Báo cáo thiết kế hệ thống thông tin quang chủ Đề thiết kế qui hoạch tuyến truyền dẫn thông tin sử dụng cáp quang Đáp Ứng các thông số kỹ thuật Đã cho

Tên chủ đề: Thiết kế qui hoạch tuyến truyền dẫn thông tin sử dụng cáp quang đáp ứng các thông số kỹ thuật đã cho... Lựa chọn linh kiện, thiết bị để xây dựng thành phần của hệ thống ghi r

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-KHOA ĐIỆN TỬ NGÀNH MẠNG MÁY TÍNH & TRUYỀN THÔNG DỮ LIỆU

BÁO CÁO THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

GVHD: Phan Thị Thu Hằng

Họ và tên: Bùi Gia Tùng

Mã sinh viên: 2018603736 Lớp: 2018DHTTMT01

Hà Nội - 2024

PHIẾU GIAO BÀI TẬP THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

HỌC PHẦN THÔNG TIN QUANG

I Thông tin chung

II.Nội dung thực hiện

1 Tên chủ đề: Thiết kế qui hoạch tuyến truyền dẫn thông tin sử dụng cáp quang đáp ứng các thông số kỹ thuật đã cho.

2 Yêu cầu công nghệ: Thiết kế qui hoạch tuyến truyền dẫn quang với các yêu cầu kỹ thuật, công

nghệ cụ thể như sau:

- Khoảng cách truyền ≥ 150km

- Tốc độ truyền tối thiểu 64kbs/s

- Tốc độ truyền tối đa ≥ 150Mbs/s

- Công suất phát tại điểm đầu = -0.75dB

- Công suất thu tại điểm cuối = -40dB

- Suy hao toàn tuyến < 10 dB

- Suy hao conector <1.5 dB

3 Sản phẩm:

o Tài liệu báo cáo thiết kế (Quyển báo cáo được trình bày trên khổ giấy A4, đóng bìa kèm theo phiếu giao).

III Yêu cầu bản báo cáo: Trình bày đầy đủ các nội dung cơ bản, bao gồm:

1.1 Phân tích bài toán thiết kế:

1.1.1 Xác định thành phần thực hiện yêu cầu thiết kế

1.1.2 Xác thông số kỹ thuật của hệ thống

1.2 Đề xuất giải pháp thiết kế:

1.2.1 Đề xuất tối thiểu 02 giải pháp thực hiện yêu cầu hệ thống

1.2.2 Lựa chọn linh kiện, thiết bị để xây dựng thành phần của hệ thống (ghi rõ tên thiết bị sử

dụng, loại cáp sử dụng, nhà sản xuất, thông tin về thông số kỹ thuật và giá cả tại thời điểm khảo sát và thiết kế)

1.2.3 Xây dựng sơ đồ khối của tuyến truyền dẫn

1.3 Lựa chọn giải pháp tối ưu dựa trên đánh giá ưu nhược điểm các giải pháp đã đề xuất ở mục 1.2.1

Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ, tên) SV sinh viên thực hiện (Ký và ghi rõ họ, tên)

MỤC LỤC

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

NỘI DUNG 2

BÀI TOÁN 3

Chương 1 Phân tích bài toán thiết kế 3

1.1 Xác định thành phần thực hiện yêu cầu thiết kế 3

1.2 Xác thông số kỹ thuật của hệ thống 3

Chương 2 Đề xuất giải pháp thiết kế 6

2.1 Đề xuất tối thiểu 02 giải pháp thực hiện yêu cầu hệ thống 6

2.2 Lựa chọn linh kiện, thiết bị để xây dựng thành phần của hệ thống (ghi rõ tên thiết bị sử dụng, loại cáp sử dụng, nhà sản xuất, thông tin về thông số kỹ thuật và giá cả tại thời điểm khảo sát và thiết kế) 9

2.3 Xây dựng sơ đồ khối của tuyến truyền dẫn 20

Chương 3 Lựa chọn giải pháp tối ưu dựa trên đánh giá ưu nhược điểm các giải pháp đã đề xuất ở mục 2.1 22

Tài liệu tham khảo 24

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1: Cáp quang Single mode 12FO hãng KCO - KOCENT 10

Hình 2: Lõi cáp thực tế 12

Hình 3: Cấu tạo cáp quang treo Singlemode 12FO 13

Hình 4: Bộ Thu Phát Quang Gigabit Fiber Sfp 2.5G DWDM 160km 16

Hình 5: Bộ Khuếch Đại Quang DWDM Ht6000 EDFA 18

Hình 6: Fast Connector FC/UPC-H01 19 Hình 7: SƠ ĐỒ KHỐI TUYẾN TRUYỀN DẪN SỬ DỤNG HỆ THỐNG WDM 20

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên cho em xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể các thầy cô giáo trong khoa Điện Tử đã tạo điều kiện cho em được học tập và làm báo cáo, đây là một cơ hội tốt để cho em có thể thực hành các kỹ năng được học trên lớp và cũng giúp ích rất lớn để em ngày càng tự tin về bản thân mình hơn

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô Phan Thị Thu Hằng, giảng viên trường

Đại Học Công Nghiệp Hà Nội trong suốt thời gian qua đã tận tình, giúp đỡ để em

có thể hoàn thành tốt môn học này

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 03 tháng 05 năm 2024 Sinh viên thực hiện

Tùng

Bùi Gia Tùng

NỘI DUNGChương 1 Phân tích bài toán thiết kế:

1.1.Xác định thành phần thực hiện yêu cầu thiết kế

1.2.Xác thông số kỹ thuật của hệ thống

Chương 2 Đề xuất giải pháp thiết kế:

2.1.Đề xuất tối thiểu 02 giải pháp thực hiện yêu cầu hệ thống

2.2.Lựa chọn linh kiện, thiết bị để xây dựng thành phần của hệ thống (ghi rõ tênthiết bị sử dụng, loại cáp sử dụng, nhà sản xuất, thông tin về thông số kỹ thuật

và giá cả tại thời điểm khảo sát và thiết kế)

2.3.Xây dựng sơ đồ khối của tuyến truyền dẫn

Chương 3 Lựa chọn giải pháp tối ưu dựa trên đánh giá ưu nhược điểm các giải pháp

đã đề xuất ở mục 2.1

BÀI TOÁN

Thiết kế qui hoạch tuyến truyền dẫn quang với các yêu cầu kỹ thuật, công nghệ cụ thểnhư sau:

- Khoảng cách truyền ≥ 150km

- Tốc độ truyền tối thiểu 64kbs/s

- Tốc độ truyền tối đa ≥ 150Mbs/s

- Công suất phát tại điểm đầu = -0.75dB

- Công suất thu tại điểm cuối = -40dB

- Suy hao toàn tuyến < 10 dB

- Suy hao conector <1.5 dB

Chương 1 Phân tích bài toán thiết kế1.1.Xác định thành phần thực hiện yêu cầu thiết kế

Các thành phần chính của hệ thống tuyến truyền dẫn thông tin bao gồm:

Đầu Cuối Phát (Điểm Đầu): Nơi thông tin bắt đầu truyền dẫn.

Sợi Quang: Đường truyền chính giữa các điểm.

Điểm Kết Nối/Connector: Nơi nối các đoạn sợi quang, có ảnh hưởng đến

suy hao

Bộ Khuếch Đại Công Suất: Có thể cần thiết để bảo toàn chất lượng tín hiệu

qua khoảng cách dài

Đầu Cuối Thu (Điểm Cuối): Nơi thông tin được nhận sau quãng đường

truyền

1.2.Xác thông số kỹ thuật của hệ thống

Khoảng cách truyền: 150km.

Yêu cầu sử dụng cáp quang single-mode để đảm bảo truyền dẫn trên khoảngcách dài như vậy.

Các loại cap G.652, G655, G657,

Tốc độ truyền tối thiểu 64kbs/s

Hệ thống cần hỗ trợ tốc độ truyền tối thiểu là 64kbs/s để đảm bảo khả năngtruyền dẫn các tín hiệu dữ liệu cơ bản

Tốc độ truyền tối đa: > 150Mbs/s.

Hệ thống cần hỗ trợ tốc độ truyền tối đa ít nhất là 100Mbs/s để đáp ứng yêucầu về truyền dẫn dữ liệu lớn và nhanh chóng

Công suất phát tại điểm đầu: -0.75dB.

Công suất phát tại điểm đầu cần đảm bảo đủ lớn để tín hiệu truyền dẫn qua khoảng cách 150km mà không bị giảm chất lượng quá mức

=> Với yêu cầu bài toán lựa chọn các loại cap G652; G654; G655; G657A, dùng

để truyền xa và tốc độ truyền ổn định

Chọn thiết bị phát là laser hoặc led nhưng chọn led vì:

Hiệu suất cao: Các đèn laser sản suất các tia sáng có độ tương phản và độ tậptrung cao hơn so với các nguồn sáng khác như LED Điều này làm tăng hiệu suất truyền dẫn của hệ thống, đặc biệt là trong các ứng dụng yêu cầu tốc độ truyền dẫn cao với khoảng cách truyền dài

Tần số cao: Laser có thể hoạt động ở tần số cao, cho phép truyền dẫn dữ liệu

ở tốc độ cao và băng thông rộng hơn Điều này làm tăng khả năng truyền dẫn dữ liệu lớn trong cùng một khoảng cách truyền dẫn

Độ chính xác: Laser có khả năng tạo ra tín hiệu quang với bước sóng và mứccông suất chính xác, giúp đảm bảo tính ổn định và chất lượng của tín hiệu truyền dẫn

Độ tin cậy: Thường có tuổi thọ và độ ổn định cao, giảm thiểu sự cần thiết phải thay thế và bảo trì trong quá trình vận hành hệ thống

Độ phủ rộng: Có nhiều loại laser với phổ quang rộng, giúp phù hợp với nhiều yêu cầu ứng dụng khác nhau, bao gồm cả truyền dẫn dữ liệu quang và các ứng dụng khác

Công suất thu tại điểm cuối: -40dB.

- Công suất thu tại điểm cuối cần đảm bảo đủ cao để có thể thu nhận tín hiệu với chất lượng đủ tốt sau quãng đường truyền dẫn dài

- Sử dụng PN, PIN, ADP,

Suy hao toàn tuyến: <10dB.

Yêu cầu suy hao toàn tuyến phải thấp để đảm bảo tín hiệu vẫn có độ tin cậy cao sau khi truyền dẫn trên khoảng cách 150km

Là tổng của suy hao trên dây truyền và connector khi truyền trên đường truyền >150Km

Suy hao connector: <2dB.

Yêu cầu suy hao của các connector phải được giữ thấp để đảm bảo hiệu suất truyền dẫn của hệ thống

Các đầu nối quang: SC (subscriber connector), ST (straight tip), FC (fiber connector) là các kiểu đầu nối quang có dạng hình vuông, hình tròn

Bên trong đầu nối là ferrule, giúp bảo vệ và giữ thẳng sợi cáp quang Ferrule được làm bằng thủy tinh, kim loại, plastic hoặc gốm (ceramic) - trong đó chất liệu gốm là tốt nhất

Đỉnh của ferrule được làm nhẵn (polish) với ba dạng điểm tiếp xúc chính PC (Physical Contact), UPC (Ultra Physical Contact) và APC (Angled Physical

Contact), giúp đảm bảo chỗ ghép nối có ít ánh sáng bị mất hoặc bị phản xạ nhất

Chương 2 Đề xuất giải pháp thiết kế

2.1.Đề xuất tối thiểu 02 giải pháp thực hiện yêu cầu hệ thống

2.1.1 Giải pháp 1:

Xét tuyến truyền dẫn quang Biết khoảng cách tuyến là 150km Dùng sợi đơnmode chiết suất nhảy bậc (SI) để truyền tốc độ 150Mbit/s với mã đường dây NRZ

và thông số của các phần tử như sau:

• Công suất phát của nguồn quang (Laser) : PTx = - 0.75dB

• Độ nhạy của máy thu quang: Psens = -40dB

• Suy hao của mỗi connector: Lconnector = 0.5 dB; mỗi đầu dùng hai connector

• Suy hao trung bình của sợi: αf = 0.4 dB/km (ở bước sóng 1300nm)

• Suy hao mỗi mối hàn: αh = 0.4 dB, mỗi cuộn cáp dài 2km

• Tán sắc chất liệu: dmat = 3ps/nm.km (ở bước sóng 1300nm)

• Độ rộng phổ của nguồn quang: ∆λ =3nm

• Suy hao dự phòng cho thiết bị: ∆Lequip = 3dB

• Suy hao dự phòng cho cáp: αm = 0.3dB/km

P = PTx – Psens – ∆Lequip – Lconnector

D total=√D total2 +D chro2 =d mat × ∆ λ × L¿3 nm /nm km×3 nm×36.9 km¿0.33 ns

• Độ tán sắc tối đa cho phép:

D max= 1

4bit −trans= 1

4 ×150.106×1 =1.6(ns)• So sánh độ tán sắc:

Như vậy cự ly tối đa của đoạn tiếp vận là: L = 36.9km

Như vậy đảm bảo chất lượng của tín hiệu cũng như băng thông, tốc độ truyền dẫn thì ta phải đặt bốn trạm lặp trên tuyến

2.1.2 Giải pháp 2:

Xét tuyến truyền dẫn quang Biết khoảng cách tuyến là 150km Dùng sợi đơnmode chiết suất nhảy bậc (SI) để truyền tốc độ 150Mbit/s với mã đường dây 1B2B

và thông số của các phần tử như sau:

• Công suất phát của nguồn quang (Laser) : PTx = - 0.75dB

• Độ nhạy của máy thu quang: Psens = -40dB

• Suy hao của mỗi connector: Lconnector = 0.5 dB; mỗi đầu dùng hai connector

• Suy hao trung bình của sợi: αf = 0.4 dB/km (ở bước sóng 1300nm)

• Suy hao mỗi mối hàn: αh = 0.3 dB, mỗi cuộn cáp dài 2km

• Tán sắc chất liệu: dmat = 3ps/nm.km (ở bước sóng 1300nm)

• Độ rộng phổ của nguồn quang: ∆λ =3nm

• Suy hao dự phòng cho thiết bị: ∆Lequip = 3dB

• Suy hao dự phòng cho cáp: αm = 0.25dB/km

P = PTx – Psens – ∆Lequip – Lconnector

D total=√D total2 +D chro2

Dtotal >Dmax : nên dải thông bị giới hạn

Như vậy cự ly tối đa của đoạn tiếp vận là: L = 41.5km

Như vậy đảm bảo chất lượng của tín hiệu cũng như băng thông, tốc độ truyền dẫn thì ta phải đặt bốn trạm lặp trên tuyến

2.2.Lựa chọn linh kiện, thiết bị để xây dựng thành phần của hệ thống (ghi

rõ tên thiết bị sử dụng, loại cáp sử dụng, nhà sản xuất, thông tin về thông số kỹ thuật và giá cả tại thời điểm khảo sát và thiết kế)

Sợi Quang:

 Loại Sợi Quang: Chọn single- mode fiber để đảm bảo tốc độ truyền xa và giảm suy hao

 Dải Bước Sóng: Sử dụng DWDM để tận dụng bước sóng mật độ cao

Cáp quang treo Single mode 12FO chính hãng KCO

Như các bạn cũng đã biết Cáp quang treo Singlemode là một loại cáp thông dụng và được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay Nhắc đến đây thì không thể bỏ qua sản phẩm cáp quang treo 12FO single mode

Cáp hay thường được gọi là cáp quang treo singlemode 12 sợi, hay cáp quang treo 12 core singlemode Với cấu trúc đặc biệt hơn so với các loại cáp khác

đó là được thiết kế theo tiết diện hình số 8 để phục vụ cho chức năng đi dây trên không hay treo trên các cột điện, Vì vậy mà cáp quang 12FO chính là sự lựa chọn hoàn hảo cho những địa hình khó đi dây như: vùng đồi núi, miền cao,

Hình 1: Cáp quang Single mode 12FO hãng KCO - KOCENT

Cáp quang treo 12FO Single mode được sản xuất để đáp ứng khả năng truyền tải tín hiệu ở khoảng cách xa lên tới hàng trăm km với tốc độ lớn khoảng 1G, nhưng vẫn đảm bảo đường truyền luôn hoạt động ổn định và suy hao quang thấp

Cáp quang 12FO treo có vỏ bọc ngoài được làm bằng nhựa HDPE chuyên dụng vô cùng cứng cáp, khó cháy, cách điện và chống thấm nước tốt Đây là lớp vỏbọc chính bảo vệ các thành phần lõi bên trong tránh khỏi các lực tác động cơ học hay các tác nhân gây hại bên ngoài môi trường

Sợi quang trong cáp quang single mode được sử dụng liên tục không có các mối nối hàn quang nên hạn chế được suy hao quang trong quá trình truyền tải Lõi sợi quang được làm từ chất liệu thủy tinh hoặc nhựa plastic Đường kính cáp quang 12FO rất nhỏ chỉ bằng một sợi tóc khoảng 9 micro, cáp hoạt động ở bước sóng 1310-1550nm

Nhờ vào những ưu điểm nổi bật mà dây cáp quang treo 12 core rất được khách hàng ưa chuộng cũng như được sử dụng rất nhiều trong thực tế và dưới đây cấu tạo, cũng như các thông số kỹ thuật của dòng sản phẩm này.

