Thực hành chuyên sâu tín hiệu hệ thống

Thực hành chuyên sâu : tín hiệu hệ thống PHẦN 1: DỊCH VỤ HSI 1.1 Cơ sở lí thuyết 1.1.1 Tổng quan dịch vụ HSI HSI (High Speed Internet) dịch vụ truy cập internet tốc độ cao cố định, lợi ích internet mang lại cho người lớn Thơng qua internet ta lướt web, xem phim, ca nhạc, đào tạo trực tuyến, y tế từ xa, camera IP… Các công nghệ sử dụng để truy cập dịch vụ HSI để bao gồm: ADSL 2+, VDSL 2, Fast Ethernet (Truy nhập cap quang FTTH), Xpon (công nghệ mạng quang thụ động), TDM(Thường sử dụng cho dịch vụ internet trực tiếp) Tùy theo công nghệ truy nhập mà tốc độ truy nhập có khác VD: tốc độ down/up lớn dịch vụ ADSL 2+ 24M/1M, VDSL 100M/100M , GPON 2,5G/1G, dịch vụ internet trực tiếp dựa công nghệ TDM 2M/2M 1.1.2 Các giao thức chủ yếu sử dụng dịch vụ HIS HTTP: Hyper Text Transfer Protocol giao thức thuộc lớp ứng dụng dung để trao đổi thông tin máy chủ cung cấp dịch vụ web-web server máy sử dụng dịch vụ web-web client DNS: Domain Name System giao thức sử dụng truy cập internet, có nhiệm vụ phân giải địa URL – www.dantri.com.vn thành địa IP-123.30.53.12 Bộ giao thức TCP/IP: Transmission Control Protocol/ Internet Protocol giao thức dung để truyền tải thông tin mạng internet Bộ giao thức PPP/PPPoE: Được sử dụng để thiết lập kết nối Modem với mạng internet, kết modem BRAS cung cấp địa IP public dung để truy nhập internet MAI THỊ DUYÊN_B17DCVT101 Thực hành chuyên sâu : tín hiệu hệ thống 1.1.3 Bộ giao thức PPP/PPPoE PPPoE Server PPPoE Client PADI PADO PADI Các tin trao đổi Phiên PPPoE PADO PADR PADS Configuration Request Configuration Request Các tin trao đổi Pha thiết lập LCP Configuration ACK Các tin trao đổi Phiên PPP Configuration ACK Challenge Response Các tin trao đổi Pha xác thực Success Configuration Request Configuration Request Configuration Nak

Thực hành chuyên sâu : tín hiệu hệ thống MỤC LỤC PHẦN 1: DỊCH VỤ HSI 1.1 Cơ sở lí thuyết .4 1.1.1 Tổng quan dịch vụ HSI 1.1.2 Các giao thức chủ yếu sử dụng dịch vụ HIS 1.1.3 Bộ giao thức PPP/PPPoE 1.2 Bài thực hành số 1: BTH-DV-HSI-01-CONFIG 1.2.1 Mục đích, yêu cầu 1.2.2 Nội dung 1.3 Bài thực hành số 2: BTH-DV-HSI-02-INTERNET 11 1.3.1 Nội dung 11 PHẦN 2: DỊCH VỤ MYTV .20 2.1 Cơ sở lý thuyết 20 2.1.1 Tổng quan IPTV 20 2.1.2 Cấu trúc mạng cung cấp dịch vụ MyTV 21 2.1.3 Cơ chế hoạt động MyTV 21 2.2 Bài thực hành số 1: BTH-DV-MyTV-Setup .22 2.2.1 Mục đích, yêu cầu 22 2.2.2 Nội dung 22 2.3 Bài thực hành số 2: BTH-DV-MyTV-Flow 27 2.3.1 Mục đích, yêu cầu 27 2.3.2 Nội dung 27 PHẦN3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG BẰNG PHẦN MỀM OPTISYSTEM .30 3.1 Bài 1: 30 3.1.1 Mục đích: 30 3.1.2 Yêu cầu: 30 3.1.3 Nội dung thực hiện .30 3.1.3.1 Khảo sát đặc tính phát quang LD sử dụng điều chế trực tiếp …….31 MAI THỊ DUYÊN_B17DCVT101 Thực hành chuyên sâu : tín