534466 Principle of Broadband Communicationหลกการสอสารแบบบรอดแบนด หลกการสอสารแบบบรอดแบนด

สอนโดยอาจารย ดร นรรตน วฒนมงคลอาจารย ดร. นรรตน วฒนมงคล

ภาคเรยนท 2 ปการศกษา 2555ภาควชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยบรพาภาควชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยบรพา

โ โบทท 9 เทคโนโลย FTTH และ FSO

FTTH and FSO Technology

2

1. FTTH: Fiber to the Homeระบบเสนใยแกวนาแสงสบาน FFTH (Fiber To The Home) เปน

เทคโนโลย Broadband ความเรวสงภายในบานผานเสนใยแกวนาแสง โดยเปนการพฒนามาจากเทคโนโลย ADSL ทใชสายทองแดงในการรบสงขอมลมาเปนเสนใยแกวนาแสง ซงจะทาใหสามารถใชอนเตอรเนตความเรวสงเรมตนท 100 Mbps ซง ADSL จะมความเรวเตมทแค 9-10 Mbps เทานน

3

ไฟเบอรท เดอะ โฮม (Fiber to The Home) หรอ FTTH นน ความจรงชอกลางของมนคอ FTTx คาวา x หมายถงสถานททสายใยแกวนนไปถง จรงชอกลางของมนคอ FTTx คาวา x หมายถงสถานททสายใยแกวนนไปถง หากไปถงบานจะเรยกวา FTTH (Home) ไปถงตกจะเรยกวา FTTB (Building) ไปถงสานกงานจะเรยกวา FTTO (Office) เปนตน FTTH เปนการนาสายใยไปถงสานกงานจะเรยกวา FTTO (Office) เปนตน FTTH เปนการนาสายใยแกวนาแสงเชอตอไปยงบานของลกคา (ปกตแลวสายประเภทน มใชกนอยแลวภายในองคกร หรอ ระหวางองคกร กบ องคกร ) ซงเปนเทคโนโลยทดทสดในภายในองคกร หรอ ระหวางองคกร กบ องคกร ) ซงเปนเทคโนโลยทดทสดในปจจบนนเทคโนโลยทนาขอมลขาวสารตางๆ ทม ขนาดมหาศาลมาถงบานผใชบรการดวยเคเบลใยแกวนาแสงทมขนาดเลกและเบา แตสามารถนาพาผใชบรการดวยเคเบลใยแกวนาแสงทมขนาดเลกและเบา แตสามารถนาพาขอมล ทมขนาดมหาศาล ไดอยางมคณภาพและมประสทธภาพสง สามารถประยกตในการใชงานอนเตอรเนตในรปแบบตางๆทแตกตางจากการใชงานประยกตในการใชงานอนเตอรเนตในรปแบบตางๆทแตกตางจากการใชงานผานอนเตอรเนต ADSL ธรรมดา

4

จากรปแสดงตวอยางของเคเบลเสนใยนาแสงชนดตางๆ ทใชในการเชอมโยงจากรปแสดงตวอยางของเคเบลเสนใยนาแสงชนดตางๆ ทใชในการเชอมโยงไปยงบานผใชปลายทาง เชน สายอากาศ (aerial) เปนสายเคเบลทพาดไปกบเสาไฟฟาชนดรอยทอ (d t bl ) เปนสายเคเบลทสอดไปกบทอรอยสายเพอเสาไฟฟาชนดรอยทอ (duct cable) เปนสายเคเบลทสอดไปกบทอรอยสายเพอปองกนอนตรายทอาจเกดกบสายเคเบลและชนดฝงดน (buried cable) เปนสายเคเบลทถกออกแบบใหมความแขงแรงสามารถใชฝงใตดนไดโดยตรงสายเคเบลทถกออกแบบใหมความแขงแรงสามารถใชฝงใตดนไดโดยตรง

5

1.1 การพฒนาจาก ADSL ไปส FTTH

ระบบ ADSL (Asynchronous Digital Subscriber Line) เปนระบบการสอสารขอมลทชวยใหขอมลทมแบนดวดทสงๆสามารถเดนทางในระบบการสอสารขอมลทชวยใหขอมลทมแบนดวดทสงๆสามารถเดนทางในระบบสายสงทองแดงได โดยทวไปสายโทรศพททเดนไปยงบานผเชาหรอทเรยกวาdrop wire เปนสายสงทองแดงเสนเลกๆ มขดจากดในการสงขอมล สาเหตทdrop wire เปนสายสงทองแดงเสนเลกๆ มขดจากดในการสงขอมล สาเหตทเทคโนโลยนสามารถสงขอมลตางๆ ดวยความเรวสงได เพราะเทคโนโลย ADSL จะบบอดขอมลใหมขนาดเลกลงจากเดมแลวจงสง โดยปกต ADSL ADSL จะบบอดขอมลใหมขนาดเลกลงจากเดมแลวจงสง โดยปกต ADSL ใหบรการพนฐานโดยมความเรวในการสงขอมลประมาณ 1-2 Mbps แตตวระบบเองมความสามารถทจะสงขอมลดวยความเรวทสงขนเปนระบบเองมความสามารถทจะสงขอมลดวยความเรวทสงขนเปน

6

12, 24 และ 40 Mbps ได ซงระบบทมความเรวสงขนนบางทอาจเรยกชอระบบเปน HDSL (High bit rate Digital Subscriber Line) หรอ VHDSL ระบบเปน HDSL (High bit rate Digital Subscriber Line) หรอ VHDSL (Very High bit rate Digital Subscriber Line)

