CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN HèNH CÁP
3.3. Phương ỏn phỏt triển hệ thống SMATV sử dụng mạng truyền dẫn HFC tại Hà Nụ̣
3.3.3.1. Khảo sỏt, thiết kế mạng quang
1. Xỏc định cỏc thụng số hoạt động của hệ thống
Cụng việc đõ̀u tiờn khi thiết kế hệ thống mạng cỏp quang là phải lựa chọn, tớnh toỏn kỹ lượng cỏc thụng số hoạt động của mỗi thành phõ̀n trong hệ thống phỏt quang. Đú là những vấn đề liờn quan đến tốc độ dữ liệu, tỷ số lỗi bit trong hệ thống số, độ tuyến tớnh, tỷ số S/N trong hệ thống tương tự, khoảng cỏch truyền tớn hiệu, loại sợi quang sử dụng, cụng suất mỏy phỏt quang, loại nguồn quang…được đề cập trong bảng dưới đõy:
Bảng 3.1: Thụng số hoạt đụ̣ng của mỗi thành phần trong hệ thống phỏt quang
Nụ̣i dung Lựa chọn
Khoảng cỏch truyền dẫn tớn hiệu Độ phức tạp của hệ thống tăng theo khoảng cỏch truyền
Loại sợi quang sử dụng Đơn mode hay đa mode
Độ tỏn sắc Kết hợp với mỏy phỏt tớn hiệu hay là bự tỏn sắc Sợi phi tuyến Đặc tớnh sợi, bước súng, cụng suất nguồn phỏt Cỏc bước súng hoạt động 1310, 1550 nm
Cụng suất phỏt Tớnh bằng dBm Loại nguồn quang LED hay Laser
Độ nhạy thu Tớnh bằng dBm
Hỡnh 3.2: Mụ hỡnh thiết bị đầu cuối của hệ thống
Bộ chia cỏp đồng trục
Bộ tỏch súng PIN, APD hay IDP Loại điều chế AM, FM, PCM hay số Tỷ số lỗi bit (cho hệ thống số) 10-9 hay 10-12 … Tỷ số tớn hiệu/tạp õm S/N Tớnh bằng dB Số connector hay mối hàn nối sử
dụng trong hệ thống
Tớn hiệu sẽ suy hao tăng theo số connector hay mối hàn nối
Cỏc yờu cõ̀u về mụi trường hay
hạn chế khỏc Độ ẩm, nhiệt độ, ỏnh sỏng
Cỏc yờu cõ̀u cơ học Dễ bốc chỏy, dựng trong nhà hay ngoài trời, cỏp treo hay cỏp chụn……
Trong đú khoảng cỏch truyền dẫn tớn hiệu là vấn đề cõ̀n chỳ ý nhất. Nú liờn quan đến việc chọn lựa cụng suất cũng như loại nguồn phỏt quang, loại sợi quang (sợi đơn mode cho khoảng cỏch truyền đi xa hơn), từ đú chọn loại và độ nhạy mỏy thu quang phự hợp. Ngoài ra cũng chọn loại điều chế cho thớch hợp với khoảng truyền xa.
Khi thiết kế 1 hệ thống mạng quang phức tạp cõ̀n tớnh toỏn suy hao tổng, để ước lượng cụng suất quang cõ̀n dựng, bước súng hoạt động, suy hao sợi quang và độ nhạy thu quang.
Phõn tớch độ nhạy thu quang để xỏc định mức quang tối thiểu cõ̀n cú để thu được. Độ nhạy thu chịu ảnh hưởng do tạp õm mật độ nguồn phỏt quang, tạp õm sợi quang, tạp õm của bộ tỏch súng, nhiễu ký tự, tỷ số lỗi bit và trượt thời gian (jitter).
Cũng cõ̀n xem xột về vấn đề mụi trường. Bởi nhiệt độ ảnh hưởng tới hiệu suất của LED, laser và sợi quang. Khi thiết kế đưa ra cỏc yờu cõ̀u chung về an toàn chỏy nổ, phỏt xạ EMI và cỏc thụng số khỏc. Chắc chắn mụi trường hiện tại sẽ cú nhiều ảnh hưởng đến mạng cỏp quang nờn phải lựa chọn loại cỏp cẩn thận.
