Quỹ thời gian của hệ thống phụ thuộc vào tốc độ bit và mó đường truyền và được xỏc định bởi:
đối với NRZ(3 - 46) (3 - 46)
Hoặc đối với RZ(3 - 47) (3 - 47)
Trong đú:
τs: là tổng thời gian lờn.
CNRZvà CRZ : là tốc độ tớn hiệu nhị phõn đơn cực tớnh dựng mó NRZ và RZ.
Quỹ thời gian đú được phõn phối như sau: τ2 s = τ2 ld + τ2 fb + τ2 pd (3 - 48) (3 - 48) Trong đú:
τ2
ld : Là thời gian lờn của nguồn quang. : Là thời gian lên của nguồn quang.
τ2
fb : Là thời gian lờn của sợi quang. : Là thời gian lên của sợi quang. τ2
pd : Là thời gian lờn của photodiode. : Là thời gian lên của photodiode. Tất nhiờn phải sử dụng ngay điều kiện sau để bước đầu chọn cỏc linh kiện của hệ thống và loại bỏ những linh kiện khụng phự hợp:
τld < τs
τfb < τs
τpd < τs
Thời gian lờn của sợi quang được xỏc định như sau:
(3 - 49) Trong đú: đối với sợi quang loại SI và L < 1Km.
đối với sợi quang loại GI và L < 1 Km.
và cho sợi SI với L > 1Km.
cho sợi GI với L > 1Km.
Cũn tỏn xạ vật liệu và tỏn xạ dẫn súng được xỏc định bởi: τ = ( - Dmat + Dg )∆λ.L
Trong đú: ∆λ : Là độ rộng vạch phổ bức xạ của nguồn quang.: Là độ rộng vạch phổ bức xạ của nguồn quang.
Dmat : Là hệ số tỏn xạ vật liệu. Dwg : Là hệ số tỏn xạ dẫn súng.
Đối với photodiode thời gian lờn được xỏc định bởi dũng quang điện từ 10% lờn 90% của giỏ trị cực đại, và:
(3 - 50) Trong đú thời gian dịch chuyển được xỏc định bởi:
τdc thường vào khoảng 1ns
Cũn τmd là thời gian trễ do mạch điện gõy nờn: τmd = 2,19 RLCd
RL: Là điện trở tải.
Cd: là điện dung mặt ghộp ≈ 1 ữ 10pF. 3.2.2.4. Đỏp ứng quang điện.
Đỏp ứng quang điện của photodiode được xỏc định bởi dũng quang điện được sinh ra khi cụng suất quang chiếu vào bằng một đơn vị cú thứ nguyờn là A/watt. Đỏp ứng quang điện sẽ phụ thuộc vào bước súng ỏnh sỏng và vật liệu như đó trỡnh bày ở trờn kia. Dũng quang điện của photodiode được xỏc định theo cụng thức [40]:
(3 - 51) Trong đú:
M: hệ số khuếch đại của APD. : hệ số khuếch đại của APD. η : hiệu suất của APD.
e: điện tớch của điện tử. : điện tích của điện tử. P: cụng suất tới. : công suất tới.
C: vận tốc ỏnh sỏng. : vận tốc ánh sáng. λ : bước súng hoạt động.
Từ đú ta xỏc định được đỏp ứng quang của photodiode:
Đỏp ứng quang phụ thuộc vào vật liệu với PIN thỡ p cú thể bằng 0,5A/w cho Si, 0,7 A/w cho Ge và 1,1 A/w cho InGaAs cũn với APD thỡ p cú thể bằng 77 A/w cho Si và p = 30 A/w cho Ge.
3.2.2.5. Tạp õm và BER.
Tạp õm của hệ thống khụng đo được trực tiếp nhưng BER, một thụng số rất quan trọng của một tuyến thụng tin quang lại phụ thuộc vào tạp õm. Trong mục 3.1.3.4 chúng ta đó nghiờn cứu về tạp õm của hệ thống thụng tin quang và rút ra kết luận: trong nhiều trường hợp cú thể coi tạp õm nhiệt là tạp õm trội của hệ thống và SNR thường vào khoảng 20 ữ 25 dB là cú thể bảo đảm được giỏ trị BER.
Cụng suất tạp õm nhiệt: 4KT∆f Tớn hiệu điện thu được: pP[A].