แมวา ADSL/HDSL/VHDSL จะสามารถสงขอมลไดมากในแมวา ADSL/HDSL/VHDSL จะสามารถสงขอมลไดมากในชวงเวลาสนๆ กตาม แตเมอเทยบกบอตราการเตบโตของผใชบรการอนเตอรเนตประกอบกบความตองการสอสารในหลายๆ รปแบบ โดยเฉพาะอนเตอรเนตประกอบกบความตองการสอสารในหลายๆ รปแบบ โดยเฉพาะขอมลทเปนสญญาณภาพอยางตอเนอง ความเรวทระบบ xDSL กลบตอบสนองไดชาเกนไป จงจาเปนตองหาทางออกใหมซงในทสดกถงเวลาตอบสนองไดชาเกนไป จงจาเปนตองหาทางออกใหมซงในทสดกถงเวลาของการนาเสนใยนาแสงมาแทนทระบบสายสงทองแดงเพอการเขาถงบานผเชา (subscriber) ดวยระบบทเรยกวา FTTH (Fiber-to-the-Home) (บางคนเชา (subscriber) ดวยระบบทเรยกวา FTTH (Fiber to the Home) (บางคนเรยก FTTP: Fiber-to-the-Premise) ซงเสนใยแกวนาแสงนมคณสมบตเสมอนทอนาสญญาณขนาดใหญทสามารถสงขอมล

7

เสมอนทอนาสญญาณขนาดใหญทสามารถสงขอมล

ใหญดวยความเรวสงได ซงในปจจบนความเรวสงสดทเดนทางในเสนใยแกวนาใหญดวยความเรวสงได ซงในปจจบนความเรวสงสดทเดนทางในเสนใยแกวนาแสงจะอยในเทอมของ Tbps (เทอราบตตอวนาท) ซงสามารถใหบรการสอสารขอมลพรอมกนไดหลายรปแบบในเวลาเดยวกนขอมลพรอมกนไดหลายรปแบบในเวลาเดยวกน

รปท 3 เปรยบเทยบความเรวในการสอสญญาณระหวาง ADSL กบ FTTH 8

รปท 3 เปรยบเทยบความเรวในการสอสญญาณระหวาง ADSL กบ FTTH เมอระยะทางเพมขน

2. ความเปนมาของ FTTHระบบเสนใยนาแสงสบาน (FTTH) นามาใชเพอเชอมโยงสายสง

สญญาณดวยเสนใยนาแสงไปสบานผเชาโดยตรง เรมขนประมาณป ค.ศ. 1970 แตเนองจากระบบและเสนใยนาแสง มราคาสงเมอเทยบกบระบบสายสงทองแดงโดยเฉพาะการเชอมโยงเสนใยนาแสงสบานผเชาโดยตรง ดงนน เพอ

เปนการลดตนทนในสวนนจงมการพฒนาระบบ FTTC (Fiber To The Curb) และ HFC (Hybrid Fiber/Coax) โดยระบบ FTTC และ HFC จะใชระบบสายสงสญญาณแบบผสม คอการนาเสนใยนาแสงและสายสงทองแดงมาใชงานรวมกนภายในโครงขาย การทางานของระบบ FTTC จะใชสายสงเสนใยนาแสงเชอมโยงระหวางโครงขายและหวถนนหรอปากทางเขาหมบานเทานน

9

เมอมการพฒนาระบบอนเทอรเนต จงทาใหความตองการการสอสารขอมล และปรมาณผใชทตองการสอสารขอมลความเรวสงเรมมมากขน เชน กลมผใชทเปนธนาคารตองการเชอมโยงระบบสอสารขอมลระหวางสาขาทอยในพนทตางๆ ทวประเทศ เปนตน ดงนนผใหบรการจงไดนาระบบบรการสอสารรวมแบบดจตอลหรอ ISDN (Integrated Services Digital Network) เขามาใชโดยมระบบการทางานสอสารขอมลแบบดจตอล ทาใหขอมลตางๆ ทมลกษณะพนฐานไมเหมอนกนสามารถสอสารรวมกนไดเนองจากขอมลทกประเภทจะถกทาใหเปนดจตอล จงมสถานะเพยงสองระดบ คอ ศนย “0” และหนง “1” เทานน ดงนนขอมลทกชนดจงถกระบบมองเหนเปนแบบเดยวกนหมด ทาใหสอสารรวมกนได

10

ระบบเสนใยนาแสงสบาน หรอ FTTH มพนฐานมาจากระบบ ISDN ทมการใชเสนใยนาแสงเชอมโยงไปยงบานผเชา แต ISDN จะเนนระบบสลบสายมการใชเสนใยนาแสงเชอมโยงไปยงบานผเชา แต ISDN จะเนนระบบสลบสายหรอสวตซชง ประกอบกบการเชาคสายเสนใยนาแสงเพอขอใชบรการมราคาสงทาใหระบบ ISDN ไมเปนทนยมของผใชบรการอนเทอรเนตทเปนผใชทาใหระบบ ISDN ไมเปนทนยมของผใชบรการอนเทอรเนตทเปนผใชปลายทางทวไป แตเนองจากปรมาณการสอสารขอมลทเพมขน แตดวยปรมาณขอมลทตองการสอสารทมขนาดเพมขนอยางตอเนอง จงไดมการปรมาณขอมลทตองการสอสารทมขนาดเพมขนอยางตอเนอง จงไดมการพฒนาระบบ ADSL (Asynchronous Digital Subscriber Loop) ขนเพอใหผเชาสามารถใชสายสงทองแดงเดมได ในขณะเดยวกนกสามารถสอสารขอมลเชาสามารถใชสายสงทองแดงเดมได ในขณะเดยวกนกสามารถสอสารขอมลความเรวสงดวยการเพมอตราคาบรการทไมสงนก

