CHƯƠNG 3. KHẢO SÁT CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG CHẤT LƯỢNG MẠNG TRUY CẬP GPON
3.3. Kháo sát mạng truy nhập GPON dựa trên phầm mềm OptiSystem
3.3.1. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng mạng quang
a. Tỉ số lỗi Bit Ber
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
63
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 3.5 Mối liên quan giữ tín hiệu nhận được và hàm phân bố xác suất Hình 3.5 (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.
Khi đó:BER=[P(0/1) +P(1/0)]
Hình 3 . 5 ( b) chỉ ra xác suất P(0/1) và P(1/0) phụ thuộc vào hàm mật độ xác xuất P(I). Dạng hàm P(I) phụ thuộc vào thống kên guồn nhiễu. Với nhiễu biên độ tuân theo hàm phân bố Gaussian, ta có:
P(0/1)= 1
----σ1√2π ∫ exp
ID
−∞
(−-(I-–-I1)
2σ12 ) -dI = -1-
2-erfc- ((I1-–-ID) σ1√2 )
P(1/0)= 1 ----
σ0√2π∫ exp
∞
ID
(−(I-– I0)
2σ02 ) -dI = -1-
2-erfc- ((ID– I0) σ0√2 )
64
Mỗi một hàm Gaussian có một giá trị σ khác nhau. Trong đó erfc là hàm bù lỗi được định nghĩa như sau:
erfc(x)= 2
----√π∫ exp
∞
x
(−y2)dy--
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:
(ID− I0)2
2σ02 = -(I1− ID)2
2σ12 + ln (σ1 σ0) Tính xấp xỉ ta có :
(ID − I0)
σ0 = -(I1− ID) σ1 = Q- Suy ra:
ID = -σ0--I1+--σ1--I0 σ0+-σ1-- Ta có: σ0 = σ1
ID = -I1+-I0 2
Khi đó, BER min. Khi đó P(1/0) = P(0/1). Điều này có thể nhìn thấy rõ trong hình 3.5(b). Thay các giá trị tìm được vào công thức tính BER ta có:
BER = -1
2erfc- ( Q
√2) ≈ -exp(−Q2/2) Q√2π Với
Q = - I1−-I0 σ0+-σ1--
Phương trình trên chỉ ra mối quan hệ giữa BER và hệ số Q: Q giảm thì BER tăng và ngược lại.
b. 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 công thức.
65 Q = - I1−-I0
σ0+-σ1-- c. Đồ thị mắt
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 luôn 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 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 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 không. Mẫu mắt được xem là bình thường nếu ở khoảng lớn hơn 50%. Thực tế thì yêu cầu lớn hơn, khoảng 75%.
d. 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
66
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”).