3. Mó hoỏ hệ thụng thụng tin quang
2.7 Thiết kế tuyến thụng tin quang
1. Yờu cầu:
Kỹ thuật thụng tin quang phỏt triển với tốc độ nhanh. Cú nhiều hệ thống quang đang được sử dụng hiện nay dẫn đến sự khỏc nhau về loại sợi, bước súng cụng tỏc, loại linh kiện thu phỏt quang… Do đú khi thiết kế truyền thụng tin quang người ta cố gắng chọn cỏc phần tử cựng thế hệ để giảm chi phớ lắp đặt.
* Cơ sở của việc lựa chọn:
- Sợi quang: Thường chọn sợi đơn một (SM) để giảm suy hao và tăng giải thụng dễ hàn nối tăng cự ly truyền dẫn.
- Bước súng: Bước súng 1300mm đang được sử dụng phổ biến vỡ độ tỏn sắc của sợi là thấp nhất. Khi cần truyền với cự ly tiếp vận dài người ta chọn bước súng 1550mm do độ suy hao ở bước súng này thấp nhất. Đặc biệt dựng sợi đơn mode dịch tỏn sắc sợi quang làm việc ở bước súng 1500m cú độ tỏn sắc rất nhỏ.
- Linh kiện thu quang:
+ LED: Hoạt động ổn định hơn và giỏ thành rẻ hơn nờn được chọn trong những hệ thống mà sự hạn chế về cụng suất phỏt và bề rộng phổ của nú khụng ảnh hưởng đến hệ thống.
+ LESER: Được chọn trong những tuyến cú cự ly dài và tốc độ truyền dẫn cao.
- Linh kiện:
Cú thể chọn PIN hoặc APD ngày nay người ta thường chọn APD hoặc PINFET.
* Chọn thiết bị.
Chọn thiết bị chuẩn với hệ thống đỏp ứng được mọi chỉ tiờu cho phộp. Ngày nay cỏc thiết bị đều được chọn để ỏp dụng cụng nghệ SDH và đều cú chuẩn.
Cự ly L (km) <2km<15km<40km<80km <15km <40km <80km
Dung lượng B (MB/s).
622 Mb/sSTM-4 dung lượng 4 x 1920 kờnh STM-4 dung lợng 4 x 1920 kênh 2500 Mb/sSTM-16 dung lượng 16 x 1920 kờnh STM-16 dung lợng 16 x 1920 kênh
Mó hiệu cỏc hệ thống SDH.
Trong bảng: I (Intraband) cự ly I (Intraband) cự ly S (Sboztband)
L (long) số chỉ dung lượng * Chọn thiết bị chuẩn.
Chỉ tiờu kỹ thuật cần phỏt * Phỏt:
- Source: , PS phỏt cực đại: cụng suất phỏt cực tiểu. - Khoảng cỏch giữa phỏt và thu (S - R) Receiver.
- Tiờu hao cho phộp tớnh bằng dB.
- Tiờu hao trờn sợi L (km) + Tiờu hao mối hàn + Tiờu hao Jack nối + Tiờu hao dự phũng do linh kiện già húa.
- Mức tắn sắc cho phộp. * Thu:
+ Chỉ tiờu kỹ thuật:
- P receiver, Prmin, Prmax.
- Prmin: chỉ đảm bảo tỉ số BER (lỗi bớt) 10-9 10-10.
- Prmax: Đảm bảo an toàn. Trỏnh tớn hiệu tới đầu thu lớn chỏy đầu thu.
2. Tớnh toỏn thiết kế tuyến:
Việc tớnh toỏn tuyến truyền dẫn quang cú thể được tiến hành theo nhiều hướng, phụ thuộc vào yờu cầu đặt ra.
Tớnh cự ly tối đa của đoạn tiếp vận. Biết tốc độ bit và đặc tớnh của cỏc phần tử trong tuyến.
Tớnh giới hạn đặc tớnh của cỏc phần tử khi biết tốc độ và cự ly cần truyền. Thường cụng suất phỏt của LD ghộp vào sợi quang chỉ khoảng 1mW (odB/m).
Thực tế:
Tiờu hao bộ nối, Jack nối (nonnecfor). Biến động mức điện phỏt sai số do đo. Linh kiện bị già húa.