Cõ̀n cõn nhắc về chi phớ cho 1 hệ thống mạng cỏp quang. Cỏc thành phõ̀n như loại mỏy phỏt quang, bước súng phỏt, loại connector, loại sợi cỏp quang, loại mỏy tỏch súng quang sẽ ảnh hưởng đến toàn bộ chi phớ cũng như hiệu suất của mạng. Núi chung cõ̀n
thiết kế 1 hệ thống mạng cỏp quang cú chi phớ hiệu quả nhất phự hợp với nhu cõ̀u sử dụng.
Một số nội dung, khỏi niệm cõ̀n quan tõm khi thiết kế hệ thống mạng cỏp quang: - Suy hao vật liệu trong hệ thống: Liờn quan đến kết quả băng tõ̀n và khoảng cỏch, được thể hiện bằng suy hao quang trờn một sợi quang nào đú. Nếu là hệ thống đó được xõy lắp từ trước và chỉ cõ̀n nõng cấp thỡ thụng tin này được xỏc định dễ dàng. Nếu là xõy dựng 1 mạng mới thỡ phải biết được khoảng cỏch truyền (vớ dụ khoảng cỏch từ mỏy phỏt đến mỏy thu) để tớnh toỏn suy hao vật liệu sợi. Từ đú xỏc định cụng suất mỏy phỏt quang và/ hoặc mỏy phỏt trung gian.
- Loại tớn hiệu phỏt đi: bao gồm tớn hiệu hỡnh, õm thanh, số liệu và chỉ ra là tớn hiệu số hay tương tự.
- Lựa chọn loại sợi quang: loại đơn mode hay đa mode. Khoảng cỏch truyền, loại tớn hiệu phỏt và ứng dụng sẽ xỏc định loại sợi nào dựng là phự hợp nhất. Để truyền đi xa, tốc độ cao, nhiều kờnh thỡ chọn sợi đơn mode, ngược lại nếu truyền với khoảng cỏch ngắn, tốc độ thấp, 1 kờnh riờng lẻ thỡ chọn sợi đa mode cú giỏ thành thấp hơn.
- Lựa chọn loại connector quang: cũng như sợi quang, tuỳ vào hệ thống khỏc nhau sẽ cú cỏc yờu cõ̀u khỏc nhau. Phải chọn loại connector để giảm phản xạ, dễ lắp đặt, khối lượng phự hợp và cú giao diện thớch hợp với cỏc hệ thống cú sẵn.
2. Cấu trỳc Topo của mạng cỏp quang
Thụng thường cấu trỳc mạng cũn tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố: địa lý, mật độ dõn cư, liờn quan đến việc nõng cấp và nhiều yếu tố khỏc nữa. Tuy nhiờn hõ̀u hết chỳng đều cú cấu trỳc theo kiểu vũng - sao - chuỗi.
Điển hỡnh là một hay nhiều mạch vũng cỏp quang kết nối giữa HE sơ cấp và cỏc HUB sơ cấp, trong một số trường hợp khỏc thỡ cỏc vũng thứ cấp lại liờn kết giữa cỏc HE với cỏc HUB thứ cấp hoặc cỏc node quang đõ̀u cuối OTN. Từ đõy cỏc node quang FN được liờn kết với cỏc HUB, OTN hoặc HE theo dạng cấu trỳc hỡnh sao.
Từ node quang FN thụng qua cỏp đồng trục phõn phối tớn hiệu đến cỏc hộ thuờ bao HP theo dạng cõy và dạng chuỗi.
Cấu trỳc mạch vũng cú dự phũng 1+1 cho độ tin cậy của hệ thống cao hơn. Vỡ khi trờn đường truyền cú xảy ra sự cố thỡ sẽ thực hiện chuyển mạch tự động / nhõn cụng sang hệ thống dự phũng để đảm bảo tớn hiệu truyền được thụng suốt.
3. Nguồn cụng suất quang
Như ta đó biết, tớn hiệu quang được phỏt ra từ Diode Laser trong mỏy phỏt quang. Cụng suất quang phỏt ra được đo bằng dBmW.
Cụng thức đổi mW sang dBm: 10log( mW) = dBm
Như vậy, 1mW tương ứng với 0dBm. Nếu cụng suất cổng ra của mỏy phỏt quang là 3dBm cho giỏ trị bằng 2 lõ̀n mức tại 0dB, tức là 3dBm = 2mW. Tương tự như vậy, 6dBm = 4mW; 9dBm = 8mW; 12dBm = 16mW.
Ngày nay, hõ̀u hết cỏc mỏy phỏt quang 1310nm đều cho cụng suất quang từ 4- 12mW. Khi cụng nghệ mới phỏt triển người ta cú xu hướng sử dụng thiết bị cú bước súng quang 1550nm mang lại nhiều ưu điểm, tuy nhiờn cũng cõ̀n phải cõn nhắc đến chi phớ.
