Báo cáo thực hàng chuyên sâu tín hiệu 2021

Khảo sát đặc tính bộ phát quang LD sử dụng điều chế trực tiếp: • Xây dựng bộ pát theo sơ đồ khối như sau: Chuỗi PRBS Bộ tạo xung NRZ Laser - phương trình tốc độ OSA OTDV OSA: Máy ph

Modem ADSL TP-LINK

IPDSLAM ZXDSL 8906H Switch cisco

C 3750

BRAS Router cisco

C 7604

Modem FTTH TP-LINK Internet

Máy tính cài Wireshark PC2

Miền MAN-E

Mô hình hệ thống trong phòng thí nghiệm

➢ Tài khoản truy cập internet đã được khai báo trên BRAS

➢ Modem được bật nguồn và kết nối tới IP DSLAM qua mạng cáp đồng

➢ Máy tính bật sẵn và kết nối tới modem qua cáp CAT5 RJ45

1.1.2 Nội dung

1.1.2.1 Các bước thực hiện

• Bước 1: Đặt địa chỉ IP động cho máy tính để máy tính nhận được IP do modem cấp

Cài đặt IP động cho máy tính với hệ điều hành Windows 7

• Bước 2: Truy cập vào địa chỉ modem: http:// 192.168.0.1 để cấu hình modem

Truy cập vào trang quản trị router Tplink với ID và Password mặc định là “admin”

• Bước 3: Cấu hình giao diện wan với giao thức PPP/PPPoe của modem để kết nối với internet với ID “h004_ftth_khanhtt” và Password “nTh01m” từ nhà cung cấp dịch vụ

Cấu hình giao diện wan

1.1.2.2 Kết quả

• Giao diện wan modem nhận được địa chỉ IP do BRAS cung cấp là 192.168.1.133

Hình 1 Modem nhận được địa chỉ IP từ BRAS

• Máy tính nhận được địa chỉ IP từ modem là 192.168.0.100

Hình 5 Máy tính nhận được địa chỉ IP từ modem

• Máy tính có khả năng truy cập vào internet: ping thành công đến một địa chỉ trang web bất kì

Kết quả ping từ máy tính đến trang web “facebook.com”

CHƯƠNG 2: DỊCH VỤ MYTV

1.2 BÀI THỰC HÀNH SỐ 1: BTH-DV-MyTV-Setup

1.2.1 Mục đích, yêu cầu

• Hiểu được nguyên tắc hoạt động của dịch vụ MyTV

• Cấu hình được thiết bị đầu cuối để dịch vụ MyTV hoạt động bình thường

• Hiểu mô hình tổng thể và cơ cấu hoạt động của dịch vụ MyTV

o Bật STB, vào phần cấu hình bằng cách bấm SET và nhập mật khẩu “6321”

o Chọn các bước cấu hình: Cơ bản/Có dây/DHCP sau đó nhập thông tin tài khoản

o Lưu cấu hình vào khởi động lại STB

o Cài đặt máy tính có Wireshark nằm giữa cáp đồng và STB bằng cách kết nối dây mạng vào máy tính, sau đó tiếp tục kết nối từ máy tính đến STB bằng một dây cáp khác Trên máy tính thực hiện nối cầu hai kết nối này để STB nhận được dữ liệu

Thực hiện nối cầu hai kết nối

o Bật wireshark chọn một trong hai kết nối trên để thực hiện việc bắt các bản tin

o Khi STB khởi động lại thực hiện capture với filter “bootp” cho đến khi dịch

o Khi STB được bật lên, nó sẽ gửi các bản tin DHCP Discover để phát hiện kết nối

o Khi STB phát hiện được kết nối, nó sẽ nhận được bản tin Offer để hỏi xem STB có muốn kết nối hay không