Suy hao của sợi quang.
Sau đõy là biểu đồ suy hao tớnh toỏn truyền dẫn
Port Dbm 10 10 1 0 0,1 -10 0,01 -20 0,001 -30 0,0001 -40
- Suy hao trung bỡnh mỗi khớp nối là 0,5 dB (ớt nhất là 2 giắc).
- Suy hao mối hàn phụ khi sửa chữa. Thụng thường nờn trừ suy hao dự phũng cho cỏp quang khoảng (0,2 dB 0,3 dB).
- Dự phũng do thiết bị lóo húa 0,3 dB 5dB. * Cỏch tớnh quỹ tổng quỏt:
Quỹ cụng suất của tuyến là: Pb (dB) = Pt - Pr - Lm - Lc
PS: Cụng suất phỏt
Pr: Độ nhạy mỏy thu tại điểm R Lm: Suy hao dự phũng
Lc: Suy hao mối hàn, giắc cắm.
Khoảng cỏch tối đa của trạm tiếp vận.
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
Lmax (Km) =
: Suy hao sợi quang.
+ : Suy hao trung bỡnh của mối hàn/km. =
: Độ suy hao trung bỡnh của sợi quang. : Suy hao dự phũng cho cỏp
+ Suy hao trung bỡnh của cỏp là: (db/km) = + +
- Tớnh cự ly giới hạn do giải thụng. - Cỏc thụng số cần biết.
+ Tốc độ bớt cần truyền: 8,34; 140, 565 MB/s
+ Loại mó đường dõy được sử dụng. Khi dựng mó 1B. 2B thỡ tốc độ truyền tăng gấp đụi. 5B. 6B thỡ tốc độ truyền tăng 6/5 lần. + Độ tỏn sắc Mode (GHz. Km) + Độ tỏn sắc thể + Độ rộng phổ của quang. - Cỏch tớnh: Dải thụng được tớnh B = 0,44 Dt (GHz) Dt: Độ tỏn sắc (ns) + Độ tỏn sắc của tuyến: Dt = Tỏn sắc Mode Dmod được tớnh: Dmod = 0,44/BL
BL dải thụng giới hạn bởi tỏn sắc mode K (GHz. Km) L Cự ly giới hạn bởi quỹ cụng suất (Km)
α(dB/Km)
Chiều dài cuộn cáp
Tỏn sắc sắc thể Dchr được tớnh: Dchr = Dmat + Dwg, Dwg << Dmat Dchr Dmat dmat. Trong đú: Dmat: tỏn sắc chất liệu (hs) Dwg: tỏn sắc ống dẫn súng dmat: tỏn sắc chất liệu (hs/ nm. km)
: Độ rộng phổ của nguồn quang (nm) - Độ rộng phổ tối đa cho phộp
Dmax = 1/4Br
Br = tốc độ bớt x hệ số tăng bớt của mó đường dõy Br: Tốc độ bớt thực sự (Gbit/s)
So sỏnh Dt với Dmax
Nếu Dt Dmax: Dải thụng bị giới hạn
Nếu Dt > Dmax: Dải thụng khụng bị giới hạn.
Nhưng phải giảm cự ly của đoạn tiếp vận cho Dt = Dmax
Sợi đơn Mode khụng cú tỏn săc Mode nờn: Dt = Dchr = dmat.
Độ tỏn sắc của sợi đơn Mode rất nhỏ, đặc biệt khi dựng ở bước súng 1300nm, nờn giải thụng của sợi đơn mode rất rộng. Trong nhiều trường hợp người ta khụng cần thiết tớnh cự ly giới hạn do dải thụng.
3. Vớ dụ về tớnh toỏn.
VD1: Cho cụng suất PS = OdBm = 1mW
Tiờu hao do Jack mất 1dB, do đú 1dB, già húa linh kiện 3dB, tiờu hao trờn mối hàn 0,1dB. Phớa thu Pr = -2,5dBm.
Quỹ cụng suất S-R = 19dB = 25dB -1-2-3dB. Do cú 2 mối hàn. Tớnh cự ly cực đại của hệ thống.
Giải: Sợi quang = 1310nm-> -> = 0,4 dB/km = 1550nm -> -> = 0,25 dB/km
Llý tưởng = = 47,5km.
