Công nghệ mạng quang thụ động GPON

Công nghệ mạng quang thụ động GPON Chuẩn GPON hiện nay được định nghĩa dựa trên các giao thức cơ bản của chuẩn SONETSDH ITU. Các giao thức của nó khá đơn giản và đòi hỏi rất ít thủ tục. Chính vì thế mà hiệu suất băng thông của nó đạt tới 90%

DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mơ hình mạng quang thụ động PON Hình 1.2 Các kiểu PON kiến trúc mạng quang thụ động Hình 2-1: Kiến trúc mạng GPON Hình 2.2 Các khối chức OLT Hình 2.3 Khối chức ONU 10 Hình 2.4 Các ghép 8x8 tạo từ ghép 2x2 11 Hình 2.5 Cấu trúc mạng cáp quang thuê bao 12 Hình 2.6 Mơ hình mạng TDMA GPON 15 Hình 2.7 GPON Ranging pha 18 Hình 3.1 Giao diện người sử dụng OptiSystem ……………………………… Hình 3.2 Thiết lập thơng số cho đường xuống ………………………………… Hình 3.3 Thiết lập thơng số cho đường lên ………………………… Hình 3.4 Thiết lập thơng số tồn mạng ………………………………………… Hình 3.5 Sơ đồ kết nối mạng theo chuẩn GPON…………………………………… Hình 3.6 Cấu trúc khối ONU ……………………………………………………… Hình 3.7 Mối liên quan giữ tín hiệu nhận hàm phân b ố xác su ất ………… Hình 3.8 Mối quan hệ hệ số phẩm chất Q tỉ lệ l ỗi bit BER ………………… Hình 3.9 Hệ số Q tính theo biên độ ………………………………………………… Hình 3.10: Cơng suất đo đầu OLT Pphát =2 dBm ………………… Hình 3.11: Công suất đo đầu vào ONU Pphát = 2dBm …… Hình 3.12: Kết đo người sử dụng kịch 1…………… Hình 3.13: Đồ thị Min BER người sử dụng kịch 1………… Hình 3.14: Đồ thị mắt người sử dụng kịch ………… Hình 3.15: Đồ thị hệ số phẩm chất Q người sử dụng kịch Hình 3.16: Kết đo người sử dụng kịch với L = 10km Hình 3.17: Đồ thị Min BER người sử dụng kịch ………… Hình 3.18: Đồ thị mắt người sử dụng kịch ………………… Hình 3.19: Đồ thị hệ số phẩm chất Q người sử dụng kịch … Hình 3.20: Kết đo người sử dụng kịch với chia 1:16 Hình 3.21: Đồ thị Min BER người sử dụng kịch ………… Hình 3.22: Đồ thị mắt người sử dụng kịch ………………… Hình 3.23: Đồ thị hệ số phẩm chất Q người sử dụng kịch … Hình 3.24: Cơng suất đo đầu vào ONU1 với chia 1:16 … Hình 3.25: Cơng suất đo đầu OLT Pphát = 5dBm …… Hình 3.26: Cơng suất đo đầu vào ONU1 Pphát = 5dBm … Hình 3.27: Kết đo người sử dụng kịch v ới Pphát = 5dBm Hình 3.28: Đồ thị Min BER người sử dụng kịch ………… Hình 3.29: Đồ thị mắt người sử dụng kịch ……………… Hình 3.30: Đồ thị hệ số phẩm chất Q người sử dụng kịch … CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt ADM APON ATM Tiếng Anh Add Drop Multiplexer ATM Passive Optical Network Asynchronous Tranfer Tiếng Việt Bộ ghép kênh xen kẽ Mạng quang thụ động dùng ATM Chế độ truyền tải không đồng EPON FSAN FTTH OLT ONU TDM WDM Mode Ethernet Passive Optical Network Full Service Access Network Fiber to the Home Optical Line Terminal Optical Network Terminal Time Division Multiplexing Wavelength Division Multiplexing Mạng quang thụ động dùng Ethernet Tập dịch vụ mạng truy nhập Cáp quang nối tận nhà Thiết bị kết cuối đường quang Thiết bị kết cuối mạng quang Ghép kênh theo thời gian Ghép kênh theo bước sóng LỜI MỞ ĐẦU Viện khoa học kỹ thuật Bưu Điện với tầm nhìn xây dựng phát triển, trở thành đơn vị nghiên cứu hàng đầu lĩnh vực kinh tế bưu chính, viễn thơng cơng nghệ thơng tin Viện khoa học kỹ thuật Bưu Điện đơn vị chức nghiên cứu, tham mưu, tư vấn tham gia đào tào lĩnh vực khoa học kỹ thuật bưu chính, viễn thơng phục vụ nhu cầu phát triển Tập đồn Bưu Viễn thơng Việt Nam xã hội Nằm lộ trình phát triển nghiên cứu cơng nghệ mạng quang thụ động GPON đóng vai trò quan trọng định thành cơng trình hoạt động sản xuất Viện khoa học kỹ thuật Bưu Điện Được giới thiệu Khoa Viễn Thông – Trường Học Viện Công nghệ Bưu Viễn thơng, em đến Viện khoa học kỹ thuật Bưu Điện thực công tác Thực tập Sau thời gian làm quen với công việc bảo