bài giảng thiết kế tuyến

Nội dung
1. ThiÕt kÕ hÖ thèng
2. ThiÕt kÕ tuyÕn
3. ThiÕt kÕ phÇn ngo¹i vi cña tuyÕn
4. LËp kÕ ho¹ch cho ®êng quang trong
nhµ tr¹m
5. ThiÕt kÕ tuyÕn c¸p ngÇm
6. ThiÕt kÕ tuyÕn c¸p treo
1


1. ThiÕt kÕ hÖ
thèng

VÊn ®Ò quan t©m ®èi víi hÖ thèng
th«ng tin quang:
Quü suy hao
Dung lîng truyÒn dÉn, hay ®é réng
b¨ng

2


1. ThiÕt kÕ hÖ thèng

PhÇn thiÕt kÕ hÖ thèng:
Kh«ng ®i s©u vµo thiÕt kÕ hÖ thèng chi
tiÕt.
Gióp ®¸nh gi¸ ®îc c¸c thiÕt kÕ hÖ thèng.
Gióp h×nh dung hÖ thèng ho¹t ®éng nh
thÕ nµo.

3


1.1 C¸c biÕn sè

Môc tiªu, yªu cÇu cña hÖ thèng


QuyÕt ®Þnh chi phÝ cña hÖ thèng

4


1.1 Các biến số
Có nhiều yếu tố ảnh hơỏng trực tiếp, gián
tiếp tới thiết kế hệ thống:
Công suất đầu ra của nguồn quang (vào trong sợi)
Các suy hao ghép nối.
Độ rộng vạch phổ của nguồn quang
Thời gian đáp ứng của nguồn quang và bộ phát.
Mã hoá tín hiệu
Suy hao hàn nối
Loại sợi (đơn mốt hay đa mốt)
Suy hao sợi và tán sắc
Đờng kính lõi sợi
Khẩu độ số của sợi
Bớc sóng hoạt động
Ghép kênh theo bớc sóng 5

1.1 Các biến số
Có nhiều yếu tố ảnh hơỏng trực tiếp, gián tiếp
tới thiết kế hệ thống:











Các bộ khuếch đại quang
Điều chế trực tiếp hoặc gián tiếp nguồn quang
Các yêu cầu về chuyển bớc sóng
Độ nhạy thu
Tỉ lệ lỗi bít hay tỉ lệ tín hiệu trên độ ồn
Độ rộng băng của đầu thu
Cấu hình hệ thống
Số mối hàn, bộ ghép và conectơ
Loại bộ ghép
Các chi phí
6


1.1 Các biến số

- Trong các yếu tố trên:

Nhiều yếu tố có mối liên hệ tơng tác
Một số yếu tố không cho phép tự do lựa
chọn

- Kiểu hệ thống bức chế các đặc điểm
mà chúng ta quan tâm.
- Có thể đạt mục tiêu theo vài cách
7


1.1 C¸c biÕn sè

Bus

Ring

H×nh 1. Ba c¸ch ®Ó nèi c¸c m¸y
8
tÝnh

Sao


1.2 Quỹ công suất
Công
Côngsuất
suấtphát
phát--tổng
tổngsuy
suyhao

hao++khuếch
khuếchđại
đại==dự
dựphòng
phòng++
độ
độnhạy
nhạythu
thu

Độ nhạy thu:
Để đạt đợc tỉ lệ tín hiệu trên độ ồn hoặc tốc độ
lỗi bít theo yêu cầu.

