Điều đầu tiờn phải được quyết định là lắp đặt hệ thống quang đơn mode hay đa mode. Cả hai hệ thống đều cú những ưu nhược điểm của mỡnh.
• Cỏc ưu điểm của hệ thống sợi quang đơn mode
1. Sợi quang đơn mode cú băng tần truyền dẫn rất lớn, lý tưởng cho truyền dẫn cự ly xa.
2. Sợi quang đơn mode cú suy hao nhỏ hơn sợi quang đa mode. 3. Cỏp sợi quang đơn mode rẻ hơn sợi quang đa mode.
4. Sợi quang đơn mode hiện cú hoạt động ở bước súng 1310nm hoặc 1550nm
• Ưu điểm của hệ thống sợi quang đa mode
1. Sợi quang đa mode thớch hợp cho cỏc cự ly dưới 2km.
2. Hệ thống sợi quang đa mode cú băng tần ớt phụ thuộc vào chiều dài của sợi. Cú thể truyền số liệu tốc độ 100Mbps, cự ly nhỏ hơn 2km, sử dụng sợi quang FĐI tiờu chuẩn 62,5/125.
3. Thiết bị quang đa mode thường rẻ hơn đơn mode. Cỏc LED rẻ thường được dựng làm nguồn quang.
4. Cỏp sợi quang đa mode thường đắt hơn đơn mode, nhưng đối với những ứng dụng cự ly ngắn thỡ sự tiết kiệm chi phớ từ cỏc thiết bị quang cú thể bự lại chi phớ cỏp quang đa mode.
5. Sợi quang đa mode hiện cú hoạt động ở bước súng 850nm hoặc 1310nm.
Cú thể kết luận chung rằng cỏc ưu điểm nờu trờn của sợi quang đơn mode thớch hợp hơn cho mạng truyền hỡnh cỏp hữu tuyến. Cũn sợi quang đa mode chỉ cú thể được lắp đặt cho hệ thống phục vụ cho cỏc ngành cụng nghiệp khỏc cự ly ngắn.
4.2 Tớnh toỏn cỏc thụng số hệ thống
4.2.1 Tớnh toỏn suy hao của hệ thống
Tổng suy hao tuyến là suy hao cụng suất trong một tuyến sợi quang do tất cả cỏc yếu tố bao gồm: cỏc bộ nối, mối hàn, suy hao sợi quang, độ cong của cỏp…Suy hao cụng suất quang do cỏc bộ nối gắn với thiết bị quang cú thể bỏ qua vỡ nú đó được tớnh gộp vào thiết bị. Tổng suy hao tuyến phải nằm trong phạm vi cho phộp của thiết bị quang thỡ hệ thống mới cú thể hoạt động tốt. Điều này được xỏc định nhờ việc lập kế hoạch chi tiết cỏc suy hao cụng suất cho toàn bộ hệ thống quang. Tất cả cỏc yếu tố cú liờn quan hoặc cú thể sẽ liờn quan đến suy hao tuyến đều cần phải được tớnh đến.
Cỏc nhà sản xuất thiết bị quang thường khuyến nghị một hoặc nhiều loại sợi quang cú thể sử dụng phự hợp với thiết bị của họ. Những loại sợi quang này đó được thử nghiệm với thiết bị của họ trong một cấu hỡnh điểm − điểm tiờu chuẩn cho cỏc chỉ số độ dài và suy hao cực đại của sợi quang. Thiết bị sẽ hoạt động tốt nếu ta sử dụng loại sợi quang đó được khuyến nghị trong cỏc giới hạn về chiều dài và suy hao của sợi.
Một phương phỏp dựng để xỏc định tổng suy hao tuyến là đỏnh giỏ phõn bố suy hao tuyến quang. Đỏnh giỏ này liệt kờ tất cả cỏc yếu tố liờn quan hoặc sẽ liờn quan đến suy hao quang của hệ thống. Kết quả sẽ đưa ra tổng suy hao tuyến yờu cầu cho hệ thống sợi quang. Sau đú sẽ so sỏnh với suy hao cực đại của thiết bị để xỏc định liệu thiết kế cú đạt chỉ tiờu về suy hao hay khụng.
