b. Phương thức ghép kênh
3.3.4. Mô phỏng các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mạng GPON
a. Sơ đồ kết nối
Mô hình kết nối mạng được mô tả ở Hình 4.11. Trong sơ đồ trên ta thấy hệ thống mạng FTTH theo chuẩn GPON có các thành phần chính là:
Thiết bị đầu cuối phía nhà sản xuất OLT: Đó chính là bộ phát (optical
transmitter). Ở đây dữ liệu và thoại đã được điều chế lên các bước sóng thuộc cửa sổ quang 1490nm, video được điều chế lên bước sóng 1550nm. Sau khi điều chế các tín hiệu sẽ được đưa vào bộ dồn kênh theo bước sóng (WDM Mux).
Chương III: Thiết kế triển khai mạng FTTH theo chuẩn GPON
Hình 3.15 Sơ đồ kết nối hệ thống FTTH- GPON
Circulator là thiết bị không thuận ngược. Nó chỉ truyền ánh sáng qua nó theo
một chiều và ngăn không cho truyền theo chiều ngược lại. Nó được dùng tại đầu ra của các thiết bị quang (bộ khuếch đại, nguồn phát laser) để ngăn quá trình phản xạ ngược trở lại các thiết bị đó, gây nhiễu và hư hại thiết bị.
Splitter quang: Về bản chất, splitter quang là một bộ chia công suất. Có nhiều
loại splitter quang, có loại thì công suất ở các ngõ đầu ra bằng nhau nhưng cũng có loại thì công suất đầu ra theo các tỉ lệ 1:2, 1:3… Hơn thế nữa, nó cũng là bộ chia băng thông. Giả sử, tốc độ hướng xuống là 1,244Gbps, hệ số chia của splitter là 1:4 thì băng thông tối đa dành cho các user hướng xuống sẽ là 1,244 : 4 = 0.311Gbps hay là 311Mbps. Độ suy hao của Splitter được tính theo công thức 10log(1/N) N là tỉ lệ chia, ví dụ: 1:32 -> 10log (1/32)= 15dB.
ONT là thiết bị đầu cuối phía người sử dụng. Nó có chức năng là biến đổi tín
hiệu quang thành tín hiệu điện. Số lượng ONT là 8. Cấu trúc bên trong của ONT được cụ thể như Hình 3.17. Ta có thể thấy trong sơ đồ, ONT sẽ gồm 2 phần thu và phát.
Ngoài ra còn có một số thiết bị khác để phân tích tín hiệu như máy phân tích phổ (Optical Spectrum Analyser), bộ hiển thị thời gian (Optical Time Domain Visualizer), làm trễ tín hiệu quang (Optical Delay), Optical Null tức là không có tín hiệu quang và triệt tiêu tín hiệu quang,
Chương III: Thiết kế triển khai mạng FTTH theo chuẩn GPON
Hình 3.16 Sơ đồ kết nối bộ chia quang 1:32
Chương III: Thiết kế triển khai mạng FTTH theo chuẩn GPON
Phần thu gồm có một Photodetecor, một bộ lọc thông thấp Bessel (Low Pass Bessel Filter). Tín hiệu khi đến đầu vào của ONT nó sẽ được Photodetector thu, qua bộ lọc thông thấp Besel nó sẽ lọc lấy những tín hiệu có tần số thấp rồi qua bộ tạo lại xung (Regenerator) và cuối cùng đưa vào bộ phân tích tỉ lệ lỗi bit BER. Đối với bộ thu tại OLT có thêm bộ đệm ( Buffer Selector) dùng để đệm tín hiệu vào bộ thu.Phần phát gồm một bộ bộ phát (Optical Transmitter) gồm các tham số đã được thiết lập như hình vẽ. Qua các bộ Dynamic Select (về bản chất nó có chức năng như tương tự Circulator), tín hiệu sẽ được truyền đi theo hướng lên.
b. Các kịch bản mô phỏng
Tham số thiết lập
Tham số Đơn vị Phía phát
OLT Phía phát ONT Kênh truyền Công suất phát dBm -3 -3 - Tốc độ bít Gbps 2.488 1.244 - Mã hóa - NRZ NRZ Bước sóng nm - 1490nm data, voice -1550nm video 1310nm -
Suy hao sợi quang
dB/km - - 0.3 dB/km Hệ số chia
Splitter
- - - 1:32, 1:64
Bảng 3.8 Tham số thiết lập mô phỏng
Khoảng cách truyền
Theo tiêu chuẩn ITU-T 984 khoảng cách tối đa trong mạng GPON là 20km. Ta sẽ thiết lập hai trường hợp ứng với khoảng cách 10km và 20km để thấy nó ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu như thế nào.