Trong đú:
K: hằng số Boltzman = 1,38.10 : hằng số Boltzman = 1,38.10-23J.sec. T: nhiệt độ tuyệt đối Kelvin, : nhiệt độ tuyệt đối Kelvin, 0K. p: đỏp ứng quang, A/w. : đáp ứng quang, A/w.
P: cụng suất quang, W. : công suất quang, W. ∆f: băng tần.: băng tần.
RL : điện trở tải của photodiode.
Dựa vào quan hệ giữa BER và SNR ta cú thể tớnh được BER: BER = Pe = erfc(x) với x = 0,354
Ở đõy SNR khụng tớnh ra bằng dB mà tớnh theo tỷ số thực của chỳng, cũn erfc(x) được xỏc định như sau:
(3-53)
3.2.2.6.Tớnh SNR theo BER.
Giỏ trị BER do bài toỏn thiết kế đặt ra dựa vào yờu cầu của một tuyến thụng tin số:
Vỡ BER = erfc(x) nờn erfc(x) = 2.BER
Nờn erfc(x) được xỏc định bởi phộp tớnh lặp sau: x2
i+1= - ln[ xi .erfc(x) ] với i =0, 1, 2, 3....(3-54) (3-54) Sau khi tỡm được x sẽ tớnh được SNR tương ứng với BER đó cho. Cú thể kiểm tra lại giỏ trị BER theo cụng thức:
(3-55) 3.2.2.7. Độ nhạy mỏy thu:
Sau khi đó tớnh được SNR ta cú thể tớnh được cụng suất quang tối thiểu cần cú để đạt SNR:
(3-56)
Do đú: (3-57)
Trong đú SNR được tớnh dựa vào BER đó cho của bài toỏn thiết kế. 3.2.2.8.Tối ưu theo giỏ thành của tuyến.
Nếu chúng ta ỏp giỏ của những linh kiện thu, phỏt và sợi quang thỡ từng tổ hợp ta cú thể tớnh được giỏ thành và từng bước tớnh tiếp theo quỹ cụng suất, quỹ thời gian và kiểm tra giỏ trị BER đều được bắt đầu từ tổ hợp thiết bị cú giỏ thành rẻ nhất. Quy trỡnh này sẽ được lặp lại cho tới khi bài toỏn thiết kế được thoả món, tức là khi chúng ta đó chọn ra được một tổ hợp thiết bị cho tuyến vừa thoả món được yờu cầu của kỹ thuật mà vừa cú giỏ thành rẻ nhất.
Trong những trường hợp nếu BER khụng đảm bảo theo yờu cầu của thiết kế, mà khụng muốn dựng trạm lặp thỡ phải sử dụng thờm bộ khuếch đại. Dựa vào phương phỏp tớnh toỏn quỹ cụng suất ta cú thể xỏc định được tham số của bộ khuếch đại phải sử dụng cho tuyến [ 6 ], [ 7 ].
3.2.2.9. Cỏc bước thiết kế.
♦ Bước 1: Thiết kế theo quỹ cụng suất.
♦ Bước 2: Sắp xếp cỏc tổ hợp thoả món quỹ cụng suất theo thứ tự giỏ tăng dần.
♦ Bước 3: Thiết kế theo quỹ thời gian.
♦ Bước 4: Sắp xếp cỏc tổ hợp thoả món quỹ cụng suất và quỹ thời gian theo thứ tự giỏ tăng dần.
♦ Bước 5: Tớnh tỷ số BER, bắt đầu bằng tổ hợp rẻ nhất.
♦ Bước 6: Đưa ra tổ hợp thoả món cỏc chỉ tiờu thiết kế và cú giỏ thành rẻ nhất.
Quy trỡnh tớnh toỏn trờn được mụ tả bằng thuật toỏn trỡnh bày trờn hỡnh 3-24 và được lập trỡnh bằng ngụn ngữ Visual Basic. Phần mềm thiết kế tuyến thụng tin cỏp sợi quang trờn được mang tờn BKOPTIC 2.1 và đó được ứng dụng tại cụng ty thiết kế bưu điện.
3.3. Phạm vi ứng dụng của phần mềm thiết kế BKOPTIC2.1:
3.3.1. Phạm vi ứng dụng của phần mềm.
Núi chung, phần mềm được xõy dựng nhằm giỳp thiết kế cỏc tuyến TTCSQ sử dụng những linh kiện rời, tức là những tuyến khụng sử dụng những thiết bị đầu cuối đó được quy chuẩn như thiết bị trong hệ thống thụng tin quang đồng bộ SDH. Như vậy phần mềm thiết kế sẽ phỏt huy tỏc dụng ở những mạng thụng tin đường dài, nội hạt, cỏc tuyến liờn dài, cỏc hệ thống truyền số liệu, cỏc mạng mỏy tớnh.v.v. Phần mềm sẽ giỳp thiết kế tối ưu, tức tỡm ra được một bộ tổ hợp thiết bị cú giỏ thành hạ nhất. Phần mềm cú khả
năng tớnh thoỏn thiết kế bảo đảm mọi yờu cầu kỹ thuật của hệ thống về tốc độ, về cự ly và về độ tin cậy BER.
Hỡnh 3.24 Lưu đồ tuật toỏn thiết kế tuyến TTCSQ
Bắt đầu
Kết thúc Đ a các tham số cần tính toán thiết
kế cho tuyến: λ, L, BER, tốc độ .v.v
Thêm bộ khuếch đại?.
Tạo các tổ họp từ 3 mảng Thiết lập quỹ thời gian Đọc các thông số từ cơ sở dữ liệu về: Nguồn quang, Cáp, Bộ thu, ghi ra 3 mảng dữ liệu
Tính toán quỹ công suất
Quỹ công suất thoả mãn?. Ghi các thông số tính toán ra mảng dữ liệu ra Còn tổ hợp nữa không ? Tính BER của hệ thống BER thoả mãn
Tính toán giá thành đầu ra sắp xếp theo giá thành. Đ a ra các thông báo các bộ
tham số thoả mãn. Đ a ra các thông báo bộ tham
số thoả mãn và tối u. Y N N Y N Y Y N
3.3.2 Một thớ dụ về việc sử dụng phần mềm thiết kế BKOPTIC2.1.
Để thiết kế tối ưu một tuyến truyền dẫn quang cú cự ly 128 Km , tốc độ truyền 2,5Gbps, tỷ số lỗi bit yờu cầu 10-11nhiệt độ làm việc của hệ thống 200C trờn cơ sở cỏc linh kiện cú sẵn với: 3 loại nguồn quang với ký hiệu là: S1, S2, S3; hai loại sợi quang với ký hiệu là F1, F2 và ba loại bộ thu quang với ký hiệu là P1, P2, P3. Như vậy chỳng ta cú thể cú tới 3x2x3 = 18 phương ỏn với cỏc tổ hợp linh kiện khỏc nhau mà người thiết kế phải chọn ra được một trong 18 phương ỏn, vừa thoả món yờu cầu của bài toỏn thiết kế, lại vừa cú giỏ thành rẻ nhất. Bước 1: Dựa vào thời gian tăng trưởng của cỏc linh kiện, thuật toỏn cho thấy cú thể loại được hai loại nguồn quang là S1 và S2 ra khỏi bài toỏn thiết kế do khụng bảo đảm quỹ thời gian. Số tổ hợp chỉ cũn 6 nhưng cả 6 trường hợp đú đều khụng thoả món quỹ cụng suất. Như vậy tớnh toỏn cho biết cần lắp thờm bộ khuếch đại quang với G = 10dB nhưng cả 6 tổ hợp đú cũng vẫn khụng thoả món yờu cầu của bài toỏn thiết kế. Chương trỡnh tự thờm bộ khuếch đại 15dB, cả 6 tổ hợp thiết bị đú đều thoả món quỹ cụng suất: Cần tiếp tục tớnh toỏn theo quỹ thời gian va BER, chỉ cú 1 phương ỏn 6 là bảo đảm được quỹ thời gian và BER. Đú cũng là tổ hợp rẻ nhất được chọn cho bài toỏn thiết kế này. kết quả tớnh toỏn được trỡnh bày trong phụ lục 1.
3.4 Kết luận.
1. Trong chương này, để làm cơ sở cho cỏc bài toỏn thiết kế hệ thống TTCSQ luận ỏn đó phõn tớch, đỏnh giỏ một cỏch định lượng tớnh năng, cỏc tham số đặc trưng của cỏc linh kiện phỏt quang(LED, LD). Linh kiện thu quang(PIN, APD) và cỏc bộ khuếch đại quang sợi EDFA đang được sử dụng rộng rói hiện nay trong cỏc hệ thống TTCSQ.
