Chương II. GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN CÁP QUANG BIỂN WDM
II.2. Các đặc tính và các thành phần của hệ thống cáp quang biển WDM
II.2.1. Các đặc tính và phẩm chất hệ thống
1) Đặc tính và phẩm chấ ủt c a Ph n đường truyềầ n s (DLS) ố
- DLS của hệ thống cáp quang biển sẽ phù hợp với các khuyến nghị ITU- T. Theo đó, đặc tính của tín hiệu số tại giao di n v i m ng n i ệ ớ ạ ộ địa (Terrestrial Interface – TI) phải tuân thủ ITU-T G.707 và G.957.
- Chỉ tiêu chất lượng lỗi của hệ thống cáp quang biển sẽ tuân thủ ITU-T G.826 về tu i thổ ọ hệ ố th ng, v các tham s lỗề ố i nh sốư giây l i nghiêm tr ng (SES), ỗ ọ số giây lỗi (ES)…
- V ề độ khả dụng hệ thống tại TI: tuân thủ theo ITU-T G.826. Độ khả dụng của hệ thống rõ ràng phụ thuộc vào các loại giao diện TI khác nhau, do đó độ không khả dụng c a h th ng c n được tính theo độ kh dụủ ệ ố ầ ả ng c a TI trong cùng m t th i ủ ộ ờ gian. Chỉ tiêu về độ không khả dụng áp d ng cho th i gian không kh dụng gây ra ụ ờ ả bởi các thiết bị thành phần hệ thống, bao gồm các ho t ạ động chuy n m ch, h ng ể ạ ỏ hóc thiết bị, các công việc bảo dưỡng và giám sát dẫn đến gián o n 10 giây hoặc đ ạ lớn hơn. Nó không bao gồm nh ng h h ng gây b i các nguyên nhân bên ngoài nh ữ ư ỏ ở ư đánh cá, neo tàu làm m t ngu n cấấ ồ p TTE và nh ng kho ng th i gian c t ngu n h ữ ả ờ ắ ồ ệ thống để sửa chữa.
- Chỉ tiêu về jitter của hệ thống cáp quang biển sẽ tuân theo ITU-T G.957.
- Chỉ tiêu ch t lượng t ng c ng end-to-end c a mộấ ổ ộ ủ t DLS s bằẽ ng ch tiêu ỉ phân bổ theo km với chiều dài của DLS. Khi cầ ấn n định s suy giảm chất lượng tới ự những phần khác nhau của DLS, một lượng tương ứng với một giá trị cố định (thường là 125 km) sẽ được phân bổ cho mỗi thiết bị trạm đầu cuối, và phần dưới biển sẽ được phân bổ trên c sởơ km m t lượng tương đương v i s khác nhau gi a ộ ớ ự ữ chỉ tiêu DLS và phân bổ thiết bị đầu cuối.
- Đối với m i h ng hóc, b o dưỡng, giám sát… đối v i m i DLS s phải ỗ ỏ ả ớ ỗ ẽ không ảnh hưởng đến chỉ tiêu chất lượng đã định của DLS khác trong hệ thống. Đặc biệt là đối với hệ thống ghép bước sóng WDM, yêu cầu h hỏư ng t i m t n a s ớ ộ ử ố kênh quang (Line Optical Channel) sẽ không ảnh hưởng tới các kênh còn lại.
48
2) Quỹ công suất của hệ thống cáp quang biển
Bảng Quỹ công suất diễn tả cách đạt được chất lượng hệ thống về chỉ tiêu lỗi. Trong hệ thống cáp quang biển, việc tái tạo lại tín hiệu chỉ thực hiệ ởn thiết bị TTE của trạm đầu cuố ởi mức giao di n đầu ra quang- i n cáp bi n. Gi a ó, các ệ đ ệ ể ữ đ kênh sẽ bị suy gi m ch t lượng do t p âm tích lu , tán s c, méo phi tuy n.. Do ả ấ ạ ỹ ắ ế đó cần phải tính toán quỹ công suất ở mức DLS ph n cáp bi n (SDLS). Khi tính qu ầ ể ỹ công suất nếu hệ thống có nhiều SDLS thì tính cho từng SDLS. Đối v i m i SDLS, ớ ỗ cần tính quỹ công suất cho hai trường hợp là Bắt đầ đờu i sống (Bigin of Life – BOL) và Kết thúc đời sống (End of Life EOL):
- Quỹ công suất BOL thể hiện phẩm chất của SDLS khi hệ ống được đưa th và khai thác và là tiêu chí đểđo thử. Quỹ công suất này bao gồm cả độ dự phòng đảm bảo tương thích vớ đ ềđể i i u kiện EOL.
- Quỹ công suất EOL thể hiện ph m ch t h th ng t i lúc h t tu i th thi t ẩ ấ ệ ố ạ ế ổ ọ ế kế của h th ng vào nó bao gồm sự suy giảm do già và hỏng linh kiện, già cáp và ệ ố mức dự phòng cho sửa chữa.
