3.5.1. Yêu cầu đối với hệ thống:
Trên cơ sở hiện trạng hệ thống viễn thông ngành, mục tiêu xây dựng đường trục truyền dẫn Bắc Nam vừa phục vụ ngành Điện, vừa kinh doanh viễn thông công cộng, hệ thống viễn thông xây dựng phải đáp ứng các yêu cầu sau:
- Dung lượng lớn.
Dung lượng hệ thống phải đáp ứng nhu cầu đường truyền không chỉ cho các dịch vụ viễn thông của ngành Điện mà cả các dịch vụ viễn thông trong nước (WLL/CDMA, Internet, VoIP, cho thuê kênh, ...) do ngành Điện cung cấp trên phạm vi toàn quốc. Dự án phải đáp ứng được nhu cầu về đường truyền cho các dịch vụ viễn thông của ngành Điện tới năm 2010.
- Độ tin cậy, an toàn cao.
Hệ thống thông tin xây dựng mới vừa đóng vai trò là trục viễn thông Bắc Nam, vừa là trục viễn thông liên tỉnh cho các tỉnh duyên hải từ Hà Nội đến thành phố Hồ Chí Minh. Do vậy, mức độ an toàn, tin cậy của hệ thống được đặt lên hàng đầu. Hệ thống viễn thông được xây dựng từ Hà Nội đến thành phố Hồ Chí Minh cần dựa trên nguyên tắc tạo mạch vòng về mặt vật lý, đảm bảo độ an toàn tin cậy cao nhất.
- Khai thác, kết nối dễ dàng.
Với chức năng là trục thông tin miền, các nút của hệ thống viễn thông này cần được đặt gần các khu đông dân cư, kinh tế phát triển như thành phố, thị xã, khu công nghiệp, ... để dễ dàng khai thác, tăng hiệu quả đầu tư. Ngoài ra, các nút này cần được đặt tại các vị trí thích hợp để dễ kết nối với các tuyến thông tin khác như các tuyến liên tỉnh, liên vùng cũng như các tuyến nội hạt, truy nhập.
- Có khả năng nâng cấp với dung lượng lớn
Với chức năng là đường trục thông tin của ngành Điện trong thời gian tới cùng với việc bùng nổ các dịch vụ viễn thông cũng như yêu cầu phát triển của hệ thống viễn
thông ngành Điện nói riêng, hệ thống cần đáp ứng được khả năng nâng cấp, mở rộng với dung lượng lớn trong tương lai.
3.5.2. Các tuyến cáp quang sử dụng cho hệ thống DWDM mạch 2:
+ Tuyến cáp quang OPGW TBA220kV Mai Động - TBA 500kV Thường Tín DZ500kV mạch 2:
• Loại cáp: ADSS + OPGW 12 sợi, tiêu chuẩn sợi G.655. • Chiều dài tuyến: 15,5 km
+ Tuyến cáp quang TBA500kV Thường Tín - TBA 500kV Nho Quan DZ500kV mạch 2:
• Loại cáp: OPGW 12 sợi, tiêu chuẩn sợi G.655 • Chiều dài tuyến: 74km
+ Tuyến cáp quang TBA500kV Nho Quan - Trạm lặp quang R1 DZ500kV mạch 2:
• Loại cáp: OPGW sợi, tiêu chuẩn sợi G.655. • Chiều dài tuyến: 148km
+ Tuyến cáp quang TBA500kV Hà Tĩnh - Trạm lặp quang R2 DZ500kV mạch 2: • Loại cáp: OPGW sợi, tiêu chuẩn sợi G.655
• Chiều dài tuyến: 118km
+ Tuyến cáp quang Trạm lặp quang R2 - Trạm lặp quang R3 DZ500kV mạch 2: • Loại cáp: OPGW sợi, tiêu chuẩn sợi G.655
