Báo cáo Bài Tập Lớn môn mạng truy nhập về đề tài thiết kế hệ thống mạng cáp FTTH cho khu vực phường Tăng Nhơn Phú A Q9 gồm các NỘI DUNG CHÍNH PHẦN 1: Khái quát về FTTH PHẦN 2: Khảo sát thực tế khu vực phường Tăng Nhơn Phú A Quận 9 PHẦN 3 : Thiết kế hệ thống truy nhập quang FTTH cho khu vực phường Tăng Nhơn Phú A Quận 9 PHẦN 4 : Sử dụng phần mềm OPTICSYSTEM để phân tích ảnh hưởng của tỷ số lỗi BER đến hệ thống
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI PHÂN HIỆU TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA: ĐIỆN- ĐIỆN TỬ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MẠNG TRUY NHẬP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUY NHẬP QUANG FTTH CHO PHƯỜNG TĂNG NHƠN PHÚ A – QUẬN GVHD:Th.s Ngơ Thế Anh SVTH: Nhóm LỚP :Kỹ Thuật Viễn Thông -o0o TP.HCM BÀI TẬP LỚN Học phần: Mạng truy nhập GV: Ngô Thế Anh - *** I Nội dung ND1 Truy nhập băng rộng cáp quang: 1) Phân tích khái niệm FTTx? Mơ hình mạng truy nhập quang điển hình? Kỹ thuật đa truy nhập FTTx? 2) Phân biệt khái niệm mạng quang chủ động AON mạng quang thụ động PON? Các mạng truy nhập quang thường áp dụng mơ hình AON hay PON? Phân tích thuận lợi khó khăn áp dụng mơ hình này? 3) Phân tích thuận lợi khó khăn việc xây dựng triển khai công nghệ truy nhập cáp sợi quang? Đánh giá chất lượng dịch vụ FTTx? 4) Phân tích so sánh khái niệm FTTH, FTTB, FTTC, FTTO? ND2 Thiết kế hệ thống truy nhập quang FTTH cho khu vực A? ND3 Sử dụng phần mềm Optisystem để phân tích ảnh hưởng tham số X đến hệ thống? II Yêu cầu ND1: Chia lớp thành nhóm tương ứng với nội dung 1), 2), 3), 4) Soạn thảo nội dung file Power Point để trình bày lớp thảo luận với nhóm khác ND2 ND3: thơng tin A X cho sau: A X Nhóm Phường Tăng Nhơn Phú A, Q.9 Tốc độ bit Nhóm Phường Tăng Nhơn Phú A, Q.9 Tỉ số lỗi BER Nhóm Phường Linh Đơng, Q.TĐ Cơng suất phát Nhóm Phường Linh Tây, Q.TĐ Tán sắc Các thông tin ND2: Thực tế: VD phạm vi địa lý (Google map), dân số (cục quản lý dân cư), nhu cầu dịch vụ (tìm nguồn thích hợp) Tin cậy: phải có trích dẫn nguồn để kiểm chứng Cụ thể: thời điểm khảo sát, khai thác thông tin Viết Báo cáo BTL cho ND2 ND3, nộp cho GV Tờ nhiệm vụ cần đặt trang đầu Báo cáo BTL Bảo vệ Báo cáo BTL trực tiếp với GV III Cách tính điểm ND1: Chấm trực theo kiểu Thảo luận (đã biết) ND2 ND3: Các thành viên tự chấm điểm chéo nhóm theo khả đóng góp cá nhân Điểm BTL: = (1.+2.)/2 NỘI DUNG CHÍNH PHẦN 1: Khái quát FTTH PHẦN 2: Khảo sát thực tế khu vực phường Tăng Nhơn Phú A Quận PHẦN : Thiết kế hệ thống truy nhập quang FTTH cho khu vực phường Tăng Nhơn Phú A Quận PHẦN : Sử dụng phần mềm OPTICSYSTEM để phân tích ảnh hưởng tỷ số lỗi BER đến hệ thống CÁC TỪ VIẾT TẮT FTTH Fiber to the home Cáp quang đến tận nhà PON Passive optical network Mạng quang thụ động OLT Optical line terminal Thiết bị kết cuối đường quang ONU Optical network unit Thiết bị kết cuối mạng quang ONT Optical network terminal Thiết bị đầu cuối mạng quang ODN Optical distribution network Mạng phân phối quang PHẦN 1: Khái quát FTTH 1.1)Khái niệm FTTH: FTTH sợi quang dẫn tới ranh giới