o STB gửi bản tin Request để yêu cầu kết nối

o STB nhận được bản tin Ack để xác thực thực hiện kết nối

• Thông tin gói tin Ack

Bốn gói tin DHCP -Thông tin bản tin DHCP Ack

• Luồng UDP duy nhất

➢ Số gói tin bị mất: 0

Luồng UDP

1.3 BÀI THỰC HÀNH SỐ 2: BTH-DV-MyTV-Flow

1.3.1 Mục đích, yêu cầu

• Hiểu các dạng khác nhau trong nhóm dịch vụ IPTV và biết được flow của các dịch

vụ Video cơ bản BTV và VoD

• Hiểu mô hình tổng thể và cơ cấu hoạt động của dịch vụ MyTV

• Cài đặt và sử dụng phần mềm Wireshark

• Lý thuyết:

o Tổng quan về IPTV

o Cơ chế hoạt động của IPTV

o Nguyên lí hoạt động các dịch vụ cơ bản của MyTV

• Mô hình thực hiện:

o Hệ thống MyTV hoạt động ổn định và sẵn sàng

o CPE và STB được cấu hình để dịch vụ MyTV hoạt động bình thường

o Trên máy tính cài sẵn Wireshark

1.3.2 Nội dung

1.3.2.1 Các bước thực hiện

• Bước 1: Bắt gói tin flow dịch vụ BTV

o Laptop bắt đầu bắt gói tin với filter “igmp”

o STB xem 1 kênh LiveTV trong khoảng 5 phút

o STB chuyển kênh và Laptop ngừng bắt gói tin, lưu lại log

• Bước 2 : Bắt gói tin flow dịch vụ VoD

o Laptop bắt đầu bắt goi tin với filter “rtsp”

o STB 1 bộ phim VoD

o Sau khi xem khoảng 2 phút, STB tạm dừng (pause) sau đó tiếp tục xem

o STB tiếp tục xem thêm khoảng 2 phút thì dừng Ngừng bắt gói tin và lưu lại log

• Các bản tin RTSP

o Đầu tiên, STB sẽ gửi bản tin Describe để mô tả phiên dữ liệu cần truyền Tiếp theo là bản tin Setup để thiết lập kết nối phục vụ cho việc truyền luồng

đa phương tiện Sever sẽ trả lời các bản tin này bằng các bản tin xác nhận

200 OK Với bản tin Describe bản tin trả lời 200 OK còn có thêm nội dung

để mô tả phiên được STB yêu cầu

o Khi luồng đa phương tiện được truyền đến, STB sẽ gửi bản tin Play để yêu cầu chạy luồng đa phương tiện này

o Khi ấn nút tạm dừng, STB gửi bản tin Pause để yêu cầu tạm dừng việc truyền luồng đa phương tiện

o Khi ấn nút chạy, STB tiếp tục gửi bản tin Play để yêu cầu chạy luồng đa phương tiện và tiếp tục việc truyền tải luồng đa phương tiện

o Khi ấn nút dừng, STB sẽ gửi bản tin Teardown để yêu cầu kết thúc việc truyền luồng đa phương tiện, cũng như gỡ bỏ các kết nối và kết thúc hoàn toàn phiên

o Các bản tin yêu cầu Play, Pause, Teardown được trả lời bằng các bản tin xác nhận 200 OK

Các bản tin RTSP

3.1.3 Nội dung thực hiện

3.1.3.1 Khảo sát đặc tính bộ phát quang LD sử dụng điều chế trực tiếp:

• Xây dựng bộ pát theo sơ đồ khối như sau:

Chuỗi PRBS

Bộ tạo xung NRZ

Laser - phương trình tốc độ

OSA

OTDV OSA: Máy phân tích phổ quang

OTDV: Máy hiện sóng tín hiệu

quang

Máy hiện

Bộ thu quang

Sơ đồ hệ thống trên phần mềm OptiSystem

Xây dựng các tham số chính như sau:

• Các khối hoạt động tại tốc độ 2.5 Gbit/s

• Độ dài chuỗi bit là 32

• Số mẫu là 512 mẫu/1bit

• Hiệu chỉnh tham số của Laser là 12 dBm

• Giá trị dòng ngưỡng của Laser là 33.45723247941 mA

Dạng sóng tín hiệu điện kích thích

• Chạy mô phỏng và thu thập kết quả cho phân tích đặc tính điều chế bộ phát quang trong 2 trường hợp dòng định thiên (bias) nhỏ hơn và lớn hơn dòng ngưỡng của laser

TH1: Dòng định thiên nhỏ hơn dòng ngưỡng của Laser

Thiết lập tham số như sau:

o Chỉnh cường độ dòng định thiên có giá trị là 22 mA

o Công suất phát dòng định thiên -2 dBm

• Ta có các kết quả như sau:

o Ta có phổ của tín hiệu quang:

Phổ của tín hiệu quang

Dạng sóng của tín hiệu quang trong miền thời gian

Dạng sóng của Chirp quang điều biến trong miền thời gian

Biểu đồ mẫu mắt thu được tại đầu thu

Min BER = 2.79735e-10

TH2: Dòng định thiên lớn hơn dòng ngưỡng của Laser

Thiết lập tham số như sau:

o Chỉnh cường độ dòng định thiên có giá trị ( bias current) 38 mA

o Công suất phát dòng định thiên là -2 dBm

Ta có các kết quả như sau:

Phổ của tín hiệu quang phát

Dạng sóng của tín hiệu quang phát trong miền thời gian

Dạng sóng Chirp quang điều biến trong miền thời gian

Biểu đồ mẫu mắt tín hiệu thu được tại đầu thu

Ước tính MIN BER =1.55023e-095

o Khi dòng định thiên lớn hơn dòng ngưỡng, công suất phát lớn hơn so với trường hợp dòng định thiên nhỏ hơn dòng ngưỡng Dạng sóng phát quang sai khác không nhiều so với dạng sóng điện kích thích, dẫn đến lỗi bit ít hơn, biểu đồ mắt ít nhiễu hơn Hiệu ứng chirp tần vẫn xảy ra nhưng không mạnh như trường hợp dòng định thiên nhỏ hơn dòng ngưỡng

• Giải thích:

o Khi dòng định thiên nhỏ hơn dòng ngưỡng, tức là điểm làm việc của laser nằm dưới điểm ngưỡng Lúc này laser phát xạ tự phát là chủ yếu với công suất nhỏ Vì công suất nhỏ, công suất phát không đủ lớn để phát xạ xung thể hiện các bit 1 nếu xuất hiện với tần số thấp Vì với các bit 1 xuất hiện với tần số thấp, và công suất phát thấp, xung quang chưa kịp ổn định để thể hiện bit 1 nên thay vào đó xung sẽ thể hiện bit 0, dẫn đến lỗi bit Từ đó dẫn đến biểu đồ mắt xuất hiện nhiều nhiễu Ngoài ra hiện tượng chirp tần cũng xảy ra mạnh

o Khi dòng định thiên lớn hơn dòng ngưỡng, tức là điểm làm việc của laser nằm phía trên điểm ngưỡng Lúc này laser phát xạ kích thích là chủ yếu với công suất phát cao hơn Khi xung điện kích thích thể hiện các bit 1 được đưa vào, xung quang được ổn định nhanh hơn, nhờ đó các bit 1 được thể hiện chính xác hơn, dẫn đến lỗi bit giảm, biểu đồ mắt ít nhiễu hơn Ngoài ra hiện tượng chirp tần xảy ra không mạnh như trường hợp dòng định thiên nhỏ hơn dòng ngưỡng

o Trong quá trình điều biến, mật độ hạt tải thay đổi dẫn đến chiết suất cũng thay đổi Do vậy trong quá trình điều biến biên độ trong LD luôn có sự điều biến pha do sự thay đổi chiết suất Quá trình điều biến pha có thể được mô

tả qua phương trình sau:

dòng ngưỡng, hiện tượng phát xạ tự phát là chủ yếu nên điều biến pha lớn, dẫn đến hiện tượng chirp tần mạnh Đối với trượng hợp dòng định thiên lớn hơn dòng ngưỡng, hiện tượng phát xạ tự phát gần như bằng 0 nên điều biến pha nhỏ, dẫn đến hiện tượng chirp tần xảy ra nhẹ hơn so với trường hợp dòng định thiên nhỏ hơn dòng ngưỡng

