THONG TIN QUANGhe cao dang dtvt

• Bä ghÐp kªnh quang: Th êng sö dông ghÐp kªnh theo b íc sãng.NhiÖm vô lµ thùc hiÖn ghÐp nhiÒu luång kªnh quang kh¸c nhau vµo thµnh mét kªnh truyÒn trªn sîi quang nh»m sö dông tèt hiÖu[r]

Trang 1

đài tiếng nói việt nam tr ờng cđptth1.

Trang 2

27/04/21 Bài giảng TTQ.

Gv:THs :Cự Văn Thanh

2

Ch ơng 1 tổng quan về thông tin quang.

1.1.lịch sử phát triển của thông tin quang

1.2 sơ đồ khối một tuyến thông tin quang

1.3 các ứng dụng của thông tin quang

1.4 u nh ợc điểm của thông tin quang

1.5 tham số của hệ thống thông tin quang

1.6 các hệ thống thông tin quang

Trang 3

1.1.lịch sử phát truyển của thông tin quang.

• 1790 : CLAUDE CHAPPE, kỹ s ng ời Pháp, đã xây dựng một hệ thống điện báo quang (Optical Telegraph) hệ thống này gồm một chuỗi các tháp với các đèn báo hiệu di động trên đó Thời ấy tin tức đ ợc truyền bằng hệ thống này v ợt chặng đ ờng 200 km trong vòng 15 phút

• 1870 : JOHN TYNDALL, nhà vật lý ng ời Anh, đã chứng tỏ rằng ánh sáng

có thể dẫn đ ợc theo vòi n ớc uốn cong Thí nghiệm của ông đã sử dụng

nguyên lý phản xạ toàn phần, điều này vẫn còn áp dụng cho sợi quang

ngày nay

• 1880 : ALEXANDER GRAHAM BELL, ng ời Mỹ, giới thiệu hệ thống

photophone, qua đó tiếng nói có thể truyền đi bằng ánh sáng trong môi

trueoèng không khí mà không cần dây Tuy nhiên hệ thống này ch a đ ợc áp dụng trên thực tế vì còn quá nhiều nguồn nhiễu làm giảm chất l ợng của đ ờng truyền

Trang 4

4

lịch sử phát truyển của thông tin quang.

• 1934 : NORMAN R FRENCH, kỹ s ng ời Mỹ, nhận đ ợc bằng sáng chế về hệ thống thông tin quang Ph ơng tiện truyền dẫn của ông là các thanh thuỷ tinh.

• 1958 : ARTHUR SCHAWLOW và CHARLES H TOWNES, xây dựng vầ phát triển laser.

• 1960 : THEODOR H MAIMAN đ a laser vào hoạt động thành công.

• 1962 : Laser bán dẫn và photodiode bán dẫn đ ợc thừa nhận Vấn đề còn lại là phải tìm môi tr ờng truyền dẫn quang thích hợp.

• 1966 : CHARLES H KAO và GEORGE A HOCKHAM, hai kỹ s phòng thí

nghiệm Standard Telecommunications của Anh, đề xuất việc dùng thuỷ tinh để

truyền dẫn ánh sáng Nh ng do công nghệ chế tạo sợi thuỷ tinh thời ấy còn hạn chế nên suy hao của sợi quá lớn ( ~ 1000 dB/km).

Trang 5

lịch sử phát truyển của thông tin quang.

• 1970 : Hãng Corning Glass Works chế tạo thành công sợi quang loại SI có suy hao nhỏ hơn 20 db/km ở b ớc sóng 633 nm

• 1972 : Loại sợi GI đ ợc ché tạo với độ suy hao 4 dB/km.

• 1983 : Sợi đơn mode (SM) đ ợc xuất x ởng ở Mỹ.

• Ngày nay sợi đơn mode đ ợc sử dụng rộng rãi độ suy hao của loại sợi này chỉ còn khoảng 0,2 dB/km ở b ớc sóng 1550 nm

Trang 6

ThiÕt bÞ ph¸t

Linh kiÖn thu quang

Phôc håi tÝn hiÖu K§

TÝn hiÖu ®iÖn

ThiÕt bÞ thu

Thu quang

Söa d¹ng Ph¸t

quang

TÝn hiÖu quang TÝn hiÖu quang

K§

Trang 7

1.3.Các ứng dụng của thông tin quang.