Quỹ dự phòng:
Cho phép sự già hoá của hệ thống, sự dao động
và sửa chữa nh hàn nối cáp đứt

9


1.2 Quü c«ng suÊt

Suy hao cña hÖ thèng
 Suy hao trong ghÐp nèi nguån quang víi
sîi quang
 Suy hao connector
 Suy hao hµn nèi
 Suy hao do c¸c bé ghÐp quang
 Suy hao sîi

 Suy hao ghÐp nèi sîi quang víi bé thu.
10


1.3 Suy hao ghép nối nguồn quang với sợi

1.3.1 Sự phù hợp giữa LED và sợi quang
Sự phù hợp giữa vùng phát xạ và lõi sợi quang.
LED:
Phù hợp với sợi quang lõi lớn
Không phù hợp với sợi quang chiết suất gradien
62,5/125 m (suy hao ghép nối 13 dB) và sợi lõi
nhỏ:

LED

Một phần ánh
Một phần sáng đi vào sợi
ánh sáng và rò ra ngoài Một phần ánh
không đi
sáng đi vào lõi,
vào sợi
nhng nằm ngoài
quang
góc nhận và rò ra
ngoài

Chỉ có một ít ánh
11
sáng đợc ghép vào

sợi

Sợi
quang


1.3.2 Nguồn laser

Laser có vùng phát xạ nhỏ
Ghép nối với sợi quang hiệu quả hơn LED
(1mW hoặc hơn)
Nguồn laser tốt hơn nguồn LED
VCSEL là nguồn quang cho các hệ thống có
khoảng cách và tốc độ vừa.
Laser công suất cao (100 mW) đợc sử dụng
cho các hệ thống có nhiều đầu thu.
12


1.3.3 Lựa chọn sợi

Sai khác về hiệu suất ghép nối với nguồn
quang:
L(dB) = 20 log10 (D1/D2) + 20log10 (NA1/NA2 )
Với điều kiện vùng phát xạ lớn hơn lõi sợi quang

Ví dụ:
Sợi 1 có lõi 80-m và khẩu độ số NA 0,3
Sợi 2 có lõi 62,5 m và NA 0,2
5,7)

Loss (dB) = 20 log10 (80/62,5) + 20log10 (0,3/0,2
dB
= 13


1.3.4 Sợi đơn mốt
Ví dụ: ghép nối LED với sợi quang
Sợi đơn mốt có lõi 9-m và NA 0,1
Sợi đa mốt có lõi 50 m và NA 0,21

Loss (dB) = 20 log10 (50/9) + 20log10
(0,21/0,1 ) =

Vùng phát quang nhỏ
hơn lõi sợi

Nguồn
Nguồnlaser
laserlà
làsự
sựlựa
lựa
chọn
chọnhợp
hợplý
lýcho
chosợi
sợiđơn
đơn
mốt

mốtvì:
vì:
Có
Cóvùng
vùngphát
phátxạ
xạnhỏ
nhỏ
ánh
ánhsáng
sángkhông
khôngtrải
trảira
ra
nhanh
nhanh

21,3
dB

Laser
14

Sợi đơn mốt


1.4 Suy hao Sợi

Suy hao danh định của sợi:
Suy hao sợi = suy hao riêng (dB/km) x Độ dài

sợi
Suy hao tạm thời do hàn nối, làm cho suy hao sợi
đợc tính bằng những công thức phức tạp hơn (đ
ợc giới thiệu trong phần sau.

15


1.5 Ghép nối với bộ thu
Vùng nhạy sáng của bộ thu lớn hơn lõi của sợi
quang
Góc nhận của bộ thu lớn hơn góc nhận của sợi
đa mốt


Suy hao ghép nối giữa sợi quang và bộ
thu nhỏ
16


1.6 C¸c suy hao kh¸c

Suy hao connector
 Ýt connector:
LÊy gi¸ trÞ trêng hîp xÊu nhÊt
 NhiÒu connector:
LÊy gi¸ trÞ trung b×nh

VÝ dô:

17


1.7 Các bộ khuếch đại quang
+ Các bộ khuếch đại quang khá đắt, chỉ sẵn
có ở vùng 1500 nm
+ Khuếch đại cả nhiễu nền cũng nh tín hiệu
+ Chủ yếu đợc sử dụng trong các hệ thống chất
lợng cao và các hệ thống WDM
+ Có thể sử dụng các bộ khuếch đại quang ở
một số vị trí:
Làm bộ hậu khuếch đại sau bộ phát
Khoảng giữa của các hệ thống truyền dẫn đờng
dài
Làm bộ tiền khuếch đại trớc bộ thu
18

Trớc các bộ ghép hoặc bộ giải ghép WDM


1.8 VÝ dô vÒ quü suy hao
panel nèi
quang
Connector

Connector

§Çu cuèi B

200 m sîi 50/125 ; 2,5

dB/km; 850 nm;
100Mb/s

§Çu cuèi A
LED 850 nm
-16 dBm vµo sîi

Connector
Connector

H×nh 419VÝ dô A


1.8 Ví dụ về quỹ suy hao

300 km sợi
đơn mốt
2,5 Gbit/smột bớc sóng

Nhà trạm
A

Nguồn laser
1550 nm
Cặp
connector ở
giá phối
quang

Bộ thu 1550

nm
Cặp
connector ở
giá phối
quang

Hình 520Ví dụ B

Nhà trạm
B


1.8 Ví dụ về quỹ suy hao

Bộ phát

Các
connector

100 mét sợi
Đầu cuối
10

Đầu cuối
1
Đầu cuối
2

Đầu vào
Bộ ghép

hình sao
10x10
(định
ớng)
Đầuhra

Đầu cuối
3
Đầu cuối
4

Đầu cuối
9
Đầu cuối
8
Đầu cuối
7
Đầu cuối
6

Đầu cuối
5

Bộ thu

Hình 621Ví dụ C


1.9 Dự phòng dung lợng truyền dẫn

Hệ thống 1 bớc sóng
+ Dung lợng truyền dẫn bị hạn chế bởi độ đáp ứng
của hệ thống đối với tín hiệu đầu vào:
Đáp ứng của đầu phát
Tác sắc sợi
Đáp ứng của đầu thu

+ Đáp ứng hệ thống phải ngắn hơn thời gian đặc tr
ng bít:
1

t

R

Hệ thống truyền dẫn nhiều bớc sóng
+ Dung lợng phụ thuộc vào
Số lợng bớc sóng

22


1.10 ®¸p øng thêi gian tæng céng

§¸p øng thêi gian cña hÖ thèng:
t =   ti2 
2

2

2

= ΔtBéph¸t  ΔtBéthu  Δt Sîi

23


1.11 T¸n s¾c sîi

T¸n s¾c tæng céng:
2
2
 Δt2bíc sãng  Δtph
t = Δtmèt
©n cùc

§¬n vÞ t¸n s¾c
T¸n s¾c mèt:

ns/km

T¸n s¾c bíc sãng:

ns/km.nm
T¸n s¾c mèt ph©n cùc:
ps/ km
24


1.11.1 Ví dụ về Tán sắc

Lấy ví dụ A đợc xét ở phần trớc đây, một LED 850 nm
gửi 100 Mbit/s qua 200 m sợi 50/125-m.
Độ rộng băng mốt của sợi 50/125m là 500 MHz, tơng đ
ơng với tán sắc mốt 2 ns/km.
Với 200 m chiều dài, tơng ứng với tán sắc mốt 0,4 ns.
Chúng ta cộng thêm tán sắc bớc sóng:
tbớc sóng = Dbớc sóng x L x
Giá trị tiêu biểu của tán sắc bớc sóng là 120 ps/nm-km
ở 850 nm. Độ rộng phổ điển hình 50 nm của một LED
850 nm là 50 nm, cho tán sắc bớc sóng 1,2 ns trên 200
m sợi.
1,26 ns
Tán sắc tổng cộng =
< 10 ms khá bé cho truyền
dẫn 100Mbit/s
25
Nếu tốc độ hệ thống 1 Gbit/s?