Optisystem cho phép người dùng sử dụng kết hợp với các công cụ phần mềm khác của Optiwave như: OptiAmplifier, OptiBPM, OptiGrating, WDM_Phasar và
3.1.3.5 Ngôn ngữ SCIPT mạnh
Người sử dụng có thể nhập các biểu diễn số học của tham số và tạo ra các tham số toàn cục. Các tham số toàn cục này sẽ được dùng chung cho tất cả các phần tử và hệ thống con của hệ thống nhờ sử dụng chung ngôn ngữ VB Script.
3.1.3.6 Thiết kế nhiều lớp
Trong một file dự án, Optisystem cho phép tạo ra nhiều thiết kế, nhờ đó người sử dụng có thể tạo ra và sửa đổi các thiết kế một cách nhanh chóng và hiệu quả. Mỗi file dự án thiết kế của Optisystem có thể chứa nhiều phiên bản thiết kế. Mỗi phiên bản được tính toán và thay đổi một cách độc lập nhưng kết quả tính toán của các phiên bản khác nhau có thể được kết hợp lại, cho phép so sánh các phiên bản thiết kế một cách dễ dàng.
3.1.3.7 Trang báo cáo
Trang báo cáo của Optisystem cho phép hiển thị tất cả hoặc một phần các tham số cũng như các kết quả tính toán được của thiết kế tùy theo yêu cầu của người sử dụng. Các báo cáo tạo ra được tổ chức dưới dạng text, dạng bảng tinh, đồ thị 2D và 3D. Cũng có thể kết xuất báo cáo dưới dạng file HTML hoặc dưới dạng các file template đã được định dạng trước.
3.1.3.8 Quét tham số và tối ưu hóa
Quá trình mô phỏng có thể thực hiện lặp lại một cách tự động với các giá trị khác nhau của tham số để đưa ra các phương án khác nhau của thiết kế. Người sử dụng cũng có thể sử dụng phần tối uu hóa của Optisystem để thay đổi giá trị của một tham số nào đó để đạt được kết quả tốt nhất, xấu nhât hoặc một giá mục tiêu nào đó của thiết kế.
3.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG MẠNG EPON
3.2.1 Các thông số thiết lập mạng EPON
Trường hợp 1: Thiết lập các thông số cho mạng EPON với hệ số tỉ lệ chia của bộ splitter là 1:8 như sau:
Đường xuống:
- Phương thức mã hóa: NRZ - Công suất phát P = 1 dBm
- Tốc độ bit: 1244,16Mbps
- Bước sóng đường xuống: 1550 nm - Độ rộng mỗi 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 mỗi kênh: 10 MHz - Công suất phát Pphát = -1 dBm
Các tham số toàn cục bao gồm:
- Tốc độ bit (Bit rate): 1224.16 Mbps
- Chiều dài chuỗi bit (Sequence length): 256 bit
- Số lượng mẫu trên mỗi bit (Number of samples per bit): 32
- Cửa sổ thời gian (Time windown) = chiều dài chuỗi bit số mẫu trên một bit
=
1244160000 1 256
= 2.057613107(s)
-Số lượng mẫu (Number of samples) = chiều dài chuỗi bít số mẫu trên một bit
- Tốc độ lấy mẫu (Samples rate) = Số lượng mẫu / cửa sổ thời gian = 7 10 057613 . 2 8912 = 3981312000 0 (mẫu/s)
3.2.2 Sơ đồ hệ thống mạng EPON
Hình 3.5: Sơ đồ kết nối mạng EPON
Mô hình kết nối mạng theo chuẩn EPON được mô tả ở hình 3.5. Trong sơ đồ trên PON có các thành phần chính là:
Thiết bị đầu cuối phía nhà sản xuất OLT. Đó chính là bộ ghép kênh phân chia theo bước sóng. Ở đây các dữ liệu đã được điều chế lên các bước sóng thuộc cửa sổ
quang 1550 nm. Sau khi điều chế các tín hiệu sẽ được đưa vào bộ ghép kênh theo bước
sóng WDM.
Thiết bị Circulator dùng để tách một bước sóng ra để phân tích tín hiệu trên đường truyền quang.
Sử dụng sợi quang đơn mode có chiều dài là 20 km tính từ phía OLT đến ONU. 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 đường xuống là 1,244 Gbps, hệ số chia của splitter là 1:8 thì băng thông tối đa dành cho các user đường xuống sẽ là 1,244 : 8 = 0.1555 Gbps hay là
155.5 Mbps.
ONU 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 ONU là 8. Cấu trúc bên trong của ONU được cụ thể như hình 3.6. Ta có thể thấy trong sơ đồ, ONU sẽ gồm 2 phần thu và phát.
