3. Mã hoá hệ thông thông tin quang
2.7Thiết kế tuyến thông tin quang
1. Yêu cầu:
Kỹ thuật thông tin quang phát triển với tốc độ nhanh. Có nhiều hệ thống quang đang đợc sử dụng hiện nay dẫn đến sự khác nhau về loại sợi, bớc sóng công tác, loại linh kiện thu phát quang… Do đó khi thiết kế truyền thông tin quang ngời ta cố gắng chọn các phần tử cùng thế hệ để giảm chi phí lắp đặt.
* Cơ sở của việc lựa chọn:
- Sợi quang: Thờng chọn sợi đơn một (SM) để giảm suy hao và tăng giải thông dễ hàn nối tăng cự ly truyền dẫn.
- Bớc sóng: Bớc sóng 1300mm đang đợc sử dụng phổ biến vì độ tán sắc của sợi là thấp nhất. Khi cần truyền với cự ly tiếp vận dài ngời ta chọn bớc sóng 1550mm do độ suy hao ở bớc sóng này thấp nhất. Đặc biệt dùng sợi đơn mode dịch tán sắc sợi quang làm việc ở bớc sóng 1500m có độ tán sắc rất nhỏ.
- Linh kiện thu quang:
+ LED: Hoạt động ổn định hơn và giá thành rẻ hơn nên đợc chọn trong những hệ thống mà sự hạn chế về công suất phát và bề rộng phổ của nó không ảnh hởng đến hệ thống.
+ LESER: Đợc chọn trong những tuyến có cự ly dài và tốc độ truyền dẫn cao. - Linh kiện:
Có thể chọn PIN hoặc APD ngày nay ngời ta thờng chọn APD hoặc PINFET. * Chọn thiết bị.
Chọn thiết bị chuẩn với hệ thống đáp ứng đợc mọi chỉ tiêu cho phép. Ngày nay các thiết bị đều đợc chọn để áp dụng công nghệ SDH và đều có chuẩn.
Cự ly L (km) <2km <15km <40km <80km Dung lợng B (MB/s). 155 MB/s STM-1 dung lợng 1920 kênh 622 Mb/s STM-4 dung lợng 4 x 1920 kênh 2500 Mb/s STM-16 dung lợng 16 x 1920 kênh Mã hiệu các hệ thống SDH. Trong bảng: I (Intraband) cự ly
S (Sboztband)
L (long) số chỉ dung lợng * Chọn thiết bị chuẩn.
Chỉ tiêu kỹ thuật cần phát * Phát:
- Source: ∆λ, PS phát cực đại: công suất phát cực tiểu. - Khoảng cách giữa phát và thu (S - R) Receiver.
- Tiêu hao cho phép tính bằng dB.
- Tiêu hao trên sợi L (km) + Tiêu hao mối hàn + Tiêu hao Jack nối + Tiêu hao dự phòng do linh kiện già hóa.
- Mức tắn sắc cho phép. * Thu:
+ Chỉ tiêu kỹ thuật:
- P receiver, Prmin, Prmax.
- Prmin: chỉ đảm bảo tỉ số BER (lỗi bít) ≤ 10-9 ữ 10-10.
- Prmax: Đảm bảo an toàn. Tránh tín hiệu tới đầu thu lớn cháy đầu thu.
2. Tính toán thiết kế tuyến:
Việc tính toán tuyến truyền dẫn quang có thể đợc tiến hành theo nhiều hớng, phụ thuộc vào yêu cầu đặt ra.
Tính cự ly tối đa của đoạn tiếp vận. Biết tốc độ bit và đặc tính của các phần tử trong tuyến.
Tính giới hạn đặc tính của các phần tử khi biết tốc độ và cự ly cần truyền. Thờng công suất phát của LD ghép vào sợi quang chỉ khoảng 1mW (odB/m). Thực tế:
Tiêu hao bộ nối, Jack nối (nonnecfor). Biến động mức điện phát sai số do đo. Linh kiện bị già hóa.
Suy hao của sợi quang.
