Thiết kế hệ thống thông tin ftth tại thị trấn anh sơn đồ án tốt nghiệp đại học

TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG -    - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÔNG TIN FTTH TẠI THỊ TRẤN ANH SƠN GV hướng dẫn: ThS NGUYỄN THỊ KIM THU SV thực hiện: LÊ VĂN PHƢƠNG Lớp: 50K1 - ĐTVT Khóa học: 2009 - 2014 NGHỆ AN - 5/2014 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU iii TÓM TẮT v ABSRACT v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .x Chƣơng TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN FTTH 1.1 Các hình thức truy nhập sợi quang 1.2 So sánh FTTH ADSL 1.3 Tình hình phát triển FTTH 1.3.1 Tình hình phát triển FTTH giới 1.3.2 Tình hình triển khai FTTH Việt Nam 1.4 Kiến trúc mạng quang FTTH 1.4.1 Sơ đồ tổng quát mạng quang FTTH 1.4.2 Các cấu hình cho kiến trúc quang FTTH 1.5 Topo hình mạng FTTH dựa PON 10 1.6 Kết luận chương .12 Chƣơng 2: MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG PON, XÂY DỰNG CẤU HÌNH MẠNG FTTH TRÊN NỀN PON 13 2.1 Giới thiệu chương 13 2.2 Công nghệ AON 13 2.3 Công nghệ PON .14 2.3.1 Giới thiệu chung .14 2.3.2 Đặc điểm PON 15 2.4 Thành phần mạng quang thụ động PON .16 2.4.1 Mơ hình hệ thống 16 2.4.2 OLT 18 2.4.3 ONU 19 2.4.4 ODN 21 2.5 So sánh AON PON 24 i 2.6 Mơ hình thiết kế tuyến FTTH 25 2.7 Xác định eSNR máy thu hệ thống IM-DD phân phối tín hiệu với EDFA mắc chuỗi 28 2.7.1 Xác định biểu thức tổng quát tính tổng cơng suất nhiễu quang ASE .29 2.7.2 Xác định biểu thức eSNR cho hệ thống IM-DD có EDFA mắc chuỗi .30 2.8 Giới thiệu cấu hình mạng .33 2.9 Kết luận chương .34 Chƣơng THIẾT KẾ TUYẾN QUANG FTTH CHO CÁC THUÊ BAO TẠI THỊ TRẤN ANH SƠN 36 3.1 Giới thiệu chương 36 3.2 Bài toán thiết kế .36 3.2.1 Đặc điểm tự nhiên xã hội thị trấn Anh Sơn 37 3.2.2 Mơ hình triển khai thực tế mạng FTTH thiết kế thị trấn 37 3.3 Thiết kế tuyến quang FTTH theo quỹ công suất thời gian lên 39 3.3.1 Yêu cầu quỹ thời gian lên 40 3.3.2 Yêu cầu quỹ công suất .41 3.4 Mô phần mềm Optiwave 42 3.4.1 Xây dựng cấu hình mạng FTTH phần mềm Optiwave 42 3.4.2 Thiết khối hệ thống FTTH 43 3.4.3 Thực mô .47 3.5 Nhận xét 50 3.6 Kết luận chương .50 KẾT LUẬN 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 PHỤ LỤC 53 ii LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, việc sử dụng ứng dụng Internet trở nên quen thuộc thiếu hoạt động đời sống hàng ngày người Từ việc sử dụng đường truyền Internet để truyền tải liệu nội cơng 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 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 Tuy nhiên, nhu cầu khách hàng muốn sử dụng đồng thời dịch vụ địi hỏi băng thơng lớn cơng nghệ truyền dẫn Internet phổ biến công nghệ ADSL đáp ứng như: hội nghị truyền hình (Video Conference), truyền hình độ nét cao (HDTV, SDTV), 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 thơng 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 tới tận địa điểm khách hàng Công nghệ triển khai nước ta từ cuối năm 2008 hoàn thiện Vì vậy, việc sâu phân tích, tìm hiểu công nghệ FTTH cần thiết Tuy nhiên, FTTH cịn khó khăn giá cước đắt nhiều so với ADSL sở hạ tầng viễn thơng Việt Nam cịn nhiều hạn chế nên việc triển khai cịn nhiều khó khăn định Chính lẽ trên, việc xây dựng mơ hình tính toán thiết kế mạng quang FTTH trở thành chủ đề cần nghiên cứu Vì vậy, em lựa chọn đề tài: “THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÔNG TIN FTTH TẠI THỊ TRẤN ANH SƠN” làm đề tài tốt nghiệp Nội dung đề tài gồm chương: Chƣơng 1: Tổng quan hệ thống thông tin FTTH iii Chƣơng 2: Tìm hiểu mạng quang thụ động PON, xây dựng cấu hình mạng FTTH PON Chƣơng 3: Thiết kế tuyến quang FTTH cho thuê bao thị trấn Anh Sơn Do kiến thức kinh nghiệm nhiều hạn chế, sở vật chất cho việc tiến hành đo đạc, kiểm thử chất lượng mạng thực tế cịn nhiều khó khăn q trình thực đề tài tốt nghiệp khơng thể tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, kính mong nhận nhận xét, góp ý thầy cô bạn để đồ án em hoàn thiện Qua đây, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cô giáo Th.S Nguyễn Thị Kim Thu, hướng dẫn tận tình cho em suốt thời gian làm đồ án, để giúp em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn tập thể thầy giáo, cô giáo khoa Điện tử Viễn thơng giảng dạy, dìu dắt, giúp đỡ em hồn thành chương trình đào tạo Sinh viên thực Lê Văn Phương iv TĨM TẮT Đồ án trình bày tổng quan công nghệ sợi quang tới 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 thơng tin sợi quang FTTH cho thuê bao thị trấn Anh Sơn với tốc độ bít: 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 ABSRACT Thesis presents the overview of fiber to the home technology (FTTH) and passive optical network (PON) Model of FTTH network is developed based on PON technology which is the modern technology development in VietNamese and the world In this thesis, we built a model of the star and expanded-star fiber to the home system (FTTH) including cascaded Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA), calculated and designed the fiber optical communication system of subcribers in Anh Son town with bit rate of 622 Mb/s (STM-4) Then, comprehensive software OptiSystem was used to check and evaluate the signal quality in this system v 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 ATM qua mạng quang thụ động Chế độ truyền dẫn không đồng Accumulated Spontanous 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 Tỉ lệ lỗi bit Broadband Passive Optical Mạng quang thụ động với Network dải sóng rộng Cable Television Truyền hính cáp Code Division Multiple Access PON theo đa truy nhập theo PON mã Central Office Văn phòng trung tâm 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 truy cập dịch vụ đầy đủ FTTB Fiber To The Building Sợi quang đến tòa nhà ASE BPON CATV CDMA PON CO DBRu Ống dẫn sóng dạng mảng lưới Mạng quang thụ động Ethernet vi FTTC Fiber To The Curb FTTH Fiber To The Home FTTx Fiber To The x GPON Gigabit PON Sợi quang đến cụm thuê bao (tủ cáp) Sợi quang đến tận nhà thuê bao Sợi quang đến x Mạng quang thụ động Gigabit Institute of Electrical and Hiệp hội kỹ sư điện Electronic Engineers điện tử giới Intensity Modulation-Direct Hệ thống quang điều biến Ditection cường độ-tách sóng trực tiếp IP Internet Protocol Giao thức Internet ITU International Telecommunication Liên hiệp viễn thông quốc tế IEEE IM-DD Union 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 vii 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 Layer Operation OAM lớp vật lý Administration and Maintenance PLOAMd Physical Layer Operations, OAM lớp vật lý đường Administration And Management xuống downstream PLOAMu Physical Layer Operations, OAM lớp vật lý đường lên Administration And Management upstream PLOu Power Levelling Sequence Tiêu đề lớp vật lý đường lên upstream PLSu PSTN Power Levelling Sequence Chuỗi mức công suất đường upstream lên Public Switch Telephone Network Mạng thoại chuyển mạch công cộng SDM 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 Ghép kênh phân chia theo Multiplexing bước sóng Wavelength Division Mạng PON ghép kênh phân Multiplexing –PON chia theo bước sóng WDM-PON viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các hệ thống truy nhập sợi quang Bảng 1.2 Băng thông cung cấp kỹ thuật băng rộng Bảng 2.1 Liệt kê suy hao chia tương ứng 23 Bảng 3.1 Tóm tắt tham số tính tốn tuyến quang FTTH 40 Bảng 3.2 Một số tham số điển hình thiết bị phát quang 43 Bảng 3.3 Một số tham số điển hình thiết bị thu quang 46 Bảng 3.4 Bảng thông số thay đổi PT với tốc độ 622 Mb/s 49 ix T fiber T s : thời gian lên sợi quang : thời gian lên nguồn phát sử dụng laser diode, T  fiber T mod  T GVD  2  (|D|.L. ) 2 T s  0, ns | D | L. = 360 ps = 0,36 ns T T T mod : thời gian lên tán sắc mode, sợi quang đơn mode GVD : thời gian tán sắc vận tốc nhóm gây rec : thời gian lên tách sóng, Vậy: T sys  T T 2 s fiber T rec T mod =0 = 0,3 ns  T rec = 0,51 ns Từ theo (3.1) ta có tốc độ bit tối đa dạng NRZ 909 Mb/s Như hệ thống này, thỏa mãn yêu cầu mặt quỹ thời gian lên (vì dung lượng yêu cầu 622 Mb/s) 3.3.2 Yêu cầu quỹ cơng suất Để kiểm tra hệ thống có thỏa mãn yêu cầu quỹ công suất hay không trước tiên tính tổng suy hao tồn tuyến: + Xác định số cuộn cáp cần dùng: N cap = L / Lcap = 12km/2km =6 (cuộn) + Xác định số mối hàn: Nmh=Ncap-1 = – = (mối) Từ đó, ta có độ suy hao mối hàn: Smh = Smhαmh = 5.0,1 = 0,5 dB + Xác định suy hao sợi quang: Ssq=Lαsq = 12.0,2 = 2,4 dB + Suy hao giắc cắm: Sgi = Mαgi(dB) = 4.0,5 = dB Trong đó, M số giắc cắm, ta chọn M = + Tổng suy hao chia: Ssp= 10log5 + 10log2 = 10 dB +Tính tổng suy hao cực tiểu: Smin = Smh + Ssq + Sgi +Ssq = 0,5 + 2.4 + + 10 = 14, dB 41 + Tính tổng suy hao cực đại: Smax = Smin + αdp = 14,9 + = 18,9 dB + Xác định công suất đầu vào máy thu cực đại: Pr max = Psmax - Smin = dBm – 18,9 dB = -16,9 dBm + Xác định công suất đầu vào máy thu cực tiểu: Pr = Psmin - Smax = -3 dBm – 18,9 dB = -21,9 dBm Như ta có: -28 dBm < - 21,9 dBm < -16,9 dBm < -2 dBm hay PRmin < Pr