hiệu hệ thống a, Trường hợp dịng định thiên nhở dòng ngưỡng laser…………34 3.1.3.2 Khảo sát đặc tính phát quang laser sử dụng điều chế …………37 a, Trường hợp hệ đối xứng -1……………… …………………… 40 b, Trường hợp hệ đối xứng 0………… ……………… ………… 40 3.1.3.3 Kết quả……………………………………………………………………41 a, Nhận xét…………………… …………………………………………41 b, Giai thích……………………………… …………………………… 41 3.2 Bài 2: 47 3.2.1 Mục đích: .47 3.2.2 Yêu cầu: 48 3.2.3 Nội dung 48 3.2.3.1 Khảo sát độ nhạy thu quang sử dụng PIN a, Với tốc độ bit 2,5Gbit/s…………………………………………………49 b, Với tốc độ 10 Gbit/s…………………………………………………….53 3.2.3.2 Khảo sát độ nhạy thu quang sử dụng APD……………………………56 a, Với tốc độ 2,5 Gbit/s……………………………………………………60 b, Với tốc độ 10Gbit/s…………………………………………………….64 3.2.4 Kết nhận xét đánh giá: .64 3.2.4.1 Thu Thập kết quả………………………………………………….64 3.2.4.2 Giai thích…………………………………………………………64 3.3 Bài 3: 65 3.3.1.Mục đích 65 3.3.2.Yêu cầu 65 3.3.3 Nội dung 65 3.3.3.1 Khảo sát tuyến truyền dẫn sợi quang sử dụng đơn mode chuẩn …… …65 MAI THỊ DUYÊN_B17DCVT101 Thực hành chuyên sâu : tín hiệu hệ thống 3.3.3.2 Khảo sát tuyến truyền dẫn sợi quang có sử dụng sợi bù tán sắc….…… 70 a, Nhận xét trường hợp tốc độ bit 2,5 Gbit/s……………….…………… 70 b, Nhận xét trường hợp tốc độ bit 10 Gbit/s…………………… ……… 70 3.4 Bài 80 3.4.1.Mục đích 65 3.4.2.Yêu cầu 65 3.4.3 Nội dung 65 3.4.3.1 Khảo sát hiệu hệ thống truyền dẫn quang WDM xác định công suất phát tối ưu…………………………………………………………………….……65 3.4.3.2 Khảo sát hiệu hệ thống truyền dẫn quang WDM xác định giới hạn khonagr cách truyền dẫn……………………………………………………………… 75 3.4.3.3Nhận xét giải thích………….…… ………………………………… 85 MAI THỊ DUYÊN_B17DCVT101 Thực hành chuyên sâu : tín hiệu hệ thống PHẦN 1: DỊCH VỤ HSI 1.1 Cơ sở lí thuyết 1.1.1 Tổng quan dịch vụ HSI HSI (High Speed Internet) dịch vụ truy cập internet tốc độ cao cố định, lợi ích internet mang lại cho người lớn Thơng qua internet ta lướt web, xem phim, ca nhạc, đào tạo trực tuyến, y tế từ xa, camera IP… Các công nghệ sử dụng để truy cập dịch vụ HSI để bao gồm: ADSL 2+, VDSL 2, Fast Ethernet (Truy nhập cap quang FTTH), Xpon (công nghệ mạng quang thụ động), TDM(Thường sử dụng cho dịch vụ internet trực tiếp) Tùy theo công nghệ truy nhập mà tốc độ truy nhập có khác VD: tốc độ down/up lớn dịch vụ ADSL 2+ 24M/1M, VDSL 100M/100M , GPON 2,5G/1G, dịch vụ internet trực tiếp dựa công nghệ TDM 2M/2M 1.1.2 Các giao thức chủ yếu sử dụng dịch vụ HIS HTTP: Hyper Text Transfer Protocol giao thức thuộc lớp ứng dụng dung để trao đổi thông tin máy chủ cung cấp dịch vụ web-web server máy sử dụng dịch vụ web-web client DNS: Domain Name System giao thức sử dụng truy cập internet, có nhiệm vụ phân giải địa URL – www.dantri.com.vn thành địa IP-123.30.53.12 Bộ giao thức TCP/IP: Transmission Control Protocol/ Internet Protocol giao thức dung để truyền tải