Khi tính toán quỹ công suất, cần cung cấp đầy đủ thông tin về giá trị công suất ra của bộ lặp, giá trị ệ số ạ h t p âm danh định, giá trị ă b ng thông quang và điệ ởn phía thu. Cũng phải tính đến cả các phần tử có khả ă n ng cải thiện chất lượng truyền dẫn trong thiết bị trạm cáp cũng như bộ lọc như bù tán sắc, lọc cân bằng…
Bảng II-2 giới thiệu một bảng mẫu tính toán quỹ công su t c a h th ng cáp ấ ủ ệ ố quang biển. Trong đó:
- Dòng 1: Giá trị Q bình quân (tính toán SNR đơn gi n) ả
- Đong 1.1 đến 1.9: c p danh mụấ c các ngu n gây suy gi m ch t lượng h ồ ả ấ ệ thống. Những suy giảm này ph i tr i dòng 1. ả ừ đ
- Dòng 2: chất lượng h th ng bi n đổi theo th i gian, bi u di n suy giảm ệ ố ế ờ ể ễ cộng thêm do hiện tượng thăng giáng phân cực làm gi m ch t lượng bình quân. ả ấ
- Dòng 3: Giá trị Q c a đường truy n: ủ ề
Dòng 3 = Dòng 1 – (Dòng 1.1 đến 1.9) – Dòng 2 - Dòng 4: Giá trị Q xác định của TTE (back-toback)
- Dòng 5: Giá trị Q c a phân o n: tính t dòng 3 và 4 theo công thức: ủ đ ạ ừ
ack TTEbacktob line
segment Q Q
Q2 2 2
1 1
1 = + (2-1)
- Dòng 5.1: BER tương ứng với Q phân o n không kể FEC. đ ạ - Dòng 5.2: BER tương ứng với Q phân o n có tính FEC. đ ạ - Dòng 5.3: Giá trị Q phân o n hiệđ ạ u d ng có tính FEC. ụ
49
Parameter BOL Q in dB
EOL Q in dB 1 Mean Q value (from simple SNR calculation)
1.1 Propagation impairments due to combined effects of chromatic dispersion, non-linear effect, four-wave mixing effects, stimulated Raman scattering effects, etc.
1.2 Gain flatness impairments
1.3 Non-optimal optical pre-emphasis impairment 1.4 Wavelength tolerance impairment
1.5 Mean PDL penalty 1.6 Mean PDG penalty 1.7 Mean PMD penalty 1.8 Supervisory impairment
1.9 Manufacturing and environmental impairment 2 Time varying system performance (5 sigma rule) 3 Line Q value (1-1.1 to 1.9-2)
4 Specified TTE Q value (back to back) 5 Segment Q value (computed from 3 and 4) 5.1 BER corresponding to segment Q without FEC 5.2 BER corresponding to segment Q with FEC 5.3 Effective Segment Q value with FEC
6 Q limit compliance with G.826 after FEC correction 7 Repairs margins
Components and fibre ageing penalty Pump(s) failure penalty
Non-optimal decision threshold 8 Segment Margins
9 Unallocated supplier margin 10 Commissioning limits
Theo TU-T G.977 (4/2000) Bảng II.2: Bảng m u tính quỹ công suất hệ thống cáp quang biển ẫ
- Dòng 6: Q tớ ại h n tương thích v i l i bít t i nh t cho phép sau FEC. 11,2 ớ ỗ ồ ấ dB tương ứng với BER 2,4x10-4. BER 2,4x10-4 sau khi sửa lỗi bằng FEC sẽ tố ơt h n 10-11. Do đó giá trị ệ ố h s Q 11,2 dB bao phủ ả c toàn bộ chiều dài DLS.
- Dòng 7: Sửa ch a, lão hoá và h ng ngu n b m: ữ ỏ ồ ơ Dòng 7 = Dòng 5 (SOL) – Dòng 5 (EOL)
- Dòng 8: Dự ữ tr hệ th ng: Dòng 8 (EOL) thường ch n là 1dB, Dòng 8 ố ọ (SOL) bằng Dòng 7 cộng Dòng 8 (EOL).
- Dòng 9: dự ữ ủ tr c a nhà s n xu t ả ấ
- Dòng 10: giớ ại h n nghi m thu cho m i DLS. ệ ỗ
50
Hệ số chất lượng (hệ số Q):
Như đ ã nói, quỹ công suất của mỗi SDLS được tính dựa vào hệ số Q. Do đó, chất lượng của một SDLS đượ đặc trưng bằng việ đo hệ sốc c Q c a nó ho c b ng ủ ặ ằ đo BER tr c ti p mà nó cho phép đ ềự ế i u hoà gi i h n nghi m thu h sốớ ạ ệ ệ Q nh ã ch ư đ ỉ ra trong bảng quỹ công suất.
Hệ số Q là tỷ số tín hiệu trên t p âm ở mạch quyết định tính bằng đơn vị đ ệạ i n áp hoặc dòng đ ệi n và được biểu diễn bằng:
2 1
2 1
σ σ
à à
+
= −
Q (2-2)
trong đú à1,2 là giỏ trị bỡnh quõn của mức logic “1” và “0”, và σ1,2 là sự ị d ch chuẩn của mức logic “1” và “0”.
Quan hệ toán học với BER khi ngưỡng đặt tới giá trị ố t i ưu là :
2 2
2 BER 1
Q
Q e
≅ −
π (2-3)
Hệ ố s Q có th vi t dưới dang decibel : ể ế
(2-4)
) (
log 20 )
(decibel 10 linear
Q =
Các tham số liên quan đối với quỹ công suất
Quỹ công suất bao hàm những suy giảm ch t lượng h th ng t nh ng hi u ấ ệ ố ừ ữ ệ ứng sau:
- Tích luỹ công su t. ấ
- Suy giảm lan truy n do các hi u ng k t h p nh tán s c màu, hi u ng ề ệ ứ ế ợ ư ắ ệ ứ phi tuyến Kerr, hiệ ứu ng trộn bốn bước sóng FWM giữa các kênh quang và với tạp âm, tán xạ Raman kích thích…
- Suy giảm lan truy n do các hi u ng phân c c nh Tán s c Mode phân ề ệ ứ ự ư ắ cực (Polarization Mode Dispersion – PMD), Suy hao phụ thuộc phân cực (Polarization Dependent Loss – PDL) Tăng ích phụ thuộc phân cực (Polarization Dependent Gain – PDG). Vì những suy gi m này biếả n đổi theo th i gian, nên ch t ờ ấ lượng hệ thống cũng thay đổi theo thời gian.
- Suy giảm do s không b ng ph ng c a đường cong t ng ích tích lu trên ự ằ ẳ ủ ă ỹ toàn phân đ ạo n.
- Suy giảm do m t i u ch nh bước sóng c a SDLS. ấ đ ề ỉ ủ
- Suy giảm do m t cân đối công su t quang c a các kênh quang trong h ấ ấ ủ ệ thống WDM.
51
- Suy giảm do các ch c n ng giám sát và xác định l i. ứ ă ỗ
- Suy giảm do tính không hoàn h o c a thi t b TTE (h s Q backtoback). ả ủ ế ị ệ ố Trộn bốn bước sóng giữa các kênh quang, tán x Raman kích thích, sự không ạ bằng phẳng của đường cong tăng ích, sự mất cân đối c a công su t quang c a các ủ ấ ủ kênh quang là những suy giả ảm nh hưởng đến các hệ thống WDM vì nhiều tín hiệu quang truyền trong cùng mộ ợt s i.
Đặc biệt đối v i qu công su t EOL, c n xem xét các suy gi m sau: ớ ỹ ấ ầ ả
- Suy giảm do các ho t động khai thác (m i n i, chi u dài cáp thêm vào). ạ ố ố ề - Suy giảm do lão háo cáp và linh kiện.
- Suy giảm do lão hoá thi t b TTE (gi m h s Q backtoback). ế ị ả ệ ố - Suy giảm do các l i c a m t s linh ki n nh l i laser b m. ỗ ủ ộ ố ệ ư ỗ ơ
Các suy giảm do các hoạt động khai thác cũng khác nhau với loại cáp khác nhau như cáp ở vùng nước nông, nước sâu và cáp đất.
Ngoài ra, quỹ công suất cũng chỉ rõ hệ ố s Q nhỏ nhấ ần có để đảt c m bảo chất lượng lỗi đã định của h th ng và bao g m vi c t ng độ d tr do s d ng FEC. ệ ố ồ ệ ă ự ữ ử ụ
3) Độ tin cậy h th ng ệ ố
Độ tin cậy c a ph n dưới bi n củủ ầ ể a h thông cáp quang bi n được đặc tr ng: ệ ể ư - Số lần s a ch a c n t i tàu cáp do h hỏử ữ ầ ớ ư ng thi t b trong tu i th thiế ếế ị ổ ọ t k của hệ thống: thông thường yêu cầu độ tin cậy hệ thống là nhỏ hơn ba lần hư hỏng.
- Tuổi thọ thiết kế của h th ng: là quãng th i gian mà h th ng cáp quang ệ ố ờ ệ ố bi n ể được thiết kế để khai thác tuân thủ các chỉ tiêu chất lượng của nó. Thông thường tuổi thọ thiết kế của h th ng là 25 n m k từệ ố ă ể khi nghi m thu h th ng, t c ệ ệ ố ứ là sau khi lắp đặt và o thử ệ ốđ h th ng áp ng các ch tiêu ch t lượng. đ ứ ỉ ấ