• Mạng đ ờng trục xuyên quốc gia

• Mạng riêng của các công ty đ ờng sắt, điện lực,

• D ờng trung kế nối các tổng đài.

• D ờng cáp thả biển liên quốc gia

• D ờng truyền số liệu, mạng LAN

• Mạng truyền hình cáp.

• Mạng thuê bao.

Trang 8

8

1.4.đặc điểm của thông tin quang.

– Suy hao thấp: cho phép kéo dài khoảng cách tiếp vận do đó giảm đ ợc số trạm tiếp vận (Trạm lặp)

– Dải thông rất rộng: có thể thiết lập hệ thống truyền dẫn số tốc độ cao

– Trọng l ợng nhẹ, kích th ớc nhỏ

– Hoàn toàn cách điện không chịu ảnh h ởng của sấm xét

– Không bị can nhiễu bởi tr ờng điện từ

– Xuyên âm giữ các sợi dây không đáng kể

– Vật liệu chế tạo có rất nhiều trong thiên nhiên

– Dùng hệ thống thông tin sợi quang kinh tế hơn so với sợi kim loại cùng dung l ợng và cự ly.

Trang 9

• 1.5.2.Tham sè sîi quang.

Trang 11

Decoder e

mod (e/O)

mux

(E)

demux (E)

demux o

tÝn hiÖu quang/ c¸p quang tÝn hiÖu ®iªn, /c¸p th êng.

Trang 12

(E)

demux (E)

Trang 13

16.1 cấu trúc hệ thống im/dd-phần quang

• Sơ đồ khối l ợc giản.

Re.st

Demod o/e

mux (o)

mod (e/O)

demux o

Phần phát gồm :

Khối điều chế quang -điều chế trực tiếp.

Khối ghép kênh quang -Ghép kênh theo b ớc sóng

Trang 14

• PhÇn thu thùc hiÖn t¸ch sãng trùc tiÕp.

Trang 15

mod (e/O)

mux

(E)

demux (E)

demux (o)

tÝn hiÖu quang/ c¸p quang

ld (O)

mix (o)

ld (O)

Demod (o/e)

Trang 16

động quang

tr ờng dao động quang t ơng tự nh máy thu đổi tần ở kỹ thuật điện

Trang 19

2.1.1.ghép kênh theo không gian.

• Là ph ơng pháp ghép kênh mà ở đó số l ợng sợi quang trong mỗi cáp đ ợc tăng lên để có thể cung cấp đ ợc nhiều kênh trên cùng một cáp

1 2 Ghép kênh

n

Trang 20

20

2.1.2.ghép kênh phân chia theo b ớc sóng.

• Các sóng ánh sáng có b ớc sóng khác sẽ đ ợc ghép cùng vào một sợi quang.

• Là kết hợp các b ớc sóng khác nhau vào một sợi tại một đầu và thực hiện tách chúng để truyền tới các bộ tách sóng quang ở đầu kia

M u x

De M u x

Trang 21

• Tổng số luồng bít đ ợc ghép phụ thuộc vào tốc độ của mỗi luồng

• Tại đầu thu tín hiệu quang sẽ đ ợc tách ra, công suất quang đ ợc chia và các kênh riêng sẽ đ ợc khôi phục lại

Kết

Bộ Hợp

f2Mix

Bộ Chia Công Suất

Sợi cáp quang

Trang 22

22

2.1.4.ghép kênh phân chia theo thời gian.

• Các kênh đ ợc truyền trong những khe thời gian nhất định.

• Mỗi kênh đựoc điều chế độc lập, sóng mang quang là cùng một b ớc sóng

Nguồn

Phát

Khuyếch

đại quang

EDFA

Bộ chia quang

Bộ ghép quang

KĐ

quang

Khối phát Clock

Bộ tách kênh

Bộ điều chế

Bộ điều chế Tín hiệu

Thời gian

Trang 23

2.2 Kỹ thuật m hoá trong thông tin quang ã

• 2.2.1.Vai trò của m hoá.ã

• 2.2.2.Mục đích của m hoá.ã

• 2.2.3.M nrz.ã

• 2.2.4.M rz.ã

• 2.2.5.M manchester.ã

• 2.2.6.M khối.ã

Trang 24

24

2.2.1.Vai trò của m hoá:ã

• Trong hệ thống thông tin phía thu phát phải đảm bảo khôi phục thời gian của hệ thống một cách chính xác và tạo điều kiện hiệu chỉnh lỗi hệ thống

• Mã hoá tín hiệu là tập hợp các quy tắc để xắp xếp các ký hiệu của tín hiệu theo mẫu đặc tr ng riêng

2.2.2.Mục đích của m hoá:ã

• Giảm thành phần một chiều để tránh suy hao tín hiệu điện.

• Dễ dàng khôi phục tín hiệu đồng bộ.

• Có tính chống lỗi: Phát hiện lỗi và sửa sai.

• Có tính bảo mật thông tin.

Trang 25

2.2.3.Mã NRZ:

khá rộng rãi trong các hệ thống thông tin quang Dạng đơn

giản nhất là NRZ–L(NRZ- Level) nh ở hình vẽ d ới.Trong một chuỗi dữ liệu nối tiếp nhau, dữ liệu đơn cực (đóng – mở) thể hiện bít “1” bằng một xung ánh sáng chiếm toàn bộ một chu

kỳ bít và bít “0” ứng với xung không đ ợc truyền Mã này đơn giản cho việc tiến hành mã hoá nh ng nó lại không có khả năng

tự giám sát lỗi hay hiệu chỉnh tín hiệu và không tự đồng bộ đ ợc.

Clock

Trang 26

• Bít “0” đ ợc biểu hiện là không có tín hiệu trong cả chu kỳ bít

• Mã RZ đơn cực có nh ợc điểm là khi có chuỗi bít không chúng có thể làm mất tín hiệu đồng bộ

Data RZ Clock

Trang 27

2.2.5.M Manchester: ã

• Tín hiệu Manchestrer quang thu đ ợc bằng cách cộng Modul- 2 trực tiếp giữa tín hiệu băng tần cơ sở (NRZ-L) với tín hiệu clock Trong mã này có

sự di chuyển mức dịch từ trên xuống biểu thị bít 0

• Mã Manchester cho phép quá trình tạo và giải mã đơn giản, nh ng không có khả năng tách và hiệu chỉnh lỗi

Data Manchester Clock

Data NRZ

Trang 28

• Một loại mã nhị phân d rất có hiệu quả là mã khối mBnB.

• Mã này các khối có m bít nhị phân đ ợc biến đổi thành khối có n bít nhị phân với n > m Các khối mới này đ ợc phát vào các dạng NRZ hoặc RZ vì

có các bít d thêm vào mà băng tần tăng lên xác định bằng tỷ số n/m Cũng vì sử dụng băng tần cao nên các mã khối mBnB chứa thông tin đồng bộ và hiệu chỉnh lỗi

• Khi tốc độ truyền dẫn cao, các mã đ ợc sử dụng nhiều nhất là 3B4B, 5B6B, 6B8B Mã đơn giản cho các mạch mã hoá và giải mã là mã: 3B4B Mã

5B6B là mã thích hợp nhất và có u điểm sử dụng cho mục đích giảm băng tần truyền dẫn

Trang 29

2.3.kỹ thuật điều chế trong ttq.

2.3.1.điều chế trực tiếp c ờng độ ánh sáng

• Dữ liệu(E) đ a vào điều chế trực tiếp lên c ờng độ của nguồn sáng.

• Nguồn sáng có thể tạo bởi LED,hoặc Laser.

• Dặc điểm kỹ thuật đơn giản, kém ổn định

• D ợc sử dụngcho các tuyến thông tin gần, trong hệ thóng IM/DD.

• Dặc điểm phức tạp, độ tin cậy, độ ổn định cao.

• Th ờng dùng trong hệ thống TTQ kết hợp (Coherent).

Trang 30

• Công nghệ PDH dùng để truyền dẫn tiếng nói có băng tần cơ sở là 3,4Khz.

• Sử dụng ghép kênh theo thời gian TDMA, thời gian một khung bằng

125às

• Ghép 30 kênh thoại thành luồng cơ sở cấp 1là2048Kb/s-TCchâu Âu.