2. Luận ỏn đó xõy dựng phương phỏp tớnh toỏn thiết kế tối ưu hệ thống truyền dẫn cỏp sợi quang sử dụng cỏc linh kiện rời. Chương trỡnh thiết kế gồm 4 bài toỏn cơ bản. Với phương phỏp đú cỏc nhà thiết kế cú thể chọn ra, từ hàng chục phương ỏn, một phương ỏn vừa bảo đảm mọi yờu cầu của bài toỏn thiết kế vừa cú giỏ thành hạ nhất.
3. Trờn cơ sở phương phỏp tớnh toỏn thiết kế được xõy dựng đó viết phần mềm thiết kế tối ưu hệ thống TTCSQ bằng ngụn ngữ Visual Basic mang tờn BKOptic2.1 với phần mềm đú cú thể tớnh toỏn thiết kế hệ thống TTCSQ như cỏc hệ thống PDH, hệ thống nội hạt, hệ thống truy nhập thuờ bao.v.v.v.
Chương 4. thiết kế mạng truy nhập thuờ bao.
4.1. Cỏc giải phỏp cải tiến mạng truy nhập thuờ bao cỏp đồng.
Trong cỏc hệ thống viễn thụng ngày nay, do nhu cầu phỏt triển của xó hội, đũi hỏi nhiều loại dịch vụ như điện thoại, Fascimine, truyền hỡnh, truyền số liệu, cỏc dịch vụ băng rộng, ISDN và B-ISDN, internet.v.v. Ở Hà nội và một số thành phố lớn đang cú chủ trương trang bị cỏp quang đến tận nhà thuờ bao. Cụng nghệ này đó được hóng Thomson CSF( Phỏp) thực hiện cỏp quang hoỏ toàn thành phố Biarritz một thành phố du lịch của nước Phỏp từ năm 1982 với quy mụ 5000 thuờ bao. Mỗi thuờ bao được cung cấp đồng thời cỏc dịch vụ: điện thoại số, điện thoại truyền hỡnh, truyền hỡnh 25 kờnh, Fascimine, và truyền thanh chất lượng cao Hi-Fi.
Để đỏp ứng việc cung cấp cỏc dịch vụ chất lượng cao, nếu chỉ cú cỏc tổng đài và mạng trung kế hiện tại thụi thỡ vẫn chưa đủ. Chất lượng cỏc dịch vụ cung cấp cho khỏch hàng cũn phụ thuộc rất nhiều vào cỏc mạng truy nhập thuờ bao và cỏc phương tiện hỗ trợ vỡ đõy chớnh là đầu mối trực tiếp cung cấp cỏc dịch vụ viễn thụng cho khỏch hàng.
Hiện nay ở bưu điện thành phố Hà nội, bưu điện thành phố Hồ Chớ Minh cũng như ở hầu hết bưu điện cỏc thành phố khỏc trong nước cũng như ở nhiều nước trờn thế giới tồn tại tỡnh trạng: Trong khi cỏc mạng trung kế được trang bị kỹ thuật số hiện đại thỡ mạng truy nhập thuờ bao vẫn được xõy dựng chủ yếu dựa trờn cỏc đụi dõy dẫn bằng đồng, một cụng nghệ lạc hậu và cú nhiều hạn chế khụng thể bảo đảm được cỏc nhu cầu đa dịch vụ hiện nay. Những nhược điểm cơ bản của mạng thuờ bao cỏp đồng là:
• Băng tần truyền dẫn của cỏp đồng rất bị hạn chế khụng thớch hợp với việc truyền dẫn cỏc tớn hiệu tốc độ cao. Trờn thực tế hệ thống cỏp đồng chỉ đảm đương tốt việc truyền dẫn cỏc tớn hiệu tương tự cú băng tần thấp. Trong khi đú khỏch hàng ngày càng đũi hỏi được cung cấp cỏc dịch vụ băng tần rộng cú chất lượng cao như truyền hỡnh, điện thoại truyền hỡnh, truyền số liệu tốc độ cao.v.v.
• Suy hao của cỏp đồng rất lớn, lớn hơn hàng trăm tới hàng ngàn lần suy hao của cỏp sợi quang đặc biệt ở tần số cao. Nhược điểm này đó hạn chế rất nhiều việc sử dụng cỏp đồng.
• Giỏ thành cỏp đồng ngày một tăng do khan hiếm nguyờn liệu chế tạo, việc lắp đặt cỏp đồng cũng rất tốn kộm và càng khú thực hiện khi mật độ thuờ bao tăng, khi mạng quỏ rộng hoặc phõn bố rải rỏc.
• Mạng sẽ rất cồng kềnh, phức tạp khi dung lượng lớn. Chi phớ bảo dưỡng hệ thống phức tạp và tốn kộm.
Hiện nay từng bước người ta đó cỏp sợi quang hoỏ mạng truy nhập thuờ bao. Cỏc tuyến truyền dẫn kết nối giữa cỏc tổng đài hầu hết đó được trang bị cỏp sợi quang.
Mạng lưới nối từ tổng đài nội hạt đến thuờ bao thỡ rất đa dạng về cấu tạo cũng như về tổ chức mạng lưới. Mạng lưới này giỳp người sử dụng truy nhập vào hệ thống viễn thụng nờn được gọi là mạng truy nhập thuờ bao. Nếu tớnh đến cỏc phương tiện hỗ trợ và bảo vệ thỡ được gọi là cụng trỡnh ngoại vi. Chủ yếu chỳng ta chỉ xột mạng truy nhập thuờ bao.
Hiện nay tuỳ từng trường hợp cụ thể, từng địa hỡnh và kết cấu của cơ sở hạ tầng mà cỏc mạng truy nhập thuờ bao cú thể là truy nhập bằng mạng vụ tuyến cố định, truy nhập thuờ bao bằng mạng vụ tuyến di động. Trong mạng truy nhập thuờ bao hữu tuyến cú nhiều cấu trỳc mạng khỏc nhau như mạng hỡnh sao ( Star ), mạng hỡnh cõy ( Tree ), mạng Bus và mạng vũng ( Ring ). Nhờ cú cụng nghệ mới về cỏp sợi quang, hiện nay người ta đang cú những giải phỏp từng bước cỏp quang hoỏ mạng truy nhập thuờ bao này.
Cải tiến mạng truy nhập thuờ bao cỏp đồng được thực hiện chủ yếu theo cỏc giải phỏp sau:
4.1.1.Giải phỏp phõn tỏn tổng đài.
Với sự phỏt triển của kỹ thuật điện tử hiện nay, dung lượng của một tổng đài đạt tới hàng chục ngàn số và vựng phục vụ lờn đến hàng chục Km2. Số lượng cỏp đồng sử dụng để kết nối trực tiếp thuờ bao đến tổng đài sẽ rất lớn, đặc biệt là những thuờ bao ở xa, hiệu quả kinh tế sẽ thấp. Để giải quyết vấn đề này giải phỏp phõn tỏn tổng đài đang được sử dụng rất phổ biến, người ta chia nhỏ khu vực phụ trỏch của tổng đài nội hạt thành nhiều phần và tỏch tổng đài nội hạt thành hai phần:
- Phần giao tiếp thuờ bao được tỏch ra gọi là khối chuyển mạch xa hay tổng đài vệ tinh RSU ( Remote Switching Unit ). Mỗi RSU sẽ phục vụ
một khu vực dõn cư. Cỏc thuờ bao được kết nối với tổng đài chớnh bằng cỏp quang.
- Phần chớnh và trung tõm của tổng đài nội hạt được gọi là HOST thỡ cú thể đặt tại một nơi để tiện kết nối hệ thống. HOST vẫn cú phần giao tiếp thuờ bao cho cỏc thuờ bao ở gần. Tuyến truyền dẫn giữa tổng đài HOST với RSU được sử dụng cụng nghệ thụng tin quang và kỹ thuật ghộp kờnh số nờn hiệu quả kinh tế và kỹ thuật rất cao ( hỡnh 4-1).
Hỡnh4.1. Giải phỏp phõn tỏn tổng đài.
4.1.2.Giải phỏp mạch vũng thuờ bao( Digital Loop Carrier ).
Đõy là biện phỏp tiết kiệm đường dõy thuờ bao. Theo phương phỏp này