Đồ án Thiết kế hệ thống thông tin cáp sợi quang

n quang hiện nay sử dụng hai loại cơ bản là diode PIN và diode APD. IV.3.2.1 Diode PIN: Cấu tạo gồm 3 lớp P,I,N trong đĩ lớp I (Intrinsic) là lớp bán dẫn khơng pha tạp chất hoặc pha với nồng độ rất thấp. Quá trình thu photon và tách điện tử xảy ra ở lớp I. Khi lớp I càng dày thì hiệu suất lượng tử càng cao nhưng thời gian trơi điện tử thấp. Điều này làm giảm khả năng hoạt động với tốc độ cao của PIN. Bề dày lớp P phụ thuộc khả năng thâm nhập của ánh sáng. Ánh sáng cĩ bước sĩng càng dài thì khả năng thâm nhập vào bán dẫn càng lớn Trên mặt lớp P cĩ phủ 1 lớp mỏng chống phản xạ để tránh tổn thất ánh sáng. P I n Ánh sáng Lớp chống phản xạ Vịng tiếp xúc kim loại Cách điện SiO2 Tiếp xúc kim loại Hình IV.13: Cấu tạo của diode thu quang loại PIN IV.3.2.2 Diode quang thác APD (Avalanche Photo Diode): Để tăng đáp ứng của diode thu người ta ứng dụng hiệu ứng nhân điện tử trong các bộ nhân quang điện. Người ta chế tạo APD cĩ P+ và N+ là 2 chất bán dẫn cĩ nồng độ tạp chất cao hơn lớp P và N (cĩ trong PIN thay, thế cho vị trí lớp I). Dưới tác dụng của nguồn phân cực ngược, điện trường trong vùng PN cao nhất, quá trình nhân điện tử xảy ra trong vùng này. Vùng này được gọi là vùng “ thác lũ ”. Khi ánh sáng chiếu vào lớp P sẽ hấp thụ và tạo ra các cặp điện tử- lỗ trống. Lỗ trống di chuyển về P+ nối với cực âm nguồn cịn điện tử đi về phía tiếp giáp PN. Điện trường trong vùng sẽ tăng tốc cho điện tử. Các điện tử va chạm với các nguyên tử của tinh thể sẽ tạo ra điện tử và lỗ trống (thứ cấp). Các điện tử và lỗ trống này sẽ lặp lại quá trình kể trên làm cho số lượng các hạt tải điện tăng lên rất lớn. Như vậy dịng quang điện nhân lên với M lần (số điện tử thứ cấp phát sinh ứng với 1 điện tử sơ cấp). Dịng quang điện sẽ là: I = R. M. P (P: cơng suất quang) I: Cường độ dịng điện sinh ra. R: Đáp ứng (A/W) của diode thu. Hệ số nhân M thay đổi theo điện áp phân cực và cũng phụ thuộc nhiệt độ nên giữ cho M ổn định rất khĩ. M = 10 ¸1000 lần.Thực tế chọn M=50¸200 M càng lớn nhiễu càng lớn. N+ P i(n) P+ Trường tối thiểu - + Vùng thác Vùng nghèo Trường điện Hình IV.14: Cấu trúc của diode thu quang APD IV.3.2.3 Đặc tính kỹ thuật của APD và PIN: - Độ nhậy APD > PIN từ 5 ¸ 15 dB. Thực tế thường kết hợp PIN - FET lúc đĩ thì độ nhạy của APD và PIN - FET là như nhau. S = 0.7. - Dải động APD rộng hơn PIN vì cĩ thể điều chỉnh được nhờ thay đổi điện áp phân cực để thay đổi hệ số nhân M. - Độ ổn định PIN > APD do APD cĩ hệ số nhân M vừa phụ thuộc nhiệt độ và cũng vừa phụ thuộc điện áp phân cực. - Dịng tối (dịng điện nhiễu do các diode thu quang phát ra khi khơng cĩ ánh sáng chiếu vào gây nên tạp âm thăng giáng) của APD lớn hơn của PIN. - Điện áp phân cực APD cao hơn PIN. (APD hàng trăm volt, PIN thường dưới 20 volt). RT U out thiên áp AMP Hình IV.15: Sơ đồ bộ thu tách quang Ưu điểm của hai loại này trái ngược hẳn nhau. Đặc tính kỹ thuật của APD chỉ hơn PIN về độ nhạy và tốc độ làm việc. Các mặt hạn chế của APD là: chế độ làm việc kém ổn định, dịng nhiễu lớn, điện áp phân cực cao và yêu cầu độ ổn định cao. Þ A W Giả sử Rt = 100KW muốn U = 1 mV thì : Chứng tỏ với cơng suất rất bé thì thiết bị vẫn thu được -> độ nhậy quang rất cao. Do đĩ đối với thơng tin quang, thơng tin cĩ thể đi rất xa mà vẫn khơng cần cơng suất quang lớn. Đây chính là ưu thế của thơng tin quang. Thực tế P phát 10mW thơng tin đi được 160km. Hình IV.16: Sơ đồ cấu hình thiết kế bộ phát của LD truyền tín hiệu số FILT Ib ILD DET Chuyển mạch dịng điện Bias Tín hiệu Điều khiển thiên áp ngưỡng Mẫu so sánh TEC T Sợi quang Bộ phận làm mát hay cảm biến nhiệt IF i Trích thời gian Mạch quyết định Data Khuyếch đại Photodetector Hình VI.17: Sơ đồ khối của bộ thu quang điển hình CLK Bộ lọc Bộ cân bằng Tiền khuếch đại CHƯƠNG V KỸ THUẬT GHÉP KÊNH QUANG. V.1. Kỹ thuật ghép bước sĩng quang WDM. Kỹ thuật ghép bước sĩng quang sẽ cho phép ta tăng dung lượng kênh mà khơng cần tăng tốc độ bit đường truyền và cũng khơng dùng thêm sợi quang; nĩ đã thực hiện truyền các luồng ánh sáng với bước sĩng khác nhau trên cùng một sợi. Lý do là ở chỗ, các nguồn phát cĩ độ rộng phổ khá hẹp, các hệ thống thơng tin quang thơng thường chỉ sử dụng phần rất nhỏ băng tần truyền dẫn của sợi sẵn cĩ. V.1.1 Nguyên lý cơ bản của ghép bước sĩng quang. Nguyên lý cơ bản của ghép bước sĩng quang cĩ thể minh hoạ như hình 1. Giả sử cĩ các nguồn phát quang làm việc ở các bước sĩng khác nhau l1, l2...ln.Các tín hiệu quang ở các bước sĩng khác nhau này sẽ được ghép vào cùng một sợi dẫn quang. Các tín hiệu cĩ bước sĩng khác nhau được ghép lại ở phía phát nhờ một bộ ghép kênh: bộ ghép bước sĩng phải đảm bảo cĩ suy hao nhỏ và tín hiệu sau khi được ghép sè được truyền dọc theo sợi để tới phias thu. Các bộ tách sĩng quang khác nhau ở phía đầu thu và và sẽ nhận lại các luồng tín hiệu với các bước sĩng riêng rẽ này sau khi chúng qua bộ giải ghép bước sĩng. On(ln) O1(l1) In(ln) I1(l1) MUX DMUX 0(l1…ln) I(l1…ln) Sợi dẫn quang Hình V.1 : Mơ tả tuyến thơng tin quang cĩ ghép bước sĩng Ở hai phương án thiết lập hệ thống truyền dẫn sử dụng ghép bước sĩng quang WDM. Phương án 1: truyền dẫn ghép bước sĩng quang theo một hướng: là kết hợp các tín hiệu cĩ bước sĩng khác nhau vào sợi tại mọt đầu và thực hiện tách chúng để chuyển tới các bộ tách sĩng quang ở đầu kia. Phương án 2: truyền dẫn WDM hai hướng: là khơng qui định phát ở một đầu và thu ở một đầu; điều này cĩ nghĩa là cĩ thể phát thơng tin theo một tại bước sĩng l1 và đồng thời cũng phát đi thơng tin khác theo hướng ngược lại tại bước sĩng l2. l1, l2…ln Nguồn l1 Nguồn l2 Nguồn lN Thiết bị WDM Kênh 1 Kênh 2 Kênh N Nguồn l1 Nguồn l2 Nguồn lN Thiết bị WDM Kênh 1 Kênh 2 Kênh N Một sợi Hình V.2: Hệ thống ghép bước sĩng theo một hướng. Kênh vào Thu l2 Kênh ra Nguồn l1 Thu l2 Thiết bị WDM Kênh ra Một sợi Kênh vào l1 l2 Nguồn l1 Thiết bị WDM HìnhV.3: Hệ thống ghép bước sĩng theo hai hướng. Để thực hiện một hệ thống WDM theo một hướng, thì cần phải cĩ bộ ghép kênh ở đầu phát để kết hợp các tín hiệu quang từ các nguồn phát quang khác nhau đưa vào một sợi dẫn quang chung. Tại đầu thu cần phải cĩ một bộ ghép kênh để thực hiện tách các kênh quang tương ứng. Nhìn chung, các tín