Phương pháp tính toán thiết kế đê nâng cao dung lượng đường truyền tuyến trục Bắc-Nam là phương pháp giá trị xấu nhất, nghĩa là các giá trị tham số hệ thống truyền dẫn quang được tính trong trường hợp giá trị xấu nhất có thế. Như vậy, dựa vào suy hao của tuyến cáp và độ nhạy thu yêu cầu (với BER=10 l0) đế tìm giá trị giá trị công suất cần thiết ở phía phát. Tán sắc của hệ thống được kiểm tra theo giá trị tán sắc chấp nhận của thiết bị sau khi đã chọn theo thông số thiết kế.
vấn đề tính toán thiết kế hệ thống phải đảm bảo kết hợp hài hòa hai yếu tố kỹ thuật và kinh tế. Do đó công việc tính toán phải có tính tông quát cao, nghĩa là các thông số tính toán sẽ chi tiết đến từng thiết bị nếu có thế. Mặt khác, yêu cầu tính toán thiết kế phải tuân theo các tiêu chuẩn của ITU-T và không dựa trên hệ thống thiết bị chỉ của một hãng.
Giả thiết giữa hai trạm đầu cuối có cấu hình như hình vẽ 3.14:
SI RI
Tx
Tx
Tx
Hình 3.2. Cấu hình tham chiếu cùa hệ thống
Yêu cầu thiết kế hệ thống với lỗi bít BER< 1(T10 tại điểm chuẩn phía thu. Với giả thiết về cấu hình như trên, tín hiệu truyền trong hệ thống có thế được đơn giản hóa như sau: tín hiệu tù- đầu phát Tx đi tới thiết bị ghép bước sóng quang OM. Sau khi ghép, tín hiệu sẽ được đưa vào sợi quang truyền đến phía thu. Các bộ khuyếch đại quang làm nhiệm vụ khuyếch đại mức công suất của tín hiệu bù có suy hao đường truyền. Thiết bị tách bước sóng quang ODM sẽ thực hiện tách các bước sóng tới đưa đến các đầu thu khác nhau R„.
Như vậy đối với hệ thống sử dụng khuyếch đại quang, quá trình truyền tín hiệu tù' đầu phát Txtới đầu thu Rxđược xét trên hai yếu tố:
- Suy hao: suy hao sợi quang + suy hao của bộ tách/ghép bước sóng
- Các ảnh hưởng khác nhau trên đường truyền, bao gồm 4 nguyên nhân
+ Ánh hưởng do tán sắc sợi và phổ nguồn phát. + Ánh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến.
+ Ánh hưởng của các hiện tượng phân cực: tán sắc mode phân cực, suy hao phụ thuộc phân cực.
Suy hao liên quan trực tiếp đến công suất của tín hiệu. Suy hao sợi được xác định bằng phép đo suy hao hoặc tính toán theo giả thiết (giá trị suy hao trung bình 0,22 dB/km). Qua nghiên cứu lý thuyết và tham khảo giá trị thực tế của các thiết bị thương mại một số hạng, suy hao của các bộ tách/ghép bước sóng quang (suy hao xen) có giá trị trong khoảng 4-5 dB.
Các ảnh hưởng khác có liên quan gián tiếp đến công suất tín hiệu là những ảnh hưởng tuyến tính và phi tuyến, ảnh hưởng của nhiễu làm méo dạng trên đường truyền. Sự méo dạng tín hiệu này sẽ giảm độ nhạy thu ở đầu thu. Trong thiết kế hiện tượng này được đặc trưng bằng tham số độ thiệt thòi luồng quang hay còn gọi là Penalty. Trong các khuyến nghị của ĨTU-T, giá trị penalty của hệ thống đơn kênh quang là 1 dB đối với hệ thống ít chịu ảnh hưởng của tán sắc, là 2 dB đối với hệ thống tán sắc lớn. Việc xác định giá trị penalty trong hệ thống WDM là rất phức tạp do có nhiều kênh quang cùng hoạt động trong một sợi quang nên việc tương tác giữa các kênh cũng như hiệu ứng phi tuyến dễ dàng xảy ra. Qua nghiên cứu và kết họp với tài liệu thu thập được của một số hãng lớn như Nortel, Luccent,.... thì giá trị penalty cho thiết kế là 3 dB. Giá trị này bao gồm tất cả các nguyên nhân gây méo tín hiệu trên đường truyền trước đầu thu kể cả sự méo tín hiệu trước đầu thu kể cả sự méo tín hiệu khi đi qua thiết bị tách/ghép bước sóng. Tuy nhiên, giá trị penalty 3 dB cũng sẽ thay đối khi sử dụng các bước sóng truyền dẫn có tốc độ cao (10 Gbit/s). Nguyên nhân là do ảnh hưởng lên chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống trong trường hợp này có thể đạt tới 1 dB. Như vậy, nếu hệ thống sử dụng bước sóng có tốc độ bít càng cao thì giá trị penalty cho thiết kế tăng thêm 1 dB, hay penalty của hệ thống sẽ là 4 dB.