• Ghép 24 kênh thoại thành luồng cơ sở cấp 1 là 1544Kb/s-TC Bắc Mỹ

&Nhật

• Thực hiện ghép n cấp thấp thành luồng cấp có tốc độ cao hơn, có 5 cấp tốc

độ khác nhau tuỳ theo từng tiêu chuẩn

Trang 31

2.4.2 ba tiªu chuÈn truyÒn dÉn ph©n cÊp PDH.

a.Tiªu chuÈn ch©u ¢u:

b.Tiªu chuÈn NhËt B¶n.

c.Tiªu chuÈn B¾c Mü.

Trang 33

•Khả năng quản lý, điều hành, giám sát kém không linh hoạt Trong

cấp ghép cơ sở không tổ chức các khe riêng biệt, không đ a vào các thông

tin nghiệp vụ quản lý, kiểm tra

• Do ghép xen bit nên không thể kiểm tra đến từng byte số liệu

• Thiết bị ghép và tách kênh cồng kềnh phức tạp không có khả năng

tách trực tiếp các luồng cơ sở từ luồng truyền dẫn

• Chỉ sử dụng cao nhất là 140Mb/s (Quy ớc của quốc tế))

•Tồn tại 3 phân cấp không đồng nhất (Tiêu chuẩn Châu Âu, Mĩ, Nhật) nên không thể đấu chéo tạo mạng chung

Trang 34

+TruyÒn dÉn ® îc nhiÒu lo¹i tÝn hiÖu kh¸c nhau.

+DÔ dµng kiÓm so¸t hÖ thèng

+Thèng nhÊt trªn toµn thÕ giíi

Trang 36

điều này giải thích tại sao CCITT đề xuất ra STM - 1 vì tất cả các tín hiệu PDH 1,5 Mb/s

đến 140 Mb/s có thể ghép vào trở thành tín hiệu SDH theo kiến nghị G 709.

Các ký hiệu trong sơ đồ ghép kênh.

Trang 37

2.5.3.kỹ thuật ghép kênh đồng bộ -sdh

đơn vị của các loại container

Ký hiệu Tín hiệu đ ờng truyền Mbit/s

Trang 38

44,736 34,386 Kbit/s

6,312 Kbit/s

2,048 Kbit/s

1,544 Kbit/s

Sö lý con trá

G¾n / t¸ch POH

Sö lý con trá

G¾n / t¸ch POH

Trang 39

2.5.4.đặc điểm của -sdh

u điểm của công nghệ sdh

1 Đối với SDH thì u điểm nổi bật hơn là đơn giản hoá mạng l ới, linh

hoạt trong sử dụng khai thác

2 Trong SDH tốc độ bit lớn hơn 140 Mbit/s lần đầu tiên đ ợc tiêu chuẩn

hoá trên phạm vi toàn thế giới

3 Tốc độ bit và cấu trúc khung của cấp cao hơn đ ợc tạo thành từ tốc độ

bit và cấu trúc khung của luồng cơ bản cấp thấp hơn do đó việc tách ghép luồng thông tin dễ dàng

4 Có các kênh riêng cho giám sát, quản lý, đo thử hoặc điều khiển trong

phần mạng quản lý

5 Tất cả các tín hiệu PDH có tốc độ thấp hơn 140 Mbit/s đều có thể

ghép đ ợc vào cấp SDH thấp nhất là STM - 1 có tốc độ 155 Mbit/s

Trang 40

1 Kỹ thuật phức tạp hơn do phải ghi lại sự t ơng quan về phase giữa các tín

hiệu luồng và overhead

2 Việc nhồi byte - byte tăng độ Jitter hơn kiểu bit - bit của PDH

3 Đồng hồ phải cung cấp từ ngoài

4 Truyền d thừa và thiếu mức 8 Mb/s

Trang 41

• Ghép luồng theo nguyên lý xen bit

• Truy nhập luồng riêng lẻ sau khi giải ghép đến cấp t ơng đ ơng.

• SDH

• Bộ dao động nội đ ợc đồng bộ với đồng hồ ngoài

• Ghép kênh đồng bộ

• Cấu trúc khung đồng nhất

• Ghép luồng theo nguyên lý xen byte

• Truy nhập luồng trực tếp từ luồng có tốc độ cao hơn.

