Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠNG TRUY NHẬP GPON DỰA TRÊN PHẦN MỀM OPTISYSTEM

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠNG TRUY NHẬP GPON DỰA TRÊN PHẦN MỀM OPTISYSTEM

Tải bản đầy đủ - 0trang

Luận văn tốt nghiệp



Chương 3: Thiết kế mạng truy nhập GPON



Thiết kế bộ thu, bộ phát, bộ khuếch đại quang.

Thiết kế sơ đồ tán sắc.

Đánh giá BER và penalty của hệ thơng với các mơ hình bộ thu khác nhau.

Tính tốn BER và quỹ cơng suất tuyến của các hệ thống có sử dụng khuếch

đại quang.

3.1.3 Các đặc điểm chính của phần mềm OptiSystem

3.1.3.1 Thư viện các phần tử

Optisystem có một thư viện các phần tử phong phú với hàng trăm phần tử được

mơ hình hóa để có đáp ứng giống như các thiết bị trong thực tế. Cụ thể bao gồm:

Thư viện nguồn quang.

Thư viện các bộ thu quang.

Thư viện sợi quang.

Thư viện các bộ khuếch đại (quang, điện).

Thư viện các bộ MUX, DEMUX.

Thư viên các bộ lọc (quang, điện).

Thư viện các phần tử FSO.

Thư viện các phần tử truy nhập.

Thư viện các phần tử thụ động (quang, điện).

Thư viện các phần tử xử lý tín hiệu (quang, điện).

Thư viện các phần tử mạng quang.

Thư viện các thiết bị đo quang, đo điện.

Ngoài các phần tử đã được định nghĩa sẵn, OptiSystem còn có:

Các phần tử Measured components. Với các phần tử này, Optisystem cho phép

nhập các tham số được đo từ các thiết bị thực của các nhà cung cấp khác nhau.

Các phần tử do người sử dụng tự định nghĩa (User-defined Components).

3.1.3.2 Các công cụ hiển thị

Optisystem có đầy đủ các thiết bị đo quang, đo điện. Cho phép hiển thị tham

số, dạng, chất lượng tín hiệu tại mọi điểm trên hệ thống.

 Thiết bị đo quang:

Phân tích phổ (Spectrum Analyzer).

Thiết bị đo cơng suất (Optical Power Meter).

Thiết bị đo miền thời gian quang (Optical Time Domain Visualizer).

Thiết bị phân tích WDM (WDM Analyzer).

Thiết bị phân tích phân cực (Polarization Analyzer).

Thiết bị đo phân cực (Polarization Meter).

Nguyễn Quang Huy CB110855



44



Luận văn tốt nghiệp



Chương 3: Thiết kế mạng truy nhập GPON



 Thiết bị đo điện:

Oscilloscope.

Thiết bị phân tích phổ RF (RF Spectrum Analyzer).

Thiết bị phân tích biểu đồ hình mắt (Eye Diagram Analyzer).

Thiết bị phân tích lỗi bit (BER Analyzer).

Thiết bị đo công suất (Electrical Power Meter).

Thiết bị phân tích sóng mang điện (Electrical Carrier Analyzer).

3.1.3.3 Khả năng kết hợp với các công cụ phần mềm khác

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

OptiFiber để thiết kế ở mức phần tử.

3.1.3.4 Mô phỏng phân cấp với các hệ thống con

Để việc mô phỏng phân cấp với các hệ thống con (SubSystem) được thực hiện

một cách linh hoạt và hiệu quả, Optisystem cung cấp mơ hình mơ phỏng tại các mức

khác nhau, bao gồm mức hệ thống, mức hệ thống con và mức phần tử.