hiệu quang khơng phát một lượng cơng suất đáng kể nào ngồi độ rộng phổ kênh đã định trước cho của chúng cho nên vấn đề xuyên tâm là khơng đáng lưu ý ở đầu phát. Vấn đè đáng lưu tâm ở đây là bộ ghép kênh cần cĩ suy hao thấp để sao cho tín hiệu từ nguồn quang tới đầu ra bộ ghép ít bị suy hao. Đối với bộ giải ghép kênh, vì các bộ tách sĩng quang thường nhạy cảm trên cả một vùng rộng các bước sĩng cho nên nĩ cĩ thể thu được tồn bộ các bước sĩng được phát đi. Như vậy để ngăn chặn các tín hiệu khơng mong muốn một cách cĩ hiệu quả, phải cĩ các biện pháp cách ly tốt các kênh quang. Để thực hiện điều này, cần thiết kế các bộ giải ghép thật chính xác hoặc sử dụng các bộ lọc quang rất ổn định cĩ bước sĩng cắt chính xác. Người ta chia loại thiết bị ghép bước sĩng quang thành ba loại: các bộ ghép (MUX), các bộ giải ghép (DEMUX) và các bộ ghép và giả hỗn hợp (MUX-DEMUX). Các bộ MUX và DEMUX được dùng cho các phương án truyền dẫn theo một hướng, cịn loại thứ ba (Mũ -DEMUX) được sử dụng cho phương án truyền dẫn theo hai hướng. Hình 4 là sơ đồ miêu tả thiết bị giải ghép và giải ghép kênh hỗn hợp. O(lk) Ii(li) Ik(lk) Các tín hiệu được ghép Các tín hiệu được giải ghép I(lk) Sợi dẫn quang Hình V.4: Mơ tả thiết bị ghép và giải ghép (MUX và DMUX) V.1.2 Các tham số cơ bản. Các tham số cơ bản để miêu tả đặc tính của các bộ ghép – giải ghép hỗn hợp là suy hao xen, xuyên kênh và độ rộng kênh. Các ký hiệu I(li) và O(lk) tương ứng là các tín hiệu đã được ghép dạng cĩ mặt ở đường chung. Ký hiệu Ik(lk) là tín hiệu đầu vào được ghép vào cửa thứ k, tín hiệu này được phát từ nguồn phát quang thứ k. Ký hiệu Oi(li) là tín hiệu cĩ bước sĩng li đã được giả ghép và đi ra cửa thứ i. Suy hao xen được xác định là lượng cơng suất tổn hao sinh ra trong tuyến truyền dẫn quang do tuyến cĩ thêm các thiết bị ghép bước sĩng quang ƯDM. Suy hao này bao gồm suy hao do các điểm ghép nối các thiết bị WDM với sợi và suy hao bản thân các thiêt bị ghép gây ra. MUX O(li) Ii(li) Li = -10log DEMUX Oi(li) I(li) Li = -10log Với Li là suy hao (tại bước sĩng li) khi thiết bị được ghép xen vào tuyến truyền dẫn. Các tham số này phải luơn được các nhà chế tạo cho biết đối với từng kênh quang của thiết bị. Xuyên kênh ngụ ý mơ tả một lượng tín hiệu từ kênh này được ghép sang kênh khác. Các mức xuyên kênh cho phép nằm ở dải rất rộng tuỳ thuộc vào trường hợp áp dụng. Nhưng nhìn chung phải đảm bảo nhỏ hơn(-30dB) trong mọi trường hợp. Khả năng để tách các kênh khác nhau được diễn giải bằng suy hao xuyên kênh và được tính bằng dB như sau: Ui(lk) I(lk) Di(lk) = -10log Theo sơ đồ đơn giản mơ tả bộ ghép kênh ở hình 5.a) thì Ui(lk) là lượng tín hiệu khơng mong muốn ở bước sĩng lk do cĩ sự dị tín hiệu ở cửa ra thứ i, mà đúng ra thì chỉ cĩ tín hiệu ở bước sĩng li.. Trong thiết bị ghép và giải ghép hỗn hợp như ở hình 5.b) việc xác dịnh suy hao xuyên kênh cũng được áp dụng như bộ giải ghép. Ở trường hợp này phải xem xét cả hai loại xuyên kênh. “Xuyên kênh đầu ra” là do các kênh ghép đi vào đường truyền gây ra, ví dụ như I(lk) sinh ra Ui(lk). “Xuyên kênh đầu vào” là do các kênh khác ở đầu vào sinh ra, nĩ được ghép ở bên trong thiết bị, như Ui(lj). DEMUX Sợi quang I(li).......I(lk) Oi(li)+Ui(li) Sợi quang Oi(li)+Ui(li)+Ui(li) Ii(li) (lj) (lk) O(lj) Hình V.5: Xuyên kênh a) ở bộ giải ghép kênh và b) ở bộ giải ghép kênh hỗn hợp. I(li).......I(lk) Độ rộng kênh là dải bước sĩng mà nĩ định ra cho từng nguồn phát quang riêng. Nếu nguồn phát quang là các điốt laser thì các độ rộng kênh được yêu cầu váo khoảng vài chục nanomet để đảm bảo khơng bị nhiễu giữa các kênh do sự bất ổn định của các nguồn phát gây ra. Đối với nguồn phát là điơt phát quang LED, yêu cầu độ rộng kênh phải lớn hơn 10 đến 20 lần bởi vị độ rộng phổ của loại nguồn phát này rộng hơn. V.2. Ghép kênh quang theo tần số OFDM. Trong ghép kênh OFDM, băng tần của sĩng ánh sáng được phân chia thành một số kênh thơng tin riêng biệt; ở đây, các kênh ánh sáng cĩ các tần số quang khác nhau sẽ được biến đổi thành các luồng song song để cùng truyền đồng thời trên cùng một sợi quang. Các sĩng náh sáng cĩ một tiềm năng thơng tin rất lớn vì nĩ cĩ tần số cao, tới hơn 200000Ghz(1Ghz =109Hz). Hơn thế nữa sợi quang vốn cĩ suy hao nhỏ ở dải bước sĩng từ 0,8mm¸1,8mm cũng tương đương ở băng tần 200000Ghz. Như vậy, ghép kênh quang theo tàn số được xem xét như là cấp cao hơn WDM vì số kênh ghép được trong băng tần quang sẵn cĩ rất lớn OFDM cĩ thể coi như là biện pháp ghép kênh quang cĩ mật độ ghép dày đặc hơn. Hình 6 minh hoạ một hệ thống ghép kênh quang theo tần số ; ở đây, tín hiệu quang được ghép được xây dựng theo phương pháp tựa như các kỹ thuật thơng thường, nhưng quá trìng biến đổi điện nào. Tổng số các chùm bit được ghép sẽ phụ thuộc vào tốc độ ghép của mỗi luồng (kênh) riêng rẽ sẽ được khơi phục lại. Sợi cáp quang 1550nm Điều biến ngồi (PSK) f S1 Mix f1 S2 Mix f2 Sn Mix fn Bộ kết hợp Laser f S1 Mix f1 S2 Mix f2 Sn Mix fn Tách quang PLL quang Bộ chia cơng suất Hình V.6: Sơ đồ khối hệ thống ghép kênh quang OFDM. + Các cơng nghệ ban đầu của OFDM. Các hệ thống ghép kênh quang theo tần số phải dựa trên các nguồnphát quang cĩ các tần số ổn định, các thiết bị quang thụ động như các bộ lọc quang, các bộ khuyếch đại quang băng tần rộng cĩ thể khuêchs đại nhiều kênh OFDM cùng một lúc. Các nguồn phát quang ổn định về tần số là rất cần thiết để ngăn chặn xuyên kênh. Các laser bán dẫn cĩ độ rộng phổ hẹp cĩ thểư dụng làm nguồn phát cho hệ thống OFDM. Tuy nhiên khi laser cĩ độ rộng hẹp thì lại khơng ổn định về tần số, do đĩ phải dung hồ về mặt này. Để cĩ nguồn phát laser cĩ độ rộng phổ hẹp mà lại ổn định thì phải sử dụng loại mạch gõ tần số quang ( gõ mode) . Hiện nay các hệ thống OFDM thử nghiệm đã sử dụng các mạch gõ tần số quang cĩ bộ lọc hiệu chỉnh đáp ứng tần số quang. Các thiết bị quang thụ động cũng rất quan trọng để kết hợp các tín hiệu quang OFDM riêng rẽ. Đối với các sĩng quang cĩ độ rộng phổ hẹp được ổn định tần số, cộng hưởng giao thoa và các hiện tượng khác luơn địi hỏi phải cĩ các bộ lọc quang chính xác. Các bộ lọc này cĩ tíh chuẩn xác tựa như các bộ lọc trong các hệ thống viba. Cơng nghệ gần đây đã cho ra được bộ lọc quang 100 kênh cĩ khả năng tạo khoảng cách