1. Cỏc yếu tố để đỏnh giỏ hệ thống quang
- Cỏc khuyến nghị về bỏn kớnh sợi quang (125àm)
- Khuyến nghị về suy hao cực đại của sợi quang (0,35dB/km) - Khuyến nghị về độ mở số cực đại của sợi quang (NA)
- Khuyến nghị về băng tần sợi quang cực đại (MHz*km) tại bước súng hoạt động (1310nm)
- Độ nhạy thu của thiết bị
- Cụng suất ra trung bỡnh của bộ phỏt của thiết bị - Dải động của bộ thu
Nếu suy hao cực đại đó được cung cấp và bộ thu cú dải động là toàn bộ dải cụng suất làm việc của bộ phỏt thỡ khụng cần cỏc thụng tin về độ nhạy bộ thu và cụng suất ra trung bỡnh của bộ phỏt.
Suy hao cực đại = cụng suất ra trung bỡnh bộ phỏt – độ nhạy bộ thu
2. Từ kế hoạch lắp đặt sợi quang, cần xỏc định
- Tổng chiều dài tuyến sợi quang
- Số lượng mối nối cần thiết và suy hao của mỗi mối nối - Dự trữ cho thiết kế
- Cỏc suy hao quang do cỏc thành phần khỏc trong hệ thống
3. Kết luận phõn bố suy hao tuyến quang
- Suy hao sợi quang tại bước súng hoạt động: dB/km - Suy hao mối hàn: số mối hàn*dB/mối hàn
- Suy hao mối nối: số mối nối*dB/mối nối - Cỏc suy hao thành phần khỏc
- Dự trữ cho thiết kế - Tổng suy hao tuyến
- Cụng suất đầu ra trung bỡnh của bộ phỏt - Cụng suất đầu vào bộ thu
- Dải động của bộ thu - Độ nhạy của bộ thu - Dự trữ cũn lại
4. Dự trữ cũn lại nờn lớn hơn 0. Nếu khụng đạt được điều này thỡ cần phải xem xột lại suy hao toàn tuyến để giảm suy hao toàn tuyến.
Khi thiết kế một tuyến cỏp quang trờn khoảng cỏch dài, nhất thiết cần phải đặt những trạm lặp để khụi phục lại tớn hiệu bị suy sao. Để xỏc định vị trớ đặt trạm lặp thớch hợp, khụng gõy lóng phớ, ta cần tớnh được cự ly tối đa của đường truyền quang dựa trờn những thụng số của mạng.
Cự ly tối đa của tuyến truyền dẫn phải được lưu ý đến cả quỹ cụng suất (suy hao cụng suất tổng giữa nguồn phỏt quang và bộ tỏc súng quang ở bờn thu) lẫn dải thụng. Vỡ chỉ cần một trong hai bị giới hạn thỡ thụng tin giữa nơi phỏt và nơi thu sẽ khụng thể thực hiện được. Nếu quỹ cụng suất bị giới hạn thỡ cụng suất của tớn hiệu quang đến đầu thu dưới mức ngưỡng của mỏy thu. Cũn nếu dải thụng bị giới hạn (do hiện tượng tỏn sắc) thỡ tớn hiệu quang đếu đầu thu sẽ bị mộo dạng, cỏc xung bị gión rộng quỏ mức nờn khụng thể phõn biệt chớnh xỏc tớn hiệu được nữa.
Thụng thường người ta tớnh toỏn cự ly giới hạn bởi quỹ cụng suất rồi nghiệm lại xem dải thụng ở cự lý đú cú đủ rộng cho tớn hiệu cần tuyền khụng. Nếu dải thụng của đoạn tớnh được rộng hơn dải thụng của tớn hiệu cần truyền thỡ cự ly giới hạn bởi cụng suất sẽ được chọn. Ngược lại khi dải thụng của tớn hiệu lớn hơn dải thụng của đường truyền thỡ phải giảm cự ly của đường truyền để dải thụng đủ rộng cho tớn hiệu cần truyền.
