b. Phân định băng thông động
3.3.2.Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng mạng quang
a. Tỉ lệ lỗi bit BER
Định nghĩa: Là tỉ lệ bit bị lỗi trên tổng số bit truyền đi. Trong đó, xác suất lỗi
bit là một trong những cách hiệu quả để đánh giá tín hiệu một cách định lượng.
Khi máy thu nhận được tín hiệu quang, nó sẽ chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện thông qua một photodiode. Sau đó, tín hiệu điện lại được khuếch đại tín hiệu nhờ một bộ khuếch đại. Tín hiệu này sau đó được lấy mẫu để tương ứng với mỗi bit, ta có một mức điện thế xác định. Với một ngưỡng cho trước, mức tín hiệu nào lớn hơn ngưỡng thì là bit “1”, ngược lại là bit “0”. Nếu nhiễu quá lớn, các mức điện thế có thể vượt qua ngưỡng để được đọc thành bit “1” và ngược lại tạo ra lỗi.. Nhờ kĩ thuật mã hóa sửa sai FEC, người ta có thể hạ thấp tỉ lệ lỗi bit từ 10-4 xuống còn 10-12. Tuy nhiên, thông thường tỉ lệ lỗi bit trong tín hiệu quang thường là 10-9. Cách tính BER với nhiễu biên độ tuân theo hàm phân bố Gaussian.
Chương III: Thiết kế triển khai mạng FTTH theo chuẩn GPON
Hình 3.5 (a) Tín hiệu nhận được ở bộ thu. (b) Hàm phân bố xác suất bit “1” và “0”
Hình (a) chỉ ra dạng tín hiệu nhận được. Giá trị dòng điện I dao động từ I0 tới I1
và ID là dòng ngưỡng. Nếu I > ID thì đó là bit “1” còn ngược lại đó là bit “0”. BER có thể được tính theo xác xuất lỗi bit:
BER = P(1)P(0/1) + P(0)P(1/0) (4.1) Trong đó:
− P(1) và P(0) là xác suất nhận được bit 1 và 0. − P(0/1) là xác suất lựa chọn bit 0 khi bit 1 được nhận − P(1/0) là xác suất lựa chọn bit 1 khi bit 0 được nhận − Do có thể xảy ra trường hợp: P(1) = P(0) = 1/2. Khi đó:
BER = [P(0/1) + P(1/0)] (4.2)
Hình b chỉ ra xác suất P(0/1) và P(1/0) phụ thuộc vào hàm mật độ xác xuất P(I). Dạng hàm P(I) phụ thuộc vào thống kê nguồn nhiễu. Với nhiễu biên độ tuân theo hàm phân bố Gaussian, ta có:
Chương III: Thiết kế triển khai mạng FTTH theo chuẩn GPON
(4.3)
(4.4) ( Mỗi một hàm Gaussian có một giá trị σ khác nhau.)
Trong đó erfc là hàm bù lỗi được định nghĩa như sau:
(4.5)
Thay vào công thức trên ta có:
(4.6)
Phương trình này chỉ ra rằng BER phụ thuộc vào dòng ngưỡng ID. Trên thực tế ID được đánh giá dựa trên giá trị BER nhỏ nhất. Trường hợp nhỏ nhất khi ID được chọn theo công thức: (4.7) Tính xấp xỉ ta có : ( 4.8) Suy ra: (4.9) Ta có: σ0 = σ1,
Chương III: Thiết kế triển khai mạng FTTH theo chuẩn GPON
(4.10) Khi đó, BER min. Khi đó P(1/0) = P(0/1). Điều này có thể nhìn thấy rõ trong hình (b). Thay các giá trị tìm được vào công thức tính BER ta có:
Với:
(4.12)
Phương trình trên chỉ ra mối quan hệ giữa BER và hệ số Q: Q giảm thì BER tăng và ngược lại. Ta có thể thấy rõ điều đó thông qua đồ thị dưới đây:
b. Hệ số phẩm chất Q
Định nghĩa: Hệ số chất lượng tín hiệu là tỉ số tương đương với tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) của tín hiệu điện ở bộ thu sau khi được khuếch đại. Hệ số này được tính dựa theo công thức (4.12).
