Nghiên cứu và mô phỏng mạng truy nhập quang FTTX

4.2.4 Mối quan hệ giữa đồ thị mắt và tỉ lệ 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 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”). Ví dụ để 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 thông tin. Có thể khắc phục vấn đề đó bằng nhiều cách. Đầu tiên là xây dựng đồ thị mắt bằng cách đo các thông số về điện áp/thời gian với một mô 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.

4.3 Các tham số đặc trưng cho mạng GPON

4.3.1 Bước sóng hướng xuống 1490 nm, hướng lên 1310 nm

Hình 4.6 Phổ tín hiệu tập trung ở bước sóng 1490 nm

Hình 4.7 Phổ tín hiệu tập trung ở bước sóng 1310nm

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 90 trang tài liệu này.

Hình 4.6 và Hình 4.7 cho thấy mật độ phổ tập trung ở 2 tần số ứng với 2 bước sóng tương ứng là 1490 nm (hướng xuống) và 1310 nm (ứng với hướng lên).

4.3.2 Phương thức điều chế NRZ

4.3.2.1 Chức năng cơ bản của mã đường dây:

Một vấn đề quan trọng trong xử lý tín hiệu băng gốc đó là tách tín hiệu định thời từ tín hiệu được chuyển tới. Tín hiệu định thời thường được tách từ các chuyển đổi cực tính xung thành phần. Trong trường hợp sử dụng các tín hiệu NRZ thì việc tách các tín hiệu định thời là rất khó khăn vì giả sử tín hiệu định thời là bit “1” và bit tín hiệu dữ liệu cũng liên tiếp sau đó là “1” rõ ràng rất khó để xác định. Để khắc phục điều này, người ta mã hóa tín hiệu nhị phân đơn cực trước khi truyền trực tiếp trên đường dây. Cách thức mã hóa như vậy gọi là mã hóa đường dây.

Các chức năng chủ yếu của mã hóa đường dây là:

 Chuyển phổ tín hiệu băng gốc (tập trung chủ yếu tại miền tần thấp và chứa thành phần một chiều rất lớn) lên miền tần số cao hơn để lọt vào băng thông đường dây để truyền không điều chế tín hiệu băng gốc đi được xa hơn.

 Tăng mật độ chuyển đổi cực tính của tín hiệu nhằm hỗ trợ cho quá trình đồng

bộ đồng hồ ở phía thu.

 Có khả năng kiểm soát lỗi (thường chỉ có khả năng phát hiện lỗi chứ không có

khả năng sửa).

4.3.2.2 Tại sao lại dùng điều chế NRZ

Đường truyền dẫn quang là loại chỉ truyền 2 trạng thái sáng và tối. Do đó cần phải dùng mã chỉ có 2 mức. Trong thông tin quang, người ta thường sử dụng loại mã nhị phân nBmB.

Mã nhị phân nBmB: Người ta coi một chu kì bit đầu vào là n bit và chu kì bit đầu ra là m bit. Tín hiệu nhị phân thích hợp với việc truyền trên sợi quang học với bit “1” được quy định là xung có ánh sáng còn bit “0” là xung không có ánh sáng. Để không khó khăn trong việc khôi phục định thời do không có chuyển đổi cực tính xung kéo dài khi có chuỗi bit (hiểu là một chuỗi chu kì bit) liên tiếp là “0” hoặc “1”, người ta sử dụng mã nBmB. Giả sử ở đây người ta sử dụng mã 5B6B. Trong đó 5 bit ở lối vào sau mã hóa sẽ có 6 bit ở lối ra. 5 bit đó sẽ tạo thành một nhóm. Khi mã hóa thì một nhóm bit đó sẽ tương ứng với một mức điện áp của tín hiệu NRZ. Số tổ hợp từ mã của nhóm 5 bit là 32, của nhóm 6 bit là 64. Tức là còn thừa 32 bit nên người ta dùng để phát hiện lỗi. Ngoài ra, khi dùng mã 5B6B thì tốc độ bit tăng lên 6/5 =1,2 lần. Điều này không ảnh hưởng đáng kể đối với hệ thống quang (vốn được xem là băng tần vô hạn). Với hệ thống truyền dẫn hạn chế, nói chung hệ thống này không đảm bảo được hiệu quả sử dụng kênh.

Dưới đây chúng ta sẽ xem xét việc sử dụng các loại điều chế hóa kênh sẽ ảnh hưởng như thế nào đến tỉ lệ lỗi bit.