11

แตเนองจากระบบ ADSL มปญหาในการใหบรการดานการสอสารขอมลทมขนาดใหญ เชน ขอมลภาพนงทมความละเอยดสงและขอมลภาพขอมลทมขนาดใหญ เชน ขอมลภาพนงทมความละเอยดสงและขอมลภาพเคลอนไหวจงทาใหเกดการแขงขนในการใหบรการแบบบรอดแบนด (Broadband) มากยงขนตามมาประกอบกบเทคโนโลยของระบบสอสารดวย(Broadband) มากยงขนตามมาประกอบกบเทคโนโลยของระบบสอสารดวยเสนใยนาแสงมการพฒนามากขน จงทาใหระบบสอสารเชงแสงมราคาถกลง ดงนนจงไดมการนาเทคโนโลย FTTH เขามาใชสาหรบการใหบรการขอมลทดงนนจงไดมการนาเทคโนโลย FTTH เขามาใชสาหรบการใหบรการขอมลทมความเรวสงดวยระบบเสนใยนาแสงเขาสบาน

12

ป ใ 3. องคประกอบททาใหเกดการพฒนา FTTH

3.1 แหลงกาเนดแสงเลเซอร ใ ใ 2 แหลงกาเนดแสงชนดสารกงตวนาทมกใชในระบบสอสารเชงแสงม 2

ประเภท คอ แอลอด (LED: Light Emitting Diode) และเลเซอรไดโอด (LD: L Di d ) ใ ป ใ ไ โ Laser Diode) ในระบบสอสารขอมลทมความเรวสงจาเปนตองใชเลเซอรไดโอด ทงนเพอลดปญหาของการเกดดสเพอรชน (Dispersion) ซงเปนปรากฏการณท ใ ใ ป ทาใหสญญาณพลสแสงเกดการกระจายเชงเวลาตามระยะทางท ในทางปฏบต

หากจาเปนตองตดตงเลเซอรไดโอดทภายนอกอาคารหรอทโลงแจงซงมอณหภมป ป ใ ซ ไ โ ป เปลยนแปลงคอนขางมาก จะทาใหการทางานของเลเซอรไดโอดมประสทธภาพลดลง โดยเฉพาะคากระแสเทรชโฮลด (Threshold current) หรอกระแสตาสดทใช

13

ขบเลเซอรไดโอดจะมคามากขน เมออณหภมของตวมนเพมขนตามสภาพแวดลอม จะสงผลใหความเขมของแสงทปลอยออกมามคาลดลงแวดลอม จะสงผลใหความเขมของแสงทปลอยออกมามคาลดลง

โดยทวไปการแกปญหานทาไดโดยการเพมสวนของวงจรตรวจวดความเขมแสงขาออกและเพมสวนของวงจรปอนกลบเพอทาใหวงจรขบความเขมแสงขาออกและเพมสวนของวงจรปอนกลบเพอทาใหวงจรขบสญญาณชดเชยคากระแสตามอณหภมทเปลยนไป ทาใหเลเซอรไดโอดขบคาความเขมแสงตามตองการออกมา นอกจากน ยงอาจตองเพมอปกรณระบายความเขมแสงตามตองการออกมา นอกจากน ยงอาจตองเพมอปกรณระบายความรอน (Cooler) เพอปองกนไมใหเลเซอรไดโอดรอนเกนไป ซงจะทาใหวงจรขบเลเซอรไดโอดจะมความซบซอนและยงยากขนวงจรขบเลเซอรไดโอดจะมความซบซอนและยงยากขน

14

3.2 ตวแยกและสงผานสญญาณตามความยาวคลน (Splitter and WDM coupler)

โครงสรางของระบบเครอขาย FTTH จาเปนตองมอปกรณแยกแสง (splitter) เพอแยกสญญาณไปยงบานผใช อปกรณแยกแสงทนยมใชกน ไดแก(splitter) เพอแยกสญญาณไปยงบานผใช อปกรณแยกแสงทนยมใชกน ไดแกคบเปลอรเสนใยแกว (fiber coupler) ชนด FBT (Fused Biconical Coupler) ซงมคณสมบตในการแบงแยกสญญาณขาเขาไปสขาออกในเสนทางตางๆ โดยซงมคณสมบตในการแบงแยกสญญาณขาเขาไปสขาออกในเสนทางตางๆ โดยมสดสวนความเขมแสงแตละแนวทางเปนไปตามทออกแบบ อกทงคบเปลอรเสนใยแกวชนด FBT ยงสามารถออกแบบใหการทางานขนอยกบคาความยาวเสนใยแกวชนด FBT ยงสามารถออกแบบใหการทางานขนอยกบคาความยาวคลนไดอกดวย (WDM coupler) ปจจบนไดมการพฒนาตวแยกแสงโดยใชทอนาแสงแบบระนาบทใชซลกอนเปนวสดหลก (silicon planar waveguide) การ (s co p a a a egu de)ทระบบ FTTH เรมเปนทนยมมากขน ทาใหราคาของอปกรณถกลงอยางมาก (เพราะสามารถผลตเปนจานวนมากได) อกทงคณภาพของอปกรณกดขนดวย( )

15

3.3 เครอขายเชงแสงแบบพาสซฟ หรอ PON (Passive Optical Network)

เครอขายเสนใยนาแสงทบรรจขอมลไดมากทาใหสามารถสอสารขอมลสาหรบผใชจานวนมากผานเสนใยนาแสงเพยงเสนเดยวไดในเสนทาง หลกของการสอขอมลจากนนจงคอยใชตวแยกแสงทาการแยกขอมลไปยงบานผใชอกทหนงการทโครงสรางของระบบเปนเชนนจะทาใหระบบมราคาถกลง เพราะเสนใยนาแสงสามารถใชเปนเสนทางรวมของการสอขอมลไดประกอบกบตวแยกแสงเปนอปกรณประเภทพาสซฟ (passive) (หมายถงอปกรณท สามารถทางานไดโดยไมตองปอนพลงงานจากภายนอกใหกบตวอปกรณ) ซงลกษณะเครอขายเชนนเรยกวา เครอขายเชงแสงแบบพาสซฟ หรอ PON (Passive Optical Network) ทาใหคาใชจายในเครอขาย FTTH มราคาไมแพงเมอเทยบกบปรมาณขอมลทใหบรการ

