kỹ thuật thông tin quang SDH

Tài liệu tham khảo công nghệ thông tin, chuyên ngành tin học kỹ thuật thông tin quang SDH

lờI mở đầu

Có ba phơng thức truyền dẫn đợc sử dụng trong mạng viễn thông hiện nay

đó là: truyền dẫn cáp đồng, truyền dẫn cáp quang, truyền dẫn sóng vô tuyến.trong đó truyền dẫn cáp sợi quang đang và sẽ tiếp tục chiếm u thế trong mạngtruyền dẫn truyền dẫn quang có những u điểm là : độ rộng băng tần lớn, độtruyền dẫn cao, độ tin cậy cao Do đó đáp ứng đợc tất cả các dịch vụ từ cácdịch vụ tấc độ thấp và trung bình nh thoại, fax, Cho tới các dịch vụ tấc độcao nh hội nghị truyền hình,truy cập dữ liệu từ xa,dịch vụ chuyển giao tệp đamôi trờng,

Tại việt nam truyền dẫn sợi quang đang đợc chuyển giao rộng rãi : Mạngtruyền đờng trục, mạng truyền dẫn trung kế, mạng truyền dẫn nội hạt và trong t-

ơng lai các đờng kết nối thuê bao tới tổng đài hoặc các bộ tập trung từ xa sẽ đợcthay thế bằng sợi quang Điều đó có nghĩa là một mạng truyền dẫn toàn quang là

có thể thực hiện đợc

Hai phơng thức truyền dẫn chính trong thông tin quang là truyền dẫn cận

đồng bộ PDH và truyền dẫn đồng bộ SDH Tuy nhiên dung lợng của của PDHcòn hạn chế nh trạm xen-rẽ phải sử dụng nhiều thiết bị , kênh nghiệp vụ còn ít nên không thích hợp nên không thích hợp với mạng viễn thông có dung lợng cao

và băng thông rộng chính vì thế công nghệ truyền dẫn SDH đã ra đời đã đáp ứngkịp nhu cầu thông tin ngày càng cao mà vẫn đảm bảo chất lợng thông tin tốt Đốivới nớc ta công nghệ SDH đã thâm nhập mạng viễn thông đờng trục trên đất liền

có tốc độ 2,5Gbit/s có cấu hình mạng Ring tự phục hồi , ở các tỉnh các thành phốngày càng nhiều thông tin cáp sợi quang SDH Vì vậy việc tìm hiểu và nắm vững

kĩ thuật truyền dẫn thông tin quang SDH là một nhu cầu cần thiết đối với mỗinhân viên và còn là nhiệm vụ của các công nhân , kĩ thuật viên vận hành và khaithác kĩ thuật thông tin quang SDH

Với mục đích nh vậy bản đồ án của em gồm có 2 phần :

Phần I : Tổng quan về hệ thống thông tin quang gồm có 3 chơng :

Chơng I : Hệ thống thông tin quang

Chơng II : Sợi quang

Chơng III : Khái quát hệ thống thông tin sợi quang

Phần II : Công nghệ SDH trong thông tin quang gồm có 4 chơng

Chơng I : Bộ ghép PCM-24 và PCM-30

Chơng II : Phân cấp số cận đồng bộ PDH

1

Chơng III : Hệ thống thông tin đồng bộ SDH.

Chong IV: Thiết bị SDH, cấu trúc mạng và các thiết bị bảo vệ

Mặc dù đã rất nhiều cố gắng nhng vì thời gian có hạn , hơn nữa trình độhiểu biết cha sâu nên bản báo cáo của em còn nhiều hạn chế không tránh đợckhỏi những sai sót em mong đợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và cácbạn

để truyền tin Khi tín hiệu moóc ra đời,tầu thuyền đi biển đã dùng cờ hiệuhoặc ánh đèn nhấp nháy để truyền các bức điện báo Phơng thức truyền tinnày tồn tại cho tới khi có điện báo vô tuyến ý tởng truyền ánh sáng qua thuỷtinh đợc bắt nguồn từ thí nghiệm 'Suối ánh sáng' của John Tydall tại Anh vàonăm 1970 Tại thí nghiệm này ngời ta quan sát thấy ánh sáng phát ra từ mộtnguồn sáng truyền qua dòng nớc hẹp nhờ phản xạ toàn phần giữa nớc vàkhông khí Các thí nghiệm đầu tiên về truyền sóng ánh sáng qua sợi thuỷ tinhtrần đã đợc thực hiện tại Đức vào năm 1930 Nhng do lúc bấy giờ thuỷ tinh có

độ xuy hao và tán sắc lớn, giòn dễ gẫy nên không đợc áp dụng vào thực tế Sợiquang có lõi thuỷ tinh có chiết xuất cao và đợc bao bọc bởi lớp vỏ thuỷ tinhchiết xuất thấp hơn đã đợc A S CVanHeel, H H Hopkin và N S Kanapychế tạo vào năm 1954 để truyền hình ảnh trong máy nội soi Laser đợc phátminh vào năm 1960 Sau khi laser ra đời một hệ thống truyền dẫn tín hiệuquang qua không khí đã đợc xây dựng Tuy nhiên do ảnh hởng của địahình,ma, mây mù và nhiệt độ thay đổi vv Nên truyền tin không ổn định

Do do các nhà nghiên cứu tiếp tục tìm môi trờng truyền dẫn ánh sáng tốt hơn Theo tinh toán thì sợi thuỷ tinh có suy hao khoảng 20dB/km thì có thểtruyền dẫn tín hiệu quang đi xa Nhng từ năm 1967 trở về trớc chỉ mới chế tạo

đợc sợi có suy hao lớn hơn hoặc bằng 1000dB/km tại các bớc sóng nhìn thấy

Do đó mà sợi quang chỉ đợc áp dụng trong các phòng thí nghiệm Vào năm

1970 Kao và Hockman đã chế tạo sợi quang có xuy hao vào khoảng 20dB/km.Với sợi quang này thì công suất mà ánh sáng truyền đợc 2km đã bị giảm 40

dB Hệ thống thông tin quang nh vậy cũng chỉ tơng đơng với hệ thống thôngtin kim loại có khoảng lặp khoảng 2km

Năm 1975 mỹ đã sản xuất đợc sợi quang có xuy hao 2dB/km Nhật bản

đã sản xuất đợc sợi quang có xuy hao 0,5dB/km vào năm 1978 và 0,2dB/kmvao năm 1979 tại các bớc sóng 1,3m và 1,5m Vào năm 1982 corning đãthông báo kết quả nghiên cứu loại sợi quang có xuy hao thấp nhất là0,15dB/km tại bớc sóng là 1,6m khi sử dụng Silic Nếu sản xuất thành công

3

sợi quang nh vậy thì công suất quang chỉ giảm một nửa khi truyền tin đi xa20km

Song song với sự phát triển của sợi quang, loại nguồn quang trọngnhất là laser cũng không ngừng phát triển và hoàn thiện Năm 1980 đã sảnxuất thành công laser có bớc sóng phù hợp với sợi quang Cũng vào thời điểmnay tại các nớc công nghiệp phát triển đã sử dụng hệ thống thông tin cáp sợiquang thay thế các đờng truyền trung kế cáp kim loại có tấc độ bít lớn hơn8Mbit/s

Các hệ thống thông tin quang thế hệ đầu tiên sử dụng sợi đa mode vàlaser diode bức xạ bớc sóng xung quanh 850nm Vào năm1985 loại laser nàykhông đợc sử dụng với các cự ly dài và chỉ đợc sử dụng trong các mạng thôngtin nội bộ Tiếp theo là các hệ thống thông tin quang sử dụng cho các sợi đơnmode tại các dải bớc sóng 1,3m và 1,55m đã đợc đa vào khai thác nhiều hệthống thông tin cáp sợi quang đơn mode thả biển và trên đất liền đã đợc lắp

đặt vào cuối thế kỉ 80, điển hình là tuyến cáp quang vợt đại tây dơng TAT-8

đã đợc khai thác và sử dụng vào năm1988 Từ đó đến nay mạng thông tin cápsợi quang đã đợc khai thác với nhịp độ nhanh chóng

Các hệ thống thông tin quang hiện đại sử dụng điều chế cờng độ vàtách quang trực tiếp (IM/DD) Cũng đã có một hớng nghiên cứi khác là truyềndẫn sợi quang coherent Hệ thống quang này sử dụng điều chế quang ngoài,tách quang heterodyne và homody sẽ khắc phục một số hạn chế của của hệthống thông tin quang thông thờng Trong những năm gần đây công nghệghép bớc sóng và khuyếch đại quang cũng đợc triển khai rộng rãi, mở đờngcho việc tăng cự ly và đặc biệt là tốc độ bít của hệ thống tới hàng trăm Gbit/s

Nh vậy có thể thấy thông tin quang liên tục phát triển và đáp ứng nhucầu ngày càng cao của con ngời

Chơng I

hệ thống thông tin quang

1 1 Mở đầu.

