HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG TRẦN THỊ HƯƠNG MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG THIẾT KẾ TUYẾN CÁP QUANG BIÊN TRỤC BẮC-NAM Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông Mã số: 60.52.02.08 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: TS VŨ TUẤN LÂM HÀ NỘI – 2013 MỞ ĐẦU Thơng tin quang có bước phát triển nhảy vọt vài thập kỷ gần có tác động mạnh mẽ nhiều mặt kỹ thuật viễn thông Hiện mạng truyền dẫn trục từ Bắc vào Nam sử dụng sợi quang đường dây điện lực 500KV tuyến cáp quang lắp đặt dọc theo quốc lộ 1A Các tuyến đường quốc lộ xây mở rộng phạm vi nước, chương trình xây dựng quốc lộ gây nhiều cố cáp cho tuyến truyền dẫn đất liền, làm giảm độ tin cậy viễn thông tuyến trục Để giải vấn đề nêu trên, đồng thời tăng dung lượng mạng truyền dẫn trục chính, việc triển khai tuyến quang biển trục Bắc – Nam sử dụng ghép kênh theo bước sóng mật độ cao DWDM lựa chọn tất yếu Về mặt kỹ thuật, để thiết kế hệ thống truyền dẫn DWDM với yêu cầu khoảng cách kết nối xa, dung lượng lớn, mật độ ghép cao nảy sinh nhiều vấn đề cần quan tâm Do lựa chọn đề tài “Một số vấn đề thiết kế tuyến cáp quang biển trục Bắc - Nam” Luận văn trình bày chương: Chương 1: Tổng quan hệ thống ghép kênh quang theo bước sóng DWDM Chương 2: Các vấn đề cần quan tâm thiết kế hệ thống cáp quang biển DWDM Chương 3: Thiết kế tuyến cáp quang biển trục Bắc - Nam Do thời gian ngắn, trình độ lực thân có hạn, tài liệu chưa đầy đủ nên chắn luận văn không tránh khỏi hạn chế sai sót, tơi mong góp ý Thầy bạn Qua xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy giáo TS Vũ Tuấn Lâm tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện cho tơi hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn! Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GHÉP KÊNH QUANG THEO BƢỚC SÓNG DWDM 1.1 Nguyên lý ghép kênh theo bƣớc sóng WDM 1.1.1 Nguyên lý Truyền dẫn ghép kênh quang phân chia theo bước sóng WDM (Wavelength Devision Multiplexing) phương thức ghép nhiều bước sóng để truyền sợi quang mà không cần tăng tốc độ truyền dẫn bước sóng Ở đầu phát, nhiều tín hiệu quang có bước sóng khác ghép kênh để truyền sợi quang Ở đầu thu nhận tín hiệu từ đầu phát thực tách kênh, khơi phục tín hiệu gốc đưa vào đầu cuối khác 1.1.2 Các phương pháp truyền dẫn sử dụng ghép kênh quang theo bước sóng 1.1.2.1 Phương pháp truyền dẫn WDM đơn hướng Hệ thống WDM đơn hướng tất kênh quang sợi quang truyền dẫn theo chiều, đầu phát tín hiệu có bước sóng quang khác điều chế λ1, λ2 , , λn thông qua ghép kênh tổ hợp lại với truyền dẫn chiều sợi quang Vì tín hiệu mang thơng qua bước sóng khác nhau, khơng lẫn lộn Ở đầu thu, tách kênh quang tách tín hiệu có bước sóng khác nhau, hồn thành truyền dẫn tín hiệu quang nhiều kênh Ở chiều ngược lại truyền dẫn qua sợi quang khác, nguyên lý giống 1.1.2.2 Phương pháp truyền dẫn WDM song hướng Hệ thống truyền dẫn WDM song hướng hướng đi, kênh quang tương ứng với bước sóng λ1, λ2, , λn qua ghép/tách kênh tổ hợp lại với truyền dẫn sợi Cũng sợi quang đó, hướng bước sóng λn+1, λn+2, , λ2n truyền dẫn theo chiều ngược lại Nói cách khác ta dùng bước sóng tách rời để thông tin hai chiều (song công) 1.1.3 Phân loại WDM Trước đây, hệ thống WDM thường ghép phổ biến 2, 4, 8, 12 16 bước sóng khoảng cách bị giới hạn 100km Tùy theo số lượng ghép bước sóng mà ta phân WDM thành hai loại CWDM DWDM 1.1.3.1 Ghép kênh theo bước sóng mật độ thưa CWDM Kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng mật độ thưa ghép tới 18 bước sóng khoảng cách 20nm (3.000 GHz) Khuyến nghị CWDM ITU-T G.694.2 đưa lưới phân bổ bước sóng cho khoảng cách lên tới 50km sợi quang đơn mốt Lưới phân bổ bước sóng CWDM xác định dải từ 1270nm đến 1610 nm 1.1.3.2 Ghép kênh theo bước sóng mật độ cao DWDM Kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng mật độ cao ghép tới 128 bước sóng với khoảng cách bước sóng 200, 100, 50 25GHz DWDM dùng cho hệ thống truyền dẫn khoảng cách hàng nghìn km có khuếch đại tái tạo tín hiệu 1.2 Các thành phần hệ thống DWDM Đầu phát Đầu thu Cáp quang λ1 λn λ1 BA Bộ tách/ghép kênh LA LA λn PA Bộ tách/ghép kênh Hình 1.1: Hệ thống ghép kênh DWDM điểm - điểm Đầu phát tín hiệu Trong hệ thống WDM, nguồn phát quang dùng laser Yêu cầu nguồn phát laser phải có độ rộng phổ hẹp, bước sóng phát ổn định, mức cơng suất phát đỉnh, bước sóng trung tâm, độ rộng phổ, độ rộng chirp phải nằm giới hạn cho phép 1.2.2 Bộ ghép/tách tín hiệu quang Ghép tín hiệu WDM kết hợp số nguồn sáng khác thành luồng tín hiệu ánh sáng tổng hợp để truyền dẫn qua sợi quang 1.2.1 Tách tín hiệu WDM phân chia luồng ánh sáng tổng hợp thành tín hiệu ánh sáng riêng rẽ cổng đầu tách Các ghép/tách tín hiệu quang chia làm hai loại theo cơng nghệ chế tạo là: - Thiết bị WDM vi quang - Thiết bị WDM ghép sợi Ở loại thứ nhất, việc tách/ghép tín hiệu quang dựa sở thành phần vi quang Các thiết bị thiết kế chủ yếu sử dụng cho tuyến thông tin quang dùng sợi đa mode, chúng có hạn chế sợi dẫn quang đơn mode Loại thứ hai dựa vào việc ghép trường lan truyền lõi sợi kề Kỹ thuật phù hợp với tuyến sử dụng sợi đơn mode 1.2.3 Sợi quang Chức sợi quang dẫn sóng quang (ánh sáng) xa với mức suy hao nhỏ Sóng ánh sáng truyền sợi quang dựa nguyên lý phản xạ toàn phần bên sợi quang Sợi quang sợi thủy tinh gồm hai lớp (core cladding) có chiết suất khác Hiện sử dụng hai loại sợi chính: sợi đơn mode sợi đa mode Sợi đơn mode có core nhỏ cho mode ánh sáng qua Do đó, độ trung thực tín hiệu tốt khoảng cách truyền dẫn lớn giảm hẳn tán xạ mode Điều làm cho sợi đơn mode có dung lượng băng thơng lớn sợi đa mode Do có khả truyền tải thơng tin cực lớn suy hao thấp, nên sợi quang đơn mode sử dụng chủ yếu hệ thống thông tin đường dài dung lượng lớn kể DWDM Việc thiết kế sợi quang đơn mode phát triển chục năm gần Hiện ITU-T xây dựng tiêu cho ba loại sợi quang đơn mode sau: + Sợi không dịch chuyển tán sắc (NDSF: Non- Dispersion – Shifted Fiber): chuẩn NDSF ITU-T đưa G.652 (hay gọi sợi đơn mode chuẩn) + Sợi chuyển dịch tán sắc (DSF: Dispersion Shifted Fiber): chuẩn DSF ITU-T đưa khuyến nghị G.653 Ở đây, điểm tán sắc dịch chuyển đến cửa sổ có bước sóng 1550 nm (băng C) Ở cửa sổ này, sợi quang có suy hao thấp nhiều phù hợp với tần số làm việc khuếch đại quang sợi EDFA Tuy nhiên, ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến gần điểm dịch chuyển nên loại sợi không phù hợp sử dụng cho DWDM + Sợi dịch chuyển tán sắc khác (NZ-DSF: Non-Zero Dispersion-Shifted Fiber): chuẩn sợi NZ-DSF ITU-T khuyến nghị G.655, loại có mức tán sắc thấp vùng 1550 nm, không khơng (NZ) nên khắc phục hiệu ứng phi tuyến hiệu ứng trộn bốn bước sóng (FWM) Do loại sợi sử dụng cho DWDM 1.2.4 Bộ khuếch đại tín hiệu Khuếch đại tín hiệu gồm có loại 1R, 2R 3R 1R: Chỉ thực khuếch đại 2R: Khuếch đại phục hồi lại dạng 3R: Khuếch đại, phục hồi lại dạng định thời lại tín hiệu Bộ khuếch đại quang sợi EDFA sử dụng rộng rãi hệ thống truyền dẫn DWDM EDFA hoạt động cửa sổ sóng 1500nm, khả khuếch đại đồng thời nhiều bước sóng EDFA đóng vai trị quan trọng phát triển DWDM Khuếch đại quang bao gồm ba loại sau: Bộ khuếch đại công suất (BA): Bộ thường đặt sau nguồn phát quang, có chức khuếch đại công suất quang lên mức cao Trong hệ thống DWDM, BA thường dùng để khuếch đại tín hiệu sau ghép kênh trước truyền sợi BA tích hợp với ghép kênh tách kênh Bộ tiền khuếch đại (PA): Bộ thường đặt trước máy thu Nó thiết kế để có chức khuếch đại với hệ số khuếch đại cao mức nhiễu thấp PA tích hợp với tách kênh tách kênh Bộ khuếch đại đường truyền (LA): Bộ thường sử dụng tuyến có chức khuếch đại tín hiệu bị suy giảm đường truyền Nó thường thiết kế sở BA PA 1.2.5 Đầu thu tín hiệu: Thu tín hiệu hệ thống WDM sử dụng tách sóng quang hệ thống thông tin quang thông thường: PIN, APD 1.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng hệ thống DWDM Có yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống thông tin quang DWDM, bao gồm: - Suy hao - Tán sắc - Hiện tượng phi tuyến xảy sợi quang Tuy nhiên, hệ thống khác mức độ ảnh hưởng yếu tố khác Ví dụ: - Ðối với hệ thống cự ly ngắn, dung lượng thấp yếu tố chủ yếu cần quan tâm suy hao - Ðối với hệ thống tốc độ cao, cự ly tương đối lớn yếu tố chủ yếu cần quan tâm suy hao tán sắc - Ðối với hệ thống cự ly dài dung lượng lớn yếu tố cần phải xem xét đến hiệu ứng phi tuyến Các hiệu ứng phi tuyến gây giới hạn đáng kể cho hệ thống hoạt động tốc độ cao CHƢƠNG 2: CÁC VẤN ĐỀ CẦN QUAN TÂM TRONG THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÁP QUANG BIỂN DWDM 2.1 Chỉ tiêu kỹ thuật hệ thống cáp quang biển 2.1.1 Các tiêu kỹ thuật tuyến truyền dẫn số DLS - DLS hệ thống cáp quang biển phù hợp với khuyến nghị ITU-T Theo đó, đặc tính tín hiệu số giao diện với tuyến đất liền (Terrestrial Interface – TI) phải tuân thủ chuẩn ITU-T G.707 G.957 - Chỉ tiêu chất lượng lỗi hệ thống cáp quang biển phải tuân thủ chuẩn ITU-T G.826 tuổi thọ hệ thống, tham số lỗi số giây (s) lỗi nghiêm trọng (SES), số giây lỗi (ES) - Về độ khả dụng hệ thống TI: tuân thủ theo ITU-T G.826 Độ khả dụng hệ thống rõ ràng phụ thuộc vào loại giao diện TI khác nhau, độ khơng khả dụng hệ thống cần tính theo độ khả dụng TI thời gian Chỉ tiêu độ khả dụng áp dụng cho thời gian không khả dụng gây thiết bị thành phần hệ thống, bao gồm hoạt động chuyển mạch, hỏng hóc thiết bị, cơng việc bảo dưỡng giám sát dẫn đến gián đoạn 10 giây lớn Nó khơng bao gồm hư hỏng gây nguyên nhân bên như: đánh cá, neo tàu làm nguồn cáp TTE khoảng thời gian ngắt nguồn hệ thống để sửa chữa - Chỉ tiêu Jitter hệ thống cáp quang biển tuân thủ ITUT G.957 - Chỉ tiêu chất lượng tổng cộng End-to-end DLS tiêu phân bố theo km với chiều dài DLS Khi cần ấn định suy giảm chất lượng tốt phần khác DLS, lượng tương ứng với giá trị cố định (thường 125 km) phân bố cho thiết bị đầu cuối phần biển phân bố sở km lượng tương đương với khác tiêu DLS phân bố thiết bị đầu cuối - Đối với hỏng hóc, bảo dưỡng, giám sát DLS phải không ảnh hưởng đến tiêu chất lượng định DLS khác hệ thống Đặc biệt hệ thống WDM yêu cầu hư hỏng đến nửa số kênh quang (Line Optical Channel – LOC) không ảnh hưởng đến kênh lại 2.1.2 Các tiêu quỹ công suất quang Bảng quỹ công suất diễn tả cách đạt chất lượng hệ thống tiêu lỗi Trong hệ thống cáp quang biển, việc tái tạo lại tín hiệu thực thiết bị TTE trạm đầu cuối mức giao diện đầu quang điện (O-E) cáp biển Giữa đó, kênh bị suy giảm chất lượng tạp âm tích lũy, tán sắc, méo phi tuyến Do đó, cần phải tính tốn quỹ cơng suất mức DLS phần cáp biển (SDLS) Khi tính quỹ cơng suất, hệ thống có nhiều SDLS tính cho SDLS Đối với SDLS, cần phải tính quỹ cơng suất cho hai trường hợp “bắt đầu đời sống” (Begin of life - BOL) “kết thúc đời sống” (End of life - EOF) Cụ thể sau: - Quỹ công suất BOL thể phẩm chất SDLS hệ thống đưa vào khai thác tiêu chí để đo thử Quỹ công suất bao gồm độ dự phịng đảm bảo để tương thích với điều kiện EOL - Quỹ công suất EOL thể phẩm chất hệ thống lúc kết thúc tuổi thọ hệ thống bao gồm suy giảm lão hóa hỏng linh kiện, cáp mức dự phịng cho sửa chữa Khi tính tốn quỹ cơng suất, cần cung cấp đầy đủ thông tin giá trị công suất lặp, giá trị hệ số tạp âm danh định, giá trị băng thông quang điểm phía thu Tất nhiên, phải tính đến phần tử có khả cải thiện chất lượng truyền dẫn thiết bị trạm cáp lọc, bù tán sắc, lọc cân bằng… 2.1.3 Độ tin cậy hệ thống Độ tin cậy phần biển hệ thống cáp quang biển đặc trưng: - Số lần sửa chữa cần sử dụng tàu cáp hỏng thiết bị tuổi thọ thiết kế hệ thống: thông thường yêu cầu độ tin cậy hệ thống nhỏ lần hư hỏng - Tuổi thọ thiết kế hệ thống: quãng thời gian mà hệ thống cáp quang biển thiết kế để khai thác tuân thủ tiêu chất lượng Thơng thường tuổi thọ thiết kế hệ thống 25 năm kể từ nghiệm thu hệ thống, tức sau lắp đặt đo thử nghiệm hệ thống đáp ứng tiêu chất lượng 2.2 Các vấn đề cần xem xét thiết kế hệ thống DWDM Bất công nghệ tồn giới hạn vấn đề kỹ thuật Khi triển khai công nghệ DWDM vào mạng thông tin quang, cần phải lưu ý số vấn đề sau: - Số kênh sử dụng khoảng cách kênh - Vấn đề ổn định bước sóng nguồn quang - Vấn đề xuyên nhiễu kênh - Vấn đề tán sắc, bù tán sắc - Quỹ công suất hệ thống - Ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến - EDFA số vấn đề sử dụng EDFA mạng WDM 2.2.1 Số kênh sử dụng khoảng cách kênh Một yếu tố quan trọng cần phải xem xét hệ thống sử dụng kênh số kênh cực đại sử dụng Số kênh cực đại hệ thống phụ thuộc vào: a) Khả cơng nghệ có thành phần quang hệ thống, cụ thể là: - Băng tần sợi quang - Khả tách/ghép thiết bị WDM b) Khoảng cách kênh, số yếu tố ảnh hưởng đến khoảng cách là: - Tốc độ truyền dẫn kênh - Quỹ công suất quang - Ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến - Độ rộng phổ nguồn phát - Khả tách/ghép thiết bị WDM Trong hệ thống WDM số lượng bước sóng khơng thể nhiều, điều khiển giám sát bước sóng vấn đề phức tạp, quy định trị số lớn số lượng bước sóng hệ thống từ góc độ kinh tế cơng nghệ Tất bước sóng phải nằm phần tương đối phẳng đường cong tăng ích khuếch đại quang, hệ số tăng ích kênh qua khuếch đại quang gần nhau, điều tiện lợi cho thiết kế hệ thống Đối với khuếch đại sợi quang pha trộn Erbium, phần tương đối phẳng đường cong tăng ích từ 1540 nm đến 1560 nm 2.2.2 Vấn đề ổn định bước sóng nguồn quang yêu cầu độ rộng nguồn phát 2.2.2.1 Ổn định bước sóng nguồn quang Trong hệ thống WDM, phải quy định điều chỉnh xác bước sóng nguồn quang, khơng, trơi bước sóng ngun nhân làm cho hệ thống không ổn định hay tin cậy Hiện chủ yếu dùng hai phương pháp điều khiển nguồn quang: thứ phương pháp điều khiển phản hồi thông qua nhiệt độ chip kích quang để điều khiển giám sát mạch điện điều nhiệt với mục đích điều khiển bước sóng ổn định bước sóng; thứ hai phương pháp điều khiển phản hồi thơng qua việc giám sát bước sóng tín hiệu quang đầu ra, dựa vào chênh lệnh trị số điện áp đầu điện áp tham khảo tiêu chuẩn để điều khiển nhiệt độ kích quang, hình thành kết cấu khép kín chốt vào bước sóng trung tâm 2.2.2.2 Yêu cầu độ rộng nguồn phát Việc chọn độ rộng phổ nguồn phát nhằm đảm bảo cho kênh hoạt động cách độc lập với hay nói cách khác tránh tượng chồng phổ phía thu kênh lân cận 2.2.3 Tán sắc Tán sắc màu gây méo tín hiệu làm giảm chất lượng hệ thống Vì bù tán sắc thống số định đến ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến, kiểm sốt tán sắc có vai trị quan trọng việc khắc phục hiệu ứng phi tuyến hệ thống Đối với hệ thống có tốc độ bit thấp (  2,5Gb/s) ảnh hưởng tán sắc mode phân cực không đáng kể hệ thống thơng tin quang tốc độ bít cao (≥10 Gbit/s) cự ly xa bị ảnh hưởng lớn PMD; tác động PMD làm suy giảm biên độ, méo dạng tín hiệu, tăng nhiễu hệ thống nhiễu phát xạ tự phát khuếch đại ASE Kết làm giảm SNR dẫn đến giảm chất lượng truyền dẫn BER 11  Bo  Be QdB=OSNRdB+10log       Xác định OSNR OSNR = Pout NF LAmpSpan hv.Bm N Phương trình biểu diễn OSNR theo cơng suất biểu diễn lại theo đơn vị dB (công suất theo dBm), để thuận tiện cho việc sử dụng Đối với hệ thống 1550nm, hv=-158,93dBm/Hz Phương trình trở thành: OSNRdB  158,93+Pout(dBm)-LAmpSpan–NFdB–10log(NBm) 2.2.4.3 Quỹ công suất độ dự trữ hệ thống Mục đích quỹ cơng suất quang để đảm bảo công suất đến đầu thu mức cho phép, xác định phân bổ công suất dọc đường truyền độ dự trữ cho toàn hệ thống để trì thơng số kỹ thuật hệ thống suốt q trình hoạt động Cơng suất trung bình nhỏ đến máy thu độ nhạy máy thu Pre Công suất phát Ptr công suất phát kênh hệ thống Quỹ công suất tính theo đơn vị dB, cơng suất quang biểu diễn theo đơn vị dBm Hiệu công suất phát công suất thu (Ptr-Pre) cho ta quỹ công suất khoảng lặp hệ thống Mối quan hệ đầu phát, đầu thu, phân bổ suy hao tuyến, độ dự trữ biểu diễn theo công thức sau: Ptr  Pre + A + M Trong đó: Ptr: Cơng suất phát đầu phát (dBm) Pre: Độ nhạy thu đầu thu (dBm) A: Tổng suy hao tuyến (dB) M: Độ dự trữ tuyến (dB) 12 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ TUYẾN CÁP QUANG BIỂN TRỤC BẮC NAM 3.1.1 Hiện trạng hệ thống thông tin quang VNPT 3.1.2 Hiện trạng tuyến trục Bắc Nam - Gồm hệ thống 120Gb/s 240Gb/s, sử dụng cấu hình đa Ring - Hệ thống 120Gb/s hết khả mở rộng dung lượng; Hệ thống 240Gb/s mở rộng tối đa đến 1,28Tb/s 3.1.3 Hiện trạng mạng truyền dẫn phía Bắc - Hệ thống DWDM Huawei phía Bắc đưa vào sử dụng từ 2008, dung lượng ban đầu 300Gb/s; cuối 2010 mở rộng lên 380Gb/s - Hệ thống DWDM Ericsson khu vực Đông Bắc dung lượng 320Gb/s, đưa vào sử dụng - Nhu cầu dung lượng đến cuối 2013: Cần mở rộng thêm 1,1Tb/s 3.1.4 Hiện trạng mạng truyền dẫn phía Nam - Hệ thống DWDM Fujitsu đưa vào sử dụng từ 2009 Dung lượng ban đầu 271Gb/s Cuối 2010 tăng lên 600Gb/s (Mở rộng 323Gb/s) - Nhu cầu dung lượng đến cuối 2013: Cần mở rộng thêm 750Gb/s 3.1.5 Hiện trạng ring trung kế - Các Metro Link DWDM Hà Nội (630Gb/s), Đà Nẵng (500Gb/s), Tp HCM (640Gb/s), Cần Thơ (150Gb/s) đưa vào khai thác nửa cuối năm 2010 - Nhu cầu dung lượng trung kế không tăng thêm giảm nhu cầu kết nối với VDC, tăng trung kế hướng VNP, VMS 3.2 Lựa chọn tuyến cáp quang biển trục Bắc - Nam 3.2.1 Lựa chọn cấu hình hoa cung (Festoon) hay rẽ nhánh Việc xây dựng hệ thống cáp quang biển trục Bắc - Nam xây dựng dựa hai dạng cấu hình chính: (a) cấu hình hoa cung, (b) cấu hình rẽ nhánh Khái niệm cấu hình hoa cung cấu hình rẽ nhánh xem hình 3.1 13 A B C D a) Cấu hình hoa cung A B C D b) Cấu hình rẽ nhánh Hình 3.1: Cấu hình cáp quang biển Cấu hình hoa cung lựa chọn lí sau: - Tính mềm dẻo mở rộng dung lượng Hệ thống cáp không trạm rẽ nhánh (BU) có tính mềm dẻo việc mở rộng dung lượng truyền dẫn - Độ tin cậy: Tuyến cáp khơng có BU dễ dàng chơn biển đủ độ sâu tránh hoạt động đánh bắt cá với phương pháp lắp đặt truyền thống - Xây dựng: Cấu hình đơn giản so với BU; Cấu hình BU yêu cầu có thời gian xây dựng chặt chẽ - Vận hành bảo dưỡng: Đa số thiết bị tích cực sử dụng đất liền dễ dàng bảo dưỡng Việc bảo dưỡng hàng ngày trở nên dễ dàng hơn, thiết bị cấp nguồn khơng cần thiết 14 - Quản lí: Chủng loại thiết bị bao gồm phần dự phịng, việc quản lí 3.2.2 Lựa chọn trạm cập bờ Các trạm cập bờ cáp biển qua khu vực tỉnh/thành phố lớn dọc theo bờ biển từ Hải Phịng đến Sóc Trăng, phần lớn điểm dễ dàng kết nối với nút chuyển mạch với tuyến đường trục có dọc theo quốc lộ 1A Trong số trạm có hai trạm cập bờ cáp quốc tế sử dụng chung Vũng Tàu (trạm cập bờ TVH) Đà Nẵng (trạm cập bờ SEA-ME-WE-3) 11 điểm cập bờ trải dài từ Hải Phịng tới Sóc Trăng là: Đồ Sơn - Hải Phịng, Sầm Sơn - Thanh Hóa, Cửa Lị - Nghệ An, Cửa Việt - Quảng Trị, Đà Nẵng, Sơn Tịnh - Quảng Ngãi, Qui Nhơn Bình Định, Nha Trang - Khánh Hịa, Phan Thiết - Bình Thuận, Vũng Tàu Vĩnh Châu - Sóc Trăng 15 Hình 3.2: Sơ đồ tuyến cáp quang biển trục Bắc – Nam 16 Bảng 3.1: Đặc điểm chung tuyến cáp quang biển trục Bắc - Nam TT Trạm Chiều Độ sâu Đặc điểm Trạm dài (m) tuyến (km) Đồ Sơn - 159.919 0m to 29m Đáy biển tương đối Sầm Sơn phẳng khơng có đặc biệt Sầm Sơn - 126.743 0m to 27m Như Cửa Lò Cửa Lò - 272.311 0m to 51m Đáy biển tương đối Cửa Việt phẳng khơng có đặc biệt, có chỗ lõm nơng trải rộng Cửa Việt - 182.971 0m to 45m Đáy biển tương đối Đà Nẵng phẳng khơng có đặc biệt Đà Nẵng - 190.740 0m to 117m Đáy biển tương đối Sơn Tịnh phẳng đặc biệt, có chỗ nơng trải rộng Sơn Tịnh - 204.801 0m to 150m Đáy biển tương đối Qui Nhơn phẳng khơng có đặc biệt Qui Nhơn - 201.954 0m to 150m Như Nha Trang Nha Trang 265.844 0m to 98m Như Phan Thiết Phan Thiết 178.229 0m to 33m Như - Vũng Tàu 10 Vũng Tàu - 240.869 0m to 27m Đáy biển tương đối Vĩnh Châu phẳng khơng có đặc biệt, có chỗ nơng trải rộng 17 3.2.3 Lựa chọn cáp quang biển 3.2.3.1 Chỉ tiêu cáp quang biển Đặc tính khí cáp quang biển qui định khuyến nghị G972 ITU-T Các đặc tính quan trọng việc lắp đặt sửa chữa tuyến cáp a) Các tiêu truyền dẫn Các tiêu sợi trước bọc cáp phải tuân theo khuyến nghị G.652 G.655 Các đặc tính truyền dẫn sợi phải nằm giới hạn xác định so với sợi trước bọc Cụ thể thiết kế, nối cáp nối sợi phải đảm bảo mức suy hao sợi bị uốn cong mức thấp Suy hao tán sắc phải giữ mức độ ổn định suốt thời gian khai thác b) Các tiêu học Có thể sử dụng hai cấu trúc sau để bảo vệ sợi: - Bọc chặt: sợi giữ chặt cáp Trong cấu trúc độ dãn cáp không vượt độ dãn sợi - Bọc lỏng: cấu trúc độ dãn cáp phải đảm bảo cho sợi không bị giãn Cáp phải bảo vệ sợi không bị thấm nước, ngấm ẩm chịu áp suất bên chống việc ngấm theo chiều dọc cáp cáp bị gãy đứt Cáp hộp nối, cáp hộp rẽ phải dễ dàng lấy lên từ tàu lắp đặt sửa chữa 3.2.3.2 Lựa chọn chủng loại cáp quang biển Từ phân tích nói phạm vi thiết kế tuyến cáp quang biển trục Bắc - Nam đề xuất sử dụng hai loại cáp bọc thép lớp SA (Single Armored) cáp bọc thép hai lớp DA (Double Armored) - Cáp bọc thép hai lớp DA sử dụng vùng nước biển có độ sâu ≤10m; - Cáp bọc thép lớp SA sử dụng vùng nước có độ sâu ≥10m 18 Cấu trúc cáp quang biển SA DA mơ tả hình 3.3 đây: a) Cáp quang biển loại SA b) Cáp quang biển loại DA Hình 3.3: Cấu trúc cáp quang biển SA DA Qua khảo sát thực tế phân tích nói trên, việc lựa chọn loại cáp quang biển dọc trục Bắc - Nam theo tuyến bảng 3.2 đây: Bảng 3.2: Lựa chọn chủng loại cáp quang biển trục Bắc - Nam TT Trạm Chiều Chiều dài cáp quang biển (km) Tổng Trạm dài cáp chiều dài Cáp DA Cáp SA Chiều bờ, cáp dài cáp cáp bờ cáp biển LWP biển (km) (km) Đồ Sơn 0,743 17,871 143,288 161,16 161,90 Sầm Sơn Sầm Sơn 1,143 12,611 114,811 127,42 128,57 Cửa Lò Cửa Lò 0,708 15,292 258,344 273,64 274,34 Cửa Việt TT Trạm Trạm Cửa Việt Đà Nẵng Đà Nẵng Sơn Tịnh Sơn Tịnh Qui Nhơn Qui Nhơn Nha Trang Nha Trang - Phan Thiết Phan Thiết - Vũng Tàu Vũng Tàu - Vĩnh Châu Tổng cộng 10 Chiều dài cáp bờ, cáp LWP (km) 0,372 19 Chiều dài cáp quang biển (km) Cáp DA Cáp SA Chiều dài cáp biển 5,472 178,808 Tổng chiều dài cáp bờ cáp biển (km) 184,28 184,65 0,372 5,067 187,017 192,08 192,46 0,984 15,541 190,653 206,19 207,18 1,567 71,067 131,921 202,99 204,56 0,583 57,048 211,173 268,22 268,80 1,267 29,124 150,295 179,42 180,69 2,573 22,795 221,137 243,93 246,51 251,888 1787,447 2.039,34 2.049,65 10,312 Qui trình lắp đặt rải cáp Tuyến cáp quang biển bị ảnh hưởng thiên tai hư hỏng hoạt động xây dựng sở hạ tầng tuyến cáp bờ Tuyến cáp quang biển phải xây dựng khu vực nước nông, đáy biển tương đối phẳng Để bảo vệ cáp chống lại tác động thiết bị đánh cá, mỏ neo tầu, tuyến cáp cần phải chôn dọc theo tồn tuyến cáp rải vùng nước nơng Độ sâu chôn cáp cần thiết phải xác định với việc xem xét đến vấn đề liên quan chất liệu đáy biển độ sâu thiết bị tầu thuỷ mỏ neo tầu Cần phải tiến hành khảo sát tuyến trước rải cáp để lựa chọn cách định tuyến biện pháp bảo vệ cáp thích hợp Khảo 3.2.3.3 20 sát tuyến bao gồm nghiên cứu độ sâu biển, nhiệt độ đáy biển thay đổi theo mùa, nghiên cứu hình thái học chất địa chất đáy biển, vị trí cáp ống bể cáp có, hoạt động thăm dị khai thác dầu khí khống sản, đánh bắt cá, hoạt động động đất, luật biển, vùng hải phần nước 3.3 Lựa chọn dung lƣợng truyền dẫn kênh, số lƣợng kênh, lựa chọn bƣớc sóng cơng tác 3.3.1 Lựa chọn dung lượng hệ thống Nhu cầu lưu lượng mạng trục quốc gia gia tăng đáng kể năm qua phát triển nhanh dịch vụ băng rộng - Hai hệ thống trục Bắc Nam cáp đất có tổng dung lượng 360Gb/s không đáp ứng nhu cầu khách hàng, hệ thống cáp quang biển cần trang bị dung lượng 320Gb/s, tương đương với 32 bước sóng 10Gb/s từ giai đoạn đầu để hỗ trợ cho hệ thống trục đất liền Cụ thể sau: + Hà Nội - Hồ Chí Minh: 160Gb/s tương đương với 16 bước sóng 10Gb/s; + Hà Nội - Đà Nẵng - Hồ Chí Minh: 80Gb/s tương đương với bước sóng 10Gb/s; + Các trạm Vinh, Quy Nhơn: 40Gb/s tương đương với bước sóng 10Gb/s; + TP Hồ Chí Minh - Cần Thơ: 160Gb/s tương đương với 16 bước sóng 10Gb/s - Việc mở rộng dung lượng hệ thống cáp quang biển năm triển khai đôi sợi quang sử dụng đơi sợi quang khác; dùng bước sóng 40Gb/s 100Gb/s 3.3.2 Lựa chọn bước sóng cơng tác, khoảng cách kênh Hệ thống hoạt động cửa sổ bước sóng 1550nm, phù hợp với dải bước sóng làm việc khuếch đại quang sợi EDFA Bước sóng cơng tác kênh hệ thống tuân thủ theo tiêu chuẩn G.692 3.4 Tính tốn, phân tích lựa chọn cấu hình hệ thống 3.4.1 Quỹ cơng suất hệ thống Trên sở nội dung tính tốn kiểm tra quỹ công suất OSNR nêu phần 2.2.4, phần tiến hành cụ thể bước cho hệ thống cáp quang biển trục Bắc - Nam - Các thông số đầu vào xác định phần trên: 21 Hệ thống gồm 32 kênh, tốc độ kênh 10Gb/s, độ dài đoạn truyền dẫn độ dài hoa cung nêu phần 3.2.3 - Xác định công suất phát kênh, khoảng lặp đoạn truyền dẫn: Với tốc độ 10Gb/s kênh yêu cầu BER tương ứng 10-12 Giả thiết độ rộng băng quang Bo= 12,5 GHz, độ rộng băng điện Be= 7,5 GHz, Q = 17dB Thay giá trị Q, Bo Be vào phương trình để tính OSNRmin ta có: ( ) Chiều dài lớn tuyến xác định sau: Ps  Pr  Pp  Ac  Mc Af  As Trong đó: Ps: Cơng suất đầu phát (-4dBm) Pr: Độ nhạy thu (-38dBm) Pp: Dự trữ tuyến (1dB) Ac: Suy hao ODF (1dB) Mc: Tổng suy hao tuyến bao gồm dự trữ hệ thống, dự trữ bảo trì, dự trữ tuổi thọ hệ thống (6dB) Af: Suy hao cáp quang (C band 0,25dB/km) As: Suy hao mối hàn (0,05dB/km) Thay vào công thức ta tính Lmax = 87km Do với tuyến có cự ly dài cần phải sử dụng khuếch đại quang LA PA 3.4.2 Tán sắc hệ thống Cấu trúc tuyến truyền dẫn quang giả định truyền dẫn thông thường lắp đặt khai thác thực tế với đặc điểm hệ thống chung sau: - Tuyến truyền dẫn bao gồm thiết bị phía phát, phía thu thiết bị EDFA Các thiết bị EDFA đặt làm thiết bị khuếch đại công suất (BA), khuếch đại đường truyền (LA) tiền khuếch đại (PA) Tuyến hình thành từ chặng chặng bao gồm L 22 cáp sợi quang đủ cho cự ly chặng, sợi bù tán sắc DCF cho chặng khuếch đại quang sợi EDFA - Sợi quang truyền dẫn loại đơn mode thông dụng G.652 theo khuyến nghị ITU-T, có giá trị tán sắc từ 15 - 17 ps/nm.km giá trị tham số PMD 0,5 ps/km1/2 Sợi DCF đủ dài dùng để bù tán sắc CD nhằm cân giá trị tán sắc tích lũy chặng có hệ số tán sắc PMD 0,1 ps/km1/2 - Về đặc tính truyền dẫn sau: thiết bị quang phát tín hiệu điều biến cường độ từ Laser LD hoạt động vùng bước sóng 1550 nm với cơng suất phát Pt Tín hiệu dạng xung lan truyền thơng qua sợi quang suốt dọc tuyến; bị méo giãn xung tán sắc, bị suy hao sợi, khuếch đại khuếch đại quang EDFA chịu tác động từ thành phần nhiễu, tương tác với tán sắc PMD Như vậy, phải tính đến việc bù tán sắc PMD gây Suy giảm tỷ lệ tín hiệu nhiễu (SNR) tuyến ảnh hưởng suy hao phụ thuộc phân cực PDL (được nhiễu tín hiệu), nhiễu tổng cộng thêm nhiễu phân cực đứng nhiễu phân cực ngang Thông thường suy hao phụ thuộc phân cực bù độ khuếch đại phân cực khuếch đại Như vậy, toán này, ta đặt giả thiết dạng tín hiệu phía phát có dạng xung Gauss sử dụng mã NRZ phía thu mạch định lấy gần theo xung Gauss Chất lượng truyền dẫn xác định thơng qua việc tính tỷ số lỗi BER = 10-12 cho độ nhạy thu thiết bị thu quang xác suất gián đoạn hệ thống 10-5 Trong hệ thống thông tin quang gồm có sợi quang vâ phần tử quang xác định thay đổi ngẫu nhiên tính sau: Trong đó: - PMDtot giá trị PMD cực đại hệ thống (ps); - PMDQ hệ số PMD sợi quang (ps/km1/2) = 0,05 1/2 ps/km - Lt độ dài tuyến (km); - PMDci giá trị PMD thay đổi ngẫu nhiên phần tử quang thứ i(ps); 23 - PMDdj giá trị cố định phần tử quang thứ j (ps) Đối với hệ thống thông tin quang tốc độ cao, hầu hết phần tử quang chịu tác động phân cực mode, để đơn giản hóa việc tính tốn tổng PMDtot hệ thống người ta lấy xấp xỉ PMDtot hai lần tán sắc PMD sợi quang, nghĩa là: Cấu hình tuyến cáp quang biển trục Bắc - Nam Dựa phân tích nói trên, cấu hình tuyến cáp quang biển dọc trục Bắc - Nam hình vẽ đây: 3.4.3 Xkm Ykm Hình 3.4: Cấu hình tuyến cáp quang biển điển hình 3.4.4 Cấu hình hệ thống cáp quang biển trục Bắc - Nam dung lượng 320 Gb/s Cấu hình mạng cáp quang biển trục Bắc - Nam dung lượng 320Gb/s bao gồm: - Tuyến từ Hà Nội - TP Hồ Chí Minh: dung lượng 160Gb/s - Tuyến từ Hà Nội - Đà Nẵng, Đà Nẵng - TP Hồ Chí Minh: dung lượng 80Gb/s - Tuyến từ Hà Nội - Cần Thơ: dung lượng 160Gb/s Các điểm Vinh, Qui Nhơn, Cửa Việt, Sơn Tịnh, Phan Thiết cấu hình xen/rẽ 40Gb/s Dưới sơ đồ cấu hình mạng cáp quang biển trục Bắc – Nam: 24 Hình 3.5: Cấu hình Ring A Hình 3.6: Cấu hình Ring B Hình 3.7: Cấu hình Ring C 25 KẾT LUẬN Luận văn trình bày tổng quan hệ thống cáp quang biển, vấn đề cần quan tâm thiết kế tuyến cáp quang biển, từ xây dựng tốn thiết kế tuyến cáp quang biển trục Bắc Nam Tuy nhiên, phương pháp thiết kế cho đoạn mạng truyền dẫn mạng Với hệ thống thực tế, mạng truyền dẫn xây dựng phức tạp có xu hướng tiến tới mạng toàn quang, cần phải có phương pháp thiết kế đáp ứng phát triển mạng nêu ... hình Ring C 25 KẾT LUẬN Luận văn trình bày tổng quan hệ thống cáp quang biển, vấn đề cần quan tâm thiết kế tuyến cáp quang biển, từ xây dựng tốn thiết kế tuyến cáp quang biển trục Bắc Nam Tuy nhiên,... là: Cấu hình tuyến cáp quang biển trục Bắc - Nam Dựa phân tích nói trên, cấu hình tuyến cáp quang biển dọc trục Bắc - Nam hình vẽ đây: 3.4.3 Xkm Ykm Hình 3.4: Cấu hình tuyến cáp quang biển điển... chọn loại cáp quang biển dọc trục Bắc - Nam theo tuyến bảng 3.2 đây: Bảng 3.2: Lựa chọn chủng loại cáp quang biển trục Bắc - Nam TT Trạm Chiều Chiều dài cáp quang biển (km) Tổng Trạm dài cáp chiều