Hình 3.6: Cấu trúc khối ONU
- Phần thu gồm có một bộ tách quang, một bộ lọc Bessel. Tín hiệu khi đến đầu vào của ONU tín hiệu quang được chuyển sang tín hiệu điện nhờ Photodiode, bộ lọc Besel thu lại tín hiệu có tần số thấp rồi qua bộ khôi phục tín hiệu và cuối cùng đưa vào bộ phân tích tỉ lệ lỗi bit BER.
3.3 PHÂN TÍCH MẠNG TRUY NHẬPEPON DỰA TRÊN PHẦN MỀM OPTISYSTEM OPTISYSTEM
3.3.1 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng mạng quang
3.3.1.1 Tỉ số 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 hiệu năng hệ thống một cách định lượng.
Tín hiệu quang đi đến ONU sẽ được chuyển sang miền điện. Tín hiệu điện được đưa qua mạch khôi phục dữ liệu. Dựa vào mức ngưỡng để xác định bit “1” và bit “0”. Tỉ lệ lỗi bit trong hệ thống thông tin quang thường là 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 được và hàm phân bố xác suất.
Hình 3.7(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:
Trong đó:
- P(1) và P(0) là xác suất nhận được bit 1 và 0.
- P(0/1) là xác suẩt 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)]
Hình 3.7 (b) chỉ ra xác suất P (0/1) và P (1/0) 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 Gaussian, ta có:
Mỗi một hàm Gaussian có một giá trị σ khác nhau. Trong đó erfc là hàm bù lỗi
được định nghĩa như sau:
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:
Ta có: σ0 = σ1
Khi đó, BER min. Khi đó P(1/0) = P(0/1). Điều này có thể nhìn thấy rõ trong hình 3.7(b). Thay các giá trị tìm được vào công thức tính BER ta có:
Với
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 thịdưới đây:
Hình 3.8: Mối quan hệ giữa hệ số phẩm chất Q và tỉ lệ lỗi bit BER
3.3.1.2 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 bộthu sau khi được khuếch đại. Hệ số này được tính dựa theo công thức.
Hình 3.9: Hệ số Q tính theo biên độ
3.3.1.3 Đồ thị mắt
Định nghĩa: Biểu đồ mắt hay mẫu mắt là một hình ảnh cho thấy rất rõ mức độ
méo của tín hiệu số. Ởđầu 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, từđó
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 tếthì độ mở mẫu mắt sẽ là khoảng trắng lớn nhất giữa
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%.
3.3.1.4 Mối quan hệ giữa tỉ lệ lỗi bit với đồ thị mắt
Đồ thị mắt thể hiện một cách trực quan các chuỗi bit “0” và “1” nhưng bỏ qua một số thông số khác. Thông thường, đồ thị mắt là sự kết hợp của các mẫu điện áp hoặc thời gian của các tín hiệu gốc. Một oscilloscope, có thể có tốc độ lấy mẫu là 10 Gbps. Điều đó có nghĩa là phần lớn các mẫu mắt được tạo ra từ một số ít các mẫu tín hiệu. Nhưng một vấn đề dễ gặp phải đó là khi số mẫu ít khi xuất hiện. Những kết quả này có thể có liên quan đến nhau, nhiễu liên quan đến hoặc xuất phát từ các hiệu ứng khác như hiệu ứng crosstalk và các hiệu ứng giao thoa. Nó có thể không xuất hiện trong đồ thị mắt nhưng nó lại ngăn cản việc liên kết các mức tín hiệu (có thể hiểu ở đây là các mức điện áp đặc trưng cho các bit “0” và “1”).
3.3.2 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến mạng quang
3.3.2.1 Đo kiểm các thông số cơ bản của mạng
Với các thông số đã được thiết lập trong trường hợp 1, chúng ta tiến hành đo và có những kết quả sau đây:
Công suất.
Sử dụng thiết bị Optical Power Meter để đo công suất tại các điểm cần đo. - Công suất đo tại đầu ra của OLT khi công suất đường xuống là Pphát =1dBm.
Hình 3.10: Công suất đo tại đầu ra của OLT khi Pphát =1 dBm
Hình 3.11: Công suất đo tại đầu vào của ONU 1 khi Pphát = 1dBm
Sử dụng thiết bị Ber Analyzer để đo BER, hệ số phẩm chất Q và đồ thị mắt tại phía người sử dụng 1 ta có kết quả bảng 3.1.
Max. Q Factor 5.11769 Min. BER 1.54418e-007 Eye Height 3.55307e-006 Threshold 4.24588e-006
Hình 3.13: Đồ thị mắt tại người sử dụng 1 trong trường hợp 1
3.3.2.2 Ảnh hưởng của khoảng cách
Trường hợp 2: Giữ nguyên các tham số của mạng trong trường hợp 1 chỉ thay đổi khoảng cách truyền dẫn là L = 15km. Tiến hành phân tích lại các thông số cơ bản tại phía người sử dụng 1 để thấy chất lượng truyền dẫn trong mạng thay đổi như thế
nào.
Trong trường hợp 1nêu trên với khoảng cách truyền dẫn là L = 20km, công suất phát tại đường xuống là Pphát = 1dBm ta thu được các kết quả đo tại người sử dụng 1 như bảng 3.1.
Trong trường hợp 2, với khoảng cách truyền dẫn là L = 15km, Pphát = 1dBm ta có
kết quả đo tại người sử dụng 1 như bảng 3.2.
Max. Q Factor 8.12147 Min. BER 2.29978e-016 Eye Height 8.60224e-006 Threshold 6.77551e-006
Hình 3.16: Đồ thị mắt tạingười sử dụng 1 trong trường hợp 2
Đánh giá: Qua các kết quả đo ở trên ta thấy rằng, ở khoảng cách càng ngắn thì tỉ
lệ lỗi bit càng giảm. Với khoảng cách truyền dẫn là L = 15km thì đo được Min BER tại
phía người sử dụng 1 là 2.29978e-016 còn ở khoảng cách L = 20 km thì Min BER là 1.54418e-007. Rõ ràng sự chênh lệch giữa hai khoảng cách này là rất lớn. Và độ mở
mắt của đồ thị mắt đã to hơn, chứng tỏ tín hiệu được truyền trong mạng đã tốt hơn, vì
khoảng cách truyền ngắn hơn nên tỉ lệ lỗi bít cũng như các ảnh hưởng của môi trường truyền dẫn như: suy hao, nhiễu, tán sắc.. đã ít hơn. Mạng đã truyền tốt hơn.
3.3.2.3 Ảnh hưởng của công suất phát
Trường hợp 3: Giữ nguyên các tham số của mạng trong trường hợp 1 chỉ giảm công suất phát của đường xuống xuống -1dBm, Pphát = -1dBm. Tiến hành thiết kế lại các thông số cơ bản tại phía người sử dụng 1.
Hình 3.18: Công suất đo được tại đầu ra của bộ OLT khi Pphát = -1dBm
Hình 3.19: Công suất đo được tại đầu vào của bộ ONU1 khi Pphát = -1dBm
Nhận thấy khi giảmcông suất phát Pphát = -1dBm tại đường xuống thì công suất tại đầu vào ONU cũng tăng giảm theo tỉ lệ thuận.
Hình 3.20: Đồ thị Min BER tại người sử dụng 1 trong trường hợp 3
Hình 3.22: Đồ thị hệ số phẩm chất Q tại người sử dụng 1 trong trường hợp 3 Đánh giá: Qua những kết quả đo ở trên, ta thấy khi giảm công suất phát xuống
Pphát = -1dBm thì tỉ lệ lỗi bit tại phía người sử dụng tăng lên. Đồ thị mắt thu được đã rối hơn và độ mở của mắt cũng giảm dần. Chất lượng mạng đã giảm đi.
3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG
Từ những kết quả thiết kế trên chúng ta thấy rằng có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng truyền tải của mạng EPON như là khoảng cách truyền dẫn, tỉ lệ bộ chia
splitter hay công suất phát… Để tăng chất lượng mạng chúng ta cần phải xem xét tổng thể hệ thống và tùy điều kiện thực tế mà lựa chọn nhóm các phương pháp phù hợp để tăng chất lượng mạng truy nhập EPON. Việc đo kiểm các tham số trên mạng truy nhập như công suất phát, tỉ lệ lỗi bit, hệ số phẩm chất… có ý nghĩa rất quan trọng trong quá trình lắp đặt và bảo dưỡng để đáp ứng được các yêu cầu về chất lượng dịch vụ cung
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
Qua những kết quả trên đây, chúng ta có thể đưa ra kết luận, EPON có rất nhiều ưu điểm. Một trong những ưu điểm nổi bật nhất của EPON là tốc độ cao, ngoài ra khả năng tích hợp nhiều dịch vụ trên một đường dây cũng là ưu điểm lớn để EPON dần thay thế ADSL trong những năm tới. Trong đồ án tốt nghiệpcủa mình, em đã trìnhbày chi tiết về mạng truy nhập quang với công nghệ EPON. Đưa ra mô phỏng hệ thống mạng quang theo chuẩn EPON trên phầm mềm Optisystem và phân tích những ảnh hưởng của một vài yếu tố tới chất lượng mạng quang như khoảng cách đường truyền và công suất phát. Thông thường trong hệ thống thực tế, người ta ít quan tâm đến các chỉ tiêu về tỉ lệ lỗi bit BER hay là đồ thị mắt… mà chủ yếu là quan tâm đến chất lượng hệ thống dựa trên Budget của đường truyền. Tuy nhiên những kết quả khảo sát phần nào đã phản ánh được