Hỡnh 3.5. Mụ hỡnh tuyến thụng tin quang thiết kế
Ở mụ hỡnh của tuyến thiết kếcú độ dăi 50 Km bao gồm:
- 10 bộ phõt, trong đú cú 8 bộ phõt ở phớa phõt lă Trung tđm chuyển mạch tỉnh Quảng Nam (08 Phan Bội Chđu, Tp tam Kỳ), 1 bộ phõt ở Trung tđm viễn thụng Thăng Bỡnh vă 1 bộ phõt ở Trung tđm viễn thụng Duy Xuyớn.
- 3 bộ thu: 1 bộ thu ở Trung tđm viễn thụng Thăng Bỡnh, 1 bộ thu ở Trung tđm viễn thụng Duy Xuyớn vă 1 bộ thu ởđiểm đầu cuối lă trung tđm Viễn thụng Điện Băn.
Băi toõn đặt ra ở đđy lă tớnh toõn lăm như thếnăo để tuyến hoạt động ổn định, cú tỉ lệ lỗi thấp, chất lượng tớn hiệu tốt vă sau khi đưa văo thực tế sẽ õp dụng hiệu quả.
3.2.5.2. Cõc thụng số cho trước
- Cõc bộ phõt sử dụng nguồn phõt Laser cú cụng suất phõt lă 20 mW.
- Bộ thu sử dụng lă Phụtụđiốt PIN, EDFA1 cú Gain =10 dB; EDFA2 cú Gain = 12 dB.
- Sợi quang trớn tuyến cú độ suy hao 0,2 dB/ Km (đối với sợi SMF) vă 0,6 dB/km (đối với sợi DCF).
- Mỗi bộ kết nối connector cú suy hao lă 0,3 dB. - Mất do mối hăn lă 0,1 dB/mối.
- Mất cho độ dự phũng trong tương lai lă 4 dB.
- Tỉ lệ BER ởđầu nhận lă 10-10 , tốc độ lấy mẫu ở bộ nhận bằng 5 GHz.
3.2.5.3. Sử dụng Phần mềm Optisystem Mụ phỏng quõ trỡnh hoạt động
Từ cõc yớu cầu đặt ra vă cõc thụng số cho trước, tõc giảđờ sử dụng phần mềm Optisystem để thiết kế tuyến cõp quang như hỡnh 3.25
10/15/2013 28 Bõo Cõo tốt nghiệp
TTVTHuyện
ThăngBỡnh TTVTHuyệnDuy
Xuyớn TTCM Tỉnh Quảng Nam Mụ Hỡnh Hệ Thống
TTVTHuyện ĐiệnBăn
EDFA
Hỡnh 3.6. Mụ hỡnh tuyến cõp quang
Hỡnh 3.8. Sơ đồ bộ thu (Receiver)
Nhỡn văo mụ hỡnh khối phõt, ta thấy rằng mỗi bộ phõt gồm 4 khối ghĩp với nhau đú lă PRBS tạo ra chuỗi xung 0,1 để số húa dạng xung, bộ Pulse Generator tạo xung NRZ, bộ phõt Laser dựng phõt ra õnh sõng cần thiết để truyền đi trong mụi trường sợi quang. Tia sõng phõt ra từ bộ Laser kết hợp với xung NRZ tại bộđiều chế Mach-Zehnder, tại đđy tớn hiệu õnh sõng được ghĩp văo sợi quang để truyền đi. Mach- Zehnder cũng được coi lă một bộ lọc ở phớa phõt.
Trớn tuyến ta sử dụng hai loại sợi quang lă sợi đơn mode SMF vă sợi bự tõn sắc DCF. Tõm tớn hiệu phõt (tại điểm đầu cuối số 02Phan Bội Chđu – Tp. Tam Kỳ) sau khi qua bộđiều chếđược đưa đến tõm đầu văo của bộghĩp kớnh phđn chia theo bước súng WDM 8x1. Tớn hiệu đầu ra của bộWDM 8x1 được ghĩp văo sợi SMF trước để truyền đi.
Tại điểm thu thứ nhất (Trung tđm viễn thụngThăng Bỡnh) cõch điểm phõt khoảng 24km, tớn hiệu sẽđược tõch kớnh cú tần số bằng 193.1 THz vă phõt trở lại kớnh đú thụng qua bộWDM Add and Drop_1. Sau đú tớn hiệu tõch ra năy sẽđược đưa đến bộ thu.
