báo cáo BTL thiết kế hệ thống FTTH cho phường Tăng Phú A Q9

Báo cáo Bài Tập Lớn môn mạng truy nhập về đề tài thiết kế hệ thống mạng cáp FTTH cho khu vực phường Tăng Nhơn Phú A Q9 gồm các NỘI DUNG CHÍNH PHẦN 1: Khái quát về FTTH PHẦN 2: Khảo sát thực tế khu vực phường Tăng Nhơn Phú A Quận 9 PHẦN 3 : Thiết kế hệ thống truy nhập quang FTTH cho khu vực phường Tăng Nhơn Phú A Quận 9 PHẦN 4 : Sử dụng phần mềm OPTICSYSTEM để phân tích ảnh hưởng của tỷ số lỗi BER đến hệ thống

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI PHÂN HIỆU TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA: ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

BÀI TẬP LỚN Học phần: Mạng truy nhập GV: Ngô Thế Anh - *** -

I Nội dung

ND1 Truy nhập băng rộng trên cáp quang:

1) Phân tích khái niệm FTTx? Mô hình mạng truy nhập quang điển hình? Kỹ thuật đa truy nhập trong FTTx?

2) Phân biệt khái niệm mạng quang chủ động AON và mạng quang thụ động PON? Các mạng truy nhập quang thường áp dụng mô hình AON hay PON? Phân tích các thuận lợi và khó khăn khi áp dụng các mô hình này?

3) Phân tích các thuận lợi và khó khăn trong việc xây dựng và triển khai công nghệ truy nhập cáp sợi quang? Đánh giá chất lượng dịch

vụ của FTTx?

4) Phân tích và so sánh các khái niệm FTTH, FTTB, FTTC, và FTTO?

ND2 Thiết kế hệ thống truy nhập quang FTTH cho khu vực A?

ND3 Sử dụng phần mềm Optisystem để phân tích ảnh hưởng của tham số

X đến hệ thống?

II Yêu cầu

1 ND1: Chia lớp thành 4 nhóm tương ứng với các nội dung 1), 2), 3), và 4)

Soạn thảo nội dung trên file Power Point để trình bày trên lớp và thảo luận

với các nhóm khác

2 ND2 và ND3: các thông tin A và X được cho như sau:

Nhóm 1 Phường Tăng Nhơn Phú A, Q.9 Tốc độ bit

Nhóm 2 Phường Tăng Nhơn Phú A, Q.9 Tỉ số lỗi BER

Nhóm 3 Phường Linh Đông, Q.TĐ Công suất phát

Nhóm 4 Phường Linh Tây, Q.TĐ Tán sắc

3 Các thông tin trong ND2:

1 Thực tế: VD phạm vi địa lý (Google map), dân số (cục quản lý dân

cư), nhu cầu dịch vụ (tìm nguồn thích hợp)

2 Tin cậy: phải có trích dẫn nguồn để kiểm chứng

3 Cụ thể: thời điểm khảo sát, khai thác thông tin

4 Viết Báo cáo BTL cho ND2 và ND3, và nộp cho GV

5 Tờ nhiệm vụ này cần được đặt ở trang đầu của Báo cáo BTL

6 Bảo vệ Báo cáo BTL trực tiếp với GV

III Cách tính điểm

1 ND1: Chấm trực theo kiểu Thảo luận (đã biết)

2 ND2 và ND3: Các thành viên tự chấm điểm chéo trong nhóm theo khả năng đóng góp của từng cá nhân

3 Điểm BTL: = (1.+2.)/2

NỘI DUNG CHÍNH PHẦN 1: Khái quát về FTTH

PHẦN 2: Khảo sát thực tế khu vực phường Tăng Nhơn Phú A Quận 9

PHẦN 3 : Thiết kế hệ thống truy nhập quang FTTH cho khu vực phường Tăng Nhơn Phú A Quận 9

PHẦN 4 : Sử dụng phần mềm OPTICSYSTEM để phân tích ảnh hưởng của tỷ số lỗi BER đến hệ thống

CÁC TỪ VIẾT TẮT

OLT Optical line terminal Thiết bị kết cuối đường quang ONU Optical network unit Thiết bị kết cuối mạng quang ONT Optical network terminal Thiết bị đầu cuối mạng quang ODN Optical distribution network Mạng phân phối quang

