3.2.2. Hệ số phẩm chất Q
Định ngh a: 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 cơng thức (3.12).
Nguyễn Thuận Hải – D08VT3 31
Hình 3.3 Hệ số Q t nh theo iên
3.2.3. 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. 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 ln 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 vơ 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 khơng méo lý tưởng là 1 còn giá trị đỉnh âm của tín hiệu khơng 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 khơng. Mẫu mắt được xem là bình thường nếu ở khoảng lớn hơn 50 %. Thực tế thì yêu cầu lớn hơn, khoảng 75 .Hình 3.4 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 các chuỗi bit đó ta có các dạng tín hiệu tương ứng. Ví dụ như với chuỗi bit “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). Ngồi ra cịn có một số chuỗi bit khác. Tổng hợp các
Nguyễn Thuận Hải – D08VT3 32
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 3.5. 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 3.4 S hình thành ồ thị mắt
Hình 3.5 Đồ thị mắt
Hình 3.5 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.
3.2.4. Mối quan hệ giữa đồ thị mắt và tỉlệ lỗi bit BER
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. Vậy phần lớn các mẫu mắt được tạo ra từ một số ít các mẫu tín hiệu. Trong trường hợp số mẫu ít, những nhiễu liên quan đến hoặc xuất phát từ các hiệu ứng crosstalk và các hiệu ứng giao thoa có thể khơng xuất hiện trong đồ thị mắt nhưng nó lại ngăn cản việc liên kế các mức tín hiệu (có thể hiểu ở đây là các mức điện áp đặc trưng cho các bit “0” và “1”). Ví dụ để
Nguyễn Thuận Hải – D08VT3 33
liên kết được các mức tín hiệu thì tỉ lệ lỗi bit là cỡ 10-12, trong khi đó thì đồ thị mắt chỉ hiện được tín hiệu ở mức 10-5. Sự mất mát những bit đó gây ra sự thiếu hụt về thơng tin. Có thể khắc phục vấn đề đó bằng nh iều cách. Đầu tiên là xây dựng đồ thị mắt bằng cách đo các thông số về điện áp/thời gian với một mơ hình có hiệu suất lấy mẫu lớn hơn. Giải pháp thứ 2 đó là sử dụng những mẫu bit trực tiếp từ đường truyền, điều đó sẽ tránh được điều kiện là sự giới hạn làm việc của thiết bị.
3.3. Cài đ t mơ phỏng
Hình 3.6: S ồ khối cho s cài t m ph ng 56 users của mạng P d a trên ki n tr c TTH
Để tối ưu BER trong PON, sự truyền sóng qua con đường sợi quang sử dụng k thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng “thơ” (CWDM) với thành phần dữ liệu/voice được phát tại các bước sóng trong khoảng 1480-1500 nm, và video thì trong khoảng 1550-1560 nm.
Hình 3.6 mơ tả sơ đồ khối cho sự cài đặt kiến trúc mạng GEPON và Hình 3.7 thể hiện sự cài đặt mơ phỏng này.
Khối đầu cuối tuyến quang của điều khiển trung tâm (CO OLT) là khối phát bao gồm các thành phần dữ liệu/VOIP và video như đã được thể hiện trong Hình 3.8. Bộ phát data/VOIP mơ hình hóa với bộ tạo dữ liệu giả ngẫu nhiên (PRBS), bộ điều khiển điều chế không trở về 0 (NRZ), tia lazer đã điều chế trực tiếp và bộ khuếch đại tăng cường.
