Hiện nay do chi phớ để lắp đặt và thiết bị đầu cuối cho mạng truy nhập thuờ bao bằng cỏp quang cũn cao nờn cần phải nghiờn cứu từng bước triển khai mạng truy nhập thuờ bao sử dụng cỏp quang hợp lý nhất trong thời gian trước mắt.
Mặt khỏc, Mạng truy nhập thuờ bao cỏp đồng hiện nay đó rất phỏt triển. Do đú, để bảo đảm chi phớ đầu tư thấp, vẫn tận dụng được cỏp đồng, trước mắt cần sử dụng chung cỏp đồng và cỏp quang trờn cựng một mạng truy nhập, rồi từng bước theo nhu cầu dịch vụ mà thay thế dần cỏp đồng bằng cỏp quang. (hỡnh 4.8)
Hỡnh 4-8a. Tổ chức mạng truy nhập thuờ bao.
Trong đú:
* CO ( central office ): tổng đài trung tõm.
* HDT ( Host Digital Terminal ): Thiết bị đầu cuối số tổng đài được đặt tại CO. Do nú cú chức năng đầu cuối quang nờn cũn được gọi là thiết bị đầu cuối dường truyền quang OLT ( Optical Line Terminal ).
* ODT ( Optical Distance Terminal ): Thiết bị đầu cuối quang xa cú nhiệm vụ phõn phối tớn hiệu từ HDT tới cỏc khối mạng quang ONU tức là nú tạo ra một đường truyền chung cho cỏc ONUnhư vậy sẽ tiết kiệm được cỏp.
Cú hai loại ODT:
CO HDT OF OF OF ODT Tới ONU Tới ONU
- ODT thụ động:
+ Chỉ đơn thuần thực hiện chia tớn hiệu quang thành nhiều nhỏnh. + Đơn giản rẻ tiền.
- ODT tớch cực:
+ Phải cấp nguồn, giỏ thành đắt. + Cú khả năng phục hồi tớn hiệu.
+ Cú khả năng ghộp/tỏch kờnh hay chuyển mạch.
+ Dễ dàng xõy dựng mạng hỗn hợp cỏp quang và cỏp đồng.
Hỡnh 4.8b. Tổ chức mạng truy nhập thuờ bao.
* ONU ( Optical Network Unit ): Khối mạng quang, được đặt gần thuờ bao và thường được dựng cho nhiều thuờ bao. Số lượng thuờ bao chớnh xỏc phụ thuộc vào từng ứng dụng cụ thể. ONU phải cú cỏc chức năng chớnh sau:
- Cung cấp trực tiếp hoặc từ xa giao diờn phớa thuờ bao. - Ghộp/tỏch kờnh tớn hiệu.
- Chức năng chuyển đổi O/E, E/O.
- Chức năng chuyển đổi D/A, A/D đối với cỏc thuờ bao tương tự. Tớnh toỏn truyền dẫn quang phải tớnh đến cỏc ONU này.
Hỡnh 4.8 cho ta thấy từng bước sử dụng cỏp quang trong mạng truy nhập. 4.3.1.1. Sợi quang đến vựng dõn cư FTTC(Fiber to the curb ).
Theo đú khối thiết bị mạng quang ONU ( Optical Network Unit ) được đặt trờn cỏc Cabin trờn phố. Để nối từ ONU đến cỏc thuờ bao sẽ sử dụng cỏp sẵn cú như cỏp đồng hoặc cỏp đồng trục. Với cỏch này băng tần dành cho thuờ
ONU ONU FTTC hoặc FTTB Cáp đồng OF OF Từ ODT hoặc ONU FTTH
bao khụng lớn nhưng chi phớ cỏp quang và ONU được chia đều cho cỏc thuờ bao nờn giảm được vốn đầu tư ban đầu cho mạng.
4.3.1.2. Sợi quang đến toà nhà FTTB ( Fibre To The Building ).
Tương tự như FTTC nhưng ở đõy cỏp quang đưa gần tới nhà thuờ bao hơn, tức là tới cụm nhà thuờ bao. Do vậy mạng sẽ cú nhiều tớnh năng hơn, nhưng chi phớ sẽ tốn kộm hơn.
4.3.1.3. Sợi quang đến tận nhà FTTH ( Fibre To The Home ).
Đõy là mục tiờu cuối cựng của cỏc nhà khai thỏc mạng, là mức cao nhất của việc ỏp dụng sợi quang trong mạng truy nhập.