3.1.3.5 Ngơn 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 tât 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 tốn và thay đổi một cách độc lập nhưng kết quả tính tốn 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 tốn được của thiết kế tùy theo u 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 Qt tham số và tối ưu hóa

Q trình mơ 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

Nguyễn Quang Huy CB110855



45



Luận văn tốt nghiệp



Chương 3: Thiết kế mạng truy nhập GPON



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 theo chuẩn GPON

3.2.1 Các thông số thiết lập mạng GPON

Kịch bản 1: Thiết lập các thông số cho mạng GPON với hệ số tỉ lệ chia của bộ

splitter là 1:8 như sau:

 Đường xuống:

Phương thức mã hóa: NRZ

Cơng suất phát Pphát =2 dBm

Tốc độ bit: 1244,16Mbps

Bước sóng đường xuống: 1490 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

= 256 



1

1244160000



= 2.057613  10  7 (s)

Số lượng mẫu (Number of samples)



= chiều dài chuỗi bít  số mẫu trên một bit



= 256  32

= 8912 (mẫu)

Tốc độ lấy mẫu (Samples rate) = Số lượng mẫu / cửa sổ thời gian



Nguyễn Quang Huy CB110855



46



Luận văn tốt nghiệp



Chương 3: Thiết kế mạng truy nhập GPON

=



8912

2.057613  10  7



= 39813120000 (Hz)



Hình 3.2: Thiết lập các thơng số cho đường xuống



Nguyễn Quang Huy CB110855



47



Luận văn tốt nghiệp



Chương 3: Thiết kế mạng truy nhập GPON



Hình 3.3: Thiết lập các thơng số cho đường lên



Hình 3.4: Thiết lập các thơng số tồn mạng

Nguyễn Quang Huy CB110855



48



Luận văn tốt nghiệp



Chương 3: Thiết kế mạng truy nhập GPON



3.2.2 Sơ đồ hệ thống mạng GPON



Hình 3.5: Sơ đồ kết nối mạng theo chuẩn GPON

Mơ hình kết nối mạng theo chuẩn GPON được mơ tả ở hình 3.5. Trong sơ đồ

trên ta thấy hệ thống mạng 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 1490 nm. Sau khi điều chế các tín hiệu sẽ được đưa vào bộ ghép

kênh theo bước sóng WDM.

Nguyễn Quang Huy CB110855



49



Luận văn tốt nghiệp



Chương 3: Thiết kế mạng truy nhập GPON



 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 tính từ phía OLT đến ONU.

 Splitter quang: Về bản chất, splitter quang là một bộ chia cơng suất. Có nhiều

loại splitter quang, có loại thì cơng suất ở các ngõ đầu ra bằng nhau nhưng

cũng có loại thì cơng 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 khơi phục tín hiệu và

cuối cùng đưa vào bộ phân tích tỉ lệ lỗi bit BER.

Phần phát gồm một bộ phát quang có các tham số đã được thiết lập như

hình vẽ. Tín hiệu quang được truyền qua các bộ Dynamic Select và đi theo

Nguyễn Quang Huy CB110855



50



Luận văn tốt nghiệp



Chương 3: Thiết kế mạng truy nhập GPON



đường lên.



3.3 Phân tích mạng truy nhập GPON dựa trên phầm mềm OptiSystem

3.3.1 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng mạng quang

3.3.1.1Tỉ 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 khơi 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:

BER = P(1)P(0/1) + P(0)P(1/0)

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.

Nguyễn Quang Huy CB110855



51



Luận văn tốt nghiệp



Chương 3: Thiết kế mạng truy nhập GPON



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 I D. Trên thực

tế ID được đánh giá dựa trên giá trị BER nhỏ nhất. Trường hợp nhỏ nhất khi I D được

chọn theo cơng thức:



Tính xấp xỉ ta có :



Suy ra:



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 cơng thức tính BER ta có:



Với



Phương trình trên chỉ ra mối quan hệ giữa BER và hệ số Q: Q giảm thì BER

Nguyễn Quang Huy CB110855



52



Luận văn tốt nghiệp



Chương 3: Thiết kế mạng truy nhập GPON



tăng và ngược lại. Ta có thể thấy rõ điều đó thơng qua đồ thị dưới 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 bộ thu sau khi được khuếch đại. Hệ số này được

tính dựa theo cơng thức.



Hình 3.9: Hệ số Q tính theo biên độ



Nguyễn Quang Huy CB110855



53



Luận văn tốt nghiệp



Chương 3: Thiết kế mạng truy nhập GPON



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. 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 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%.

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 khơng 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”).

Nguyễn Quang Huy CB110855



54



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠNG TRUY NHẬP GPON DỰA TRÊN PHẦN MỀM OPTISYSTEM

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×