Chương III: Thiết kế triển khai mạng FTTH theo chuẩn GPON
c. Đồ thị mắt
Định nghĩa: Biểu đồ mắt hay mẫu mắt là một hình ảnh cho thấy rất rõ mức độ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
méo của tín hiệu số. Ở đầu ra phần băng gốc của hệ thống (sau khi lọc băng gốc, trước khi lấy mẫu quyết định bit truyền là 1 hay 0), các hệ thống luôn có một điểm đo, từ đó dẫn tín hiệu vào một oscilloscope. Nếu tần số quét của oscilloscope bằng với tốc độ bit của tín hiệu thì trên màn hình hiển thị của oscilloscope, các tín hiệu sẽ dừng lại trùng lên nhau. Nếu xem mức tín hiệu dương là mí mắt bên trên, tín hiệu âm là mí mắt bên dưới, ta sẽ có một hình ảnh như một mắt người mở. Đó chính là mẫu mắt. Mẫu mắt với vô số tín hiệu đi vào oscillocscope thì chồng lên nhau. Những hình ảnh đó cho thấy mức độ méo của tín hiệu và độ dự trữ tạp âm.
Gọi giá trị đỉnh dương của tín hiệu không méo lý tưởng là 1 còn giá trị đỉnh âm của tín hiệu không méo lý tưởng là -1 thì độ mở của mẫu mắt lý tưởng sẽ là (2/2)x100% = 100%, trong thực tế thì độ mở mẫu mắt sẽ là khoảng trắng lớn nhất giữa các đường cong tín hiệu âm và dương, chia 2 và tín theo phần trăm. Mẫu mắt cảng mở (số % càng lớn ) thì chất lượng tín hiệu càng tốt. Ngược lại với độ mở mẫu mắt là độ đóng mẫu mắt
Mẫu mắt được gọi là mở nếu độ mở mẫu mắt lớn hơn 0. Mẫu mắt được gọi là đóng nếu độ mở bằng 0. Mẫu mắt thường là từ 20% – 30%, tùy theo hệ thống có mã chống nhiễu hay không. Mẫu mắt được xem là bình thường nếu ở khoảng lớn hơn 50 %. Thực tế thì yêu cầu lớn hơn, khoảng 75%.
Hình 3.7 Hệ số Q tính theo biên độ
Hình 3.8 mô tả chi tiết cách thức dựng lên đồ thị mắt. Giả sử ta có 8 chuỗi bit lần lượt là “000”, “100”, “010”, “110”, “111”, “001”, “101”, “011”, “111”. Ứng với
Chương III: Thiết kế triển khai mạng FTTH theo chuẩn GPON
các chuỗi bit đó ta có các dạng tín hiệu tương ứng. Ví dụ như với chuỗi bi “000”, ta sẽ có giá trị đỉnh âm của mẫu mắt (trong hình dưới lấy là đỉnh dương), với chuỗi bit “111”, ta sẽ có giá trị đỉnh dương của mẫu mắt (trong hình dưới lấy là đỉnh âm). Ngoài ra còn có một số chuỗi bit khác. Tổng hợp các chuỗi bit đó ta được đồ thị mắt tương ứng như hình vẽ. Nếu số chuỗi bit càng lớn thì hình dạng của biểu đồ mắt sẽ gồm rất nhiều đường chồng chập lên nhau. Ta có thể thấy rất rõ điều này trong biểu đồ mắt ở Hình 3.9. Ở đây, đồ thị mắt được lấy trong một chu kì bit, độ mở mắt là khoảng 50%, một con số có thể chấp nhận được trong thực tế.
Hình 3.8 Sự hình thành đồ thị mắt
Hình 3.9 cho ta thấy một kết quả thực tế của đồ thị mắt. Có rất nhiều chuỗi bit được tổng hợp lại ở phía thu tạo nên đồ thị mắt có hình dạng khá phức tạp.
Chương III: Thiết kế triển khai mạng FTTH theo chuẩn GPON
Hình 3.9 Đồ thị mắt