Sau đây là biểu đồ suy hao tính toán truyền dẫn
Port Dbm 10 10 1 0 0,1 -10 0,01 -20 0,001 -30 0,0001 -40
- Suy hao trung bình mỗi khớp nối là 0,5 dB (ít nhất là 2 giắc). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Suy hao mối hàn phụ khi sửa chữa. Thông thờng nên trừ suy hao dự phòng cho cáp quang khoảng (0,2 dB ữ 0,3 dB).
- Dự phòng do thiết bị lão hóa 0,3 dB ữ 5dB. * Cách tính quỹ tổng quát:
Quỹ công suất của tuyến là: Pb (dB) = Pt - Pr - Lm - Lc
PS: Công suất phát
Pr: Độ nhạy máy thu tại điểm R Lm: Suy hao dự phòng
Lc: Suy hao mối hàn, giắc cắm.
Khoảng cách tối đa của trạm tiếp vận. Lmax (Km) =
α: Suy hao sợi quang.
+ αS: Suy hao trung bình của mối hàn/km.
S α = PS Pr OF Jack Hàn PS Pr
Tiêu hao do Jack
Do sai số đo đạc
Linh kiện già hóa
Jack
Do sai số đo đạc
Linh kiện già hóa
Quỹ công suất -nmối hàn
α(dB/Km)
Chiều dài cuộn cáp
j
α: Độ suy hao trung bình của sợi quang.
m
α : Suy hao dự phòng cho cáp + Suy hao trung bình của cáp là:
C
α (db/km) = αj + αS+ αm
- Tính cự ly giới hạn do giải thông. - Các thông số cần biết.
+ Tốc độ bít cần truyền: 8,34; 140, 565 MB/s
+ Loại mã đờng dây đợc sử dụng. Khi dùng mã 1B. 2B thì tốc độ truyền tăng gấp đôi. 5B. 6B thì tốc độ truyền tăng 6/5 lần. + Độ tán sắc Mode (GHz. Km) + Độ tán sắc thể + Độ rộng phổ của quang. - Cách tính: Dải thông đợc tính B = 0,44 Dt (GHz) Dt: Độ tán sắc (ns)
+ Độ tán sắc của tuyến: Dt = D2mod +D2chr Tán sắc Mode Dmod đợc tính:
Dmod = 0,44/BL (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
BL dải thông giới hạn bởi tán sắc mode K (GHz. Km) L Cự ly giới hạn bởi quỹ công suất (Km)
Tán sắc sắc thể Dchr đợc tính: Dchr = Dmat + Dwg, Dwg << Dmat Dchr ≈ Dmat ≈ dmat. ∆.λ.L Trong đó: Dmat: tán sắc chất liệu (hs) Dwg: tán sắc ống dẫn sóng dmat: tán sắc chất liệu (hs/ nm. km) λ
∆ : Độ rộng phổ của nguồn quang (nm) - Độ rộng phổ tối đa cho phép
Dmax = 1/4Br
Br = tốc độ bít x hệ số tăng bít của mã đờng dây Br: Tốc độ bít thực sự (Gbit/s)
So sánh Dt với Dmax
Nếu Dt ≤ Dmax: Dải thông bị giới hạn
Nếu Dt > Dmax: Dải thông không bị giới hạn.
Nhng phải giảm cự ly của đoạn tiếp vận cho Dt = Dmax
Sợi đơn Mode không có tán săc Mode nên: Dt = Dchr = dmat. ∆.λ.L
Độ tán sắc của sợi đơn Mode rất nhỏ, đặc biệt khi dùng ở bớc sóng 1300nm, nên giải thông của sợi đơn mode rất rộng. Trong nhiều trờng hợp ngời ta không cần thiết tính cự ly giới hạn do dải thông.
3. Ví dụ về tính toán.
VD1: Cho công suất PS = OdBm = 1mW
Tiêu hao do Jack mất 1dB, do đó 1dB, già hóa linh kiện 3dB, tiêu hao trên mối hàn 0,1dB. Phía thu Pr = -2,5dBm.
Quỹ công suất S-R = 19dB = 25dB -1-2-3dB. Do có 2 mối hàn. Tính cự ly cực đại của hệ thống.
Giải: Sợi quang λ = 1310nm -> α= 0,4 dB/km λ = 1550nm -> α = 0,25 dB/km Llý tởng = 019,4dBdB = 47,5km.
Giả sử dùng cuộn cáp dài 1km để lắp đặt ta có số mối hàn giữa các sợi ≈ 47-1- 46dB. Vậy tiêu hao do mối hàn 46 x 0,1 = 4,6dB.
Vậy Lmax = 190−,44,6 = 26km
VD2: Thiết kế tuyến theo yêu cầu cự ly: L = 35km
B = 622 Mh/s
B1: Tra bảng để chọn linh kiện. L4.1 có λ=1310, độ dài ≈ 40km
Sợi quang G652
Có hệ số suy hao α = 0,4dB/km. Độ tán sắc = ops.
B2: Tra bảng chọn thông số của thiết bị L4.1 Psmax = + 2dBm Prmax = - 2,8 dBm Psmin = - 3 dBm Prmin = - 8dBm Quỹ công suất S - R = 10 ữ 24dB
B3: Tính P2 điều kiện - 28km ≤Pr ≤ - 8dBm Tính: Pmax = Psmax - αmối hàn - αgià hóa - αgiác nối
αsợi = 0,4 x 3,5km = 14dB
αgià hóa = 0 (do thiết bị mới); αJack = 1 x 2 = 2dB. Do đó: Pmax = 2dB - 14 - 3,4 - 2 = 17,4 dBm Tính Prmin = Psmin - αsợi - αmối hàn - αgiác nối
= - 3 - 14 - 3,4 - 2 - 1dB (dự phòng buồng quá lớn). = - 22,4 dBm
Thiết bị tính toán ta có: - 22,4 dBm < Pr = 17,4dBm. Thỏa mãn điều kiện - 28dB ≤ Pr ≤ - 8dB
Thiết bị đạt yêu cầu. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Lu ý: Gỉa sử Pmin tính đợc < - 28dBm. Ta có thể chỉnh Psmin trong khoảng (-3, + 2) hoặc chọn thiết bị cấp cao nếu độ chênh lệch quá lớn.
VD3: Dùng sợi đa mode để truyền tốc độ 8Mb/s mã 5B. 6B
Biết: Ps = -20dBm, độ nhạy máy thu Pr = -51dB, αJack = 1 x 2 = 2dB, αmối hàn = 0,1
Cuộn cáp: 2km
Giới hạn giải thông tán sắc mode Bz = 1GHz tán sắc chất liệu. Dmat = 3,5Ps/ nm. km.
Độ rộng phổ ∆λ = 100nm
Suy hao dự phòng do thiết bị Lm = 4dB. Suy hao dự phòng cho cáp αm = 0,15 dB/km Suy hao trung bình sợi = αf = 0,5 dB/km
Tính Lmax = ?
B1: Xác định quỹ công suất.
Db = Ps - Pr - Lm - αJack = - 20dBm = (-51dBm) - 4dB - 2dB = 25dB Suy hao trung bình của cáp:
αc = αf + αs + αm (αs = αmối hàn/ Lcuộn cáp) = 0,5 + 0,1/2 + 0,15 = 0,7 dB/km Cự ly giới hạn bởi Pb: L = Pb/αc = 025,7 = 36km B2: Với độ tán sắc Dmode = = = 16hs Độ tán sắc sắc thể: Dchr = dmat. ∆.λ.L = 3,5. 100.36 = 12hs Độ tán sắc tổng cộng: Dt = D D 162 122 12hs chr 2 mod 2 + = + = Độ tán sắc cho phép: Dmax = 26hs 5 6 . 10 . 8 . 4 1 5 6 . B 4 1 3 r = = −
So sánh Dt < Dmax nên dải thông không bị giới hạn Vậy cự ly L = 36km
Công nghệ truyền dẫn SDH Chơng I
Sơ lợc về công nghệ truyền dẫn
1.1 Kĩ thuật điều chế xung mã.
1.1.1 Cấu hình cơ bản của tuyến truyền tin PCM
Trong mạng số việc truyền dẫn tiếng nói đợc thực hiện bằng số. Để thực hiện đợc điều đó ngời ta phải thực hiện quá trình biến đổi tín hiệu từ tơng tự sang tín hiệu số. Quy trình biến đổi đó đợc gọi là kĩ thuật PCM (Plulse Code Modunlation) hay còn gọi là điều chế sung mã. Trong kĩ thuật PCM ngời ta sử lý tín hiệu tơng tự qua ba giai đoạn cơ bản sau:
- Lấy mẫu (Sampling)
- Lợng tử hoá (Quantitation) - Mã hoá (Coding)
Sau giai đoạn trên, tín hiệu tơng tự sẽ đợc mã hoá và truyền đi tới đầu thu. Tại đây ngời ta sẽ thực hiện tái tạo tín hiệu ban đầu. Công việc này đợc gọi là quá trình giải mã (Decoding). Quá trình này đợc thực hiện theo thứ tự đảo đúng nh quá trình mã hoá.
1.1.2 Cơ sở lý thuyết PCM
Hệ thống PCM có khả năng truyền những đặc tính của một đờng cong tiếng nói phức tạp trong Modem chỉ có hai điều kiện sử lý “Đóng” và “Mở”.
a). Lấy mẫu:
Nguyên tắc cơ bản của điều xung mã là quá trình chuyển đổi các tín hiệu liên tục nh tiếng nói thành tín hiệu số rời rạc và sau đó tái tạo chúng thành thông tin ban đầu. Muốn làm đợc việc này, các phần tử thông tin đợc rút ra từ các tín hiệu tơng tự một cách tuần tự. Quá trình này đợc gọi là công việc lấy mẫu.
Quá trình lấy mẫu tín hiệu thoại.
Đồ án tốt nghiệp 53 SV: Nguyễn Hữu Anh
Đầu ra t- ơng tự
Tái tạo và thuyền dẫn
Lấy mẫu Mã hoá Tái tạo
và trễ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Giải mã Lọc
Đầu vào
tương tự Đầu ra số Đầu ra số
Phần thu Phần phát
0 S(t).m(t) t (d) Ts 0 S(t) t Ts 0 m(z) t S(t).m(t) Thiet bi nhan dt (a) (c) (b)
(a): Tín hiệu tiếng nói n(t) (b): Xung lấy mẫu S(t) (c): Chức năng lấy mẫu
(d): Tín hiệu PAM đã lấy mẫu ( Pulse Amplinde Moylation)
Trong kĩ thuật tín hiệu thoại ngời ta thờng sử dụng tín hiệu phổ tiếng nói nằm trong giới hạn 300Hz đến 3400Hz. Bởi vậy trớc khi lấy mẫu phải cho tín hiệu thoại qua bộ lọc thông thấp để hạn chế để hạn chế phổ tiếng nói dới 3400Hz. Theo thuyết lấy mẫu của Shanon, các tín hiệu ban đầu có thể đợc khôi phục khi tiến hành công việc lấy mẫu trên các phần tử tín hiệu đợc truyền đi ở chu kì nhanh hơn hai lần tần số cao nhất Τmax< 1/2ƒmax. Nên trong kĩ thuật PCM tần số lẫy mẫu là 8000 mẫu trong một giây cho tín hiệu có bằn tần từ 300Hz đến 3400Hz.
- Lấy mẫu theo quãng thời gian.
∆T≤1/2ƒmax
ở tần số ƒmax = 3400Hz rất khó lọc nên trong thực tế ngời ta lấy ƒmax
=1/2x4000 Hz = 120 às.
Trong đó ƒmax là tần số lớn nhất của tín hiệu thoại đợc sử dụng.
b). Lợng tử hoá.
Sau khi rời rạc hoá tín hiệu tơng tự thành một chuỗi các tín hiệu chung PAM có biên độ thay đổi theo giá trị biên độ của tín hiệu đầu vào tơng tự. Công việc tiếp theo là đo độ cao của từng xung trong đờng cong PAM và gán cho mỗi xung một giá
trị bằng số. Tất cả các mẫu nằm trong một khoảng cách đã cho sẽ đợc gán cho một trị số chung. Việc này đợc gọi là tơng tự hoá một mẫu.
Do việc làm tròn biên độ xung mẫu nên không thể tránh khỏi sai số dẫn đến biến đổi dạng lợng tử. Độ méo lợng tử không độc lập mà có liên quan tới biên độ, Các xung mẫu nhỏ có biến dạng lợng tử nhỏ còn các xung mẫu lớn nhận biến dạng l- ợng tử lớn. Để giảm độ méo lợng tử có thể dùng hai cách nh sau:
- Hoặc là tăng khoảng lợng tử theo biên độ đó là quá trình nén giản.
Đối với kĩ thuật điện thoại PCM. CCITT khuyến nghị sử dụng hai quy luật lợng tử đó là Luật A và Luật M. Trong đó luật M sử dụng cho khối Bắc Mỹ và Nhật bản. ở đây ta xét hệ chuẩn 30/32 đang sử dụng rộng rãi trong nớc.
+ Phổ tín hiệu thoại 0.3KHz đến 3,4KHz
+ Tần số lấy mẫu tín hiệu ƒ = 8KHz với (T- 125às) + Dùng kĩ thuật nén giản A = 87,6
Ax/1+ lnA với 0 ≤ x ≤ 1/A 1 + lnAx/1 + lnA với 1/A ≤ x ≤ 1 - ở hệ thống chuẩn PCM 30/32
+ Khe hở thời gian cho một kênh là T = 125/32 = 3,9 às + Số đơn vị mã trong một tổ hợp là 8 bit/s
+ Thời gian cho 1 bit = 488 ηs
+ Tốc độ bit cho một kênh thoại là 64Kb/s
+ Tốc độ bit của toàn hệ PCM 30/32 là 2,048 Mb/s
Trong hệ PCM 30/32 sử dụng 30 kênh cho tín hiệu thoại, kênh 0 dùng cho đồng bộ và kênh 16 dùng cho báo hiệu.
c). Mã hoá.
Đồ án tốt nghiệp 55 SV: Nguyễn Hữu Anh t
Biên độ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong thoại ngời ta dùng các khoảng cách lợng tử hoá 256 cho ta 256 trị số khác nhau để truyền. Mã hoá là gán cho 256 trị số có thể một dạng để truyền dẫn.Để thực hiện mã hoá ngời ta dùng các xung nhị phân. Tám xung nh vậy (8 bit) là đủ tạo ra một mã hoá duy nhất cho mối giá trị xung lợng tử (28 =256). Mã nhị phân 8 bit th- ờng đợc coi là một từ PCM. Một từ PCM tơng ứng với một mẫu, mỗi giây có 8000 từ PCM đợc tạo ra. Với một hệ thồng chuyển mạch chúng ta có một dòng bit 8x8000 = 64Kb/s trên đờng nối số. Đó chính là tốc độ bit cho một kênh thoại cơ sở.
1.2 Kỹ thuật TDM và tiêu chuẩn ghép kênh ở Việt Nam.
1.2.1. Khái niệm về thông tin nhiều kênh.
Để có thể truyền dẫn đợc vài cuộc đàm thoại trên cùng một cằp dây. Trong tr- ờng hợp tơng tự, ngời ta sử dụng ghép đờng. ở đây các tín hiệu thoại đợc ghép với các tần số sóng mang có băng tần khác nhau với kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số FDM (Frequency Division Multiplex). ở đây đầu thu ngời ta tách các tín hiệu sóng mang và phục hồi các kênh ban đầu.
Một kỹ thuật hoàn toàn khác đợc sử dụng trên mạng số là phơng pháp ghép đ- ờng phân chia thời gian TDM (Time Division Multiplex). Ví dụ trong trờng hợp cần phải ghép 3 kênh số để đa lên cùng một đờng dây, thì mỗi bit trên đờng dây này chỉ