hiện nay nhu cầu thông tin liên lạc ngày càng tăng đòi hỏi số lợng kênh

truyền dẫn lớn, song các hệ thống truyền dẫn viba,vệ tinh không cho phép tổ

chức các kênh cực lớn Nhng với kĩ thuật thông tin quang, ngời ta có thể tạo ra

các luồng kênh hệ thống truyền dẫn nhiều kênh, hơn hệ thống điện Hiện nay

đã chế tạo ra các hệ thống truyền dẫn hằng trăm Gbit/s và ở một số nớc đã có

trên 50% hệ thống kênh truyền dẫn là các kênh truyền dẫn quang

Hiện tại,thông tin quang đang ở giai đoạn phát triển ban đầu Các hệ

thống truyền dẫn quang đợc ứng dụng để hoạt động song song với các hệ

thống truyền dẫn khác và truyền dẫn thông tin điện bằng tải tin quang nhờ

các quá trình chuyển đổi tín hiệu địên-quang ở đầu phát và tín hiệu

quang-điện ở đầu thu Tín hiệu đa vào truyền dẫn và lấy ra đều là tín hiệu quang-điện thông

thờng, chỉ có trên đờng truyền là tín hiệu quang

Biến đổi quang điện E/O

2; Phần tử điện tử: Để xử lý nguồn thông tin tạo ra các tín hiệu điện đavào các hệ thống truyền dẫn có thể là tín hiệu analog hoặc digital

3; Bộ biến đổi điện-quang E/O :

Để điều biến tín hiệu vào cờng độ bức xạ quang để cho phát đi tín hiệu 4; Sợi quang (SQ):

Để truyền dẫn ánh sáng của nguồn bức xạ E/O đã điều biến

5; Bộ biến đổi quang - điện O/E :

Là bộ thu quang tiếp nhận ánh sáng từ sợi quang đa vào và biến đổi trởthành tín hiệu điện nh tín hiệu đã phát đi

6; Tải tin :

Trong hệ thống thông tin quang ánh sáng cũng là sóng điện từ nhng có tần

số rất cao Do vậy, tải thông tin quang rất phù hợp, thuận tiện cho các tín hiệubăng rộng

1 3 Đặc tính của thông tin quang :

1 3 1 Ưu điểm của kĩ thuật truyền dẫn quang:

+ Hệ thống tin quang khai thác miền phổ điện từ cha đợc sử dụng Từtrớc những năm 1960, hệ thống thông tin điện sử dụng các vùng bớc sóngkhác nhau để truyền tin : Sóng dài(100m -100km), sóng ngắn(10cm - 100m),sóng viba (1mm-10cm), tuy nhiên cho tơi năm 1960 việc phát minh ra lasercho phép sử dụng dải tần số từ 0,4m tới 0,6m để truyền tin Dải băng tầnnày năm trong vùng tần số rất lớn nằm ngoài vùng tần số mà các hệ thốngthông tin quang tín hiệu đợc truyền trong sợi khác trong hệ thống thông tinquang tín hiệu đợc truyền trong sợi quang do đó không cần đăng kí với cụcquản lý tần số

+ băng tần rộng và dung lợng cao nên truyền đợc mọi loại dịch vụ vànâng cao tốc độ bít dễ dàng

+ cáp sợi quang phi kim loại không dẫn điện và không cảm ứng điện

từ trờng nên có thể đi gần đờng dây điện lực, không bị sét đánh và không bị

ảnh hởng của can nhiễu,điện từ bên ngoài

+ Do môi trờng truyền dẫn sợi quang có xuy hao nhỏ (cỡ 0,2dB/km)

do đó khoảng cách giữa các trạm lặp tăng, và do đó số lợng trạm lặp giảm

đáng kể so với hệ thống cáp kim loại cổ điển

+ Vật liệu chế tạo sợi quang là silic Đây là vật liệu sẵn có, đồng thờicông nghệ chế tạo quang không ngừng đợc cải tiến Do đó giá thành cáp sợi

quang cũng giảm dần và nó đợc thay thế cáp đồng - là một trong những tàinguyên đang dần khan hiếm và phải sử dụng cho các lĩnh vực khác

+ Do không bị ảnh hởng của can nhiễu bên ngoài nên chất lợng dịch vụcao hơn

1 3 2 Nhợc điểm của cáp quang:

+ Sợi quang nhạy cảm với hơi ẩm và nớc thấm vào bên trong cáp,nhạy cảm với bức xạ ion

+ Phải bổ xung dây kim loại khi co yêu cầu cấp nguồn từ xa cho cáctrạm lặp

+ Hiệu suất nôi ghép nguồn quang- sợi và công suất phát của nguồnquang còn thấp

+ Đòi hỏi công nghệ cao trong chế tạo laser diode và sợi quang + Sợi quang dòn và dễ gẫy, việc hàn nối khó khăn đòi hỏi công nghệcao Việc triển khai hệ thống truyền dẫn quang ở các địa hình phức tạp nh :vùng đồi núi,ven biển,hải dảo là tốn nhiều thời gian và công sức

1.4 Những ứng dụng của sợi quang :

+ Sợi quang đợc ứng dụng trong thông tin và một số mục đích khác + Vị trí của sợi quang trong mạng lới thông tin trong giai đoạn hiện naygồm :

Mạng đờng trục quốc gia

Đờng trung kế

Đờng cáp thả biển liên quốc gia

Đờng truyền số liệu

Mạng truyền hình

7

chơng II SợI QUANG

2 1 2 Sự phản xạ toàn phần

Từ công thức SNELL đã nêu trên ta thấy :

Nếu n1>n2 thì 1>2 : Tia khúc xạ gẫy về phía gần pháp tuyến

Pháp Tuyến

(1) (2)

Nếu n1<n2 thì 1< 2 : Tia khúc xạ gẫy về phía gần pháp tuyến hơn nhhình 2 1

Trờng hợp n1>n2 nếu tăng 1 thì 2 tăng luôn lớn hơn 1 khi 2= 90 tức

là tia khúc xạ song song với mặt tiếp giáp,thì 1 đợc gọi là góc tới hạn 1 Nếutiếp giáp tăng 1> c thì không còn tia khúc xạ mà chỉ còn tia phản xạ ( Hình2.

1) Hiện tợng này đợc gọi là phản xạ toàn phần

Dựa trên công thức định luật khúc xạ ( Công thức SNELL) với 1 =90

có thể tính đợc góc tới hạn c :

Sin c= hay c = arcsin

2 2 Cấu tạo sợi quang

Sợi quang cấu tạo gồm một lõi dẫn quang đặc có chiết suất n1bán kính

và lớp vỏ cũng là vật liệu dẫn quang bao quanh ruột có chiết xuất n2<n1 và cóbán kính là b Các tham số a, b ta có các định nghĩa :

Độ lệch chiết suất n =n1-n2

Độ lệch tơng đối  :

 =

Hai tham số này quyết định đặc tính truyền dẫn của sợi quang :

2 3 Sự truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang

ứng dụng của hiện tợng phản xạ toàn phần, sợi quang đợc chế tạo gồmmột lõi (core) bằng thuỷ tinh có chiết suất là n1 và một lớp bao bọc ( cladding)bằng thuỷ tinh có chiết suất là n2với n1 > n2 (Hình 2 4)

ánh sáng truyền trong lõi sợi quang sẽ phản xạ nhiều lần( phản xạ toànphần ) trên mặt tiếp giáp giữa lõi và vỏ bọc Do ánh sáng có thể truyền đợctrong sợi có cự ly dài ngay cả khi bị uốn cong với một độ cong tới hạn

áp dụng công thức snell để tính NA

Tại điểm A đối với tia 2

N0 sinmax=n!sin(90- c)

Mà : n0 = 1 chiết xuất của không khí = 1-sin2c

2 5 Các dạng phân bố chiết suất trong sợi quang.

Cấu trúc chung của sợi quang gồm lõi bằng thuỷ tinh có chiết xuất lớn

và một lớp bọc cũng bằng thuỷ tinh nhung chiết suất nhỏ hơn Chiết suất củalớp bọc không đổi còn chiết suất của lõi nói chung thay đổi theo bán kính( khoảng cách tính từ trục của sợi ra) Sự biến thiên theo bán kính đợc viết dớidạng tổng quát nh sau, và đợc biểu diễn nh trên hình 2 6

n

1 2

2n

1 2

n

1 1 -  r ; r  a (trong lõi)

2

a

n(r) =

Trong đó :n1 : chiết suất lớn nhất của lõi

n2 : chiết suất của lớp vỏ bọc

 =

r : khoảng cách tính từ trục sợi đến điểm tính chiết suất

a: bán kính lõi sợi

b : bán kính lớp bọc

g : Số mũ quyết định dạng biến thiên,g>1

Các giá trị thông dụng của g:

mà chiều dài đờng truyền khác nhau nên thời gian sẽ khác nhau trên cùng mộtchiều dài sợi Điều này dẫn tới một hiện tợng : Khi đa một xung ánh sáng hẹpvào đầu sợi lại nhận đợc một xung ánh sáng rộng hơn ở cuối sợi Đây là hiệntợng tán sắc ( Dispersion ) Do đó độ tán sắc ánh sáng lớn nên sợi SI không

11Hình 2 6 – Các dạng phân bố chiết suất

Hình 2 6 – Các dạng phân bố chiết suất

g -> 

g = 2

g = 1n(r) rmax= 1

thể truyền tín hiệu có tốc độ cao qua cự ly dài đợc Nhợc điểm này có thểkhắc phục ở trong loại sợi quang có chiết suất giảm dần

2.5.2 Sợi GI có chiết suất giảm dần (Sợi GI :

đờng truyền ngắn hơn nhng vận tốc truyền lại nhỏ hơn Tia truyền dọc theotrục có đờng truyền ngắn nhất nhng đi với vận tôc nhỏ nhất vì chiết suất ở trục

là lớn nhất Nếu chế tạo chính xác sự phân bố chiết suất theo đờng parabol( g=2) thì đờng đi của tia sáng có dạng hình sin và thời gian truyền của các tianày bằng nhau Độ tán sắc của sợi GI nhỏ hơn nhiều so với sợi SI Ví dụ độchênh lệch thời gian truyền qua 1 km chỉ khoảng 1ns

Cũng cần li ý rằng góc mở  ở đầu sợi GI cũng thay đổi theo bán kính rvì n1 cũng là hàm của n 1(r)

sin(r) = n1(r) – n2 =NA 1-  NA

Trên trục sợi : r=a thì (0)= max

Trên mặt giao tiếp : r=a thì thì (a)=0

2.5.3 các dạng chiết suất khác

Các dạng chiết suất SI và GI đợc dùng phổ biến Ngoài ra còn một sốdạng chiết suất khác nhằm đáp ứng yêu cầu đặc biệt nh :

a Dạng chiết suất trong lớp bọc (H2 7a)

Trong kĩ thuật chế tạo quang, muốn thuỷ tinh có chiết suất lớn phảithêm vào đó nhiều tạp chất nhng điều này làm tăng độ xuy hao Dạng giảm

chiết suất lớp bọc nhằm đảm bảo độ chênh lệch chiết suất  nhng có chiết suấtlõi n1 không cao

b Dạng dịch độ tán sắc (H2 7b)

Độ tán sắc tổng cộng của sợi quang triệt tiêu nhau ở bớc sóng gần1300nm Ngời ta có thể dịch điểm có độ tán sắc triệt tiêu đến bớc sóng1550nm bằng cách dùng sợi quang có dạng chiết suất nh trên

c Dạng san bằng tán sắc

Với mục đích làm giảm độ tán sắc của sợi quang trong một khoảng bớcsóng Chẳng hạn đáp ứng cho kĩ thuật ghép kênh theo bớc sóng, ngời ta dùngsợi quang có dạng chiết suất nh hình trên dạng chiết suất này khá phức tạp nênhiện nay mới chỉ đợc áp dụng trong phòng thi nghiệm chứ cha đa ra thực tế

2 6 Sợi đa mode và sợi đơn mode

Có hai hớng để khảo sát sự truyền ánh sáng trong sợi quang Một hớngdùng lý thuyết tia sáng một dùng lý thuyết sóng ánh sáng Thông thờng lýthuyết tia đợc áp dụng vì nó đơn giản, dễ hình dung song có những khái niệmkhông thể dùng lý thuyết tia để diễn tả một cách chính xác và khi đó ngời taphai dùng đến lý thuyết sóng Mode sóng là một trong những khái niệm đó Một mode sóng là một trạng thái truyền ổn định của ánh sáng trong sợi.Khi truyền trong sợi ánh sáng đi theo nhiều đờng, trạng thái ổn định của các

đờng này gọi là mode Có thể hình dung gần đúng là một mode ứng với mộttia sáng

Các mode sóng đợc kí hiệu là LPv

Với v= 0,1,2,3 và =1,2,3, Mode thấp nhất là LP01

Số mode truyền đợc trong sợi phụ thuộc vào thông số của sợi trong đó

có thừa số V :

13

g: số mũ trong hàm chiết suất

Số mode truyền đợc trong sợi chiết suât nhảy bậc (SI) với g=2 thì sốmode là :

N=

2.6.1 Sợi đa mode (MM :Multi- mode)

Sợi đa mode có đờng kính lõi và khẩu độ số lớn nên thừa số V và sốmode N cũng lớn

Các thông số của loại sợi đa mode thông dụng (50/125m) là :

g g+2

2.6.2 Sợi đơn mode (SM : single Mode )

Khi kích thớc lõi sợi để chỉ có một mode sóng cơ bản (LP01) truyền đợctrong sợi thì sợi gọi là sợi đơn mode Trên lý thuyết sợi làm việc ở chế độ đơnmode khi thừa số V< Vc1=2,405

Vì chỉ có một mode sóng truyền trong sợi nên độ tán sắc do nhiều đờngtruyền bằng không và sợi đơn mode có chiết suất phân bố nhẩy bậc (H2 9 )

Các thông số của sợi đơn mode thông dụng là :

Các thông số truyền dẫn của sợi đa mode sẽ đợc phân tích ở đây chỉ sosánh những thông số nổi bật của hai loại sợi này Độ tán sắc của sợi đơn modenhỏ hơn nhiều so với sợi đa mode (Kể cả sợi GI ), đặc biệt là ở bớc sóngr=1300nm Độ tán sắc của sợi đơn mode rất thấp (  0 ) Do đó dải thông củasợi đơn mode rất rộng Song kích thớc của sợi đơn mode quá nhỏ nên đòi hỏikích thớc của các linh kiện quang cũng phải tơng đơng và các thiết bị nốighép sợi đơn mode cũng phải có độ chính xác rất cao Các yêu cầu này ngàynay đều có thể đáp ứng và do đó sợi đơn mode đợc dùng phổ biến

2 7 Các nguyên nhân gây tổn hao trên sợi quang

a Suy hao do tạp âm :

Hấp thụ nảy sinh là do ba cơ chế khác nhau gây ra

- Hấp thụ do tạp chất : Trong thuỷ tinh thông thờng, các tạp chất nh nớc

và các ion kim loại chuyển tiếp đã làm tăng đặc tính suy hao, đó là các ionsắt, crom, coban, đồng và các ion OH Sự có mặt của các tạp chất này làm suyhao đạt tới giá trị rất lớn, nếu sợi làm bằng thuỷ tinh nh các lăng kính thôngthờng thì suy hao nên tới vài nghìn dB/km Liên kết OH đã hấp thụ ánh sáng

ở bớc sóng khoảng 2,7m và cùng với tác động của Silic, nó tạo nên các đỉnhhấp thụ Giữa các đỉnh này có các vùng xuy hao thấp, đó là các cửa sổ truyềndẫn 850nm, 1300nm,1550nm, mà các hệ thống thông tin đã dùng để truyềndẫn tín hiệu ánh sáng

Hấp thụ vật liệu : Có thể thấy rằng hoạt động ở bớc sóng dài hơn sẽcho suy hao nhỏ hơn là hoàn toàn chính xác Nhng các liên kết nguyên tử lại

có liên quan tới vật liệu và sẽ hấp thụ ánh sáng có bớc sóng dài, trờng hợp nàygọi là hấp thụ vật liệu Mặc dù bớc sóng cơ bản của các liên kết hấp thụ nằmbên ngoài bớc sóng sử dụng, nhng đuôi hấp thụ của nó có ảnh hởng : ở vùngbớc sóng 1550nm không bị suy hao một cách đáng kể

Hấp thụ điện tử : Trong vùng cực tím ánh sáng bị hấp thụ do các photonkích thích các điện tử trong nguyên tử nên một trạng thái năng lợng cao hơn(Mặc dù đây là một dạng hấp thụ vật liệu, nhng tác động qua lại xảy ra trongnguyên tử ) Đối với sợi SiO2 đỉnh hấp thụ của nó vào khoảng 0,14m, tuynhiên đuôi của nó kéo dài tới khoảng 1m, vì vậy nó cũng gây ra suy hao nhỏ

ở cửa sổ truyền dẫn

b Suy hao do tán xạ

Suy hao tán xạ trong sợi dẫn quang là do tính không đồng đều rất nhỏcủa lõi sợi gây ra Đó là do có những thay đổi rất nhỏ trong vật liệu, tínhkhông đồng đều về cấu trúc hoặc trong quá trình chế tạo sợi Nh vậy trong cấutrúc sợi bao gồm cả mật độ phân tử cao hơn và thấp hơn giá trị mật độ trungbình Ngoài ra, do thuỷ tinh đợc tạo ra từ vài loại oxit nh SiO2, GeO2 và P2O5

cho nên sự thay đổi thành phần vẫn có thể sảy ra Hai yếu tố này làm tăng sựthay đổi chiết suất, chúng tạo ra ánh sáng Rayliegh chỉ có ý nghĩa khi bớcsóng ánh sáng cung cấp với kích thớc cơ cấu của tán xạ Trong thực tế suy haolàm giảm đi một phần công suất của bớc sóng, vì thế hệ thống làm việc ở bớcsóng dài ngày đợc quan tâm nhiều

Độ suy hao của tán xạ Rayliegh tỷ lệ nghịch với luỹ thừa bậc 4 của bớcsóng  , nên giảm mạnh theo chiều tăng của bớc sóng Giá trị suy hao này

đáng kể ở vùng bớc sóng dới 1m

ở bớc sóng 850nm suy hao do tán xạ Rayliegh của sợi Silic khoảng 1-2dB/km và bớc sóng 1300nm suy hao chỉ khoảng 0,3 dB/km, ở bớc sóng1550nm thì suy hao này còn thấp hơn nữa