kênh 5¸10Ghz. Các bộ khuyếch đại quang sẽ thực hiện khuyếch đại các kênh quang FDM đồng thời một lúc, nĩ tạo ra cự ly băng tần truyền dẫn của hệ thống được dài hơn. Hiện nay, các bộ khuyếch đại quang cho ịDM đã cĩ khả năng khuyếch đại được 100 kênh quang. Điều nà mở ra một hướng ứng dụng OFDM vào các mơi trường khai thác đa dạng. V.3. Ghép kênh quang theo thời gian OTDM. Ghép kênh OTDM: là quá trình ghép các luồng tín hiệu quang. khơng thơng qua 1 quá trình biến đổi về điện nào, kỹ thuật ghép ở đây cĩ liên quan đến luồng tín hiệu ghép, dạng mã và tốc độ đường truyền. V.3.1 Nguyên lý ghép kênh OTDM. Hoạt động của một hệ thống truyền dẫn quang sử dụng kỹ thuật ghép kênh quang theo thời gian OTDM cĩ thể mơ tả như hình 7. Trong hệ thống ghép kênh quang OTDM, chuỗi xung quang hẹp được phát ra từ nguồn phát thích hợp. Các tín hiệu này được đưa vào khuyếch đại để nâng mức tín hiệu đủ lớn để đáp ứng được yêu cầu. Sau đĩ được chia thành N luồng, mỗi luồng sẽ đưa vào điều chế nhờ ngồi với tín hiệu nhánh tốc độ B Gbit/s. Để thực hiện ghép các tín hiệu quang này với nhau, các tín hiệu nhánh phải được đưa qua các bộ trễ quang. Tuỳ theo vị trí của từng kênh theo thời gian trong khung mà các bộ trễ này sẽ thực hiện trễ để dịch các khe thời gian trong khung mà các bộ trễ này sẽ thực hiện trễ để dịch các khe thời gian một cách tương ứng. Thời gian trễ là một nửa chu kỳ của tín hiệu clock. Như vậ, tín hiệu sau khi được ghép sẽ cĩ tốc độ là N.BGbit/s. Sau khi được truyền trên đường truyền, thiết bị tách kênh ở phía thu sẽ thực hiện tách kênh và khơi phục xung clock và đưa ra được từng kênh quang riêng biệt tương ứng với các kênh quang ở đầu vào bộ ghép phía phát. Sợi dẫn quang Bộ chia quang Tín hiệu Trễ quang Thời gian Khuyếch đại quang Bộ tách kênh Bộ ghép quang Kênh 1 2 3 4 1 2 3 4 Thời gian Kênh 1 Kênh 4 Hình V.7: Sơ đồ tuyến thơng tin quang sử dụng kỹ thuật OTDM ghép 4 kênh quang. Bộ điều chế Bộ điều chế Bộ điều chế Bộ điều chế Nguồn phát Khuyếch đại quang EDFA Khối phát clock Các hệ thống ghép kênh OTDM thường hoạt động ở vùng bước sĩng 1550nm, tại bước sĩng này sẽ cĩ suy hao quang nhỏ, lại phù hợp với bộ khuyếch đại quang sợi cĩ mặt trong hệ thống. Các bộ khuyếch đại sợi quang cĩ chức năng duy trì quỹ cơng suất của hệ thống nhằm đảm bảo tỉ lệ tín hiệu trên tạp âm (S/N) ở phía thu quang. Nguyên lý hoạt động này cĩ thể đáp ứng xây dựng các hệ thống thơng tin với tốc độ 200Gbit/s. Tuy nhiên ở tốc độ này phải xem xét tới việc bù tán sắc cho hệ thống. V.3.2 Giải ghép và xe rẽ kênh. Khi xem xét các hệ thống OTDM và các hệ thống thơng tin quang cĩ ghép kênh TDM, người taq thấy sự khác nhau chủ yếu ở đây là việc ghép và giải ghép trong vùng thời gian quang, mà nĩ được thể hiện như một chức năng tích cực. Thực hiện việc giải ghép trong hệ thống OTDM điểm nối điểm ở phía thu chính là việc tách hồn tồn các kênh quang. Tuy nhiên khi xem xét trên cục diện mạng OTDM thì lại phải xem xét cả khả năng xen và rẽ kênh từ luồng truyền dẫn. Đối với giải bộ ghép kênh, cần phải xem xét các tham số cơ bản về tách kênh, kể cả tỷ số phân biệt quang, suy hao xen và cắt cửa sổ chuyển mạch cĩ thể đạt được. Đối với các nút xen và rẽ kênh thì phải đánh giá cả hiệu suất chuyển mạch, đo đạc phần cơng suất được lấy ra từ kênh tương ứng. Ở đây tỷ số phân biệt rõ ràng cĩ ảnh hưởng tới mức độ xuyên kênh. (Tỷ số phân biệt EX = 10log10(A/B), với A là mức cơng suất quang trung bình ở mức logic 1 và B là mức cơng suất quang trung bình ở mức logíc 0), Ngồi ra, xuyên kênh cũng sẽ bị tăng do sự phủ chờm giữa các kênh lân cận với nhau tạo thành cửa sổ chuyển mạch. Kết quả là độ rộng của cửa sổ chuyển mạch sẽ cĩ ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ đường truyền. V.3.3 Đặc tính truyền dẫn của OTDM. Tán sắc của sợi quang làm cho các xung ánh sáng lan truyền trên sợi bị dãn rộng ra trong khi đĩ các hệ thống thơng tin quang OTDM cĩ tốc độ rất cao, như vậy địi hỏi các xung phát ra phải rất ngắn. Mặc dù vấn đề tán sắc cĩ thể được khắc phục bằng cách sử dụng truyền dẫn Soliton trong các điều kiện cho phép, nhưng vẫn phải đặc biệt quan tâm tới các biện pháp tạo ra các xung cực hẹp. Giả thiết rằng các bộ khuyếch đại quang thường được sử dụng để tăng các mức tín hiệu dọc theo tuyến thơng tin quang khi cần thiết. Đặc biệt đối với các hệ thống truyền dẫn Soliton ở đây, việc nén các xung pháp tuyến nhằm để tạo ra các dạng xung. Trong truyền dẫn tín hệu RZ trên sợi cĩ tán sắc, đền bù cho hệ thống theo nghĩa bù trừ tán sắc chỉ thiết lập khi các xung tín hiệu bị mất năng lượng vào các khe thời gian lân cận. Tuy nhiên, một khi điều này xảy ra thì hệ thống bị suy giảm nhanh. Vậy. để tăng cực đại khoảng cáh truyền dẫn thì phải đưa các hệ thống OTDM vào các tuyến cĩ tán sắc tiến tới khơng. Giải pháp tiếp cận đầu tiên là nguồn phát phải làm việc tại bước sĩng rất gần với bước sĩng của tán sắc sợi bằng khơng. Điều này khơng phải dễ dàng thực hiện như đã nĩi bởi vì với các điều kiện này, mức cơng suát mà tại đĩ cĩ sự sút kém hệ thống phi tuyến xảy ra cĩ thể hồn tồn thấp, tức là giảm cơng suất tín hiệu để tránh dãn xung cần thiết nhưng điều này cĩ thể làm cho đặc tính hệ thống bị giới hạn do tỷ lệ tín hiẹu trên nhiễu. Thứ hai là các kỹ thuật điều tiết tán sắc cĩ thể được sử dụng để duy trì hình thức truyền dẫn tuyến tính để tránh các giới hạn như ở trên hoặc để bù đầy đủ tán sắc tuyến tính của tuyến. Việc thực hiện các kỹ thuật bù tán sắc trong hệ thống OTDM là một bước kiểm tra ngặt nghèo chất lượng của sự bù vì rằng ở đây sử dụng các xung rất ngắn. Lợi thế nổi bật của việc sử dụng các bộ phát OTDM trong truyền dẫn số phi tuyến. Các dạng xung ngắn đặc biệt phù hợp với truyền dẫn Soliton để khắc phục tán sắc củ sợi dẫn quang. Với hệ thống Soliton khoảng lặp của hệ thống OTDM phi tuyến cĩ thể được tăng lên rất lớn bằng kỹ thuật điều khiển Soliton, thơng qua việc sử dụng các bộ lọc dẫn hoặc định thời tích cực. Nhờ các cơng nghệ này mà người ta cĩ thể thực hiện một trạm lặp bao gồm các khối khơi phục clock điện để điều khiển thiết bị điện – quang hoặc quang hồn tồn cĩ thể đưa ra dịch pha cho tín hiệu quang. PHẦN II THIẾT KẾ TUYẾN CÁP QUANG LÁNG - TRUNG TÂM THỂ THAO CHƯƠNG VI NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG. V.1. Phạm vi thiết kế. Cĩ hai loại tuyến truyền dẫn viễn thơng. Loại thứ nhất là đường dây thuê bao và loại thứ hai là tuyến trung kế/ đường dài. Nếu hai đài trạm ở trung một thành phố thì đường kết nối giữa chúng gọi là đường trung kế, cịn nếu ở khác thành phố thì gọi là tuyến đường dài. Trạm nhánh Trung kế Đường dài Đài trạm Đài trạm Hình VI.1: Mạng viễn thơng. Do điều kiện thời gian cĩ hạn đồ án chỉ thực hiện việc tìm hiểu về thiết kế tuyến trung kế. - Phạm vi thiết kế. Ở Trường hợp đối với tuyến trung kế đường dài, giai đoạn lập kế hoạch cần phải ngiên cứu loại cáp loại đặt giữa các trạm, dung lượng cáp, hệ thống truyền dẫn v.v... - Sau giai đoạn lập kế hoạch cần phải nghiên cứu loại cáp, các điểm hàn nối, ống trong cống bểv.v.v... VI.2. Các loại cáp và cấu trúc cáp. VI.2.1 Đặc trưng truyền dẫn của cáp. Bảng 1: Cho ta các đặc điểm truyền dẫn của sợi GI và SM. Loại Danh mục GI SM Sợi 500 MHz Sợi 0,5 dB Suy hao sợi (dB/km) Giá trị 90% 1,0 0,5 Giá trị 100% 1,3 0,65 Độ rộng băng 6dB (MHz.km) Giá trị 90% 500 --------------- Giá trị 100% 300 --------------- Bảng 1. VI.2.2 Các loại cáp. Sự khác nhau của các loại cáp sợi quang SM được cho trên bảng 2. Loại Số lượng sợi quang Số lượng khe hở một phần tư Ứng dụng Cáp WB (khơng thấm nước -Water Blocking) 8,16,24,32,40 60,80,100,160,200,300 2 Cổng nối Cáp WB - FR (khơng thấm nước và chịu lửa – Water Blocking & Fire Resist) Đường ngầm Cáp IF (Induction Free - khơng cảm ứng) 8,16,24,32,40 60,80,100,160,200,300 Cổng nổi induction Cáp IF – FR Induction Free Resist) Cổng induction Cáp HS (Hight Strength – Gia cường cao) 8,16,24,32,40 60,80,100 1 Chim và động vật trên khơng Cáp CR (Self – supporting – tự tăng cường) Cáp trên khơng Cáp HS - R 1 Chim và động vật trên khơng Cáp WB đầu cuối 1 Trạm điện thoại Cáp đơn lõi 3 Bảng 2. VI.3. Cấu hình mạng truyền dẫn. VI.3.1 Các yêu cầu đối với cấu hình để thoả mãn mạng lưới truyền dẫn. Cĩ một số cấu hình vật lý tuyến truyền dẫn để kết nối một các cĩ hệ thống các tổng đài đơn lẻ, tuy vậy các cấu hình này phải thoả mãn mạng tín hiệu quả kinh tế, độ tin cậy và chất lượng truyền dẫn. VI,3.2 Hiệu quả kinh tế. Trong một mạng lưới truyền dẫn, mỗi một kênh phải hoạt động trong một vị trí vật lý cố định tuỳ thuộc vào tầng ghép kênh của mạng lưới. Khi các kênh ghép lại với nhau và tuyến truyền dẫn được thiết lập chế độ hoạt động cao thì hệ thống cĩ thể đạt được truyền dẫn dung lượng lớn tại mỗi đoạn tuyến và tổng số chiều dài tổng cộng của tuyến cĩ thể được ngắn lại cho hiệu quả kinh tế cao. Tuy nhiên điều này làm tăng số lượng máy ghép kênh và đường đi của kênh tăng lên lại làm giảm hiệu quả kinh tế. Một số kênh cĩ thẻ phải chạy qua một hoặc nhiều chung gian trong tuyến vật lý của nĩ. Một số vấn đề quan trọng trong một cấu hìn mạng lưới là: nhĩm kênh tại một tầng ghép kênh nào được ghép và tách ra tại các trung gian của nĩ thì thiết bị ở đây phải cĩ thể dùng chung với các nhĩm kênh khác được đấu nối với nĩ. Nếu một nhĩm kênh giữa các trạm được nối với nhau mà khơng cần thiết phỉ ghép và tách tại các trung gian thì khơng cần thiết cĩ các thiết bị ghép kênh. Nhưng hiệu suất của kênh sẽ bị gảm đi, do đĩ làm tăng giá thành truyền dẫn, Ngược lại, nếu một nhĩm kênh cĩ thể được ghép và tách ở các trạm trung gian thì đường truyền cĩ thể sử dụng được chung với các nhĩm kênh khác và hiệu suất của kênh tăng lên, nhưng điều này cũng làm tăng giá thành của thiết bị ghép kênh. Dung lượng tuyến truyền dẫn và dơn vị nhĩm kênh tối ưu cần phải xác định dựa trên sự cân đối giữa giá thành đường truyền đẫn và giá thiết bị ghép kênh để đạt được sự tối ưu về kinh tế mạng lưới truyền dẫn. VI.3.3 Độ tin cậy. Chất lượng ổn định được xác định thơng qua chỉ số tỷ lệ mắc lỗi cho phép của các thiết bị cấu thành mạng lưới. Liên quan đến mạng lưới truyền dẫn, các phần tử của mạng phải cĩ độ tin cậy cao và cấu hình mạng lưới phải phải được thiết kế trên cơ sở ổn định sao cho thoả mãn chỉ số chất lượng ổn định. Nĩi chung, một cấu hình mạng lưới đơi được xác định bằng việi phân chia các thiết bị và cung cấp các thiết bị dự phịng trên cơ số mà gới hạn đầu tư cho phép. VI.3.4 Phân cấp mạng truyền dẫn. Lựa chọn trong mạng truyền dẫn tiên tiến cĩ thể được hiểu đơn giản như là một điểm nút ra, vào trong một khu vực kinh tế khác chủ yếu là các thành phố lớn ở hai vùng khác nhau. Do vậy, tuyến truyền dẫn được phân cấp hố là tuyến cĩ thể cung cấp các kênh vào và ra trong một vùng và ngồi vùng. Với việc phân cấp hố này của mạng truyền dẫn thì các kênh vượt ra khỏi một vùng cĩ thể được điều tiết dung lượng lớn truyền dẫn trong một vùng qua trạm đài trung tâm trong một vùng. Như vậy, chiều dài của tyến trở lên dài hơn so với cấu trúc khơng phân cấp. Với việc điều tiết thích đáng dung lượng thì một số lượng nhỏ tuyến truyền dẫn cĩ dung lượng lớn cĩ thể thu được hiệu quả cao hơn về mặt kinh tế. Mạng lưới được tổ chức đơn giản, dễ dàng quản lý là một ưu điểm của việc phân cấp mạng. Hình VI.2: Phân cấp hố mạng truyền dẫn. VI.4. Phân cấp nhĩm kênh. VI.4.1 Khái niệm nhĩm kênh. Việc nhĩm các kênh được thực hiện ở mỗi tuyến với một đơn vị nhất định tuỳ thuộc vào tuyến được gọi là nhĩm kênh. Nhĩm kênh này được phân loại thành “nhĩm kênh cho mỗi đoạn kênh” (nhĩm điểm nối điểm) và “nhĩm kênh cho mỗi đoạn truyền dẫn” (nhĩm đoạn). VI.4.2 Nhĩm kênh cho mỗi đoạn tuyến. Nhĩm kênh cho mỗi đoạn tuyến (nhĩm điểm nối điểm) cĩ nghĩa là nhĩm các kênh giữa hai tổng đài trong một đơn vị tryuền dẫn xác định. Đơn vị nhĩm này được gọi là đơn vị nhĩm điểm nối điểm. Tuy nhiên, các kênh giữa hâi ttổng đài được thiết lập theo tuyến truyền dẫn ngắn nhất bằng các định tuyến. Giá thành tổng cộg bao gồm thiết bị ghép kênh tuỳ thuộc vào độ ;ớn của đơn vị nhĩm điểm nối điểm tại trạm lặp. Nếu đơn vị này thiết kế càng nhỏ thì các kênh sẽ làm việc trong tuyến truyền dẫn càng đạt hiệu suất cao, do đĩ làm giảm giá truyền dẫn. Nhưng càng nhiều thiết bị ghép kênh để tách và xen kênh tại trạm lặp thì giá thành thiết bị ghép kênh sẽ tăng lên. Do đĩ, đơn vị nhĩm điểm nối điểm tối ưu được xác định bằng cách dung hồ giữa chi phí truyền dẫn và chi phí ghép kênh. VI.4.3 Nhĩm kênh cho mỗi đoạn truyền dẫn. Nhĩm kkênh cho mỗi đoạn truyền dẫn(nhĩm đoạn) cĩ nghĩa là ghép các cụm kênh đã qua cấp nhĩm kênh đã qua nhĩm cấp điểm nối điểm trong một đoạn kênh. Mục tiêu của việc nhốm này để tăng dung lượng tuyến truyền dẫn và hiệu quả trong việc ghép tuyến truyền dẫn. Dung lượng của hệ thống truyền dẫn của mỗi phần tuyến được xác định bằng việc nhĩm đoạn tuyền này. VI.4.4 Tầng và cấp nhĩm. Tầng nhĩm phụ thuộc vào số lượng kênh. Để cĩ hiệu quả trong việc nhĩm kênh, tầng ghép nhĩm khơng được xác định một các tỳu ý mà cần thiết phải phù hợp với cáp của mạng truyền dẫn. Cấp ghép 156 Mb/s được CCITT khuyến nghị như là tiêu chuẩn quốc tế trong liên kết giữa các nút mạng. 8,448Mb/s (120) 34,368Mb/s (480) 6,312Mb/s (96) 274,176Mb/s (4,032) 64Kb/s 397,.2Mb/s (5,60) x4 x3 x5 x4 x24 (a) Nhật bản x4 x6 x7 x28 x24 (b) Bắc mỹ x4 x16 x4 x4 x4 x30 (c) Châu âu 97,728Mb/s (1,440) 32.064Mb/s (480) 6.312Mb/s (96) 1,544Mb/s (24) 44,736Mb/s (672) 1,544Mb/s (24) 560Mb/s (7,680) 139,264Mb/s (1,920) 2,048Mb/s (30) Hình VI.3: Cấp ghép kênh số của mỗi nước. VI.5. Tính tốn số lượng sợi cáp quang. VI.5.1 Tính tốn số lượng sợi. Việc tính tốn số lượng sợi theo sơ đồ sau: Tính tốn số lượng kênh chung Tính tốn số lượng kênh thuê riêng Tạo bảng ghi kênh Tính tốn số lượng đường/hệ thống Xác định số lượng lõi cáp Hình VI.4: Sơ đồ để tính tốn số lượng lõi sợi. Đặt kế hoặch cho hệ thống tổng đài mới/thêm Xác định việc tăng tốc độ lưu lượng Xác định nhu cầu kênh thuê riêng VI.5.2 Các vấn đề cơ bản đặt ra trong vấn đề xác định lõi sợi. Số lượng lõi sợi cáp quang được xác định theo các yếu tố lưu lượng hai chiều giữa các trạm điện thoại, kế hoạch phát triển tổng đài chuyển mạch số các tuyến truyền dẫn tính hiệu cĩ. Các bước cơ bản để xác định số lượng của lõi như sau: Thiết lập nhu cầu phát triển của các thiết bị cho 10 năm sau khi bắt đầu khai thác (S+10). Sử dụng hệ thơng F-600M làm hệ thống chuẩn để tính tốn số lượng lõi sợi. Số phần trăm cho tuyến dự phịng kênh cơng cộng là 50% và 100% cho các tuyến cĩ kênh thuê riêng. Để đảm bảo dộ tin cậy, sử dụng 4 sợi cho các điều kiện cĩ vấn đề xẩy ra. thay thế hoặc chuyển đổi và 2 sợi cho bảo dưỡng và nghiệp vụ. Sử dụng 10% tổng số nhu cầu sợi theo đơn vị một đơi để dự phịng sự thay đổi lên xuống nhu cầu (trong trường hợp dự báo nhu cầu sai). Tuy nhiên, nếu nhu cầu lõi nhỏ hơn 40 sợi thì cĩ thể sử dụng 4 sợi cho việc này. Sử dụng 4 lõi cho sự thay đổi hệ thống. VI.6. Lập kế hoạch tuyến VI.6.1 Quyết định dựa trên các vấn đề cơ bản. Phải quyết định các vấn đề cơ bản dưới đây trong việc thiết kế trước khi chọn tuyến. Trạm đầu cuối. Hệ thơng truyền dẫn, số lượng sợi cáp cần thiết. Trạm trung gian trên tuyến. Thời ghian bắt đầu của hệ thống. VI.6.2. khảo sát chuẩn bị. Trước khi khảo sát hiện trường, phải kiểm tra một vài tuyến để thu nhập các số liệu cần thiết bởi vì hiệu suất của việc lập kế hoạch tuyến. VI.6.3 Thu thập số liệu. sơ đồ tuyến đường dưới đất. Sơ đồ tuyến cống cáp. Sơ đồ đường cáp vào. Danh mục các thiết bị hỏng Bản đồ. Kế hoạch thành phố. Kế hoạch xay dựng và sửa chữa đường, sơng, cầu.. VI.6.4 Lựa chọn tuyến. Mỗi tuyến được khảo sát tuỳ thuộc vào việc kiểm tra. Khi thiết lập kế hoạch tuyến, mỗi vấn đề liên quan đến độ ổn định, kinh tế,, sử dụng đươngdf cơng cộng, kỹ thuật, xây dựng bảo dưỡng của tuyến phải được xác định, cũng theo các này phải tính đến các thiết bị hiện tại và kế hoạch thiết bị cho tương lai. VI.7. Thiết kế khoảng cách lặp. Khoảng cách lặp của hệ thống thơng tin quang cĩ độ dài khác nhau tuỳ thuộc vào từng hệ thống truyền dẫn và loại cáp được sử dụng. VI.7.1 khoảng cách lặp tiêu chuẩn. Hệ thố Hệ thống truyền dẫn Sợi Khoảng cách lặp tiêu chuẩn F – 400M SM 20 ~ 30km 30~ 40km F – 100M SM 30 ~ 40km GI Nhỏ hơn 10km Bảng 3: Loại sợi cáp và khoảng cách lặp tiêu chuẩn. Khoảng cách mối hàn trung bình là 1 km. Trong trường hợp sử dụng các bộ lặp cơng suất lớn. VI.7.2 Xem xét khoảng cách lặp. Về nguyên tắc, các thiết bị lặp phải được lắp đặt trong các tổng đài. Nếu việc lắp đặt trong các trạm này quá khĩ khăn thì phả xây dựng trạm lặp mới. VI.7.3 Xác định khoảng cách lặp. Khoảng cách lặp được quyết định trên cơ sở cân nhắc đến kinh tế, tính ổn định, bảo dưỡng và xây dựng. VI.7.4 Tính tốn suy hao. Suy hao cho phép. Suy hao lớn nhất cho phép bao gồm suy hao đường dây cho phép và độ dự phịng bảo dưỡng. Độ dự phịng bảo dưỡng Suy hao thực tại thời điểm lắp đặt Suy hao tuyến cho phép Suy hao cho phép lớn nhất Hình VI.5: Suy hao lớn nhất cho phép. Suy hao đường dây cho phép biến đổi theo từng hệ thống. Hệ thống Danh mục Loại cũ Loại mới F – 1,6G F-400M F-100M F-32M F-6M Suy hao đường dây Bộ lặp thường 20,0 19,9 26,1 24,7 29,4 25 Bộ lặp cơng suất lớn 24,5 24,5 - - - - Độ dự phịng 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 Bảng 4: Suy hao đường dây cho phép. Tính tốn. Ta sử dụng phương trình sau: A= 0,37N+0,11N+0,35C+0,5S+0,13ƯL+1,28N+51,1C +1,9 Trong đĩ: A: Suy hao đường dây (dB). N: Số lượng mối hàn. S: Số lượng connector SC. C: Số lượng connector MT. L: Chiều dài tuyến (km). Kết luận: Nếu suy hao cho phép ÊA(suy hao đường dây) thì tuyến đạt kết quả tốt. Nếu khơng ta phải cố gắng chọn lọc các điều kiện khác. VI.8. Khảo sát hiện trường. VI.8.1 Xem xet các thiết bị cống bệ. Danh mục xem xét. Kích thước bên trong, vị trí cống, vị trí của thanh bảo vệ, cài chốt. Vị trí và loại cáp đang cĩ, vị trí mối hàn. Loại và kích thước cống. Mơi trường làm việc xung quanh bể cống (Vấn đề giao trhơng, nơi đỗ xe). Khơng gian làm việc. ( Khoảng cách cho mối hàn thiết bị lắp đặt cáp, máy kéo cáp.) Độ chênh lệch giữa các mức cống. Đặt gĩc cống. Gĩc uốn cong cáp trong bể cống. Điều kiện đọng nước. Các danh mục quyết định. Hướng lắp đặt cáp và chọn vị trí cống. Vị trí hàn nối. Khả năng để đặt và phương pháp. Lắp đặt tấm thép phẳng và thép cấu trúc dọc. Sự cần thiết để đơn giản hố cáp đang cĩ. Độ trùng cáp trong bể. Quyết định các cống theo trật tự của dây. Cần thiết sửa chữa bể hiện cĩ. VI.8.2 Khảo sát ống cống. Khi sử dụng các ống cống hiện cĩ, phải xác định liệu cĩ nguy hiểm gì xảy ra đối với cáp và khả năng lắp đặt cáp. VI.9. Cắt cáp. Khi quyết định cắt cáp, việc đầu tiên phải làm là quyết định ướm thử các điểm hàn nối với vị trí