Chương 3 thông tin quang

0-Tổng quan về hệ thống thông tin quang Lịch sử phát triển của ngành thông tin quang  Các ưu điểm của hệ thống thông tin cáp sợi quang  Các thành phần cơ bản trong hệ thống thông tin

Phần 3: Thông tin quang

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY ĐÔ

ThS Chu Công Hạnh BÀI GIẢNG ĐẠI HỌC TÂY ĐÔ

Nội dung

 Tổng quan về hệ thống thông tin quang

 Cơ sở thông tin quang

Slide 3

Tài liệu tham khảo

1 Hoàng Ứng Huyền, “Kỹ thuật thông tin quang”, Tổng cục bưu điện, 1993

2 Kỹ thuật thông tin quang, NXB Bưu điện, 1997.

3 Thông tin quang và thông tin vô tuyến, LG, 1997.

4 Y Suematsu and K Iga, “Introduction to Optical Fiber Communications”, John Wiley

& Sons, 1982, ISBN 0-471-09143-X

5 M M-K Liu, “Principles and Applications of Optical Communications”, IRWIN,

1996, ISBN 0-256-16415-0.

6 G Keiser, “Optical Fiber Communications”, McGraw-Hill, 3rd edition, 2000, ISBN 07-232101-6.

0-Tổng quan về hệ thống thông tin quang

 Lịch sử phát triển của ngành thông tin quang

 Các ưu điểm của hệ thống thông tin cáp sợi quang

 Các thành phần cơ bản trong hệ thống thông tin quang

 Xu hướng phát triển của hệ thống thông tin quang

Slide 5

Lịch sử phát triển của ngành thông tin quang

BL: Bit-rate – distance product B: Bit-rate (Mb/s)

 1970: K P Kapron chế tạo sợi

quang suy hao 20 dB/km ở bước

Lịch sử phát triển của ngành thông tin quang

Sự phát triển của thông tin quang

tăng dung lượng.

 5G: tăng khoảng bước sóng

trên 1 kênh WDM và dung

lượng trên 1 kênh.

 truyền dẫn soliton

Tổng quan về hệ thống thông tin quang

International undersea network of fiber-optic communication systems around 2000

Slide 9

Các ưu điểm của hệ thống thông tin cáp sợi quang

 Suy hao truyền dẫn thấp và băng thông rộng

 Không chịu ảnh hưởng của sóng điện từ

 Xuyên âm giữa các sợi dây không đáng kể

 Tránh được sự chập mạch điện hay bị nối đất, sấm sét

 Độ an toàn và bảo mật thông tin cao, tuổi thọ dài và khả năng đề

kháng với môi trường

 Trọng lượng nhẹ, kích thước nhỏ

 Vật liệu chế tạo có rất nhiều trong thiên nhiên và có giá thành rẻ

 Nhược điểm: đấu nối khó và không truyền tải được năng

lượng điện

Các thành phần của hệ thống thông tin quang

 Khối phát quang

 Khối thu quang

 Môi trường truyền dẫn: sợi quang

Khối thu quang

 Bộ nối quang: đưa tín hiệu quang từ sợi quang vào

 Bộ tách sóng quang: biến tín hiệu quang thành tín hiệu điện

 Bộ giải điều chế: khôi phục tín hiệu điện như ban đầu

Biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện ban đầu Bộ thu quang phải thích hợp với

bộ phát cả về bước sóng sử dụng và phương thức điều chế.

Chương 2: Cơ sở thông tin quang

- Sợi quang chiết suất nhảy

bậc đơn mode (SISM)

- Sợi quang chiết suất liên

tục đơn mode (GISM)

- Sợi quang chiết suất liên

tục đơn mode (GISM)

Sợi quang chiết suất nhảy bậc Sợi quang chiết suất liên tục

Sự truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang

Slide 17

Sự truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang

 Truyền dẫn ánh sáng trong sợi

quang chiết suất nhảy bậc:

n1 = c/v

Trong đó n 1 : chiết suất của lõi sợi quang

c: vận tốc ánh sáng v: vận tốc truyền trong môi trường

Sợi SI không thể dùng để truyền

tín hiệu với tốc độ cao qua cự ly

dài

Hai tia truyền với quãng đường

khác nhau, cùng một tốc độ truyền

 Hiện tượng tán sắc

Sự truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang

Ảnh hưởng của hiện tượng tán sắc

Slide 19

Khái niệm mode và phương trình xác định mode truyền dẫn, số lượng mode tối đa:

 Mode truyền dẫn: là cách thức phân bố theo không gian của năng

lượng quang học trong một hay nhiều chiều tọa độ

 Phương trình xác định mode truyền dẫn:

1

0 m

2 2

os

n d

m c

Trong đó n 1, d : chiết suất và đường kính của lõi sợi quang

: bước sóng ánh sáng trong không khí : góc dịch pha khi phản xạδ

0

λ

1 0 m

2 ( / ) os

( / )

n d c

m

λ φ

Khái niệm mode và phương trình xác định mode truyền dẫn, số lượng mode tối đa:

 Điều kiện để sợi quang chiết suất nhảy bậc chỉ truyền dẫn đơn mode:

Slide 21

Sự truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang

 Sợi quang chiết suất liên tục:

 Quãng đường truyền khác

nhau có tốc độ truyền khác nhau

 giảm tán sắc

Suy hao trong sợi quang

Hệ số suy hao:

Pout Pin

Slide 23

Các nguyên nhân gây suy hao trong sợi quang

 Suy hao do hấp thụ

 Suy hao do tán xạ

Suy hao trong sợi quang

Phổ suy hao của sợi quang

Chương 4: Công nghệ WDM

Slide 27

Optical window for WDM system

Point to point links

Slide 29

High capacity WDM transmission experiments

Wide-Area and Metro-Area network (WAN - MAN)

Slide 31

Thiết bị quang WDM

Tunable Optical Filters

Multiplexers and Demultiplexers

Add - Drop Multiplexers

Tunable Optical Filters

Slide 33

Multiplexers and Demultiplexers

Multiplexers and Demultiplexers

Slide 35

Add - Drop Multiplexers

Add - Drop Multiplexers

Slide 37

Star Couplers

Star Couplers

Slide 39

Wavelength Routers

Optical Cross-Connects

Slide 41

Wavelength converters

WDM transmitters and receivers

Slide 43

Solutions

Chương 5: Thiết kế tuyến thông tin quang

Slide 45

Phân loại thiết bị quang

1 Terminal

+ 1 máy: ghép kênh + truyền dẫn (Fujitsu)

+ 2 máy: ghép kênh riêng và truyền dẫn riêng (Siemens)

STM - 1 2-34-140 Mb/s

DXC O/E  E/O

8x

Thiết kế tuyến thông tin quang

Yêu cầu thiết kế:

 Cự ly cần thiết kế

 Dung lượng đường truyền

Chọn thiết bị thích hợp: Cho biết các thông số kỹ

thuật của của thiết bị

Công suất phát: Psmax, Psmin Công suất thu: Prmax, Prmin Sợi quang sử dụng

Bước sóng sử dụng

Tính công suất suy hao tối thiểu của hệ thống

L km N

 Suy hao mối hàn:

L: độ dài của tuyến D: độ dài của mỗi cuộn cáp

 Suy hao giắc: αgi = α [ ] dB M

Slide 49

Tính công suất suy hao tối đa của hệ thống

 Công suất suy hao tối thiểu

 Công suất suy hao dự phòng: cho sửa chữa, thời

gian…

Thiết kế tuyến quang

Slide 51

Ví dụ:

 Thiết kế tuyến thông tin quang Hà Nội – Bắc Ninh cự ly 28 km

 Dung lượng yêu cầu: B = 622 Mb/s (STM-4)