• Chiều dài tuyến: 118km
+ Tuyến cáp quang Trạm lặp quang R3 - Trạm lặp quang R4 DZ500kV mạch 2: • Loại cáp: OPGW sợi, tiêu chuẩn sợi G.655
• Chiều dài tuyến: 121km
+ Tuyến cáp quang Trạm lặp quang R4 - TBA 500kV Đà Nẵng DZ500kV mạch 2: • Loại cáp: OPGW sợi, tiêu chuẩn sợi G.655
• Chiều dài tuyến: 53km
+ Tuyến cáp quang TBA 500kV Đà Nẵng - TBA 500kV Dốc Sỏi: • Loại cáp: OPGW sợi, tiêu chuẩn sợi G.655
• Chiều dài tuyến: 108km
+ Tuyến cáp quang TBA 500kV Dốc Sỏi - trạm lặp quang Kon Tum DZ500kV mạch 2:
• Loại cáp: OPGW sợi, tiêu chuẩn sợi G.655 • Chiều dài tuyến: 147km
+ Tuyến cáp quang Trạm lặp quang Kon Tum - TBA500kV Pleiku: • Loại cáp: OPGW sợi, tiêu chuẩn sợi G.655
• Chiều dài tuyến: 40km
+ Tuyến cáp quang TBA500kV Pleiku - trạm lặp N12 DZ500kV mạch 2: • Loại cáp: OPGW sợi, tiêu chuẩn sợi G.655
• Chiều dài tuyến: 165km
+ Tuyến cáp quang trạm lặp N12 - Trạm lặp N13 (TBA 500kV Di Linh): • Loại cáp: OPGW sợi, tiêu chuẩn sợi G.655
• Chiều dài tuyến: 164km
+ Tuyến cáp quang Trạm lặp N13 - Trạm lặp N14 DZ500kV mạch 2: • Loại cáp: OPGW sợi, tiêu chuẩn sợi G.655
• Chiều dài tuyến: 125km
+ Tuyến cáp quang trạm lặp N14 - TBA500kV Tân Định: • Loại cáp: OPGW sợi, tiêu chuẩn sợi G.655 • Chiều dài tuyến: 70km
+ Tuyến cáp quang TBA 500kV Tân Định - TBA 500kV Phú Lâm DZ500kV mạch 2:
• Chiều dài tuyến: 50 km
3.5.3. Thiết bị thông tin:
Thiết bị truyền dẫn quang DWDM sẽ được trang bị theo đề án này được bố trí tại các địa điểm:
+ Thiết bị cấu hình kết cuối BWS 1600: 83 Trần Phú - Hà Đông và 80 Nguyễn Thái Sơn - thành phố Hồ Chí Minh.
+ Thiết bị cấu hình xen rẽ trên BWS 1600 RMU9: TBA 500kV Hà Tĩnh, TBA 500kV Đà Nẵng, TBA 500kV Pleiku, trạm lặp N12.
+ Thiết bị cấu hình lặp quang BWS 1600 : TBA 500kV Hòa Bình, TBA 500kV Nho Quan, các trạm lặp N1, N2, R1, N3-R2, N4-R3, N5-R4, N6, N7, TBA 500kV Dốc Sỏi, trạm lặp Kon Tum, B8, N9, N10, N11, N13-Di Linh, N14, TBA 500kV Tân Định.
3.5.4. Sơđồ chi tiết hệ thống DWDM trên đường trục mạch 2:
Từ sơ đồ trên ta thấy: Hệ thống đường trục Bắc Nam được chia thành 4 Ring chính: Ring 1 từ Hà Nội đến Hà Tĩnh, Ring 2 từ Hà Tĩnh đến Đà Nẵng, Ring 3 từ Đà Nẵng đến PleiKu và Ring 4 từ PleiKu đến Hồ Chí Minh.
3.5.5. Tính toán các thông số hệ thống: 3.5.5.1. Tính toán tán sắc: 3.5.5.1. Tính toán tán sắc:
Tán sắc PMD (Polarization Mode Dispersion) là tán sắc do đặc tính không đồng nhất của sợi quang gây ra sau một quá trình sử dụng. Đối với tốc độ truyền dẫn 10Gb/s chỉ số PMD yêu cầu bé hơn 10 ps (tương đương 30ps cho giá trị trễn nhóm DGD trong khuyến nghị ITU-T G.691 dành cho hệ thống truyền dẫn quang tốc độ 10Gbps.