Hình 1.2 Đặc tuyến suy hao trong sợi quang

Nhìn vào hình 1.2 ta thấy có ba vùng bước sóng suy hao thấp nhất, còn gọi là ba cửa

sổ thông tin

* Cửa sổ thứ nhất: Ở bước sóng 850nm Trong vùng bước sóng từ 0.8μm tới 1μm,

suy hao chủ yếu do tán xạ trong đó có một phần ảnh hưởng của suy hao hấp thụ Suy hao trung bình trong cửa sổ này ở mức từ 2÷3dB/Km

* Cửa sổ thứ hai : Ở bước sóng 1300nm Ở bước sóng này độ tán sắc rất thấp, suy

hao chính do tiêu hao tán xạ Rayleigh Suy hao tương đối thấp khoảng từ

0.4÷0.5 dB/Km và tán sắc nên được dùng rộng rãi hiện nay

* Cửa sổ thứ ba : Ở bước sóng 1550nm Suy hao thấp nhất cho đến nay

khoảng 0.3 dB/Km, với sợi quang bình thường độ tán sắc ở bước sóng 1550nm lớn

so với bước sóng 1300nm Tuy nhiên với một số loại sợi quang có dạng phân bố

chiết suất đặc biệt có thể giảm độ tán sắc ở bước sóng 1550nm như các sợi quang

DC, MC và sợi quang bù tán sắc Lúc đó việc sử dụng cửa sổ thứ ba sẽ có nhiều

thuận lợi: suy hao thấp và tán sắc nhỏ

=> Thông qua các tính chất suy hao của sợi quang, mạng FTTH được triển khai dựa trên hai vùng bước sóng chính là 1310nm, 1550nm Vùng bước sóng 1310 để truyền dữ liệu tuyến lên Vùng bước sóng 1550nm đường dùng cho tuyến truyền dẫn quang tuyến

1.3) Thành phần cơ bản của mạng quang thụ động GPON:

Một hệ thống mạng GPON bao gồm: OLT, các ONU(ONT), các bộ chia quang( Splitter) và các sợi quang

OLT (Optical Line Terminal): thiết bị kết cuối cáp quang tích cực lắp đặt tại phía nhà

cung câp dịch vụ thường được đặt tại các đài trạm

ONT (Optical Network Terminal): thiết bị kết cuối mạng cáp quang tích cực, kết nối

OLT thông qua mạng phân phối quang (ODN) dùng cho trường hợp cung câp kết nối

quang tới nhà thuê bao (FTTH)

ONU (Optical Network Unit): thiết bị kết cuối mạng cáp quang tích cực, kết nối với OLT

thông qua mạng phân phối quang (ODN) thường dùng cho trường hợp kết nối tới buiding

hoặc tới các vỉa hè, cabin (FTTB, FTTC, FTTCab)

ODN (Optical distribution network) cung cấp môi trường truyền dẫn quang cho các kết

nối vật lí từ ONT đến OLT

Splitter( bộ chia quang)

Splitter là thiết bị thụ động, công dụng của nó là để chia công suất quang từ một sợi ra nhiều sợi khác nhau Từ OLT đến ONT có thể sử dụng nhiều dạng splitter có tỉ bộ chia là 1:2; 1:4; 1:8; 1:16; 1:32; 1:64; 1:128

Tỉ lệ chia trực tiếp ảnh hưởng quỹ suy hao của hệ thống và suy hao truyền dẫn Tỉ lệ của splitter càng cao cũng có nghĩa là công suất truyền đến mỗi ONU sẽ giảm xuống do suy hao của bộ chia splitter 1:N tính theo công thức 10×logN (dB) nên nếu tỉ lệ bộ chia mà tăng lên gấp đôi thì suy hao sẽ tăng lên 3 dB Tương tự ta sẽ có suy hao tương ưng với bộ chia là:

quang ứng dụng trong mạng PON thì chỉ cần quan tâm đến suy hao không quan tâm đến tán sắc bởi khoảng cách truyền tối đa chỉ là 60 km và tán sắc thì ảnh hưởng không đáng kể Do đó người ta sử dụng sợi quang ở đây là sợi quang có

suy hao nhỏ chủ yếu là sử dụng sợi quang theo chuẩn G.652

Các loại cáp quang sử dụng trong mạng PON :

 Cáp gốc (cáp phân bố từ OLT đến splitter): thường là loose-tube-loại cáp này thì được ứng dụng ở hầu hết mạng PON

 Cáp phối (cáp phân bố từ splitter đến ONU(ONT)): có thể sử dụng cáp loose-tube hoặc ribbon

 Cáp thuê bao (kéo đến nhà thuê bao)

PHẦN 2 : Khảo sát thực tế khu vực phường Tăng Nhơn Phú A Quận 9

- Tính đến thời điểm năm 2019 hầu hết nhà dân đều có nhu cầu sử dụng các dịch

vụ FTTH (Dịch vụ Internet băng thông rộng, thoại truyền thống, thoại IP, truyền hình) chỉ vài trường hợp không có nhu cầu sử dụng dịch vụ cáp quang FTTH

- Vì lý do không thể tìm được số thuê bao chính xác của phường Tăng Nhơn Phú A Nhóm đã tính toán và quyết định chọn số thuê bao có nhu cầu cần sử dụng dịch vụ cáp quang FTTH và để thiết kế là 1000 thuê bao

PHẦN 3 : Thiết kế hệ thống truy nhập quang FTTH cho khu vực phường Tăng Nhơn Phú A Quận 9

3.1) Xây dựng mô hình thiết kế:

Số lượng thuê bao tương ứng với số ONT là 1000 cho khu vực phường Tăng Nhơn Phú A Quận 9

Từ OLT bưu điện VNPT - Vinaphone chợ nhỏ ta đặt một bộ chia 1:4 để đưa về 4 tuyến đường lớn như sau

- Tại ngay Viettinbank Lê Văn Việt ta đặt bộ chia 1:16 về các địa điểm đường : 448,442,441,379,455,429,449,385,494,447 Tại mỗi đầu đường đó đặt 1 bộ chia 1:32 tới các ONT

- Tại ngay học viện bưu chính viễn thông ta đặt bộ chia 1:32 về các địa điểm đường : 252,256,134,138,144,236,102,244,210,106,hẻm

228,252,256,280,134, Tại mỗi đầu đường đó đặt 1 bộ chia 1:16 tới các ONT

- Tại ngay cây xăng đầu đường Lã Xuân Oai ta đặt 1 bộ chia 1:8 về các tuyến đường 236,182,160,8,3, hẻm 120,146,… tại mỗi đầu đường sẽ có 1 bộ chia 1:16

về các con hẻm tới các ONT

- Tại ngay thế giới di động ngã ba xóm bến sẽ đặt 1 bộ chia 1 :16 về các địa điểm đường:12,494,26,hẻm 14,72,74,23,52,78,51,89,D3,… tại mỗi hẻm đặt 1 bộ chia 1:16 tới các ONT

Để lăp số thuê bao tương ứng với số ONT là 1000 Ta có thể lắp 4 đường dây như trên với 1 bộ chia 1:4 từ bưu điện VNPT-Vinaphone chợ nhỏ ra 4 tuyến đường lớn : Lê Văn Việt , Lã Xuân Oai, Man Thiện , Làng Tăng Phú

Khi đó : 10x32 +8x16 +25x16 +12x16 =1080 thuê bao

Ta có : 1000 thuê bao đang được sử dụng và 80 thuê bao dành cho dự phòng

3.2) Mô hình thiết kế đường cáp quang FTTH cho 1000 thuê bao

(có kèm bản vẽ )

3.3) Lý thuyết thiết kế:

3.3.1 Tính toán khoảng cách truyền, suy hao trên tuyến:

Xét thuê bao xa nhất trên tuyến với chiều dài là 1.9km.Chọn bước sóng sử dụng 1550nm có tổn hao sợi là 0.3dB/km

 Suy hao trên sợi là: αf*L = 0.3*1.9 = 1.71dB

o Sử dụng 03 mối nối với suy hao tương ứng với một bộ nối là 0.5dB

=> Suy hao do bộ nối là: αcn*n = 0.5*3 = 1.5 dB

o Sử dụng 03 mối hàn với suy hao tương ứng của một mối hàn là 0.1 dB

=> Suy hao do mối hàn là: αsp*k = 0.1*3 = 0.3dB Vậy công suất tổng suy hao trên tuyến là:

PLoss = 1.71 +33.11+1 + 1.5 +0.3 = 37.62 dB

3.3.2 Tính toán độ nhạy máy thu, độ dự trữ công suất công suất phát, công suất thu:

 Với bước sóng 1550nm sử dụng sợi quang theo chuẩn G.65 lựa chọn tốc độ bít là

622 Mbit/s (STM-4) và dựa vào Bảng khuyến nghị sử dụng bước sóng, máy phát

và các tham số cơ bản của tuyến tương ứng STM-4, ta xác định được:

o Độ nhạy cực tiểu của máy thu là: PSEN min = -30dBm

o Mức thu tối đa của máy thu là: POverload max = -10dBm

 Độ dự trữ công suất được chọn là Marg = 6dB,công suất nguồn phát PTX =-12dBm chọn giá trị của độ nhạy máy thu PSEN = -24dBm ta xác định được công suất thu thông qua biểu thức:

Marg = PRX - PSEN

=> PRX = Marg + PSEN = 6dB + (-24dBm) = - 18dBm > PSENmin = -30dBm

=> Máy thu có thể hoạt động bình thường

 Mà mối liên hệ giữa các công suất nguồn phát PTX, công suất tín hiệu đến máy thu

PRX và công suất tổn hao tổng trên tuyến PLOSS được biểu diễn theo biểu thức :

PRX = PTX - PLOSS = -12dBm – 37.62dB= -49.62 dBm < PSENmin = -30dBm

=>Máy thu không thể hoạt động được

3.3.3 Tính toán hệ số khuếch đại:

 Từ tính toán ở trên cho thấy một yêu cầu đặt ra là phải làm thể nào để công suất máy thu thỏa mãn PSEN min < PRX < POverload max hay để tuyến hoạt động tốt

 Để giải quyết bài toán này ta đặt thêm một bộ khuếch đại sau OLT, ngay trước bộ chia đầu tiên Lúc này ta cần sử dụng hai mối nối dự phòng để nối bộ khuyếch đại vào

 Ta có công thức tính công suất máy thu khi có khuếch đại là:

PRX = PTX + PG - PLOSS

o Nếu PRX = -30dBm

=> PG = PRX - PTX + PLOSS = -30dB – (-12dBm) + 37.62dB = 19.62dB

o Nếu PRX = -10dBm

=> PG = PRX - PTX + PLOSS = -10dB – (-12dBm) + 37.62dB = 39.62dB

Vậy để tuyến truyền dẫn tốt ta phải đặt thêm bộ khuếch đại EDFA với hệ số

20dB ≤ G ≤ 40dB

-chiều dài chuỗi :128bits

- số mẫu trong 1 bits: 64

-loại sợi :sợi quang đơn mode chuẩn

công suất phát :40dbm

- độ lợi khuếch đại :20dbm

PHẦN 4 : SỬ DỤNG PHẦN MỀM OPTISYSTEM ĐỂ PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ SỐ LỖI BER ĐẾN HỆ THỐNG

4.1) Đánh giá chất lượng mạng quang thông qua tỉ lệ lỗi bít BER

- Số bit lỗi là số bit thu được của một dòng dữ liệu trên một kênh truyền, bị thay đổi do tác động của tạp âm, nhiễu, biến dạng hay lỗi do quá trình đồng bộ tín hiệu

- Khi máy thu nhận được tín hiệu quang , nó sẽ chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện thông qua một photodiode Sau đó, tín hiệu điện lại được khuếch đại nhờ một

bộ khuếch Tín hiệu này sau đó được lấy mẫu để tương ứng với lỗi bít, ta có một mức điện thế xác định Cứ một ngưỡng cho trước, mức tín hiệu nào lớn hơn

ngưỡng “1”, ngược lại là bit “0” Nếu nhiễu quá lớn, các mức định thế có thể vượt

qua ngưỡng để được đọc thành bít “1” và tạo thành lỗi

- Tỷ số lỗi bit BER (bit error rate) có thể định nghĩa là số bit lỗi trên một đơn vị thời

gian Hoặc là tỷ số bit lỗi chia cho tổng số bit truyền trong một khoảng thời gian xác định Nó được đo bằng đơn vị %

* Công thức tính tỷ số lỗi BER:

- Để thông tin thu phát đạt độ tin cậy cao, đảm bảo cho thiết bị hoạt động không bị lỗi thì tỷ số này càng nhỏ càng tốt, thông thường tỷ số này ở mức 10^-3, nhưng để chất lượng thông tin tốt, phải đạt 10^-6

4.2) Giới thiệu về phần mềm OPTICSYSTEM

Optisystem là phần mềm hề thống thông tin quang Phần mềm này có khả năng thiết kế, đo kiểm tra và thực hiện tối ưu hóa rất nhiều tuyến thông tin quang, dựa vào khả năng mô hình hóa các hệ thống thông tin quang trong thực tế Optisystem cho phép thiết kế tự động hầu hết các tuyến quang ở lớp vật lý, từ hệ thống đường trục đến các mạng LAN,

mạng quang Optisystem có đầy đủ các thiết bị đo điện đo quang

-Thiết bị đo quang -Phân tích phổ (Spectrum Analyzer ) -Thiết bị đo công suất (Optical Power Meter) -Thiết bị đo miền thời gian quang (Optical Time Domain Visualizer) -Thiết bị phân tích WDM (WDM Analyzer)

-Thiết bị phân tích phân cực (Polarization Analyzer) -Thiết bị đo phân cực (Polarization Meter)

-Thiết bị đo điện -Oscilloscope

-Thiết bị phân tích phổ RF (RF Spectrum Analyzer) -Thiết bị phân tích biểu đồ hình mắt (Eye Diagram Analyzer) -Thiết bị phân tích lỗi bit (BER Analyzer)

-Thiết bị đo công suất (Electrical Power Meter) -Thiết bị phân tích sóng mang điện (Electrical Carrier Analyzer)

Việc điều chế tín hiệu quang không thực hiện bên trong laser mà được thực hiện bên ngoài bằng bộ điều chế Mach-Zehnder Ánh sáng do laser phát ra dưới dạng sóng liên tục, vì kỹ thuật điều chế ngoài có những ưu điểm như:

+ Băng thông điều chế không bị giới hạn bởi tần số dao động của laser

+ Không xảy ra hiện tượng chirp đối với tín hiệu quang

+ Không bị giới hạn của công suất phát quang vì đặc tính do bộ điều chế ngoài quyết định

- Tuyến truyền dẫn quang

Sử dụng sợi quang đơn mode và bộ khuếch đại quang EDFA

Bộ khuếch đại EDFA

- Tổng suy hao trên tuyến được hợp thành từ các yếu tố sau :

+ Suy hao trên sợi quang (phụ thuộc chiều dài cáp)

+ Suy hao khi đi qua Splitter

+ Suy hao mối hàn (phụ thuộc vào số mối hàn)

+ Suy hao giắc nối (phụ thuộc vào số connectors)

+ Quỹ công suất dự phòng

- Suy hao toàn tuyến từ OLT đến ONT

- Khoảng cách vật lý tối đa từ OLT đến ONT

- Các tham số suy hao : + Suy hao sợi quang + Suy hao mối hàn + Suy hao connector FDDI + Suy hao dự phòng

+ Suy hao Splitter

- Loại điều chế: NRZ

- Sử dụng 59 splitter

- + tuyến thu

- Máy thu quang: sử dụng photodiode PIN

- Thiết bị đo BER: bộ phân tích tỉ lệ lỗi bít BER

4.3) Thiết kế trên hệ thống Optisystem

- Sơ đồ mô phỏng trên hệ thống

*Ảnh hưởng của tốc độ bit đến hệ thống:

+ với tốc độ 155Mbps:

Đồ thị mắt và tỉ lệ lỗi bit BER với công suất phát :40dbm

+ với tốc độ 655Mbps:

Đồ thị mắt và tỉ lệ lỗi bit BER với công suất phát :40dbm

+ với tốc độ 622Mbps:

Đồ thị mắt và tỉ lệ lỗi bit BER với công suất phát :40dbm

+ với tốc độ 2.5Gbps:

Đồ thị mắt và tỉ lệ lỗi bit BER với công suất phát :40dbm

+ với tốc độ 10Gbps:

Đồ thị mắt và tỉ lệ lỗi bit BER với công suất phát :40dbm

4.4 ) Kết luận

Từ những kết quả khảo sát tỉ lệ lỗi bit BER theo công suất phát và theo độ khuếch

đại ở trên ta thấy muốn tăng chất lượng hệ thống thì ta có thể tăng công suất phát

hoặc tăng hệ số khuếch đại Việc tăng hệ số khuếch đại làm cho tỉ lệ lỗi bit BER

giảm đáng kể đồng thời nếu tốc độ càng cao thì tỷ lệ lỗi bit BER càng lớn

NGUỒN TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Đồ án thông tin quang “Thiết kế mạng FTTH cho 6000 thuê bao ở địa bàn huyện

Hương Khê, tỉnh Hà Tĩnh” – Nguyễn Thị Doan – Trường CĐ CNTT Hữu Nghị Việt – Hàn

2 Nghiên cứu triển khai mạng FTTx tại tp Bắc Ninh trên nền GPON