3.1.3.2 Khảo sát đặc tính bộ phát quang LD sử dụng điều biến ngoài

• Xây dụng bộ phát quang LD theo sơ đồ khối như sau:

Sơ đồ hệ thống phát quang LD sử dụng bộ điều chế Mach-Zenhnder trên phần mềm

Optisystem

Chuỗi PRBS

Bộ tạo xung NRZ

MZM

OSA

OTDV

OSA: Máy phân tích phổ quang

OTDV: Máy hiện sóng tín hiệu quang

MZM: Bộ điều chế Mach-Zehnder

Máy hiện sóng

Bộ thu quang Rx Laser

CW

• Thiết lập các tham số cho mỗi khối hoạt động tại tốc độ 2,5 Gbit/s, độ dài chuỗi bit bằng 32 bit, số mẫu 32 mẫu/mỗi bít

• Kiểm tra và hiệu chỉnh các tham số bộ điều chế MZM trước khi chạy mô phỏng

• Sử dụng các khối phân tích phổ quang và máy hiện sóng tín hiệu quang và tín hiệu điện để quan sát và phân tích tín hiệu

• Chạy mô phỏng và thu thập kết quả cho phân tích đặc tính điều chế bộ phát quang trong 2 trường hợp hệ số đối xứng (symmetry factor) bằng -1 và 0

TH1: Hệ số đối xứng ( systemetry factor) bằng 0 Ta có các kết quả mô phỏng như sau:

Dạng Sóng tín hiệu điện kích thích

Phổ của tín hiệu quang

Dạng sóng tín hiệu quang phát trong miền thời gian

Chirp tần của tín hiệu quang

Biểu đồ mẫu mắt tín hiệu thu được tại đầu thu

TH2: Hệ số đối xứng ( symemtry factory) bằng -1 Ta có các kết quả như sau:

Dạng tín hiệu điện kích thích

Phổ của tín hiệu quang phát

Dạng tín hiệu quang phát trong miền thời gian

Chirp tần của tín hiệu quang phát

• Giải thích:

o Điện áp điều biến bộ điều chế MZ bao gồm hai thành phần là thành phần định thiên một chiều và thành phần tín hiệu xoay chiều Do đó dòng bơm

có biên độ và tần số ổn định nên ánh sáng phát ra liên tục và ổn định

o Trong bộ điều chế MZ một điện cực, tức là hệ số đối xứng bằng -1, do điều biến được thực hiện bởi bộ điều chế MZ, do đó vẫn có sự thay đổi chiết suất Từ đó sẽ dẫn tới sự dịch pha của tín hiệu quang được tính bằng công thức sau:

do đó thành phần dịch pha tại mỗi nhánh khi tổng hợp lại sẽ bị triệt tiêu, dẫn đến độ dịch pha của tín hiệu tổng bị giảm đáng kể Do đó giảm được hiện tượng chirp tần của xung ánh sáng tại đầu ra

xung Do đó hình dạng xung quang không giống với dạng xung điện kích thích, tỉ

lệ lỗi bit tăng

• Với bộ điều chế ngoài, điều chế tín hiệu quang được thực hiện bởi bộ điều chế MZM Ánh sáng do laser bơm phát ra dưới dạng sóng liên tục nên dòng ổn định, xung quang phát ra có độ ổn định cao hơn, giữ nguyên được hình dạng xung tín hiệu điện kích thích Nhờ đó tỉ lệ lỗi bit giảm