Nguyễn Thuận Hải – D08VT3 34
Hình 3.7: ài t m ph ng cho 56 user mạng P d a trên ki n tr c TTH
Thành phần video mơ hình hóa như tuyến ghép kênh sóng mang con tần số vơ tuyến (RF SCM) với chỉ hai âm (kênh) cho đơn giản. Bên pháp video tần số vô tuyến bao gồm 2 bộ tạo tín hiệu điện, bộ cộng, tia laser đã điều chế trực tiếp và bộ tiền khuếch đại. Tiếp theo, các tín hiệu dữ liệu/VOIP và video được ghép tại bộ ghép kênh và được khởi chạy trong khoảng cách sợ quang 20km. Trước khi di chuyển trên sợi quang, một bộ khuếch đại tăng cường được sử dụng để tăng cường tín hiệu đi vào làm tăng t số BER. Bộ khuếch đại sử dụng có hệ số khuếch đại không đổi là 30 dB. Đầu ra từ đường trung kế sợi quang sẽ đi qua bộ phân chi 1:56 và sau đó đến các user riêng lẻ. Đầu cuối mạng quang của user bao gồm bộ chia và các bộ thu dữ liệu video . Bộ thu dữ liệu đã cấu hình với bộ lọc quang, bộ thu PIN và bộ kiểm tra BER. Bộ thu tín hiệu video bao gồm bộ lọc quang, bộ thu PIN và các bộ lọc điện. Các khối màu vàng trong sơ đồ tương đương với các công cụ đo lường- để hiển thị hóa phổ quang, các bước sóng, các sơ đồ mắt... của tuyến như đã được thể hiện trong Hình 3.9.
Để chuyển đổi dữ liệu và video lại về dạng ban đầu, chúng ta sự dụng một bộ thu hoặc bộ phát hiện có độ nhạy thu cao thứ mà thực hiện cả hai chức năng, thứ nhất là phát hiện có phải là dữ liệu hay voice khơng và sau đó biến một lần nữa biến đổi về dạng tín hiệu điện.
Nguyễn Thuận Hải – D08VT3 35
Hình 3.8 : ác thành ph n u cuối tuy n quang T cho mạng P d trên ki n tr c TTH
Cùng hiện này được lặp lại hoặc thực hiện một cách đồng thời cho các user khác nhau tại cùng một thời điểm. Để đo lường phổ của dữ liệu và voice tại đầu cuối user, chúng ta sử dụng máy phân tích phổ. Nhưng như chúng ta biết rằng dữ liệu được phát trong miền số hoặc cũng trong các xung ánh sáng, vì vậy trong quá trình truyền trên sợi quang thì nhiễu cũng sinh ra chẳng hạn như nhiễu liên kí tự (ISI) dẫn đến lỗi xuất hiện.
Bởi vậy để đo lường lỗi, chúng ta sử dụng một thiết bị tên là bộ kiểm tra BER, như chúng ta một vài chuẩn cũng đã chấp nhận loại nhiễu đó bởi chuẩn của ITU-T. Bây giờ tại phía cuối bên thu, mỗi ONT có một bộ thu cụ thể cho voice và dữ liệu. Trước khi thu, một bộ chia quang được sử dụng để phân biệt các user cụ thể.
Thành phần bộ chia quang mô phỏng một một chia quang lý tưởng. Nó làm việc như một bộ chia cân bằng với cùng sự suy hao trên mỗi đầu ra. Sự hao thiết lập một giá trị mặc định là 0dB vì vậy thành phần này thực thi một bộ chia lý tưởng khơng có bất kì sự mất mát thêm vào nào, ngh a là một thành phần chia các tín hiệu đầu vào hồn hảo.
Nguyễn Thuận Hải – D08VT3 36
Hình 3.9 : ác thành ph n u cuối mạng quang T cho mạng P d a trên ki n tr c TTH.
Photodiode được xem như là một photodiode PIN. Dòng điện đầu ra được tạo ra bởi quá trình phát hiện photo phụ thuộc vào cơng suất quang đầu vào và dịng điện đen. Cácthamsố của nó có tần số/ bước sóng tham khảo là 193,42THz/1590nm/1650 nm , hiệu năng lượng tử là 0.80, dòng điện đáp ứng 0.99 /W và dòng điện đen bằng 0.
3.4. Các kết quả và thảo luận
Như chúng ta biết rằng chúng ta sử dụng bộ chia quang như một thiết bị thụ động vì vậy dự vào các yếu tố đó một vài kết quả thử nghiệm đã thu được. Dữ liệu được phát tại bước sóng 1490nm và video được phát tại bước sóng 1550nm. Cả hai bước sóng này được lựa chọn do cửa số của các bước sóng đó có các ưu điểm nhất định, ngh a là nó là cửa sổ có suy hao thấp. Vì vậy, mỗi user có phổ bước sóng riêng biết hoặc khá khác nhau cho video và dữ liệu. Khi số lượng các đơn vị mạng quang (ONUs) tăng lên , một vài lỗi cũng xảy ra vì vậy mà t số BER được tính tốn, bảng 3.1 thể hiện tác động của số lượng các user lên t lện BER.
Nguyễn Thuận Hải – D08VT3 37
ảng 3.1: T số R cho số l ợng user thay i.
Bảng 3.1 thể hiện các giá trị t số BER cho số lượng các user khác nhau trong kiến trúc này khi việc tăng cường bộ khuếch đại được cài đặt trong tuyến. Bộ khuếch đại tăng cường được chỉ ra rằng đối với 16 user có tốc độ dữ liệu 2Gbps thì chúng ta thu được t lệ BER là 6.1007e-009 khi không sử dụng bộ khuếch đại, nếu sử dụng bộ khuếch đại thì t lệ BER giảm xuống 4.1443e-013 với cùng các chỉ tiêu k thuật.
Nguyễn Thuận Hải – D08VT3 38
Hình 3.11: Ph t n t n hiệu video thu khoảng cách 20 m
Hình 3.10 biểu diễn phổ tần tín hiệu dữ liệu và voice đã thu cho user 1. Các phổ được quan sát tại phía thu khi dữ liệu và voice được điều chế bởi bộ điều chế MZ và sau đó được phát trên sợi quang vì vậy mơi trường quang cũng thêm vào một vài lỗi dưới dạng nhiễu.
Tương tự như Hình 3.10, chúng ta thu được phổ tần tín hiệu video đã thu cho user 1 được thể hiện trong Hình 3.11. Hình 3.12 thể hiện các dạng sóng quang đầu ra của đầu cuối tuyến quang (OLT) cho tín hiệu dữ liệu và video.
Nguyễn Thuận Hải – D08VT3 39
Hình 3.13 mơ tả đồ thị mắt cho dữ liệu và voice trong trường hợp 56 user
Hình 3.13: Đồ thị mắt u ra t n hiệu dữ liệu và voice cho 56 user khoảng cách 20Km
Về cơ bản, chúng ta đã mở rộng hay tăng số lượng user bằng việc sử dụng một thiết bị thụ động tên là bộ chia quang. Mô phỏng này mô tả mối quan hệ giữa các user và t số BER, nếu chúng ta tăng số lượng user thì dữ liệu hoặc voice của chúng ta sẽ bị méo hoặc trở nên đầy lỗi. Hình 3.14 biểu diễn t lệ BER và các user.
Nguyễn Thuận Hải – D08VT3 40
đây, chúng ta thấy rằng nếu chúng ta tăng tốc độ dữ liệu thì BER cũng tăng mạnh nhưng nó cung cấp cho ít user hơn và nếu chúng ta giảm tốc độ dữ liệu thì BER cũng giảm và nhiều user được cung cấp hơn. Ví dụ như đối với tốc độ dữ liệu 1.25Gbps - 56 user thì chúng ta có giá trị BER là 4.7992e-018, đối với tốc độ dữ liệu 2Gbps thì t số BER hệ thống là 4.5246e-009 với cùng số user và sau đó chúng ta quan sát một sự tăng đột ngột trong BER là 4.5046e-005 và 8.8212e-002 tại tốc độ dữ liệu 2.5Gbps và 5Gbps tương ứng. Bởi vậy, có một sự cân nhắc (trade-off ) giữa t lệ lỗi bít và tốc độ dữ liệu hệ thống. Hình 3.15 thể hiện sự thay đổi khoảng cách và t số BER cho các user khác nhau. Nó được xem như là nếu chúng ta tăng khoảng cách thì t lệ lỗi bít cũng tăng mạng.