Cự ly tối đa của đường truyền được thiết kế theo cụng thức:
Hay: L(km) = [(P0 − pr − 2C − n1S − R − M] (dB)/α (4.1) Trong đú:
p0(dBm) : Cụng suất quang của nguồn phỏt Pr(dBm) : Cụng suất quang cực tiểu tại đầu thu C (dB) : Mất mỏt tại cỏc bộ ghộp nối
n1 : Số lượng mối hàn trờn sợi quang
S(dB) : Mất mỏt quang tại cỏc điểm hàn nối sợi Quỹ công suất (dB) Cự ly tối đa (km) =
M(dB) : Quỹ cụng suất quang dự phũng cho hệ thống
α (dB/km) : Hệ số suy hoa trờn sợi quang
4.2.3 Tớnh toỏn kớch thước node quang cho yờu cầu hiện tại
Kớch thước node quang là số lượng thuờ bao được cung cấp dịch vụ tại một node quang. Số lượng thuờ bao tại một node quang là thụng số quan trọng hàng đầu khi thiết kế mạng, vỡ ảnh hưởng đến một loạt cỏc thụng số quan trọng của mạng, như: tốc độ bớt tớn hiệu hướng lờn của mỗi thuờ bao (đối với mạng hai chiều), cấu hỡnh mạng truy nhập, khả năng cung cấp dịch vụ cho thuờ bao hiện tại và tương lai, khả năng phỏt triển và nõng cấp mạng trong tương lai.
Một hệ thống mạng được xõy dựng thụng thường phải đỏp ứng được yờu cầu sử dụng ớt nhất trong 15 đến 20 năm, và phải cú khả năng nõng cấp để đỏp ứng trong những năm tiếp theo.
Vỡ vậy triển khai mạng truy nhập đồng trục cần tớnh đến mức tập trung của thuờ bao và cấu trỳc mạng cỏp quang của khu vực node quang bao phủ, cần kết hợp cỏc yếu tố như cấu trỳc địa lý thành phố, hướng đường phố và định hướng phỏt triển của thuờ bao trong thời gian tiếp theo, căn cứ vào tỡnh hỡnh thực tế để xỏc định số lượng thuờ bao của mỗi node quang.
Nếu thuờ bao tập trung thỡ 1000 ~ 1500 thuờ bao/node quang là phự hợp. Khi sử dụng 1500 thuờ bao /1 node quang thỡ nờn chọn node quang cú 4 cổng ra, mạng phõn phối cỏp đồng trục thỡ nờn chọn cấu trỳc dạng sao và cố gắng cõn đối số lượng thuờ bao ở cỏc cổng ra của mỗi node quang để tiện cho việc nõng cấp sau này.
4.3 Nguyờn tắc thiết kế mạng
4.3.1 Nguyờn tắc thiết kế phần mạng quang
Mạng quang là mạng truyền dẫn khụng thể thiếu trong tổng thể mạng truyền hỡnh cỏp xõy dựng theo cấu hỡnh HFC hay HFPC nhằm mục đớch truyền dẫn tớn hiệu quang từ Trung tõm đến cỏc điểm đặt node quang (thực
chất là bộ chuyển đổi quang điện O/E) và trong tương lai là truyền dẫn tớn hiệu ngược dũng từ cỏc đấu cuối thuờ bao (Modem cỏp, thoại, hệ thống bỏo chỏy, Set – top – box...). Tuỳ theo quy mụ phỏt triển mạng mà mạng quang cú thể được chia thành nhiều cấp khỏc nhau, ở đõy ta chỉ xem xột và tớnh toỏn quy hoạch cho một mạng truyền hỡnh cỏp cú quy mụ vừa phải và chỉ sử dụng một cấp truyền dẫn quang và chỉ tớnh toỏn cho hướng tớn hiệu đường xuống (từ Trung tõm đến mỏy thu thuờ bao).