nhiệt tình thầy hướng dẫn em hoàn thành báo cáo thực tập chuyên sâu:“ Mô hệ thống mạng quang thụ động GPON phần mềm Optisystem” Báo cáo thực “Mô hệ thống mạng quang thụ động GPON phần mềm Optisystem” với mục đích tìm hiểu mạng quang thụ động phục vụ cho dự án nghiên cứu phát triển sau đơn vị Báo cáo thực gồm 03 chương: Chương 1: Tổng quan mạng quang thụ động PON Chương 2: Công nghệ mạng quang thụ động GPON Chương 3: Mô hệ thống mạng quang thụ động GPON phần mềm Optisystem Trong trình thực tập Viện khoa học kỹ thuật Bưu Điện, em xin chân thành cảm ơn thầy Phùng Văn Doanh thầy cô Viên nghiên cứu hướng dẫn giúp em học hỏi làm việc môi trường hồn tồn thực tế Do nhiều mặt hạn chế, đồng thời trình tìm hiểu mang nhiều tính chủ quan nhìn nhận nên em mong nhận ý kiến đóng góp thầy để báo cáo hoàn thiện Hà Nội, ngày 20 tháng 08 năm 2017 Sinh viên thực Nguyễn Thị Yến CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG PON • Kiến trúc PON Việc bùng nổ lưu lượng Internet năm gần khiến cho vấn đề mạng truy nhập tốc độ thấp ngày trở nên trầm trọng Các báo cáo thống kê cho thấy lưu lượng liệu tăng 100% năm kể từ năm 1990 Thậm chí, kết hợp yếu tố kinh tế công nghệ tạo thời điểm mà tốc độ phát triển đạt tới 1000% năm (vào năm 1995 1996) Xu hướng tiếp tục tương lai, tức ngày có nhiều người sử dụng trực tuyến người sử dụng trực tuyến thời gian trực tuyến nhiều hơn, nhu cầu băng thông lại tăng lên Càng ngày có nhiều dịch vụ ứng dụng triển khai băng thông dành cho người sử dụng tăng lên Trong bối cảnh đó, cơng nghệ PON giải pháp tối ưu cho mạng truy nhập băng rộng Người ta trông đợi mạng PON giải vấn đề tắc nghẽn băng thông mạng truy nhập kiến trúc mạng viễn thông, điểm truy nhập bên công ty cung cấp dịch vụ, hay khu vực tập trung thuê bao Mạng quang thụ động định nghĩa cách ngắn gọn sau: “Mạng quang thụ động (PON) mạng quang khơng có phần tử điện hay thiết bị quang điện tử” Hay nói cách khác, mạng PON không chứa phần tử tích cực mà cần phải có chuyển đổi điện- quang Thay vào đó, PON bao gồm: sợi quang, chia, kết hợp, ghép định hướng, thấu kính, lọc,… Điều giúp cho PON có số ưu điểm như: không cần nguồn điện cung cấp nên không bị ảnh hưởng lỗi nguồn, có độ tin cậy cao khơng cần phải bảo dưỡng tín hiệu khơng bị suy hao nhiều phần tử tích cực Mạng PON việc giải vấn đề băng thơng, có ưu điểm chi phí lắp đặt thấp tận dụng sợi quang mạng có từ trước PON dễ dàng thuận tiện việc ghép thêm ONU theo yêu cầu dịch vụ, việc thiết lập thêm nút mạng tích cực phưc tạp việc cấp nguồn nút mạng, nút mạng cần có phát lại PON hoạt động với chế độ không đối xứng Chẳng hạn, mạng PON truyền dẫn theo luồng OC-12 (622 Mbits/s) đường xuống truy nhập theo luồng OC-3 (155 Mbits/s) đường lên Một mạng không đối xứng giúp cho chi phí ONU giảm nhiều, phải sử dụng thu phát giá thành thấp PON có khả chống lỗi cao (cao SONET/SDH) Do nút mạng PON nằm bên mạng, nên tổn hao lượng nút khơng gây ảnh hưởng đến nút khác Khả nút lượng mà không làm ngắt mạng quan trọng mạng truy nhập, nhà cung cấp khơng thể đảm bảo lượng dự phòng cho tất đầu cuối xa Với lý trên, cơng nghệ PON coi giải pháp hàng đầu cho mạng truy nhập PON cho phép tương thích với giao diện SONET/SDH sử dụng vòng thu quang thay cho tuyến truyền dẫn ngắn mạng thị hay mạch vòng SONET/SDH đường trục • Kiến trúc mạng quang thụ động PON Các phần tử thụ động PON nằm mạng phân bố quang (hay gọi mạng ngoại vi) bao gồm phần tử sợi quang, tách/ghép qang thụ động, đầu mối mối hàn quang Các phần tử tích cực OLT ONU nằm đầu cuối PON Tín hiệu PON phân truyền theo nhiều sợi quang kết hợp lại truyền sợi quang thông qua ghép quang, phụ thuộc vào tín hiệu theo hướng lên hay hướng xuống PON PON thường triển khai sợi quang đơn mode, với cấu hình phổ biến PON triển khai theo cấu hình vòng ring cho khu thương mại theo cấu hình Bus triển khai khu trường sở,… Mơ hình mạng quang thụ động biểu diễn hình Hình 1.1 Mơ hình mạng quang thụ động PON Về mặt logic, PON sử dụng mạng truy nhập kết nối điểm- đa điểm, với CO phục vụ cho nhiều thuê bao Có số cấu hình kết nối điểm- đa điểm phù hợp cho mạng truy nhập cấu hình cây, nhánh, vòng ring, bus Hình 1.2 Các kiểu kiến trúc PON Bằng cách sử dụng ghép 1:2 chia quang 1:N, PON triển khai theo cấu hình cấu hình Ngồi ra, PON thu gọn lại thành vòng ring kép, hay hình cây, hay nhánh Tất tuyến truyền dẫn PON thực OLT ONU OLT nằm CO kết nối mạng truy nhập quang với mạng đô thị (MAN) hay mạng diện rộng (WAN), biết đến mạng đường trục ONU nằm vị trí đầu cuối người sử dụng (FTTH ay FTTB FTTC) Hình 1.2 Các kiểu kiến trúc mạng quang thụ động PON Đây cấu hình mềm dẻo, phù hợp với nhu cầu phát triển thuê bao, đòi hỏi ngày tăng băng thơng Trong đó, kiến trúc bus (sử dụng ghép 1:2) sử dụng phổ biến • Các hệ thống PON triển khai • APON/ BPON Từ năm 1995, nhà khai thác mạng hàng đầu Thế giới lập lên nhóm FSAN (Full Service Access Network) Đây diễn đàn cho nhà cung cấp dịch vụ viễn thơng hàng đầu Thế giới, phòng thí nghiệm thử nghiệm độc lập nhà cung cấp thiết bị với mục tiêu thống tiêu chí cho mạng băng rộng Hiện nay, nhóm FSAN có 70 tổ chức thành viên, bao gồm 20 nhà khai thác mạng Các thành viên FSAN phát triển tiêu chí cho mạng truy nhập PON sử dụng công nghệ ATM giao thức lớp Hệ thống gọi APON (viết tắt ATM PON) BPON( Broadband PON) chuẩn APON Được bổ xung để hỗ trợ cho WDM ghép kênh phân chia theo bước sóng, cấp phát băng thơng đường lên rộng lớn hơn, tính chọn lọc cao Đồng thời tạo giao diện quản lý chuẩn gọi OMCI, OLT ONU/ONT, cho phép mạng cung cấp hỗn hợp, cụ thể : • G983.1: Năm 1998, trình bày lớp vật lý hệ thống APON/BPON • G983.2: Năm 1999, đặc tính giao diện điều kiển quản lý ONT • G983.3: Thơng quan năm 2001, đặc tính mở rộng cung cấp dịch vụ thơng qua phân bổ bước sóng Hệ thống BPON có khả cung cấp nhiều dịch vụ băng rộng Ethernet, Video, đường riêng ảo (VPL), kênh thuê riêng,… Hệ thống BPON hỗ trợ tốc độ không đối xứng 155Mbps hướng lên 622 Mbps hướng xuống tốc độ đối xứng 622 Mbps Các hệ thống BPON sử dụng nhiều nơi, tập trung Bắc Mỹ, Nhật Bản phần Châu Âu • GPON Do đặc tính cấu trúc BPON khó nâng cấp lên tốc độ cao 622 Mbps mạng PON sở ATM không tối ưu lưu lượng IP, nhóm FSAN phát triển hệ thống mạng PON từ năm 2001 với tốc độ 1Gbps hỗ trợ lưu lượng ATM IP Dựa khuyến nghị FSAN, từ năm 20032004, ITU-T chuẩn hóa loạt tiêu chuẩn cho mạng PON Gigabit (GPON) bao gồm G.984.1, G.984.2 G.984.3 Chuẩn GPON định nghĩa dựa giao thức chuẩn SONET/ SDH ITU Các giao thức đơn giản đòi hỏi thủ tục Chính mà hiệu suất băng thơng GPON đạt tới 90% • Các ưu điểm GPON Cung cấp dịch vụ ba: hỗ trợ dịch vụ âm thanh, liệu, video truyền theo định dạng gốc Rất nhiều dịch vụ Ethernet Qos, VLAN, IGMP (Internet Group Management Protocol) RSTP (Rapid SpanningTree Protocol) hỗ trợ Hiệu suất tốc độ đường truyền cao nhất: GPON hỗ trợ tốc độ bit cao từ trước đến với tốc độ hướng xuống 2,488 Gbit/s đường xuống tương ứng 1,244 Gbit/s GPON cung cấp độ rộng băng thơng lớn chưa có từ trước đến công nghệ tối ưu cho ứng dụng FTTH FTTB Hiện nay, GPON công nghệ phù hợp cho việc truyền thơng Ethernet/ IP với việc hỗ trợ tiếng nói video qua PON việc sử dụng giao thức SONET/ SDH • EPON Năm 2001, IEEE thành lập nhóm nghiên cứu Ethernet in the First Mile (EFM) với mục tiêu mở rộng công nghệ Ethernet sang mạng truy nhập vùng, hướng tới mạng đến nhà thuê bao doanh nghiệp với yêu cầu giữ tính chất Ethernet truyền thống Ethernet PON (EPON) bắt đầu nghiên cứu thời gian EPON mạng sở PON mang lưu lượng liệu gói khung Ethernet chuẩn hóa theo IEEE 802.3 Sử dụng mã đường truyền 8b/10B hoạt động với tốc độ 1Gbps • WDM- PON Cơng nghệ mạng quang thụ động sử dụng ghép kênh phân chia theo bước sóng Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network (WDM PON) hệ mạng truy nhập quang cho băng thông lớn TDM PON bao gồm BPON, GPON GEPON sử dụng chia công suất quang thụ động, hướng xuống quảng bá ONU nhận liệu thơng qua nhãn địa nhúng, hướng lên sử dụng ghép kênh miền thời gian WDM PON sử dụng ghép kênh miền thời gian WDM PON sử dụng ghép sóng WDM thụ động, hướng xuống ONU nhận liệu bước sóng, hướng lên bước sóng khác ghép thơng qua ghép sóng WDM với ONU Do sử dụng bước sóng cho ONU nên WDM PON có tính bảo mật tính mềm dẻo tốt Cơng nghệ WDM PON bước phát triển cho công nghệ mạng PON CHƯƠNG CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG GPON • Kiến trúc mạng GPON Cùng với bùng nổ nhu cầu thông tin, hệ thống thông tin quang ngày trở nên phức tạp Để phân tích, thiết kế hệ thống bắt buộc phải sử dụng công cụ mô OptiSystem Optisystem phần mềm mô hệ thống thông tin quang Phần mềm có khả thiết kế, đo kiểm tra thực tối ưu hóa nhiều loại tuyến thông tin quang, dựa khả mô hình hóa hệ thống thơng tin quang thực tế Bên cạnh đó, phần mềm dễ dàng mở rộng người sử dụng đưa thêm phần tử tự định nghĩa vào Phần mềm có giao diện thân thiện, khả hiển thị trực quan Hình 3.1: Giao diện người sử dụng OptiSystem Các ứng dụng phần mềm OptiSystem Phần mềm OptiSystem cho phép thiết kế tự động hầu hết loại tuyến thông tin quang lớp vật lý, từ hệ thống đường trục mạng LAN, MAN quang • Các ứng dụng cụ thể bao gồm: • Thiết kế hệ thống thông tin quang từ mức phần tử đến mức hệ thống lớp vật lý • Thiết kế mạng TDM/WDM CATV • Thiết kế mạng FTTx dựa mạng quang thụ động (PON) • Thiết kế hệ thống ROF (radio over fiber) • Thiết kế thu, phát, khuếch đại quang • Thiết kế sơ đồ tán sắc • Đánh giá BER penalty hệ thơng với mơ hình thu khác • Tính tốn BER quỹ cơng suất tuyến hệ thống có sử dụng khuếch đại quang Các đặc điểm phần mềm OptiSystem Thư viện phần tử Optisystem có thư viện phần tử phong phú v ới hàng trăm phần tử mơ hình hóa để có đáp ứng giống thi ết bị • • thực tế Cụ thể bao gồm: • Thư viện nguồn quang • Thư viện thu quang • Thư viện sợi quang • Thư viện khuếch đại (quang, điện) • Thư viện MUX, DEMUX • Thư viên lọc (quang, điện) • Thư viện phần tử FSO • Thư viện phần tử truy nhập • Thư viện phần tử thụ động (quang, điện) • Thư viện phần tử xử lý tín hiệu (quang, điện) • Thư viện phần tử mạng quang • Thư viện thiết bị đo quang, đo điện • Ngoài phần tử định nghĩa sẵn, OptiSystem có: • Các phần tử Measured components Với phần tử này, Optisystem cho phép nhập tham số đo từ thiết bị thực nhà cung cấp khác • Các phần tử người sử dụng tự định nghĩa (User-defined Components) • Các cơng cụ hiển thị Optisystem có đầy đủ thiết bị đo quang, đo điện Cho phép hi ển thị tham số, dạng, chất lượng tín hiệu điểm hệ th ống • Thiết bị đo quang: • Phân tích phổ (Spectrum Analyzer) • Thiết bị đo cơng suất (Optical Power Meter) • Thiết bị đo miền thời gian quang (Optical Time Domain Visualizer) • Thiết bị phân tích WDM (WDM Analyzer) • Thiết bị phân tích phân cực (Polarization Analyzer) • Thiết bị đo phân cực (Polarization Meter) • Thiết bị đo điện: • Oscilloscope • Thiết bị phân tích phổ RF (RF Spectrum Analyzer) • Thiết bị phân tích biểu đồ hình mắt (Eye Diagram Analyzer) • Thiết bị phân tích lỗi bit (BER Analyzer) • Thiết bị đo cơng suất (Electrical Power Meter) • Thiết bị phân tích sóng mang điện (Electrical Carrier Analyzer) • Khả kết hợp với công cụ phần mềm khác Optisystem cho phép người dùng sử dụng kết hợp với công c ụ phần mềm khác Optiwave OptiAmplifier, OptiBPM, OptiGrating, WDM_Phasar OptiFiber để thiết kế mức phần tử • Mơ phân cấp với hệ thống Để việc mô phân cấp với hệ thống (SubSystem) thực cách linh hoạt hiệu quả, Optisystem cung cấp mô hình mơ mức khác nhau, bao gồm m ức h ệ th ống, mức hệ thống mức phần tử • Ngơn ngữ SCIPT mạnh Người sử dụng nhập biểu diễn số học tham số tạo tham số toàn cục Các tham số toàn cục đ ược dùng chung cho tât phần tử hệ thống hệ thống nhờ sử dụng chung ngôn ngữ VB Script • Thiết kế nhiều lớp Trong file dự án, Optisystem cho phép tạo nhi ều thi ết k ế, nhờ người sử dụng tạo sửa đổi thi ết kế cách nhanh chóng hiệu Mỗi file dự án thiết kế Optisystem có th ể chứa nhiều phiên thiết kế Mỗi phiên tính tốn thay đổi cách độc lập kết tính tốn phiên khác kết hợp lại, cho phép so sánh phiên thi ết k ế cách dễ dàng • Trang báo cáo Trang báo cáo Optisystem cho phép hi ển th ị tất c ả ho ặc m ột phần tham số kết tính tốn thi ết k ế tùy theo yêu cầu người sử dụng Các báo cáo tạo tổ chức d ưới dạng text, dạng bảng tinh, đồ thị 2D 3D Cũng có th ể kết xuất báo cáo dạng file HTML dạng file template định dạng trước • Qt tham số tối ưu hóa Q trình mơ thực lặp lại cách tự đ ộng v ới giá trị khác tham số để đưa ph ương án khác thiết kế Người sử dụng sử dụng phần tối uu hóa Optisystem để thay đổi giá trị tham s ố để đạt k ết tốt nhất, xấu nhât giá mục tiêu thiết kế • Thiết kế hệ thống mạng theo chuẩn GPON • Các thông số thiết lập mạng GPON Kịch 1: Thiết lập thông số cho mạng GPON với h ệ s ố tỉ l ệ chia splitter 1:8 sau: • Đường xuống: • Phương thức mã hóa: NRZ • Cơng suất phát Pphát =2 dBm • Tốc độ bit: 1244,16Mbps • Bước sóng đường xuống: 1490 nm • Độ rộng kênh: 10 MHz • Kênh truyền: • Sợi đơn mode có chiều dài L = 20km • Suy hao: 0,4 dB/km • Độ tán sắc: 16,75 ps/nm/km • Đường lên: • Phương thức mã hóa: NRZ • Tốc độ bit: 1244,16Mbps • Bước sóng đường lên: 1310 nm • Độ rộng kênh: 10 MHz • Cơng suất phát Pphát =-1 dBm • Các tham số tồn cục bao gồm: • Tốc độ bit (Bit rate): 1224.16 Mbps • Chiều dài chuỗi bit (Sequence length): 256 bit • Số lượng mẫu bit (Number of samples per bit): 32 • Cửa sổ thời gian (Time windown) = chiều dài chuỗi bit số mẫu bit = = (s) • Số lượng mẫu (Number of samples) = chiều dài chuỗi bít số mẫu bit = • = (mẫu) Tốc độ lấy mẫu (Samples rate) = Số lượng mẫu / cửa sổ thời gian = = (Hz) Hình 3.2: Thiết lập thơng số cho đường xuống Hình 3.3: Thiết lập thơng số cho đường lên Hình 3.4: Thiết lập thơng số tồn mạng • Sơ đồ hệ thống mạng GPON Hình 3.5: Sơ đồ kết nối mạng theo chuẩn GPON Mơ hình kết nối mạng theo chuẩn GPON mơ tả hình 3.5 Trong s đồ ta thấy hệ thống mạng GPON có thành phần là: • Thiết bị đầu cuối phía nhà sản xuất OLT Đó ghép kênh phân chia theo bước sóng Ở liệu ều chế lên b ước sóng thuộc cửa sổ quang 1490 nm Sau điều chế tín hiệu đưa vào ghép kênh theo bước sóng WDM • Thiết bị Circulator dùng để tách bước sóng để phân tích tín hiệu đường truyền quang • Sử dụng sợi quang đơn mode có chiều dài 20 km tính từ phía OLT đến ONU • Splitter quang: Về chất, splitter quang b ộ chia cơng suất Có nhiều loại splitter quang, có loại cơng suất ngõ đầu có loại cơng suất đầu theo tỉ lệ 1:2, 1:3… Hơn nữa, chia băng thơng Giả sử, tốc độ đường xuống 1,244 Gbps, hệ số chia splitter 1:8 băng thơng t ối đa dành cho user đường xuống 1,244 : = 0.1555 Gbps 155.5 Mbps • ONU thiết bị đầu cuối phía người sử dụng Nó có chức biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện Số lượng ONU Cấu trúc bên ONU cụ thể hình 3.6 Ta thấy sơ đồ, ONU gồm phần thu phát Hình 3.6: Cấu trúc khối ONU • Phần thu gồm có tách quang, lọc Bessel Tín hi ệu đến đầu vào ONU tín hiệu quang chuyển sang tín hiệu ện nhờ Photodiode, lọc Besel thu lại tín hiệu có tần số thấp qua khơi phục tín hiệu cuối đưa vào phân tích tỉ lệ lỗi bit BER • Phần phát gồm phát quang có tham số thi ết l ập hình vẽ Tín hiệu quang truyền qua Dynamic Select theo đường lên • • Phân tích mạng truy nhập GPON dựa phầm mềm OptiSystem Các tiêu đánh giá chất lượng mạng quang • Tỉ số lỗi Bit Ber Định nghĩa: Là tỉ lệ bit bị lỗi tổng s ố bit truy ền Trong đó, xác su ất lỗi bit cách hiệu để đánh giá hiệu hệ th ống cách định lượng Tín hiệu quang đến ONU chuy ển sang miền điện Tín hi ệu điện đưa qua mạch khôi phục liệu Dựa vào mức ngưỡng để xác định bit “1” bit “0” Tỉ lệ lỗi bit hệ thống thông tin quang th ường 10-9 Cách tính BER với nhiễu biên độ tuân theo hàm phân bố Gaussian Hình 3.7: Mối liên quan giữ tín hiệu nhận hàm phân bố xác suất Hình 3.7(a) dạng tín hiệu nhận Giá trị dòng điện I dao động từ I0 tới I1 ID dòng ngưỡng Nếu I > ID bit “1” ngược lại bit “0” BER tính theo xác xuất lỗi bit: BER = P(1)P(0/1) + P(0)P(1/0) Trong đó: • P(1) P(0) xác suất nhận bit • P(0/1) xác suẩt lựa chọn bit bit nhận • P(1/0) xác suất lựa chọn bit bit nhận Do xảy trường hợp: P(1) = P(0) = 1/2 Khi đó: BER=[P(0/1) +P(1/0)] Hình 3.7(b) xác suất P(0/1) phụ thuộc vào hàm mật độ xác suất P(I) Dạng hàm P(I) phụ thuộc vào thống kê nguồn nhiễu Với nhiễu biên độ tuân theo hàm phân bố Gausian, ta có: Mỗi hàm Gaussian có giá trị σ khác Trong erfc hàm bù lỗi định nghĩa sau: Phương trình BER phụ thuộc vào dòng ngưỡng I D Trên thực tế ID đánh giá dựa giá trị BER nhỏ Trường hợp nhỏ ID chọn theo cơng thức: Tính xấp xỉ ta có : Suy ra: Ta có: σ0 = σ1 Khi đó, BER Khi P(1/0) = P(0/1) Đi ều có th ể nhìn th rõ hình 3.7(b) Thay giá trị tìm vào cơng thức tính BER ta có: Với Phương trình mối quan hệ BER hệ s ố Q: Q gi ảm BER tăng ngược lại Ta thấy rõ điều thơng qua đồ thị đây: Hình 3.8: Mối quan hệ hệ số phẩm chất Q tỉ lệ lỗi bit BER • Hệ số phẩm chất Q Định nghĩa: Hệ số chất lượng tín hiệu tỉ số tương đương với tỉ lệ tín hiệu nhiễu (SNR) tín hiệu điện thu sau khuếch đại Hệ số tính dựa theo cơng thức Hình 3.9: Hệ số Q tính theo biên độ • Đồ thị mắt Định nghĩa: Biểu đồ mắt hay mẫu mắt hình ảnh cho th r ất rõ mức độ méo tín hiệu số Ở đầu phần băng gốc hệ thống (sau lọc băng gốc, trước lấy mẫu định bit truyền hay 0), h ệ thống ln có điểm đo, từ dẫn tín hiệu vào oscilloscope N ếu tần số quét oscilloscope với tốc độ bit tín hi ệu hình hiển thị oscilloscope, tín hiệu dừng l ại trùng lên N ếu xem mức tín hiệu dương mí mắt bên trên, tín hiệu âm mí m bên d ưới, ta có hình ảnh mắt người mở Đó mẫu mắt Mẫu m v ới vô số tín hiệu vào oscillocscope chồng lên Những hình ảnh cho thấy mức độ méo tín hiệu độ dự trữ tạp âm Gọi giá trị đỉnh dương tín hiệu khơng méo lý tưởng giá tr ị đỉnh âm tín hiệu khơng méo lý tưởng -1 độ mở mẫu mắt lý tưởng (2/2)x100% = 100%, thực tế độ mở mẫu mắt khoảng trắng lớn đường cong tín hiệu âm dương, chia tín theo phần trăm Mẫu mắt cảng mở (số % lớn ) chất l ượng tín hiệu tốt Ngược lại với độ mở mẫu mắt độ đóng mẫu mắt Mẫu mắt gọi mở độ mở mẫu mắt lớn Mẫu mắt gọi đóng độ mở Mẫu mắt thường từ 20% – 30%, tùy theo hệ thống có mã chống nhiễu hay khơng Mẫu mắt xem bình th ường n ếu khoảng lớn 50% Thực tế yêu cầu lớn hơn, khoảng 75% • Mối quan hệ tỉ lệ lỗi bit với đồ thị mắt Đồ thị mắt thể cách trực quan chuỗi bit “0” “1” bỏ qua số thông số khác Thông thường, đồ thị mắt kết h ợp mẫu điện áp thời gian tín hiệu g ốc Một oscilloscope, có th ể có tốc độ lấy mẫu 10 Gbps Điều có nghĩa phần l ớn mẫu mắt tạo từ số mẫu tín hiệu Nhưng vấn đề dễ gặp phải số mẫu xuất Những kết có liên quan đến nhau, nhiễu liên quan đến xuất phát từ hi ệu ứng khác nh hi ệu ứng crosstalk hiệu ứng giao thoa Nó khơng xuất hi ện đ th ị mắt lại ngăn cản việc liên kết mức tín hi ệu (có th ể hi ểu mức điện áp đặc trưng cho bit “0” “1”) • Phân tích yếu tố ảnh hưởng đến mạng quang • Đo kiểm thông số mạng Với thông số thiết lập kịch 1, ti ến hành đo có kết sau đây: • đo Cơng suất Sử dụng thiết bị Optical Power Meter để đo công suất ểm c ần Công suất đo đầu OLT công suất đường xuống Pphát =2 dBm Hình 3.10: Cơng suất đo đầu OLT Pphát =2 dBm Công suất đo đầu vào ONU1 công suất đường xuống Pphát =2 dBm Hình 3.11: Cơng suất đo đầu vào ONU Pphát = 2dBm Sử dụng thiết bị Ber Analyzer để đo BER, hệ số phẩm chất Q đồ th ị mắt phía người sử dụng ta có kết hình 3.12 Hình 3.12: Kết đo người sử dụng kịch Hình 3.13: Đồ thị Min BER người sử dụng kịch Hình 3.14: Đồ thị mắt người sử dụng kịch Hình 3.15: Đồ thị hệ số phẩm chất Q người sử dụng kịch • Ảnh hưởng khoảng cách Kịch 2: Giữ nguyên tham số mạng kịch thay đổi khoảng cách truyền dẫn L = 10km Tiến hành phân tích l ại thơng s ố phía người sử dụng để thấy chất lượng truy ền dẫn m ạng thay đổi Trong kịch nêu với khoảng cách truy ền dẫn L = 20km, công suất phát đường xuống Pp = dBm ta thu k ết qu ả đo t ại người sử dụng hình 3.12 Trong kịch 2, với khoảng cách truyền dẫn L = 10km, Pphát = dBm ta có kết đo người sử dụng hình 3.16 Hình 3.16: Kết đo người sử dụng kịch với L = 10km Hình 3.17: Đồ thị Min BER người sử dụng kịch Hình 3.18: Đồ thị mắt người sử dụng kịch Hình 3.19: Đồ thị hệ số phẩm chất Q người sử dụng kịch Đánh giá: Qua kết đo ta thấy rằng, khoảng cách ngắn tỉ lệ lỗi bit giảm Với khoảng cách truy ền dẫn L = 10 đo Min BER phía người sử dụng 6.33418e-55 khoảng cách L = 20km Min BER 1.48707e-10 Rõ ràng chênh lệch hai kho ảng cách lớn.Và độ mở mắt đồ thị mắt to h ơn, ch ứng tỏtín hi ệu truyền mạng tốt hơn, khoảng cách truy ền ngắn h ơn nên tỉ lên lỗi bít ảnh hưởng mơi trường truyền dẫn như: suy hao, nhiễu,tán sắc hơn.Mạng truyền tốt • Ảnh hưởng hệ số tỉ lệ chia SPLITTER Kịch 3: Giữ nguyên tham số mạng kịch thay đổi hệ số tỉ lệ chia splitter 1:16 Tiến hành thi ết k ế l ại thơng số phía người sử dụng Trong kịch 3, với khoảng hệ số tỉ lệ chia splitter 1:16, Pphát = dBm, L = 20km ta có kết đo người sử dụng hình 3.20 Hình 3.20: Kết đo người sử dụng kịch với chia 1:16 Hình 3.21: Đồ thị Min BER người sử dụng kịch Hình 3.22: Đồ thị mắt người sử dụng kịch Hình 3.23: Đồ thị hệ số phẩm chất Q người sử dụng kịch Hình 3.24: Cơng suất đo đầu vào ONU1 với chia 1:16 Đánh giá: Khi hệ số chia lớn cơng suất đầu chia công suất đầu vào ONU giảm dẫn tới độ mở đ th ị m t ại người sử dụng nhỏ, tỉ lệ lỗi bit lớn Với chia 1:16 k ịch b ản Min BER đo phía người sử dụng 0,000813539tăng lên nhiều so với Min BER = 1.48707e-10 kịch 1.Tỉ l ệ chia tăng tỉ lệ lỗi bít lớn ngược lại • Ảnh hưởng công suất phát Kịch 4: Giữ nguyên tham số mạng kịch tăng công suất phát đường xuống lên 5dBm, Pphát = 5dBm Ti ến hành thi ết kế lại thơng số phía người sử dụng Hình 3.25: Cơng suất đo đầu OLT Pphát = 5dBm Hình 3.26: Cơng suất đo đầu vào ONU1 Pphát = 5dBm Nhận thấy tăng công suất phát P phát = 5dBm đường xuống cơng suất đầu vào ONU tăng lên theo tỉ lệ thuận Kết thiết kế người sử dụng là: Hình 3.27: Kết đo người sử dụng kịch với Pphát = 5dBm Hình 3.28: Đồ thị Min BER người sử dụng kịch Hình 3.29: Đồ thị mắt người sử dụng kịch Hình 3.30: Đồ thị hệ số phẩm chất Q người sử dụng kịch Đánh giá: Qua kết đo trên, ta