Tán sắc PMD được tính theo công thức. Tán sắc PMD = Hệ số tán sắc PMD x L1/2 Bảng 3.6: Tính toán tán sắc PMD đối với đường trục mạch 1,2: Đoạn Đường trục mạch 1 L(km) PMD Hà Nội - Hà Tĩnh 485.5 1.54 ps Hà Tĩnh - Đà Nẵng 426 1.44 ps Đà Nẵng - Plei Ku 275 1.16 ps Plei Ku - HCM 541 1.63 ps Đường trục mạch 2 Hà Nội - Hà Tĩnh 411 0.51 ps Hà Tĩnh - Đà Nẵng 410 0.51 ps Đà Nẵng - Plei Ku 295 0.43 ps Plei Ku - N13 329 0.45 ps N13 - HCM 290 0.43 ps
Đối với cáp quang G.652 và G.655 hệ số tán sắc PMD ≤ 0.5 ps. km
Theo kết quả đo kiểm sợi quang đường trục được thực hiện hệ số tán sắc PMD trung bình của mạch 1 là: 0.07 ps. km
Theo kết quả đo kiểm sợi quang đường trục được thực hiện hệ số tán sắc PMD trung bình của mạch 2 là: 0.025 ps. km
L: cự ly đường truyền (km)
Các chỉ số tán sắc trên các đoạn của đường trục DWDM đều < 10 ps đảm bảo cho hệ thống hoạt động được ở tốc độ 10 Gbit/s.
3.5.5.2. Tính toán quỹ công suất:
Một thông số cũng đóng vai trò rất quan trọng trong thiết kế mạng WDM đó là quỹ công suất. Quỹ công suất là một yếu tố rất quan trọng nhằm bảo đảm cho hệ thống hoạt động bình thường, được tính bởi công thức:
Pout = Pin – (suy hao qua MUX) + (hệ số khuếch đại G ) – (suy hao chặng) ∑L = L x αf dB/km + số mối hàn x 0.05dB + lC x 0.5dB + 3dB
Với : L là chiều dài tuyến Pin công suất phát
lC là suy hao bộ nối quang 3dB dự trữ hệ thống αf là suy hao sợi (dB/km)
L là cự ly truyền dẫn (km)
3.5.5.3. Tỷ số tín hiệu trên nhiễu OSNR:
Tỷ số tín hiệu quang trên tạp âm (OSNR) là một thông số quan trọng trong hệ thống truyền dẫn quang đặc biệt là hệ thống có dung lượng lớn, tốc độ cao. Trong quá trình tín hiệu được truyền đi trên sợi quang, tỷ số OSNR suy giảm do khuyếch đại, nhiễu pha và các nguyên nhân khác. Nhiễu quang dẫn đến làm giảm khả năng giải mã chính xác tín hiệu đến tại đầu thu. Với mức nhạy thu của các bộ thu quang phổ biến
hiện nay, để đạt được chất lượng thông tin ở mức BER ≤ 10-12 với hệ thống 10G thì OSNR phải đạt > 15dB.
Tỷ số tín hiệu quang trên tạp âm (Optical Signal to Noise Ratio) được tính theo công thức sau:
ASE
P P OSNR=
PASE Công suất nhiễu ASE (Amplified Self-Emission ).
Theo tiêu chuẩn ITU-T G.692 tỷ số OSNR có thể tính bằng công thức OSNR = Pout – L – NF – 10*Log N – 10 Log (h*v*∆f)
Trong đó:
Pout: Công suất ra. L: Suy hao tuyến quang NF: Noise Figure N: số chặng.
h: hằng số Plank ν: tần số ∆f: băng thông.
Tuy nhiên công thức trên chỉ áp dụng chính xác đối với trường hợp các đoạn trên một chặng có khoảng cách bằng nhau. Đối với hệ thống đường trục DWDM của EVN hiện nay do vị trí đặt các trạm lặp không đều nhau do vậy việc tính toán OSNR sẽ được tính toán dựa trên công thức:
Pout = Pin * Gain
Nout = Nin.Gain + K*NF*Gain
NF K OSNR P P OSNR in in in out * / + = Trong đó:
Pout: Công suất ra Pin: Công suất vào Gain: Hệ số khuếch đại.
K: Hệ số nhiễu quang sinh ra bởi bộ khuếch đại
NF = 5.5 dB đối với bộ khuếch đại EDFA (theo ITU-T G.663 yêu cầu NF ≤ 5.5 dB); đối với bộ khuếch đại sử dụng công nghệ Raman NF rất nhỏ không đáng kể.