Khoảng cách 10km đối với bước sóng 1490nm ta có đồ thị tín hiệu như sau: Dựa vào hai đồ thị 3.18, 3.19 ta có các kết quả:
Ở khoảng cách 10km: Min BER : 1.32545 x 10-13
Q Factor : 7.31101
Chương III: Thiết kế triển khai mạng FTTH theo chuẩn GPON
Q Factor : 3.69496
Như vậy khi khoảng cách càng tăng thì tỉ lệ lỗi bit càng tăng và hệ số phẩm chất sẽ giảm
Hình 3.18 Đồ thị tín hiệu khoảng cách 10km, hệ số chia 1:32, bước sóng 1490nm
Hình 3.19 Đồ thị tín hiệu khoảng cách 20km, hệ số chia 1:32, bước sóng 1490nm
Chương III: Thiết kế triển khai mạng FTTH theo chuẩn GPON
Theo tiêu chuẩn ITU-T984 thì các hệ số chia của GPON là 1:2, 1:4, 1:8, 1:16, 1:32, 1:64 và cao nhất là 128 và khoảng cách có thể lên tới 60km nhưng đang được nghiên cứu triển khai
Ở đây ta xét đến hai trường hợp hệ chia 1:32 và 1:64, có cùng công suất phát, khoảng cách truyền để thấy sự ảnh hưởng đến thông số toàn mạng:
Hình 3.20 Đồ thị tín hiệu khoảng cách 10km, Splitter 1:64, bước sóng 1490nm
Ta thấy với Splitter 1:32 (Hình 3.18) Min BER = Min BER : 1.32545 x 10-13
Ở Hình 3.20 là đồ thị tín hiệu khi sử dụng Splitter 1:64, ta thấy Min BER=1, do công suất phát bằng -3dB quá bé nên khi sử dụng Splitter 1:64 tỉ lệ lỗi bit là lớn nhất, suy hao quá lớn không thể đo được tín hiệu phía thu.
Dễ thấy tỉ lệ lỗi bit khi sử dụng Splitter 1:64 lớn hơn rất nhiều so với khi sử dụng Splitter 1:32. Cùng một công suất phát, tốc độ bit, khoảng cách truyền thì tỉ lệ chia càng lớn thì tỉ lệ lỗi bit cũng càng lớn.
Tốc độ bit và công suất phát
Khi tốc độ bit tăng thì tỉ lệ lỗi bit cũng tăng, vì vậy để tỉ lệ lỗi bit đáp ứng theo chuẩn ITU- T984 thì ta phải tăng đồng thời cả công suất phát, và độ nhạy thu ở máy thu cũng phải cao hơn. Sau đây ta tiến hàng mô phỏng với tham số sau:
− Tốc độ bit đường xuống 2488 Mbps và 1244 Mbps
− Bước sóng đường xuống là 1490nm, công suất phát 0dB ở khoảng cách 20km − Splitter 1:32
Chương III: Thiết kế triển khai mạng FTTH theo chuẩn GPON
Ta có đồ thị tín hiệu như sau:
Hình 3.21 Đồ thị tín hiệu cho tốc độ 2488Mbps, công suất phát 0dB
Hình 3.22 Đồ thị tín hiệu cho tốc độ 1244Mbps, công suất phát 0dB
Chương III: Thiết kế triển khai mạng FTTH theo chuẩn GPON
• Với tốc độ bit 2488Mbps (Hình 3.21) Min BER= 1.33021 x 10-13
• Với tốc độ bit 1244Mbps (Hình 3.22) Min BER= 6.97736 x 10-14
Nhận thấy khi tăng tốc độ bit thì tỉ lệ lỗi bit cũng tăng nhưng không nhiều. Khi tăng tốc độ bit thì phải tăng đồng thời cả công suất phát. Việc lựa chọn công suất máy phát phải dựa vào suy hao Splitter và sợi quang và đồng thời phải tuân theo chuẩn của ITU- T 984 đặt ra.
c. Kết luận
Qua quá trình mô phỏng mạng FTTH-GPON bằng phần mềm Optisystem 7.0 thì ta có thể thấy có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mạng như: hệ số chia splitter, tốc độ bit, công suất phát, khoảng cách truyền..Từ đó để tối ưu hóa mạng thì cần phải điều chỉnh các tham số phù hợp theo chuẩn ITU-T 984.
Bài toán cụ thể:
Một mạng GPON có khoảng cách giữa OLT và ONT là 10km, suy hao sợi quang 0.3dB/km, tốc độ bit ở đường xuống OLT là 2488Mbps, Splitter 1:32
Ta có:
Suy hao ODN = Suy hao Splitter + Suy hao sợi quang
= -10log(1/32) + 0.3 dB/km x 10 = 18 (dB)
Vậy ta phải tăng công suất phát tối thiểu trong trường hợp này là ODN lớp A, công suất trung bình tối thiểu cho tốc độ 2488 Mbps đường lên là 0dB. Ta có đồ thị mắt: Ta thất Min Ber = 4.24079x10-13 đáp ứng yêu cầu về BER tối thiểu (< 10-10) theo chuẩn ITU-T 984. Vì công suất ở mức tối thiểu nên BER cũng ở mức tối thiểu chấp nhận được.
Chương III: Thiết kế triển khai mạng FTTH theo chuẩn GPON
Hình 3.23 Đồ thị tín hiệu Splitter 1:32, L=10km, tốc độ 2488Mbps (down)
Vớ hướng lên ở tốc độ 1244Mbps, ta chọn công suất phát trung bình tối thiểu trong ODN loại A là -3dBm. Ta có đồ thị tín hiệu:
Hình 3.24 Đồ thị tín hiệu Splitter 1:32, L=10km, tốc độ 1244Mbps (up)
Ta thấy Min BER=5.53351 x 10-11 đáp ứng tiêu chuẩn ITU-T 984.2 (3/2003).