Trang 42

• 32 CÊu tróc sîi quang.

• 3.3.Tæn hao trong sîi quang.

• 3.4.T¸n s¾c trong sîi quang.

• 3.5.C¸c lo¹i c¸p quang.

Trang 43

3.1 C¬ së quang häc truyÒn dÉn quang.

• 3.1.1.D¶i sãng trong th«ng tin quang.

• 31.2.Khóc x¹ vµ Ph¶n x¹ toµn phÇn

• 31.3.ChiÕt suÊt m«i tr êng,chiÕt suÊt sîi quang

• 3.1.4.Sù truyÒn lan ¸nh s¸ng trong sîi quang

Trang 45

M«i tr êng 2: n2M«i tr êng 1: n1

1’

1’’

1 2

Trang 46

Gv:THs :Cù Văn Thanh

46

31.3.ChiÕt suÊt m«i tr êng, chiÕt suÊt sîi quang.

Trang 47

3.1.3.b.ChiÕt suÊt trong sîi quang.

• ChiÕt suÊtnhÈy bËc : (SI:Step-index)

• ChiÕt suÊt gi¶m dÇn:(GI: Graded- Index )

n2

n1

n2n(r)

Trang 48

48

3.1.4.Sù truyÒn dÉn ¸nh s¸ng trong sîi quang

Trang 49

3.2.CÊu tróc sîi quang

3.2.1.CÊu t¹o sîi quang

3.2.2 Líp lâi &líp bäc

3.2.3 Líp phñ

3.2.4 Líp vá

Trang 50

50

a.M« h×nh sîi quang

Líp vá Líp phñ Líp bäc lâi

250m 125m 10-50

m

2mm

Trang 51

3.2.1.CÊu t¹o sîi quang.

b.C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña sîi quang.

• Thµnh phÇn chÝnh cña sîi quang gåm lâi (core) vµ líp bäc

(cladding)

• Líp phñ hay líp vá thø nhÊt (primary coating)

• Líp vá thø hai (Secondary coating)

Trang 52

• TruyÒn dÉn ¸nh s¸ng trong líp lâi.

• Ngan kh«ng cho ¸nh s¸ng lät ra ngoµi.

• Ngan kh«ng cho ¸nh s¸ng tõ ngßi lät vµo trong.

Trang 53

3.2.2.lớp lõi và lớp bọc

• b.Cấu trúc Lớp bọc và lớp lõi.

• Làm bằng thuỷ tinh thạch anh.

• Chất pha tạp làm thay đổi chiết suất.

• Chế tạo bằng ph ơng pháp bốc hơi và ng ng tụ.

• Quyết định chất l ợng truyền dãn.

Trang 54

54

3.2.3 Líp phñ:

a.T¸c dông cña Líp phñ:

Líp phñ cã t¸c dông b¶o vÖ sîi quang:

Trang 55

3.2.3 Lớp phủ:

b.Cấu trúc Lớp phủ:

Lớp phủ đ ợc bọc ngay trong quá trình kéo sợi.

• Chiết suất của lớp phủ lớn hơn chiết suất của lớp bọc để loại

bỏ các tia sáng truyền trong lớp bọc vì khi đó sự phản xạ toàn phần không thể xảy ra phân cách giữa lớp bọc và lớp phủ

• Lớp phủ có thể đ ợc nhuộm mầu hoặc có thêm vòng đánh dấu, khi hàn nối sợi hoặc ghép ánh sáng vào sợi nhất thiết phải tẩy sạch lớp phủ.

• Độ đồng nhất, bề dày và độ đồng tâm của lớp phủ có ảnh h ởng

đến chất l ợng của sợi quang.

Trang 56

56

3.2.4.lớp vỏ.

• a.Tác dụng của Lớp vỏ:

ớc các tác dụng cơ học và sự thay đổỉ nhiệt độ, cho đến nay lớp vỏ có các dạng chính sau:

Trang 57

b Cấu trúc lớp vỏ.

