2 Kiến nghị
2.2.5.3.3 Các đặc tính truyền dẫn của sợi quang
Có ba yếu tố cơ bản của sợi quang ảnh hưởng đến khả năng truyền dẫn của hệ thống thông tin quang.
- Suy hao - Tắn sắc
- Hiệu tượng phi tuyến xẩy ra trong sợi quang.
Tuy nhiên, đối với các hệ thống khác nhau thì mức độ ảnh hưởng của các yếu tố này cũng khác nhau.
+ Đối với các hệ thống có cự ly ngắn, dung lượng thấp thì yếu tố cần quan tâm là suy hao.
+ Đối với các hệ thống có tốc độ cao, cự ly tương đối lớn thì yếu tố cần quan tâm là suy hao và tắn sắc.
+ Đối với các hệ thống có cự ly dài, dung lượng lớn thì ngoài hai yếu tố trên cần quan tâm đến hiện tượng phi tuyến xẩy ra trong sợi quang.
Suy hao: Nguyên nhân do suy hao hấp thụ, do tán xạ tuyến tính, do uốn cong và do ghép nối.
- Suy hao do hấp thụ: bản thân do chế tạo sợi quang.
- Suy hao do tán xạ tuyến tính: do tính không bền rất nhỏ của lõi sợi quang, có thể là do những thay đổi nhỏ trong vật liệu. Ngoài ra do thủy tinh được tạo từ các loại ôxxit như SiO2, GeO2, P2O5 => có sự thay đổi thành phần giữa chúng.
- Suy hao do uốn cong : có hai loại
+ Suy hao uốn cong vi mô: sợi bị cong nhỏ một cánh nhẫu nhiên trong quá trình sợi được bọc thành cáp.
+ Suy hao uốn cong vĩ mô: sợi bị uốn cong có bán kính lớn hơn hoặc đường kính sợi, chỉ nên uốn cong sợi với bán kính R<Rc (giá trị khuyến cáo Rc=30 -50mm).
- Suy hao do ghép nối: do giảm công suất quang ở hai đầu ghép nối.
Tán sắc: Trong một sợi quang những tần số khác nhau và những mode khác nhau cần thời gian khác nhau để truyền. Tán sắc là sự co giãn xung trong truyền dẫn
quang sẽ gây ra giao thoa giữa các kí tự làm tăng lỗi bit ở phía thu => làm giảm khoảng cách truyền dẫn.
Các loại tán sắc :
- Tắn sắc mode, chỉ xẩy ra ở sợi đa mode. Khi phóng ánh sáng vào sợi quang đa mode, năng lượng ánh sáng phân thành nhiều mode. Mỗi mode lan truyền với vận tốc nhóm khác nhau nên thời gian lan truyền của chúng trong sợi quang khác nhau. Chính sự khác nhau về thời gian lan truyền của các mode gây ra tán sắc mode.
- Tắn sắc sắc thể, xẩy ra ở tất cả các loại sợi quang. Có hai loại : tán sắc vật liệu và tán sắc ống dẫn sóng.
+ Tán sắc vật liệu, do sự chênh lệch giữa các vận tốc nhóm của các thành phần phổ khác nhau trong sợi quang. Nó xảy ra khi vận tốc pha của một sóng phẳng lan truyền trong môi trường điện môi biến đổi không tuyến tính với bước sóng, và một vật liệu được gọi là tồn tại tán sắc chất liệu khi đạo hàm bậc hai của chiết suất theo bước sóng khác không.
+ Tán sắc ống dẫn sóng, Khi ánh sáng ghép vào sợi quang để truyền đi, một phần chính truyền trong lõi sợi, phần nhỏ truyền trong phần vỏ với vật tốc khác nhau do chiết suất trong lõi và vỏ khác nhau. Sự khác biệt vận tốc truyền ánh sáng gây nên tán sắc ống dẫn sóng.