Sử dụng điều chế NRZ :

Điều chế NRZ làm cho cực tính của tín hiệu không thay đổi trong một chu kỳ bit. Hình 4.8 ta thấy độ rộng của đồ thị mắt là khá lớn. Cụ thể ở đây, ta có thể thấy Min BER = 1.752e-13. Ngoài ra, đồ thị này còn mang hình dáng đặc trưng của phương thức điều chế NRZ. Cực tính của tín hiệu được giữ nguyên trong một chu kì bit.

Hình 4.8 Sử dụng điều chế NRZ

Sử dụng NZ:

Hình 4.9 Sử dụng điều chế RZ

Theo đồ thị Hình 4.9 ta nhìn thấy rõ được độ rộng đồ thị mắt là quá nhỏ, chưa đạt tới 20%. Tỉ lệ lỗi bit là lớn (= 1.552e-5) tức là cỡ 10-5. Đây là tỉ lệ lỗi bit quá lớn và không chấp nhận được trong hệ thống thông tin quang, khi yêu cầu BER chỉ cỡ 10-9. Vậy tại sao lại như vậy? Rõ ràng là trong một chu kì bit, với tín hiệu RZ, cực tính của tín hiệu đã bị thay đổi một lần, điều này gây khó khăn cho phía thu xác định được cực tính nhất là với tốc độ mã hóa càng cao. Trong khi đó, với mã hóa RZ, cực tính của tín hiệu giữ nguyên trong một chu kì bit. Do đó việc xác định cực tính dể hơn. Điều đó giải thích tại sao trong hệ thống mạng GPON người ta lại sử dụng NRZ chứ không phải RZ.

4.4 Mô phỏng các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mạng GPON

4.4.1 Sơ đồ kết nối

Mô hình kết nối mạng được mô tả ở Hình 4.10. Trong sơ đồ trên ta thấy hệ

thống mạng FTTx theo chuẩn GPON 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.

Circulator dùng để tách một bước sóng ra để phân tích tín hiệu trên đường

truyền.

Sợi quang đơn mode có chiều dài là 20 km tính từ phía nhà sản xuất đến người sử dụng. Các thông số của sợi quang:

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, 1:4, 1:8, 1:16, 1:32 … Nó cũng là bộ chia băng thông. Giả sử, tốc độ hướng xuống là 1,244 Gbps, hệ số chia của splitter là 1:16 thì băng thông tối đa dành cho các user hướng xuống sẽ là 1,244 : 16 = 0,07775 Gbps hay là 77,5 Mbps.

Hình 4.10 Sơ đồ mạng GPON

Hình 4.11 Cấu trúc ONU

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 4.11 Ta có thể thấy trong sơ đồ, ONU sẽ gồm 2 phần thu và phát. Phần thu gồm có một Photodetecor, một bộ lọc Bessel. Tín hiệu khi đến đầu vào của ONU nó sẽ được Photodetector thu, qua bộ lọc Besel nó sẽ lọc lấy những 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. Phần phát gồm một bộ ghép kênh quang WDM gồm các tham số đã được thiết lập như hình vẽ. Qua các bộ dynamic Select (về bản chất nó có chức năng như là một switch), tín hiệu sẽ được truyền đi theo hướng lên

Ngoài ra còn có một số thiết bị khác để phân tích tín hiệu như máy phân tích phổ (Optical Spectrum Analyser), bộ tái tạo tín hiệu (3R Generation), bộ hiển thị thời gian (Optical Time Domain Visualizer).

4.4.2 Các tình huống mô phỏng

4.4.2.1 Các thông số thiết lập chung:

Mạng GPON Với bộ chia 1:16

Phía phát:

 Phương thức mã hóa: NRZ

 Công suất phát: - 3 dBm

 Tốc độ bit: 1224.16Mbps

 Bước sóng hướng xuống: 1490 nm

 Độ rộng mỗi kênh: 10 MHz

Kênh truyền:

 Sợi đơn mode

 Suy hao: 0,2 dB/km

 Độ tán sắc: 16,75 ps/nm/km

Phía thu:

 Phương thức mã hóa: NRZ

 Tốc độ bit: 1224.16Mbps

 Bước sóng hướng lên: 1310 nm

 Độ rộng mỗi kênh: 10 MHz

 Công suất phát: - 3 dBm

4.4.2.2 Ảnh hưởng của khoảng cách

Với khoảng cách là 20km, thì đồ thị mắt, BER và Q như sau:

Hình 4.12 Đồ thị mắt, BER, Q ở khoảng cách 20km