thông tin mạng internet Bộ giao thức PPP/PPPoE: Được sử dụng để thiết lập kết nối Modem với mạng internet, kết modem BRAS cung cấp địa IP public dung để truy nhập internet MAI THỊ DUYÊN_B17DCVT101 Thực hành chuyên sâu : tín hiệu hệ thống 1.1.3 Bộ giao thức PPP/PPPoE PPPoE Server PPPoE Client PADI PADO PADI Các tin trao đổi Phiên PPPoE PADO PADR PADS Configuration Request Configuration Request Các tin trao đổi Pha thiết lập LCP Configuration ACK Các tin trao đổi Phiên PPP Configuration ACK Challenge Response Các tin trao đổi Pha xác thực Success Configuration Request Configuration Request Configuration Nak Configuration Request Các tin trao đổi Pha mạng IPCP Cấp phát IP Configuration Ack Termination Request – PPP LCP PADT - PPPoE Các tin trao đổi Pha kết thúc kết nối Hình 1: Luồng trao đổi tin PPP/PPPoE * Phiên PPPoE: Được thiết lập trước dung để đóng gói số liệu phiên ppp khung ethernet, kết modem bras biết địa MAC ID phiên thiết lập Nó bao gồm tin PADI, PADO, PADR, PADS, PADT MAI THỊ DUYÊN_B17DCVT101 Thực hành chuyên sâu : tín hiệu hệ thống * Phiên PPP: Được thiết lập sau phiên PPPoE, bao gồm pha sau: - Pha thiết lập: LCP thiết lập , điều chỉnh cấu hình, hủy bỏ liên kết Kết thúc tin ACK - Pha xác thực : thực sau pha thiết lập, xác thực username password - Pha mạng: Được thực sau pha xác thực, thiết lập , điều chỉnh cấu hình, hủy bỏ việc truyền số liệu giao thức lớp mạng IP Kết thức tin ACK cung cấp địa IP modem - Pha kết thúc : thực ngắt kết nối, yêu cầu đưa từ modem từ BRAS , tin termination LCP, PADT Hình : Chồng giao thức dịch vụ HSI 1.1.4 Các thành phần mạng cung cấp dịch vụ HSI * Modem: đóng vai trị cổng kết nối tới internet cho máy tính thuộc mạng LAN phía khách hang, tùy theo cách truy nhập mạng mà có loại modem ADSL, FTTH Thực phiên kết nối PPP/PPPoE tới BRAS, kết nhận địa IP public BRAS cung cấp để vào internet * IP DSLAM, Switch L2: Đóng vai trị thiết bị mạng lớp switch mạng nhằm tập trung lưu lượng , thuê bao truy nhập internet Với công nghệ truy nhập Xdsl( dịch vụ ADSL, VDSL) dung IP DSLAM, với công nghệ truy nhập Ethernet(Dịch vụ FTTH-Fiber To The Home) dung Switch L2 kết nối đến BRAS theo VLAN thông qua mạng truyền tải MAN E MAI THỊ DUYÊN_B17DCVT101 Thực hành chuyên sâu : tín hiệu hệ thống * Bras Radius Server: Đóng vai trị xác thực username password thuê bao sử dụng dịch vụ internet, tính cước ngồi BRAS cung cấp địa IP public cho modem có chức định tuyến môi trường Internet * Các bước thiết lập sử dụng dịch vụ: - Nhà cung cấp dịch vụ khai báo Account thuê bao bao gồm thông số: Username, password, tham số cổng kết nối IP DSLAM, L2 Switch, tốc độ truy nhập thông qua Websever Sau sở liệu xác thực thuê bao chuyển đến Server database LDAP - Thiết lập đường truyền lý MODEM VÀ IP DSLAM L2 Switch :Cáp đồng cáp quang - Cấu