- Tán sắc phân cực mode, hiện tượng này xẩy ra khi trên sợi quang kể cả sợi đơn mode luôn có 2 mode sóng được gọi chung cùng một tên. Các mode này là các sóng điện từ được phân cực tuyến tính truyền trong sợi quang trong những mặt phẳng vuông góc với nhau. Nếu chiết suất của sợi quang là không như nhau trên phương truyền của hai mode trên.
Hình 2.15: Hiện tượng tán sắc
Hiệu ứng phi tuyến: Hiệu ứng phi tuyến là khi các tham số của nó phụ thuộc vào cường độ ánh sáng (công suất). Các hiệu ứng phi tuyến có thể bỏ qua đối với các hệ thống truyền dẫn quang có công suất vừa phải ( vài mw ) với tốc độ bit lên đến 2.5 Gps. Trong các hệ thống WDM, các hiệu ứng phi tuyến có thể trở nên quan trọng thậm chí ở công suất và tốc độ bit vừa phải.
2.2.6 Các thiết bị phụ kiện và dụng cụ quang trong mạng quang CATV2.2.6.1 Các thiết bị phụ kiện quang2.2.6.1 Các thiết bị phụ kiện quang 2.2.6.1 Các thiết bị phụ kiện quang
Dây nhẩy quang, dây nối quang: dùng để kết nối tạo thành các tuyến truyền dẫn, các dây nhẩy quang và dây nối quang có các đầu nối quang gồm nhiều thành phần kết hợp lại với nhau, chúng có các kiểu như SC/APC, ST/UPC, FC/APC, SC/PC… . Nhưng có hai thành phần cần quan tâm, đó là kiểu đầu nối SC, ST, FC…và điểm tiếp xúc PC, UPC, APC….SC ( subscriber connector ), ST ( straight tip ), FC (fiber connector ) là các kiểu đầu nối quang có dạng hình vuông, hình tròn. Bên trong đầu nối là ferrule, giúp bảo
Hình 2.16: Các loại đầu connector quang
vệ và giữ thẳng sợi cáp quang. Ferrule được làm bằng thủy tinh, kim loại, plastic hoặc gốm ( ceramic ) trong đó chất liệu gốm là tốt nhất. Đỉnh của ferrule được làm nhẵn ( polish) với ba dạng điểm tiếp xúc chính PC ( Physical Contact ), UPC ( Ultra Physical Contact ) và APC ( Angled Physical Contact ), giúp đảm bảo chỗ ghép nối có ít ánh sáng bị mất hoặc bị phản xạ nhất. Dạng PC được vạt cong, sử dụng với các kiểu đầu nối FC, SC, ST, PC, có giá trị suy hao phản xạ ( optical
Hình 2.17: Cấu trúc đầu connecter quang
return loss ) là 40dB. Vì giá trị này khá cao, nên đã thúc đẩy các nhà sản suất tiếp tục tìm kiếm các giải pháp tốt hơn. UPC là giải pháp tiếp theo, nó cũng được vạt cong như PC nhưng giảm return loss hơn và có giá trị return loss là 50dB. UPC dùng với các đầu nối FC, SC, ST, DIN, E2000. APC được vạt chéo 8 độ , loại bỏ hầu hết sự phản xạ ở điểm ghép nối và có giá trị return loss là 60dB. Do đặc tính của loại connector SC/APC, FC/APC có khả năng loại bỏ hầu hết sự phản xạ ở điểm ghép nối và có giá trị return loss là 60dB nên hệ thống mạng quang CATV đều sử dụng loại connector quang này.
Hình 2.18: Dây nhẩy quang SC/APC và FC/APC
Adapter quang: chức năng để kết nối các dây nhẩy quang, dây nối quang và các thiết bị quang. Tùy theo các loại đầu connector mà sử dụng loại adapter tương ứng như FC/APC, SC/APC, SC – FC/APC.
Hình 2.19: Adapter quang FC/APC và SC/APC
Bộ suy hao quang: chức năng làm sụt giảm tín hiệu quang, có loại cố định và điều chỉnh mức độ suy hao.