Cần li ý rằng tán xạ Rayliegh là một nguyên nhân gây ra suy hao chosợi quang nhng hiện tợng này đợc ứng dụng để đo lờng trong các máy đoquang dội

c Suy hao do sợi quang bị uốn cong

Suy hao do uốn cong sợi là suy hao ngoài bản chất (không cố hữi ) củasợi Khi bất kì một sợi quang nào bị uốn cong theo một đờng cong có bán kínhxác định thì sẽ có hiện tợng phản xạ ánh sáng ra ngoài vỏ sợi và nh vậy ánhsáng trong lõi sợi sẽ bị suy hao

+ Uốn cong vĩ mô : là uốn cong có bán kính uốn cong lớn tơng đơnghoặc lớn đờng kính sợi

+ Vi uốn cong : Là sợi cong nhỏ một cách ngẫu nhiên, trờng hợp nàysảy ra khi cáp đợc bọc thành sợi

Sự suy hao này xuất hiện khi tia sáng bị lệch trục khi đi qua những chỗ

vi uốn cong đó Một cách chính xác hơn sự phân bố trờng bị xáo trộn khi điqua những chỗ vi uốn cong đó và dẫn tới sự phản xạ năng lợng ra khỏi lõi sợi

Đặc biệt là sợi đơn mode là rất nhạy khi đi qua những chỗ vi uốn cong

đó, nhất là về phía bớc sóng dài

d Tán sắc

17

Tơng tự tín hiệu điện, tín hiệu quang truyền qua sợi quang cũng bị biếndạng Hiện tợng này gọi là tán sắc Sự tán sắc làm méo dạng tín hiệu analog vàlàm xung bị chồng lấp trong tín hiệu digital Sự tán sắc làm hạn chế dải thôngcủa đờng truyền quang

Độ tán sắc tổng cộng của sợi quang,kí hiệu D, đơn vị (s) đợc xác địnhbởi :

D=

Trong đó 0,1 là độ rộng của xung vào và xung ra, đơn vị của 0,1 làgiây (s) hoặc là ớc số của nó

Đối với tán sắc do chất liệu ngời ta đánh giá trên mỗi km sợi quang

t-ơng ứng đối với nm của bề rộng phổ của nguồn quang lúc đó đơn vị đợc tính

là ps/nm km

Có ba loại tán sắc trong sợi quang :

+ Tán sắc mode : (Modal Dispersion)

Tán sắc phụ thuộc vào kích thớc, đặc biệt là đờng kính lõi sợi, nó tồn tạitrên các sợi đa mode do các mode khác nhau lan truyền theo các đờng khácnhau làm cự ly trên đờng đi là khác nhau do đó thời gian truyền là khác nhau.Các sợi đơn mode không có sự tán sắc mode

+ Tán sắc vật liệu :

Tán sắc vật liệu là một hàm của bớc sóng và có sự thay đổi chỉ số chiếtsuất của vật liệu lõi tạo nên Nó gây ra sự phụ thuộc của bớc sóng vào vận tốcnhóm của bất kỳ mode nào

+ Tán sắc dẫn sóng :

Sự phân bố năng lợng ánh sáng trong sợi quang phụ thuộc vào bớcsóng Sự phân bố này gây nên sự tán sắc ống dẫn sóng

Tán sắc do ống dẫn sóng rất nhỏ và chỉ chú ý tới sợi đơn mode

+ Độ tán sắc tổng cộng của sợi đa mode đợc tính theo công thức sau :

Suy hao đấu nối và ghép không phải do đặc tính của sợi cáp mà do đặctính của tuyến cáp thông tin quang gây ra nó là tổn hao ở các mối ghép và mốihàn

Trong sợi quang ánh sáng cũng bị tổn hao tại các mối hàn giữa hai đoạncáp hay giữa hai mối ghép những nguyên nhân cơ bản là :

+ Sự khác nhau giữa hai bán kính hai sợi cáp

+ Chất lợng bề mặt cuối hai đầu sợi cáp

+ Bán kính phần tiếp giáp không tròn đều

+ Hệ số tiếp giáp giữa các vùng ghép không phù hợp

Ngời ta tính đợc suy hao tại các mối hàn trung bình nằm trong khoảng0,05dB tới 0,13dB tại các mối ghép thì suy hao lớn hơn lên tới 0,7dB tới1,5dB

CHƯƠNG III KHáI QUáT Hệ THốNG THÔNG TIN SợI QUANG.

3 1 Cấu hình của hệ thống :

Cấu hình cơ bản của các hệ thống đợc mô tả ở dới hình 3 1

Nói chung tín hiệu gửi đi từ máy điện thoại và máy fax đợc biến đổi từtín hiệu quang thông qua bộ biến đổi điện - quang (Các mức tín hiệu điện đợcbiến đổi thành các tín hiệu quang tơng ứng, mức '1' và '0' của tín hiệu điện,trong trờng hợp đơn giản nhất là bật/ tắt của ánh sáng ) và đa tín hiệu nàythành vào sợi quang Các tín hiệu truyền lan trong sợi quang tới một bộ biến

đổi quang- điện của phía thu sau khi đã bị suy hao công xuất và trải rộng dạngsóng khi đi qua đờng truyền này Tại bộ biến đổi quang- điện, các tín hiệu

19

quang đợc biến đổi thành tín hiệu điện Nh vậy các tín hiệu gốc của thoại, số liệu và fax sẽ đợc phục hồi và đợc gửi tới đầu máy thu

Bộ biến đổi điện- quang có thành phần chính là các linh kiện phát sóng

nh diode laser hoặc diode phát quang và bộ biến đổi quang điện có thành phần chính là các linh kiện thu ánh sáng nh photodiode Khi khoảng cách truyền dẫn lớn thì cần phải đặt các trạm lặp đờng dây tại các điểm trung gian của tuyến truyền dẫn Bộ lặp này biến đổi các tín hiệu quang đầu vào thành các tín hiệu điện và khuếch đại chúng, sau đó lại biến đổi tín hiệu điện đã khuếch đại chúng thành tín hiệu quang

Hình 3 1 - Cấu hình hệ thống thông tin sợi quang

Để hiểu rõ hơn về một hệ thống thông tin sợi quang, sau đây là những khái niệm về đoạn và tuyến

3.1.1 Khái niệm về đoạn và tuyến

a) Đoạn (Section )

Trong hệ thống truyền dẫn có hai loại đoạn, đó là đoạn lặp và đoạn ghép Hình 3 2 đa ra sơ đồ xác định đoạn lặp và đoạn ghép :

Hình 3 2 -Sơ đồ xác định đoạn lặp đoạn ghép

Đoạn lặp là đoạn truyền dẫn giữa hai trạm gần nhau giữa trạm lặp và thiết bị ghép hoặc thiết bị xen/rẽ

TE/

Đoạn lặp Đoạn lặp Đoạn lặp

Đoạn ghép

Trạm lặp đ ờng dây

Bộ biến đổi điện-quang Bộ biến đổi quang-điện

Đoạn ghép là đoạn truyền dẫn giữa hai thiết bị đầu cuối (TE) hoặc giữahai thiết bị xen rẽ (ADM), hoặc giữa thiết bị đầu cuối và thiết bị xen rẽ

b) Tuyến (Part) Tuyến là khoảng nối logic giữa một điểm tại đó một

VC - n đợc hình thành và một điểm khác tại đó VC - n đợc kết cuối Mộttuyến đợc xem nh một ống truyền dẫn đi ngang qua một số đoạn ghép và nốitrực tiếp giữa hai điểm để chuyển dịch Vn

Khoảng nối giữa hai VC -1 hoặc hai VC -2 đợc gọi là tuyến bậc thấp Khoảng nối giữa hai VC -3 hoặc hai VC- 4 đợc gọi là tuyến bậc cao

TE ADM hoặc SDXC (Kết cuối MSOH) Container ảo (Kết cuối POH)

Thiết bị lặp (Kết cuối RSOH)

3.2 Các tham số truyền dẫn

Trong truyền dẫn analog các tham số các tham số đợc đánh giá chất ợng của hệ thống là tỷ số tín hiệu trên tạp âm (S/N) và độ rộng băng tần (BW).Trong truyền dẫn số mới liên hệ giữa tín hiệu và tạp âm đợc thể hiện thông

VC

qua tỷ số lỗi bít (BER) của tín hiệu sau khi tách quang Sau đây sẽ phân tíchcác tham số nói trên :

a (SNR)c và (CNR)c điện : hai tham số này là tỉ số tín hiệu trên tạp âm

và tỷ số sóng mang trên tạp âm đợc đo về phía điện của hệ thống quang Các

tỷ số này đợc đo theo điện áp, dòng điện hoặc công suất Tham số truyền dẫnBer thờng đợc đo sau khi tách quang liên quan chặt chẽ với tham số SNR,nghĩa là mỗi trị số của SNR sẽ ứng với một trị số của BER và ngợc lại mỗi trị

số của SNR sẽ ứng với một trị số của BER

BER = (Số bít lỗi )/(Tổng số bít phát đi)

b) Độ rộng băng tần điện ( BW )

Độ rộng băng tần điện là phạm vi tần số mà tại đó đáp ứng của tín hiệugiảm tới giới hạn quy định Quy định phổ biến nhất là độ rộng băng tần 3dBtại đó đáp ứng tín hiệu giảm tới 0,707 so với trị số của đáp ứng tại f=0

c (SNR)0 và (CNR)0 quang

Đây là tín hiệu trên tạp âm và tỷ số sóng mang trên tạp âm đợc quy

định Các tham số này đợc đo tại phần quang của hệ thống Hai tham số này

đợc đo theo tỷ số công suất tạp âm quang tơng đơng (NEP)0

d Độ rộng băng tần quang (BW)

Đây là phạm vi tần số trong đó công suất quang giảm tới phạm vi quy

định Độ rộng băng tần 3dB đợc quy định nh tần số điện thế mà tại công suấtquang giảm đi 50% so với công suất quang tại tần số băng không

e Tốc độ bít kênh trung gian (BR)c

Đây là tốc độ bít kênh trung gian đợc quy định tại giao diện lớp đờng.Sau khi PTE sắp xếp băng gốc và byte POH vào khung của lớp đờng thì khungnay sẽ chuyển tới LTE với tốc độ bít (BR)c

f Tốc độ bít truyền dẫn (BR)t

Tốc độ này là tốc độ bít của tín hiệu hợp thành qua lớp photonic sau khighép và lập mã đờng truyền (BR) liên quan với số lợng kênh trung gian, tốc

độ bít kênh trung gian (BR)c và các bít mào đầu LOH, SOH

g Tỉ số lỗi bít truyền dẫn ( BER)t

Đây là tỷ số lỗi bít truyền dẫn tại lớp photoric đợc đo đợc tại đầu máythu

h Độ thiệt thòi (Penalty) của tỉ số tín hiệu trên tạp âm Qn

Qn là số xuy giảm của SNR do có mặt tạp âm của hệ thống so với SNRkhi chỉ tính tới tạp âm của máy thu

-Ghép kênh phân chia theo tần số và phân chia theo thời thời gian đợc

sử dụng phổ biến ở hệ thống tơng tự và truyền dân ở cáp kim loại một cách

t-ơng ứng Trong các hệ thống truyền dẫn bằng sợi quang chúng ghép nhiều tínhiệu cần truyền dẫn ở trong phòng tín hiệu điện

- Ghép phân chia theo bớc sóng Theo cách ghép này, các sóng ánhsáng có bớc sóng khác nhau đợc truyền theo cùng một sợi Phơng pháp truyềndẫn này giống nh ở các hệ thống truyền sóng vô tuyến, cho phép hai cấu hình :Một là truyền hai chiều và truyền dẫn một chiều

Hình 3 4 - các hệ thống lắp ghép trong thông tin sợi quang

ở mỗi trờng hợp việc lựa chọn cách ứng dụng đợc quyết định sau khixem xét tới toàn bộ dữ kiện nh khoảng cách truyền dẫn, giảm chi phí do làmgiảm số lợng sợi quang vv Vì suy hao gây ra do sự có mặt của các bộ tách/ghép sẽ làm cho khoảng cách lặp trở nên ngắn lại các tín hiệu trong môi trờngsóng mang có thể ở dạng tơng tự và dạng số nên dễ dàng hoán vị cho nhau,tạo nên một hệ thống linh hoạt, mỗi phơng thức đều có i điểm và nhợc điểmriêng Nói chung các phơng pháp ghép này đợc kết hợp với nhau để tăng dunglợng toàn bộ mạng lới

23

Truyền dẫn hai chiều

Truyền dẫn một chiều

Linh kiện thu quang

Ghép/TáchKênh quang

Ghép/TáchKênh quang

GhépKênh quang

GhépKênh quang

Sợi quang

c) Ghép kênh phân chia theo thời gian

Ghép kênh

Ghép kênh

Ghép kênh

Tín hiệu điện

Tín hiệu điện

Tần số

Thời gianThời gian

E/CTín hiệu quang

Hình 3 5 - Cấu hình hệ thống ghép bớc sóng.

3 3 Mã đờng truyền

Trong các hệ thống dẫn số, các mã đợc gửi vào các tuyến truyền dẫn( Mã đờng truyền ) Phải phù hợp với môi trờng truyền dẫn và phải đảm bảocác điều kiện, yêu cầu với mã đờng truyền là :

1 Phải đảm bảo BSI ( Bit Sequenne Indepdence ) :Độc lập chuỗi bít cónghĩa là các tín hiệu đợc truyền một cách chính xác không liên quan tới cấutrúc của nó Ví dụ ngay cả khi cấu trúc là chuỗi '0' hoăc'1' liên tục hoặc lặp lại

có xác định

2 khi có lỗi bít sảy ra thì các hiệu ứng gợn phải nhỏ

3 Mạch biến đổi mã phải có kích thớc nhỏ

4 Việc tham gia lam tăng tốc độ truyền dẫn phải nhỏ so với tốc độ tínhiệu thông tin cần đợc truyền dân

5 Việc giám sát lỗi bít phải đợc thực hiện dễ dàng Có hai loại mã điểnhình sử dụng trong các đờng dẫn thực tế Đó là mã CMI (Mã đảo dấu ) và mãmBCI (Mã bù m bít 1 ) ở cấu trúc mã CMI, tín hiệu '1' đợc biến đổi thành '00'và'11' một cách luân phiên, Còn đối với cấu trúc loại mBCI thì có một mãvùng bằng 1 bít xác định trong m bít đợc thêm vào tại vị trí bít thứ (m+1)

3 4 Lặp truyền dẫn và suy hao tín hiệu quang 3.4.1 Lặp tái sinh

Các xung đợc gửi vào cáp sẽ bị xuy hao và chịu ảnh hởng của bởi nhiễugiao thoa Vì vậy, ngời ta phải đặt các bộ lặp tái sinh vào các điểm thích hợptrên tuyến để các xung đã phát nhận đợc chính xác tại phía thu

Các bộ lặp tái sinh phải thoả mãn ba chức năng dới đây để tái tạo lại cácxung đã phát đi mà không bị suy hao

+ Tái tạo hình dáng

+ Tái tạo thời gian

+ Phát lại Tái tạo lại dạng có nghĩa là chức năng khuếch đại của các xung đã bịsuy hao và biến dạng trở lại các xung có thể xác định đúng có/không

Tái tạo thời gian là xác định các vị trí trên trục thời gian

Phát lại có nghĩa là đo biên độ các tín hiệu và tái tạo lại các xung khi lậtmức xác định

3.4.2 Bộ lặp đầu cuối (phía phát).

Tại bộ lặp đầu cuối , các tín hiệu lỡng cực vào (gồm các xung âm vàxung dơng ) đợc biến đổi bằng bộ lỡng cực/đơn cực để tạo thành tín hiệu đơncực (tín hiệu số 1 ) để cho quá trình sử lí tại các thiết bị dễ dàng hơn Tại bộ

xử lí mã gửi đi một số mã quy ớc đặc bịêt đợc thêm vào tín hiệu đơn cực đểmang thông tin giám sát giúp cho việc kiểm tra sự hoạt động bình thờng củacác bộ lặp sau đó chúng đợc biến đổi thành mã đờng truyền một lần nữa đểphù hợp với môi trờng truyền dẫn Tín hiệu sau khi đi qua bộ biến đổi điệnquang sẽ rẽ xuống mạch điều khiển dòng để biến đổi thành tín hiệu quang đavào sợi quang Lúc đó quá trình điều khiển đợc thực hiện để giữ công suấtquang ra luôn ổn định vì tín hiệu phát ra từ mạch điều khiển dòng LD biến đổitheo dòng của mạch điều khiển cấu hình của bộ lặp đầu cuối phía phát

Hình 3.6 Bộ lặp đầu cuối phía phát

3.4.3 bộ lặp đờng dây.

ỏ bộ lặp đờng dây quá trình biến đổi quang điện sẽ đợc thực hiện đầutiên Vì các tín hiệu quang có công suất thấp , bị méo dạng ngay cả khi biến

đổi cho nên trớc hết tín hiệu phải đợc cân bằng và khuyếc đại (tăng công suất

và sủa méo ) ỏ đây mạch thực hiện việc tự khuyếc đại để giữ mức tín hiệu

25

điều khiển mức công suất ra

Mạch

điều

Xử lý mã

gửi

Bộ biến

đổi l ỡng cực/

không đổi sau khi đã cân bằng và khuyếch đại Tại các mạch xác định và táitạo các xung ‘’1’’ và ‘’0’’ đợc đa vào sợi quang nh bộ lặp ở phía đầu phát

Hình 3.7 Cấu hình của bộ lặp đờng dây

3.4.4 bộ lặp đầu cuối phía thu

Các tín hiệu đợc khôi phục có dạng xung gốc tại bộ lặp đờng dây đểtruyền qua sợi quang tới bộ lặp đầu cuối phía thu Một cách tơng tự nh bộ lặp

đầu cuối phía phát , các tín hiệu cùng đi qua một bộ biến đổi quang điện , cânbằng , khuyếch đại và xác định tái tạo trong quá trình xử lí các tín hiệu đã đ-

ợc khôi phục thành tín hiệu đơn cực , sau đó quá trình biến đổi mã đợc thựchiện ngợc lại với biến đổi mã thực hiện ở phía phát Cuối cùng sau khi biến

đổi từ đơn cực sang lỡng cực thì các tín hiệu điện thu đợc bằng tín hiệu hiệntại đầu vào phía phát

Khuyếch đại cân bằng Xác định và

tái tạo Mạch điều khiển

AGC

Định thời

Bộ biến đổi quang điện

Bộ biến đổi điện quang

Sợi quang Sợi quang

Xác

định

và tái tạo

Xử lý mã

nhận

Bộ biến

đổi l ỡng cực

Bộ ghép kênh số

Hình3.8 Bộ lặp đầu cuối phía thuKhi sử dụng hệ thống ghép kênh phân chia theo bớc sóng thì phải đặt

bộ tách/ghép tại đầu ra phía phát LD và đầu vào phía thu APD2 Quá trình cânbằng :

Nếu biên độ của tín hiệu r(t) khác không tại thời điểm T0 nó sẽ gây nêncác hiệu quả xấu đến việc xác định của các xung kế tiếp Điều này giao theogiữa các kí hiệu và nếu sảy ra nhiều thì gây ra hiện tợng lỗi bít Chính vì vậyviệc giữ cho biên độ tại điểm này càng nhỏ càng tốt

Để làm đợc việc đó, ngời ta thiết kế bộ cân bằng A(f) để tối i hoá cáctín hiệu lối vào r(t) cho mạch quyết định sủ dụng đặc tính Gauss và vôn Gsinetoàn phần cho r(t)

3.5 Tín hiệu và nhiễu quang

Các tín hiệu quang phát ra sau khi lan truyền trong sơi quang thì bị suyhao và méo dạng, thêm vào đó chúng còn bị ảnh hởng của nhiễu điện tử tác

động ở biên độ quang - điện Bởi vậy nếu ảnh hởng suy giảm và nhiễu tín hiệuquang quá lớn thì thông tin gốc sẽ bị mất đi (Tức là '1' bị nhiễu sẽ thành '0' vàngợc lại ) nh vậy chất lợng truyền dẫn theo yêu cầu là điều cơ bản nhất đểthiết kế hệ thống truyền dẫn với nguyên nhân của nó là yếu tố quan trọngquyết định tới sự hoạt động của hệ thống ( Mối quan hệ này đợc phân tíchmột cách kĩ lỡng trong viẹc thiết kế hệ thống )

Trong việc thiết kế hệ thống, các yếu tố nh chất lợng toàn bộ hệ thống,dung lợng hệ thống ( phơng pháp ghép ) và khoảng cách lặp lại là toàn bộ yêucầu chung

Trong việc thiết kế hệ thống truyền dẫn sợi quang, ngời ta chú ý đếnyếu tố cơ bản để lựa chọn bớc sóng hoạt động, sợi quang, các linh kiện phátquang, linh kiện thu quang các bộ tách /ghép quang theo góc độ yêu cầu củachất lợng truyền dẫn, khoảng cách lặp, dung lợng truyền dẫn

3.6 Bộ ghép/tách quang

Trong việc thực hiện ghép kênh phân chia theo bớc sóng thì suy haoquang do các bộ ghép/tách quang là không thể tránh khỏi dẫn tới làm giảmkhoảng cách lặp

27

Việc lựa chọn ghép kênh theo bớc sóng đợc quyết định nh các yếu tốgiảm giá thành vì giảm số lợng sợi quang, tăng trạm lặp vì khoảng cách cáctrạm lặp bị giảm đi và giá thành trội thêm do các bộ tách ghép kênh

Nói chung các bộ tách/ghép kênh thờng đợc sử dụng ở các mạng tuyếncáp mạng, tuyến cáp thuê bao cự ly ngắn, vì lúc đó việc đặt thêm các bộ ghép/tách kênh sẽ không ảnh hởng gì mấy

Mục tiêu trong lựa chọn bớc sóng, sợi quang, các linh kiện thu phátquang và bộ tách/ghép quang

Linh kiện quang LED và PD hoạt động ở bớc sóng 0,85m ứng dụngtrong các hệ thống mạch thuê bao hoặc các hệ thống có dung lợng nhỏ, ngoài

ra để kinh tế hơn ngời ta có thể sử dụng sợi quang GI ở các loại mạng này

Laser và APD hoạt động ở các bớc sóng dài cùng với sợi SM (Đơnmode) đợc ứng dụng rộng rãi ở các hệ thống đờng dài Tuy nhiên cung với sựphát triển nhanh chóng của công nghệ sợi quang và linh kiện quang Có thểtiên đoán rằng việc sử dụng ở bớc sóng dài ngày sẽ càng đợc phổ biến ở tất cảcác hệ thống

Suy hao của cáp sợi quang đợc tính bằng cách lấy độ chênh lệch côngsuât từ đầu phát tới đầu thu trừ đi suy hao nối P0 do đầu kết nối giữa các bộ lặp

và sợi quang

Công suất dự phòng Pm là sự suy giảm công suất do tuổi thọ

Khoảng cách lặp lại L đợc tính bằng tính bằng tỉ số giữa suy hao chophép và Ls là độ suy hao của một đơn vị khoảng cách của sợi quang

PHầN II

CÔNG NGHệ SDH TRONG THÔNG TIN QUANG.

khái quát về công nghệ truyền dẫn.

để truyền tín hiệu Analog tơng tự và ghép kênh theo tần số Trên các tuyến cụ

ly dài chủ yếu sử dụng cáp đồng trục Tuy nhiên cáp đồng trục tơng đối đắt sovới tổng đài điện thoại Analog

Đầu những năm 70 các hệ thống số bắt đầu phát triển , trên các hệthống này chủ yếu sử dụng ghép kênh theo thời gian (TDM) và điều chế xungmã (PCM) nhờ có việc điều chế xung mã PCM mà các tín hiệu có băng tần(0,3- 3,4) KHz đợc chuyển thành tín hiệu tấc độ 64Kbit/s Nh vậy nh vậy hệPCM đã tạo ra tín hiệu số tín hiệu tơng tự Kĩ thuật ghép kênh các tín hiệu64Kbit/s thành luồng có tấc độ cao 1, 544Mbit/s hoặc 4,048Mbit/s tạo cơ sởtiến hành ghép để tạo thành luồng bậc cao hơn theo tiêu chuẩn của Bắc Mỹ ,tiêu chuẩn Châu Âu và tiêu chuẩn nhật bản

CHƯƠNG 1

Bộ GHéP pcM-4 Và PCM-30

Đây là những bộ ghép tạo ra luồng số mức 1, làm cơ sở cho quá trìnhcác luồng số cận đồng bộ theo tiêu chuẩn châu âu , tiêu chuẩn bắc mỹ và tiêuchuẩn nhật bản

29

1.1 SƠ Đồ KhốI Bộ GHéP PCM-N

1.1.1 sơ đồ khối

Hình3.8 Bộ ghép PCM-nSơ đồ này ghép n kênh thoại,kênh đồng bộ và kênh báo hiệu thànhluồng bit bộ ghép PCM_24 có tốc độ bit là 1544Kbit/s Đôi dây âm tần đợcnối vào máy đầu cuối thuê bao nh máy điện thoại, máy truyền số liệu …

Bộ sai động SD tách tín hiệu thu và phát riêng Tại nhánh phát có bộlọc thông thấp để hạn chế băng tần tiếng nói từ 300 – 3400Hz mạch lấy mẫu

1 chuyển mạch điện tử đóng mở theo chu kỳ 125ms Đầu ra các mạch lấymẫu đấu song song với nhau , vì vậy các khung lấy mẫu đợc ghép kênh theothời gian và lần lợt đợc đa tới bộ mã hoá Trong bộ ghép PCM-24 dùng bộ mãhoá nén số M-225 và đặc tính biên độ có 15 đoạn Trong bộ ghép PCM-30dùng bộ mã hoá nén số A= 87,6 và có đặc tính biên độ 13 đoạn Dãy xung2048Kbit/s đầu ra bộ xung phát của PCM-30 và 1544Kbit/s điều khiển các bộmã hoá … Báo hiệu từ các thuê bao đợc đa tới các khối xử lý báo hiệu Tại

đây các báo hiệu đợc chuyển thành các bit để ghép vào khung Dãy bít 2 mức

đầu ra khối ghép qua khối lập mã đờng chuyển thành dãy bit 3 mức và đi ra

Chọn xung kênh

Bộ tạo xung phát

XĐB &

Báo hiệu

Bộ tạo xung thu

Giẫimã Ghép kênh Giảimã đ ờng

Tách XĐBn

1n1

Tại các nhánh thu dãy bit 3 mức từ ngoài đi vào khối giải mã đờng đểchuyền thành dãy bit 2 mức Khối tách kênh tách luồng bit đầu vào thành nkênh thoại , kênh AB và kênh báo hiệu Khối báo hiệu chuyển các bít báohiệu thành các tín hiệu ban đầu nh báo hiệu đa tần , các digital bộ số thuêbao , xung điều khiển rơle … Xung AB đa đến khối tạo xung để khởi động bộchứa xung và tạo ra các khe thời gian AB với phía phát Các từ mã 8 bit của nkênh thoại đa tới bộ giải mã để chuyển thành các xung lợng tử , qua bộ chọnxung kênh và bộ lọc thông thấp để tách ra tín hiệu analog Tín hiệu analogqua bộ sai động đi vào máy điện thoại Bộ chọn xung kênh là 1 chuyển mạch

điện tử đóng mở theo tốc độ và pha lấy mẫu ở phía phát Đầu vào bộ chọnxung kênh đấu song song với nhau và mỗi bộ chỉ cho một xung kênh củamình đi qua Nói cách khác tách kênh theo thời gian đợc thực hiện tại đây

1.1.2 cấu trúc khung và đa khung của bộ ghép PCm-24

trớc đây bộ ghép PCM-24 chủ yếu sử dụng trong cự ly ngắn trong cácvùng đô thị Trong các bộ ghép này dùng bộ nén dẫn M=100 và mỗi từ mãchỉ có 7 bit Hệ thống PCM-24 của ITU-T ra đời đã tạo ra sự tơng thích củamạng quốc tế trong hệ thống này dùng bộ nén dẫn M=255 và mỗi từ mã có 8bit Vì vậy tốc độ của PCM-24 mới là 1544Kbit/s luồng bit này đợc sử dụng

để ghép thành luồng bit cao hơn hoặc truyền trực tiếp không có các sóngmang trên các dây dẫn kim loại hoặc có thể truyền sóng mang trên tuyến viba

số hoặc truyền trên các tuyến cáp sợi quang

Đa khung 12 khung

+Khung có thời hạn là 125ms gần 1 bit F đứng đầu và 24 khe cắm thời gian đợc đánh số từ Ts1- Ts24 mỗi khe cắm thời gian ghép 8 bit Nh vậy mỗi khung có 193 bit (1+24x8=193)

Tốc độ bit của PCM-24 là1544Kbit/s

Bit F đứng đầu khung đợc sử dụng để tạo từ mã đồng bộ khung , từ mã

đồng bộ khung và tín hiệu cảnh báo xa khi mất đồng bộ , 24 khe thời gian để dành ghép tín hiệu số các kênh thoại Báo hiệu đợc chuyển trong bit thứ 8 củacác khe thời gian thuộc khung số 6 và khung số 12 (kí hiệu là A và B)

Đa khung 12 khung đợc hình thành nh sau để tránh hỏng tạo từ mã AB

do ảnh hởng của tạp nhiễu thì từ mã này phải có nhiều bit , trong đa khung 12 khung lấy bit F của các khung lẻ để tạo thành các từ mã đồng bộ khung

001011 và lấy các bit F của các khung chẵn để tạo thành các từ mã AB0011

và các bit S Bit S có logic 0 ở trạng thái bình thờng và có trạng thái logic1 khi mất đồng bộ khung hoặc đồng bộ đa khung Nh vậy các khe thời gian có trong khung 6 và khung 12 chỉ chứa 7 bit tín hiệu thoại , Bit thứ 8 có trọng số

bé nhất nên không đợc truyền đi các bộ mã hoá trong kênh này có cấu tạo đặc biệt để giảm méo lợng tử

Ngoài đa khung 12 khung còn có đa khung 24 khung Cấu.trúc của loạinày giống nh cấu trúc của khung 12 khung Các bit F của khung

F4,F8,F12,F16,F20,F24 cung cấp từ mã AB đa khung 001011 Các bit F của khung F2,F6,F10,F14,F18,F22,kí hiệu theo mã thứ tự là e1 đến e6 dùng cho kiểm tra độ d chu trình (CRC-6) các bit F của khung F1,F2 F23 kí hiệu là m dùng cho AB khung và cảnh báo mất AB khung khi trạm đầu xa khẳng định mất AB khung thì đặt các bit thành các nhóm 8 bit 1 và 8 bit 0 luân phiên để truyền về trạm gốc Các bit thứ 8 của các khe thời gian trong khung

F6,F12,F18,F24 tạo thành 4 bit báo hiệu A,B,C,D cho mỗi thuê bao

1.1.3 cấu trúc khung và đa khung của bộ ghép

pcm-30

0 1 2 3 4 13 14 15 16 17 18 27 28 29 30 31

0 1 2 3 4 13 14 15 16 17 26 27 28 29 30

Các khung chẵn Khung F0

Hình 4.0 Cấu trúc khung và đa khung của PCM-30Khung có thời hạn là 125s và có 32 khe thời gian bằng nhau và đợc

đánh số thứ tự từ Ts0 – Ts31 .Mỗi khung gồm có 265bit , chu kỳ lặp lại củakhung là 8000Hz Mỗi đa khung kéo dài trong 2ms và chứa 16 khung Cáckhung đợc đánh số thứ tự từ F0 – F15 trong đó 6 khung mang chỉ số chẵn và 6khung còn lại mang chỉ số lẻ

Các khe trong Ts0 đứng đầu các khung chẵn gồm bit Si đợc sử dụng choquốc tế (nếu không dùng thì cài đặt bằng 1) và 7 bit còn lại là từ mã đồng bộkhung 0011011 Các khe Tso đứng đầu các khung lẻ gồm bit thứ nhất Si dùngcho mạng quốc tế (nếu không sử dụng thì cài đặt bằng 1) , bit thứ 2 luôn cólogic 1 để tránh hỏng từ mã đồng bộ khung , bit thứ 3 cho cảnh báo xa khi mất

đồng bộ khung 5 bit dành cho quốc gia khi trạm đầu thu không thu đợc mã

đồng bộ khung xẽ đặt A=1 và truyền về trạm gốc

Khe thời gian Ts16 của khung F0 truyền từ mã đồng bộ đa khung vào vịtrí các bit thứ nhất đến bit thứ t , bit thứ 6 truyền cảnh báo xa khi mất đồng bộ

đa khung (A=1) , các bit S dành cho quốc gia , nếu không sử dụng đặt S = 1

Các khe thời gian Ts16 của khung F1 đến khung F15 để truyền báohiệu ,Báo hiệu của mỗi kênh thoại đợc mã hoá thành 4 bit a,b,c,d và ghép vàonửa khe thời gian Ts16 .Nủa bên trái truyền báo hiệu của các kênh thoại thứnhất đến kênh thoại 15 và nửa bên phải truyền báo hiệu của kênh thoại thứ 16

đến kênh thoại 30 Nh vậy phải có 16 khe thời gian Ts16 trong một đa khungmới đủ để truyền báo hiệu và đồng bộ đa khung Nếu các bit a,b,c,d khôngdùng cho báo hiệu thì đặt b=1,c=0,d=1 , ngoài ra không dùng tổ hợp 0000 đểtruyền báo hiệu vì nó trùng với từ mã đồng bộ đa khung Đó là phơng thứctruyền báo hiệu kênh kết hợp CAS Ngoài ra còn có phơng thức báo hiệu kênhchung CCS , trong đó báo hiệu của kênh thoại đợc truyền riêng trên một đờng(CCSS-7)

Trong PCM-30 đợc sử dụng để truyền số liệu thì bit Si trong khe thờigian Tso là bit kiểm tra d chu trình CRC

33

Chơng II PHÂN CấP Số CậN ĐồNG bộ pdh (Plesiochronous Digital Hierachy) 2.1 NGUYÊN tắc ghép luồng pdh

Trong cấu trúc cận đồng bộ PDH thì 4 luồng tín hiệu số theo tiêu chuẩnCEPT (Conference of european post and telecom ) (Hiệp hội viễn thông châu

âu ) có thể kết hơp lại thành tín hiệu ghép luồng mới các tín hiệu số đa tớicác thiết bị có thể từ các vị trí khác nhau , vì vậy gọi là các luồng cận đồng

bộ Để phối hợp 4 luồng số cận đồng bộ và chuẩn thời gian hệ thống của thiết

bị ghép kênh mới ngời ta dùng phơng pháp mới gọi là chèn bit , chèn bít làmột phơng pháp dùng để truyền dẫn tín hiệu dạng số cho trớc mà không bị

ảnh hởng tới chất luợng ở một tấc độ nguyên thuỷ của nó

2.2 kỹ thuật chèn bit trong pdh.

Khi ghép các luồng số có tôc độ thấp thành luồng số cố tốc độ bit caohơn thì các thiết bị ghép thờng hoạt động theo kiểu cận đồng bộ Vì các luồng

số đầu vào bộ ghép có tốc độ bit tức thời có thể khác nhau với tốc độ bit danh

định một chút ít nên ghép các luồng số đầu vào này thành các luồng số đầu ra

và có liên quan tới một quá trình phức tạp hơn là chèn bit

Xét trờng hợp ghép 4 luồng số 2048Kbit/s thành luồng số 8448Kbit/s

Hình 4.1 Sơ đồ khối bộ ghép 2/8Mỗi luồng số đầu vào đều sử dụng một số khối chức năng khác nhau,Trong hình trên chỉ có khối chức năng của khối đầu vào thứ nhất ES là bộnhớ đầu hồi Luồng số 2048Kbit/s đợc ghi vào các ô nhớ của ES dới sự điềukhiển của đồng hồ tách từ dãy bit vào Đồng hồ đọc lấy từ bộ tạo xung của bộghép có tốc độ bit là 2112Kbit/s Đồng hồ này có tần số bằng 1/4 tốc độ bitcủa luồng tổng Khi ES cha bị rỗng thì mỗi bit đọc kích thích vào ES sẽ lấy ra

mộ bit dữ liệu Nếu ES không còn dữ liệu (ES bị rỗng) thì tuy bit có đọc nhngkhông có bit dữ liệu ở đầu ra làm xuất hiện vị trí bỏ trống tại đầu ra ES Cảdãy bit đọc và ghi đều đợc đa ra khối so sánh pha Khi hai dãy này lệch phavới nhau đạt giá trị ngỡng cho trớc sẽ xảy ra chèn Chẳng hạn lệch pha dơngthì phải tiến hành chèn bit dơng lệch về phía âm thì phỉa tiến hành chèn bit

