THIẾT KẺ MẠNG THÔNG TIN QUANG

THIẾT KẾ MẠNG THÔNG TIN QUANG CHƯƠNG : GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG Ngay từ xa xưa người biết dùng ánh sáng để thông tin cho nhau, qua thời gian phát triển lịch sử nhân loại hình thức thơng tin phong phú dần phát triển thành hệ thống thông tin đại ngày Từ hệ thống thông tin cáp sợi quang thức đưa vào khai thác mạng viễn thơng, thể khả to lớn việc chuyển tải dịch vụ viễn thông ngày phong phú loại Cùng với tiến vượt bậc cộng nghệ điện tử viễn thông nhà sản xuất chế tạo sợi quang có suy hao nhỏ 0.154 dB/Km bước sóng 1550 nm Cùng với tiến lớn công nghệ chế tạo nguồn phát quang thu quang, từ tạo hệ thống thông tin quang vượt trội so với hệ thống cap kim loại Những ưu điễm môi trường truyền dẫn cáp quang so với môi trường truyền dẫn khác Suy hao truyền dẫn nhỏ Băng tần truyền dẫn lớn Không bị ảnh hưởng nhiễu điện từ Có tính bảo mật thơng tin cao Có kích thước trọng lượng nhỏ Có tính cách điện tốt Độ tin cậy cao Vật liệu chế tạo sẵn có Chính lý mà hệ thống thơng tin quang có sức hút mạnh nhà khai thác viễn thông Các hệ thống thông tin quang không phù hợp với tuyến thông tin xuyên lục địa, tuyến đường trục, tuyến trung kế mà cịn có tiềm to lớn việc thực chức mạng nội hạt với cấu trúc tin cậy đáp ứng loại hình dịch vụ tương lai Mơ hình chung tuyến thông tin quang sau : THIẾT KẾ MẠNG THƠNG TIN QUANG Bé ph¸t quang TÝn hiệu điện vào Mối hàn sợi Nguồn phát quang Trạm lặp Thu quang Sợi dẫn quang Mạch điều khiển Bộ nối quang Bộ chia quang Mạch điện Phát quang Các thiết bị khác Khuếch đại Khuếch đại quang Đầu thu quang Kh«i phơc tÝn hiƯu Bé thu quang Hình 1.1- Mơ hình chung tuyến thơng tin quang TÝn hiƯu ®iƯn THIẾT KẾ MẠNG THƠNG TIN QUANG CHƯƠNG : CÁC LOẠI CÁP SỢI QUANG Sợi quang loại sợi điện mơi có số chiết xuất thấp Sợi có cấu trúc hình trụ vật liệu điện môi suốt, gồm lõi để truyền ánh sáng bao quanh lõi vỏ có số chiết suất nhỏ số chiết suất lõi Điều nhằm tạo điều kiện để ánh sáng truyền lõi Vỏ cịn có tác dụng bảo vệ lõi Vật liệu để chế tạo lõi vỏ Silica (SiO2) Thường dùng Germani dioxide (GeO2) bổ sung vào Silica để làm tăng số chiết xuất lõi Muốn làm giảm số chiết xuất vỏ phải dùng chất bổ sung Fluorine Để tránh trầy xước vỏ tăng độ bền học, sợi quang thường bao bọc thêm lớp chất dẻo tổng hợp Lớp vỏ bảo vệ ngăn chặn tác động học vào sợi, gia cường thêm cho sợi, bảo vệ sợi không bị nứt kéo dãn xước cọ xát bề mặt; mặt khác tạo điều kiện bọc sợi thành cáp sau Lớp vỏ bọc gọi lớp vỏ bọc sơ cấp Cấu trúc đầy đủ sợi quang cho viễn thơng hình 2.1 Hình 2.1-Cấu trúc tổng thể sợi quang viễn thông Tuỳ thuộc loại sợi mà có phân bố chiết xuất khác lõi sợi Nếu chiết xuất phân bố gọi sợi chiết xuất bậc, phân bố theo qui luật tăng dần gọi sợi chiết xuất gradient Kích thước sợi phụ thuộc loại sợi, loại thứ lõi có đường kính 2a = 50µm gọi sợi đa mode, loại thứ hai lõi có đường kính 2a ≤ 10µm gọi sợi đơn mode Đường kính vỏ d loại sợi 125µm Tổng hợp phân bố chiết xuất kích thước lõi để chia thành ba loại sợi, là: THIẾT KẾ MẠNG THÔNG TIN QUANG − Sợi đa mode chiết xuất bậc − Sợi đa mode chiết xuất gradient − Sợi đơn mode (chiết xuất bậc) Ngoài ra, phân loại theo cấu trúc vật liệu sợi quang chia thành loại sau: − Sợi thuỷ tinh (loại sợi thông thường) − Sợi lõi thuỷ tinh vỏ chất dẻo − Sợi thuỷ tinh nhiều thành phần − Sợi chất dẻo Sau nghiên cứu chức thành phần sợi thơng thường Lõi sợi đóng vai trị quan trọng, mơi trường truyền dẫn ánh sáng Đường kính lõi lớn hay bé trị số phân bố chiết xuất lõi ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng tín hiệu thu Đường kính lõi lớn (50 µm) truyền nhiều mode (nhiều tia) nên gọi sợi đa mode Ngược lại, đường kính lõi bé (≤ 10 µm) truyền mode (một tia) nên gọi sợi đơn mode Trị số chiết xuất lõi (n1) phải lớn trị số chiết xuất vỏ (n2) để tạo phản xạ toàn phần tiếp giáp lõi - vỏ Điều thể hình 2.2 Giả thiết ánh sáng truyền từ mơi trường có chiết xuất lớn sang mơi trường có chiết xuất bé Trong hình 2.2a tia tới hợp với pháp tuyến góc bé góc tới hạn, nghĩa < φ < φc nên có tia khúc xạ góc khúc xạ < φ’ φc xảy phản xạ toàn phần (hình 2.2c) THIẾT KẾ MẠNG THƠNG TIN QUANG Hình 2.2: Khúc xạ phản xạ tồn phần tiếp giáp lõi vỏ sợi đa mode chiết xuất bậc Như vậy, điều kiện để xẩy phản xạ toàn phần là: − Các tia sáng phải truyền từ mơi trường có chiết suất lớn sang mơi trường có chiết suất nhỏ − Góc tới tia sáng phải lớn góc tới hạn Các định luật phản xạ khúc xạ ánh sáng nguyên lý áp dụng cho việc truyền tín hiệu ánh sáng sợi quang sợi quang, tín hiệu ánh sáng truyền dựa vào tượng phản xạ toàn phần 2.1-Truyền ánh sáng sợi quang đa mode : 2.1.1-Sợi quang đa mode chiết xuất bậc : Mặt cắt số chiết xuất: Loại sợi gọi sợi quang đa mode chiết xuất bậc Sợi đặc trưng vùng lõi đồng có chiết xuất số n1 xung quanh vỏ có chiết xuất n2 < n1 Mặt cắt dọc sợi mặt cắt chiết xuất thể tương ứng hình 2.3a 2.3b Vì mặt cắt chiết xuất có hình bậc thang nên gọi chiết xuất bậc Lõi sợi có đường kính 2a=50µm, vỏ sợi có đường kính