Cỏc hệ thống ghộp kờnh theo bƣớc súng với việc sử dụng cỏc bƣớc súng trong cửa sổ quang 1550nm để tận dụng suy hao sợi nhỏ, kết hợp với đƣa vào trờn tuyến cỏc bộ khuếch đại quang sợi pha tạp Erbium (EDFA) đó làm tăng đỏng kể khoảng cỏch truyền dẫn, cải thiện đặc tớnh BER, bự đƣợc cỏc suy hao xen trờn tuyến và điều quan trọng là giỳp nõng cao đƣợc tốc độ bit của hệ thống. Tuy nhiờn, tại vựng bƣớc súng 1550nm, tỏn sắc lại cú giỏ trị lớn, chỳng gõy mộo, gión xung tớn hiệu thậm chớ đến mức độ khụng thể chấp nhận đƣợc làm hạn chế năng lực truyền dẫn của hệ thống.
Khi hệ thống truyền dẫn sử dụng sợi đơn mode G.652 mà khụng cú biện phỏp bự tỏn sắc sợi thỡ sau khi tớnh toỏn phõn bổ suy hao của tuyến nhất thiết phải tớnh toỏn giới hạn của tỏn sắc. Cấu hỡnh tuyến thực tế sẽ phải
hơn. Đối với cỏc tuyến cú tốc độ cao cỡ Gbps và cự ly xa, ảnh hƣởng của tỏn sắc đến cự ly tuyến cũn lớn hơn ảnh hƣởng của suy hao truyền dẫn. Tớnh toỏn suy hao:
Sợi quang sử dụng là loại đơn mode theo tiờu chuẩn ITU-T G.652 và G.655. Tớnh toỏn dựa trờn cỏc thụng số về suy hao nhƣ sau:
- Đối với đƣờng dõy 500kV mạch 1 do đó hoạt động trờn 10 năm nờn cỏp đó bị lóo húa nờn hệ số suy hao là 0,28dB/km.
- Đối với đƣờng dõy 500kV mạch 2 và cỏp Viettel là 0,25dB/km - Suy hao trờn 1 mối hàn là 0,05dB.
- Suy hao do đấu nối là 0,5dB/connector - Dự phũng trờn mỗi tuyến là 3dB
Tớnh toỏn tỏn sắc:
- Đối với cỏp quang trờn đƣờng dõy 500kV mạch 1 sử dụng sợi quang theo tiờu chuẩn ITU-T G.652 do thời gian hoạt động trờn 10 năm nờn hệ số tỏn sắc ~22 ps/nm.km.
- Đối với cỏp quang của ngành Điện và Viettel sử dụng sợi quang theo tiờu chuẩn ITU-T G.652 ~20 ps/nm.km.
- Đối với cỏp quang trờn đƣờng dõy 500kV mạch 2 sử dụng sợi quang theo tiờu chuẩn ITU-T G.655 ~4 ps/nm.km.
Tỷ số tớn hiệu quang trờn tạp õm - OSNR:
Tỷ số tớn hiệu quan trờn tạp õm (Optical Signal Noise Ratio) đƣợc tớnh theo cụng thức sau: ASE out P P OSNR (5.1)
Trong đú : PASE - Cụng suất nhiễu ASE (Amplified Self-Emission ). Theo tiờu chuẩn ITU-T G.692 tỷ số OSNR cú thể tớnh bằng cụng thức
OSNR = Pout – L – NF – 10*Log N – 10 Log (h*v*f) (5.2)
Với
Pout: Cụng suất ra L: Suy hao tuyến quang NF: Noise Figure
N: số chặng.
h: hệ số Plank
v: tần số
Áp dụng cụng thức trờn để tớnh OSNR cho từng đoạn với cỏc thụng số L: suy hao từng tuyến
NF = 5 dB N từng chặng = 1. h = 6.626* 10-34. v = 1.935*10+14 f = 12.5 GHz Tỷ số OSNR trờn tuyến: ... 1 1 1 1 1 4 3 2 1 OSNR OSNR OSNR OSNR OSNRFinal (5.3)
Tỷ số OSNR thể hiện tỷ lệ tớn hiệu trờn tạp õm, tỷ số OSNR càng lớn thỡ chất lƣợng đƣờng truyền càng tốt. Đối với hệ thống DWDM yờu cầu chung đối với tỷ số OSNR thƣờng phải lớn hơn 15dB.
Tớnh toỏn tỏn sắc PMD
Tỏn sắc PMD là tỏn sắc do đặc tớnh khụng đồng nhất của sợi quang gõy ra sau một quỏ trỡnh sử dụng. Đối với tốc độ truyền dẫn 10Gb/s chỉ số PMD yờu cầu bộ hơn 10 ps. Đối với tốc độ truyền dẫn 2.5Gb/s chỉ số PMD yờu cầu bộ hơn 40 ps.
Tỏn sắc PMD đƣợc tớnh theo cụng thức.
Tỏn sắc PMD = Hệ số tỏn sắc PMD x L1/2 (5.4)
- Đối với cỏp quang G.652 và G.655 hệ số tỏn sắc PMD ≤ 0.5 ps. km
- Đối với đƣờng trục mạch 1 do thời gian hoạt động đó khỏ dài nờn đƣợc tớnh toỏn với giả thiết hệ số PMD là: 0.3 ps. km
- Đối với đƣờng trục mạch 2 giả thiết hệ số tỏn sắc PMD là: 0.2 ps. km
- L: cự ly đƣờng truyền (km)
Vớ dụ : Thiết kế tuyến Hà Nội - Hà Tĩnh (mạch 2)
Do hệ thống dựng cho tốc độ 10Gbps trờn 1 bƣớc súng nờn sẽ sử dụng card OTU-2V (I01T10G) dựng trong thiết bị SURPASS HiT7300 của hóng Siemens với một số đặc tớnh kỹ thuật nhƣ sau:
o Đối với tuyến cự ly ngắn: 800ps/nm o Đới với tuyến cự ly dài: 1500ps/nm - Cụng suất phỏt: -0.7dBm ữ +1.7dBm - Bộ thu quang sử dụng loại APD
- Độ nhạy thu: -14dBm ữ -2dBm với BER=10-13 - Ngƣỡng thu tối đa: +1dBm
- Dải tần làm việc : băng C
Với nhu cầu xuất phỏt là sử dụng 4 bƣớc súng và dung lƣợng là 10Gbps trờn 1 bƣớc súng nờn sẽ chọn card MUX/DEMUX cú khả năng tỏch ghộp 4 bƣớc súng và cú thể nõng cấp lờn 16 kờnh (dự phũng cho việc phỏt triển hệ thống) → sử dụng card F04MDU-1. Cỏc bộ MUX/DEMUX đều sử dụng cỏch tử nhiễu xạ. Suy hao đối với bộ MUX là 5dB, đối với bộ DEMUX
là 4,5dB.
Hỡnh 5. 6: Card MUX/DEMUX F04MDU-1
Cỏc trạm OLA sử dụng cỏc card khuếch đại đƣờng dõy LALIC (long span inline amplifier) - hỡnh 5.7 đƣợc sử dụng để phự hợp với yờu cầu của thiết kế. Cỏc thụng số chớnh của card nhƣ sau:
- Khoảng khuếch đại: 17dB ữ 32dB - Mức khuếch đại tối đa: 38dB - Độ nhạy thu: - 27dBm ữ -16dBm - Cụng suất phỏt: - 4 dBm ữ +1dBm - Dải tần số làm việc : băng C
Chặng Hà nội - Nho Quan : mạch 2 sử dụng sợi quang G.655
- Tớnh suy hao đƣờng truyền
Chặng này cú chiều dài 105km, sử dụng sợi quang G.655 cú 35 mối hàn và 4 connector. Suy hao đƣờng truyền của chặng là :
L = 105 km x 0,25 dB/km + 35 x 0.05dB + 4x 0.5dB + 3dB = 33 dB
- Tớnh giỏ trị tỏn sắc sợi quang
Giỏ trị tỏn sắc của chặng là :
D = 105 km x 4 ps/nm.km = 420 ps/nm
- Xỏc định quỹ cụng suất, cấu hỡnh khuếch đại và bự tỏn sắc
Giỏ trị suy hao này quỏ lớn so với độ nhạy thu của OTU nờn cần phải cú cỏc card khuếch đại OBA, OLA và OPA trờn tuyến. Thụng thƣờng hay chọn hệ số khuếch đại bằng với suy hao đƣờng truyền. Với hệ số khuếch đại này ta cú thể dựng card LALPC (card OPA) và card LALBC (card OBA) cú hệ số khuyếch đại: +17dB ữ +32dB cho tuyến này. Do hệ số khuếch đại cú thể điều chỉnh đƣợc nờn chọn G1 = 20 dB.
Cụng suất đầu ra cho một kờnh 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 – Hũa Bỡnh = 33 dB
Với Pout = -18dBm nằm trong khoảng độ nhạy thu của card LALIC (-27dBm đến -16dBm ) nờn đảm bảo tớn hiệu đến Nho Quan vẫn thu đƣợc tốt.
Điều kiện để tại đầu thu cú thể thu đƣợc tớn hiệu tốt khi cú tỏn sắc là tỏn sắc tuyến phải nhỏ hơn giới hạn tỏn sắc của OTU. Do tuyến cự ly dài nờn giới hạn tỏn sắc của OTU là 1500ps/nm. Tỏn sắc của chặng là 420ps/nm nhỏ hơn giới hạn tỏn sắc của OTU nờn khụng cần phải thờm cỏc module bự tỏn sắc DCM.
- Tớnh giỏ trị OSNR
Theo cụng thức 5.2 thỡ
OSNR1 = Pout - L - NF - 10lgN - 10lg (hf)
= -18dB - 33dB - 5dB - 0 - 10lg(6,626. 10-34.1,935.1014.12,5.109) = 32 dB
OSNR1 = 32dB > 15dB do vậy tớn hiệu chặng này đảm bảo đƣợc thu tốt sau khuếch đại.
- Tớnh giỏ trị tỏn sắc PMD
PMD1 = 0,2 ps km. 105km= 2,05ps
Trị số tỏn sắc của chặng PMD1 = 2,05ps < 10ps đảm bảo cho hệ thống hoạt động tốt ở tốc độ 10Gbps.
Chặng Nho Quan - Nghĩa Đàn : mạch 2 sử dụng sợi quang G.655
- Tớnh suy hao đƣờng truyền
Chặng này cú chiều dài 148km, sử dụng sợi quang G.655 cú 50 mối hàn và 2 connector. Suy hao đƣờng truyền của chặng là :
L = 148 km x 0,25 dB/km + 50 x 0.05dB + 2x 0.5dB + 3dB = 43.5 dB
- Tớnh giỏ trị tỏn sắc sợi quang
Giỏ trị tỏn sắc của chặng là :
D = 148 km x 4 ps/nm.km = 592 ps/nm
- Xỏc định quỹ cụng suất, cấu hỡnh khuếch đại và bự tỏn sắc
Trạm Nho Quan là trạm OLA, chỉ sử dụng card khuếch đại đƣờng dõy LALIC. Tại Nghĩa Đàn, cụng suất thu đƣợc của mỗi kờnh sẽ là :
Pout = Pin – (suy hao đƣờng dõy) + (hệ số khuếch đại của card LALIC) Với: Pin = - 18dBm
Hệ số khuyếch đại G2 của card LALIC = 38dB (max 38dB) Nhƣ vậy: Pout = -18dBm - 43.5dB + 38dB = - 23,5dB
Với Pout = -23,5dB nằm trong khoảng độ nhạy thu của card LALIC nờn đảm bảo tớn hiệu đến Nghĩa Đàn vẫn thu đƣợc tốt.
Điều kiện để tại đầu thu cú thể thu đƣợc tớn hiệu tốt khi cú tỏn sắc là tỏn sắc tuyến phải nhỏ hơn giới hạn tỏn sắc của OTU. Do tuyến cự ly dài nờn giới hạn tỏn sắc của OTU là 1500ps/nm. Tỏn sắc của chặng là 592ps/nm nhỏ hơn giới hạn tỏn sắc của OTU nờn khụng cần phải thờm cỏc module bự tỏn sắc DCM.
- Tớnh giỏ trị OSNR
Theo cụng thức 5.2 thỡ
OSNR2 = Pout - L - NF - 10lgN - 10lg (hf)
= -23,5dB - 43,5dB - 5dB - 0 - 10lg(6,626. 10-34.1,935.1014.12,5.109) = 16 dB
OSNR2 = 16dB > 15dB do vậy tớn hiệu chặng này đảm bảo đƣợc thu tốt sau khuếch đại.
- Tớnh giỏ trị tỏn sắc PMD
PMD2 = 0,2 ps km. 148km= 2,43ps
Trị số tỏn sắc của chặng PMD2 = 2,43ps < 10ps đảm bảo cho hệ thống hoạt động tốt ở tốc độ 10Gbps.
Chặng Nghĩa Đàn - Hà Tĩnh : mạch 2 sử dụng sợi quang G.655
- Tớnh suy hao đƣờng truyền
Chặng này cú chiều dài 148km, sử dụng sợi quang G.655 cú 50 mối hàn và 2 connector. Suy hao đƣờng truyền của chặng là :
L = 148 km x 0,25 dB/km + 50 x 0.05dB + 2x 0.5dB + 3dB = 43.5 dB
- Tớnh giỏ trị tỏn sắc sợi quang
Giỏ trị tỏn sắc của chặng là :
D = 148 km x 4 ps/nm.km = 592 ps/nm
- Xỏc định quỹ cụng suất, cấu hỡnh khuếch đại và bự tỏn sắc
Tại Hà Tĩnh, cụng suất thu đƣợc của mỗi kờnh sẽ là :
Pout = Pin – (suy hao đƣờng dõy) + (hệ số khuếch đại OLA) Với: Pin = - 23,5dBm
Hệ số khuyếch đại G3 của card LALIC = 38dB (max 38dB) Nhƣ vậy: Pout = -23,5dBm - 43.5dB + 38dB = - 29dB
Cụng suất thu đƣợc trờn mỗi kờnh là -29dB khụng nằm trong độ nhạy thu OPA (-27dB đến -16dB) nờn tớn hiệu khụng đƣợc thu tốt tại Hà Tĩnh. Nguyờn nhõn là do cụng suất Pin = -23,5dB của chặng này quỏ nhỏ, cộng thờm qua khoảng cỏch tuyến dài gõy suy hao lớn. Để đảm bảo cụng suất tới trạm Hà Tĩnh vẫn nằm trong độ nhạy của thiết bị thu thỡ phải thay trạm khuếch đại đƣờng dõy tại Nghĩa Đàn bằng 1 trạm lặp OEO (opto-electro-opto). Cỏc trạm lặp cú đủ chức năng 3R (reshape, reamplify, retiming). Nhƣ vậy, cụng suất Pin của trạm sẽ là: 0dBm. Với khoảng cỏch từ Nghĩa Đàn - Hà Tĩnh là 148km, chỳng ta cần sử dụng thờm bộ khuếch đại cụng suất OBA. Card sử dụng cho khuếch đại cụng suất khoảng cỏch dài là card LALBC. Khi này, tại Hà Tĩnh, cụng suất thu đƣợc tại mỗi kờnh sẽ là :
Pout = Pin – (suy hao đƣờng dõy) + (hệ số khuếch đại) Với: Pin = 0 dBm
Suy hao đƣờng dõy (148km) = 43.5 dB
Hệ số khuyếch đại của card LALBC = 30dB (max 38dB) Nhƣ vậy: Pout = 0dBm – 43,5dB + 30dB = - 13,5dB
Điều kiện để tại đầu thu cú thể thu đƣợc tớn hiệu tốt khi cú tỏn sắc là tỏn sắc tuyến phải nhỏ hơn giới hạn tỏn sắc của OTU. Do tuyến cự ly dài nờn giới hạn tỏn sắc của OTU là 1500ps/nm. Tỏn sắc của chặng là 592ps/nm nhỏ hơn giới hạn tỏn sắc của OTU nờn khụng cần phải thờm cỏc module bự tỏn sắc DCM.
- Tớnh giỏ trị OSNR
Theo cụng thức 5.2 thỡ
OSNR3 = Pout - L - NF - 10lgN - 10lg (hf)
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 tớn hiệu chặng này đảm bảo đƣợc thu tốt sau khuếch đại.
- Tớnh giỏ trị tỏn sắc PMD
Trị số tỏn sắc của chặng PMD2 = 2,43ps < 10ps đảm bảo cho hệ thống hoạt động tốt ở tốc độ 10Gbps.
Tuyến Hà Nội - Hà Tĩnh
Theo cụng thức 5.3, giỏ trị OSNR của tuyến cú giỏ 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
Giỏ trị tỏn sắc PMD của tuyến = 0,2(ps km). 401(km) 4ps
Giỏ trị OSNR và PMD của tuyến đều đỏp ứng đƣợc yờu cầu của hệ thống DWDM, đảm bảo cho hệ thống hoạt động tốt ở tốc độ 10Gbps.
Dựa vào những số liệu đó tớnh toỏn ở trờn, cấu hỡnh tuyến Hà Nội – Hà Tĩnh đƣợc thiết kế nhƣ hỡnh 5.8 ở dƣới. LALBC Transponder card 10 G 10 G 10 G 10 G MUX/DEMUX Transponder card HÀ NỘI HÀ TĨNH OTU OTU OTU OTU λ1 λ2 λ3 λ4 G = 20 G.655 F 04 M D U -1 LALIC NHO QUAN G = 38 G.655 LALBC NGHĨA ĐÀN G = 30 G.655 REG 3R G.655 OADM DEMUX MUX R T R T R T R T Transponders Optical switch λ1 λ2 λN λ1 ,λ2,... λN λ1 ,λ2,... λN LALBC
Hỡnh 5. 8: Sơ đồ tuyến Hà Nội - Hà Tĩnh
Tớnh tƣơng tự với cỏc chặng cũn lại, ta cú đƣợc kết quả nhƣ cỏc bảng 5.1, 5.2 và 5.3.
Bảng 5.1: Tớnh toỏn suy hao và tỏn sắc đối với hệ thống DWDM STT Tuyến Loại sợi Cự ly (km) Số mối
hàn Connector Suy hao
Dự phũng suy hao
Tổng suy
hao Tỏn sắc
1 Hà Nội - Hũa Bỡnh G.652 85 29 4 27.25 dB 3 30.25 dB 1870 ps/nm 2 Hũa Bỡnh - 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
STT Tuyến Loại sợi
Cự ly (km)
Số mối
hàn Connector Suy hao
Dự phũng suy hao Tổng suy hao Tỏn sắc 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