Sau bộ WDM Add and Drop_1, tớn hiệu tiếp tục ghĩp nối với sợi SMF cú chiều dăi 16 km để truyền tớn hiệu đến điểm thu thứ hai. Trớn quờng đường năy, tớn hiệu được nối với bộ khuếch đại quang Optical Amplifier_1 để bự suy hao trong quõ trỡnh truyền.
Tại điểm thu thứ hai (Trung tđm viễn thụng Duy Xuyớn) tớn hiệu lại được xen rẽkớnh như tại điểm thu thứ nhất (lỳc năy lă kớnh cú tần số 193.1 THz) thụng qua bộ WDM Add and Drop_2.
Sau đú tớn hiệu tiếp tục được truyền trớn sợi quang SMF với chiều dăi 10km, được bự suy hao đường truyền qua bộ Optical Amplifier_2 rồi tiếp tục được truyền trớn 17km chiều dăi sợi quang bự tõn sắc DCF. Tớn hiệu truyền qua sợi DCF lại bị suy hao lần nữa nớn sẽđược ghĩp nối với bộ Optical Amplifier_3 trước khi truyền đến đầu thu cuối.
Cõc Optical Power Meter Visualizer dựng để xõc định cụng suất ở tất cả cõc đầu, Oscilloscope Visualizer được dựng lăm thiết bị đo xung NRZ phõt ra vă xem dạng xung sau khi qua bộ lọc thụng thấp. Optical Time Domain Visualizer xem dạng xung sau khi qua mỗi bộ phận trớn tuyến.
Ta cú kết quả mụ phỏng như sau: Cõc bộ phõt quang (CW Laser) cú cụng suất phõt lă 20mW (14,77 dBm). Cõc kớnh tớn hiệu quang sau khi được điều chế sẽ được thực hiện ghĩp kớnh qua bộ WDM 8x1 để truyền đi trớn đường truyền lă sợi quang SMF vă DCF. Trong quõ trỡnh truyền, do khoảng cõch truyền, trớn cõc sợi quang cú thớm những mối hăn nối vă một số thiết bị khõc nớn tớn hiệu truyền sẽ bị suy hao. Cụng suất nhận ởcõc đầu thu được cho ở bảng 3.6.
Bảng 3.6. Cụng suất nhận ởcõc đầu thu
Cụng suất
mW dBm
Trung tđm Viễn thụng Thăng Bỡnh 17,379.10-3 -17,6
Trung tđm viễn thụng Duy Xuyớn 17,902.10-3 -17,471
Hỡnh 3.9. Cõc thụng số về cụng suất trớn tuyến.
Mụ hỡnh xung phõt ra với dạng súng từ bộ tạo xung (NRZ Pulse Generator) được đo bởi Oscilloscope Visualizer thể hiện như hỡnh 3.10 với tốc độ bớt lă 5 Gbit/s.
Hỡnh 3.10. Dạng xung NRZ phõt ra.
Tớn hiệu phõt tại bộ CW Laser vă bộ NRZ Pulse Generator được kết hợp tại bộ Mach Zehnder Modulator. Tớn hiệu năy cú dạng xung vuụng vă được thể hiện qua bộ Optical Time Domain Visualizer như hỡnh 3.11
Hỡnh 3.11. Dạng xung tại bộ Mach Zehnder Modulator
Trớn tuyến được thiết kế năy, mụi trường truyền bao gồm sợi quang SMF được chia lăm 3 đoạn cú tổng chiều dăi 50 Km, độsuy hao được đưa ra lă 0,2 dB/Km , độ phđn tõn lă 16 ps/nm.km vă sợi bự tõn sắc DCF dăi 17 km cú độ suy hao 0,6 dB/km, độ phđn tõn -80ps/nm.km, 3 bộ tạo suy hao thay thế cõc suy hao của mối hăn, dự phũng cho tương lai, do sửa chữa vă tuổi thọ thiết bị với mức suy hao như bảng 3.7
Bảng 3.7. Giõ trị cõc bộ Optical Attenuator
Optical Attenuator_1 Optical Attenuator_2 Optical Attenuator_3
Suy hao(dB) 24,5 29,9 18,5
8 kớnh tớn hiệu sử dụng 8 bước súng để truyền tớn hiệu đi trong tuyến cú giõ trị cú giõ trịđược cho ở bảng 3.8.
Bảng 3.8. Tần sốvă bước súng của cõc kớnh Kớnh Tần số (THz) Bước súng (nm) 1 193.1 1552,5244 2 193.2 1551,7208 3 193.3 1550,9180 4 193.4 1550,1161 5 193.5 1549,3150 6 193.6 1548,5148 7 193.7 1547,7153 8 193.8 1546,9167
Do ảnh hưởng của cõc yếu tố lă khoảng cõch truyền, suy hao, tõn sắc nớn tớn thu được ởcõc đầu thu sẽ bị nhiễu, mĩo dạng so với tớn hiệu phõt. Điều quan trọng lă dạng súng tới đầu nhận thiết bị nhận vẫn cú thể nhận ra tớn hiệu. Tớn hiệu trước bộ nhận ở cõc đầu thu cú dạng súng được thể hiện ở hỡnh 3.12, 3.13 vă 3.14
Hỡnh 3.12. Tớn hiệu trước bộ nhận ở Receiver_1
Hỡnh 3.14. Tớn hiệu trước bộ nhận ở Receiver_3
Tớn hiệu đi trong mụi trường sợi quang tới bộ nhận quang, bộ nhận sử dụng lă phụtụđiốt PIN.Ởđđy tớn hiệu được biến đổi từ tớn hiệu quang thănh tớn hiệu điện. Tớn hiệu thu được lại cú một lượng nhiễu nhất định nhưng vẫn cú thể nhận ra dạng tớn hiệu, so với tớn hiệu gốc nú bị mĩo dạng rất nhiều. Sau khi qua bộ nhận tớn hiệu được lọc bởi bộ lọc thụng thấp Bessel (Low Pass Bessel Filter) để lọc bớt nhiễu đi cho ta một dạng súng gọn găng hơn. Thể hiện ở hỡnh 3.15,3.16 vă 3.17
Hỡnh 3.16. Tớn hiệu nhận đờ lọc bớt nhiễu ở Receiver_2
Hỡnh 3.17. Tớn hiệu nhận đờ lọc bớt nhiễu ở Receiver_3
Tớn hiệu sau đú được đưa đến bộ BER Analyzer. Tỉ lệ lỗi bit (BER) lă thụng số để so sõnh chất lượng tớn hiệu trước khi truyền vă sau khi nhận. Tỉ lệ năy căng nhỏ thỡ chất lượng tớn hiệu căng tốt vă ngược lại.Ởđđy BER cho phĩp lă 10-10. Tỉ lệ BER của PIN tại cõc đầu thu được thể hiện ở hỡnh 3.18, 3.19 vă 3.20.
Hỡnh 3.18. BER tại Receiver_1
Hỡnh 3.20. BER tại Receiver_3
Ngoăi ra, ta cũng phải kểđến hệ số thể hiện chất lượng BER đú lă hệ số phẩm chất Q được mụ tả ở hỡnh 3.21, 3.22 vă 3.23.Hệ số phẩm chất Q (Q factor) lă hệ số tương đương với tỉ lệ tớn hiệu trớn nhiễu (signal to noise ratio) của tớn hiệu điện ở bộ thu sau khi được khuyếch đại.
Hỡnh 3.22. Q Factor tại Receiver_2
Hỡnh 3.23. Q factor tại Receiver_3
Mõy đo BER cũn cú khảnăng phđn tớch quõ trỡnh lấy mẫu tớn hiệu từ bộ phõt vă bộ nhận, ởđđy dạng tớn hiệu lấy mẫu theo dạng đồ thị mắt (Eye Diagram). Đồ thị mắt lă đồ thị biểu diễn sự chồng chập của tất cả cõc bit của tớn hiệu (trụng giống hỡnh dạng một mắt người nớn gọi lă đồ thị mắt). Đồ thị mắt cho phĩp ta quan sõt thấy được tớn hiệu vă phõn đoõn chất lượng tớn hiệu hạn chế bởi cõc hiện tượng như nhiễu biớn độ (amplitude noise), hỗn loạn trong miền thời gian (timing jitter), vă giao thoa giữa cõc bit (intersymbol interference). Độ rộng của mắt căng lớn thỡ tớn hiệu thu được căng tốt vă ngược lại.
Đồ thị mắt thể hiện quõ trỡnh lấy mẫu của cõc bộ nhận thể hiện qua hỡnh 3.24, 3.25 vă 3.26.