16

โ โระบบ FTTH สามารถทางานรวมกบเทคโนโลยมลตเพลกซเชงแสง หรอ WDM (Wavelength Division Multiplexing) ซงเปนเทคนคท

สามารถสอสารขอมลตางชนดกนดวยแสงทมความยาวคลนแสงแตกตางกนไปในเสนใยนาแสงเสนเดยวกนได จะทาใหปรมาณขอมลหรอความเรวใ ในการสอสารขอมลเพมขนอยางมากตามตวคณของจานวนความยาวคลนแสงทใช เชน เครอขาย FTTH ทใชแสงเพยงความยาวคลนเดยวใ ใ ใหบรการทความเรว 100 Mbps หากทาการปรบปรงทภาคสงใหมความยาวคลนแสงสาหรบสอสารไดพรอมกนจานวน 4 ความยาวคลน ดงนน

ระบบเดมจะมความเรวเพมขนเปน 4 เทา หรอ 400 Mbps ทนท จากจดนแสดงใหเหนวาระบบเครอขายของ FTTH สามารถพฒนาใหเปนแบบ

ไ โ ไ ไ PON-WDM ไดโดยแทบไมตองปรบปรงแกไขการเดนสายสญญาณภายนอกอาคารเลย

17

3 4 การสอสารขอมลดวยระบบเอทเอม (ATM t t)3.4 การสอสารขอมลดวยระบบเอทเอม (ATM transport)แมวา FTTH จะมขอดในเรองของความนาเชอถอและความเรวในการ

สอขอมลแตการทจะตองใหบรการเครอขายทมผใชมากมายและหลากหลายทาใหมขอมลหลากหลายชนดเดนทางอยในระบบและปญหาสาคญกคอจะทา อยางไรทจะทาใหขอมลทแตกตางกนสามารถสอสารรวมกนไดในระบบเดยวกน ซงทางออกของปญหานกคอการนาระบบสอสญญาณแบบ ATM (Asynchronous Transfer Mode) เขามาใชบนเครอขายของ FTTH

โปรโตคอลของ ATM เปนโปรโตคอลทมความยดหยนสง ในระบบ ATM ขอมลตางๆไมวาจะเปนเสยง ภาพ ขอมลคอมพวเตอร หรออนๆทม ลกษณะแตกตางกน จะถกทาใหเปนขอมลดจตอลเหมอนกน จากนนขอมลนจะ ถกจดกลมเรยกวาเซลล (cell) กอนถกสงออกไปยงปลายทางในลกษณะของการสอสารสญญาณแบบแพกเกต (packet switching) ซงจะชวยใหระบบสามารถสอสารขอมลทมรปแบบหลากหลายไดในเครอขายเดยวกน

18

3. 5. การบบอดขอมลภาพ (Video Compression)ใ ช ใช ป ในบรรดาขอมลชนดตางๆทใชสอสารกนขอมลภาพจดวาเปนขอมลท

มขนาดใหญแถบความกวางความถหรอแบนดวดท (bandwidth) ของสญญาณ ไ ป 6 MH ป ใ ภาพเคลอนไหวมคาประมาณ 6 MHz และเมอผานกระบวนแปลงสญญาณให

เปนขอมลดจตอลตามปรกตจะตองใชอตราเรวในการสอสารขอมลถง 96 Mbps ซงจ หนวาการสอสารขอม ภาพ ค อนไหวผาน ครอขา ท ปนสา ไฟซงจะเหนวาการสอสารขอมลภาพเคลอนไหวผานเครอขายทเปนสายไฟทองแดงไมสามารถทาได แตตอมาไดมการพฒนาเทคนคการบบอดภาพใหมขนาดเลกลงทาใหสามารถสอสารผานสายสงทมแบนดวดทแคบได แตจ พบวาขนาดเลกลงทาใหสามารถสอสารผานสายสงทมแบนดวดทแคบได แตจะพบวารายละเอยดหลายอยางขาดหายไป ภาพทไดจะมการมหนวงเวลา หรออาจมลกษณะการเคลอนไหวแบบไมตอเนองจรงๆ (จดนสงเกตไดชดหากปรบขยายลกษณะการเคลอนไหวแบบไมตอเนองจรงๆ (จดนสงเกตไดชดหากปรบขยายจอภาพใหใหญขน)

19

เทคโนโลยการบบอดสญญาณภาพในปจจบนไดพฒนาไปมาก เชน การบบอดภาพตามมาตรฐานของเทคนค MPEG ซงมหลายระดบตงแต MPEG -1, MPEG-2,…, MPEG-5,… ทาใหสญญาณภาพทถกบบอดมขนาดเลกลง ในขณะเดยวกนคณภาพของสญญาณทไดกเพมขน ในกรณของมาตรฐาน MPEG-2 สามารถบบอดสญญาณภาพลงมาไดเหลอเพยง 1.5-6 Mbps โดยทคณภาพของภาพเคลอนไหวตามเวลาจรง (real time) อยในเกณฑทด ยงไปกวานนในระบบของสญญาณภาพความละเอยดสงหรอ(HDTV – High Definition Television) ซงมขนาดของขอมลดจตอลอยท 1 Gbps สามารถใชเทคโนโลย MPEG บบอดลงไดเหลอเพยง 20 Mbps เทานน

20

โ 4. โครงสรางพนฐานของระบบ FTTH โ FTTH ช ป โครงสรางพนฐานของระบบ FTTH จะมชมสายทเปนสานกงานกลาง (Central Office: CO หรอ HDT: Host Digital Terminal หรอ Head End: HD) ใ ไป ใช ใทาหนาทจดการเกยวกบสญญาณการใหบรการไปยงผใชทอยในเขตควบคม

ของ CO รวมทงเชอมโยงขอมลเขากบระบบโครงขายสอสารเพอรบสงขอมลไปงสวนตาง ตามความตองการของผใชยงสวนตางๆ ตามความตองการของผใช

