Sử dụng kỹ thuật WDM ghộp bƣớc súng để ghộp tớn hiệu STM-16 nõng dung lƣợng từ 2,5Gbps lờn 20Gbps, sử dụng thiết bị từ 8 đến 16 bƣớc súng, trƣớc mắt sử dụng 8 bƣớc súng.
Ƣu điểm: Do dung lƣợng của mỗi kờnh là nhỏ nờn cú thể từng bƣớc tăng dung lƣợng của cả hệ thống tuỳ theo nhu cầu số kờnh bƣớc súng cần sử dụng. Tốc độ 2,5Gbps nờn khoảng cỏch trạm lặp điện cú thể đạt đƣợc tới 160Km theo khuyến nghị G.692 do ớt ảnh hƣởng của tỏn sắc.
Nhƣợc điểm: Số lƣợng thiết bị SDH trực tiếp liờn quan đến tuyến WDM khỏ nhiều nờn việc quản lý chỳng trở lờn phức tạp. Hơn thế nữa, việc quản lý dung lƣợng cũng khỏ phức tạp.
Phƣơng ỏn sử dụng sợi:
Trƣớc mắt: Sử dụng cỏc sợi của tuyến cỏp quang dọc theo đƣờng 1A cũ, tuyến cỏp trờn đƣờng 500KV đoạn Hà Nội- Đà Nẵng, tuyến cỏp quang đƣờng Hồ Chớ Minh đoạn Đà Nẵng-Tp.HCM và tuyến cỏp quang đoạn Tp.HCM-Cần Thơ.
Sau khi hoàn thành tuyến cỏp quang đƣờng Hồ Chớ Minh và tuyến quốc lộ 1A thỡ mới chuyển hệ thống sang hoạt động ở tuyến này.
Hiện nay tuyến thụng tin Bắc - Nam đang khai thỏc truyền dẫn với tốc độ 2,5Gbps chất lƣợng tốt. Tuy nhiờn, theo thời gian sử dụng tuyến cỏp dọc theo quốc
lộ 1A bị sự cố đứt cỏp, nờn chất lƣợng cỏp bị giảm sỳt do vậy cần đo đạc đỏnh giỏ chất lƣợng chớnh thức để cú đề xuất đầy đủ, chớnh xỏc khi đƣa ra yờu cầu đối với hệ thống WDM mới.
Cấu hỡnh thiết bị:
Cấu hỡnh hiện nay của hệ thống trục Bắc - Nam đang phỏt huy khỏ tốt hiệu quả bảo vệ đƣờng truyền dẫn, trong đú Hà Tĩnh đƣợc chọn làm điểm nỳt Ring đầu tiờn. Dự ỏn cỏp quang liờn tỉnh biển trục Bắc - Nam sẽ cú nhiều điểm trạm trờn bờ để hoà mạng truyền dẫn quốc gia, đồng thời cũng hỡnh thành cỏc mạng vũng thụng tin đƣờng trục. Trong đú, ở Bắc miền Trung đó chọn điểm rẽ là trạm Vinh, khụng rẽ ở Hà Tĩnh. Ở Tõy Nam Bộ, cú điểm rẽ Bạc Liờu để nối với tuyến cỏp quang theo quốc lộ 1A, qua đú cú thể nối với Cần Thơ là một nỳt thụng tin liờn tỉnh quan trọng của khu vực đồng bằng rộng lớn này.
Bởi vậy cấu hỡnh truyền dẫn trục 20Gbps (hỡnh 4.16) cũng nờn chọn điểm nỳt Vinh thay cho Hà Tĩnh và ở phớa Nam, nờn kộo dài qua nỳt Cần Thơ đến Bạc Liờu để đảm bảo hiệu quả trao đổi lƣu lƣợng thụng tin liờn tỉnh của cỏc tuyến trờn bờ và ven biển. Phƣơng ỏn đặt thiết bị cho cỏc trạm nhƣ sau:
WDM/DXC- thiết bị đầu cuối+đấu chộo, cho 5 trạm: Vinh, Đà Nẵng, Quy Nhơn, Buụn Ma Thuột, TP Hồ Chớ Minh.
OADM-thiết bị xen rẽ kờnh quang, cho cỏc trạm trờn quốc lộ 1A là Hà Nội, Huế, Nha Trang, Biờn Hoà, Bỡnh Dƣơng và Cần Thơ.
Đặt thiết bị OPA- khuếch đại quang- cho cỏc trạm lặp hiện là trạm lặp của hệ thống 2,5Gbps.