1.Dạng ống đệm lỏng

• ống đệm lỏng th ờng gồm hai lớp, lớp trong có hệ số ma sát nhỏ để sợi

quang di chuyển tự do khi cáp bị kéo căng hoặc co lại, lớp ngoài bảo vệ sợi quang tr ớc ảnh h ởng của lực cơ học Đối với cáp trong nhà thì bên trong ống đệm lỏng không cần chất nhồi nh ng với cáp ngoài trời thì phải bơm

thêm chất nhồi có các tính chất sau:

• Có tác dụng ngăn ẩm

• Có tính nhớt không tác dụng hoá học với các thành phần khác của cáp

• Dễ tẩy sạch khi cần hàn nối

• Khó cháy.

sợi quang lớp phủ ốngđệm chất nhồi

1,2  2mm

Trang 58

• Dể giảm ảnh h ởng này ng ời ta chèn thêm một lớp đệm mềm ở giữa lớp phủ

và lớp vỏ Hình thức này đ ợc gọi là cấu trúc đệm tổng hợp

• Sợi quang có vỏ đệm khít và đệm tổng hợp th ờng đ ợc dùng làm cáp đặt trong nhà, làm dây nhảy để đấu nối các trạm đầu cuối

0,9mm

Sợi quang lớp phủ lớp đệm mềm lớp vỏ

Trang 59

3.Dạng băng dẹt:

• Cấu trúc băng dẹt cung là một dạng vỏ đệm khít nh ng bọc nhiều sợi

quang thay vì một sợi

• Số sợi trong băng có thể lên đến 12,

• Bề rộng của mỗi băng tuỳ thuộc vào số sợi trong băng

• Nh ợc điểm của cấu trúc này giống nh cấu trúc đệm khít, tức là sợi quang

chịu ảnh h ởng trực tiếp khi cáp bị kéo căng

băng 4 sợi băng 8 sợi

Trang 60

60

3.2.2.sợi đa mode và đơn mode

• Chiết suất lớn nhất của lõi: n1=1,46

• Sợi đa mode có thể có chiết suất nhảy bậc hoặc chiết suất giảm dần

Trang 62

62

33.suy hao trong sîi quang.

• 33.1.Kh¸I niÖm vÒ suy hao.

• 3.3.3.Ba cöa sæ suy hao thÊp.

• 3.3.4.tÝnh suy hao cña tuyÕn th«ng tin quang.

Trang 63

3.3.1.KháI niệm về Suy hao trong sợi quang.

P2 = P(L) : công suất ở cuối sợi

• Hệ số suy hao trung bình:

Trong đó:

A: suy hao của sợi

)()

/

(

km L

dB A km



Trang 64

64

• Suy hao do hÊp thô.

• Suy hao do t¸n x¹.

Trang 65

3.3.2.1.Suy hao do hấp thụ.

• Sự hấp thụ của các chất kim loại:

Các kim loại có ở trong sợi quang là: (Fe), (Cu), (Mn), (Cr), (Co), Nikel ,

chúng đ ợc gọi là tạp chất Mức độ hấp thụ của tạp chất phụ thuộc vào nồng

độ tạp chất và b ớc sóng ánh sáng truyền qua nó Để có sợi quang có độ suy hao d ới 1dB/Km cần phải có thuỷ tinh thật tinh khiết với nồng độ tạp chất không quá một phần tỷ

• Sự hấp thụ của OH:

Sự có mặt của các ion OH trong sợi quang cũng tạo ra một độ suy hao hấp thụ đáng kể Đặc biệt độ hấp thụ tăng vọt ở các b ớc sóng gần 950nm,

1240nm, 1400nm Nh vậy độ ẩm cũng là một trong nh ng nguyên nhân gây suy hao của sợi quang Trong quá trình chế tạo nồng độ của các ion OH

trong lõi sợi đ ợc giữ ở mức d ới một phần tỷ (10-9) để giảm độ hấp thụ của

nó.

• Sự hấp thụ bằng cực tím và hồng ngoại:

Ngay cả khi sợi quang đ ợc từ thuỷ tinh có độ tinh khiết cao sự hấp thụ vẫn sảy ra Bản thân của thuỷ tinh tinh khiết cũng hấp thụ ánh sáng trong vùng cực tím và vùng hồng ngoại độ hấp thụ thay đổi theo b ớc sóng

Định dạng
Số trang	111
Dung lượng	0,9 MB