hình MODEM, thiết lập phiên kết nối PPP/PPPoE tới BRAS xác thực BRAS hỏi RADIUS, RADIUS hỏi LDAP Nếu xác thực thành công BRAS cung cấp 01 địa IP Public cho MODEM - Sử dụng dịch vụ, máy tính mạng LAN khách hang vào Internet 1.2 Bài thực hành số 1: BTH-DV-HSI-01-CONFIG 1.2.1 Mục đích, yêu cầu  Giúp sinh viên nắm bước thơng số cấu hình modem ADSL để sử dụng dịch vụ HIS  Nắm ngun lí hoạt động lớp mạng, mơ hình lớp OSI  Lý thuyết:  Tổng quan dịch vụ HIS  Các thành phần mạng cung cấp dịch vụ HIS  Mơ hình thực  Mơ hình thực hiện: MAI THỊ DUN_B17DCVT101 Thực hành chuyên sâu : tín hiệu hệ thống Máy tính cài Wireshark PC1 Modem ADSL TP-LINK IPDSLAM ZXDSL 8906H Switch cisco C 3750 Miền MAN-E Máy tính cài Wireshark PC2 BRAS Router cisco C 7604 Modem FTTH TP-LINK Internet Hình Mơ hình hệ thống phịng thí nghiệm  Tài khoản truy cập internet khai báo BRAS  Modem bật nguồn kết nối tới IP DSLAM qua mạng cáp đồng  Máy tính bật sẵn kết nối tới modem qua cáp CAT5 RJ45 1.2.2 Nội dung 1.2.2.1 Các bước thực  Bước 1: Đặt địa IP động cho máy tính để máy tính nhận IP modem cấp MAI THỊ DUYÊN_B17DCVT101 Thực hành chuyên sâu : tín hiệu hệ thống Hình Cài đặt IP động cho máy tính với hệ điều hành Windows 10  Bước 2: Truy cập vào địa modem: http:// 192.168.1.1 để cấu hình modem Hình Truy cập vào trang quản trị router Tplink với ID Password mặc định “admin” MAI THỊ DUYÊN_B17DCVT101 Thực hành chuyên sâu : tín hiệu hệ thống  Bước 3: Cấu hình giao diện wan với giao thức PPP/PPPoe modem để kết nối với internet với ID “h005_ftit_duỵenmt” Password “duyent01m” từ nhà cung cấp dịch vụ Hình Cấu hình giao diện wan 1.2.2.2 Kết  Giao diện wan modem nhận địa IP BRAS cung cấp 192.168.1.133 Hình Modem nhận địa IP từ BRAS  Máy tính nhận địa IP từ modem 192.168.1.100 Hình Máy tính nhận địa IP từ modem  Máy tính có khả truy cập vào internet: ping thành công đến địa trang web MAI THỊ DUYÊN_B17DCVT101 10 Thực hành chun sâu : tín hiệu hệ thống Hình 73: Biểu đồ mẫu mắt tín hiệu phía thu Hình 74: Bảng Tham số OSNR, công suất thu, BER theo số vòng lặp MAI THỊ DUYÊN_B17DCVT101 79 Thực hành chuyên sâu : tín hiệu hệ thống Hình 75: Đường cong BER hàm khoảng cách truyền dẫn Hình 76: Tham số OSNR hàm khoảng cách truyền dẫn  Như mức BER= 10-10, Giới hạn khoảng cách truyền dẫn tương ứng với số vòng lặp khoảng N=3 3*100=300 km, Tham số OSNR tương ứng 17,1814 dB MAI THỊ DUYÊN_B17DCVT101 80 Thực hành chuyên sâu : tín hiệu hệ thống 3.3.3.3 Nhận xét, giải thích  Ở trường hợp sử dụng sợi đơn mode chuẩn, BER tăng nhanh qua vòng lặp có khuếch đại EDFA bù cơng suất bị tiêu hao sợi đơn mode chuẩn Lí tượng tán sắc xảy khơng có biện pháp để bù tán sắc Bên cạnh cơng suất nhiễu khuếch đại tăng lên qua vịng lặp, từ dẫn đến BER tăng nhanh  Ở trường hợp thứ hai có sử dụng thêm sợi DCF có tham số điều chỉnh cho phép