của bbể cống nơi mà cáp khơng thể kéo thẳng qua được, khoảng cách giữa các mối hàn, hiệu quả của việc lắp đặt và bảo dưỡng .v.v. tuỳ thuộc vào tuyến đã xác định. Sau đĩ lập kế hoạch của cắt chia cáp. Theo kế hoạch này, phải tính tốn độ kéo căng của mỗi đoạn cáp. Các cơ sở liên quan đến lập kế hoạch chia cáp như sau: VI.9.1 Khoảng cách giữa các mối hàn. Ở cấu hình tuyến thơng thường, khoảng cách giữa hai mối hàn thơng thường là 1000m. Ở các đoạn cĩ cấu hình tuyến và hiệu quả lắp đặt tối ưu thì khoảng cách giữa các mối hàn cĩ thể đạt tới 1500m. VI.9.2 Số lượng điểm hàn nối. Số lượng điểm hàn nối giữa các trạm lặp ảnh hưởng tới suy hao đường dây. Số lượng hàn nối phải được quyết định sao cho suy hao tuyến bằng hoặc nhỏ hơn suy hao cho phép. VI.9.3 Tính tốn độ căng. Phương pháp tính. Tính tốn lực kéo T1 cho phần đoạn thẳng từ điểm cấp cáp A đến điểm cong B. Tính tốn tỷ lệ tăng lực căng do điểm uốn cơng tại điểm B. Lực kéo căng T2 là lực cần thiết ddeer kéo đối với đoạn cáp cơng, lực này được tính bằng cách nhân T1 với tỷ số căng. Lực kéo căng tại điểm C(T1) được tính bằng cách cộng vào T2 lực kéo của phần đoạn thẳng từ điểm B đến điểm C. Giả thiết rằng đoạn từ điểm C tới điểm D là thẳng, tính tốn lực căng cần thiết cho phần từ điểm C tới điểm D. Cộng lực kéo này với T3 và nhân lực kéo tổng cộng này với tỷ số nhân lực kéo. Đây chính là lực kéo căng T4 tại điểm D. Tính tốn lực kéo ở đoạn thẳng từ điểm D tới điểm E. Lực kéo TT5 bằng lực này cộng với T4. Nếu lực kéo T5 nhỏ hơn lực kéo căng cho phép củ cáp thì cáp cĩ thể kéo được đoạn này. Nếu T5 lớn hơn lực kéo cho phép thì khơng thể kéo cáp theo đường này được. (b) Cơng thức tính tốn. Với đoạn thẳng. T =f.w.L Trong đĩ: T: Lực kéo căng theo cống thẳng(kgf). f: Lực ma sát. w: Trọng lực cáp. L: Chiều dài của đoạn cống thẳng(m). Với đoạn thẳng đứng. Lên theo chiều dọc đứng: T=w.L Xuống theo chiều dọc đứng: T= -w.L Với đoạn gấp khúc. T2 = T1ef.q Trong đĩ: T1: Lực kéo căng trước đoạn gấp khúc. T2: Lực kéo căng sau đoạn gấp khúc. ef.q: Tỷ lệ tăng lực căng. q: Gĩc ngang. e: Hằng số tự nhiên. Với phần cong. T4 = (T3 + f.w.L). ef.q Trong đĩ: T3 : Lực kéo trước đoạn cong(kgf). T4 : Lực kéo sau đoạn cong(kgf) fwL : Lực kéo tại đoạn cong mà bỏ quan lực gia tăng. VI.10. Thiết kế phần nổi trên mặt đất. VI.10.1 Thu thập số liệu. Sơ đồ tuyến phần nổi. Sơ đồ cấp phần nổi. VI.10.2 Khảo sát hiện trường. Các danh mục khảo sát. Cột các loại, chiều dài, các vị trí chiếm giữ, năm xây dựng. Dây buộc loại, vị trí chiếm giữ, trạng thái lắp đặt Cáp trên khơng loại, số lượng đơi, vị trí lắp đặt. Dây truyền thơng tin loại, gĩc bẻ. ống nâng loại, kích thước,vị trí của bể cống nâng. Đo khoảng cách giữa các cột. Độ rộng đường giao thơng. Các vấn đề khác mơi trường làm việc, cách ly với phần xây dựng khác. Quyết định vấn đề. Sự phù hợp trong lắp đặt và phương pháp ( vị trí của thiết bị). Vị trí hướng. Sự cần thiết phải dựng cột, dây buộc và dây thơng tin. Sự cần thiết làm đơn giản hố cáp. Thiết kế trình tự dây. VI.10.3 Cắt cáp. Điểm hàn nối. Về nguiyên tắc, các điểm hàn nối đầu ra và vào của cáp được định vị trong bể cống. Các điểm hàn nối phần nổi trên khơng được thực hiện tuỳ theo các phần nổi sau đây. Các cột cho các điểm nối. Cột hình thành ở các nơi mà cáp cĩ độ uốn cong quá 900 Các cột được đặt ở các điểm chuyển hướng cáp và cĩ gĩpc uốn lớn hơn 900. Phải cĩ đủ khoảng khơng gian xung quanh cột để cấp cáp và kéo cáp. Xung quanh chỉ cĩ một vài vật cản trở. VI.10.4 Tính tốn lực căng. Đường bị nghiêng (áp dụng cho trường hợp đoạn trên khơng). Cơng thức để tính tốn lực căng cho đoạn này như sau: T5 = W.L (f.cosq + sinq) Trong đĩ: T5 : Lực căng của đoạn cong(kgf) q : Gĩc nghiêng (radian) hoặc (độ). CHƯƠNG VII THIẾT KẾ TUYẾN CÁP QUANG LÁNG - TRUNG TÂM THỂ THAO VII.1. Quy trình thiết kế tuyến cáp quang. VII.1.1 Thu nhận các thơng tin sau đây từ nhà sản suất thiết bị. Các khuyến nghị đường kính sợi quang: 8/125, 50/125, 62,5/125, 100/140. Khuyến nghị suy hao tối đa của sợi quang ( dB/ Km). Khuyến nghị gĩc mở (NA) của sợi quang. Khuến nghị băng thơng tối đa của sợi quang (MHz.Km) tại bước sĩng hoạt động. Khuyến nghị chiều dài tối đa của sợi quang. Chỉ tiêu tổn hao tối đa của thiết bị. Độ nhạy máy thu của thiết bị (BER). Cơng suất ra trung bình từ bộ thiết bị. Dải động bộ thu thiết bị. Nếu đã cĩ được giá trị tổn hao tối đa và một bộ thu cĩ một dải động đầy đủ (nĩ sẽ hoạt động với tồn bộ cơng suất ánh sáng và ở mức độ tối thiểu), thì các thơng số khác về độ nhạy máy thu và cơng suất ra trung bình của bộ phát khơng cịn cần thiết nữa. Tổn hao ttối đa = Cơng suất ra trung bình của bộ phát - Độ nhạy của bộ thu: VII.1.2 Tữ kế hoạch lặp đặt xác định: Tổng chiều dài tuyến sợi quang. Số mối hàn và tổn hao trên mối hàn. Số các kết nối sợi quang và tổn hao trên mỗi kết nối. Độ dự trữ cơng suất quang thiết kế. Các tổn hao quang do các phần tử khác trong hệ thống gây ra. VII.1.3 Hồn chỉnh quỹ cơng suất: Quỹ cơng suất tuyến quang là một bảng của tất cả các tổn hao (hoặc tăng ích) trong một tuến quang thường được sử dụng trong giai đoạn thiết kế để xác định các mức ánh sáng hoạt động thích hợp của hệ thống. Nĩ cũng được sử dụng để xử lý sự cố các tuyến quang hoặc trong các quá trình bảo dưỡng để giám sát sự suy giảm tín hiệu quang. Tổn hao của sợi quang tại bước sĩng hoạt động (dB/Km): Độ dài sợi (Km) ´ dB/Km. Tổn hao các mối hàn (dB): Số mối hàn ´ dB/ mối hàn. Tổn hao kết nối (dB): Số kế nối ´ dB / kế nối. Các tổn hao của các thành phần khác. Lượng dự trữcơng suất thiết kế (dB). Tổng tổn hao tuyến. Cơng suất ra trung bình của bộ phát. Cơng suất vào của bộ thu. Dải động của bộ thu. Độ nhạy của bộ thu tính theo BER. Lượng dự trữ cơng suất thu cịn lại. Hệ thống được thiết kế thích hợp khi lượng dự trữ cơng suất quang cịn lại lớn hơn 0. Nếu khơng được như vậy, kểm tra lại tất cả các giá trị tổn hao để giả tổng suy hao của tuyến quang. VII.2 Phần kinh tế kỹ thuật. Dựa trên điều kiện hiệ tại của mạng viễn thơng tại thành phố hiện nay, theo dự báo phát triể thêu bao và nhu cầu phát triển tryuền dẫn liên tỉnh trong những năm tới nên tuyến thiết kế sẽ sử dụng cơng nghệ truềy dẫn SDH tốc độ STM-1 9155,52 Mb/s) cĩ khả năng đáp ứng nhu cầu về dịch vụ thoại, phi thoại, truyền hình trực tiếp...hiện tại và trong tương lai. VII.3 Thiết kế. Để đơn giản sự phát triển của các hệ thống và để cĩ thể làm cho chúng tương thích với nhau. Người ta giới hạn các loại ứng dụng và các thơng số kỹ thuật giao diện quang, tương ứng thơng qua các qui định về giao diện. Như được chỉ ra trong bảng 1, cĩ thể phân biệt 3 loại ứng dụng chủ yếu. ứng dụng Bước sĩng nguồn phát (nm) Loại sợi Khoảng cách (Km) Nội dài 1310 ≤ 2 1310 Liên đài Tuyến ngắn Tuyến dài 1550 1310 1550 ≈ 15 REC G-652 REC G-652 REC G-652 REC G-652 REC G-652 REC G-654 REC G-652 ≈ 40 ≈ 80 Mức STM 1 STM 16 STM 4 I - 16 I - 4 I - 1 S -1.1 S -16.1 S -4.1 S -1.2 S -4.2 S -16.2 L -1.1 L -16.1 L -4.1 L -1.2 L -16.2 L -4.2 L -16.3 L -4.3 L -1.3 Bảng 1 Mã số hệ thống các thiết bị SDH VII.3.1. Sơ đồ tuyến : R L (Km) Giắc nguồn OF Giắc nguồn S R PS (max, min) PR (max, min) S S (Source): Nguồn phát R(Receiver): Nguồn thu OF(Optical Fiber): Sợi quang VII.3.2. Yêu cầu tuyến thơng tin quang : - Cự li thơng tin: L = 14 Km. Dung lượng: 155,520 Mbit/s (STM-1). VII.3.3. Thiết kế : Theo bảng 1 thì mã số thiết bị được xác định là: S-1.1 và bảng chỉ tiêu kĩ thuật của thiết bị SL1 của Siemens thì tương ứng với thiết bị trên bước sĩng hoạt động của thiết bị 1260 ¸ 1360 nm. Cũng theo bảng 1 ta sử dụng loại sợi G.625 là sợi đơn mode cĩ suy hao a = 0,4 dB/Km (tại bước sĩng 1310nm). Với các thơng số trên ta xác định được: · Các thơng số của nguồn phát: - Diode laser : Fabry- Perot (FP). - Độ rộng phổ: 4nm. - Mức phát cơng suất: + Cực đại: - 8 dBm. + Cực tiểu: - 15 dBm. · Luồng quang giữa phát và thu: Suy hao cho phép trên đoạn: a = 0 ¸ 18 dB. Các chỉ tiêu khác khơng đáng kể. Như vậy, với suy hao sợi là a = 0,4 dB/Km trên khoảng cách là 14 Km thì suy hao trên sợi là: 0,4 x 14 = 5,6 dB. Mặt khác suy hao mối hàn là: 0,1 dB/mối mà mỗi cuộn cáp dài 2000m cho nên suy hao hàn trên tồn tuyến là: (14000 : 2000 - 1) x 0,1 = 0,6 dB. Vậy, tổng suy hao trên tồn tuyến là: 5,6 + 0,6 = 6,2 dB (thoả mãn suy hao cho phép a = 0 ¸ 18 dB). · Các thơng số của nguồn thu: - Diode thu: PIN. - Mức thu đối với tỉ số lỗi bit £ 10-10 theo ITU-T là: -34 ¸ -2 dBm. Như vậy với: Cơng suất phát là : -8 dBm. Suy giảm tại giắc : 2 dB ( cĩ 4 giắc, mỗi giắc 0,5dB). Tổng suy hao tuyến : 6,2 dB. Dự trữ già hố : 1 dB. Cơng suất tới đầu thu là: Pthumax = -8 - 6,2 - 2 = -16,2dBm. Pthumin = -15 - 6,2 - 2 - 1 = -24,2 dBm. Dễ dàng nhận thấy Pthu nằm trong khoảng -34 ¸ -2dBm. Kết luận: Thiết bị đã chọn phù hợp với tuyến truyền dẫn quang trên. VII.3.4. Phần phụ trợ. Phần phụ trợ bao gồm: Nhà trạm, nguồn điện (điện lưới, điện chiếu sáng, điều hồ, máy phát điện dự phịng, tiếp đất...), sử dụng chúng với các trạm lắp đặt thiết bị chửên mạch và truyền dẫn hiện cĩ, KẾT LUẬN Mạng viễn thơng Việt Nam đang ngày càng phát triển cùng với các cơng nghệ hiện đại. Hệ thống truyền dẫn cáp quang là phương tiện truyền dẫn chủ yếu của cá tuyến thơng tin nội tỉnh, liên tỉnh và xuyên quốc gia. Các tuyến truyền dẫn cáp quang đẫ và đang được triển khai rất mạnh mẽ ở nước ta trong những năm gần đây do nĩ cĩ ưu điểm nổi bật đáp ứng được nhu cầu sử dụng dịch vụ hiện tại và trong tương lai. Tuy nhiên hệ thống thơng tin cáp quang là một hệ thống phức tạp. Việc thiết kế, lắp đặt tuyến truyền dẫn trên sợi dẫn quang địi hỏi độ chính xác cao. Chính vì vậy sử dụng cáp quang trong hệ thống thơng tin địi hỏi phải cĩ đội ngũ cán bộ cĩ trình độ, hiểu biết sâu về kĩ thuật trong mọi lĩnh vực của ngành Điện tử - Viễn thơng. Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế hệ thống thơng tin cáp sợi quang” đã nêu ra các khái niệm cơ bản của hệ thống thơng tin sử dụng cáp sợi quang và phương án thiết kế cụ thể tuyến truyền dẫn thơng tin cáp sợi quang Láng – Trung tâm thể thao. Một lần nữa em xin cảm ơn thầy giáo Lê Tân Phương và các thầy cơ khoa Điện tử – Viên thơng đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ em hồnh thành đồ án tốt nghiệp này. MỤC LỤC Mục lục............................................................................................................ Lời nĩi đầu...................................................................................................... PHẦN I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG. CHƯƠNG I. HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG.......................................... I.1. Thơng tin sợi là gì....................................................................... I.2. Sơ đồ khối căn bản củamột hệ thống truyền dẫn quang................. I.3. Ưu điểm của kỹ thuật truyền dẫn quang........................................ I.4. Cơ sở của thơng tin quang.............................................................. I.4.1. Đặc tính của ánh sáng........................................................ I.4.2. Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang................ CHƯƠNG II. CẤU TẠO SỢI QUANG......................................................... II. 1. Cấu trúc sợi quang................................................................... II.2. Các tham số của sợi quang........................................................ II.3. Phân loại sợi quang.................................................................... II.3.1. Theo cấu tạo ............................................................. II.3.2. Theo đặc tính truyền dẫn................................................ II.4. Hàn nối sợi quang........................................................................ II.4.1. Phương pháp hàn dùng keo dán........................................ II.4.2. Phương pháp hàn nĩng chảy sử dụng máy hàn................. II.4.3. Kết nối bằng conector...................................................... CHƯƠNG III. ĐẶC TÍNH TRUYỀN DẪN CỦA SỢI QUANG.............. III.1. Suy hao tín hiệu.......................................................................... III.1.1. Các nguyên nhân gây suy hao..................................... III.1.2. Đặc tuyến suy hao của sợi quang............................... III.2. Tán sắc hay méo tín hiệu............................................................ III.2.1. Các nguyên nhân gây tán sắc......................................... III.2.2. Đặc tuyến tán sắc của sợi dẫn quang đơn mode............. III.2.3. Ảnh hưởng của tán sắc đến dung lượng truyền dẫn........ III.2.4. Độ tán sắc của một vài sợi đặc biệt................................ CHƯƠNG IV. LINH KIỆN BÁN DẪN BIẾN ĐỔI ĐIỆN - QUANG VÀ QUANG - ĐIỆN. IV.1. Nguyên lý hoạt động trung....................................................... IV.2. Diode phát quang.......................................................................... IV.2.1. Yêu cầu kỹ thuật............................................................. IV.2.2. Phân loại nguồn sáng................................................... IV.2.2.1 Diode phát quang LED...................................... IV.2.2.2 Diode laser......................................................... IV.3. Thu quang..................................................................................... IV.3. 1. Yêu cầu kỹ thuật......................................................... IV.3.2. Phân loại .................................................................... IV.3.2.1 Diode PIN.......................................................... IV.3.2.2 Diode quang thác APD..................................... IV.3.2.3 Đặc tính kỹ thuật của APD và PIN..................... CHƯƠNG V. KỸ THUẬT GHÉP KÊNH....................................................... V.1. Ghép kênh theo bước sĩng WDM............................................... V.1.1 Nguyên lý cơ bản của ghép bước sĩng quang................... V.1.2 Các tham số cơ bản......................................................... V.2 . Ghép kênh quang theo tần số OFDM.......................................... V.3 . Ghép kênh quang thoe thời gian OTDM...................................... V.3.1 Nguyên lý ghép kênh OTDM............................................ V.3.2 Giải ghép và xen rẽ kênh................................................. V.3.3 Đặc tính truyền dẫn của OTDM...................................... phần ii. thiết kế tuyến cáp quang láng – trung tâm thể thao. CHƯƠNG VI. NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG. VI.1. Phạm vi thiết kế........................................................................... VI.2. Các loại cáp và cấu trúc cáp........................................................ VI.2.1 Đặc trưng truyền dẫn của cáp.......................................... VI. 3. Cấu hình mạng truyền dẫn........................................................... VI.3.1 Các yêu cầu đối với cấu hình để thoả mẫn mạng lưới truyền dẫn........................................................................................................ VI.3.2 Hiệu quả kinh tế ............................................................. VI.3.3 Độ tin cậy ..................................................................... VI.3.4 Phân cấp mạng truyền dẫn ......................................... VI.4. Phân cấp nhĩm kênh................................................................... VI.4.1 Phân cấp nhĩm kênh........................................................ VI.4.2 NHĩm hênh cho mỗi đoạn tuyến ................................. VI.4.3 NHĩm kênh cho mỗi đoạn truyền dẫn ...................... VI.4.4 Tầng và cấp nhĩm........................................................ VI.5. Tính tốn số lượng sợi cáp............................................................ VI.5.1 Tính tốn số lượng sợi..................................................... VI.5.2 Các vẫn đề cơ bản đặt ra trong vấn đề xác định lõi sợi.... VI.6. Lập kế hoạch tuyến.................................................................... VI.6.1 Quyết định dựa trên các vấn đề cơ bản............................ VI.6.2 Khảo sát chuẩn bị............................................................. VI.6.3 Thu nhập số liệu............................................................... VI.6.4 Lựa chọn tuyến................................................................ VI.7. Thiết kế khoảng cách lặp.............................................................. VI.7.1 Khoảng cáh lặp tuêu chuẩn.............................................. VI.7.2 Xem xét khoảng cách lặp................................................. VI.7.3 Xác định khoảng cách lặp................................................ VI.7.4 Tính tốn suy hao ........................................................... VI.8. Khảo sát hiện trường ................................................................... VI.8.1 Xem xét các thiết bị cống bệ............................................ VI.8.2 Khảo sát ống cống ........................................................... VI.9. Cắt cáp.......................................................................................... VI.9.1 Khoảng cáh giữa các mối hàn.......................................... VI.9.2 Số lượng điểm hàn nối ..................................................... VI.9.3 Tính tốn độ căng ............................................................ VI.10. Thiết kế phần nổi trên mặt đất.................................................... VI.10.1 Thu thập số liệu........................................................ VI.10.2 Khảo sát hiện trường ..................................................... VI.10.3 Cắt cáp........................................................................... CHƯƠNGVII. THIẾT KẾ TUYẾN CÁP LÁNG TRUNG - TÂM THỂ THAO VII.1 Quy trình thiết kế tuyến quang ............................................. VII.1.1 Thu nhận các thơng tin từ nhà sản xuất......................... VII.1.2 Từ kế hoạch lắp đặt xác định.......................................... VII.1.3 Hồn chỉnh quỹ cơng suất ............................................ VII.2. Phần kinh tế kỹ thuật .................................................................. VII.3. THiết kế...................................................................................... VII.3.1 Sơ đị tuyến ................................................................ VII.3.2 Yêu cầu tuyến thơng tin.................................................. VII.3.3 Thiết kế...........................................................................