Thiết kế tuyến quang IM- DD

Thiết kế hệ thống IM- DD

1) Trình tự thiết kế :

-) Chọn tuyến
-) Chọn cáp quang
-) Chọn thiết bị
-) Tính toán chiều dài cực đại cho phép
-) Tính toán và kiểm tra thời gian tăng suờn xung
-)Kiểm tra tỷ số lỗi bít

Mình sẽ trình bày cụ thể từng phần để bạn thấy được quy trình thiết kế tuyến . 6 bước ở trên thì 3 bước đầu tiên phụ thuộc rất nhiều vào tuyến cần thiết kế , địa hình , và kinh nghiệm lựa chọn thiết bị của người thiết kế . Còn 3 Phần sau là phần tính toán cụ thể mà sinh viên cần nắm chắc

1.1)Chọn tuyến :Chọn tuyến phải đáp ứng , thoả mãn các yêu cầu .
-)Tuyến ngắn nhất có thể
-) Tuyến phải thuận tiện cho việc thi công , xây dựng , duy tu , bảo dưỡng , khai thác và ứng cứu thông tin ( Hành lang đường bộ , đường sắt)
-) Tránh đầm lầy , ao hồ , khu dân cư , kiến trúc lớn
-) Tránh các công trình ngầm
-) Chọn tuyến : phải dựa trên bản đồ hành chính , địa hình và số liệu điều tra , khảo sát

1.2)Chọn Cáp :
*) Chọn sợi : vì đây là hệ thống IM- DD thông thường , ko sử dụng khuếch đại quang sợi ; ko sử dung công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng ==> chọn loại sợi quang đơn mod silica chuẩn hiện nay đó là : loại NDSF ( cụ thể là SMF - 28 ) . Loại sợi này có hệ số tán sắc bằng 0 nằm trong vùng bước sóng 1310nm . Nhưng nó lại gây tán sắc khá lớn với buớc sóng 1550nm và cần được bù tán sắc (khoảng 17 PS/nm/KM)
*) Chọn số lượng sợi quang : Ở đây ta chỉ chọn 1 sợi quang truyền đơn hướng
*) Các thông số sợi : +)Bước sóng công tác :1550nm ( chú ý bù tán sắc 17PS/nm/ Km cho sợi đã chọn )
+)Suy hao riêng của sợi :ở bước sóng 1550nm theo khuyến nghị ta có suy hao riêng của sợi SMF- 28 là : al_pha = 0,2 db/Km
+) Hệ số tán sắc của loại sợi này theo khuyến nghị = 20PS /nm/km
+) Chiều dài chế tạo sợi : L0 = 3Km

1.3 )Chọn thiêt bị : Trong hệ thống này ta chọn 4 loại thiết bị :
-) Đầu cuối :TE
-) Thiết bị xen tách kênh :ADM
-) Trạm lặp : RG
-) Đầu nối chéo số : DXC

**) Các thông số sử dụng thay thế :
a) Phát : +)Công suất phát trung bình t = 5 Dbm
+)Độ rộng phổ :đây là Laser lên có đọ rọng phổ chọn là Del_ta Lam_da = 0,2 nm
+) Thời gian tăng sườn xung :ToS = 0,8ns

b) Bên thu : Độ nhạy máy thu : = - 40 dbm
+)Thời gian tăng sườn xung của phôtôđiôt :tính toán dựa vào tụ C và điện trở tải
+) Hệ số khuếch đại :M= 1 (vì ta chọn PIN )
+) Trở tải : Rc = 50 Ohm ; C = 1 PF

1.4 Xác định chiều dài lớn nhất của khoảng lặp :Có lẽ phần này là phần quan trọng nhất của người thiết kế . Vì thiết bị có thể được lựa chọn trước và yêu cầu lắp đặt tuyến , nếu bài toán là như vậy thì phần này sẽ quyết định xem tuyến có hoạt động đựoc hay ko và chất lượng của tuyến sẽ như thế nào . Vị trí của các trạm , chiều dài và khoảng cách các trạm ra sao ( đsặt ở đâu) là do phần tính toán này đảm nhiệm
-) Do yêu cầu thiết kế tuyến ( cụ thể ở đây thì tuyến của bạn yêu cầu là L tt = 150KM) . ==> để tuyến có thể hoạt động thì bạn cần đặt các trạm lặp xen giữa tuyến để bù phần suy hao và tán sắc trong quá trình thông tin truyền trong sợi quang .
-)Trong các hệ thống thông tin quang thì 3 vấn đề quan trọng cần phải tính đến đó là : suy hao ; tác sắc và các hiệu ứng phi tuyến ( hiệu ứng phi tuyến chỉ tính đến đối với các hệ thống ghép kênh quang theo bước sóng WDM ) ==> Với tuyên quang của bạn ko có WDM nên ko cần chú ý đến phi tuyến nữa . Trong đó thì suy hao sẽ ảnh hưởng đến cự ly thông tin ; còn tác sắc thì vừa ảnh hưởng đến cự ly thông tin lại vừa ảnh hưởng đến tốc độ truyền dẫn

a) Xác đinh chiều dài cực đại giới hạn bởi quỹ công suất ( quỹ suy hao )





-) Quỹ suy hao lớn nhât :S-> R là :Amax = Af +Ac + As +Am

Trong đó :Af : là suy hao sợi quang đã chọn ở trên
Ac : Suy hao mối nối ( có 2 bộ ghép nối ở bên thu và phát )
As :suy hao do mối hàn ( chú ý đến việc tính toán số lượng mối hàn trên toàn tuyến , nó phụ thuộc vào Ltt và L0 của sợi quang )

Thay vào công thức cân bằng công suất : Pr = Pt - A max ta có công thưc tính chiều dài cực đại giới hạn bởi quỹ công suất là :

L1max = {Pt - Pr - 2 Ac0 - As0 ( Ltt/L0 - 1 ) - ( 0,1 .Ltt +3 ) } / Lam_da
Chú ý Lam_da đã chọn ở phần chọn sợi = 0, 2 db/Km

b) Xác định chiều dài cực đại giới hạn bởi tác sắc :L2max
Tác sắc sợi phụ thuộc vào độ rộng băng tần soi quang WBf

ta có : WBf = 0,441 /T ;
Với T : tán xạ sợi quang = D. Del_ta lam_da . L

để thảo mãn yêu cầu về tán sắc thì ta phải có : WBf > WBtín hiệu
trong đó WBtín hiệu phụ thuộc vào mã đường điện :NRZ hay là RZ
+) WBtín hiệu của mã RZ = BR
+) WBtisn hiệu của NRZ = BR /2
==> 0,441 / T >= WBtín hiệu
==) 0,441 / D.Delta_lamda .L >= WBtín hiệu ==> L <= 0,441 / D. Deta_lamDa . WB tín hiệu
Vậy L2max = 0,441 / D.Delta_lamda .WB tín hiệu

C) Chiều dài cực đại của khoảng lặp :Lmax
Như ở trên đã xét đến chiều dài cực đại của khoảng lặp bị giới hạn bởi quỹ suy hao và tán sắc == >Vif trong hệ thống IM- DD thì tồn tại cả 2 vấn đề suy hao và tán sắc lên chiều dài cực đại của khoảng lặp Lmax phải thoả mãn cả 2 giới hạn trên
==> Lmax = Min { L1max ;L2max}
+)Tiến hành so sánh Ltt với Lmax . Nếu Lmax >ltt thì đáp ứng được yêu cầu truyền dẫn
Nếu Lmax< Ltt thì ko đáp ứng được yêu cầu và cần phải khắc phục bằng việc chọn lại cá phần tử của tuyến hoặc bù suy hao bằng cách bổ xung thêm trạm lặp RG

1.5 Thời gian tăng sườn xung của hệ thống .

*)Gọi Tô là thời gian tăng sườn xung của hệ thống ta có :
Tô (hệ thống ) = Căn { Tô os bình + Tô of bình + Tô oR bình )
Trong đó : Tô os là thời gian tăng sườn xung của nguồn quang đã chọn ở trên : 0,8 ns
Tô of là thời gian tăng sườn xung của sợi
Tô oR là thời gian tăng sườn xung của bộ thu quang


Với Tô oR = căn { Tô điôt bình + Tô C bình }
Vì mạch tương đương của bộ thu quang là mạch tập trung lên ta có Tô C = 2 ,9 .R .C Với R và C là phần tử trở tải và tụ điốt đã chọn ở trên (R = 50 ohm ; C = 1PF)

*) Tô tín hiệu : phụ thuộc vào mã điều chế :
Nếu là NRZ ==> Tô tín hiệu = 0 ,7 /BR
Nếu là RZ ==> Tô tín hiệu = 0,35 /BR
==> tiến hành so snhs giữa Tô hệ thống với Tô tín hiệu
+) Nếu Tô hệ thống <\= Tô tín hiệu thì thoả mãn điều kiện tăng sườn xung
+) Nếu Tô hệ thống > T tín hiệu thì cần phải chọn lại các phần tử có thời gian tăng sườn xung thoả mãn


1.6)Tính toán tỉ số lỗi BER :
Căn cứ vào Công thức giữa tỉ số lỗi BER và tỉ số tín hiệu trên nhiễu S/N từ dó ta tính được BER của h ệ thống ( chú ý là S/N ở đây chỉ phụ thuộc vào nhiễu nhiệt mà thôi )
Sau đó so sánh BER hẹ thống với BER khuyến nghị = 10 mũ (- 11)
+)Nếu BER hệ thống <= 10mũ (- 11) thì thoả mãn
+) Nếu BER hệ thống > 10 mũ (-11) thì ko thoả mãn và cần chọn lại các tham số bên thu để được BER theo yêu cầu


++> Phần thiết kế đã được trình bày song , Điều quan trọng của người thiết kế là tính toán được các tham số của tuyến truyền dẫn như : chiều dài cực đại của trạm lặp ; tỉ số lỗi BER ; và thời gian tăng suờn xung , và các tham số bên thu và phát để tuyến hoạt động ổn định . KHi ko thoả mãn 1 yêu cầu nào đó thì cần phải đua ra các giải pháp như : thay thế thiết bị ; tăng vị trí trạm ......
Chú ý : Với tuyến truyền dẫn Ltt= 150KM của bạn thì trong 3 buớc cuối thì bạn chỉ cần thay số là tìm ra các tham số cụ thể ..

Nguồn : Transistor