Trong mạng truy nhập thuờ bao quang để chia tỏch cỏc luồng quang cú thể sử dụng cỏc thiết bị tớch cực. Tuy cỏc thiết bị này cú khả năng phục hồi tớn hiệu, khả năng ghộp/tỏch kờnh hay chuyển mạch, nhưng giỏ thành đắt khụng phự hợp với khả năng của đa số khỏch hàng.
Một giải phỏp khắc phục là sử dụng mạng hỡnh cõy ( Tree ) và nhỏnh kết hợp với cỏc bộ chia quang thụ động. Cỏc bộ chia quang thu động này cho phộp chia điểm - đa điểm mà khụng cần thành phần tớch cực. Do đú, mạng cú tờn là mạng thụ động PON ( Passive Optical Network ).
• Cỏc ưu điểm cơ bản của mạng PON.
- Mạng PON cú thể cung cấp một đường truyền thụng suốt giữa tổng đài và thuờ bao. Chiều dài của tuyến lớn nhất bị hạn chế bởi quỹ cụng suất quang và chủ yếu phụ thuộc vào số lần chia và hệ số chia của mỗi bộ chia. Điều này, ngược lại, lại tạo nờn mức độ linh hoạt cao vỡ cấu trỳc mạng chỉ phụ thuộc vào quỹ cụng suất quang.
- Việc sử dụng cỏc bộ chia quang thụ động làm giảm thành phần tớch cực trong mạng, do đú sẽ làm giảm giỏ thành của hệ thống và làm giảm độ phức tạp cũng như hỏng húc của mạng.
- Mạng PON khụng những cho phộp cỏc nhà quản lý và cung cấp dịch vụ điện thoại với giỏ thấp mà cũn tạo cơ sở hạ tầng để đỏp ứng cỏc dịch vụ băng rộng sau này.
4.3.2. Cỏc thiết bị thụ động.
Cỏc thiết bị này cú nhiệm vụ tỏch/ghộp cac luồng quang. Chỳng cú thể được phõn thành nhiều loại khỏc nhau theo cụng suất hoặc theo bước súng. * Theo cụng suất.
- Bộ chia cụng suất ( Power Splitte ): chia năng lượng từ một đầu vào cho nhiều đầu ra khỏc nhau.
- Bộ gộp ( Power Combinner ): Cú tỏc dụng ngược với bộ chia
- Star Coupler: Trộn tớn hiệu quang từ N đầu vào và chia chúng cho M đầu ra.
* Theo bước súng:
- Bộ ghộp kờnh theo bước súng: Ghộp nhiều kờnh cú bước súng khỏc nhau va cho ra ở một đầu ra duy nhất.
- Bộ tỏch kờnh theo bước súng: Tỏch cỏc kờnh cú bước súng khỏc nhau từ đầu vào va cho ra ở nhiều đầu ra khỏc nhau.
- Bộ cỏch ly ( Optical isolator ): Bảo vệ cỏc bộ phỏt hoặc cỏc thiết bị nhạy cảm khỏc khỏi những năng lượng phản xạ ngoài ý muốn.
Trong thực tế để thực hiện đa truy nhập mạng thụng tin quang, phõn tử quan trọng và cơ bản nhất là bộ ghộp hai đầu vào và hai đầu ra. Và ký hiờu là 2x 2 Coupler. * Bộ 2x2 Coupler. .... ....M N .... λ1 λN λ1, λ2,..,λN ....λλ1 N λ1, λ2,..,λN
Đõy là thiết bị ghộp hai đầu vào và phõn chia cụng suất cho hai đầu ra. Chẳng hạn Coupler 3dB sẽ chia cụng suất nhận được từ một đầu vào thành hai nửa cho hai đầu ra. Cú thể mụ tả bộ ghộp 2x2 Coupler như sau:
Hỡnh 4.9. Bộ ghộp 2x2.
Cỏc bộ ghộp 2x2 cú thể được phõn tớch bằng ma trận tỏn xạ S. Ma trận này biểu thị mối quan hệ giữa cường độ trường của hai đầu vào: a1, a2 và cường độ trường của hai đầu ra: b1,b2.
Hoặc cú thể viết b = S.a
Nếu bỏ qua suy hao thỡ ma trận S được xỏc định bởi [ 51 ]:
Trong đú α là hệ số ghộp của Coupler ( 0 < α < 1 ) tức là nếu cho cụng suất quang vào cửa vào 1 là 1 thỡ cụng suất quang ra tại cửa ra 1 là ( 1 - α ) và của cửa ra 2 là α.
Trong thực tế thường cú suy hao và suy hao từ 0,3 đến 0,5 dB. Và hệ số suy hao được xỏc định bởi
β[dB] = -10log( ) * Star Coupler.
Thực tế bộ ghộp 2x2 khú đỏp ứng được nhu cầu của mạng đa truy nhập thụng tin quang.Để đỏp ứng yờu cầu đú phải cú bộ ghộp hỡnh sao: Star Coupler. Nú cú nhiệm vụ trộn cỏc tớn hiệu quang từ N đầu vào và chia đều cho M đầu ra. Bộ ghộp như vậy gọi là bộ ghộp NxM Full-Star-Coupler. Trường hợp đặc biệt, khi N = 1 thỡ ta cú bộ chia 1xM.
S11 S21 S22 S12 b 2 b1 a1 a2
Để thực hiện cỏc Star-Coupler, người ta thường thực hiện ghộp nhiều bộ 2x2 Coupler lại với nhau. Vớ dụ cú thể ghộp 12 bộ Coupler loại 3dB để tạo thành một bộ 8x8 Full-Star-Coupler như hỡnh 4.10.
Hỡnh 4-10. Sơ đồ ghộp 8x8 Full Start-Coupler từ cỏc bộ 2x2 Coupler Với cỏch tổ hợp đú thỡ muốn cú bộ ghộp NxN cần cú bộ 2x2 loại 3dB. Suy hao của một tớn hiệu sau khi đi qua bộ ghộp NxN sẽ được xỏc định bằng
β[dB]Star =
Trong đú β là suy hao của một bộ ghộp 2x2.
Ngoài những thiết bị đặc biệt vừa khảo sỏt ở trờn, trong mạng truy nhập thuờ bao cỏp quang cũng sử dụng những LED hoặc diode Laser trong bộ phỏt, cỏc loại sợi quang đơn mode và đa mode và cỏc loại sợi quang đặc biệt và cỏc photodiode PIN hoặc APD mà chỳng ta đó khảo sỏt kỹ ở trờn.
4.3.3. Phương phỏp tớnh toỏn thiết kế hệ thống truyền dẫn mạngtruy nhập thuờ bao cỏp quang. truy nhập thuờ bao cỏp quang.
Phương phỏp tớnh toỏn thiết kế mạng truy nhập thuờ bao cỏp quang, như đó phõn tớch ở trờn, cú nhiều phần giống với phương phỏp tớnh toỏn thiết kế đó xõy dựng trong phần mềm BKOPTI2.1. Vỡ vậy ở đõy chỳng ta sẽ chỉ xột đến một số đặc điểm đặc biệt cần lưu ý và bổ sung trong bài toỏn thiết kế.
4.3.3.1. Tớnh toỏn quỹ cụng suất.
3-dB Coupler 3-dB Coupler 3-dB Coupler 3-dB Coupler 3-dB Coupler 3-dB Coupler 3-dB Coupler 3-dB Coupler 3-dB Coupler 3-dB Coupler 3-dB Coupler 3-dB Coupler 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8
Trong mạng truy nhập thuờ bao sử dụng cỏp quang để giảm giỏ thành hệ thống, người ta chia chi phớ thiết bị OLT và cỏp quang cho nhiều thuờ bao. Do đú phải tớnh toỏn sao cho chi phớ của OLT và sợi quang được chia cho nhiều thuờ bao nhất nhưng đồng thời phải bảo đảm bự suy hao cho cỏc ODT. Cú thể xỏc định suy hao cho trường hợp xấu nhất và suy hao cho trường hợp tốt nhất theo cụng thức sau với giả thiết suy hao của cỏc thành phần trong khối ODT tuõn theo phõn bố Gauss[48]:
Trong đú: sp là số bộ ghộp, m là số mối hàn,k là số connector. Cỏc tham số khỏc cú thể xem trong bảng 4-6.
Bảng 4-6.
