Tài liệu Tiểu luận " Hệ thống truyền dẫn hữu tuyến và hệ thống thông tin cáp quang " ppt

LỜI NÓI ĐẦUNgày nay hệ thống truyền dẫn hữu tuyến trong viễn thông rất đa dạng, từ truyền dẫn cáp đồng, ống dẫn sóng đến truyền dẫn bằng cáp quang.. Cáp quang đã trở thành phương tiện tr

- -TIỂU LUẬN

Hệ thống truyền dẫn hữu tuyến

Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Hương

Họ tên sinh viên :

- -

LỜI NÓI ĐẦUI NÓI ĐẦU 3U

H TH NG TRUY N D N H U TUY NỆ THỐNG TRUYỀN DẪN HỮU TUYẾN ỐNG TRUYỀN DẪN HỮU TUYẾN ỀN DẪN HỮU TUYẾN ẪN HỮU TUYẾN ỮU TUYẾN ẾN 4

a Cáp xo n ôiắn đôi đôi 6

b.Cáp đôiồng trụcng tr cục 7

2 Sóng vô tuy nến 9

a.Ph vô tuy nổ vô tuyến ến 9

b.K t n i vô tuy nến ối vô tuyến ến 10

c.V tinhệ tinh 11

3 Cáp quang 13

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay hệ thống truyền dẫn hữu tuyến trong viễn thông rất đa dạng, từ truyền dẫn cáp đồng, ống dẫn sóng đến truyền dẫn bằng cáp quang.

Cáp quang đã trở thành phương tiện truyền dẫn hết sức hiệu quả trong các mạng thuê bao, và ngày càng được nhiều nước sử dụng làm phương tiện truyền dẫn thông tin của mình bởi nó có chất lượng truyền dẫn tốt hơn hẳn so các hệ thống truyền dẫn khác - nó còn là phương tiện truyền dẫn an toàn nhất trong mọi điều kiện Nó đóng vai trò đa năng truyền dẫn mọi dịch vụ viễn thông có chất lượng cao đòng bộ và hiện đại như: Truyền số liệu, hội nghị truyền hình, truy nhập dữ liệu từ xa, dẫn các tạp thông tin đa phương tiện.

Bản báo cáo thực tập của em gồm có 2 phần :

 Phần 1 : Hệ thống truyền dẫn hữu tuyến.

 Phần 2 : Hệ thống thông tin quang.

Được sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của cô NGUYỄN THỊ HƯƠNG bản báo cáo tực tập của em đã hoàn thành,tuy nhiên do khả năng có hạn nên không tránh khỏi sai sót, em kính mong các thầy cô giáo xem xét và góp ý để bản báo cáo được hoàn thiện hơn

HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN HỮU TUYẾN

Trong buổi sơ khai của công nghệ điện thoại, các dây kim loại là môi trường truyền dẫn duy nhất để kết nối các thuê bao trong mạng Ngày nay, cáp sợi quang

và các tuyến vô tuyến khác có dung lượng truyền dẫn cao được sử dụng rộng rãi Trong đa số trường hợp, các mạng viễn thông bao gồm một hỗn hợp các phương tiện truyền dẫn khác nhau Về nguyên lý, chúng có thể được sử dụng cho truyền dẫn cả thông tin tương tự và số Tuy nhiên, các nhà khai thác không lựa chọn phương tiện truyền dẫn chỉ dựa trên cơ sở kỹ thuật Quả thực, khía cạnh kinh tế cũng có vai trò rất lớn Sự đầu tư vào mạng trước đây và thời hạn khấu hao của thiết bị cũng phải được tính đến

Trong phần này, chúng ta sẽ nghiên cứu các phương tiện truyền dẫn sau:

Hình 1 Tổng quan về các phương thức truyền dẫn

Tất cả các phương thức không cần thiết cho tất cả các loại thông tin, chẳng hạn về mặt truyền dẫn, một cuộc gọi nội hạt có thể được minh hoạ như trong hình 2

Hình 2 Truyền dẫn của một cuộc gọi điện thoại nội hạt

Cáp quang

Ghép kênh

thời gian

Ghép kênh

thời gian Ghép kênhGhép kênhtần sốtần số

Ghép kênh bước sóng

Ghép kênh bước sóng Giải ghép kênh Giải ghép kênh bước sóngbước sóng

Giải ghép kênh tần số

Giải ghép kênh tần số kênh thời giankênh thời gianGiải ghép Giải ghép

R

Vô tuyến

Cáp đồng

1 0 0 1 1 0 1 Thông tin số

Thông tin tương tự

Thông tin tương tự

1 0 0 1 1 0 1

Thông tin số

Cáp đồng

1 Cáp đôiồng trụcng

Cáp kim loại (thường là cáp đồng) vẫn tạo nên một phần rất lớn trong mạng viễn thông, đặc biệt là phần mạng kết nối đến thuê bao Có hai kiểu cáp kim loại chính: cáp xoắn và cáp đồng trục Ngoài ra, dây trần (dây không cách điện) cũng được sử dụng tại các vùng nông thôn Cáp xoắn và cáp đồng trục được sử dụng cho

cả truyền dẫn số và tương tự, dây trần chỉ được sử dụng cho những kết nối tương

tự 3,1kHz

a Cáp xoắn đôi

Dạng cáp xoắn đôi đơn giản nhất được sử dụng trong nhà Cáp này chỉ có 2 dây dẫn đấu nối telephone tới ổ cắm trên tường Tại tổng đài các nhà khai thác có nhiều sự lựa chọn hơn, chẳng hạn 2, 10, 50 100 hay 500 đôi Cáp xoắn được sử dụng chủ yếu trong mạng truy nhập giữa thuê bao và tổng đài, và -trong một chừng mặc nào đó- nó được sử dụng trong mạng trung kế giữa các tổng đài

Cáp xoắn được phát triển trước tiên cho các kết nối tương tự Một phần lớn của mạng cáp hiện nay vẫn sử dụng cáp được cách điện bằng giấy Nhựa là vật liệu cách điện tốt hơn, do nó không nhạy cảm với độ ẩm và có độ suy hao thấp hơn tại những tần số cao hơn Bởi vậy, cáp xoắn sản xuất ngày nay đều được cách điện bằng nhựa Phần lớn mạng cáp xoắn đôi được chôn dưới đất

Hình 3 M t c t c a cáp xo n ôiặt cắt của cáp xoắn đôi ắn đôi ủa cáp xoắn đôi ắn đôi đôi

Vỏ

Vỏ cách ly Đôi sợi

Thông thường, vật liệu dẫn điện là đồng, và các dây dẫn được sản xuất theo một số các đường kính tiêu chuẩn - thông thường là 0.4, 0.5, 0.6 và 0.7mm Các dây dẫn trong cáp được xoắn với nhau để tạo nên các đôi dây (hai dây dẫn) hay bốn dây Suy hao tính theo km phụ thuộc vào đường kính dây dẫn và tần số

Hình 4 Cáp xoắn đôi và hai kiểu 4 dây

Lõi cáp thường được bọc bởi một hay nhiều lớp giấy hoặc băng nhựa để giữ các đôi cáp lại với nhau và để bảo vệ cáp Vỏ cáp có thể làm bằng nhựa hoặc kim loại (chì hoặc nhôm) hay một hỗn hợp nhựa và các lá kim loại Với sự lựa chọn vật liệu thích hợp, vỏ bọc có thể hoạt động như lá chắn chống lại các nhiễu điện và từ truờng Để bảo vệ cáp khỏi các hư hại cơ khí, vỏ được bọc bằng các sợi thép hoặc bằng các băng quấn xung quanh vỏ