ภายในชมสายจะประกอบดวยอปกรณอเลกทรอนกสทาหนาทสาหรบการปร มวลสญญาณ เชน ตดตอหรอสลบสาย ( it hi ) จดหาเสนทางการการประมวลสญญาณ เชน ตดตอหรอสลบสาย (switching) จดหาเสนทางการเดนทางของขอมล (routing) และอนๆ ตามทจาเปนสาหรบชวงเสนทางระหวางชมสายกบบานผใชบรการเปนงานขายสายตอนนอกประกอบดวยเสนใยนาแสงชมสายกบบานผใชบรการเปนงานขายสายตอนนอกประกอบดวยเสนใยนาแสงเชอมโยงไปยงกลมบานผใชในลกษณะของการกระจาย (distribution) ไปยงชมชนเขาสบานผใชตามลาดบ ชมชนเขาสบานผใชตามลาดบ

21

สวนปลายของเสนใยนาแสงทอยภายในบานของผใช จะเชอมตอกบอปกรณ สวนปลายของเสนใยนาแสงทอยภายในบานของผใช จะเชอมตอกบอปกรณ ONU (Optical Network Unit) หรอ ONT (Optical Network Termination) ทาหนาทกระจายสญญาณทงในรปแบบของสญญาณแสงและไฟฟาไปยงอปกรณหนาทกระจายสญญาณทงในรปแบบของสญญาณแสงและไฟฟาไปยงอปกรณใชงานภายในบาน เชน โทรศพท โทรทศน โทรสารหรอเครองคอมพวเตอร เปนตน ทงนจานวนอปกรณใชงานในบานของผใชอาจมไดมากกวาหนงเปนตน ทงนจานวนอปกรณใชงานในบานของผใชอาจมไดมากกวาหนงอปกรณขนอยกบกบปรมาณขอมล (ความเรว) ความตองการใชบรการ และรปแบบการใหบรการของผใหบรการ (Operator)รปแบบการใหบรการของผใหบรการ (Operator)

22โครงสรางพนฐานของระบบ FTTH

จากรปทแสดงถงระบบทมความเรวขอมลขาลง (downstream) เปลยนแปลงไดจากรปทแสดงถงระบบทมความเรวขอมลขาลง (downstream) เปลยนแปลงไดระหวาง 100 Mbps ถง 1 Gbps ในขณะทความเรวขอมลขาขน (upstream) มคาไมเกน 100 Mbps นอกจากนระบบ FTTH ยงสามารถกาหนดใหความยาวคาไมเกน 100 Mbps นอกจากนระบบ FTTH ยงสามารถกาหนดใหความยาวคลนแสงทเปนคลนพาห (carrier) ระหวางการสงขอมลขาลง (downstream) และขาขน (upstream) มคาแตกตางกน หรอใชความยาวคลนเดยวกนกไดและขาขน (upstream) มคาแตกตางกน หรอใชความยาวคลนเดยวกนกได

23

รปตวอยางแสดงจดตอและแยกสายของเคเบลเสนใยนาแสง (ภาพบน)และ

24

รปตวอยางแสดงจดตอและแยกสายของเคเบลเสนใยนาแสง (ภาพบน)และอปกรณ ONU ภายในอาคาร (ภาพลาง)

5. ขอดของระบบ FTTH

ปจจยสาคญททาให FTTH เปนระบบทนาสนใจสาหรบผเชา (subscriber) ใ โ ใ ป หรอผใช (user) โดยเฉพาะผใชบรการอนเตอรเนตมอย 3 ประการ คอความ

สามารถในการสอสารขอมลดวยความเรวสง (high capacity) ระบบมความ ไฟฟ ในาเชอถอ (system reliability) และระบบจายพลงงานไฟฟาในระบบ FTTH

(Power distribution)

25

1. ระบบมความเรวสง (High Capacity)

เสนใยนาแสงสามารถสอสารขอมลขนาดใหญมากๆได เนองจากมคณสมบตเสมอนเปนทอสงสญญาณทมขนาดใหญมากระบบ FTTH ถกออกแบบใหมความเรวปรกตประมาณ 155 Mbps ซงถอวามความเรวมากกวาระบบ ADSL (ทความเรวปรกต 1.5 Mbps) รวมรอยเทาเลยทเดยว

ความเรวในการสอสารขอมลของ FTTH ทใหบรการในบานเรา อาจเรมตนความเรวตากวา 155 Mbps ซงยงตากวามาตรฐานพนฐานของมน แสดงใหเหนวาระบบ FTTH สามารถรองรบการใชงานการสอสารขอมลความเรวสงมากในอนาคตไดอยางไมตองสงสย หาดตองการความเรวมากก

ตองเสยคาบรการเพมขน สามารถเลอกความเรวไดมากถง 622 Mbps

26

ยงไปกวานน ระบบ FTTH ยงมความยดหยนสง หากมการปรบปรงระบบ PON (Passive Optical Network) ใหมสมรรถนะสงขน หรอหากมการ( p ) นาระบบ DWDM (Dense Wavelength Division Multiplex) ซงเปนระบบการมลตเพลกสเชงแสงทใชความยาวคลนแสงเปนคลนพาห (carrier) มากกวาหนง( )ความยาวคลน กสามารถเพมความเรวของ FTTH ไดสงถง 2.488 Gbps เลยทเดยว

เมอเปรยบเทยบความเรวในการสอสารขอมล กบราคาการใหบรการซงอาจสงกวาระบบ xDSL ไมมาก จะพบวาคาใชจายตอหนวยขอมลจะถกกวา ระบบทใชไฟฟาเปนสอสญญาณมาก

27

2. ระบบมความนาเชอถอ (system Reliability)