thấy tăng công suất phát lên Pphát = 5dBm tỉ lệ lỗi bit phía người sử dụng giảm Đồ thị mắt thu gọn độ mở mắt l ớn Chất l ượng mạng tăng lên 3.4 Kết luận chương Từ kết thiết kế thấy có nhi ều yếu t ố ảnh hưởng tới chất lượng truyền tải mạng GPON khoảng cách truyền dẫn, tỉ lệ chia splitter hay công suất phát… Đ ể tăng ch ất lượng mạng cần phải xem xét tổng thể hệ th ống tùy ều kiện thực tế mà lựa chọn nhóm phương pháp phù hợp đ ể tăng ch ất lượng mạng truy nhập GPON Việc đo ki ểm tham s ố m ạng truy nhập công suất phát, tỉ lệ lỗi bit, hệ s ố phẩm chất… có ý nghĩa r ất quan trọng trình lắp đặt bảo dưỡng để đáp ứng yêu cầu chất lượng dịch vụ cung cấp CHƯƠNG KẾT LUẬN Qua kết đây, đưa kết luận, GPON có nhiều ưu điểm Một ưu điểm bật GPON tốc độ cao, ngồi khả tích hợp nhiều dịch vụ đường dây ưu điểm lớn để GPON dần thay ADSL năm tới Tại Việt Nam, nhà cung cấp dịch vụ Viettel, FPT, SPT, CMC TI đẩy mạnh phát triển GPON dựa nhiều chuẩn khác Trong luận văn tốt nghiêp mình, em trình bày chi tiết mạng truy nhập quang với công nghệ GPON Đưa mô hệ thống mạng quang theo chuẩn GPON phầm mềm Optisystem phân tích ảnh hưởng vài yếu tố tới chất lượng mạng quang khoảng cách đường truyền, hệ số tỉ lệ chia Splitter công suất phát Thông thường hệ thống thực tế, người ta quan tâm đến tiêu tỉ lệ lỗi bit BER đồ thị mắt… mà chủ yếu quan tâm đến chất lượng hệ thống dựa Budget đường truyền Tuy nhiên kết khảo sát phần phản ánh chất lượng mạng GPON Hướng phát triển em nghiên cứu để mô mạng quang theo chuẩn GEPON Thời gian vừa qua thực tập Viện khoa học kỹ thuật Bưu Điện- đơn vị đầu công tác nghiên cứu, ứng dụng tiến khoa học công nghệ, chuyển giao công nghệ lĩnh vực bưu viễn thơng, cơng nghệ thơng tin truyền thông; giúp em củng cố, bổ sung nắm vững hoàn thiện kiến thức học thời gian ngồi ghế nhà trường Đồng thời, giúp em bước đầu làm quen với môi trường làm việc nghiên cứu chuyên nghiệp có kinh nghiệm thực tiễn quý báu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mạng FTTH gigabit/s - Dương Quang Hà - Đại học Bách khoa Hà Nội, 2008 [2] Công nghệ chuẩn hóa mạng quang thụ động- Quang Minh [3] Cơng nghệ truy nhập mạng NGN - Nguyễn Việt Hùng, Học Viện CNBCVT, 2009 [4] Mạng công nghệ truy nhập- Học Viên CNBCVT- Ths Dương Thị Thanh Tú [5] Credic F.Lam (2007), Passive Optical Networks princeiples and practice, pp 215-264 [2] Paul E.Green, Jr (2006), Fiber to the home the new empowerment [6] ITU G.984.2 (2003), Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): Physical Media Dependent (PMD) layer specification [7] ITU G.984.3 (2004), Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): Transmission convergence layer specification [8] ITU G.984.4 (2004), Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): ONT management and control interface specification [9] ITU G.983.2 (2000), ONT Management and Control Interface Specification for ATM PON [10] ITU G.983.3 (2001), Broadband Optical Access Systems with Increased Service Capability by Wavelenght Allocation [11] www.itu.int ... thực gồm 03 chương: Chương 1: Tổng quan mạng quang thụ động PON Chương 2: Công nghệ mạng quang thụ động GPON Chương 3: Mô hệ thống mạng quang thụ động GPON phần mềm Optisystem Trong trình thực tập... phát triển cho công nghệ mạng PON CHƯƠNG CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG GPON • Kiến trúc mạng GPON Hình 2-1 mơ tả cấu hình hệ thống G-PON bao gồm OLT, ONU, chia quang sợi quang Sợi quang kết nối... tập trung thuê bao Mạng quang thụ động định nghĩa cách ngắn gọn sau: Mạng quang thụ động (PON) mạng quang khơng có phần tử điện hay thiết bị quang điện tử” Hay nói cách khác, mạng PON khơng chứa