b.Cáp đồng trục

Cáp đồng trục được sử dụng trong các hệ thống đa kênh tương tự (FDM) và số (TDM), các mạng truyền số liệu cục bộ, mạng cáp TV và làm ống dẫn sóng cho anten Cáp bao gồm một hoặc nhiều ống đồng trục, bên trong mỗi ống gồm một dây dẫn và được bọc bằng một dây dẫn bên ngoài có dạng hình ống Các ống đồng trục có dung lượng truyền dẫn rất lớn (10800 kênh thoại trên một hệ thống đa kênh tương tự) Trong mạng trung kế, các ống đồng trục này được sử dụng theo từng đôi, ống truyền dẫn theo một hướng Ngày nay, cáp đồng trục không được còn

Pair

Quad

Quad

được lắp đặt trong phần trung kế của mạng viễn thông Nó đang được thay thế bởi cáp sợi quang Tuy nhiên một phần vẫn được sử dụng cho cáp TV- cáp đồng trục

có thể được sử dụng trong phần truy cập của mạng băng rộng trong tương lai

Hình 5 Cáp đồng trục

Sợi dẫn hình ống bên ngoài có chức năng bảo vệ: không xảy ra giao thoa qua lại giữa các tín hiệu của những ống liền nhau

Thông thường, sợi dẫn bên trong là sợi dẫn bằng đồng đặc, hình tròn xoay Sợi dẫn bên ngoài được làm bằng lá đồng Sự cách điện tốt nhất giữa giữa các sợi dẫn là không khí, nhưng người ta thường sử dụng nhựa Sợi dẫn bên trong phải luôn ở chính giữa của ống, nó định định vị bởi các vòng đệm nhựa hoặc thông qua việc nén nhẹ các ống nhựa ở các khoảng nhất định Để nâng cao chất lượng ở tần thấp, các băng thép có thể được quấn xung quanh ống

Hình 6 Cáp đồng trục với các vòng đệm nhựa

Một vài ứng dụng yêu cầu cáp đồng trục linh hoạt Cáp này có sợi dẫn bên trong gồm nhiều dây và sợi dẫn bên ngoài gồm nhiều dây xoắn lại Thông thường, vật liệu cách điện là nhựa

2 Sóng vô tuyến

Vô tuyến là môi trường truyền dẫn có rất nhiều lĩnh vực áp dụng, và là môi trường cung cấp cho người dùng sự mềm dẻo cực kỳ (chẳng hạn, điện thoại kéo dài) Vô tuyến có thể được sử dụng cục bộ, liên châu lục cho cả thông tin cố định lẫn di động giữa các nút mạng hoặc giữa những người sử dụng và các nút mạng Trong phần này, ta sẽ đề cập đến liên kết vô tuyến và những kết nối vệ tinh

a.Phổ vô tuyến

Phổ vô tuyến, từ 3kHz đến 300GHz là một dải của phổ sóng điện từ (tần số hồng ngoại, sóng ánh sáng, tia cực tím, X-quang và các dải tần số khác) Phổ vô tuyến được chia thành 8 dải tần như hình 14, từ VLF (tần số cực thấp) tới EHF (tần số cực cao)

Hình 7 Dải tần của phổ vô tuyến

Sự lan truyền sóng vô tuyến phụ thuộc vào tần số của nó Sóng vô tuyến với tần số dưới 30 MHz bị phản xạ tại các lớp khác nhau của tầng khí quyển và tại mặt đất, nhưng có thể được sử dụng cho thông tin trên biển, điện báo và telex Với tần số này dung lượng bị giới hạn tới hàng chục hoặc hàng trăm bit/s

Trên 30MHz, là những tần số quá cao nên không bị phản xạ tại tầng điện ly Những dải tần VHF và UHF được sử dụng cho TV, quảng bá và điện thoại di động thuộc vào nhóm này Những tần số trên 3GHz chịu suy hao nghiêm trọng gây ra