Trong cấu hỡnh này, khụng cú cỏc trạm Phủ Lý, Nam Định , Hoà Bỡnh , Bỡnh Phƣớc, Bỡnh Dƣơng, do dung lƣợng tại cỏc trạm này thấp < 2,5Gbps nờn tiếp tục sử dụng hệ thống 2,5Gbps đang khai thỏc.
Trƣớc mắt nếu tuyến cỏp quang mới dọc theo quốc lộ 1A chƣa hoàn thành cũng nhƣ tuyến cỏp đƣờng Hồ Chỡ Minh và quốc lộ 14 chƣa xong thỡ sử dụng cỏp trờn đƣờng quốc lộ 1A cũ và cỏp trờn đƣờng 500KV. Khi nào 2 tuyến cỏp mới hoàn thành thỡ chuyển thiết bị sang khai thỏc trờn cỏc tuyến cỏp này.
Hà nội N.Bình T.Hoá 65 144 VINH 147 55 97 73 r Đ.Hới Đ.Hà Huế Đằ Nẵng 79 101 61 T.Kỳ Q.Ngãi Lai Khan Quy Nhơn 114 126 106
T.Hoà N.TrangP.Rang
68 94 117
Núi Một P.Thiết B.Hoà M.Tho
Cần Thơ 50 96 75 120 121 131 116 H.Bình R2 R4 R7 R9 R11 120 128 74 109 72 128 R13 135 50 Kon
Tum PleiKu NhơnPhú
An Khê 100 67 51 131 130 120 80 B.Ma Thuột Đắc Nông Bình Ph-ớc Bình D-ơng Vũng Tàu LiêuBạc
Cáp quang ven biển
130 128 85
35 125 70
33 100
131
: OADM nối chéo và chuyển tiếp 2 Ring : OADM xen rẽ quang : khuếch đại đ-ờng
Hình 4.16 Cấu hình hệ thống WDM - 20Gbit/s Bắc - Nam
Thiết bị: tuỳ theo từng phƣơng ỏn mà số lƣợng chủng loại thiết bị và cỏp
dựng trong hệ thống tƣơng thớch với cỏc tiờu chuẩn kỹ thuật của ITU-T.
Phƣơng ỏn nõng cấp đƣờng trục Bắc - Nam từ 2,5Gbps lờn 20Gbps phự hợp với ý nghĩa nõng cấp hệ thống đó cú, tận dụng đƣợc nhiều trang thiết bị, cú tớnh năng hiện đại đỏp ứng cỏc yờu cầu đa dịch vụ ATM, IP, cú khả năng kết nối nhiều vũng Ring tại một nỳt, kể cả nối với hệ thống cỏp quang biển,…và cuối cựng, do tận dụng đƣợc cỏc cơ sở trang thiết bị cú sẵn nờn hợp lý và kinh tế hơn cả.
4.4 GIẢI PHÁP THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN TUYẾN THễNG TIN QUANG WDM TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
4.4.1 Phƣơng phỏp tớnh toỏn
Những phõn tớch ở phần trờn đó cho thấy rằng cấu trỳc của một tuyến thụng tin quang trong mạng truyền tải quang khụng đơn thuần chỉ là thiết bị phỏt, thiết bị thu quang và sợi quang. Tuyến thụng tin quang trong trƣờng hợp này cú thể bao gồm nhiều chủng loại thiết bị mới mà chỳng chƣa đƣợc đƣa vào tớnh toỏn thiết kế trong những tuyến đơn giản trƣớc đõy. Khi hệ thống thụng tin quang trong mạng truyền tải OTN đƣợc thiết kế với tốc độ bit cao, nhiều ảnh hƣởng của cỏc hiệu ứng từ cỏc tham số hệ thống vốn trƣớc đõy cú thể bỏ qua thỡ nay lại trở thành cỏc tham số cú tỏc động lớn cần phải xột tớnh toỏn.
