5.2 Giải phỏp kỹ thuật 8 1-
5.2.3 Cấu trỳc mạng 8 4-
Hệ thống viễn thụng đƣợc xõy dựng đúng vai trũ là đƣờng trục quốc gia, đồng thời là trục liờn tỉnh cho cỏc tỉnh nằm dọc vựng duyờn hải từ Hà Nội đến Tp Hồ Chớ Minh. Do vậy, hệ thống viễn thụng này phải cú dung lƣợng, chất lƣợng và độ an toàn rất cao.
Hệ thống truyền dẫn đƣờng trục DWDM trờn mạch 1 và 2.
Hệ thống đƣờng trục trờn cỏp quang đƣờng dõy 500kV sử dụng cụng nghệ DWDM với 04 vũng chớnh, mỗi vũng sử dụng 02 sợi quang trờn đƣờng dõy 500kV mạch 1 và 02 sợi quang trờn đƣờng dõy 500 kV mạch 2 để tạo vũng:
Ring 1: Hà Nội - Hà Tĩnh Ring 2: Hà Tĩnh - Đà Nẵng
Ring 3: Đà Nẵng - Pleiku Ring 4: Plei Ku - Hồ Chớ Minh
Hệ thống truyền dẫn trờn mạch 3
Hệ thống truyền dẫn kết nối liờn tỉnh kết hợp với hệ thống truyền dẫn trờn đƣờng trục đƣợc tổ chức thành 04 Ring nhƣ trờn
Kết nối giữa hệ thống thụng tin đƣờng trục mach 1, 2 với hệ thống thụng tin đƣờng trục mạch 3.
Sau khi hệ thống DWDM và đƣờng trục mạch 3 đƣợc lắp đặt, việc tổ chức hệ thống đƣờng trục Bắc-Nam của ngành đƣợc thực hiện nhƣ sau:
Đƣờng trục mạch 1, 2 đang sử dụng 04 sợi quang trờn cỏp OPGW và đƣợc bảo vệ theo cơ chế MS-SPRING, vỡ vậy khi sử dụng 02 sợi quang trờn mỗi tuyến cỏp để thiết lập hệ thống DWDM sẽ khụng ảnh hƣởng đến hệ thống đang vận hành.
Hệ thống đƣờng trục sử dụng thiết bị hiT7070 sẽ sử dụng 02 sợi quang trờn cỏp mạch 1 và 02 sợi quang trờn cỏp mạch 2 để bảo vệ theo cơ chế SNCP. Hệ thống này sẽ hoạt động độc lập, phục vụ việc truyền tải lƣu lƣợng hiện đang đƣợc xen rẽ tại cỏc node trờn tuyến (ngoài cỏc node chớnh).
Hệ thống thụng tin trờn đƣờng trục mạch 3 sẽ đấu nối với hệ thống thụng tin đƣờng trục mạch 1, 2 thụng qua giao diện OTU 10Gbps tại cỏc vị trớ: Hà Nội, Hà Tĩnh, Đà Nẵng, Pleiku và thành phố Hồ Chớ Minh. Đõy cũng là cỏc điểm tập trung lƣu lƣợng trờn đƣờng trục của EVN. Hệ thống DWDM sẽ sử dụng 01 bƣớc súng để bảo vệ dung lƣợng cho mạch 3.
Cấu trỳc chung của mạng truyền dẫn
Định nghĩa cỏc loại node:
Cú 3 loại node: OTM, OLA và OADM.
Node OTM: là node chỉ cú một hƣớng đƣờng dõy, tại node này sẽ hạ xuống hoặc ghộp lờn tất cả cỏc dịch vụ.
Node OLA: là loại node cú hai hƣớng đƣờng dõy, cỏc dịch vụ khụng đƣợc ghộp lờn hoặc hạ xuống tại đõy mà chỉ đi ngang qua node này
Node OADM: cũng là loại node hai hƣớng đƣờng dõy, tại node này một số cỏc bƣớc súng cú thể đƣợc hạ xuống và ghộp lờn, cỏc bƣớc súng khỏc thỡ chạy thẳng qua.
Nhƣ vậy, với cấu trỳc phõn chia lƣu lƣợng: yờu cầu cỏc node quang tại cỏc điểm Hà Nội và thành phố Hồ Chớ Minh cú cấu hỡnh đầu cuối OTM. Cỏc node quang tại cỏc điểm Hà Tĩnh, Đà Nẵng, Pleicu cú cấu hỡnh OADM để xen rẽ cỏc bƣớc súng. Do đoạn Pleiku - N12 cú khoảng cỏch 165 km, N12 - N13 cú khoảng cỏch 164km, N13 - N14 cú khoảng cỏch 125km nờn tỷ lệ tớn hiệu quang/tạp õm (OSNR) theo tớnh toỏn sơ bộ sẽ thấp hơn yờu cầu. Vỡ vậy tại node N12 sẽ sử dụng một thiết bị cú chức năng tỏi tạo lại tớn hiệu (regenerator) để đảm bảo chất lƣợng tớn hiệu trờn hệ thống. Tại cỏc vị trớ khỏc chỉ sử dụng thiết bị khuếch đại quang OLA mà khụng xen rẽ cỏc bƣớc súng.