âm khi nhận đợc thông báo chèn thì khối điều khiển chèn sẽ phát tín hiệu

điều khiển chèn Khối MUX sẽ tiến hành chèn bit vào vị trí đã quy định trongkhung tiếp theo

Trong trờng hợp một số luồng số đầu vào bộ nhớ đàn hồi có tốc độ bittức thời chậm hơn tốc độ bit đồng hồ đọc của bộ ghép xen sẽ xuất hiện định kìmột số điểm bỏ trống trong tín hiệu đầu ra bộ nhớ đệm và gây ra lỗi bit phíathu Muốn tránh lỗi bit buộc phải chèn thêm các bit mang thông tin giả vàocác điểm bỏ trống và truyền thông báo tới phía thu để xoá các bit này nh vậygọi là chèn dơng

35

Bộ so pha

Bộ điều khiển

11

44

33

22

Ngợc lại, nếu tốc độ bit tức thời của luồng số đầu vào bộ nhớ đệmnhanh hơn tốc độ bit đồng hồ đọc của bộ ghép xuất hiện định kì các thời điểm

mà tại đó hai bit dữ liệu đợc đọc bởi cùng một số bit của đồng hồ đọc , gây ralỗi bit tại đầu ra bộ nhớ , phải tách bit dữ liệu đợc đọc sau để ghép vào vị tríquy định trong khung và có thông báo gửi tới phía thu không xoá bit dữ liệunày và đây gọi là chèn âm

Chèn đợc xem nh quá trình thay đổi tốc độ của xung của tín hiệu số ởmức độ điều khiển cho phù hợp với tốc độ xung khác với tốc độ xung vốn cócủa nó mà không làm mất thông tin

2.3 TIêU CHUẩN Về TấC Độ BíT

Hiện nay trên thế giới có ba mức tiêu chuẩn về tấc độ bit PDH Đó làtiêu chuẩn châu âu , tiêu chuẩn bắc mỹ và tiêu chuẩn nhật bản :

Châu âu dựa trên tấc độ bit cơ sở 2048kbit/s để ghép xen bit thành tấc

độ bít cao hơn gồm 5 mức Đợc thể hiện dới sơ đồ hình 4a :

Hình vẽ 4.2 a : quy định mức truyền dẫn PDH theo tiêu chuẩn châu âu Mức 1 (DS1) : Ghép 30 kênh thoại thành luồng 2048Kbit/s các luồngcơ sở này đợc cung cấp từ các thiết bị ghép kênh PCM-30 hoặc từ tổng đài

Mức 5 (DS5) : Ghép 4 luồng số mức 4 thành luồng số mức 5 là564992Kbit/s gồm 7680 kênh thoại

b Tiêu chuẩn của bắc mỹ

2048 Kbit/

s Kbit/s8448 34368Kbit/s 139264Kbit/s 564992Kbit/s

ITU-T

bắc mỹ sử dụng luồng số cơ sở 1544Kbit/s từ thiết bị ghép kênh

PCM-24 hoặc từ tổng đài điện tử số để ghép xen bit thành luồng số có tấc độ bit caohơn PDH của bắc mỹ gồm 4 mức (hình 4.2.b)

Mức 1 (DS1) : Ghép 24 kênh thoại thành luồng 1544Kbit/s

Mức 2 (DS2) : Ghép 4 luồng mức số 1 thành luồng mức số 2 là6312Kbit/s gồm 96 kênh thoại

Mức 3 (DS3 ) : Ghép 7 luồng mức số 2 thành luồng mức số 3 là44736Kbit/s gồm 672 kênh thoại

Mức 4 (DS4) : Ghép 9 luồng mức số 3 thành luồng mức số 4 là405000K bit/s gồm 4032 kênh thoại

Mức 3 (DS3) : Ghép 5 luồng mức số 2 thành luồng mức số 3 là32064Kbit/s gồm 480 kênh thoại

Mức 4 (DS4) : Ghép 3 luồng mức số 3 thành luồng mức số 4 là97728Kbit/s gồm 1440 kênh thoại

Mức 5 (DS5) : Ghép 4 luồng số mức 4 thành luồng số mức 5 là400352Kbit/s gồm 5760 kênh thoại.

ITU-T công nhận 4 mức đầu tiên theo tiêu chuẩn châu âu và 3 tiêuchuẩn đầu tiên của tiêu chuẩn bắc mỹ là các mức PDH của quốc tế

2.4 NHữNG HạN CHế CủA Hệ THốNG PDH

mặc dù PDH đã tạo ra những khả năng kết nối ở nhiều cấp độ khácnhau đáp ứng nhu cầu của mạng lới nhờ sự phân cấp nói trên Với tốc độchuẩn hoá nói trên cho phép thực hiện sự phân kênh số đồng bộ hoặc khôngdồng bộ đối với mỗi cấp Các cấp tấc độ trên phù hợp với một phơng tiệntruyền dẫn nhất định nh : Cáp đôi tấc độ 1 và 2 ;cáp đồng trục cấp độ 2,3,4,5;

vi ba số cấp độ 2,3,4, ống dẫn sóng cấp độ 4,5 ; sợi quang cấp độ 2,3,4,5;

tuy nhiên hệ thống PDH còn nhiều hạn chế :

Tốc độ bit mã do ITU-T công nhận là 140Mbit/s cho nên chỉ đáp ứng

đ-ợc dịch vụ thoại Còn đối với điện thoại truyền hình , truyền dữ liệu , mạngISDN hoặc phi thoại là không đáp ứng đợc

Số kênh dành cho quản lý giám sát mạch , cũng nh bảo dỡng hệ thốngrất ít nên không có điều kiện thiết lập quản lí mạng chung

Vì thiết bị ghép kênh bậc cao và các thiết bị đầu cuối đờng dây độc lậpvới nhau nên thiết bị hệ thống cồng kềnh tiêu thụ nhiều điện năng và bảo dỡngphức tạp

Hệ thống thông tin dung lợng cao trên cơ sở PDH là rất phức tạp đặcbiệt tại các trạm tách ghép

Không thiết lập đợc cấu hình vòng Ring vì vậy cáp sợi quang đứt thìmất thông tin toàn tuyến

Trong khi đó , dịch vụ viễn thông phát triển không ngừng đa dịch vụ đòihỏi đặt ra cho ngành viễn thông là không thể dừng lại ở công nghệ PDH vìnhững hạn chế trên chính vì vậy công nghệ truyền dẫn đồng bộ SDH ra đờithay thế cho công nghệ truyền dẫn cận đồng bộ PDH

Chơng III

Hệ THốNG THÔNG TIN đồng bộ sdh

(synchronous digital hietachy).

3.1 khái niệm về hệ thống truyền dẫn đồng bộ sdh

SDH là gì ?

SDH (synchronous digital hietachy) : phân cấp số đồng bộ là mạngtruyền dẫn tạo bởi sự kết hợp các thiết bị truyền có các tấc độ khác nhau1,5Mbit/s ; 2Mbit/s ; 6Mbit/s ; 34Mbit/s; 45Mbit/s ; 140Mbit/s

đầu năm 1985 viện các tiêu chuẩn các quốc gia hoa kỳ (ANSI) đã đacác tiêu chuẩn của mạng thông tin quang đồng bộ (SONET) trong đó các tiêuchuẩn về tấc độ bit nh bảng 4.1 SONET đã hoà mạng các thiết bị của nhiềunhà cung cấp khác nhau tại mức độ quang

Bảng 4.3 tốc độ bit của SONET

STS-36

STS-48

51,84 155,52 466,56

622,08 933,12 1244,16

1866,24

2488,32

Năm 1986 ITU-t bắt đầu nghiên cứi các tiêu chuẩn của SONET sau đó

đề nghị thay đổi một số tiêu chuẩn của SONET dung hoà giao diện 2Mbit/s ,34Mbit/s và đợc ANIS đồng ý vào tháng 11 năm 1988 thì uỷ ban tiêu chuẩnquốc tế ITU-T đã nghiên cứi và đa ra các tiêu chuẩn SDH về tấc độ bit , khungtín hiệu , các cấu trúc bộ ghép , trình tự sắp sếp các luồng nhánh ,

63 luồng 2Mbit/s hoặc

3 luồng 34Mbit/s hoặc

3 luồng 45Mbit/s hoặc

1 luồng 140Mbit/s

Điện/ quang thiết bị đầu

cuối chú ý: SMT-1có cả giao diện điện hoặc quang trong khi SL chỉ có giao diện điện

(2,5Gbit/s)

4032 luồng 2Mbit/s hoặc

192 luồng 34Mbit/s hoặc

192 luồng 45Mbit/s hoặc

164 luồng 140Mbit/s

1808 luồng 2Mbit/s hoặc

48 luồng 34Mbit/s hoặc

48 luồng 45Mbit/s hoặc

16 luồng 140Mbit/s

252 luồng 2Mbit/s hoặc

12 luồng 34Mbit/s hoặc

12 luồng 45Mbit/s hoặc