Thành phần quang thụ động
Suy hao trung bỡnh
Sai số Suy hao nhỏ nhất Suy hao lớn nhất Mối hàn[dB] Sà Sσ Sà-3Sσ Sà+3Sσ Connector[dB] Cà Cσ Cà-3Cσ Cà+3Cσ Sợi quang [dB]/Km Fà Fσ Fà-3Fσ Fà+3Fσ Bộ chia/Ghộp quang[dB] SPà SPσ SPà-3SPσ SPà+3SPσ
• Quan hệ giữa suy hao và tỷ số SNR.
Như đó phõn tớch ở trờn cú thể coi tạp õm nhiệt là tạp õm trội và cú thể bỏ qua cỏc loại tạp õm khỏc nếu sử dụng photodiode PIN. Khi đú mối quan hệ giữa suy hao và tỷ số SNR được xỏc định bởi:
Trong đú eSNR tại đầu thu là:
Như vậy nếu suy hao càng lớn thỡ tỷ số SNR càng nhỏ, chất lượng thụng tin càng kộm. Cần tớnh toỏn xem tỷ số BER cú bảo đảm yờu cầu của bài toỏn
thiết kế khụng. Phương phỏp tớnh toỏn này đó được trỡnh bày trong chương 3, phải dựng thuật toỏn lặp.
Cỏc bước tớnh toỏn khỏc như quỹ thời gian, tớnh toỏn giỏ thành hạ nhất. v.v. v. Cú thể tham khảo trong phần mềm thiết kế tối ưu BKoptic2.1.
4.3.3.2. Lưu đồ thuật toỏn thiết kế tối ưu hệ thống truyền dẫn mạng truynhập thuờ bao cỏp quang. nhập thuờ bao cỏp quang.
Dựa vào phương phỏp tớnh toỏn vừa nờu trờn cú thể xõy dựng lưu đồ thuật toỏn thiết kế hệ thống truyền dẫn mạng truy nhập thuờ bao như hỡnh 4- 10. Với chương trỡnh đú người thiết kế cú thể tớnh toỏn và chọn ra được một trong nhiều phương ỏn vừa bảo đảm mọi yờu cầu của bài toỏn và vừa cú giỏ thành hạ nhất.
4.4. Kết luận.
Trong chương này luận ỏn đó nghiờn cứu phương phỏp tớnh toỏn thiết kế hệ thống truyền dẫn mạng truy nhập thuờ bao cỏp đồng và cỏp quang nhằm giải quyết bài toỏn thiết kế thực tế mạng thụng tin đang dựng rộng rói ở nước ta, cỏp quang sen lẫn cỏp đồng.
1- Đó xõy dựng phương phỏp thiết kế tối ưu hệ thống truyền dẫn cỏp đồng. Sau khi xõy dựng cỏc thụng số thiết kế và cỏc phương phỏp tớnh toỏn cơ bản, đó xõy dựng lưu đồ thuật toỏn và lập trỡnh bằng ngụn ngữ Visual Basic.
2- Đó xõy dựng phương phỏp tớnh toỏn thiết kế truyền dẫn cỏp quang trong mạng ngoại vi. Kết quả đó xõy dựng thuật toỏn và viết thành phần mềm thiết kế truyền dẫn cỏp quang.
Cả 2 phần thiết kế truyền dẫn cỏp đồng và cỏp quang được gọi chung là phần mềm thiết kế BKOPTIC1.2.
Hỡnh 4-10. Lưu đồ thuật toỏn thiết kế tối ưu hệ thống truyền dẫn mạng truy nhập thuờ bao cỏp quang.
Đó dựng phần mềm thiết kế BKOPTIC1.2 để tớnh toỏn một số tuyến truyền dẫn của mạng ngoại vi BĐ thành phố Hà Nội. Kết quả phự hợp với số liệu trờn mạng(xem phụ lục 2).Kết thúc
Nhập số kiệu: B[Mb/s],BER,M[dB],λ[nm],L[Km], αc[dB]
sp[dB], αcouplter[dB])(Số thuê bao)
Tạo các tổ hợp C1 = { SFP| Sort by Cost } từ CSDL
Kiểm tra quỹ thời gian các tổ hợp của C
1: C
2= { SFP∈ C1| Trst < Trst
max }
C <> ∅ Tính Prmin( BER )
Pr < min(Prmin(BER)) or Pr > PrOL(SFP)
Chèn OPA/LPA Cost(SFP) new = Cost(SFP) old + Cost
Hết SFP∈C2
Tìm và hiển thị SFP tối u: SFP op={ SFP∈C2|SFP(Cost)min}
Hiển thị thông báo Bắt đầu
Chương 5. Phương phỏp tớnh toỏn thiết kế hệ thống truyền dẫn quang đồng bộ SDH.