Giả sử dựng cuộn cỏp dài 1km để lắp đặt ta cú số mối hàn giữa cỏc sợi 47- 1-46dB. Vậy tiờu hao do mối hàn 46 x 0,1 = 4,6dB.
Vậy Lmax = = 26km
VD2: Thiết kế tuyến theo yờu cầu cự ly: L = 35km
B = 622 Mh/s
B1: Tra bảng để chọn linh kiện. L4.1 cú độ dài 40km Sợi quang G652
Cú hệ số suy hao = 0,4dB/km. Độ tỏn sắc = ops.
B2: Tra bảng chọn thụng số của thiết bị L4.1 Psmax = + 2dBmP Prmax = - 2,8 dBm Psmin = - 3 dBmP Prmin = - 8dBm Quỹ cụng suất S - R = 10 24dB
B3: Tớnh P2 điều kiện - 28km Pr - 8dBm Tớnh: Pmax = Psmax - mối hàn - già húa - giỏc nối
sợi = 0,4 x 3,5km = 14dB
già húa = 0 (do thiết bị mới); Jack = 1 x 2 = 2dB. Do đú: Pmax = 2dB - 14 - 3,4 - 2 = 17,4 dBm Tớnh Prmin = Psmin - sợi - mối hàn - giỏc nối
= - 3 - 14 - 3,4 - 2 - 1dB (dự phũng buồng quỏ lớn). = - 22,4 dBm
Thiết bị tớnh toỏn ta cú: - 22,4 dBm < Pr = 17,4dBm. Thỏa món điều kiện - 28dB Pr - 8dB
Lưu ý: Gỉa sử Pmin tớnh được < - 28dBm. Ta cú thể chỉnh Psmin trong khoảng (- 3, + 2) hoặc chọn thiết bị cấp cao nếu độ chờnh lệch quỏ lớn.
VD3: Dựng sợi đa mode để truyền tốc độ 8Mb/s mó 5B. 6B
Biết: Ps = -20dBm, độ nhạy mỏy thu Pr = -51dB, Jack = 1 x 2 = 2dB, mối hàn = 0,1
Cuộn cỏp: 2km
Giới hạn giải thụng tỏn sắc mode Bz = 1GHz tỏn sắc chất liệu. Dmat = 3,5Ps/ nm. km.
Độ rộng phổ = 100nm
Suy hao dự phũng do thiết bị Lm = 4dB. Suy hao dự phũng cho cỏp m = 0,15 dB/km Suy hao trung bỡnh sợi = f = 0,5 dB/km Tớnh Lmax = ?
B1: Xỏc định quỹ cụng suất.
Db = Ps - Pr - Lm - Jack = - 20dBm = (-51dBm) - 4dB - 2dB = 25dB Suy hao trung bỡnh của cỏp:
c = f + s + m ( ( s = mối hàn/ Lcuộn cỏp) = 0,5 + 0,1/2 + 0,15 = 0,7 dB/km Cự ly giới hạn bởi Pb: L = Pb/ c = = 36km B2: Với độ tỏn sắc Dmode = = = 16hs Độ tỏn sắc sắc thể: Dchr = dmat. = 3,5. 100.36 = 12hs Độ tỏn sắc tổng cộng: Dt = Độ tỏn sắc cho phộp: Dmax =
Vậy cự ly L = 36km
PHẦN II
Cụng nghệ truyền dẫn SDH
Chương I
Sơ lược về cụng nghệ truyền dẫn
1.1 Kĩ thuật điều chế xung mó.
1.1.1 Cấu hỡnh cơ bản của tuyến truyền tin PCM
Trong mạng số việc truyền dẫn tiếng núi được thực hiện bằng số. Để thực hiện được điều đú người ta phải thực hiện quỏ trỡnh biến đổi tớn hiệu từ tương tự sang tớn hiệu số. Quy trỡnh biến đổi đú được gọi là kĩ thuật PCM (Plulse Code
Modunlation) hay cũn gọi là điều chế sung mó. Trong kĩ thuật PCM người ta sử lý tớn hiệu tương tự qua ba giai đoạn cơ bản sau:
- Lấy mẫu (Sampling)
- Lượng tử hoỏ (Quantitation) - Mó hoỏ (Coding)
Sau giai đoạn trờn, tớn hiệu tương tự sẽ được mó hoỏ và truyền đi tới đầu thu. Tại đõy người ta sẽ thực hiện tỏi tạo tớn hiệu ban đầu. Cụng việc này được gọi là quỏ trỡnh giải mó (Decoding). Quỏ trỡnh này được thực hiện theo thứ tự đảo đỳng như quỏ trỡnh mó hoỏ.
Đầu ra t- ơng tự Tái tạo và
thuyền dẫn Lấy mẫu Mã hoá Tái tạo
và trễ
Giải mã Lọc Đầu vào
tương tự Đầu ra số Đầu ra số
Phần thu Phần phát
1.1.2 Cơ sở lý thuyết PCM
Hệ thống PCM cú khả năng truyền những đặc tớnh của một đường cong tiếng núi phức tạp trong Modem chỉ cú hai điều kiện sử lý “Đúng” và “Mở”.
a). Lấy mẫu:
Nguyờn tắc cơ bản của điều xung mó là quỏ trỡnh chuyển đổi cỏc tớn hiệu liờn tục như tiếng núi thành tớn hiệu số rời rạc và sau đú tỏi tạo chỳng thành thụng tin ban đầu. Muốn làm được việc này, cỏc phần tử thụng tin được rút ra từ cỏc tớn hiệu tương tự một cỏch tuần tự. Quỏ trỡnh này được gọi là cụng việc lấy mẫu.
Quỏ trỡnh lấy mẫu tớn hiệu thoại.
(a): Tớn hiệu tiếng núi n(t) (b): Xung lấy mẫu S(t) (c): Chức năng lấy mẫu
Trong kĩ thuật tớn hiệu thoại người ta thường sử dụng tớn hiệu phổ tiếng núi nằm trong giới hạn 300Hz đến 3400Hz. Bởi vậy trước khi lấy mẫu phải cho tớn hiệu thoại qua bộ lọc thụng thấp để hạn chế để hạn chế phổ tiếng núi dưới 3400Hz. Theo thuyết lấy mẫu của Shanon, cỏc tớn hiệu ban đầu cú thể được khụi phục khi tiến hành cụng việc lấy mẫu trờn cỏc phần tử tớn hiệu được truyền đi ở chu kỡ nhanh hơn hai lần tần số cao nhất Τmax< 1/2ƒmax. Nờn trong kĩ thuật PCM tần số lẫy mẫu là 8000 mẫu trong một giõy cho tớn hiệu cú bằn tần từ 300Hz đến 3400Hz. - Lấy mẫu theo quóng thời gian.
∆T≤1/2ƒmax
Ở tần số ƒmax = 3400Hz rất khú lọc nờn trong thực tế người ta lấy ƒmax
=1/2x4000 Hz = 120 às.
Trong đú ƒmax là tần số lớn nhất của tớn hiệu thoại được sử dụng.
b). Lượng tử hoỏ.
Sau khi rời rạc hoỏ tớn hiệu tương tự thành một chuỗi cỏc tớn hiệu chung PAM cú biờn độ thay đổi theo giỏ trị biờn độ của tớn hiệu đầu vào tương tự. Cụng việc tiếp theo là đo độ cao của từng xung trong đường cong PAM và gỏn cho mỗi xung một giỏ trị bằng số. Tất cả cỏc mẫu nằm trong một khoảng cỏch đó cho sẽ được gỏn cho một trị số chung. Việc này được gọi là tương tự hoỏ một mẫu.
Do việc làm trũn biờn độ xung mẫu nờn khụng thể trỏnh khỏi sai số dẫn đến biến đổi dạng lượng tử. Độ mộo lượng tử khụng độc lập mà cú liờn quan tới biờn độ, Cỏc xung mẫu nhỏ cú biến dạng lượng tử nhỏ cũn cỏc xung mẫu lớn nhận biến dạng lượng tử lớn. Để giảm độ mộo lượng tử cú thể dựng hai cỏch nh sau:
- Hoặc là tăng khoảng lượng tử theo biờn độ đú là quỏ trỡnh nộn giản.
t Biên độ
Đối với kĩ thuật điện thoại PCM. CCITT khuyến nghị sử dụng hai quy luật lượng tử đú là Luật A và Luật M. Trong đú luật M sử dụng cho khối Bắc Mỹ và Nhật bản. ở đõy ta xột hệ chuẩn 30/32 đang sử dụng rộng rói trong nước.
