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, chúng ta cần sử dụng thêm bộ khuếch đại công suất OBA. Card sử dụng cho khuếch
đại công suất khoảng cách dài là card BO5. Khi này, tại Hà Tĩnh, công suất thu được tại mỗi kênh sẽ là :
Pout = Pin – (suy hao đường dây) + (hệ số khuếch đại) Với: Pin = 0 dBm
Suy hao đường dây (148km) = 43.5 dB
Hệ số khuyếch đại của card LALBC = 30dB (max 38dB) Như vậy: Pout = 0dBm – 43,5dB + 30dB = - 13,5dB
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
OSNR3 = Pout - L - NF - 10lgN - 10lg (hν∆f)
OSNR3 = -13,5dB - 43,5dB - 5dB - 0 - 10lg(6,626. 10-34.1,935.1014.12,5.109) = 26 dB
OSNR3 = 26 dB > 15dB do vậy tín hiệu chặng này đảm bảo được thu tốt sau khuếch đại.
- Tính giá trị tán sắc PMD
PMD3 = 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.
q Tuyến Hà Nội - Hà Tĩnh
Theo công thức 5.3, giá trị OSNR của tuyến có giá trị bằng:
... 1 1 1 1 1 4 3 2 1 + + + + = OSNR OSNR OSNR OSNR OSNRFinal OSNR1 = 32 dB ( = 103,2 = 1584,89) OSNR2 = 16 dB (= 101,6 = 39,81)
OSNR3 = 26dB (= 102,6 = 398,11) ) 5 , 15 ( 38 , 35 11 , 398 1 81 , 39 1 89 , 1584 1 1 dB OSNR
OSNRFinal = + + ⇒ final =
Giá trị tán sắc PMD của tuyến = 0,2(ps km). 401(km) =4ps
Giá trị OSNR và PMD của tuyến đều đáp ứng được yêu cầu của hệ thống DWDM, đảm bảo cho hệ thống hoạt động tốt ở tốc độ 10Gbps.
Dựa vào những số liệu đã tính toán ở trên, cấu hình tuyến Hà Nội – Hà Tĩnh được thiết kế như hình dưới
Hình 3.7. Cấu hình tuyến quang Hà Nội – Hà Tĩnh
Hình 3.8 Cấu hình tuyến quang Hà Tĩnh – Đà Nẵng và Đà Nẵng - Pleiku
Hình 3.9. Cấu hình tuyến quang Pleiku - HCM
D 40 M 40 RMU9 WSD 9 H40 A01 A03 A05 B03 B05 P03 R01
Bảng 3.7. Tính toán suy hao và tán sắc đối với hệ thống DWDM STT Tuyến Loại sợi Cự ly (km) Số mối
hàn Connector Suy hao
Dự phòng suy hao
Tổng suy
hao Tán sắc
1 Hà Nội - Hòa Bình G.652 85 29 4 27.25 dB 3 30.25 dB 1870 ps/nm
2 Hòa Bình - Nho Quan G.652 105 35 2 32.15 dB 3 35.15 dB 2310 ps/nm
3 Nho Quan - N1 G.652 69 23 2 21.47 dB 3 24.47 dB 1518 ps/nm 4 N1 - N2 G.652 120 40 2 36.6 dB 3 39.6 dB 2640 ps/nm 5 N2 - Hà Tĩnh G.652 120 40 2 36.6 dB 3 39.6 dB 2640 ps/nm 6 Hà Tĩnh - N3 G.652 118 40 2 36.04 dB 3 39.04 dB 2596 ps/nm 7 N3 - N4 G.652 118 40 2 36.04 dB 3 39.04 dB 2596 ps/nm 8 N4 - N5 G.652 121 41 2 36.93 dB 3 39.93 dB 2662 ps/nm 9 N5 - Đà Nẵng G.652 69 23 2 21.47 dB 3 24.47 dB 1518 ps/nm 10 Đà Nẵng - N6 G.652 110 37 2 33.65 dB 3 36.65 dB 2420 ps/nm 11 N6 - N7 G.652 110 37 2 33.65 dB 3 36.65 dB 2420 ps/nm 12 N7 - Plei Ku G.652 55 19 2 17.35 dB 3 20.35 dB 1210 ps/nm 13 Plei Ku - N8 G.652 67 23 2 20.91 dB 3 23.91 dB 1474 ps/nm
sợi (km) hàn suy hao hao 14 N8 - N9 G.652 130 44 2 39.6 dB 3 42.6 dB 2860 ps/nm 15 N9 - N10 G.652 130 44 2 39.6 dB 3 42.6 dB 2860 ps/nm 16 N10 - N11 G.652 130 44 2 39.6 dB 3 42.6 dB 2860 ps/nm 17 N11- HCM G.652 80 27 2 24.75 dB 3 27.75 dB 1760 ps/nm 18 Hà Nội - Nho Quan G.655 105 35 4 30 dB 3 33 dB 420 ps/nm 19 Nho Quan - R1 G.655 148 50 2 40.5 dB 3 43.5 dB 592 ps/nm 20 R1 - Hà Tĩnh G.655 148 50 2 40.5 dB 3 43.5 dB 592 ps/nm 21 Hà Tĩnh - R2 G.655 118 40 2 32.5 dB 3 35.5 dB 472 ps/nm 22 R2 - R3 G.655 118 40 2 32.5 dB 3 35.5 dB 472 ps/nm 23 R3 - R4 G.655 121 41 2 33.3 dB 3 36.3 dB 484 ps/nm 24 R4 - Đà Nẵng G.655 53 18 2 15.15 dB 3 18.15 dB 212 ps/nm 25 Đà Nẵng - Dốc Sỏi G.655 108 36 2 29.8 dB 3 32.8 dB 432 ps/nm 26 Dốc Sỏi - Kon Tum G.655 147 49 2 40.2 dB 3 43.2 dB 588 ps/nm
27 Kon Tum - Plei Ku G.655 40 14 2 11.7 dB 3 14.7 dB 160 ps/nm
sợi (km) hàn suy hao hao
29 N12 - N13 G.655 164 55 2 44.75 dB 3 47.75 dB 656 ps/nm
30 N13 - N14 G.655 125 42 2 34.35 dB 3 37.35 dB 500 ps/nm