Trong mạng truyền tải quang bao gồm hệ thống sử dụng cụng nghệ WDM, vấn đề kết nối mạng là rất quan trọng và cần thiết. Do mạng phải đảm bảo cung cấp cỏc luồng tớn hiệu trong suốt với tốc độ bit cao, việc kết nối này thƣờng phải sử dụng cỏc thiết bị hoàn toàn quang (khụng cú chức năng biến đổi điện-quang). Tuy
nhiờn, vấn đề này cú tớnh phức tạp của nú. Mỗi một tuyến truyền dẫn sẽ phải mang cỏc luồng tớn hiệu quang tƣơng ứng với từng bƣớc súng đi qua nhiều thiết bị trong mạng. Luồng quang này cú thể đƣợc bảo toàn khi điqua một số thiết bị hay cũng cú thể bị thay đổi nhiều về năng lƣợng tớn hiệu và thậm trớ cả về bƣớc súng trong quỏ trỡnh định tuyến. Nhƣ vậy, việc tớnh toỏn quỹ cụng suất khi thiết kế sẽ cú nhiều khớa cạnh cần phải đƣợc giải quyết trong đú bao gồm việc xỏc định suy hao từ phớa phỏt tới phớa thu. Nếu trong hệ thống đơn kờnh, việc tớnh toỏn quỹ cụng suất tuyến đó đƣợc tiến hành khỏ thuần thục thỡ đối với tuyến WDM sử dụng cỏc thiết bị kết nối định tuyến lại cú những đặc thu riờng của nú.
Để thực hiện tớnh toỏn thiết kế tuyến ta cần phải tiến hành cỏc quỏ trỡnh sau: - Do cú nhiều luồng tớn hiệu quang đan xen truyền trong mạng cho nờn trƣớc hết phải quy luồng tớn hiệu quang về cấu hỡnh điểm-điểm.
- Do mạng phải truyền dẫn cỏc luồng tớn hiệu quang trong suốt qua nhiều thiết bị, do đú cần phải xỏc định giới hạn của chặng truyền dẫn từ giữa hai thiết bị cú biến đổi điện-quang.
- Xỏc định đƣợc giỏ trị cụng suất quang hay suy hao của tất cả cỏc thành phần thiết bị trờn chặng đó định bao gồm: suy hao của cỏc thiết bị ghộp kờnh quang MUX, cỏc thiết bị giải ghộp kờnh quang DEMUX; thiết bị xen rẽ kờnh quang OADM, kết nối chộo OXC trờn tuyến. Từ đú ta cú thể xỏc định đƣợc quỹ cụng suất tổng thể của mạng hay núi cỏch khỏc là xỏc định đƣợc chiều dài của tuyến.
- Suy khi tớnh toỏn đƣợc quỹ cụng suất của từng chặng (tuyến giữa hai thiết bị truyền dẫn đầu cuối cú biến đổi điện-quang), tuyến truyền dẫn tổng hợp sẽ là tổng hợp của cỏc chặng trờn.
Với cỏch tiếp cận vấn đề nhƣ ở trờn, cự ly truyền dẫn của tuyến (tƣơng đƣơng với một chặng) sẽ cú thể tớnh theo: f P EDFA D OXC OADM MU r in P L L L P G M P P L X max (4-1) trong đú:
Pin là cụng suất của thiết bị phỏt quang. Pr là độ nhạy thu của thiết bị thu quang
LMUX là suy hao của bộ MUX phụ thuộc vào số bƣớc súng thƣờng cú giỏ trị từ 3 đến 5dB.
LOADM là suy hao của bộ xen rẽ kờnh quang OADM, phụ thuộc vào số bƣớc súng cú giỏ trị bằng 2 lần suy hao của bộ MUX khoảng từ 7 đến 9dB.
PD là tổn hao cụng suất do tỏn sắc, đõy chớnh là cụng suất tƣơng đƣơng do năng lƣợng phổ của xung tớn hiệu bị dón ra ngoài khe thời gian đó định sinh ra [6]
LOX C là suy hao của bộ OXC phụ thuộc vào số bƣớc súng và số N đầu vào hoặc đầu ra của OXC.
M là dự phũng của tuyến truyền dẫn
Pp là đền bự cụng suất hệ thống, thƣờng cú giỏ trị bằng 1dB.
f là hệ số suy hao sợi quang
Với cỏc tham số nhƣ trờn, cự ly truyền dẫn lớn nhất LM AX cú thể tỡm đƣợc khi biết đƣợc suy hao của cỏc thiết bị.
4.4.2 Áp dụng tớnh toỏn tuyến truyền dẫn.
Trong phần này luận văn sẽ thực hiện tớnh toỏn quỹ cụng suất quang cho một tuyến trờn cơ sở cỏc phõn tớch ở trờn. Giả thiết rằng hệ thống sử dụng cụng nghệ WDM trong mạng truyền tải quang, tớn hiệu sẽ bị suy giảm do nhiều yếu tố ảnh hƣởng nhƣ suy hao sợi (bao gồm cả suy hao mối hàn), suy hao do cỏc thiết bị ,…Vỡ vậy, tuyến truyền dẫn cần phải sử dụng cỏc thiết bị khuếch đại quang sợi pha tạp Erbium EDFA để khụi phục lại tớn hiệu sao cho khi tới bộ thu phải đạt đến một tỷ số lỗi BER cho phộp.
G LD Tx MUX WADM EDFA OXC Rx Pin Pr SMF G.692
Hỡnh 4.17 là cấu hỡnh giả thiết của tuyến truyền dẫn WDM cần tớnh toỏn và thiết kế. Tuyến bao gồm cú cỏc thiết bị phỏt quang, thiết bị ghộp kờnh MUX, thiết bị xen rẽ bƣớc súng WADM, thiết bị nối chộo quang, khuếch đại quang EDFA và thiết bị thu quang.
Với cấu hỡnh nhƣ trờn, tớn hiệu truyền trong hệ thống đƣợc truyền đơn giản nhƣ sau: tớn hiệu từ đầu phỏt TX đi tới thiết bị ghộp bƣớc súng quang MUX. Sau khi ghộp tớn hiệu đƣợc đƣa vào sợi quang và đến cỏc thiết bị OADM, EDFA, OXC và cuối cựng đến đầu thu RX.
Để đơn giản cho việc tớnh toỏn, giả thiết rằng: Quỏ trỡnh truyền tớn hiệu từ đầu phỏt TX đến RX sẽ đƣợc xột trờn quan điểm:
- Suy hao: suy hao sợi quang cú cả mối hàn và suy hao do thiết bị (MUX, OXC, OADM) và khuếch đại G của EDFA.
- Cỏc tham số suy hao của cỏc thiết bị thụ động nhƣ MUX, WADM là hằng số đó cho trƣớc. Độ khuếch đại G nhỏ hơn 20dB để việc bự cụng suất quang coi nhƣ tuyến đó tớnh với G đó cho.
Nhƣ vậy, ta tớnh toỏn cỏc tham số quan trọng khỏc nhƣ sau: 1) Cỏc tham số đó cho giả thiết rằng:
- Cụng suất tớn hiệu quang đƣợc phỏt ra tại bƣớc súng = 1550nm :
Pin = -2 4dBm
- Độ nhạy thu quang của bộ thu Photodiode PIN tại BER=10-12: Pr = -20 26dBm
- Suy hao sợi quang tại bƣớc súng 1550nm gồm cả mối hàn: f = 0,20 0,26dB
- Suy hao thiết bị MUX : LM UX = 4 6dB - Suy hao thiết bị WADM : LWADM = 7 9dB - Dự phũng hệ thống: M=3 4 dB
- Bộ khuếch đại EDFA cú : G= 15 20 dB 2) Khuếch đại của bộ khuếch đại quang
Khuếch đại G của từng bộ khuếch đại EDFA là hàm số phụ thuộc vào cụng suất tớn hiệu đầu vào; ngoài ra nú cũn phụ thuộc voà cấu trỳc của bộ khuếch đại, cụng suất bơm. Do đú trong trƣờng hợp lựa chọn vị trớ bộ khuếch đại trờn tuyến truyền dẫn sẽ phải xem xột để giỏ trị khuếch đại đảm bảo sự phự hợp. Khuếch đại của EDFA đƣợc tớnh theo cụng thức (4-2) [5]
exp((1 ) ) exp( 1 ) Sat out o Sat in o P P G G G P P G G G (4-2)
Ở đõy G0 là độ khuếch đại tớn hiệu nhỏ. Cụng suất bóo hào PSat tại bƣớc súng xỏc định là cụng suất đƣợc yờu cầu để nghịch đảo một lớp của sợi pha tạp Erdium đủ thu đƣợc sự truyền thụng tớn hiệu quang, hoặc núi cỏch khỏc là đủ để cho độ khuếch đại bằng khụng. Hỡnh 4.18 là kết quả tớnh toỏn độ khuếch đại của EDFA phụ thuộc cụng suất tớn hiệu vào.
35 30 25 20 15 10 5 0 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 Pp=20mW Pp=25mW Pp=30mW Pp=35mW
Công suất tín hiệu đầu vào (dBm)
Đ ộ kh uế ch đ ại th ực (d B )
Hình 4.18 Độ khuếch đại của EDFA phụ thuộc vào công suất tín hiệu đầu vào đối với bốn công suất bơm khác nhau 3) Đối với thiết bị nối chộo quang
Nhƣ đó đƣợc trỡnh bày trong phần 3.6 của luận văn, hai loại thiết bị nối chộo quang đƣợc xem xột đú là thiết bị nối chộo quang sử dụng chuyển mạch (NxN) SD với suy hao tớn hiệu khi qua đƣợc xỏc định bởi cụng thức (3-13) và đƣợc biểu diễn trờn hỡnh 3.12; tiếp đến là thiết bị nối chộo quang sử dụng chuyển mạch (NxN) MSD với M bƣớc súng, suy hao tớn hiệu khi qua nú đƣợc cho bởi biểu thức (3-14) và (3-15) tƣơng ứng với định tuyến bƣớc súng đơn đoạn và nhiều đoạn. Hỡnh 3.13 biểu diễn suy hao phụ thuộc vào số nỳt mạng khi sử dụng MSD.
Bảng 4.1 Tớnh toỏn cỏc cự ly truyền dẫn với cỏc tham số suy hao thiết bị khỏc nhau.
Bảng tính toán các cự ly truyền dẫn với các tham số suy hao thiết bị khác nhau
Pin (dBm) Pr (dBm) MUX (dB) EDFA (dB)
Suy hao sợi (dB/Km) OXC (dB) WADM (dB) M (dB) Suy hao do tán sắc (dB) P (dB) Quỹ công suất (dB) Cự ly cực đại (Km) 0 -25 4 20 0.25 8.4 8 3 4.1 1 16.5 66 -2 -20 4 16 0.23 9 8.1 4 4.3 1 3.6 15.652 -1 -22 5 19 0.21 8.4 8 3 3.7 1 10.9 51.905 3 -23.5 4 20 0.23 8 8.4 3 3.6 1 18.5 80.435 2 -25.5 4 17 0.23 7.8 9 4 4 1 14.7 63.913 2 -26 4 20 0.26 7.5 9 3 4.2 1 19.3 74.231 3.5 -25 4 18 0.25 8.4 8.8 4 4.5 1 15.8 63.2 4 -23.5 4 19 0.25 8.4 8 3 4.1 1 18 72 -1.4 -21 4 20 0.24 7.6 8.6 4 4 1 10.4 43.333 0 -25 4 20 0.25 8.4 8 3 3.8 1 16.8 67.2 2.4 -24.5 4 16 0.23 8.2 7.8 4 4 1 13.9 60.435 1 -21 4 18 0.22 8.4 8.5 3 3.6 1 11.5 52.273 1.6 -20 4 20 0.26 8.3 8.1 4 3.5 1 12.7 48.846 0 -21.5 4 17 0.22 8 8.3 3 3.5 1 10.7 48.636
4) Ảnh hƣởng của hiện tƣợng tỏn sắc
Khi truyền dẫn tớn hiệu quang ở tốc độ cao trờn sợi đơn mode G.652 tại vựng bƣớc súng 1550nm thỡ ảnh hƣởng của hiện tƣợng tỏn sắc là rất lớn. Nhỡn chung, ảnh hƣởng của tỏn sắc đến năng lực truyền dẫn của hệ thống là rất phức tạp; điều này gõy nhiều khú khăn cho việc thiết kế cỏc hệ thống thụng tin quang ở tốc độ cao. Hiện tƣợng tỏn sắc cú thể đƣợc khắc phục bằng cỏch sử dụng cỏc bộ bự tỏn sắc khi đú ta phải xỏc định chớnh xỏc độ dài của sợi bự tỏn sắc DCF. Hiện tƣợng tỏn sắc làm ảnh hƣởng tới đặc tớnh cụng suất của hệ thống đƣợc cho bởi biểu thức (3 -11) và đƣợc biểu diễn trờn hỡnh 3.4.
Từ cỏc tớnh toỏn ở trờn, ta cú thể xỏc định cự tuyến nhƣ sau với giả thiết đơn giản chỉ cú nỳt mạng sử dụng chuyển mạch SD. Kết quả cho bởi bảng 4.1
4.5 KẾT LUẬN
Chƣơng này của luận văn tỡm hiểu hiện trạng mạng truyền dẫn đƣờng trục quốc gia, đỏnh giỏ về khả năng của hệ thống truyền dẫn quang đang sủ dụng theo hƣớng NGN và tớnh khả thi cụng nghệ mạng truyền tải, từ đú đƣa ra cấu trỳc kết nối