/* trade-off: được cái nọ thì mất cái kia. đây, ngh a là tốc độ dữ liệu cao thì lỗi cũng cao mà muốn lỗi ít thì tốc độ dữ liệu phải thấp hơn nên phải có sự cân nhắc lựa chọn các yếu tố sao cho tối ưu hiệu năng của hệ thống. */
Hình 3.15: hoảng cách và t số R
Ví dụ như đối với 16 user tại khoảng cách 20Km, chúng ta thu được giá trị BER là 4.1443e-013 và sau đó cùng số lượng user tại khoảng cách 50Km , BER là 4.7512e-
Nguyễn Thuận Hải – D08VT3 41
006. Một cách tương tự, đối với 56 user chúng ta thu được BER là 4.5246e-009 và 3.1128e-002 tương ứng tại khoảng cách là 20 Km và 50Km. Điều này chứng tỏ rằng có một sự cân nhắc giữa số lượng user và t số BER.
3.4 ết luận
Thực thi này đã mô phỏng một mạng GEPON tối ữu dựa trên mạng truy nhập FTTH để cung cấp cho các thuê bao dân cư các dịch vụ triple-play. Chúng ta đã mô tả các yêu cầu của mạng truy nhập GEPON cùng với các xem xét về các dịch vụ và các chức năng từng lớp riêng biệt của mạng PON. Để thỏa mãn các yêu cầu này, chúng ta đã mô phỏng một kiến trúc tối ưu và mô tả các chức năng chi tiết của các thành phần chính. Cuối cùng, chúng ta xem xét các kết quả chuyên môn chủ yếu ( t số BER) để thực hiện mạng GEPON dựa trên mạng truy nhập FTTH. Các kết quả tại tốc độ hệ thống 2Gbps giữa t số BER và số lượng các user khác nhau minh họa rằng khi số lượng các user tăng vượt q 56 user thì BER trở nên khơng chấp nhận được và nếu tăng hơn nữa tốc độ dữ liệu hệ thơng lên 5Gbps thì chúng ta quan sát thấy mơt sự tăng vọt của BER. FTTH là một driver cho sự phát triển các k thuật quang điện tử cải tiến, và sự tích hợp lớn trong sản xuất các modun quang cũng sẽ làm tăng nhanh sự giảm giá thành.
Nguyễn Thuận Hải – D08VT3 42
ẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
Ngành cơng nghiệp viễn thơng đang có tốc độ phát triển hết sức nhanh chóng và sự cạnh tranh trong l nh vực mạng thông tin diễn ra rất gay gắt. Khi sự cạnh tranh gia tăng, điều quan trọng đối với các công ty viễn thông là phải xác định lại vị thế của mình trong thị trường viễn thơng và có chiến lược phát triễn mới để duy trì khách hàng của mình cũng như thu hút khách hàng của những nhà cung cấp khác. Với những ưu điểm về tốc độ, băng thơng cũng như chi phí lắp đặt, GEPON khơng thể nằm ngồi chiến lược phát triển của các nhà khai thác viễn thông cho mạng truy nhập. Chính vì vậy mà đề tài này đi sâu nghiên cứu về cấu trúc, hoạt động và chất lượng của mạng GEPON.
Qua đề tài này, em đã tìm hiểu một mơ hình mạng truy nhập quang với những ưu điểm vượt trội về tốc độ, băng thông cũng như chất lượng, hứa hẹn sự phát triển