ใ FTTH ป ซเนองจากเสนใยนาแสงของระบบ FTTH วสดมกเปนแกว ซงทนทานตอการเปลยนแปลงของสภาพแวดลอมสงไมเปนสนม ในการใชงานจรงวสดทป ป ใ ใ ไป เปนเปลอกหมเสนใยในลกษณะของสายเคเบลอาจสกกรอนไปกอนตวเสนใยนาแสงเอง อยางไรกตาม เคเบลเสนใยนาแสงมกมอายการใชงานอยางนอ 50 ปขนไป ซงถอวานานพอทผใช ก ความมนใจในการนาสญญาณของนอย 50 ปขนไป ซงถอวานานพอทผใชเกดความมนใจในการนาสญญาณของระบบ FTTH

วสดทใชทาเสนใยแกวมความเปนฉนวนไฟฟาโดยธรรมชาต ทาใหวสดทใชทาเสนใยแกวมความเปนฉนวนไฟฟาโดยธรรมชาต ทาใหปราศจากปญหาเกยวกบการเหนยวนาสนามแมเหลกไฟฟา ซงสงผลใหขอมลสอสารไมมสญญาณรบกวน สญญาณสอสารในระบบ FTTH จงเปนสญญาณทสอสารไมมสญญาณรบกวน สญญาณสอสารในระบบ FTTH จงเปนสญญาณทสะอาดและเชอถอไดสง

28

ใ ใ ไระบบ FTTH ใชเสนใยนาแสงเปนสายสงสญญาณสงไปยงบานของผใชผานอปกรณทเรยกวา ONU (optical network unit) ซงจะตดตงอยภายใน

ใบานของผเชา ONU นทาหนาทกระจายสญญาณซงสวนใหญเปนสญญาณ ไฟฟาไปยงอปกรณปลายทางทอยในบาน เชน คอมพวเตอร โทรทศนหรอ โ ใโทรศพท เปนตน เนองจากสายสงสญญาณทตอเขากบ ONU เปนเสนใยนา แสงทาใหไมมสวนของตวนาเชอมตอเหมอนโทรศพท ทาใหชวยลดแรงไฟ

ไ กระชาก (electrical surge) ทอาจเกดจากฟาผา และการเหนยวนาไฟฟา

29

ไ ใ3. ระบบจายพลงงานไฟฟาในระบบ FTTH (Power distribution)

ใ โ ใช (POT Pl i Old ในระบบโทรศพททใชสายทองแดงแบบเดม (POT: Plain Old Telephone) มขอดตรงทระบบยงคงใชงานไดเมอไฟฟาดบ เนองจาก

ไฟฟ ใ ช โ ศ ไ พลงงานไฟฟาททาใหระบบทางานมาจากชมสายโทรศพท ไมเกยวของกบไฟฟาทใชอยภายในบาน แตในระบบ FTTH อปกรณ ONU (optical N t k U it) ปนอปกรณทตองใชพ งงานไฟฟา พอทาใหตวมนทางานNetwork Unit) เปนอปกรณทตองใชพลงงานไฟฟาเพอทาใหตวมนทางานได ประกอบกบเสนใยนาแสงไมสามารถนาหลงงานไฟฟาไดเหมอนระบบสายโทรศพททองแดง จงตองมแหลงพลงงานไฟฟาเฉพา แล ONU ควรมสายโทรศพททองแดง จงตองมแหลงพลงงานไฟฟาเฉพาะ และ ONU ควรมแบตเตอรสารอง เพอทาใหตวมนสามารถทางานทางานไดแมไฟจะดบ ทาใหระบบตองมคาใชจายในการตดตงหรอ IFC (i t ll d fi t t ) และใหระบบตองมคาใชจายในการตดตงหรอ IFC (installed first costs) และคาใชจายตลอดการใชงาน (life-cycle costs : LCC) เพมขน

30

ขอเสยหรอปญหาของ FTTH

ใ ใ ป ใ โ ถาจดใดจดหนงของผใช FTTH มปญหา จะทาใหทงโครงขาย FTTH นนใชไมไดเลย ปญหานเกดขนไมบอยนก แตกตองระวงโดยเฉพาะบางโ ใ FTTH ใ ป โรงพยาบาลทใชอนเตอรเนต FTTH ในการชวยรกษาคนปวย หรอธรกจหรอระบบทตองการความแนนอนสงมากๆ

31

6. Free Space Optical (FSO)Free Space Optical (FSO) or Optical Wireless เปนเทคโนโลย

ทใชแสงเลเซอรเปนสอกลางในการเชอมโยงอปกรณสองฝ งเขาดวยกน ซงใน ทนมการคดคนเทคโนโลยนมาเปนเวลานานแลว ตงแตป 1970 เปนการ

พฒนาเพอใชในการตดตอสอสารกนภายในกองทพองคการนาซา ซงเปนชวงทเกดการพฒนาคดคนอยางรวดเรว และประกอบกบความตองการใชความถสญญาณทมากขน แต Fiber-optic ไมสามารถรองรบความตองการ

ในการใชงานไดอยางเพยงพอ จงมการพฒนา FSO ขน และหลงจากนนมการนาไปใชอยางแพรหลายในการเชอมโยงระบบโทรศพทของสองอาคารเขาหากน

32

เทคโนโลย FSO ไดรบการพฒนาตอมาเรอย ๆ จนภายหลงเรมมผเหนประโยชนและนามาใชเชอมโยงขอมลทางดานคอมพวเตอรเปนหลก โดยความเรวเรมตนของการรบ-สงขอมลนนอยท 10 Mbps จากนนมการพฒนาเพมขนเปน 52 Mbps และพฒนาความเรวเพมอกจนกระทงไดความเรวถง 2.5 Gbps ในปจจบน และจะมการออกเวอรชนใหมซงจะมความเรวสงถง 10 Gbps ซงเทยบเทากบมาตรฐานการสงขอมลความเรวสงอยาง DWDM (ขอมลจากหองทดลองรายงานวาสามารถสงขอมลสงสด 160 Gbps) ทงนเทคโนโลย FSO สามารถสงขอมลผานโปรโตคอลใด ๆ กได