không gian sống, hộp cáp quang đặt tường bên ngồi ngơi nhà 1.2) Bước sóng sử dụng FTTH Hình 1.2 Đặc tuyến suy hao sợi quang Nhìn vào hình 1.2 ta thấy có ba vùng bước sóng suy hao thấp nhất, gọi ba cửa sổ thông tin * Cửa sổ thứ nhất: Ở bước sóng 850nm Trong vùng bước sóng từ 0.8μm tới 1μm, suy hao chủ yếu tán xạ có phần ảnh hưởng suy hao hấp thụ Suy hao trung bình cửa sổ mức từ 2÷3dB/Km * Cửa sổ thứ hai : Ở bước sóng 1300nm Ở bước sóng độ tán sắc thấp, suy hao tiêu hao tán xạ Rayleigh Suy hao tương đối thấp khoảng từ 0.4÷0.5 dB/Km tán sắc nên dùng rộng rãi * Cửa sổ thứ ba : Ở bước sóng 1550nm Suy hao thấp khoảng 0.3 dB/Km, với sợi quang bình thường độ tán sắc bước sóng 1550nm lớn so với bước sóng 1300nm Tuy nhiên với số loại sợi quang có dạng phân bố chiết suất đặc biệt giảm độ tán sắc bước sóng 1550nm sợi quang DC, MC sợi quang bù tán sắc Lúc việc sử dụng cửa sổ thứ ba có nhiều thuận lợi: suy hao thấp tán sắc nhỏ => Thơng qua tính chất suy hao sợi quang, mạng FTTH triển khai dựa hai vùng bước sóng 1310nm, 1550nm Vùng bước sóng 1310 để truyền liệu tuyến lên Vùng bước sóng 1550nm đường dùng cho tuyến truyền dẫn quang tuyến 1.3) Thành phần mạng quang thụ động GPON: Một hệ thống mạng GPON bao gồm: OLT, ONU(ONT), chia quang( Splitter) sợi quang OLT (Optical Line Terminal): thiết bị kết cuối cáp quang tích cực lắp đặt phía nhà cung câp dịch vụ thường đặt đài trạm ONT (Optical Network Terminal): thiết bị kết cuối mạng cáp quang tích cực, kết nối OLT thông qua mạng phân phối quang (ODN) dùng cho trường hợp cung câp kết nối quang tới nhà thuê bao (FTTH) ONU (Optical Network Unit): thiết bị kết cuối mạng cáp quang tích cực, kết nối với OLT thông qua mạng phân phối quang (ODN) thường dùng cho trường hợp kết nối tới buiding tới vỉa hè, cabin (FTTB, FTTC, FTTCab) ODN (Optical distribution network) cung cấp môi trường truyền dẫn quang cho kết nối vật lí từ ONT đến OLT Splitter( chia quang) Splitter thiết bị thụ động, công dụng để chia cơng suất quang từ sợi nhiều sợi khác Từ OLT đến ONT sử dụng nhiều dạng splitter có tỉ chia 1:2; 1:4; 1:8; 1:16; 1:32; 1:64; 1:128 Tỉ lệ chia trực tiếp ảnh hưởng quỹ suy hao hệ thống suy hao truyền dẫn Tỉ lệ splitter cao có nghĩa cơng suất truyền đến ONU giảm xuống suy hao chia splitter 1:N tính theo cơng thức 10×logN (dB) nên tỉ lệ chia mà tăng lên gấp đôi suy hao tăng lên dB Tương tự ta có suy hao tương ưng với chia là: - Số cổng Suy hao chia 16 12 32 15 64 18 128 21 Sợi quang thành phần quan trọng mạng tạo kết nối thiết bị Hai thông số sợi quang suy hao tán sắc Tuy nhiên sợi quang ứng dụng mạng PON cần quan tâm đến suy hao không quan tâm đến tán sắc khoảng cách truyền tối đa 60 km tán sắc ảnh hưởng khơng đáng kể Do người ta sử dụng sợi quang sợi quang có suy hao nhỏ chủ yếu sử dụng sợi quang theo chuẩn G.652 Các loại cáp quang sử dụng mạng PON : Cáp gốc (cáp phân bố từ OLT đến splitter): thường loose-tube-loại cáp ứng dụng hầu hết mạng PON Cáp phối (cáp phân bố từ splitter đến ONU(ONT)): sử dụng cáp loose-tube ribbon Cáp thuê bao (kéo đến nhà thuê bao) PHẦN : Khảo sát thực tế khu vực phường Tăng Nhơn Phú A Quận 2.1 Vị trí địa lý: -Toạ độ: 10°50'35"N 106°47'30"E -Diện tích 4,52 km² - Gồm đường :Lê Văn Việt, Man Thiện , Lã Xuân Oai, Làng Tăng Phú, 385, 494,448,102,447,379,429,455,449,442,182,160, hẻm 14,72,52,78,51,89,D3,… 2.2 Dân số: -dân số năm 1999 15.640 người - mật độ dân số đạt 3.460 người/km² ( theo https://vi.wikipedia.org/wiki/Qu%E1%BA%ADn_9 https://vi.wikipedia.org/wiki/T%C4%83ng_Nh%C6%A1n_Ph%C3%BA_A) 2.3.Nhu cầu dịch vụ: - Tính đến thời điểm năm 2019 hầu hết nhà dân có nhu cầu sử dụng dịch vụ FTTH (Dịch vụ Internet băng thông rộng, thoại truyền thống, thoại IP, truyền hình) vài trường hợp khơng có nhu cầu sử dụng dịch vụ cáp quang FTTH - Vì lý khơng thể tìm số thuê bao xác phường Tăng Nhơn Phú A Nhóm tính tốn định chọn số thuê bao có nhu cầu cần sử dụng dịch vụ cáp quang FTTH để thiết kế 1000 thuê bao PHẦN : Thiết kế hệ thống truy nhập quang FTTH cho khu vực phường Tăng Nhơn Phú A Quận 3.1) Xây dựng mơ hình thiết kế: Số lượng thuê bao tương ứng với số ONT 1000 cho khu vực phường Tăng Nhơn Phú A Quận Từ OLT bưu điện VNPT - Vinaphone chợ nhỏ ta đặt chia 1:4 để đưa tuyến đường lớn sau Tại Viettinbank Lê Văn Việt ta đặt chia 1:16 địa điểm đường : 448,442,441,379,455,429,449,385,494,447 Tại đầu đường đặt chia 1:32 tới ONT - Tại học viện bưu viễn thơng ta đặt chia 1:32 địa điểm đường : 252,256,134,138,144,236,102,244,210,106,hẻm 228,252,256,280,134, Tại đầu đường đặt chia 1:16 tới ONT Tại xăng đầu đường Lã Xuân Oai ta đặt chia 1:8 tuyến đường 236,182,160,8,3, hẻm 120,146,… đầu đường có chia 1:16 hẻm tới ONT Tại giới di động ngã ba xóm bến đặt chia :16 địa điểm đường:12,494,26,hẻm 14,72,74,23,52,78,51,89,D3,… hẻm đặt chia 1:16 tới ONT - - Để lăp số thuê bao tương ứng với số ONT 1000 Ta lắp đường dây với chia 1:4 từ bưu điện VNPT-Vinaphone chợ nhỏ tuyến đường lớn : Lê Văn Việt , Lã Xuân Oai, Man Thiện , Làng Tăng Phú Khi : 10x32 +8x16 +25x16 +12x16 =1080 thuê bao Ta có : 1000 thuê bao sử dụng 80 th bao dành cho dự phòng 3.2) Mơ hình thiết kế đường cáp quang FTTH cho 1000 thuê bao (có kèm vẽ ) 3.3) Lý thuyết thiết kế: 3.3.1 Tính tốn khoảng cách truyền, suy hao tuyến: Xét thuê bao xa tuyến với chiều dài 1.9km.Chọn bước sóng sử dụng 1550nm có tổn hao sợi 0.3dB/km Suy hao sợi là: αf*L = 0.3*1.9 = 1.71dB Sử dụng chia 1:4, 1:16, 1:4, 1:8 => Suy hao chia là: As = 10log4 + 10log16 + 10log4 + 10log8 = 33.11dB Dự phòng: o Suy hao dự phòng việc hàn nối,thiết bị không chuẩn xác, ta chọn: 1dB o Sử dụng 03 mối nối với suy hao tương ứng với nối 0.5dB => Suy hao nối là: αcn*n = 0.5*3 = 1.5 dB o Sử dụng 03 mối hàn với suy hao tương ứng mối hàn 0.1 dB => Suy hao mối hàn là: αsp*k = 0.1*3 = 0.3dB Vậy công suất tổng suy hao tuyến là: PLoss = 1.71 +33.11+1 + 1.5 +0.3 = 37.62 dB 3.3.2 Tính tốn độ nhạy máy thu, độ dự trữ công suất công suất phát, công suất thu: 10 Với bước sóng 1550nm sử dụng sợi quang theo chuẩn G.65 lựa chọn tốc độ bít 622 Mbit/s (STM-4) dựa vào Bảng khuyến nghị sử dụng bước sóng, máy phát tham số tuyến tương ứng STM-4, ta xác