• Đối với cả hai loại điều chế tín hiệu quang, hiện tượng thay đổi chiết suất đều xảy

ra dẫn đến điều biên luôn đi kèm với điều pha, tạo hiện tượng chirp tần Tuy nhiên với điều chế ngoài sử dụng bộ MZ điện cực kép có hệ số đối xứng bằng 0, độ dịch pha xảy ra trên cả hai nhánh nên tín hiệu tổng có độ dịch pha bị triệt tiêu Nhờ đó

sử dụng bộ MZ điện cực kép có thể khắc phục đáng kể hiện tượng chirp tần của xung ánh sáng

3.2 Bài 2:

3.2.1 Mục đích:

• Khảo sát độ nhạy bộ thu quang sử dụng thành phần diode thu quang khác nhau 3.2.2 Yêu cầu:

• Xây dựng bộ thu quang sử dụng PIN và khảo sát độ nhạy thu

• Xây dựng bộ thu quang sử dụng APD và khảo sát độ nhạy thu

3.2.3 Nội dung

3.2.3.1 Khảo sát độ nhạy bộ thu quang sử dụng PIN

• Xây dựng bộ thu quang sử dụng Pin theo sơ đồ sau đây:

Chuỗi

PRBS

Bộ tạo xung NRZ

MZM

Máy đo công suất quang PD: Diode thu quang

Bộ phân tích BER

Mô hình hệ thống bộ thu quang sử dụng PIN trong Optisystem

• Thiết lập các tham số cơ bản cho các khối trong sơ đồ hoạt động tại các tốc độ 2,5 Gbit/s và 10 Gbit/s, độ dài chuỗi bit bằng 128 bit, số mẫu 64 mẫu/mỗi bít

• Kiểm tra và hiệu chỉnh các tham số suy hao của bộ suy hao trước khi chạy mô phỏng

• Sử dụng máy đo công suất quang để đo công suất quang đi vào bộ thu và khối phân tích BER để quan sát biểu đồ mắt và ước tính BER tín hiệu thu được

• Chạy mô phỏng và thu thập kết quả tại các giá trị suy hao quang khác nhau (Có thể

sử dụng chế độ quét để quét giá trị suy hao)

• Vẽ đường cong BER là hàm của công suất thu và xác định độ nhạy bộ thu tại mức BER = 10-10 ở hai tốc độ khác nhau

a Trường hợp tốc độ 2.5 Gbit/s

- Công suất đầu vào: 0 dBm

Quét tham số của bộ suy hao

• Ta có các kết quả như sau:

✓ Công suất đầu vào bộ thu quang:

o Mẫu mắt BER của tín hiệu tại đầu thu

Mẫu mắt BER

Ước tính BER có giá trị: 2.64327e-007

o Giá trị công suất thu và Min.Ber tại đầu vào bộ thu quang ứng với số lần quét của bộ suy hao:

b Tại tốc độ hệ thống là 10 Gbit/s

• Ta có các kết quả như sau:

o Mẫu mắt BER thu được:

Mẫu mắt BER thu được tại tốc độ 10 Gbit/s

Ước tính BER thu được có giá trị: 0.00480895

o Giá trị công suất thu và Min.Ber tại đầu vào bộ thu quang ứng với số lần quét của bộ suy hao:

Độ nhạy bộ thu tại mức BER=10-10 đáp ứng tốc độ hệ thống 10 Gbit/s là: -22.4812 dBm

3.2.3.2 Khảo sát độ nhạy bộ thu quang sử dụng APD

• Xây dựng bộ thu quang sử dụng diode thu quang ADP theo sơ đồ khối dưới đây:

Chuỗi

PRBS

Bộ tạo xung NRZ

MZM

Máy đo công suất quang PD: Diode thu quang

Bộ phân tích BER

Sơ đồ hệ thống thu quang sử dụng APD trong Optisystem

• Thiết lập các tham số cơ bản cho các khối trong sơ đồ hoạt động tại các tốc độ 2,5 Gbit/s và 10 Gbit/s, độ dài chuỗi bit bằng 128 bit, số mẫu 64 mẫu/mỗi bít

• Kiểm tra và hiệu chỉnh các tham số suy hao của bộ suy hao trước khi chạy mô phỏng

• Sử dụng máy đo công suất quang để đo công suất quang đi vào bộ thu và khối phân tích BER để quan sát biểu đồ mắt và ước tính BER tín hiệu thu được

• Chạy mô phỏng và thu thập kết quả tại các giá trị suy hao quang khác nhau (Có thể

sử dụng chế độ quét để quét giá trị suy hao)

• Vẽ đường cong BER là hàm của công suất thu và xác định độ nhạy bộ thu tại mức BER = 10-10 ở hai tốc độ khác nhau

a Trường hợp tốc độ hệ thống là 2.5 Gbit/s

- Hiệu chỉnh công suất đầu vào là: 0 dBm

Quét tham số của bộ suy hao

• Ta có các kết quả như sau:

o Công suất đầu vào bộ thu quang:

✓ Mẫu mắt BER của tín hiệu thu được:

Mẫu mắt BER

Ước tính tham số BER tại đầu thu là: 1.04397e-009

Đường cong BER là hàm của công suất thu tương ứng với số lần quét của bộ suy hao

Độ nhạy thu của bộ thu quang tại mức BER=10 -10 là: -29.4812 dBm

b Trường hợp tốc độ bit hệ thống là: 10Gbit/s

• Ta có các kết quả như sau:

✓ Mẫu mắt BER của tín hiệu:

Mẫu mắt BER của tín hiệu thu được

Ước tính giá trị BER của tín hiệu thu được là: 1.41563e-007

Đường cong BER là hàm của công suất thu được

✓ Độ nhạy thu của bộ thu quang tại mức BER=10-10 là giá trị công suất đầu vào

o Giá trị công suất đi vào bộ thu quang giảm

o Giá trị BER tăng đáng kể tương ứng từ 2.64327e-007 thành 0.00480895

o Độ nhạy thu của máy thu giảm: Tại tốc độ 2.5 Gbit/s độ nhạy thu tại mức BER 10-10 là công suất vào bộ thu quang có giá trị -24.259 dBm, tại tốc độ

10 Gbit/s là -22.4812 dBm

• Đối với bộ thu quang APD khi tăng tốc độ bit từ 2.5 Gbit/s lên 10 Gbit/s(Mức công suất đầu vào là 0 dBm:

o Giá trị công suất đi vào bộ thu quang giảm

o Giá trị BER tăng đáng kể

o Độ nhạy của máy thu giảm: Tại tốc độ 2.5 Gbit/s độ nhạy thu tại mức BER

10-10 là công suất đầu vào bộ thu quang có giá trị: -29.4812 dBm, tại tốc độ

10 Gbit/s là 26.5368 dBm

b Giải thích

• Đối với bộ thu quang PIN, thường là nhiễu nhiệt chiếm ưu thế nên ta có công thức

độ nhạy thu bộ thu PIN:

Từ phương trình trên ta thấy  không chỉ phụ thuộc vào RL và Fn mà còn phụ T

thuộc vào tốc độ bit, tham số f của bộ thu quang Với ∆𝑓 =𝐵

2, B là tốc độ bit của hệ thống Vì thế, khi bộ thu hoạt động trong giới hạn nhiễu nhiệt, độ nhạy thu

sẽ tăng theo B1/2, suy ra tốc độ bit tăng dẫn đến độ nhạy thu sẽ giảm

• Đối với bộ thu quang APD ta có công thức tính độ nhạy máy thu theo phương trình sau: