quang của mạng PON hiện tại, PMD của NG-PON2 đã được định nghĩa để phù hợp với mạng ODN chia công suất là mạng đã được thiết kế cho các hệ thống GPON và XG-PON1. Điều này có nghĩa là quỹ công suất được cung cấp bởi các bộ thu phát trong NG-PON2 phải phù hợp với ODN hiện tại. Hơn nữa, để có dùng chung ODN với các hệ thống PON cũ, các giá trị và phân loại suy hao luồng quang trong NG-PON2 sẽ sử dụng các quy định như đã dùng cho XG-PON1.

e. Thời gian điều chỉnh kênh bước sóng:

- Có ba loại thời gian để điều chỉnh kênh bước sóng của bộ thu phát ONU được quy định cho NG-PON2 như trên bảng dưới đây. Các loại này được định nghĩa dựa trên khả năng của các công nghệ điều chỉnh bước sóng hiện tại. Các thành phần loại 1 có thể bao gồm các laser chuyển mạch hoặc các màng lọc. Các thành phần loại 2 có thể dựa trên các laser điều chỉnh bằng điện (DBR). Các thành phần loại 3 có thể là các laser điều chỉnh bằng nhiệt (DFB). Một số các công nghệ khác hiện vẫn đang tiếp tục được nghiên cứu .

II. Tổng kết