33

ตารางการเปรยบเทยบ FSO กบเทคโนโลยการเขาถงอนๆ

Features FSO DSL FiberSpectrum license required No No NoCapacity constrained No Yes NoProvisioning time Immediate Complex ComplexNew edge equipment and training required

No Yes No

Protocol independence Yes No YesInitial investment for few

b ibLow High High

subscribersReliability Medium High HighT l /fl ibilit PP PM M h PP PP PM M h

34

Topology/flexibility PP, PM, Mesh PP PP, PM, Mesh

7 คณลกษณะของระบบ FSO7. คณลกษณะของระบบ FSO

o FSO เปนเทคโนโลยแบบ line-of-sight คณสมบตนจะชวยลดโอกาสของการเกดสญญาณแทรกสอดรบกวนกนและทาใหการตดตงงายขน การเลอกญญสถานทตดตงจะตองแนใจวาไมมอะไรมากดขวางการเชอมโยงของสญญาณ ระยะการแยกหางของลงคจะถกกาหนดโดยมมการกระจายออกของลาแสง o FSO เปนระบบทไมตองขออนญาตใชความถ ถงแมวาแสงจะเปนคลนสนามแมเหลกไฟฟา แตกไมอยภายใตกฏขอบงคบของ FCC เพราะวา FCC สนามแมเหลกไฟฟา แตกไมอยภายใตกฏขอบงคบของ FCC เพราะวา FCC จะไมวางกฎขอบงคบสาหรบคลนความถทมากกวา 300 GHz ( หรอความยาวคลนนอยกวา 10,000 nm) เนองจากระบบ FSO ทงหมด จะมความถเกนคลนนอยกวา 10,000 nm) เนองจากระบบ FSO ทงหมด จะมความถเกนมากกวา 300 GHz จงไมมความจาเปนสาหรบการขออนญาตใชความถ

35

o โทโปโลยของเครอขาย ระบบสอสญญาณของ FSO เปนการเชอมโยง ใ โ แบบจดตอจดในลกษณะ full duplex การเชอมโยงแบบจดตอจดนสามารถถก

นามาใชสาหรบสรางโทโปโลยของเครอขายในรปแบบใดๆ กได เชน แบบ ฟ Ring Mesh และ Star สวนฟงกชนของการ routing และการ multiplexing จะ

ไดรบจากอปกรณประเภท router/switch และ add & drop multiplexer (ADM) ใ โ ใ ทนาเขามาใชตางหาก ระบบเชอมโยง FSO เหมาะทจะนามาใชชวยเสรมการ

ใชงานใหกบระบบเครอขายทมอยแลวเนองจากงายตอการตดตง ลงทนตา และไ ใ ใ ไมตองจายคาธรรมเนยมในการขออนญาต รวมทงเหมาะทจะนามาตดตงใชงานเปนระบบเชอมโยงสารองหรอเปนระบบเชอมโยงใชงานชวคราวกได

36

o Beam divergence เนองจากระบบเชอมโยง FSO เปนแบบ point-to-point ดงนนจงสามารถถกจดใหเปนโทโปโลยแบบตางๆ ได เชน Ring Star Mesh และอนๆ ตามปกตระบบ FSO จะมมมลเขาอยในชวง 3-6 เรเดยน ทาใหสามารถเอาชนะปญหาการแกวงเอยงของตวอาคารและปญหาความรอนจากสงแวดลอมได ลกษณะของลาแสงลเขาจะเปนรปทรงกรวยทมเสนผาศนยกลาง 3.6 เมตร ทระยะทาง 600 เมตร

37

8. หลกการทางานของ FSOหลกการทางานของ FSO จะใชการแปลงสญญาณจากไฟฟาไปเปน

แสง โดยการรบสญญาณสามารถรบสญญาณทเปนไฟฟา เชน สญญาณจาก LAN หรอรบสญญาณจากไฟเบอรออปตก การใชงานหลกจงเปนงานดานขอมลโดยขอมลทรบ-สงผานลาแสงเลเซอรนนจะไมมการเขารหสหรอแปลง

ขอมลแตอยางใด ดงนนจงรบประกนความถกตองของขอมลไดรอยเปอรเซนต และทสาคญไมตองกงวลวาจะมผแอบดกสญญาณขอมลระหวางทาง เนองจาก

เปนเรองทยากมากเพราะอปกรณสวนใหญทตดตงอยบนอาคารสง และหากมผใดเอาสงของไปกดขวางระหวางลาแสง ลงคกจะดาวนทนท และนอกจากน

การนาไปพฒนาตอจะสามารถทาไดอยางงายดาย เนองจากไมตองมการ

38

ปรบแตงคาพารามเตอรแตอยางใด เพยงตดตงอปกรณแลวทา LOS คอหนอปกรณสองฝ งใหตรงกน (เนองจากแสงทางานในลกษณะเปนเสนตรง)

เพยงเทานระบบกพรอมทางานทนท และทางานไดอยางตอเนองโดยอาศยเพยงไฟเลยงเทานน

39หลกการทางานของ FSO

9. ปจจยทมผลกระทบตอระบบเชอมโยง FSOระบบ FSO แตกตางจากระบบสอสญญาณทาง fiber ตรงทตวกลางท

ใชสาหรบการสงสญญาณ ถาเปน FSO จะตองสงผานอากาศเปดภายนอก ทาใหอาจไดร บผลกระทบจากสภาพแวดลอมและสภาพภมศาสตรทเกดขน

ภายนอกได ดงนนเครอขายตองถกออกแบบใหสามารถตานทานตอสงรบกวน ทเกดขนเหลาน และเนองจากระบบ FSO เปนเทคโนโลยแบบ line-of-sight