4. Suy hao cỏp và cỏc mối nối
Cỏp quang cú suy hao 0.35dB/km tại 1310nm, 0.2dB/km tại 1550nm. Tuy nhiờn khi tớnh toỏn thực tế thỡ cõ̀n tớnh thờm vào suy hao cỏp theo lý thuyết một số cỏc hệ số sẽ đề cập dưới đõy.
Từ đõ̀u ra của mỏy phỏt quang, cụng suất quang sẽ bị suy hao do hệ thống mạng phõn phối trước khi đưa đến mỏy thu. Do đú người thiết kế phải tớnh toỏn sao cho tổng cụng suất quang phỏt ra sẽ bự lại được mức suy hao quang trong mạng phõn phối, đú là suy hao qua hệ thống cỏp, bộ chia quang, connector, mối hàn nối để đảm bảo mức vào đõ̀u thu vẫn đạt được yờu cõ̀u.
Bảng 3.2: Thụng số suy hao của mụ̣t số thiết bị tớnh tại cửa sổ 1310nm
STT Loại thiết bị quang Mức suy hao Ghi chỳ
2 Mối hàn 0.05 –0.1dB
/mối hàn
0.05 dB/mối: hàn gia nhiệt 0.1 dB/mối: hàn cơ học 3 Connector SC hoặc FC 0.2-0.3dB Thụng thường tớnh =0.3dB 4 Adapter SC/APC hoặc
FC/APC 0.15-0.3dB
Thụng thường tớnh =0.2dB
5 Đuụi cỏp (Pigtail) 0.3dB 1 đõ̀u cú connector 6 Dõy nhảy (Jumper) 0.6dB 2 đõ̀u cú connector
(là mức suy hao cụng suất được tớnh thờm vào khi qua
cỏc cổng quang) (1x3) : 0.6dB (1x4) : 0.6dB (1x5) : 0.9dB (1x6) : 0.9dB (1x7) : 0.9dB (1x8) : 0.9dB (1x9) : 1.2dB (1x10) : 1.2dB (1x12) : 1.2dB (1x13) : 1.2dB (1x14) : 1.2dB (1x15) : 1.2dB (1x16) : 1.2dB (1x17) : 1.5dB (1x18) : 1.5dB (1x19) : 1.5dB (1x20) : 1.5dB 5. Dự phũng cỏp
Nếu cỏp quang đứt hỏng thỡ cõ̀n phải thực hiện hàn nối lại. Quỏ trỡnh hàn nối yờu cõ̀u cõ̀n phải dồn 1 đoạn cỏp dư. Để đề phũng mọi bất trắc xảy ra nờn để dư đoạn cỏp quang. Vớ dụ cứ 2km cỏp quang thỡ cuộn để dư nhỏ nhất từ 10m đến lớn nhất là 100m.
6. Suy hao dự phũng
Thụng thường khi thiết kế để mức suy hao dự phũng là 0.4dB. Mức dự phũng này được đưa ra nhằm bự lại độ lệch tớnh toỏn như chiều dài cỏp, cỏc mối hàn nối để đảm bảo hệ thống vẫn hoạt động tốt. Mức dự phũng này cũng cũn để bự lại sự suy giảm chất lượng của cỏc thiết bị theo thời gian như đặc tớnh sợi cỏp quang, cụng suất phỏt quang của mỏy phỏt laser thấp hơn, cỏc mối hàn nối …
Như vậy ta thiết lập được cụng thức tớnh như sau:
Cụng suất mỏy phỏt quang yờu cõ̀u = Suy hao bộ chia quang + suy hao cỏp + suy hao cỏc mối hàn + phõ̀n dự phũng 0.4dB + suy hao connector.
7. Loại cỏp quang
Trong hệ thống mạng quang rất ớt khi người ta sử dụng cỏp cú 1-2 sợi quang. Tối thiểu phải là 6-8 sợi. Thụng thường dựng loại 12 và 24 sợi. Cũng cú thể dựng loại cỏp cú số sợi lớn hơn tuỳ thuộc vào từng hệ thống mạng thiết kế.
Khi thiết kế cũng phải tớnh số sợi dự phũng.