Hỡnh 3.24. Đồ thị mắt tại Receiver_1
Hỡnh 3.26. Đồ thị mắt tại Receiver_3
Từ quõ trỡnh phõt tới quõ trỡnh nhận thể hiện qua cõc hỡnh, mụ hỡnh đờ cho chỳng ta thấy việc mụ phỏng hoạt động của một hệ thống thụng tin quang bằng phần mềm OptiSystem trở nớn dễ dăng hơn nhiều so với thực hiện với một phũng thớ nghiệm thực tế mă vẫn đạt được hiệu quả cao.
KẾT LUẬN VĂ MỘT SỐĐỀ XUẤT
- Sau 1thời gian nghiớn cứu, tỡm hiểu cộng với những kiến thức sẵn cú của bản thđn, sự chỉ dạy nhiệt tỡnh của thầy giõo hướng dẫn; em đờ hoăn thiện bản luận văn “ Thực trạng vă giải phõp nđng cao chất lượng mạng truyền dẫn cõp quang VNPT Quảng Nam”. Với kết quảthu được như lă mong đợi, đú lă:
- Thực hiện tớnh toõn theo lý thuyết vă mụ phỏng thănh cụng hệ thống truyền dẫn RING dự phũng tuyến cõp quang Tam Kỳ - Điện Băn bằng phần mềm OptiSystem với kết quảđạt được lă cụng suất thu vă BER theo yớu cầu.
- Vẽ mụ phỏng mạng truyền dẫn cõp quang VNPT Quảng Nam bằng phần mềm microsoft Visio 2003.
Thiết kế tuyến quang trở nớn hiệu quảhơn nhiều khi cú cõc phần mềm hỗ trợđặc biệt lă phần mềm mụ phỏng Optisystem, nú giỳp cho việc thử nghiệm cõc kết quả thiết kế trởnớn đơn giản hơn, nhanh chúng vă tiện lợi hơn rất nhiều, nú cũn giỳp tiết kiệm chi phớ, cụng sức vă thời gian hơn. Từ đú, người thiết kế sẽ cú điều kiện để nghiớn cứu, tỡm hiểu vă dễdăng hơn trong việc tối ưu tuyến thiết kế.
Với kết quảđạt được, thỡ đề tăi cú thểđược õp dụng văo thực tếđể thiết kế vă triển khai tuyến cõp quang dung lượng lớn giữa cõc thănh phố/Huyện của toăn tỉnh Quảng Nam.
Qua quõ trỡnh Nghiớn cứu đờ giỳp tõc giả củng cố, tổng hợp vă nđng cao kiến thức đờ học vă lăm quen với cõc phương phõp tư duy vă NCKH, tạo điều kiện để tõc giảđi sđu tỡm hiểu, nghiớn cứu vấn đề cụ thểmă chuyớn mụn đặt ra.
Trong quõ trỡnh thực hiện đề tăi, tõc giả cũng gặp phải một sốkhú khăn như : Tõc giả do điều kiện cụng việc nớn cú rất ớt thời gian đầu tư nghiớn cứu một cõch băi bản hơn.Mặt khõc, do tõc giả lần đầu tiớn tiếp xỳc với phần mềm Optisystem nớn khảnăng nghiớn cứu cũn hạn chế. Do đú, đề tăi chỉ dừng lại ở việc giới thiệu phương phõp nghiớn cứu, tớnh toõn theo lý thuyết vă thực hiện mụ phỏng trớn mõy tớnh bằng cõc phần mềm nớu trớn.
Trong tương lai, cú thể mở rộng nghiớn cứu đềtăi năy theo cõc hướng sau:
- Thiết kế vă mụ phỏng tuyến cõp quang dung lượng cao giữa cõcHuyện, T/P trớn địa băn toăn tỉnh Quảng Nam vă cú thể mở rộng thớm giữa cõc Tỉnh, Thănh phố lớn của một quốc gia vă giữa cõc quốc gia với nhau.
Mặc dự đờ cú nhiều cố gắng để hoăn thănh tốt đềtăi, nhưng do kiến thức vă kinh nghiệm thực tế cũn hạn chế nớn khụng thể trõnh khỏi những thiếu sút. Rất mong nhận được sựgiỳp đỡ của quý thầy cụ đểđề tăi được hoăn thiện hơn.
TĂI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt:
1. Băi giảng Qui hoạch mạng viễn thụng – Mạng VT2, TS. Nguyễn Nam Hoăng, Đại học Cụng nghệ Hă Nội.
2. Băi giảng – Qui hoạch mạng viễn thụng - Telecommunication Network Project - Nguyễn Huy Hựng – Đại học Kỹ thuật Cụng nghệ.
3. Giõo trỡnh Quang - Điện tử & Thụng tin quang, PGS.TS. Phạm Văn Hội 4. Hệ thống thụng tin quang, TS. Vũ Văn San, NXB Bưu điện, Hă Nội, 2008. 5. Học viện cụng nghệbưu chớnh viễn thụng , Kỹ thuật thụng tin quang 1, 2009. 6. Học viện cụng nghệbưu chớnh viễn thụng , Kỹ thuật thụng tin quang 2, 2007
7. Xõc định ảnh hưởng của tõn sắc trong hệ thống thụng tin quang tốc độ cao
(Estimation of Influence of Chromatic Dispersion in High-bit Rate Optical Fiber Communication Systems) - Đinh Thị Thu Phong, Vũ Văn San
Tiếng Anh:
8. Component Library, Optical Communication System Design Software
9. OptiSystem Tutoritals - Volume 1, Optical Communication System Design Software 10. OptiSystem Tutoritals - Volume 2, Optical Communication System Design Software 11. K. M. Sivalingam and S. Subramaniam, Optical WDM Networks: Principles and
Practice, Kluwer Academic Publishers, 2001.
12. Sidney Shiba et. al., "Optical Power Level Management in Metro Networks", NFOEC'01, 2001
13. R. Ramaswami and K.N. Sivarajan, Optical Networks: A practical Perspective, Morgan Kaufmann, 1998.
14. Tarek S. El-Bawab et. al., “Design considerations for transmission systems in optical metropolitan networks”, Opt. Fib. Tech. 63, p. 213, 2000.
15. I. Tomkos et. al., Filter concatenation in metropolitan optical networks utilizing directly modulated lasers”, IEEE Photon. Tech. Lett. 13, p. 1023, 2001
16. http://vi.scribd.com, Mạng toăn quang, nhúm sinh viớn: Hoăng Trung Hiếu, Phạm văn
Hồng, Phạm Huyớn
PHỤ LỤC
PHỤ LỤC I: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THễNG TIN QUANG WDM I.1. GIỚI THIỆU
Ghĩp kớnh theo bước súng WDM (Wavelength Division Multiplexing) lă cụng
nghệ “trong một sợi quang đồng thời truyền dẫn nhiều bước súng tớn hiệu quang”. Ởđầu phõt, nhiều tớn hiệu quang cú bước súng khõc nhau được tổ hợp lại (ghĩp kớnh) để truyền
đi trớn một sợi quang. Ởđầu thu, tớn hiệu tổ hợp đú được phđn giải ra (tõch kớnh), khụi
phục lại tớn hiệu gốc rồi đưa văo cõc đầu cuối khõc nhau. Trong điều kiện cõc dịch vụ
truyền số liệu ngăy căng tăng nhanh đặc biệt lă Internet, truyền hỡnh số, vệ tinh… vă khi
mă IP nổi lớn như lă nền tảng cho cõc dịch vụứng dụng trong tương lai, cõc nhă quản lý cung cấp dịch vụ truyền dẫn lỳc năy sẽ phải suy nghĩ lại về hệ thống truyền dẫn truyền thống TDM (Time Division multiplexing), hệ thống vốn tối ưu cho truyền thoại nhưng lại kĩm hiệu quả trong sử dụng băng thụng. Với phương thức truyền dẫn ghĩp kớnh phđn chia
theo bước súng WDM sẽđảm bảo:
- Thứ nhất, vẫn giữ tốc độ xử lý của cõc linh kiện điện tửở mức 10 Gbps, bảo đảm
thớch hợp với sợi quang hiện tại.
- Thứhai, tăng băng thụng bằng cõch tận dụng cửa sổ lăm việc của sợi quang trong
khoảng bước súng 1260 nm đến 1675 nm (được mụ tảở bảng 2).
Thoạt tiớn, hệ thống WDM hoạt động ởbăng C (do EDFA hoạt động trong khoảng
băng súng năy). Về sau, EDFA cú khả năng hoạt động ở cảbăng C vă băng L nớn hệ
thống WDM hiện tại dựng EDFA cú thể hoạt động ở cả băng C vă băng L. Nếu theo chuẩn ITU-T, xĩt khoảng cõch giữa cõc kớnh bước súng lă 100 Ghz (đảm bảo khảnăng