chiều dài 20 km bù hoàn toàn tán sắc sợi đơn mode chuẩn có chiều dài 80 km Giá trị BER tốt hẳn so với trường hợp không bù tán sắc Tuy nhiên BER tăng qua vịng lặp cơng suất tạp âm EDFA nhiều so với trường hợp đầu có hai EDFA  Ở trường hợp thứ ba sử dụng sợi DCF để bù tán sắc giống trường hợp với tốc độ bit cao Khi tốc độ bit cao hơn, thành phần bước sóng ngắn phổ tín hiệu có vận tốc nhóm cao thành phần bước sóng dài Do trước thành phần bước sóng dài nhanh hơn, vượt phạm vi khe thời gian nó, dẫn đến tượng tán sắc mạnh Ngoài tốc độ bit tăng ảnh hưởng đến độ nhạy bên phía máy thu Do trường hợp có BER cao so với trường hợp thứ hai có tốc độ bit thấp 3.4 Bài 3.4.3 Mục đích  Khảo sát hệ thống truyền dẫn quang ghép kênh theo bước sóng WDM 3.4.4 Yêu cầu  Xây dựng hệ thống truyền dẫn quang WDM khảo sát hiệu hệ thống 3.4.5 Nội dung 3.4.5.1 Khảo sát hiệu hệ thống truyền dẫn quang WDM xác định công suất phát tối ưu  Xây dựng hệ thống WDM theo sơ đồ MAI THỊ DUYÊN_B17DCVT101 81 Thực hành chuyên sâu : tín hiệu hệ thống Bộ phát quang chặng (span) Bộ ghép bước sóng 4x1 Bộ phát quang x N lần SSMF EDFA Bộ tách bước sóng 1x4 DCF EDFA Bộ thu quang Bộ phân tích BER Bộ thu quang Bộ phân tích BER Hình 77: Sơ đồ hệ thống phần mềm Optisystem  Ta thiết lập tham số sau:  kênh bước sóng khoảng cách 100 GHz, kênh có tốc độ 20 Gbits/s MAI THỊ DUYÊN_B17DCVT101 82 Thực hành chuyên sâu : tín hiệu hệ thống  Độ dài chuỗi bit 128 bit, số mẫu 64 mẫu bit Thiết lập số vịng lặp N = 10  Sợi quang SSMF có độ dài 80 km, hệ số suy hao 0,2 dB/km  Bộ khuếch đại EDFA bù xác cơng suất bị suy hao Vì dây SSMF có tổng suy hao dB Như EDFA có hệ số khuếch đại G = 16 dB  Sử dụng dây DCF bù tán sắc hồn tồn dây SSMF trước có chiều dài 20 km, hệ số suy hao 0,2 dB/km diện tích hiệu dụng 20 µm2  Vì dây DCF cho phép bù hoàn toàn tán sắc dây SSMF nên ta có hệ số tán sắc dây DCF độ dốc tán sắc dây DCF  Hệ số nhiễu hai EDFA NF = dB  Để đảm bảo hiệu tốt cho hệ thống, đặt giá trị băng thông hai MUX/DEMUX 20 GHz  Bốn laser bơm bốn nguồn quang có cơng suất -4 dBm  Chạy giá trị công suất bơm nguồn quang từ -4 dBm đến dBm  Ta có kết sau: MAI THỊ DUYÊN_B17DCVT101 83 Thực hành chuyên sâu : tín hiệu hệ thống Hình 78: Phổ tín hiệu quang phát Hình 79: Phổ tín hiệu quang đầu thu MAI THỊ DUYÊN_B17DCVT101 84 Thực hành chuyên sâu : tín hiệu hệ thống Hình 80: Xung tín hiệu đầu phát quang Hình 81: Xung tín hiệu đầu thu Hình 82: Công suất đầu thu MAI THỊ DUYÊN_B17DCVT101 85 Thực hành chun sâu : tín hiệu hệ thống Hình 83: Mẫu mắt tín hiệu thu kênh MAI THỊ DUYÊN_B17DCVT101 86 Thực hành chuyên sâu : tín hiệu hệ thống Hình 84: Mẫu mắt tún hiệu thu kênh Hình 85: Mẫu mắt tín hiệu thu kênh MAI THỊ DUYÊN_B17DCVT101 87 Thực hành chun sâu : tín hiệu hệ thống Hình 86: Mẫu mắt tín hiệu quang thu kênh Hình 87: Giá trị BER