8. Thiết bị chia quang
Tapoff và Sliptter là cỏc thiết bị sử dụng trong mạng đồng trục dựng để phõn phối tớn hiệu điện. Núi chung cỏc bộ chia Splitter chia tớn hiệu đõ̀u vào thành cỏc đõ̀u ra tương đương nhau, cũn cỏc bộ Tapoff thỡ phõ̀n lớn tớn hiệu đõ̀u vào được chuyển tới đõ̀u ra, cỏc nhỏnh tapoff đõ̀u ra được đỏnh suy hao thường theo mức -10dB đến - 20dB.
Trong mạng quang tớn hiệu cũng được phõn nhỏnh bởi cỏc bộ chia quang, chủ yếu dựng cỏc bộ chia 1x2, tuy nhiờn 2 đõ̀u ra thường khụng giống nhau, mà biến đổi theo tỉ lệ khỏc nhau. Do đú thuật ngữ chia quang đều (optical splitter) hay khụng đều (optical tapoff, optical coupler) đều để chỉ bộ chia quang. Cỏc bộ chia quang này cú thể cú hoặc khụng cú cỏc connector (trung bỡnh suy hao 0.35dB/connector).
Cõ̀n chỳ ý khi đọc tỉ số bộ chia quang do nhà cung cấp đưa ra. Một số nhà sản xuất quy định theo mức phỏt quang, vớ dụ bộ chia 40:60 cú nghĩa là cổng 40% cú cụng suất(mW) truyền qua bằng 40% cụng suất quang đõ̀u. Một số nhà sản xuất khỏc lại quy định theo mức suy hao, vớ dụ bộ chia 40:60, nghĩa là cổng thứ nhất suy hao 40%, cổng thứ 2 suy hao 60% so với mức cụng suất quang đõ̀u vào. Cả hai cỏch trờn đều đỳng, quan trọng là người thiết kế phải nắm được số liệu khi sử dụng.
Trong thực tế, ta cõ̀n tớnh thờm suy hao do mối hàn trong bộ chia, như vậy, sau khi tớnh mức cụng suất tại cỏc cổng ra ta cõ̀n trừ đi giỏ trị suy hao 0.1dB. Sau đú tớnh tiếp suy hao khi tớn hiệu đi qua connector của cỏc cổng bộ chia.
9. Tớnh toỏn suy hao tổng thể mạng
Theo hỡnh 3.3, ta cú thể tớnh được tổng suy hao:
Giả sử mỏy phỏt quang cú cụng suất 12dBm, cụng suất này được chia bởi bộ chia quang T-1 thành 2 đường: đường 30% (suy hao 5.66dB), 70% (suy hao 1.92dB).
Cổng suy hao 5.66dB của bộ chia T-1 được đưa vào bộ chia T-2 cú tỉ lệ chia 45:55 (suy hao 3.93dB/3dB), khi đú đõ̀u ra cú suy hao cao hơn (45%) cú cụng suất quang là:
12 – 5.66 – 3.93 = 2.41dBm.
Tớn hiệu quang này đi qua 3Km cỏp quang đến điểm đõ̀u cuối A (3 Km cỏp quang cú suy hao là: 3x0.4=1.2dB).
Do đú tớn hiệu quang cũn lại là 2.41-1.2=1.21dBm, với tổng suy hao của connector là 0.7dB, nờn tớn hiệu tại A là 1.21-0.7=0.51dBm. Tớn hiệu dự phũng tớnh là 0.4dB khi đú tớn hiệu vào mỏy thu quang là 0.11dBm.
Tương tự sẽ tớnh được tớn hiệu quang tại B là: -0.16dBm, tại C: 1.45dBm, tại D: 1.18dBm.
Trờn đõy mụ tả phương phỏp thiết kế mạng quang cho hướng xuụi chiều, phương phỏp thiết kế quang hướng ngược chiều cũng cú những tớnh toỏn tương tự như trờn, tuy nhiờn, cú một số điểm cõ̀n lưu ý sau:
- Mạng quang hướng xuụi chiều mang tớnh chất phõn chia tớn hiệu, mạng quang hướng ngược chiều là chạy thẳng hoặc tập trung (nếu sử dụng phương phỏp ghộp quang hiện đại).
- Cụng suất phỏt quang ngược chiều thường cú cỏc mức: -4dBm, 0dBm, +3 dBm. Tuy nhiờn, mỏy thu quang ngược dũng cũng thường cú độ nhạy rất cao, mức thấp nhất:- 16dBm.