Hình 2.20: Bộ suy hao quang SC/APC và FC/APC
Măng sông quang: chức năng bảo vệ các mối hàn sợi quang
Hình 2.21: Măng sông quang
Tủ trạm lặp, hộp phối quang ( ODF quang ), casset quang, ống co nhiệt: chức năng chứa và bảo vệ thiết bị, phân phối, đấu nối các tuyến quang thông qua những dây nối quang và dây nhẩy quang.
Hình 2.22: ODF quang outdoor
Hình 2.23: Trạm lặp quang CATV
2.2.6.2 Thiết bị dụng cụ quang
Dụng cụ cáp quang: dụng cụ cáp quang gồm: + Máy hàn sợi quang
+ Máy đo OTDR
+ Thiết bị đo quang công suất quang + Dao cắt sợi quang
+ Dụng cụ thi công quang
2.2.6.2.1 Quy trình vận hành sử dụng máy hàn quang, máy đo OTDR, máy đo công suất quang. công suất quang.
- Vận hành máy hàn sợi quang ( FSM – 60S): Sau khi đã làm xong các đầu cáp quang và dây nối quang cần hàn nối, gắn các đầu cáp vào măng sông, odf quang, ống lỏng chứa sợi quang vào casset quang thì các bước sử dụng máy hàn như sau
+ bước 1: chuẩn bị máy hàn và các thiết bị, dụng cụ phục vụ hàn nối, cấp nguồn điện cho máy, ấn nút nguồn bật máy hàn ( chờ máy chạy khởi động), cài đặt chế độ hàn của máy.
+ bước 2: luồn ống co nhiệt vào sợi quang, sử dụng dao cắt sợi quang cắt sợi quang.
+ bước 3: mở lắp máy và adapter đặt sợi quang, đặt sợi quang sau khi được cắt vào adapter máy ( làm như vậy đối với đầu còn lại ).
+ bước 4: đóng adapter, lắp máy hàn sau đó ấn nút SET để thực hiện hàn nối. + bước 5: khi máy thực hiện xong hàn nối kiểm tra thông số của mối hàn. ấn nút
RESET kiểm tra lực căng của mối hàn.
+ bước 6: chờ máy thực hiện bước 5 xong khi đó màn hình máy hàn trở về chế độ menu, mở lắp máy và adapter để lấy sợi quang ra.
+ bước 7: luồn ống co nhiệt và vị trí hàn nối của sợi, đặt sợi vào khay co nhiệt (ấn nút head) thực hiện quá trình co nhiệt.
+ bước 8: lấy sợi quang sau khi được co nhiệt và đặt vào khay casset quang để bảo vệ mối hàn nối. Làm như vậy với các sợi quang còn lại.
+ bước 9: tắt máy hàn, tháo nguồn điện. - Vận hành máy đo OTDR MTS4000
+ bước 1: bật nguồn máy đo ( ấn nút ON ),chọn chế độ OTDR.
+ bước 2: cài đặt chế độ đo cho máy như : cài chế độ thao tác đo, bước sóng đo, khoảng cách đo (tuyến cần đo có chiều dài nhỏ hơn khoảng cách đo cài đặt hoặc cài khoảng cách đo max), độ rộng xung, thời gian thực hiện đo ( vào SET ).
+ bước 3: cài đặt ổ đĩa hoặc thư mục lưu kết quả đo ( vào FILE ), chọn chế độ lưu.
+ bước 4: cắm đầu connector sợi quang cần đo vào máy đo, ấn nút strat để thực hiện quang trình đo.
+ bước 5: xem kết quả đo được trên màn hình máy, tháo đầu connector sợi quang vừa đo.
+ bước 6: tắt máy.
- Vận hành đồng hồ đo công suất quang + bước 1: bật đồng hồ đo công suất quang.
+ bước 2: chọn bước sóng cần đo, chọn đơn vị đo (dB, dBm, mw).