Độ dự phòng về quỳ công suất cho hệ thống là 4 dB. Giá trị này được chọn dựa trên cơ sở thiết bị, cáp, phương án nâng cấp.
Độ nhạy thu từng kênh trong hệ thống đa kênh tại điếm chuấn R,, phải thỏa mãn G.957 (sử dụng cho hệ thống đơn kênh không dùng các bộ khuyếch đại quang) hoặc G.691 (sử dụng cho các hệ thống dùng khuyếch đại quang sợi). Như vậy có hai cấu hình đế tính toán thiết kế tuyến, đó là:
+ cấu hình không sử dụng khuyếch đại đường truyền. + Cấu hình sử dụng khuyếch đại đường truyền (LA).
Với giả thiết và lý luận ở trên, ta có công thức cho hai cấu hình sau: - cấu hình không sử dụng khuyếch đại quang đường truyền:
+ Tại điểm chuẩn R,,:
Độ nhạy thu yêu cầu: -25 dBm. Mức quá tải: -9 dBm.
+ Tại điếm chuẩn R: Công suất toàn phần lớn nhất = công suất trên một kênh + 10 lg(N), N là tống số kênh. Giá trị này là một dải công suất quan hệ trực tiếp với giải công suất tại diêm chuân R,, sau khi trừ đi suy hao thiết bị thụ động (ODM).
+ Tại điếm chuẩn S’: Giá trị này được chọn theo mức công suất phát của các bộ khuyếch đại quang (BA) phía phát (10 dBm, 13 dBm, 14 dBm, 15 dBm, 17 dBm) thỏa mãn với yêu cầu tính toán của quỹ công suất quang yêu cầu.
+ Tại điểm chuẩn Sn: Giá trị được chọn bảo đảm cho thỏa mãn mức công suất đầu vào của bộ khuyếch đại quang BA sau khi bị suy hao tại bộ ghép kênh.
- Cấu hình sử dụng khuyếch đại quang đường truyền:
+ Tại điểm chuẩn R,,:
Tại nhạy thu yêu cầu: -25 dBm.
+ Tại điếm chuấn S’: Nếu giữa hai điếm kết cuối sử dụng n bộ khuyếch đại quang đường truyền thì sẽ có n + 1 chặng (span) với suy hao lần lượt là
al,a2,...,an+Ị. Do đó suy hao toàn tuyến là: i Mức quá tải:
n + l (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
i = l
Tưong tự, hệ số khuyếch đại của n bộ khuy ếch đại quang sẽ là:
n
G = Ị]GW
Công suât thu tại phía thu: — Pj CKG
Trong đó: G( i )- hệ số khuyếch đại của bộ khuyếch đại thứ i. G - hệ số khuyếch đại của bộ khuy ếch đại.
ax - suy hao chặng thứ i.
a - suy hao của n+1 chặng. Pr- công suất phía thu (W).
p, - công suất phái phát (W).
+ Tại điểm chuẩn Sn: Giá trị đuợc chọn đảm bảo cho thỏa mãn mức công suất đầu vào của bộ khuyếch đại quang BA sau khi bị suy hao tại bộ ghép kênh. Việc tính toán ở trên nhằm tìm ra các giá trị tham số vừa thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật lại vừa có tính kinh tế cao. Tuy nhiên việc lựa chọn các tham số này phải đảm bảo chỉ tiêu chất lượng của hệ thống, đặc trưng là giá trị BER. Trong trường hợp này, BER=10~10. Mối quan hệ giữa các tham số hệ thống với BER thể hiện qua tỉ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) của hệ thống. SNR là một hàm của rất nhiều tham số như công suất phát, hệ thống khuyếch đại, nhiễu bức xạ tự phát (ASE) của bộ khuy ếch đại, băng tần tín hiệu, suy hao... cho nên việc tính toán rất phức tạp. Đe đánh giá chỉ tiêu lỗi bít sau khi đã lựa chọn hệ thống thì có thế sử dụng những biếu thức tính SNR đơn giản hon. Một trong số đó là biếu thức tính toán gần đúng SNR đon giản được phòng thí nghiệm Bellcore của Mỹ đưa ra:
SNR =c-[p„„ -10 1g(N)]- L, - NF -101g(Ns) (3-10)
Trong đó: C: hệ số kinh nghiệm.
Ptot: công suất phát toàn phần (dBm). N: số kênh quang.
Lị-: suy hao chặng (dB).
NF: hệ số tạp âm của bộ khuyếch đại (dB). Ns: số chặng trên tuyến.
Trên thực tế, c là một hàm số đặc trưng cho sự phức tạp khi tính toán SNR và có giá trị là 60 đối với hệ thống không sử dụng khuyếch đại đường truyền. Nếu hệ thống có sử dụng khuy ếch đại đường truyền thì giá trị c là 80[14].