ดงนนการเชอมโยงจะตองถกออกแบบไมใหมอะไรมากดขวางหรอขดจงหวะบมของลาแสง

40

o หมอก (fog) ละอองนาหรอหยดนาทเกดในอากาศ ถามขนาดใกลเคยงกบความยาวคลนของแสง กจะมผลกระทบตอการลดทอนของสญญาณสงมาก ความยาวคลนของแสง กจะมผลกระทบตอการลดทอนของสญญาณสงมาก หมอก (fog) จะเปนละอองนาหรอไอนาทมขนาดเลกมากและใกลเคยงกบความยาวคลนแสงมากกวาหยดเมดนาฝนหรอเกรดหมะ ทาใหมผลกระทบตอการยาวคลนแสงมากกวาหยดเมดนาฝนหรอเกรดหมะ ทาใหมผลกระทบตอการลดทอนสญญาณมากกวาอยางมาก การลดทอนเปนผลทเกดจากการรวมกนของการดดกลนแสง (absorption) การกระจดกระจายของแสง (scattering) ของการดดกลนแสง (absorption) การกระจดกระจายของแสง (scattering) และการสะทอนของแสง (reflection) วนใดทมหมอกลงจด อาจทาใหคาลดทอนสงถง 300 500 dB ตอกโลเมตรสงถง 300-500 dB ตอกโลเมตร

41

ตารางการลดทอนสญญาณจากสภาพภมอากาศ

Weather Conditions AttenuationClear 5 to 15 dB/kmRain 20 to 50 dB/kmRain 20 to 50 dB/kmSnow 50 to 150 dB/kmFog 50 to 300 dB/km

o การดดกลนแสง ( b ti ) การดดกลนเกดจากโมเลกลของนาทลอยo การดดกลนแสง (absorption) การดดกลนเกดจากโมเลกลของนาทลอยอยในอากาศ ทาใหลดความหนาแนนของกาลงแสงใหนอยลงและมผลตอการลดคาความนาเชอถอ (A il bilit ) ของระบบ การดดกลนจะเกดขนมากกบลดคาความนาเชอถอ (Availability) ของระบบ การดดกลนจะเกดขนมากกบบางความยาวคลน การใชกาลงสงทเหมาะสมกบสภาพบรรยากาศ รวมทงการใชสเปซไดเวอรซตจะชวยในการรกษาระดบของคาความนาเชอถอเอาไวได

42

ใชสเปซไดเวอรซตจะชวยในการรกษาระดบของคาความนาเชอถอเอาไวได

o การกระจดกระจายของแสง (scattering) การกระจดกระจายของแสงเกดจากการทความยาวคลนแสงชนปะทะกบสงกดขวาง ขนาดของสงกดขวางเกดจากการทความยาวคลนแสงชนปะทะกบสงกดขวาง ขนาดของสงกดขวางจะเปนตวกาหนดชนดของการกระจดกระจายของแสงทเกดขน ถา สงกดขวางมขนาดเลกกวาความยาวคลน จะเรยกวา Rayleigh scattering ถามขนาดมขนาดเลกกวาความยาวคลน จะเรยกวา Rayleigh scattering ถามขนาดใกลเคยงกน กจะเรยกวา Mie scattering แตถาหากสงกดขวางมขนาดใหญมากกวาความยาวคลนมาก จะเรยกวา non-selective scattering การกระจดมากกวาความยาวคลนมาก จะเรยกวา non selective scattering การกระจดกระจายของแสงจะไมใชเปนการดดกลนพลงงานของแสง แตจะกระจายพลงงานของแสงไปในหลายทศทาง มผลทาใหลดความเขมของแสงใหนอยลงพลงงานของแสงไปในหลายทศทาง มผลทาใหลดความเขมของแสงใหนอยลงสาหรบการสงในระยะทางไกล

43

ไ ไo การเคลอนไหวของตวอาคาร การเคลอนไหวของตวอาคารสามารถทจะไปรบกวนการปรบตงทศทางระหวางเครองสงและเครองรบได การใชลาแสงลเขา (Divergent beam) และระบบตดตาม (Tracking) จะสามารถชวยรกษาการเชอมโยงสญญาณนเอาไวไดo ความปนปวนของการหกเห (Refractive turbulence) สภาพอากาศทมความป นปวนหรอเปลยนแปลงอยางไมแนนอน มผลตอการเปลยนแปลงดชนหกเหของอากาศ ทาใหบมลาแสงเกดการผดปกตไป ผลกระทบทเกดกบบมลาแสงมอย 3 แบบ คอ 1) beam wander เปนการขยบเคลอนของบมเฉออกจากแนวเสนสายตา 2) beam spreading เปนการแผขยายกวางขนของบม และ 3) การกระเพอมของความเขมแสงของบม (Intensity fluctuation) มผลทาใหแอมปลจดของสญญาณทไดรบเกดการกระเพอมดวยเชนเดยวกน

44

10. ประโยชนของเทคโนโลย FSOo ใ ป o ระบบมการออกแบบมาใหมความปลอดภยกบดวงตาอยางสมบรณแบบ

แมกระทงมการมองผานกระจกโดยตรง เนองจากการใชความยาวของแสงซ 1550 ซ ป ช ใ ฟ เลเซอรท 1550 nm ซงเปนชวงทใกลเคยงกบอนฟาเรต กระจกและเลนสตา

สามารถซมซบไดและโฟกสของแสงจะหกเหไมเขาเรตนา ไ โ o สามารถปองกนการแทรกแซงความถของคลนไมโครเวฟ หรอสภาพอากาศ

ทมความชนสงไดดไ ใ โ o ไมตองมการใชโปรแกรมปองกนหรอรกษาความปลอดภยของขอมลเนองจากระบบ FSO เปนการใชแสงเลเซอรในการสงผานขอมล ถามสงกด

ไ ไ ขวางหรอมความถอนแทรกแซงการสงขอมลจะไมสามารถสงได จงเปนการปองกนขอมลไปในตว

ไ ไ ใ ไ ไ o สามารถรบสงขอมลไดไกลในระยะไกล และสามารถตดตงไดงาย45