Thiết kế tuyến thông tin quang ftth cho các thuê bao tại thị trấn diễn châu

TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG TIN QUANG FTTH CHO CÁC THUÊ BAO TẠI THỊ TRẤN DIỄN CHÂU Người hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN HOA LƢ SV thực hiện: NGUYỄN XUÂN HOÀNG Lớp: 52K – ĐTTT Khóa học: 2011 - 2016 NGHỆ AN - 5/2016 I MỤC LỤC MỞ ĐẦU TÓM TẮT DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU 11 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 12 Chƣơng TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN FTTH 13 1.1 Hệ thống truyền dẫn quang 13 1.2 Hệ thống FTTH ADSL 15 1.3 Tình hình triển khai mạng quang đến tận nhà FTTH Việt Nam 16 1.4 Kiến trúc mạng quang FTTH .17 1.5 Topo hình mạng FTTH dựa PON 19 1.6 Kết luận 21 Chƣơng MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG PON, XÂY DỰNG CẤU HÌNH MẠNG FTTH TRÊN NỀN PON 22 2.1 FTTH, AON, PON .22 2.2 Mạng quang tích cực AON mạng quang thụ động PON 23 2.3 Thành phần mạng quang thụ động PON 26 2.4 Lí lựa chọn PON triển khai mạng FTTH 34 2.5 Mơ hình thiết kế tuyến FTTH 34 2.6 Xác định eSNR máy thu hệ thống IM-DD phân phối tín hiệu với EDFA mắc chuỗi .38 2.7 Giới thiệu cấu hình mạng .43 2.8 Kết luận 44 CHƢƠNG TÍNH TỐN, THIẾT KẾ TUYẾN THƠNG TIN QUANG FTTH CHO CÁC THUÊ BAO TẠI THỊ TRẤN DIỄN CHÂU 46 3.1 Bài toán thiết kế 46 3.2 Tính tốn, thiết kế tuyến thơng tin quang FTTH cho thuê bao thị trấn Diễn Châu 47 3.3 Mô phần mềm Optiwave 52 3.4 Kết luận 63 KẾT LUẬN 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 MỞ ĐẦU Với phát triển vô mạnh mẽ công nghệ thông tin kỹ thuật viễn thông kéo theo nhu cầu công việc người dùng việc sử dụng dịch vụ viễn thông ngày cao, địi hỏi chất lượng dịch vụ khơng ngừng nâng lên Những tiến bộ, phát triển vượt bậc công nghệ thông tin ứng dụng vào viễn thông đáp ứng nhiều nhu cầu người sử dụng Internet Từ việc sử dụng đường truyền Internet để truyền tải liệu nội công ty chủ yếu ứng dụng Internet mở rộng thêm nhiều loại hình dịch vụ để đáp ứng nhu cầu người như: duyệt web, chơi game online, nghe nhạc trực tuyến, xem film online, mở rộng quy mơ tồn cầu Tuy nhiên, nhu cầu khách hàng muốn sử dụng đồng thời dịch vụ đòi hỏi băng thơng lớn cơng nghệ truyền dẫn Internet phổ biến công nghệ ADSL đáp ứng công nghệ ADSL truyền dẫn đôi dây cáp đồng nên băng thông nhỏ không đáp ứng dịch vụ Vì mà nhà khai thác viễn thông đưa công nghệ đáp ứng dịch vụ với băng thông lớn, tốc độ cao, ổn định thay hồn tồn cơng nghệ ADSL vài năm tới công nghệ FTTH, công nghệ truy nhập Internet đại giới với đường truyền dẫn hoàn toàn cáp quang từ nhà cung cấp dịch vụ tốc độ cao thoại, internet tốc độ cao,IPTV,… tới tận nhà khách hàng Tuy nhiên, cơng nghệ FTTH cịn khó khăn giá cước đắt nhiều so với ADSL sở hạ tầng viễn thông Việt Nam nhiều hạn chế nên việc triển khai cịn nhiều khó khăn định, việc xây dựng mơ hình tính tốn thiết kế mạng quang FTTH trở thành chủ đề cần nghiên cứu Vì vậy, tơi lựa chọn đề tài: “THIẾT KẾ TUYẾN THƠNG TIN QUANG FTTH CHO CÁC THUÊ BAO TẠI THỊ TRẤN DIỄN CHÂU” làm đề tài đồ án tốt nghiệp Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo,nội dung đề tài gồm chương :  Chƣơng Tổng quan hệ thống thông tin FTTH  Chƣơng Mạng truy nhập quang thụ động PON, xây dựng cấu hình mạng FTTH dựa PON  Chƣơng Thiết kế tuyến thông tin quang FTTH cho thuê bao thị trấn Diễn Châu Trong trình nghiên cứu hồn thành đề tài tốt nghiệp, tơi PGS.TS Nguyễn Hoa Lư nhiệt tình hướng