kênh tham số OSNR đầu thu tương ứng với suất phát  Dựa vào bảng ta thấy kênh tồi kênh 3, kênh tốt kênh Hình 88: Đường cong BER hàm công suất kênh tồi  Như công suất phát tối ưu cho hệ thống công suất phải đảm bảo cho kênh tốt kênh có mức BER= 10-6, suy cơng suất phát tối ưu cho hệ thống 2.75 dBm, Tham số OSNR tương ứng 18.9636 dB 3.4.5.2 Khảo sát hiệu hệ thống truyền dẫn quang WDM xác định giới hạn khoảng cách truyền dẫn - Sử dụng cấu hình hệ thống tương tự phần trên, thiết lập cơng suất mức tối ưu hiệu chỉnh tham số vịng lặp trước chạy mơ MAI THỊ DUN_B17DCVT101 88 Thực hành chuyên sâu : tín hiệu hệ thống - Chạy mô thu thập kết khoảng cách tuyến truyền dẫn khác (bằng cách thay đổi số chặng hay số vòng lặp tuyến) - Vẽ đường cong BER tham số OSNR hai kênh tốt tồi hàm khoảng cách truyền dẫn xác định giới hạn khoảng cách OSNR hệ thống mức BER = 10-10 hai tốc độ khác - Thiết lập công suất phát tối ưu cho hệ thống -2dBm, số vòng lặp tuyến thay đổi từ đến  Ta có kết sau: Bảng 6: Giá trị BER OSNR tương ứng với số lần lặp tuyến  Từ bảng ta thấy kênh tốt kênh kênh 3, kênh tồi kênh kênh Hình 89: BER hàm khoảng cách truyền dẫn kênh MAI THỊ DUYÊN_B17DCVT101 89 Thực hành chun sâu : tín hiệu hệ thống Hình 90 : BER hàm khoảng cách truyền dẫn kênh MAI THỊ DUYÊN_B17DCVT101 90 Thực hành chuyên sâu : tín hiệu hệ thống Hình 91: BER hàm khoảng cách truyền dẫn kênh Hình 92 : BER hàm khoảng cách truyền dẫn kênh Hình 93: OSNR theo khoảng cách truyền dẫn  Từ ta rút ra: MAI THỊ DUYÊN_B17DCVT101 91 Thực hành chuyên sâu : tín hiệu hệ thống  Kênh tồi kênh 2, mức BER =10 -10 khoảng cách truyền dẫn tối thiểu ứng với số vòng lặp 200 km OSNR tương ứng 22.2891 dB 3.4.5.3 Nhận xét giải thích  So với hệ thống đơn kênh, hệ thống WDM có nhiều điểm khác biệt yếu tố ảnh hưởng thay đổi  Hiện tượng tán sắc: giá trị tán sắc bước sóng tín hiệu khác nhau, lúc, kênh bước sóng khác khơng thể hồn tồn bù tán sắc mức độ Từ tạo tượng vị trí mạng, sau nhiều bù tán sắc sử dụng sợi DCF, số kênh bước sóng mang giá trị tán sắc ấm, số kênh bước sóng mang giá trị tán sắc dương số kênh hoàn toàn bù tán sắc  Hiệu ứng quang phi tuyến bao gồm tán xạ kích thích Brillouin gây xun nhiễu kênh bước sóng, tán xạ kích thích Raman gây tượng không đồng công suất kênh bước sóng xun kênh tuyến tính, hiệu ứng trộn bốn sóng gây xuyên kênh hệ thống, hiệu ứng tự điều chế pha hiệu ứng điều chế pha chéo  Do BER thay đổi vịng lặp khơng nhiều tăng giảm thất thường Tuy nhiên nhìn chung tham số BER tăng khoảng cách truyền dẫn tăng  Ưu điểm hệ thống WDM cho phép tăng dung lượng hệ thống Trong trường hợp cho phép truyền kênh với tốc độ 20Gbit/s với khoảng cách truyền dẫn tối đa 200 km mà cho BER mức chấp nhận với kênh tồi MAI THỊ DUYÊN_B17DCVT101 92 Thực hành chuyên sâu : tín hiệu hệ thống MAI THỊ DUYÊN_B17DCVT101 93