+ Phổ tớn hiệu thoại 0.3KHz đến 3,4KHz
+ Tần số lấy mẫu tớn hiệu ƒ = 8KHz với (T- 125às) + Dựng kĩ thuật nộn giản A = 87,6
Ax/1+ lnAvới 0 với 0 ≤ x ≤ 1/A 1 + lnAx/1 + lnAvới 1/A với 1/A ≤ x ≤ 1 - ở hệ thống chuẩn PCM 30/32
+ Khe hở thời gian cho một kờnh là T = 125/32 = 3,9 às + Số đơn vị mó trong một tổ hợp là 8 bit/s
+ Thời gian cho 1 bit = 488 ηs
+ Tốc độ bit cho một kờnh 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 kờnh cho tớn hiệu thoại, kờnh 0 dựng cho đồng bộ và kờnh 16 dựng cho bỏo hiệu.
c). Mó hoỏ.
Trong thoại người ta dựng cỏc khoảng cỏch lượng tử hoỏ 256 cho ta 256 trị số khỏc nhau để truyền. Mó hoỏ là gỏn cho 256 trị số cú thể một dạng để truyền dẫn.Để thực hiện mó hoỏ người ta dựng cỏc xung nhị phõn. Tỏm xung nh vậy (8 bit) là đủ tạo ra một mó hoỏ duy nhất cho mối giỏ trị xung lượng tử (28 =256). Mó nhị phõn 8 bit thường được coi là một từ PCM. Một từ PCM tương ứng với một mẫu, mỗi giõy cú 8000 từ PCM được tạo ra. Với một hệ thồng chuyển mạch chỳng ta cú một dũng bit 8x8000 = 64Kb/s trờn đường nối số. Đú chớnh là tốc độ bit cho một kờnh thoại cơ sở.
1.2 Kỹ thuật TDM và tiờu chuẩn ghộp kờnh ở Việt Nam .
1.2.1. Khỏi niệm về thụng tin nhiều kờnh.
Để cú thể truyền dẫn được vài cuộc đàm thoại trờn cựng một cằp dõy. Trong trường hợp tương tự, người ta sử dụng ghộp đường. ở đõy cỏc tớn hiệu thoại được ghộp với cỏc tần số súng mang cú băng tần khỏc nhau với kỹ thuật ghộp kờnh phõn chia theo tần số FDM (Frequency Division Multiplex). ở đõy đầu thu người ta tỏch cỏc tớn hiệu súng mang và phục hồi cỏc kờnh ban đầu.
Một kỹ thuật hoàn toàn khỏc được sử dụng trờn mạng số là phương phỏp ghộp đường phõn chia thời gian TDM (Time Division Multiplex). Vớ dụ trong trường hợp cần phải ghộp 3 kờnh số để đưa lờn cựng một đường dõy, thỡ mỗi bit trờn đường dõy này chỉ được dựng trờn trong khoảng thời gian bit thứ 3 của mỗi bit nguyờn thuỷ. Tốc độ bit trờn đường dõy chung do vậy cao gấp 3 lần.
1.2.2. Ghộp kờnh nhúm sơ cấp và tiờu chuẩn ghộp kờnh ở Việt Nam.
Khi sử dụng phương phỏp ghộp kờnh phõn chia theo thời gian, liờn lạc khụng cú lỗi chỉ cú thể thực hiện được nếu cỏc bit, cỏc khung và cỏc kờnh được
đồng bộ hoỏ cựng một kiểu nh nhau tại nơi phỏt và nơi thu. Ghộp kờnh là một quỏ trỡnh chuyển đổi một số tớn hiệu thành tớn hiệu số tốc độ cao.
Trong nhúm sơ cấp PCM-I người ta sử dụng phương phỏp xen từ để đơn giản hơn sự thiết lập mà hoỏ chung cho nhiều đường gọi. Ngoài ra khi ghộp kờnh