VLF

Tần số

rất thấp

LF

Tần số

thấp

MF

Tần số Trung bình

HF

Tần số cao

VHF

Tần số rất cao

UHF

Tần số cực cao

SHF

Tần số siêu cao

EHF

Tần số siêu siêucao

F[Hz]

bởi vật cản (như toà nhà), bởi vậy yêu cầu phải có “tầm nhìn thẳng” giữa máy phát

và thu Hệ thống liên kết vô tuyến thường sử dụng những tần số giữa 2 và 40 GHz

và những hệ thống vệ tinh thường sử dụng tần số giữa 2 và 14 GHz Dung lượng được sử dụng vào khoảng 10-150Mb/s

b.Kết nối vô tuyến

Trong các kết nối vô tuyến, truyền dẫn bị ảnh hưởng theo chuỗi các máy phát và máy thu vô tuyến Liên kết vô tuyến được sử dụng cho tương tự cũng như số

Hình 8 Kết nối vô tuyến

Tại các khoảng cách nhất định, tín hiệu được nhận và được chuyển tiếp đến trạm liên kết kế tiếp Xem hình 8 Trạm liên kết có thể là chủ động hoặc thụ động Một trạm liên kết chủ động khuếch đại hoặc tái tạo lại tín hiệu còn trạm liên kết thụ động thông thường bao gồm hai anten parabol kết nối trực tiếp mà không hề khuếch đại tín hiệu điện giữa chúng

Mỗi liên kết vô tuyến cần 2 kênh vô tuyến, mỗi kênh cho một hướng Cần có khoảng cách vài MHz giữa tần số phát và thu Anten parabol và ống dẫn sóng

Khoảng cách giữa các trạm được gọi là chiều dài hấp phụ thuộc công suất phát, kiểu anten và khí hậu cũng như tần số Tần số sóng mang càng cao, khoảng cách càng ngắn Chẳng hạn, hệ thống 2GHz có khoảng cách xấp xỉ 50km và 18GHz có khoảng cách khoảng 5-10km

c.Vệ tinh

Các hệ thống vệ tinh giống như hệ thống vô tuyến, chỉ khác nhau là trạm chuyển tiếp trung gian chuyển động theo quỹ đạo xung quanh trái đất thay việc thiết lập cố định trên mặt đất Xem hình 9 Vệ tinh vẽ nên quỹ đạo Polar(cực) hoặc là địa tĩnh

Vệ tinh cực có quỹ đạo đi qua các cực ở độ cao khoảng 1000km và được sử dụng cho mục đích dự báo thời tiết và quân sự

Hình 9 Hệ thống vệ tinh

Vệ tinh được sử dụng cho viễn thông được phóng theo quỹ đạo địa tĩnh trên mặt phẳng xích đạo ở độ cao khoảng 35,800km so với mặt đất Thời gian bay một vòng quanh quỹ đạo khoảng 24h và do trái đất tự quay nên dường như vệ tinh đứng yên so với đất Xấp xỉ 1/3 bề mặt trái đất được bao phủ bởi một anten với bức

xạ toàn cầu Tuyến vệ tinh được sử dụng trong viễn thông quốc tế cũng như liên tỉnh Sử dụng liên lục địa giúp giảm được cáp quang chôn dưới biển

Đặc tính truyền dẫn của tuyến vệ tinh là tuyệt hảo và giảm được phiền phức Tuy nhiên, khoảng cách quá dài giữa trạm mặt đất và vệ tinh gây ra độ trễ 240ms, làm ảnh hưởng tới thông tin thoại và có thể gây tiếng vọng với thời gian truyền sóng khoảng 0,5giây