Với 4 bƣớc súng dung lƣợng mỗi bƣớc súng là 10Gbps trờn đƣờng trục DWDM mạch 1,2 đƣợc phõn chia cỏc bƣớc súng sử dụng nhƣ sau:
Bước súng 1: Xen rẽ tại cỏc điểm: Hà Nội - Hà Tĩnh - Đà Nẵng - Pleiku -
thành phố Hồ Chớ Minh bảo vệ dung lƣợng cho đƣờng trục STM - 64 mạch 3.
Bước súng 2: Xen rẽ tại cỏc điểm: Hà Nội - Đà Nẵng - Tp Hồ Chớ Minh Bước súng 3, 4: Truyền trực tiếp giữa Hà Nội - Tp Hồ Chớ Minh
5.2.4 Cấu trỳc bảo vệ đối với hệ thống DWDM [9]
Cơ chế bảo vệ OMSP (Optical Multiplex Section Protection)
Đối với cơ chế bảo vệ OMSP tớn hiệu sẽ đƣợc truyền đi trờn 2 đƣờng quang độc lập với một đƣờng hoạt động (working) và một đƣờng bảo vệ (protection) tại một thời điểm hệ thống sẽ hoạt động trờn một đƣờng cỏp quang và sẽ chỉ chuyển đƣờng bảo vệ khi một đƣờng cỏp quang cú sự cố. Cơ chế bảo vệ OMSP đƣợc thể hiện nhƣ sau:
Hỡnh 5. 3: Cơ chế bảo vệ OMSP
Đặc điểm:
- Bảo vệ hoàn toàn dung lƣợng trờn 02 đƣờng quang độc lập - Sử dụng 01 bộ Mux/Demux trờn một hƣớng đƣờng truyền - Mỗi bƣớc súng sử dụng 1 OTU
- Dung lƣợng: Đạt đƣợc ẵ tổng dung lƣợng.
- Khụng bảo vệ đƣợc card quang OTU. (Trong trƣờng hợp thiết bị xảy ra sự cố tại OTU hoặc MUX/DEMUX thỡ khụng đƣợc bảo vệ).
Cơ chế bảo vệ OSNCP (Optical Sub Network Connection Protection)
Đối với cơ chế bảo vệ OSNCP tớn hiệu sẽ đƣợc truyền đi trờn 2 đƣờng quang độc lập với một đƣờng hoạt động (working) và một đƣờng bảo vệ (protection) tại một thời điểm hệ thống sẽ hoạt động trờn cả 2 đƣờng cỏp quang. Cơ chế bảo vệ OSNCP đƣợc thể hiện nhƣ hỡnh 5.4.
Đặc điểm:
- Bảo vệ hoàn toàn dung lƣợng trờn 02 đƣờng quang độc lập - Sử dụng 02 bộ Mux/Demux trờn một hƣớng đƣờng truyền - Mỗi bƣớc súng sử dụng 2 OTU
- Dung lƣợng: Đạt đƣợc 100% tổng dung lƣợng.
- Bảo vệ đƣợc đến card quang OTU (Khi xảy ra sự cố trờn một hƣớng vẫn sử dụng hƣớng cũn lại để bảo vệ).
Hỡnh 5. 4: Cơ chế bảo vệ OSNCP
Để đảm bảo độ an toàn tối đa cho hệ thống và khả năng mở rộng dung lƣợng trong thời gian ngắn (khi dung lƣợng đƣờng trục tăng đột biến cú thể sử dụng dƣới dạng 100% lƣu lƣợng 80Gbps khụng bảo vệ) sẽ sử dụng cơ chế bảo vệ OSNCP cho hệ thống đƣờng trục DWDM. Đối với cơ chế bảo vệ OSNCP hệ thống chỉ tăng cấu hỡnh Card tại cỏc điểm đầu cuối OTM và điểm xen rẽ quang OADM, riờng tại cỏc điểm khuyếch đại quang OLA cấu hỡnh thiết bị là nhƣ nhau đối với hai loại cơ chế bảo vệ trờn.
5.3 Tớnh toỏn cỏc thụng số cho hệ thống DWDM và SDH/STM-64
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