dẫn, xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quý báu thầy Mặc dù cố gắng song hạn chế tài liệu nghiên cứu khả thân nên đề tài không tránh khỏi sai sót định Tơi kính mong nhận góp ý từ thầy cô bạn để đề tài hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn tập thể thầy giáo, cô giáo khoa Điện tử Viễn thơng giảng dạy, giúp đỡ tơi hồn thành chương trình đào tạo, kính chúc q Thầy Cơ thật dồi sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực sứ mệnh cao đẹp truyền đạt kiến thức cho hệ mai sau Sinh viên thực Nguyễn Xn Hồng TĨM TẮT Đồ án trình bày tổng quan công nghệ sợi quang tới tận nhà (FTTH) mạng quang thụ động (PON) Mơ hình mạng FTTH thường triển khai theo công nghệ PON, công nghệ đại triển khai Việt Nam giới Trong đồ án này, xây dựng mơ hình truyền dẫn quang đến hộ gia đình FTTH có dạng hình mở rộng gồm khuếch đại quang sợi EDFA mắc chuỗi, tính tốn thiết kế hệ thống thông tin sợi quang FTTH cho thuê bao thị trấn Diễn Châu với tốc độ bit: 622 Mb/s (STM-4) Sau đó, sử dụng phần mềm chuyên dụng Optiwave để kiểm chứng đánh giá chất lượng tín hiệu hệ thống ABSTRACT This thesis provides an overview about fibre to the home technology (FTTH) and the passive optical network (PON) The passive optical network PON is the main technical approach to delivering FTTH which has become increasingly popular in Viet Nam and around the world In this thesis, we will research the optical transmission model to the household FTTH with stars and star-shaped expansion including optical fiber amplifiers EDFA chain, calculations and designs information systems for optical fiber FTTH subscribers in Dien Chau town with a bitrate of 622 Mb/s (STM-4) Then use specialized software to verify optiwave and signal quality assessment DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Asymmetric Digital Subcriber Đường dây thuê bao bất đối Line xứng AON Access Optical Network Mạng quang chủ động APON ATM over PON ATM Asynchronous Transfer Mode ADSL ASE Accumulated ATM qua mạng quang thụ động Spontanous Chế độ truyền dẫn không đồng Công suất nhiễu phát xạ tự Emission phát tích lũy ASK Amplitude Shift Keying Khóa dịch biên độ AWG Arrayed Waveguide Grating BER Bit Error Ratio BPON Broadband Ống dẫn sóng dạng mảng lưới Tỉ lệ lỗi bit Passive Optical Mạng quang thụ động với Network dải sóng rộng CATV Cable Television Truyền hình cáp CDMA Code Division Multiple Access PON theo đa truy nhập PON PON theo mã CO Central Office Văn phòng trung tâm DBRu Dynamic Bandwidth Report Báo cáo băng tần động upstream đường lên DSL Digital Subcriber Line Đường dây thuê bao số EDFA Erbium Doped Fiber Amplifiber Bộ khuếch đại quang sợi EMS Element Management System Hệ thống quản lý yếu tố EPON Ethernet PON FSAN Full Service Access Network Mạng quang thụ động Ethernet Mạng truy cập dịch vụ đầy đủ FTTB Fiber To The Building FTTC Fiber To The Curb FTTH Fiber To The Home FTTx Fiber To The x GPON Gigabit PON IEEE IM-DD Institute Sợi quang đến tòa nhà Sợi quang đến cụm thuê bao (tủ cáp) Sợi quang đến tận nhà thuê bao Sợi quang đến x Mạng thụ động Gigabit of Electrical and Hiệp hội kỹ sư điện điện tử giới Electronic Engineers Intensity quang Modulation-Direct Ditection Hệ thống quang điều biến cường độ-tách sóng trực tiếp IP Internet Protocol Giao thức Internet ITU International Liên hiệp viễn thông quốc Telecommunication Union tế GEM G-PON Encapsulation Method Chế độ đóng gói GPON GTC GPON Transmission Conversion