+ bước 3: cắm đầu connector sợi quang cần đo công suất quang và đồng hồ đo. + bước 4: xem kết quả đo, tháo đầu connector sợi quang vừa đo
CHƯƠNG III ỨNG DỤNG INTERNET TRÊN MẠNG CATV VÀ PHƯƠNG ÁN CẢI TẠO NÂNG CẤP HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN QUANG TRONG MẠNG TRUYỀN HÌNH CÁP HÀ NỘI
3.1 ỨNG DỤNG INTERNET TRÊN MẠNG CATV
3.1.1 Xác định chuẩn truyền số liệu cho mạng truyền hình cáp Hà Nội
Trên thế giới hiện nay đang có hai chuẩn cho truyền dẫn số và các dịch vụ tương tác ứng dụng trên mạng CATV đó là chuẩn DOCSIS và DVB-RCC.
- Chuẩn DOCSIS:
DOCSIS ( Data Over Cable System Interface Specification – đặc tả giao diện truyền số liệu trên mạng cáp ) được tạo ra bởi MCNS ( Multimedia Cable Network System – hiệp hội các mạng cáp đa dịch vụ ) vào năm 1996 với các version 1.0, 1.1 và 1.2 . DOCSIS đưa ra mô tả kỹ thuật nhằm hỗ trợ phát triển dịch vụ tương tác qua mạng như OpenCable, PacketCable, Cable NET.
DOCSIS ứng dụng trên hệ thống mạng CATV tại Châu Mỹ với tiêu chuẩn quy định dải tần số cho các kênh hướng đường xuống từ 88MHz đến 860MHz, băng tần 6MHz của một kênh, dải tần số hướng đường lên từ 5MHz đến 42MHz. Để phù hợp với hệ thống truyền hình dựa trên chuẩn DVB-C DOCSIS đã có thêm chuẩn cho hệ thống truyền hình CATV tại Châu Âu là EURO DOCSIS chuẩn này quy định dải tần số hướng đường xuống từ 88MHz đến 860MHz, dải tần số hướng đường lên từ 5MHz đến 65MHz và với băng tần 8MHz. Những thay đổi này chỉ nằm ở lớp vật lý trong khi đó lớp MAC và các lớp cao hơn sẽ không thay đổi. Dải thông có thể cung cấp cho các kênh hướng đường lên là 200KHz đến 3,2MHz, dạng tín hiệu có thể được điều chế theo hai phương thức là QPSK hoặc 16-QAM, tốc độ đạt được của các kênh hướng đường lên như sau:
Dải tần kênh hướng lên
Tốc độ bit khi điều chế QPSK
Tốc độ bit khi điều chế 16- QAM
200 KHz 320 kbit/s 640 Kbit/s
400 KHz 640 kbit/s 1,28 Mbit/s
800 KHz 1,28 Mbit/s 2,56 Mbit/s
1,6 MHz 2,56 Mbit/s 5,12 Mbit/s
3,2 MHz 5,12 Mbit/s 10,24 Mbit/s
Bảng 3.1: Dải thông và tốc độ của các kênh DOCSIS
Hình 3.1: Phân bổ dải tần Upstream và Downstream của chuẩn EURO DOCSIS
- Chuẩn DVB-RCC:
DVB-RCC (Digital Video Broadcasting-Return Channel via Cable) được tạo ra bởi sự kết hợp giữa DVB và DAVIC (Digital Audio/Visual Consortium). IEEE 802.14 và ATM Furun, EuroCableLabs, DVB-RCC được tạo ra năm 1999. Trong hệ thống DVB-RCC, các kênh dữ liệu và báo hiệu được đóng gói và truyền tải theo phương thức truyền tải không đồng bộ (ATM-Ansynchrony Transmission Mode). ATM được phát triển nhằm hướng tới mục đích là truyền tải tất cả các loại dữ liệu qua một mạng viễn thông tích hợp băng rộng duy nhất ( B-ISDN). Sử dụng phương thức đóng gói ATM cho phép các hệ thống có khả năng cung cấp các dịch vụ truyền số liệu, các dịc vụ mạng tương tác có tốc độ cao và đặc biệt là khả năng cung cấp dịch vụ.
DVB-RCC quy định về tốc độ và dải tần làm việc cho các kênh. Các kênh quảng bá hướng đường xuống:
+ Lớp truyền tải MPEG-2TS. + Dải tần số từ 70MHz-862MHz.
+ Điều chế 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM, 128-QAM, 256-QAM ( tốc độ lên đến 52Mb/s đối với dải thông 8MHz).
Các kênh tương tác hướng đường xuống OOB: + Gói dữ liệu kiểu ATM.
+ Dải tần số từ 70MHz-130MHz và 300MHz-862MHz.
+ Dải thông kênh 1-2MHz, 1 kênh hướng xuống OOB điều khiển 8 kênh hướng lên).
+ Điều chế QPSK ( tốc độ lên đến 6,176Mb/s).
DVB-RCC được EuroCableLabs sử dụng. Dựa trên DVB-RCC EuroCableLabs triển khai dự án EuroModem, EuroBox, EuroLoade nhằm phát triển dịch vụ tương tác trên mạng truyền hình cáp CATV.
So sánh DOCSIS và DVB-RCC:
DOCSIS được phát triển và ứng dụng tại Bắc Mỹ, do vậy các thông số của nó sẽ không phù hợp để ứng dụng trên mạng CATV tại Châu Âu và Việt Nam. Chỉ có chuẩn Euro-DOCSIS có các thông số phù hợp với các chuẩn truyền hình Châu Âu và Việt Nam, như vậy ta chỉ cần so sánh giữa chuẩn Euro-DOCSIS và DVB-RCC.
+ Về khả năng kỹ thuật: tốc độ số liệu của cả Euro-DOCSIS và DVB-RCC đều có khả năng cung cấp dòng số liệu hướng đường xuống và hướng đường lên với tốc độ 52Mb/s cho mỗi dải thông 8MHz. Tốc độ hướng đường lên của DOCSIS có khả năng cung cấp dòng bit 10Mb/s với phương thức điều chế 16-QAM ở dải thông 3,2MHz, còn DVB-RCC có tốc độ hướng đường lên 6,176Mb/s do sử dụng phương thức điều chế QPSK. Euro-DOCSIS có khả năng sử dụng phương thức điều chế QPSK và 16-QAM.
+ Về năng lực truyền dẫn: DVB-RCC là sự kết hợp giữa DVB-C và DAVIC vì thế đánh giá năng lực của DAVIC 1.2 cũng là đánh giá năng lực của DVB- RCC. Euro-DOCSIS 1.1 cũng giống DOCSIS 1.1 ở các lớp bậc cao và chỉ khác nhau ở lớp vật lý, vì vậy đánh giá năng lực MAC của DOCSIS cũng là đánh giá năng lực MAC của Euro-DOCSIS. Như vậy ta chỉ cần sử dụng kết quả này để đánh giá năng lực của Euro-DOCSIS và DVB-RCC, kết quả đánh giá cho thấy các đặc tính như: chỉ tiêu chất lượng, tải, năng suất truyền qua,
mức độ xung đột, khả năng đáp ứng yêu cầu Qos….vv. DOCSIS đều tỏ ra vượt trội so với DAVIC. Kết luận Euro-DOCSIS vượt trội so với DVB-RCC. + Về khả năng ứng dụng tại Việt Nam: chuẩn DOCSIS có các thông số kỹ thuật
như là các kênh truyền hướng đường xuống chỉ có dải thông 6MHz ( dải thông này phù hợp với các kênh truyền hình hệ NTSC), dải thông của các kênh dữ liệu hướng đường lên 5MHz-42MHz là nhỏ nên không đáp ứng được nhu cầu truyền số liệu hướng đường lên tốc độ cao khi số thuê bao tăng. Như vậy chuẩn này không khả thi khi ứng dụng tại Việt Nam.