Cấu tạo của cáp quang treo 12FO Single mode hãng KCO

- Sợi quang: Được sản xuất theo tiêu chuẩn ITU-T G.652D, G.655, đường kính lõi của cáp khoảng 9 micromet, làm bằng chất liệu thủy tinh hoặc nhựa plastic,với đường kính lõi khá nhỏ quý khách hàng nên hạn chế gập dây để tránh tình trạngđứt gãy sợi quang

- Ống lỏng: Được điền đầy hợp chất chống ẩm chống thấm giúp làm giảm nguy cơ kéo dãn của sợi quang, giúp sợi quang di chuyển dễ dàng trong ống lỏng

- Thành phần gia cường trung tâm: Làm bằng vật liệu FRP tạo độ dẻo dai bảo

vệ sợi quang tránh tình trạng đứt gãy trong quá trình vận chuyển cũng như thi công lắp đặt

- Băng chống thấm: Giúp ngăn cản hơi nước từ bên ngoài xâm nhập vào

- Dây sợi chống thấm: Không cho hơi nước cũng như hơi ẩm xâm nhập vào sợi quang

- Lớp vỏ nhựa ngoài: Với cấu tạo bằng chất liệu HDPE có độ bền cao, chống côn trùng gặm nhấm giúp bảo vệ sợi quang hiệu quả nhất

- Dây treo: Là dây gia cường làm bằng thép mạ, đường kính sợi thép 1mm đến 1,2mm và được bọc bằng lớp vỏ HDPE

Hình 2: Lõi cáp thực tế

Hình 3: Cấu tạo cáp quang treo Singlemode 12FO

 Đường kính, trọng lượng và bán kính uốn cong nhỏ nhất của cáp

Đặc tính vật lý của cáp quang treo Single mode 12FO hãng KCO

Các đặc tính vật lý, cơ học và môi trường của cáp treo 12FO single mode phi kim loại được kiểm tra theo bước sóng 1550nm

Thông số kỹ thuật của cáp quang treo 12FO Single mode hãng KCO

Transceivers:

 Tốc Độ Truyền: Chọn transceivers hỗ trợ tốc độ từ 64 kbps/s đến ≥150 Mbps/s

 Điều Chỉnh Tốc Độ: Điều chỉnh được để thích nghi với yêu cầu thay đổi của tốc độ truyền

Hình 4: Bộ Thu Phát Quang Gigabit Fiber Sfp 2.5G DWDM 160km

Bộ thu phát quang Gigabit fiber sfp 2.5G DWDM 160km

Đặc trưng:

● Liên kết dữ liệu lên đến 2,5Gb / s

● Máy phát laser DWDM EML và máy dò ảnh APD

● Khoảng cách kênh ITU 50 GHz với bộ khóa bước sóng tích hợp

● Lên đến 160 km trên SMF 9 / 125µm

● Dấu chân SFP có thể cắm nóng

● Giao diện quang có thể cắm hai mặt loại LC / UPC

● Tiêu tán điện năng thấp

● Vỏ kim loại, cho EMI thấp hơn

● Hỗ trợ giao diện Giám sát chẩn đoán kỹ thuật số

● Nguồn điện +3.3V đơn

● Tuân thủ SFF-8472

● Nhiệt độ hoạt động của trường hợp

Thương mại: 0 ~ +70oC

● Kênh 1xFiber / 2xFiber

Chức năng chẩn đoán kỹ thuật số:

Các đặc điểm chẩn đoán kỹ thuật số sau đây được xác định dựa trên Môi trường hoạt động được khuyến nghị trừ khi có quy định khác

Bộ Khuếch Đại Công Suất:

 Hiệu Suất Cao: Chọn bộ khuếch đại có hiệu suất cao để giảm suy hao và bảo toàn chất lượng tín hiệu

 Chọn bộ khuếch đại công suất có khả năng giữ cho công suất thu và công suất phát ổn định trong khoảng - 0.75dB đến - 40dB.

Hình 5: Bộ Khuếch Đại Quang DWDM Ht6000 EDFA

 Sử dụng connector chất lượng cao để giảm suy hao, với suy hao connector

<1.5dB

Hình 6: Fast Connector FC/UPC-H01

  Đầu nối quang nhanh Fast Connector FC/UPC là một trong những thiết bị đấu nối sợi quang có chất lượng và tuổi thọ cao, chỉ với những thao tác và dụng cụ đơn giản như: Kìm tách vỏ cáp quang thuê bao FTTH, kìm tuốt sợi quang, dao cắt chính xác sợi quang  và bút soi quang để kiểm tra kết quả mối nối là các bạn kỹ thuật đã có thể tiến hành đấu nối được một sợi cáp quang thuê bao FTTx hoàn chỉnh với độ suy hao khoảng 0,25dB

- Thao tác đấu nối đơn giản

- Hỗ trợ tái sử dụng tới 5 lần

- Tuổi thọ cao có thể sử dụng liên tục tới 25 năm

- Nhệt độ chịu được ngoài môi trường lên tới 200°C

- Không cần nhiều dụng cụ thi công đi kèm

- Độ suy hao ổn định ở mức trong khoảng 0.25dB