Lớp hội tụ truyền dẫn GPON LAN Local Area Network Mạng cục NF Noise figure Cấu hình nhiễu NRZ Non return to Zero Mã đường dây (NRZ) không trở OAN Optical Access Network Mạng truy cập quang OAM Operation, Administration and Vận hành, quản lý bảo Maintenance dưỡng ODN Optical Ditribution Network Mạng phân phối quang OEC Optical Electrical Converter Chuyển đổi điện quang OLT Optical Line Terminator Thiết bị kết cuối đường truyền quang ONT Optical Network Terminator Thiết bị kết cuối mạng quang ONU Optical Network Unit Đơn vị mạng quang P2P Point To Point Điểm tới điểm P2MP Point To Muitipoint Điểm tới đa điểm ONU Optical Network Unit Đơn vị mạng quang PCBd Physical Control Block Khối điều khiển vật lý Downstream đường xuống PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động PLOAM Physical OAM lớp vật lý Layer Operation Administration and Maintenance PLOAMd Physical Layer Operations, Administration And OAM lớp vật lý đường xuống Management downstream PLOAMu Physical Layer Operations, Administration OAM lớp vật lý đường lên And Management upstream PLOu Power Levelling Sequence upstream PLSu Power lên Levelling Sequence SDM Public Chuỗi mức công suất đường lên upstream PSTN Tiêu đề lớp vật lý đường Switch Telephone Mạng thoại chuyển mạch Network công cộng Space Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo không gian SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng TDM Time Division Multiplexing Ghéo kênh phân chia theo thời gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo WDM Wavelength Division bước sóng Multiplexing WDM- Wavelength PON Multiplexing –PON Ghép kênh phân chia theo Division Mạng PON ghép kênh phân chia theo bước sóng 10 Suy hao dự phịng  dp Thời gian lên phía phát T S Thời gian lên phía thu T rec Độ rộng phổ nguồn phát  dB ns 0,2 ns 0,3 nm  Kiểm tra kết thiết kế theo quỹ thời gian lên Băng tần hệ thống xác định: T sys  0, B , NRZ (3.1) sys Trong Tsys thời gian lên hệ thống: T sys  T T 2 s fiber  T rec (3.2) T : thời gian lên sợi quang T : thời gian lên nguồn phát sử dụng laser diode, T fiber s T  fiber T   mod T GVD 2  (|D|.L. ) 2 s  0, ns | D | L. = 480 ps = 0,48 ns T T T mod : thời gian lên tán sắc mode, sợi quang đơn mode GVD rec mod =0 : thời gian tán sắc vận tốc nhóm gây : thời gian lên tách sóng, Vậy: T T sys  T T 2 s fiber T rec = 0,3 ns  T rec = 0,6 ns Từ theo (3.1) ta có tốc độ bit tối đa dạng NRZ 1167 Mb/s Như hệ thống này, thỏa mãn yêu cầu mặt quỹ thời gian lên (vì dung lượng yêu cầu 622 Mb/s)  Yêu cầu quỹ công suất Để kiểm tra hệ thống có thỏa mãn yêu cầu quỹ cơng suất hay khơng trước tiên tính tổng suy hao toàn tuyến: + Xác định số cuộn cáp cần dùng: N cap = L / Lcap = 16km/2km =8 (cuộn) + Xác định số mối hàn: 51 Nmh=Ncap-1 = – = (mối hàn) Từ đó, ta có độ suy hao mối hàn: Smh = Smhαmh = 7.0,1 = 0,7 (dB) + Xác định suy hao sợi quang: Ssq=Lαsq = 16.0,2 = 3,2 (dB) + Suy hao giắc cắm: Sgi = Mαgi(dB) = 4.0,5 = (dB) Trong đó, M số giắc cắm, ta chọn M =4 + Tổng suy hao chia: Ssp= 10log6 + 10log2 = 10,8 (dB) +Tính tổng suy hao cực tiểu: Smin = Smh + Ssq + Sgi +Ssq = 0,7 + 3,2 + + 10,8 = 16, (dB) + Tính tổng suy hao cực đại: Smax = Smin + αdp = 16,7 + = 20,7 (dB) + Xác định công suất đầu vào máy thu cực đại: Pr max = Psmax - Smin = dBm – 16,7 dB = -14,7 dBm + Xác định công suất đầu vào máy thu cực tiểu: Pr = Psmin - Smax = -3 dBm – 20,7 dB = -23,7 dBm Như ta có: -28 dBm < - 23,7 dBm < -14,7 dBm < -2 dBm hay PRmin < Pr