định được: o Độ nhạy cực tiểu máy thu là: PSEN = -30dBm o Mức thu tối đa máy thu là: POverload max = -10dBm Độ dự trữ công suất chọn Marg = 6dB,công suất nguồn phát PTX =-12dBm chọn giá trị độ nhạy máy thu PSEN = -24dBm ta xác định công suất thu thông qua biểu thức: Marg = PRX - PSEN => PRX = Marg + PSEN = 6dB + (-24dBm) = - 18dBm > PSENmin = -30dBm => Máy thu hoạt động bình thường Mà mối liên hệ cơng suất nguồn phát PTX, cơng suất tín hiệu đến máy thu PRX công suất tổn hao tổng tuyến PLOSS biểu diễn theo biểu thức : PRX = PTX - PLOSS = -12dBm – 37.62dB= -49.62 dBm < PSENmin = -30dBm =>Máy thu hoạt động 3.3.3 Tính tốn hệ số khuếch đại: Từ tính tốn cho thấy u cầu đặt phải làm thể để công suất máy thu thỏa mãn PSEN < PRX < POverload max hay để tuyến hoạt động tốt Để giải toán ta đặt thêm khuếch đại sau OLT, trước chia Lúc ta cần sử dụng hai mối nối dự phòng để nối khuyếch đại vào Ta có cơng thức tính cơng suất máy thu có khuếch đại là: PRX = PTX + PG - PLOSS o Nếu PRX = -30dBm => PG = PRX - PTX + PLOSS = -30dB – (-12dBm) + 37.62dB = 19.62dB o Nếu PRX = -10dBm => PG = PRX - PTX + PLOSS = -10dB – (-12dBm) + 37.62dB = 39.62dB 11 Vậy để tuyến truyền dẫn tốt ta phải đặt thêm khuếch đại EDFA với hệ số 20dB ≤ G ≤ 40dB -chiều dài chuỗi :128bits - số mẫu bits: 64 -loại sợi :sợi quang đơn mode chuẩn công suất phát :40dbm - độ lợi khuếch đại :20dbm PHẦN : SỬ DỤNG PHẦN MỀM OPTISYSTEM ĐỂ PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ SỐ LỖI BER ĐẾN HỆ THỐNG 4.1) Đánh giá chất lượng mạng quang thơng qua tỉ lệ lỗi bít BER - Số bit lỗi số bit thu dòng liệu kênh truyền, bị thay đổi tác động tạp âm, nhiễu, biến dạng hay lỗi q trình đồng tín hiệu - Khi máy thu nhận tín hiệu quang , chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện thơng qua photodiode Sau đó, tín hiệu điện lại khuếch đại nhờ khuếch Tín hiệu sau lấy mẫu để tương ứng với lỗi bít, ta có mức điện xác định Cứ ngưỡng cho trước, mức tín hiệu lớn ngưỡng “1”, ngược lại bit “0” Nếu nhiễu lớn, mức định vượt qua ngưỡng để đọc thành bít “1” tạo thành lỗi - Tỷ số lỗi bit BER (bit error rate) định nghĩa số bit lỗi đơn vị thời gian Hoặc tỷ số bit lỗi chia cho tổng số bit truyền khoảng thời gian xác định Nó đo đơn vị % * Cơng thức tính tỷ số lỗi BER: 12 - Để thông tin thu phát đạt độ tin cậy cao, đảm bảo cho thiết bị hoạt động khơng bị lỗi tỷ số nhỏ tốt, thông thường tỷ số mức 10^-3, để chất lượng thông tin tốt, phải đạt 10^-6 4.2) Giới thiệu phần mềm OPTICSYSTEM Optisystem phần mềm thống thông tin quang Phần mềm có khả thiết kế, đo kiểm tra thực tối ưu hóa nhiều tuyến thơng tin quang, dựa vào khả mơ hình hóa hệ thống thông tin quang thực tế Optisystem cho phép thiết kế tự động hầu hết tuyến quang lớp vật lý, từ hệ thống đường trục đến mạng LAN, mạng quang Optisystem có đầy đủ thiết bị đo điện đo quang -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) -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) 13 - Các tuyến truyền dẫn: + Tuyến phát quang: Tuyến phát quang bao gồm nguồn phát quang laser, phát xung NRZ pulse