Vỡ vậy, khi thiết kế mạng quang cõ̀n tớnh toỏn khoảng cỏch, cỏc điểm đặt trạm lặp, ODF hợp lý để mạng cú thể hoạt động được cả hướng ngược chiều trờn cựng một tuyến cỏp, trỏnh xảy ra tỡnh trạng phải kộo thờm một tuyến cỏp mới cho hướng ngược chiều. 3.3.3.2. Khảo sỏt, thiết kế mạng đồng trục
1. Khảo sỏt
Fiber Transmitter 12 dBm
HEAD END
Hình 4 : Cá ch tính tổn hao quang theo hình 3. Tất cả cá c bộ chia quang đặt tạ i Headend
T- 1 30:70 C D -3.93dB -3.0dB 1.18dBm 9 Km 3 .6 dB Loss -1.92dB T -3 45 :55 10.08dBm 12 Km 4 .8 dB Loss 1.45dBm -5.66dB 6.34dBm A B -0.16dBm 0.11dBm 3 Km 1 .2 dB Loss 6 Km 2 .4 dB Loss -3.93dB -3.0dB T -2 45 :55
Trước khi thiết kế mở rộng hay nõng cấp một hệ thống, phải thực hiện phõn tớch kỹ kỹ thuật hệ thống. Kết quả đỏnh giỏ kỹ thuật chớnh xỏc và đõ̀y đủ sẽ giỳp xỏc định được cõ̀n phải nõng cấp hay thiết kế mới hệ thống nào đú.
Cỏc nội dung cõ̀n phõn tớch khi nõng cấp hoặc mở rộng mạng CATV: 1. Số hộ dõn cú nhu cõ̀u?
2. Tổng số hộ dõn đó lắp đặt truyền hỡnh cỏp/node quang? 3. Tổng số cỏp treo/cỏp ngõ̀m ?
4. Tõ̀n số hệ thống hiện tại sử dụng MHz
5. Cú kế hoạch nõng cấp từ trước đú khụng? Băng tõ̀n sử dụng trước đú là ---- MHz
6. Dự định thay đổi tõ̀n số hiện tại MHz 7. Loại cỏp đồng trục đó sử dụng? 8. Loại thiết bị thụ động? tớch cực? 9. Loại connector đang dựng? 10. Cấu trỳc hệ thống đó cú chưa?
11. Số tõ̀ng khuếch đại dài nhất trờn đường trục chớnh? đường nhỏnh? Nhỏnh cuối? 12. Số tõ̀ng khuếch đại dài nhất thứ 2 trờn đường trục chớnh? đường nhỏnh? Nhỏnh
cuối?
13. Số tõ̀ng khuếch đại dài nhất thứ 3 trờn đường trục chớnh? đường nhỏnh? Nhỏnh cuối?
14. Số sợi quang đó dựng / node quang?
15. Tiềm năng của hệ thống mạng? Thấp / Trung bỡnh / Cao?
16. Thay thế cỏc thiết bị mới vào vị trớ thiết bị cũ cú phự hợp khụng? (chỳ ý về connector)
17. Số khuếch đại hiện sử dụng cú khả năng thay thế modul mới? 18. Băng tõ̀n cho cỏc bộ chia thuờ bao đó sử dụng ? -----MHz
Trước khi tớnh toỏn thiết kế cũng cõ̀n thực hiện kiểm tra lại toàn bộ kế hoạch của dự ỏn: nõng cấp, xõy dựng mới hay xõy dựng lại. Cụng việc thẩm tra này rất quan trọng đối với tiến trỡnh xõy dựng mạng CATV. Nếu khụng đỏnh giỏ đỳng và chi tiết thỡ việc thiết kế cũng như thi cụng sau này sẽ bị sai, mạng sẽ cú chất lượng kộm. Ngược lại, nếu làm tốt sẽ thuận lợi cho thiết kế đỳng tiến độ, đảm bảo chất lượng, chớnh xỏc.
Ngoài ra cũng cõ̀n phải cú 1 bản đồ khu vực thiết kế. Khi kiểm tra, khảo sỏt cũng phải rất chỳ ý để tỡm ra những điểm bất thường. Vớ dụ khi cú mương dẫn nước chạy ngõ̀m qua khu nhà nào đú thỡ phải chỳ thớch lờn bản đồ để trỏnh trường hợp cỏp ngõ̀m được thiết kế chạy cắt ngang qua đú.
Một điều nữa cũng cõ̀n chỳ ý khi thể hiện trờn bản vẽ là hệ thống cỏc ký hiệu phải thống nhất để đảm bảo cho mọi người đều đọc và hiểu được.
2. Xỏc định vị trớ và thiết kế node quang
- Để xỏc định phạm vi bao phủ của node quang thỡ dựa vào cỏc yếu tố sau: