Tiêu chuẩn ngành TCN68-173:1998

TCN 68 - 173 : 1998

GIAO DIỆN QUANG CHO CÁC THIẾT BỊ VÀ HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN SDH

YÊU CẦU KỸ THUẬT

OPTICAL INTERFACES FOR EQUIPMENT AND SYSTEMS RELATING TO THE SYNCHRONOUS DIGITAL HIERARCHY

TECHNICAL REQUIREMENTS

MỤC LỤC

Lời nói đầu

1. Phạm vi áp dụng

2. Định nghĩa thuật ngữ và chữ viết tắt

3. Tiêu chuẩn kỹ thuật

PHỤ LỤC A (Qui định): Phương pháp đo mặt nạ hình mắt của tín hiệu quang phía phát

PHỤ LỤC B1 (Tham khảo): Mối quan hệ giữa các tham số quang

PHỤ LỤC B2 (Tham khảo): Phương pháp bù tán sắc

TÀI LIỆU THAM KHẢO

LỜI NÓI ĐẦU

Tiêu chuẩn giao diện quang cho các thiết bị và hệ thống truyền dẫn SDH được biên soạn dựa trên các khuyến nghị G.957, G.958, G.691 của ITU-T, có tham khảo thuyết minh kỹ thuật của các hãng như Fujitsu, NEC, Siemens, Ericsson...

TCN 68 - 173: 1998 do Viện Khoa học kỹ thuật Bưu điện biên soạn, Vụ Khoa học công nghệ - Hợp tác quốc tế đề nghị và Tổng cục Bưu điện ban hành theo Quyết định số 759/1998/QĐ-TCBĐ ngày 9 tháng 12 năm 1998 của Tổng cục trưởng Tổng cục Bưu điện.

GIAO DIỆN QUANG CHO CÁC THIẾT BỊ VÀ HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN SDH

YÊU CẦU KỸ THUẬT

OPTICAL INTERFACES FOR EQUIPMENT AND SYSTEMS RELATING TO THE SYNCHRONOUS DIGITAL HIERARCHY

TECHNICAL REQUIREMENTS

(Ban hành theo Quyết định số 759/1998/QĐ-TCBĐ ngày 09 tháng 12 năm 1998 của Tổng cục trưởng Tổng cục Bưu điện)

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này bao gồm các yêu cầu, chỉ tiêu kỹ thuật cần thiết đối với giao diện quang cho các thiết bị và hệ thống thông tin cáp sợi quang SDH sử dụng trên mạng viễn thông Việt Nam. Đây là cơ sở đánh giá hợp chuẩn các thiết bị SDH và có thể sử dụng để lựa chọn hệ thống thông tin quang SDH trên mạng viễn thông quốc gia khi lắp đặt, nghiệm thu cũng như bảo dưỡng.

Tiêu chuẩn này chỉ áp dụng cho các loại hệ thống đơn kênh quang và trong đó mỗi hướng truyền dẫn sử dụng một sợi quang.

Đối với các hệ thống có khuếch đại quang, tiêu chuẩn chỉ áp dụng cho các hệ thống sử dụng thiết bị khuếch đại công suất và/hoặc thiết bị tiền khuếch đại.

2. Định nghĩa thuật ngữ và chữ viết tắt

2.1 Định nghĩa thuật ngữ

2.1.1 Cấu hình chuẩn của giao diện quang

- Đối với hệ thống không sử dụng khuếch đại quang

Hình 1: Cấu hình chuẩn của giao diện quang đối với hệ thống không sử dụng khuếch đại quang

Các chỉ tiêu giao diện quang tại phía phát được xác định ở điểm S (là điểm chuẩn nằm trên sợi quang, ngay sau bộ nối quang phía phát), ở phía thu được xác định tại điểm R (là điểm chuẩn nằm trên sợi quang, ngay trước bộ nối quang phía thu) và phần đường truyền nằm giữa điểm S và điểm R.

- Đối với hệ thống có sử dụng khuếch đại quang

Hình 2: Cấu hình chuẩn của giao diện quang đối với hệ thống có sử dụng khuếch đại quang

Các chỉ tiêu giao diện quang tại phía phát được xác định ở điểm MPI-S, ở phía thu được xác định tại điểm MPI-R và phần đường truyền nằm giữa điểm MPI-S và điểm MPI-R.

2.1.2 Độ rộng phổ - A. Spectral width

- Độ rộng RMS: đối với LED và MLM, độ rộng phổ được tính bằng giá trị hiệu dụng cực đại (hay còn gọi là giá trị RMS) trong điều kiện làm việc chuẩn. Để đo độ rộng RMS phải tính đến tất cả các mode không nhỏ hơn 20 dB so với mode đỉnh.

- Độ rộng phổ -20 dB: đối với SLM, độ rộng phổ được tính bằng bề rộng cực đại của phổ bức xạ tại bước sóng trung tâm đo tại điểm có mức thấp hơn 20 dB so với biên độ cực đại của bước sóng trung tâm trong điều kiện làm việc chuẩn.

2.1.3 Tỷ số nén mode bên - A. Side mode suppression ratio

Tỷ số nén mode bên là tỷ số giữa công suất của đỉnh lớn nhất và đỉnh lớn thứ hai trong phổ nguồn phát.

2.1.4 Công suất phát trung bình - A. Mean lauched power

Công suất phát trung bình tại điểm S (hoặc điểm MPI-S) là công suất trung bình của chuỗi giả ngẫu nhiên do thiết bị phát đưa vào sợi. Giá trị này được dùng để tính toán độ nhạy thu và điểm quá tải của bộ thu tại điểm R (hoặc điểm MPI-R) (xem phụ lục B1).

2.1.5 Hệ số phân biệt - A. Extinction ratio

Hệ số phân biệt (EX) được tính theo công thức:

EX = 10 lg (A/B)

Trong đó: - A là công suất quang trung bình đối với mức logic “1”;

- B là công suất quang trung bình đối với mức logic “0”.

2.1.6 Dải suy hao - A. Attenuation range

Dải suy hao qui định trong tiêu chuẩn này là giá trị được tính cho trường hợp xấu nhất, bao gồm cả suy hao do mối hàn, suy hao do các bộ nối, do bộ suy hao quang (nếu sử dụng), hoặc do các thành phần quang thụ động khác và bất kỳ công suất dự trữ nào dành cho:

- Những thay đổi trong tương lai đối với cấu hình cáp (như thêm mối hàn, tăng chiều dài cáp...);

- Thay đổi chất lượng sợi do tác động của môi trường;

- Suy giảm chất lượng của các bộ nối, các bộ suy hao quang hay bất kỳ thành phần quang thụ động nào nằm giữa hai điểm S và R (hoặc giữa hai điểm MPI-S và MPI-R).

2.1.7 Tán sắc cực đại - A. Maximum chromatic dispersion

Tham số này định nghĩa giá trị tán sắc cực đại của đường quang mà hệ thống có thể chấp nhận được khi chưa sử dụng thêm bất kỳ phương pháp bù tán sắc nào.

2.1.8 Tán sắc Mode phân cực - A. Polarization mode dispersion

Tán sắc mode phân cực là độ lệch thời gian trễ nhóm t_p (tính theo ps) giữa hai mode phân cực trực giao.

2.1.9 Suy hao phản xạ của cáp tại điểm S/MPI-S -A. Optical return loss of cable plant at S (MPI-S)

Suy hao phản xạ của cáp tại điểm S/MPI-S (ORL) được tính theo công thức:

ORL = -10 lg (P’_S/P_S)

Trong đó: - P’_S là công suất phản hồi lại phía nguồn phát đo tại điểm S/MPI-S;

- P_S là công suất đưa vào sợi quang đo tại điểm S/MPI-S.

2.1.10 Độ nhạy thu - A. Receiver sensitivity

Độ nhạy thu là giá trị công suất thu trung bình nhỏ nhất có thể chấp nhận được ở điểm R (hoặc điểm MPI-R) để đạt được:

- BER = 10^-10 đối với hệ thống STM-1, STM-4, STM-16 không sử dụng khuếch đại quang;

- BER = 10^-12 đối với hệ thống STM-64 và các hệ thống khác có sử dụng khuếch đại quang.

2.1.11 Mức thu quá tải - A. Receiver overload

Mức thu quá tải là giá trị công suất trung bình lớn nhất có thể chấp nhận được tại điểm R (hoặc điểm MPI-R) để đạt được:

- BER = 10-10 đối với hệ thống STM-1, STM-4, STM-16 không sử dụng khuếch đại quang;

- BER = 10-12 đối với hệ thống STM-64 và các hệ thống khác có sử dụng khuếch đại quang.

2.1.12 Độ thiệt thòi luồng quang - A. Optical path power penalty

Độ thiệt thòi luồng quang là giá trị suy giảm độ nhạy thu do méo dạng tín hiệu khi truyền trên sợi quang. Trong đó nguyên nhân gây ra méo dạng tín hiệu ở đây là do phản xạ, do sự giao thoa giữa các ký hiệu, do hiện tượng cạnh tranh mode và do hiện tượng dịch tần của laser.

2.1.13 Phản xạ đầu thu - A. Receiver reflectance

Phản xạ đầu thu là phản xạ ngược lại từ phía đầu thu trở lại sợi quang được tính theo công thức:

R = 10 lg (P’_R/P_R)

Trong đó: - P’_R là công suất phản hồi lại sợi quang đo tại điểm R/MPI-R;

- P_R là công suất đưa tới bộ thu đo tại điểm R/MPI-R.

2.2. Các chữ viết tắt

(Đối với những hệ thống mà chất lượng của hệ thống không bị ảnh hưởng bởi một tham số nào đó thì giá trị của tham số này được ký hiệu là NA)

3. Tiêu chuẩn kỹ thuật

3.1 Qui định chung

3.1.1 Tất cả các tham số đưa ra trong tiêu chuẩn đều được tính toán trong trường hợp xấu nhất với giả thiết thỏa mãn đầy đủ các điều kiện hoạt động chuẩn hoá của thiết bị (ví dụ như các điều kiện về nhiệt độ, độ ẩm...) có tính đến ảnh hưởng của các hiệu ứng hóa già để đạt được:

- BER = 10^-10 đối với hệ thống STM-1, STM-4, STM-16 không sử dụng khuếch đại quang;

- BER = 10^-12 đối với hệ thống STM-64 và các hệ thống khác có sử dụng khuếch đại quang.

3.1.2 Phân loại giao diện quang:

Phân loại giao diện quang được qui định trong bảng 1. Giá trị khoảng cách được chọn cho các mã hệ thống khi phân loại dựa trên các giá trị tham số có thể đạt được với công nghệ hiện nay và các giá trị này được cho là phù hợp với yêu cầu về mạng.

Bảng 1- Phân loại giao diện quang theo lĩnh vực ứng dụng

Chú ý : Giá trị khoảng cách trong bảng 1 sử dụng để phân loại chứ không phải là chỉ tiêu để thiết kế hệ thống.

Qui định mã hệ thống trong bảng 1: Lĩnh vực ứng dụng - mức STM. Số hậu tố

- Lĩnh vực ứng dụng là I, S, L, V, hoặc U (với I là ứng dụng dùng cho giao tiếp trong 1 trạm; S, L, V, U là ứng dụng dùng cho giao tiếp giữa các trạm với nhau)

- Số hậu tố là một trong các mục sau:

+ Để trống hoặc “1”: đối với hệ thống làm việc ở vùng bước sóng 1310nm trên sợi theo tiêu chuẩn G.652;

+ “2”: đối với hệ thống làm việc ở vùng bước sóng 1550nm trên sợi theo tiêu chuẩn G.652 hoặc G.654;

+ “3”: đối với hệ thống làm việc ở vùng bước sóng 1550nm trên sợi theo tiêu chuẩn G.653.

3.2 Tiêu chuẩn giao diện quang đối với hệ thống SDH không sử dụng khuếch đại quang

3.2.1 Chỉ tiêu giao diện quang cho hệ thống STM-1

Chỉ tiêu giao diện quang cho các hệ thống STM-1 không sử dụng khuếch đại quang được qui định trong bảng 2 và bảng 3.

Bảng 2- Chỉ tiêu giao diện quang cho hệ thống STM-1 không sử dụng khuếch đại quang

Bảng 3 - Chỉ tiêu giao diện quang cho hệ thống STM-1 không sử dụng khuếch đại quang (tiếp)

3.2.2 Chỉ tiêu giao diện quang cho hệ thống STM-4

Chỉ tiêu giao diện quang cho các hệ thống STM-4 không sử dụng khuếch đại quang được qui định trong bảng 4 và bảng 5.

Bảng 4- Chỉ tiêu giao diện quang cho hệ thống STM-4 không sử dụng khuếch đại quang

Bảng 5- Chỉ tiêu giao diện quang cho hệ thống STM-4

3.2.3 Chỉ tiêu giao diện quang cho hệ thống STM-16

Chỉ tiêu giao diện quang cho các hệ thống STM-16 không sử dụng khuếch đại quang được qui định trong bảng 6 và bảng 7.

Bảng 6 - Chỉ tiêu giao diện quang đối với hệ thống STM-16 không sử dụng khuếch đại quang

Bảng 7 - Chỉ tiêu giao diện quang cho các hệ thống STM-16 không sử dụng khuếch đại quang (tiếp)

3.2.4 Tiêu chuẩn giao diện quang đối với hệ thống STM-64

Chỉ tiêu giao diện quang cho các hệ thống STM-64 không sử dụng khuếch đại quang được qui định trong bảng 8.

Bảng 8 - Chỉ tiêu giao diện quang đối với hệ thống STM-64 không sử dụng khuếch đại quang

3.3 Tiêu chuẩn giao diện quang đối với các hệ thống truyền dẫn SDH có sử dụng khuếch đại quang

3.3.1 Đối với hệ thống STM-4

Chỉ tiêu giao diện quang đối với hệ thống STM-4 có sử dụng khuếch đại quang được qui định trong bảng 9.

Bảng 9 - Chỉ tiêu giao diện quang đối với hệ thống STM-4 sử dụng khuếch đại quang

3.3.2 Đối với hệ thống STM-16

Chỉ tiêu giao diện quang đối với hệ thống STM-16 có sử dụng khuếch đại quang được qui định trong bảng 10.

Bảng 10 - Chỉ tiêu giao diện quang đối với hệ thống STM-16 có sử dụng khuếch đại quang

3.3.3 Đối với hệ thống STM-64

Chỉ tiêu giao diện quang đối với hệ thống STM-64 có sử dụng khuếch đại quang được qui định trong bảng 11 và 12.

Bảng 11 - Chỉ tiêu giao diện quang đối với hệ thống STM-64 sử dụng khuếch đại quang

Bảng 12 - Chỉ tiêu giao diện quang đối với hệ thống STM-64 sử dụng khuếch đại quang (tiếp)

Bảng 13- Tham số qui định mặt nạ hình mắt tín hiệu quang phía phát đối với giao diện quang của các hệ thống không sử dụng khuếch đại quang

Bảng 14 - Tham số qui định mặt nạ hình mắt tín hiệu quang phía phát đối với giao diện quang của các hệ thống có sử dụng khuếch đại quang

Hình 3: Mặt nạ hình mắt của tín hiệu quang phía phát.

PHỤ LỤC A

(Qui định)

Phương pháp đo mặt nạ hình mắt của tín hiệu quang phía phát

A.1 Sơ đồ đo

Sơ đồ đo mặt nạ hình mắt của tín hiệu quang phía phát được thiết lập như trong hình dưới đây:

Hình A.1: Sơ đồ đo mặt nạ hình mắt của tín hiệu quang phía phát.

Trong đó:

- H(p): Hàm truyền đạt của bộ thu quang chuẩn (bao gồm cả bộ thu quang và bộ lọc thông thấp điện);

- SMF: Sợi quang có chiều dài < 10 m (sợi theo tiêu chuẩn G.652, G.653 hoặc G.654);

- OI: Điểm chuẩn cho đầu vào tín hiệu quang;

- EO: Điểm chuẩn cho đầu ra tín hiệu điện.

Có thể sử dụng thêm bộ suy hao quang để tạo ra mức công suất quang phù hợp tại điểm OI, và sử dụng bộ khuếch đại điện để tạo ra mức tín hiệu điện phù hợp tại điểm EO.

A.2 Hàm truyền đạt của bộ thu quang chuẩn

Hàm truyền đạt danh định của bộ thu quang chuẩn được đặc trưng bởi đáp ứng Bessel-Thomson bậc 4 như sau:

H(p) = (105 + 105 y + 45 y² + 10 y³ + y⁴).1/105

Trong đó:

p = jw/w_r;          y = 2,1140 p;     w_r = 1,5pf₀;        f₀ = Tốc độ bit

Tần số chuẩn là f_r = 0,75 f₀. Suy hao danh định tại tần số này là 3 dB.

Trên bảng A.1 là giá trị suy hao và méo trễ nhóm danh định của bộ thu quang chuẩn tại các tần số khác nhau.

Bảng A.1 - Giá trị suy hao và méo trễ nhóm danh định của bộ thu quang chuẩn

Dung sai cho phép giữa giá trị suy hao thực tế đo được và giá trị suy hao danh định của bộ thu quang chuẩn không được vượt quá giá trị qui định trong bảng A.2

Bảng A.2 - Giá trị dung sai suy hao của bộ thu quang chuẩn

PHỤ LỤC B1

(Tham khảo)

Mối quan hệ giữa các tham số quang

Các tham số quang trong tiêu chuẩn có mối quan hệ như trong hình dưới đây:

Hình B1: Mối quan hệ giữa các tham số quang.

PHỤ LỤC B2

(Tham khảo)

Phương pháp bù tán sắc

Đối với các hệ thống STM-64 làm việc tại bước sóng 1550nm trên sợi G.652, và giả sử phổ của nguồn phát là lý tưởng, do giới hạn về tán sắc, khoảng cách giữa các trạm lặp của hệ thống này chỉ đạt tối đa khoảng 60 km. Trong tiêu chuẩn này, đã sử dụng kỹ thuật bù tán sắc để kéo dài cự ly truyền dẫn của các hệ thống STM-64 và đối với mỗi phương pháp bù tán sắc lại có yêu cầu về chỉ tiêu giao diện riêng.

B2.1 Bù tán sắc bằng phương pháp PDC

- Phương pháp này sử dụng bộ bù tán sắc thụ động (PDC) để khắc phục giới hạn về cự ly truyền dẫn do tán sắc gây nên. Khi đặt PDC trên đường truyền, suy hao xen của thiết bị (khoảng vài dB) sẽ làm giảm dải suy hao của hệ thống. Do vậy trong tiêu chuẩn này, PDC được đặt trước bộ khuếch đại công suất quang ở phía phát và đặt sau bộ tiền khuếch đại ở phía thu. Hệ số khuếch đại của các bộ khuếch đại này sẽ bù lại suy hao do PDC gây ra mà không làm giảm quỹ công suất của hệ thống.

- Sử dụng PDC trong hệ thống STM-64:

+ S-64.2 có cự ly khoảng 40 km, do đó không cần sử dụng PDC.

+ L-64.2 và V-64.2 có cự ly tương ứng khoảng 80 km và 120 km nên phải sử dụng PDC. Mỗi bộ PDC kéo dài cự ly truyền dẫn khoảng 40 km và giá trị tán sắc danh định của mỗi bộ PDC là -680ps/nm tại bước sóng 1550 nm.

- Việc sử dụng PDC ở phía phát đồng thời cũng có nghĩa là phải sử dụng khuếch đại công suất ở phía phát để bù lại suy hao do PDC gây ra. Tuy nhiên do PDC là bù tán sắc tuyến tính, nên công suất do bộ khuếch đại này đưa ra phải được kiểm soát ở mức sao cho không xảy ra các hiệu ứng phi tuyến (vì méo phi tuyến tín hiệu ở phía phát sẽ ảnh hưởng đến việc bù tán sắc của PDC). Vì vậy, hạn chế sử dụng PDC ở phía phát:

+ L-64.2 dùng PDC ở phía thu.

+ V-64-2 dùng PDC ở phía phát và phía thu.

B2.2 Bù tán sắc bằng kỹ thuật SPM

- SPM sử dụng hiệu ứng Kerr phi tuyến để nén xung. Kỹ thuật này đòi hỏi mức công suất của tín hiệu phải nằm trong vùng phi tuyến của sợi quang. Do đó bù tán sắc bằng SPM xảy ra ở gần phía phát (trong vùng công suất quang còn đủ lớn để gây nên hiệu ứng phi tuyến).

- Khi tín hiệu truyền đi khoảng 15-40 km (với mức công suất tín hiệu như qui định đối với hệ thống L-64.2 và V-64.2) thì công suất tín hiệu bị suy giảm và không còn đủ để gây nên hiệu ứng phi tuyến SPM. Do đó phần quãng đường còn lại, truyền dẫn tín hiệu là tuyến tính. Vì vậy có thể kết hợp để sử dụng SPM ở phía phát và PDC ở phía thu để bù tán sắc (như trong V-64.2b)

B2.3 Bù tán sắc bằng kỹ thuật PCH

- PCH cũng dựa trên nguyên tắc dịch phổ tần của nguồn phát để thực hiện nén xung. Thiết bị bù tán sắc bằng kỹ thuật PCH được đặt ở phía phát. Tuy nhiên sử dụng nguồn phát có công suất cao trong trường hợp này sẽ gây nên cả PCH và SPM, do đó sẽ khó kiểm soát được lượng tán sắc bù được là bao nhiêu. Vì vậy PCH được sử dụng với nguồn phát công suất thấp và bộ tiền khuếch đại quang ở phía thu (như trong L-64.2c).

B2.4 Bù tán sắc bằng kỹ thuật DST

- DST là kỹ thuật bù tán sắc tích cực, trong đó kết hợp sử dụng điều chế tần số và điều chế cường độ để bù tán sắc.

- Thiết bị phát ra tín hiệu quang được điều chế tần số quang một cách thích hợp:

+ Mức logic “1”, tần số n₁ (tương ứng với mức công suất quang cao là P₁)

+ Mức logic “0”, tần số n₀ (tương ứng với mức công suất quang thấp là P₀)

Sau khi truyền trên sợi có chiều dài L, các thành phần tín hiệu với các bước sóng khác nhau sẽ lan truyền trên sợi quang và đến đầu kia của sợi tại các thời điểm khác nhau. Độ lệch thời gian Dt = (n₁-n₀). l²/2). Như vậy tín hiệu điều tần ở phía phát do ảnh hưởng tán sắc của sợi đã được biến đổi thành tín hiệu điều biên ở phía thu (hình B2).

Hình B2: Bù tán sắc bằng kỹ thuật DST.

Trong đó: P_opt là mức công suất quang;

V_LP là điện áp tại đầu ra của mạch lọc thông thấp;

V_dec là điện áp tại đầu ra của mạch quyết định;

v là tần số quang.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. ITU-T Recommendation G.957 - 1995 - Optical interfaces for equipments and systems relating to the synchronous digital hierarchy.

2. ITU-T Recommendation G.691 - 1998 - Optical interfaces for single channel SDH systems with optical amplifiers, and STM-64 systems.

3. ITU-T Recommendation G.958 - 1994 - Digital line systems based on the synchronous digital hierarchy for use on optical fibre cables.

4. Tiêu chuẩn Ngành “Hệ thống thông tin quang và vi ba SDH - Yêu cầu kỹ thuật”, mã số TCN 68 - 177: 1998.