Pout được tính theo công suất đầu ra của mỗi kênh.
Pout = P (dB) - 10 lg N ( P Công suất phát, N số kênh sử dụng)
Đối với các bộ khuếch đại quang Preamplifier và Booster Amplifier hệ số khuếch đại cực đại là 20 dB.
Công suất phát cực đại : 20 dBm (100 mW) Ngoài ra OSNR còn có thể tính theo công thức:
OSNR = Pout – L – NF – 10*Log N – 10 Log (h*v*∆f) (5.2) Với Pout: Công suất ra
L: Suy hao tuyến quang NF: Noise Figure N: số chặng. h: hệ số Plank
v: tần số ∆f:băngthông Tỷ số OSNR trên tuyến:
... 1 1 1 1 1 4 3 2 1 + + + + = OSNR OSNR OSNR OSNR OSNRFinal
3.5.5.4. Tính toán thông số cho chặng từ Hà Nội đi Hà Tĩnh
n Chặng Hà nội - Nho Quan : mạch 2 sử dụng sợi quang G.655
- Tính suy hao đường truyền
Chặng này có chiều dài 105km, sử dụng sợi quang G.655 có 35 mối hàn và 4 connector. Suy hao đường truyền của chặng là :
∑L = 105 km x 0,25 dB/km + 35 x 0.05dB + 4x 0.5dB + 3dB = 33 dB
- Tính giá trị tán sắc sợi quang
Giá trị tán sắc của chặng là :
- Xác định quỹ công suất, cấu hình khuếch đại và bù tán sắc
Giá trị suy hao này quá lớn so với độ nhạy thu của OTU nên cần phải có các card khuếch đại OBA, OLA và OPA trên tuyến. Thông thường hay chọn hệ số khuếch đại bằng với suy hao đường truyền. Với hệ số khuếch đại này ta có thể dùng card BO3 (card OPA) và card PO3 (card OBA) có hệ số khuyếch đại: +21dB ÷ +25dB cho tuyến này. Do hệ số khuếch đại có thể điều chỉnh được nên chọn G1 = 20 dB.
Công suất đầu ra cho một kênh sẽ là :
Pout = Pin – (suy hao qua MUX) + (hệ số khuếch đại G1 ) – (suy hao chặng1) Với: Pin = 0 dBm
Hệ số khuếch đại G1 = 20dB Suy hao qua Mux = 5dB
Suy hao chặng Hà Nội – Hòa Bình = 33 dB
⇒ Pout = 0dBm – 5dB + 20 dB – 33 dB = -18 dBm
Với Pout = -18dBm nằm trong khoảng độ nhạy thu của card AO3 (-26dBm đến - 14dBm ) nên đảm bảo tín hiệu đến Nho Quan vẫn thu được tốt.
Điều kiện để tại đầu thu có thể thu được tín hiệu tốt khi có tán sắc là tán sắc tuyến phải nhỏ hơn giới hạn tán sắc của OTU. Do tuyến cự ly dài nên giới hạn tán sắc của OTU là 1500ps/nm. Tán sắc của chặng là 420ps/nm nhỏ hơn giới hạn tán sắc của OTU nên không cần phải thêm các module bù tán sắc DCM.
- Tính giá trị OSNR
Theo công thức 5.2 thì
OSNR1 = Pout - L - NF - 10lgN - 10lg (hν∆f)
= -18dB - 33dB - 5dB - 0 - 10lg(6,626. 10-34.1,935.1014.12,5.109) = 32 dB.
OSNR1 = 32dB > 15dB do vậy tín hiệu chặng này đảm bảo được thu tốt sau khuếch đại.