Intelsat (Hiệp hội vệ tinh viễn thông quốc tế) được thành lập với mục tiêu hỗ trợ tài chính, phát triển và điều hành hệ thống vệ tinh viễn thông thương mại toàn cầu Ngày nay Intelsat, đã có hơn 100 nhà khai thác, chịu trách nhiệm phóng, khai thác các vệ tinh Các nhà khai thác riêng (hoặc hiệp hội các nhà khai thác) quản lý các trạm mặt đất Tuy nhiên Intelsat chịu trách nhiệm đối với một vài trạm mặt đất

mà yêu cầu các vệ tinh điều khiển và giám sát

Một trong những vệ tinh của Intelsat là Intelsat VI, có 80000 kênh thoại

3 Cáp quang

Trong những năm 1870,Tyndall, một người Anh đã chỉ ra rằng ánh sáng có thể được dẫn qua kiểu vòi phun nước Vào cuối thế kỷ 19, Graham Bell đã thiết kế

ra điện thoại quang Chính sự khó khăn trong việc tìm các nguồn sáng thích hợp đã khiến cho kỹ thuật này đưa vào sử dụng chậm mất 100 năm Cuộc thử nghiệm đầu tiên với cáp quang diễn ra vào năm 1975 và cho tới 1980, các hệ thống thương mại

đã mở ra cho lưu lượng thoại

Các đặc tính đặc biệt của sợi quang đã làm cho nó trở thành một phương tiện truyền dẫn cực kỳ quan trọng trong mạng viễn thông Cáp quang được sử dụng chủ yếu cho truyền dẫn số ở các mạng đô thị và các tuyến đường dài Nó có dung lượng truyền dẫn rất lớn Ngày nay, có nhiều hệ thống với tốc độ vài Gb/s, chẳng hạn tốc độ 2,5Gb/s tương đương với xấp xỉ 32000 cuộc gọi ở tốc độ 64kb/s Các giới hạn là ở thiết bị đầu cuối

Cáp quang bao gồm một số sợi thuỷ tinh có đường kính nhỏ Xem hình 11 Những sợi thuỷ tinh đó rất trong và có thể nhìn vào bên trong sợi Trong thực tế, ánh sáng hồng ngoại được truyền xuyên suốt sợi Sợi Plastic là một sự lựa chọn về sợi thuỷ tinh cho truyền dẫn với những khoảng cách ngắn khoảng 100m Sợi Plastic rẻ hơn nhưng có suy hao cao hơn

Hình 11 S i quangợi quang

Vỏ bọc thứ cấp 1mm

Vỏ bọc sơ cấp 250m

Vỏ 125m Lõi 10m

Sợi gồm có một lõi thuỷ tinh với một lớp vỏ bọc bằng thuỷ tinh bao quanh Lõi có chỉ số khúc xạ cao hơn lớp vỏ bọc và được làm bằng thạch anh nguyên chất Thông thường đường kính của lớp bọc là 125m Đường kính lõi đối với các loại sợi là khác nhau, thông thường là 8, 10 hay 50m

Hình 12 cho biết cách sắp xếp trong cáp quang Nó có một lớp vỏ bọc chính

có khả năng bảo vệ chống lại hơi nước, hoá chất và một lớp bọc thứ cấp lỏng hay nịt chặt

Cáp quang có một lõi gia cường được làm bằng thép hoặc nhựa, chống lại lực kéo căng và uốn cong Hơn nữa, cáp còn có chất làm đầy để cố định các sợi, chống lại nước và uốn cong Vỏ bọc cáp được làm bằng nhựa, thường là polythylen Số lượng sợi trong cáp khác nhau, phụ thuộc vào ứng dụng thực tế, cáp

có thể có hàng nghìn sợi

Trong tương lai hệ thống truyền dẫn cáp quang sẽ phát triển vượt bậc, là một trong những hệ thống truyền dẫn tiên tiến, tốc độ cao, dung lượng lớn, đáp ứng được nhu cầu của người sử dụng

Lớp vỏ bọc sơ cấp 250m Lớp bọc thứ cấp lỏng 2,4mm Dây gia cường

Lõi có rãnh bằng polyethylene, 10mm Chất làm đầy

Chất làm đầy

Hình 12 : Cáp quang với 36 sợi