Việc quy hoạch và phỏt triển mạng quang gắn liền với đặc điểm địa hỡnh, dõn cư và tỡnh hỡnh phỏt triển cỏc dịch vụ giỏ trị gia tăng trong tương lai vỡ điều này liờn quan đến việc quyết định sẽ sử dụng cấu hỡnh mạng quang, mạng đồng trục và hệ thống thiết bị phự hợp với từng cấu hỡnh mạng. Vớ dụ ở Việt Nam, việc sử dụng cấu hỡnh HFC hay HFPC phụ thuộc rất nhiều vào mặt bằng quy hoạch đụ thị. Để triển khai dịch vụ truyền hỡnh cỏp trờn cỏc tuyến phố trờn địa bàn thành phố Hà Nội hay một số thành phố cú số lượng dõn cư đụng đỳc, hệ thống giao thụng phức tạp đồng thời cơ sở hạ tầng, ống mỏng, cột điện lực, cột đốn chiếu sỏng... khụng ổn định thỡ việc triển khai mạng theo cấu hỡnh HFPC là khụng cú tớnh khả thi mà thớch hợp hơn là triển khai mạng theo cấu hỡnh HFC. Do tớnh khụng ổn định nờu trờn cho nờn sẽ ảnh hưởng rất nhiều đến mạng quang dày đặc trờn địa bàn thành phố (nếu xõy dựng theo cấu hỡnh HFPC) mà thực tế thi cụng, khắc phục sự cố mạng quang cực kỳ phức tạp. Tuy nhiờn, hiện nay ở cỏc khu vực ngoại thành việc quy hoạch cỏc khu chung cư đụ thị mới đang được triển khai một cỏch rộng lớn và ồ ạt sẽ là nơi rất thớch hợp để triển khai mạng truyền hỡnh cỏp và cỏc dịch vụ gia tăng trờn mạng cỏp theo cấu hỡnh mạng HFPC. Chi tiết việc quy hoạch, phõn tớch và tớnh toỏn một mạng quang cho cỏc khu quy hoạch này sẽ được xem xột kỹ hơn ở phần sau. Núi như vậy khụng cú nghĩa là chỉ ở cỏc khu quy hoạch mới mới cú thể triển khai được mạng theo cấu hỡnh HFPC, mà ở khu vực nội
hoạch triển khai từng bước (tức là nõng cấp dần mạng HFC lờn thành mạng HFPC dựa trờn cơ sở hạ tầng quy hoạch đụ thị của thành phố).
Cỏc số liệu cần thiết để thiết kế được tổng hợp từ nhiều nguồn khỏc nhau, bao gồm cỏc số liệu về tỡnh hỡnh kinh tế chớnh trị, mật độ dõn cư, trỡnh độ dõn trớ và cỏc yếu tố khỏc liờn quan đến việc triển khai cú hiệu quả dịch vụ truyền hỡnh và địa hỡnh cũng là điều kiện quan trọng liờn quan đến việc lựa chọn cấu hỡnh mạng.
Xỏc định số lượng và định vị trớ đặt node quang: Số cỏc node quang được đỏnh giỏ theo toàn vựng dõn cư và vựng dịch vụ thuờ bao thuận lợi nhất. Đỏnh giỏ này được sử dụng làm cơ sở để xem xột cấu trỳc mạng. Do vậy cần thiết xỏc định cỡ vựng dịch vụ thuờ bao tối ưu, xem xột đỏnh giỏ cho đường thuết bao và node quang. Vị trớ đặt node quang ở nơi thuờ bao tập trung là hiệu quả nhất. Vựng trung tõm được xỏc định để phự hợp với sự thống nhất về kinh tế và văn hoỏ trong khu vực. Đối với cỏc khu vực thành phố ở Việt nam hiện nay, hầu hết cỏc tuyến cỏp đồng trục sau node quang đều đang triển khai treo trờn cỏc hệ thống cột điện lực, cột đốn chiếu sỏng... mà cỏc hệ thống cột này hầu hết chạy dọc theo cỏc tuyến phố. Do đú vị trớ đặt một node quang thớch hợp trong địa bàn thành phố thường là những điểm giao cắt đường phố.