- Tính giá trị tán sắc PMD:
- Trị số tán sắc của chặng PMD1 = 2,05ps < 10ps đảm bảo cho hệ thống hoạt động tốt ở tốc độ 10Gbps.
o Chặng Nho Quan - Nghĩa Đàn : mạch 2 sử dụng sợi quang G.655
- Tính suy hao đường truyền
Chặng này có chiều dài 148km, sử dụng sợi quang G.655 có 50 mối hàn và 2 connector. Suy hao đường truyền của chặng là :
∑L = 148 km x 0,25 dB/km + 50 x 0.05dB + 2x 0.5dB + 3dB = 43.5 dB
- Tính giá trị tán sắc sợi quang
Giá trị tán sắc của chặng là :
∑D = 148 km x 4 ps/nm.km = 592 ps/nm
- Xác định quỹ công suất, cấu hình khuếch đại và bù tán sắc
Trạm Nho Quan là trạm OLA, chỉ sử dụng card khuếch đại đường dây AO3. Tại Nghĩa Đàn, công suất thu được của mỗi kênh sẽ là :
Pout = Pin – (suy hao đường dây) + (hệ số khuếch đại của card AO3) Với: Pin = - 18dBm
Suy hao đường dây (148km) = 43.5 dB
Hệ số khuyếch đại G2 của card AO3 = 38dB (max 38dB) Như vậy: Pout = -18dBm - 43.5dB + 38dB = - 23,5dB
Với Pout = -23,5dB nằm trong khoảng độ nhạy thu của card AO3 nên đảm bảo tín hiệu đến Nghĩa Đàn vẫn thu được tốt.
Điều kiện để tại đầu thu có thể thu được tín hiệu tốt khi có tán sắc là tán sắc tuyến phải nhỏ hơn giới hạn tán sắc của OTU. Do tuyến cự ly dài nên giới hạn tán sắc của OTU là 1500ps/nm. Tán sắc của chặng là 592ps/nm nhỏ hơn giới hạn tán sắc của OTU nên không cần phải thêm các module bù tán sắc DCM.
- Tính giá trị OSNR
Theo công thức 5.2 thì
OSNR2 = Pout - L - NF - 10lgN - 10lg (hν∆f)
= -23,5dB - 43,5dB - 5dB - 0 - 10lg(6,626. 10-34.1,935.1014.12,5.109)
OSNR2 = 16dB > 15dB do vậy tín hiệu chặng này đảm bảo được thu tốt sau khuếch đại.
- Tính giá trị tán sắc PMD
PMD2 = 0,2 ps km. 148km= 2,43ps
Trị số tán sắc của chặng PMD2 = 2,43ps < 10ps đảm bảo cho hệ thống hoạt động tốt ở tốc độ 10Gbps.
p Chặng Nghĩa Đàn - Hà Tĩnh : mạch 2 sử dụng sợi quang G.655
- Tính suy hao đường truyền
Chặng này có chiều dài 148km, sử dụng sợi quang G.655 có 50 mối hàn và 2 connector. Suy hao đường truyền của chặng là :
∑L = 148 km x 0,25 dB/km + 50 x 0.05dB + 2x 0.5dB + 3dB = 43.5 dB
- Tính giá trị tán sắc sợi quang
Giá trị tán sắc của chặng là :
∑D = 148 km x 4 ps/nm.km = 592 ps/nm
- Xác định quỹ công suất, cấu hình khuếch đại và bù tán sắc
Tại Hà Tĩnh, công suất thu được của mỗi kênh sẽ là :
Pout = Pin – (suy hao đường dây) + (hệ số khuếch đại OLA) Với: Pin = - 23,5dBm
Suy hao đường dây (148km) = 43.5 dB
Hệ số khuyếch đại G3 của card AO3 = 38dB (max 38dB) Như vậy: Pout = -23,5dBm - 43.5dB + 38dB = - 29dB
Công suất thu được trên mỗi kênh là -29dB không nằm trong độ nhạy thu OPA (-26dB đến -10dB) nên tín hiệu không được thu tốt tại Hà Tĩnh. Nguyên nhân là do công suất Pin = -23,5dB của chặng này quá nhỏ, cộng thêm qua khoảng cách tuyến dài gây suy hao lớn. Để đảm bảo công suất tới trạm Hà Tĩnh vẫn nằm trong độ nhạy của thiết bị thu thì phải thay trạm khuếch đại đường dây tại Nghĩa Đàn bằng 1 trạm lặp PO5 – VOA – BO3.Các trạm lặp có đủ chức năng 3R (reshape, reamplify, retiming). Như vậy, công suất Pin của trạm sẽ là: 0dBm. Với khoảng cách từ Nghĩa Đàn - Hà Tĩnh là 148km,