5.1. Hệ thống truyền dẫn quang đồng bộ SDH.
5.1.1. Hệ thống truyền dẫn quang đồng bộ SONET và SDH.
Trong cỏc chương trước chỳng ta đó khảo sỏt và xõy dựng phương phỏp tớnh toỏn thiết kế và viết phần mềm thiết kế hệ thống thụng tin cỏp sợi quang sử dụng cỏc linh kiện rời. Những kết quả đú phỏt huy tỏc dụng trong cỏc hệ thống truyền dẫn cận đồng bộ PDH và mạng truy nhập thuờ bao kể cả đa truy nhập.
Những thập niờn gần đõy, khụng những chỉ cú cỏc dịch vụ điện thoại phỏt triển mà cỏc dịch vụ khỏc cũng được khai thỏc trờn mạng viễn thụng như Fax, truyền số liệu, videophone, videoconference, internet, dạy học từ xa ... Cỏc dịch vụ này đũi hỏi chất lượng ngày càng cao. Vỡ vậy hệ thống viễn thụng cần được nghiờn cứu phỏt triển để đỏp ứng những yờu cầu đú, cụ thể là: - Dung lượng phải lớn.
- Đỏp ứng thời gian thực, tớnh sẵn sàng phục vụ của mạng phải cao. - Mạng phải đỏp ứng được cỏc dịch vụ ISDN.
- Thuận tiện cho việc kết nối quốc tế.
- Cú khả năng điều hành lớn trong toàn mạng.
Cụng nghệ PDH đó khụng đỏp ứng được yờu cầu đú và đú cũng là lý do ra đời của hệ thống truyền dẫn đồng bộ SDH ( Synchronous Digital hierachy )
Hệ thống thụng tin quang đồng bộ SDH ra đời bắt nguồn từ hệ thống thụng tin quang đồng bộ SONET ( Synchronous Optical Network ) của Bắc Mỹ do hóng Bellcore đưa ra thỏng 2 năm 1985.
Đến năm 1988 thỡ SONET đó quy định được cỏc tiờu chuẩn về tốc độ truyền dẫn, định dạng mức tớn hiệu, cỏc thụng số giao diện quang và cỏc thứ tự sắp xếp tải trọng trong khung tớn hiệu. Mói đến năm 1991 đó hoàn thành xong giai đoạn hai về cỏc quy định tập thụng bỏo, cỏc giao thức để sử dụng cỏc kờnh nghiệp vụ vào điều hành, bảo dưỡng, giỏm sỏt...
Trong phõn cấp đồng bộ SONET thỡ tốc độ của hệ thống được chia thành 8 mức khỏc nhau ( Bảng 5-1 ). Tốc độ nhỏ nhất mức OC1 với
51,84Mbps và tốc độ lớn nhất là 2488,32Mbps ứng với phõn cấp OC-48. Như vậy giữa hệ thống phõn cấp số đồng bộ SONET chỉ cú 3 mức tốc độ trựng với tốc độ truyền dẫn của hệ thống đồng bộ SDH do ITU-T quy chuẩn, chỳng ta đang sử dụng hệ thống này. Đú là: - OC-3 trựng với STM-1. - OC-12 trựng với STM-4. - OC-48 trựng với STM-16. Bảng 5-1. Phõn cấp số đồng bộ. Mức Tốc độ ( Mbps ) Phõn cấp số SDH ANSI CCITT OC -1 OC -3 OC -9 OC -12 OC -18 OC -24 OC -36 OC -48 51,84 155,52 466,56 622,08 933,12 1.244,16 1.866,24 2.488,32 STS - 1 STS - 3 STS - 9 STS - 12 STS - 18 STS - 24 STS - 36 STS – 48 - STM -1 - STM -4 - - - STM -16 Trong đú:
OC - súng mang quang ( Optical carrier ).
STS - Tớn hiệu truyền dẫn đồng bộ ( Synchronous Transport Signal ). STM - Module truyền dẫn đồng bộ ( Synchronous Transport module ).
5.1.2. Những đặc điểm của hệ thống truyền dẫn quang đồng bộSDH.