Việc lựa chọn cỏc thụng số thiết bị cho mạng quang phụ thuộc vào cỏc số liệu tổng hợp được qua hồ sơ khảo sỏt tuyến quang bao gồm cỏc thụng tin về chiều dài tuyến, hướng tuyến và cỏc yếu tố khỏc vớ dụ: Hiện nay rất nhiều cỏc tuyến cỏp thuộc cỏc đơn vị khỏc nhau hầu hết treo trờn hệ thống cột điện lực và cột đốn chiếu sỏng, như vậy tuyến cỏp qua cỏc khu phố cú cỏc tuyến cột như vậy phải đỏp ứng tiờu chuẩn cỏp treo, cú dõy văng chịu lực. Nhưng thực tế hiện nay nhiều tuyến đường đàng được tiến hành ngầm hoỏ, hệ thống cột bị dỡ bỏ và do đú cỏc thiết bị khi triển khai cũng phải phự hợp với điều kiện ngầm hoỏ.
Hệ thống mạng quang đặt biệt quan trọng đú là node quang. Hầu hết cỏc thiết bị node quang hiện nay đều sử dụng là node quang 4 cổng ra cao tần RF, mức tớn hiệu cao tần ra thường ≥108dBàV với cụng suất quang vào chuẩn là 0dBm. Dải thu của từng node quang do từng hóng sản xuất cú nhiều dải khỏc nhau, nhưng hầu hết dải thu của node quang thường nằm trong khoảng từ -2 đến +2 dBm.
Quỏ trỡnh tớnh toỏn một tuyến quang cụ thể cho một node quang cụ thể cú sự biến đổi giữa cỏc đơn vị dBm và mW tuỳ theo cụng đoạn tớnh toỏn. Vớ dụ, suy hao connector, cỏp, mối hàn... được tớnh theo đơn vị dBm, nhưng tại cỏc bộ chia để tớnh được cụng suất chia quang cần quy đổi đơn vị dBm thành đơn vị mW.
Cỏc cụng thức cần thiết để tớnh toỏn suy hao toàn tuyến cho một node quang: Gọi A là cụng suất sau chia cần thiết cấp cho một node quang, A được tớnh như sau:
A[dB] = αLoss[dB] + Pvỏo node [dBm] (4.2) Với:
αLoss[dB] = αhàn*N + αconnector*M + Suy hao bộ chia (4.3) Trong đú:
αLoss[dB]: Suy hao trờn tuyến.
Pvào node[dBm]: Cụng suất quang đầu vào node quang (chuẩn là 0dBm)
αhàn[dB]: Suy hao mối hàn (cho phộp 0.05dB)
αconnector[dB]: Suy hao một connector (cho phộp 0.8dB) N: Số mối hàn trờn một tuyến
M: Tổng số connector trờn một tuyến Suy hao bộ chia cho phộp 0.1dB Đổi đơn vị dBm thành mW:
A% = *100% (4.5)
Với Pvchia[mW]: Cụng suất vào bộ chia đó được quy đổi thành mW. Tớnh toỏn tương tự như vậy đối với tất cả cỏc node quang trong bộ chia đú. Việc lựa chọn mỏy phỏt quang phụ thuộc vào số lượng cỏc node quang, độ dài tuyến và cỏc điểm đấu nối trờn tuyến cho nờn trong quỏ trỡnh tớnh toỏn mạng cần nghiờn cứu kỹ cỏc điều kiện cú liờn quan nhằm tối ưu hoỏ bản thiết kế. Tất nhiờn, tổng số % sau bộ chia phải nhỏ hơn ≤100%. Tuỳ vào tỡnh hỡnh thực tế sẽ triển khai và dự phũng trong tương lai sẽ cú sự lựa chọn mỏt phỏt quang cú cụng suất phự hợp.
4.3.2 Nguyờn tắc thiết kế phần mạng đồng trục
- Sử dụng cỏp QR540 (suy hao 7dB/100m) cho đường trục. - Sử dụng cỏp RG11 (suy hao 12dB/100m) cho đường nhỏnh.
- Sử dụng cỏp RG6 (suy hao 18dB/100m) cho đường thuờ bao (kộo từ thiết bị chia trong nhà IS đến thiết bị thuờ bao TV).
Mạng đồng trục: Cỏp đồng trục QR540 được sử dụng làm cỏp trục chớnh. Trờn mạng cỏp trục chớnh đảm bảo chỉ lắp cỏc thiết bị chia đường trục (S, DC), bộ khuếch đại đường trục và thiết bị chốn nguồn (nếu cú). Từ cỏc bộ