genarator, tạo chuỗi bít, điều chế Mach-zehnder - Nguôn phát: Sử dụng diode laser (LD), hoạt động laser dựa tượng : tượng xạ kích thích tượng cộng hưởng sóng ánh sáng lan truyền laser Sử dụng đường truyền dẫn có tốc độ bít vào khoảng 155Mbps Việc điều chế tín hiệu quang khơng thực bên laser mà thực bên điều chế Mach-Zehnder Ánh sáng laser phát dạng sóng liên tục, kỹ thuật điều chế ngồi có ưu điểm như: + Băng thơng điều chế không bị giới hạn tần số dao động laser + Không xảy tượng chirp tín hiệu quang + Khơng bị giới hạn cơng suất phát quang đặc tính điều chế định - Tuyến truyền dẫn quang 14 Sử dụng sợi quang đơn mode khuếch đại quang EDFA Bộ khuếch đại EDFA - Tổng suy hao tuyến hợp thành từ yếu tố sau : + Suy hao sợi quang (phụ thuộc chiều dài cáp) + Suy hao qua Splitter + Suy hao mối hàn (phụ thuộc vào số mối hàn) + Suy hao giắc nối (phụ thuộc vào số connectors) + Quỹ cơng suất dự phòng - Suy hao toàn tuyến từ OLT đến ONT - Khoảng cách vật lý tối đa từ OLT đến ONT - Các tham số suy hao : + Suy hao sợi quang + Suy hao mối hàn + Suy hao connector FDDI + Suy hao dự phòng + Suy hao Splitter - Loại điều chế: NRZ - Sử dụng 59 splitter - + tuyến thu 15 - Máy thu quang: sử dụng photodiode PIN - Thiết bị đo BER: phân tích tỉ lệ lỗi bít BER 4.3) Thiết kế hệ thống Optisystem - Sơ đồ mô hệ thống *Ảnh hưởng tốc độ bit đến hệ thống: + với tốc độ 155Mbps: 16 Đồ thị mắt tỉ lệ lỗi bit BER với công suất phát :40dbm 17 + với tốc độ 655Mbps: Đồ thị mắt tỉ lệ lỗi bit BER với công suất phát :40dbm 18 + với tốc độ 622Mbps: Đồ thị mắt tỉ lệ lỗi bit BER với công suất phát :40dbm 19 + với tốc độ 2.5Gbps: Đồ thị mắt tỉ lệ lỗi bit BER với công suất phát :40dbm 20 + với tốc độ 10Gbps: Đồ thị mắt tỉ lệ lỗi bit BER với công suất phát :40dbm 4.4 ) Kết luận Từ kết khảo sát tỉ lệ lỗi bit BER theo công suất phát theo độ khuếch đại ta thấy muốn tăng chất lượng hệ thống ta tăng cơng suất phát tăng hệ số khuếch đại Việc tăng hệ số khuếch đại làm cho tỉ lệ lỗi bit BER giảm đáng kể đồng thời tốc độ cao tỷ lệ lỗi bit BER lớn 21 NGUỒN TÀI LIỆU THAM KHẢO Đồ án thông tin quang “Thiết kế mạng FTTH cho 6000 thuê bao địa bàn huyện Hương Khê, tỉnh Hà Tĩnh” – Nguyễn Thị Doan – Trường CĐ CNTT Hữu Nghị Việt – Hàn Nghiên cứu triển khai mạng FTTx Bắc Ninh GPON https://vi.wikipedia.org/wiki/Qu%E1%BA%ADn_9 https://vi.wikipedia.org/wiki/T%C4%83ng_Nh%C6%A1n_Ph%C3%BA_A https://text.123doc.org/document/3420254-xay-dung-mo-hinh-tinh-toan-thiet-kemang-quang-ftth.htm https://www.academia.edu/4961215/B%E1%BB%99_m%C3%B4n_Th%C3%B4n g_tin_quang_2 Theo google , cốc cốc nguồn tài liệu tham khảo khác 22 ... dịch vụ cáp quang FTTH để thiết kế 1000 thuê bao PHẦN : Thiết kế hệ thống truy nhập quang FTTH cho khu vực phường Tăng Nhơn Phú A Quận 3.1) Xây dựng mơ hình thiết kế: Số lượng th bao tương ứng... 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... Điểm BTL: = (1.+2.)/2 NỘI DUNG CHÍNH PHẦN 1: Khái quát FTTH PHẦN 2: Khảo sát thực tế khu vực phường Tăng Nhơn Phú A Quận PHẦN : Thiết kế hệ thống truy nhập quang FTTH cho khu vực phường Tăng