d=125µm Hình 2.3: Sợi đa mode chiết xuất bậc THIẾT KẾ MẠNG THÔNG TIN QUANG Khẩu độ số: Để hiểu rõ độ số (NA - Numerical Aperture) sợi, xem xét mặt cắt dọc qua trục sợi quang chiết xuất bậc hình 2.4 Hình 2.4: Mặt cắt dọc sợi chiết xuất bậc Từ nguồn quang có tia sáng truyền đến sợi quang Tại đầu sợi tia sáng vào lõi sợi từ mơi trường có chiết xuất na =1 Muốn tia sáng truyền lõi sợi góc tới tiếp giáp lõi vỏ phải lớn góc tới hạn φc Muốn tia khúc xạ đầu sợi phải nghiêng với trục sợi góc φm = π/ – φm bé θc = π/ – φc góc tới tia từ nguồn quang vào lõi sợi αm phải bé αc Để xác định αc θc cần áp dụng qui tắc Snell: Đối với tia khúc xạ tiếp giáp lõi - khơng khí ta được: Sin αm = n1Sin θm = n1Cos φm Các tia khúc xạ truyền lõi sợi thoả mãn điều kiện phản xạ toàn phần tiếp giáp lõi - vỏ, nghĩa là: Sin αm = Sin αc = n1 Sin θc = n1 Cos φc Sin φc = n2/ n1 Cos φc = ( n1 − n ) n1 Vì vậy: sin αc = (n12 − n22 ) (1.2) Các tia từ nguồn quang vào lõi sợi có góc tới lớn αc khơng truyền lõi sợi Giá trị αc lớn cơng suất ánh sáng tia truyền THIẾT KẾ MẠNG THÔNG TIN QUANG lõi sợi lớn αc góc đón ánh sáng, sin αc gọi độ số sợi quang, ký hiệu NA NA = sin αc = (n12 − n2 ) = n1 ∆ (1.3) Trong đó: ∆ = (n12-n22)/2n12 ≈ (n1- n2)/ n1 độ lệch tương đối số chiết xuất lõi vỏ Một tham số khác có liên quan đến NA, tần số chuẩn hoá V xác định theo : V= 2πa λ x ( NA) = 2πa λ 2 x ( n1 − n ) (1.4) Trong đó: a bán kính lõi sợi quang, λ bước sóng ánh sáng Vì độ số có liên quan tới góc vào lớn nhất, thể tiếp nhận ánh sáng khả tập trung tia sáng sợi Ngoài ra, qua độ số cho phép tính hiểu trình ghép nguồn phát vào sợi quang Quĩ đạo truyền lan tia sáng Hình 2.3a thể quĩ đạo truyền lan tia sáng lõi sợi Do cấu trúc sợi nên truyền lan ánh sáng mơ tả nhờ phản xạ tồn phần bên làm cho tia sáng truyền lõi có dạng đoạn thẳng gấp khúc Mỗi tia mode sóng, sợi đa mode chiết xsuất bậc truyền số lượng lớn tia Số lượng mode truyền lõi sợi xác định theo biểu thức : N≈ V2 (1.5) Trong đó: V tần số chuẩn hố xác định 2πa 2πa 2 V= x ( NA) = x (n1 − n2 ) λ λ THIẾT KẾ MẠNG THÔNG TIN QUANG 2.1.2-Sợi quang đa mode chiết xuất Gradient Mặt cắt chiết suất Khác với sợi đa mode chiết xuất bậc, sợi đa mode chiết xuất Gradient có mặt cắt chiết xuất hình 2.5b Trong sợi quang chiết xuất Gradient, chiết suất lõi không đồng sợi đa mode chiết xuất bậc, mà giảm dần từ tâm lõi ranh giới phân cách lõi vỏ theo chiều tăng của bán kính r Còn chiết xuất vỏ số Phân bố chiết xuất sợi quang đa mode chiết xuất Gradient biểu thức (1.6)  r n1 − ∆   n( r ) =  a  n2 ≤ r ≤ a (1.6) Trong : r bán kính sợi quang a bán kính lõi sợi n1 chiết suất trục lõi sợi n2 chiết xuất vỏ ∆=(n1- n2)/ n1 độ lệch tương đối số chiết xuất lõi vỏ Hình 2.5: Sợi đa mode chiết suất Gradient Khẩu độ số: So với sợi chiết suất bậc việc xét độ số sợi chiết xuất gradient có phức tạp Ở sợi Gradient, độ số NA phụ thuộc vào vị trí mặt cắt ngang đầu lõi sợi Nói cách khác, chiết suất sợi đa mode Gradient phụ thuộc vào bán kính r sợi, góc đón ánh sáng αmax độ số NA hàm bán kính Xét quang hình học ánh sáng tới lõi sợi vị trí r lan truyền lõi độ số cục NA(r) điểm THIẾT KẾ MẠNG THÔNG TIN QUANG Khẩu độ số cục NA(r) xác định biểu thức sau : (1.7) Với NA(0) độ số trục sợi xác định biểu thức (1.8) NA(0) = n (0) − n 2 (1.8) Từ biểu thức (1.7) cho thấy NA sợi Gradient giảm từ giá trị NA(0) (vì lõi có r = 0) tới khơng (vì tiếp giáp lõi - vỏ r = a) Như vậy, tia sáng đến lõi sợi quang gần tiếp giáp lõi - vỏ sợi quang phải song song với tiếp giáp truyền vào lõi Quĩ đạo truyền lan tia sáng Quĩ đạo tia sáng truyền lõi sợi đa mode Gradient hình 1.30b Vì số chiết suất lõi sợi đường cong Parabole nên tia sáng đổi hướng liên tục tạo thành đường cong hình sin cắt điểm cách trục sợi Ưu điểm bật sợi đa mode Gradient độ rộng băng tần lớn sợi đa mode số bậc tốc độ truyền mode khác lõi sợi cân nhờ cấu tạo mặt cắt số chiết suất thích hợp Số lượng mode truyền lõi sợi xác định theo biểu thức (1.9) N= V2 (1.9) Trong đó: V tần số chuẩn hố xác định biểu thức (1.4) 2.2-Truyền ánh sáng sợi quang đơn mode : Trong sợi đa mode chiết xuất bậc tán sắc mode có ảnh hưởng lớn làm hạn chế khả truyền tín hiệu Để loại trừ hoàn toàn tán sắc cần chế tạo sợi cho lõi truyền mode hình 2.6 THIẾT KẾ MẠNG THƠNG TIN QUANG Hình 2.6: Sợi đơn mode chiết suất bậc Điều kiện truyền mode sợi đơn mode tần số chuẩn hoá V phải thoả mãn biểu thức (1.10) V= 2πa λ 2 x ( n1 − n2 ) ≤ 2,405 (1.10) Ưu điểm sợi đơn mode băng tần lớn so với sợi đa mode khơng có tán sắc mode Nhân tố chủ yếu làm hạn chế băng tần sợi đơn mode tán sắc sắc thể Ngoài sợi đơn mode cịn có ưu điểm khác như: Suy hao thấp, dung lượng lớn nên đáp ứng nhu cầu truyền tín hiệu băng rộng tương lai Từ biểu thức (1.10) a, n1 n2 chọn số lượng mode N phụ thuộc vào bước sóng λ Nếu bước sóng đạt từ giá trị trở lên lõi sợi truyền mode, ngược lại bước sóng ánh sáng bé giá trị giới hạn lõi sợi truyền nhiều mode Bước sóng tối thiểu đảm bảo cho sợi quang hoạt động đơn mode gọi bước sóng cắt (λc) Bước sóng cắt xác định vùng hoạt động đơn mode sợi Bước sóng cắt xác định theo biểu thức (1.11) λc = 2πa 2 x ( n1 − n ) (1.11) 2,405 Nếu sợi có đường kính lõi 2a = 9µm, NA= 2 (n - n ) = 0,11 bước sóng cắt l: c = 3,14 ì 9àm ì 0,11/ 2,045 = 1293 nm Muốn đạt tần số cắt biểu thức (1.11) phải tăng độ dài bước sóng cơng tác nguồn quang giảm đường kính lõi sợi giảm hiệu số chiết 10 THIẾT KẾ MẠNG THÔNG TIN QUANG Khi thực xây dựng mạng theo cấu hình ring cần xem xét kĩ chi tiết liên quan Trước hết phải đưa toàn nút vào ring Khi thêm nút mới, đường truyền dẫn phải đặt nút nút kề bên, khó lắp đặt trước đường cáp dự đốn, đường cáp đứt, trạm hỏng hay lắp trạm làm gián đoạn thông tin mạng Người ta sử dụng kĩ thuật vòng nối mạch “loopbach” để khắc phục nhược điểm Trễ thời gian Tới trạm Từ trạm Tới trạm a)Mode thu Từ trạm b)mode phát Tới trạm Từ trạm c)trang thái vịng Hình 10.9-mode thu, mode nghe trang thái vịng Một mạng ring tạo nên từ sợi quang gọi ring đơn, trạm A, B, C D liên kết với mặt tín hiệu hình 11.9a Lưu lượng từ trạm A đến trạm B sử dụng trực tiếp đoạn AB, lưu lượng chuyển từ B đến A sử dụng theo chiều BCDA Tại trạm, thiết bị xen/rẽ kênh ADM cung cấp tất chức có luồng tín hiệu STM-N Nếu sử dụng ring sợi tồn lưu lượng bị giàn đoạn có cố cáp nút nào, để khắc phục người ta sử dụng cấu trúc ring sợi quang Các mạng ring phân thành ring hướng hay ring hướng 74 THIẾT KẾ MẠNG THÔNG TIN QUANG A B A B D C D C a) b) Hình 10.10-cấu trúc ring cho SDH Trong mạng ring hướng tín hiệu truyền sợi theo hướng nhất, mạng điện thoại việc truyền tín hiệu hướng, cấu hình truyền tín hiệu giũa điểm A B trực tiếp, phần truyền dẫn lại cho B đến A Trong mạng ring hướng, sợi sử dụng để truyền tín hiệu điều kiện làm việc bình thường, A B đường truyền trực tiếp đoạn AB Khi đứt cáp hồn tồn tín hiệu vịng phần ring cịn lại 75 THIẾT KẾ MẠNG THÔNG TIN QUANG CHƯƠNG 11: THIẾT KẾ MẠNG THƠNG TIN QUANG - Qua cấu hình mạng trên, cấu trúc mạng vịng ring có ưu điểm Vì tín hiệu từ nguồn quang đến node theo hướng, an toàn mạng kia, ta chọn mạng ring để thiết kế cho quận - Số dân quận 56678 hộ, hộ dân sử dụng dịch vụ khác nên ta dự trù thiết kế cho khoảng 25 000 hộ dân, ứng với vòng ring ta thiết kế cho 25 node quang, node quản lí 1000 thuê bao - Mỗi node quang dùng core: core phát, core thu, core dự phịng Ta có 25 node quang cáp trục phải dùng sợi 75 core - Vị trí đặt node quang cho quận hình sau : Hình 11.1- vị trí đặt node quang - Tuyến cáp ta qua đường Nguyễn Thị Minh Khai – Nguyễn Văn Cừ - Bến Chương Dương – Tôn Đức Thắng - Sơ đồ bố trí node quang bảng vẽ A1 đính kèm (do vẽ lớn) - Để hình thành vòng ring, cáp phụ từ node quang truc phải dùng cáp core sau: 76 THIẾT KẾ MẠNG THÔNG TIN QUANG Node quang Cáp core Cáp trục 75 core Hình 11.2- bố trí cáp core 11.1-Tính tốn cho nod quang 1: Tổng số node mạng 25 node, node dùng core : core phát, core thu core dự phịng Suy cáp trục ta dùng cáp 75 core Cáp từ node trục dùng cáp core Dựa vào tỉ lệ vẽ quận ta đo chiều dài trục 9650 m Tín hiệu từ máy phát đến Nod1 theo đường: Thuận chiều kim đồng hồ (1a) Ngược chiều kim đồng hồ (1b) 1a phát thu Máy phát quang Node 1b sợi dự phịng Hình 11.3-Hướng tín hiệu vịng ring 77 THIẾT KẾ MẠNG THƠNG TIN QUANG Sơ đồ tính tốn cho 25 Nod quang: Pt Máy phát quang 1a ? Pin KĐ Bộ chia Node 1b 25a 25b Hình 11.4- sơ đồ tính tốn cho 25 node quang 11.1.1- Tín hiệu theo chiều kim đồng hồ (1a): Dựa vào tỉ lệ vẽ quận ta đo chiều dài cáp 5734 m ⇒ Tổng suy hao cáp: Psuy hao cap=5.724*0.2=1.11468 dBm Tổng suy hao kết nối: Pshc=3*0.022=0.066 dBm ⇒ Tổng suy hao: Psuy hao=Psuy hao cap+Pshc=1.1468 + 0.066 = 1.2128 dBm Ta chọn Pthu = 0.5dBm, ta dùng node quang HLN 3812 có mức thu cơng suất thu dao động từ -6dBm đến +1dBm, Mức công suất đầu (1a) chia: P1a=Pthu + Psuy hao = 0.5 + 1.2128 = 1.7128 dBm P1a(mW)=10P1a/10=101.6688/10= 1.4835 mW 11.1.2- Ngược chiều kim đồng hồ: Ta có chiều dài cáp 4200m ⇒ Tổng suy hao cáp: Psuy hao cap=4.2*0.2=0.84 dBm Tổng suy hao kết nối: 78 THIẾT KẾ MẠNG THÔNG TIN QUANG Pshc=3*0.022=0.066 dBm ⇒ Tổng suy hao: Psuy hao=Psuy hao cap+Pshc=0.84 + 0.066 = 0.906 dBm Ta chọn Pthu = 0.5dBm, ta dùng node quang HLN 3812 có mức thu cơng suất thu dao động từ -6dBm đến +1dBm Mức công suất đầu (1b) chia: P1b=Pthu + Psuy hao = 0.5 + 0.906 = 1.406 dBm P1b(mW)=10P1ab10=101.406/10= 1.3823 mW Tính tốn tương tự cho node cịn lại, ta có bảng tính excel sau: Nod quan g NOD NOD NOD NOD NOD Hướng tín hiệu Theo chiều kim đồng hồ 1a Ngược chiều kim đồng hồ 1b Theo chiều kim đồng hồ 2a Ngược chiều kim đồng hồ 2b Theo chiều kim đồng hồ 3a Ngược chiều kim đồng hồ 3b Theo chiều kim đồng hồ 4a Ngược chiều kim đồng hồ 4b Theo chiều kim đồng hồ 5a Chiều dài cáp 75 core(km ) Chiề u dài cáp core (m) 5.592 4.058 142 4.886 4.764 560 4.877 4.773 227 5.22 Suy hao cáp (dBm ) Suy hao kết nối (dBm ) Tổng suy hao (dBm ) Công suất ngõ chia (dBm) Công suất ngõ chia (mW) Tỉ lệ ngõ chia 1.146 0.066 1.212 1.7128 1.4835 2.0% 0.84 0.066 0.906 1.4060 1.3823 1.9% 1.089 0.066 1.155 1.6552 1.4639 2.0% 1.064 0.066 1.130 1.6308 1.4557 2.0% 1.020 0.066 1.086 1.5868 1.4411 2.0% 0.066 1.066 1.5660 1.4342 2.0% 1.076 0.066 1.142 1.6420 1.4595 2.0% ta chọn tỉ lệ sau (%) 4.430 160 0.918 0.066 0.984 1.4840 1.4073 1.9% 6.085 175 1.252 0.066 1.318 1.8180 1.5198 2.1% 79 THIẾT KẾ MẠNG THÔNG TIN QUANG NOD NOD NOD NOD NOD 10 NOD 11 NOD 12 NOD 13 NOD 14 Ngược chiều kim đồng hồ 5b Theo chiều kim đồng hồ 6a Ngược chiều kim đồng hồ 6b Theo chiều kim đồng hồ 7a Ngược chiều kim đồng hồ 7b Theo chiều kim đồng hồ 8a Ngược chiều kim đồng hồ 8b Theo chiều kim đồng hồ 9a Ngược chiều kim đồng hồ 9b Theo chiều kim đồng hồ 10a Ngược chiều kim đồng hồ 10b Theo chiều kim đồng hồ 11a Ngược chiều kim đồng hồ 11b Theo chiều kim đồng hồ 12a Ngược chiều kim đồng hồ 12b Theo chiều kim đồng hồ 13a Ngược chiều kim đồng hồ 13b Theo chiều kim đồng hồ 14a Ngược chiều kim đồng hồ 3.619 0.758 0.066 0.824 1.3248 1.3567 1.9% 3.628 0.848 0.066 0.914 1.4144 1.3850 1.9% 1.327 0.066 1.393 1.8932 1.5464 2.1% 1.082 0.066 1.148 1.6488 1.4618 2.0% 1.205 0.066 1.271 1.7716 1.5037 2.1% 1.427 0.066 1.493 1.9934 1.5825 2.2% 0.599 0.066 0.665 1.1658 1.3079 1.8% 1.344 0.066 1.410 1.9102 1.5525 2.1% 0.689 0.066 0.755 1.2554 1.3352 1.8% 1.5 0.728 0.066 0.794 1.2946 1.3473 1.8% 1.383 0.066 1.449 1.9494 1.5665 2.1% 1.384 0.066 1.45 1.9500 1.5668 2.2% 0.902 0.066 0.968 1.4684 1.4023 1.9% 1.418 0.066 1.484 1.9842 1.5791 2.2% 0.762 0.066 0.828 1.3286 1.3579 1.9% 0.628 0.066 0.694 1.1946 1.3166 1.8% 305 1.423 0.066 1.489 1.9894 1.5810 2.2% 1.2262 1.3262 1.8% 469 0.660 1.457 2.0234 1.5935 2.2% 6.022 614 4.518 5.132 896 6.894 2.999 243 6.721 3.447 259 3.643 6.917 455 6.920 4.512 891 7.091 3.813 627 3.143 7.117 3.301 7.287 0.066 0.066 0.726 1.523 80 THIẾT KẾ MẠNG THÔNG TIN QUANG NOD 15 NOD 16 NOD 17 NOD 18 NOD 19 NOD 20 NOD 21 NOD 22 NOD 23 14b Theo chiều kim đồng hồ 15a Ngược chiều kim đồng hồ 15b Theo chiều kim đồng hồ 16a Ngược chiều kim đồng hồ 16b Theo chiều kim đồng hồ 17a Ngược chiều kim đồng hồ 17b Theo chiều kim đồng hồ 18a Ngược chiều kim đồng hồ 18b Theo chiều kim đồng hồ 19a Ngược chiều kim đồng hồ 19b Theo chiều kim đồng hồ 20a Ngược chiều kim đồng hồ 20b Theo chiều kim đồng hồ 21a Ngược chiều kim đồng hồ 21b Theo chiều kim đồng hồ 22a Ngược chiều kim đồng hồ 22b Theo chiều kim đồng hồ 23a 7.716 3.738 902 7.326 2.844 260 7.836 2.058 122 2.200 8.266 408 8.566 2.794 855 8.084 1.974 204 7.5 1.075 51 0.363 1.543 0.066 1.609 2.1092 1.6252 2.2% 0.747 0.066 0.813 1.3136 1.3532 1.9% 1.465 0.066 1.531 2.0312 1.5963 2.2% 0.568 0.066 0.634 1.1348 1.2986 1.8% 1.567 0.066 1.633 2.1332 1.6343 2.2% 0.411 0.066 0.477 0.9776 1.2524 1.7% 1.5 0.44 0.066 0.506 1.0060 1.2607 1.7% 1.5 1.653 0.066 1.719 2.2192 1.6669 2.3% 2.5 1.713 0.066 1.779 2.2792 1.6901 2.3% 2.5 0.558 0.066 0.624 1.1248 1.2956 1.8% 1.616 0.066 1.682 2.1828 1.6530 2.3% 2.5 0.394 0.066 0.460 0.9608 1.2476 1.7% 1.5 1.510 0.066 1.576 2.0762 1.6129 2.2% 0.225 0.066 0.291 0.7912 1.1998 1.6% 1.5 0.103 0.066 0.169 0.6690 1.1665 1.6% 1.5 9.287 152 1.887 0.066 1.953 2.4538 1.7595 2.4% 2.5 9.46 299 1.951 0.066 2.017 2.5178 1.7856 2.5% 2.5 81 THIẾT KẾ MẠNG THÔNG TIN QUANG Ngược chiều kim đồng hồ 23b Theo chiều kim đồng hồ 24a Ngược chiều kim đồng hồ 24b Theo chiều kim đồng hồ 25a Ngược chiều kim đồng hồ 25b NOD 24 NOD 25 0.190 0.097 0.066 0.163 0.6638 1.1651 1.6% 1.5 8.674 1.785 0.066 1.851 2.3514 1.7185 2.4% 2.5 0.245 0.066 0.311 0.8118 1.2055 1.7% 1.5 1.906 0.066 1.972 2.4722 1.7669 2.4% 2.5 1.2010 1.6% 73 100% 19 1.5 100 0.976 253 9.017 0.229 0.295 0.633 514 0.066 0.7954 Tổng công suất ngõ vào chia (mW) Tổng công suất ngõ vào chia (dBm) Tổng công suất đầu vào chia: Pin= 73 mW ⇒ Pin(dBm) = 10*log(Pin) = 10*log(73) = 19 dBm Máy phát quang ta dùng Maxlink HLT 7706R với công suất phát 9dBm-10dBm, ta chọn Pt = dBm Ta dùng khuếch đại Maxlink HOA 7326 có cơng suất ngõ 20 dBm, đáp ứng yêu cầu thiết kế Tỉ lệ chia tính bảng sau: Nod quang NOD NOD NOD NOD NOD Hướng tín hiệu Theo chiều kim đồng hồ 1a Ngược chiều kim đồng hồ 1b Theo chiều kim đồng hồ 2a Ngược chiều kim đồng hồ 2b Theo chiều kim đồng hồ 3a Ngược chiều kim đồng hồ 3b Theo chiều kim đồng hồ 4a Ngược chiều kim đồng hồ 4b Theo chiều kim đồng hồ 5a Công suất ngõ chia (mW) 1.4835 1.3823 1.4639 1.4557 1.4411 1.4342 1.4595 1.4073 1.5198 Tỉ lệ ngõ chia 2.0% 1.9% 2.0% 2.0% 2.0% 2.0% 2.0% 1.9% 2.1% ta chọn tỉ lệ sau (%) 2 2 2 2 82 THIẾT KẾ MẠNG THÔNG TIN QUANG NOD NOD NOD NOD NOD 10 NOD 11 NOD 12 NOD 13 NOD 14 NOD 15 NOD 16 NOD 17 NOD 18 NOD 19 NOD 20 NOD 21 NOD 22 NOD 23 NOD 24 NOD 25 Ngược chiều kim đồng hồ 5b Theo chiều kim đồng hồ 6a Ngược chiều kim đồng hồ 6b Theo chiều kim đồng hồ 7a Ngược chiều kim đồng hồ 7b Theo chiều kim đồng hồ 8a Ngược chiều kim đồng hồ 8b Theo chiều kim đồng hồ 9a Ngược chiều kim đồng hồ 9b Theo chiều kim đồng hồ 10a Ngược chiều kim đồng hồ 10b Theo chiều kim đồng hồ 11a Ngược chiều kim đồng hồ 11b Theo chiều kim đồng hồ 12a Ngược chiều kim đồng hồ 12b Theo chiều kim đồng hồ 13a Ngược chiều kim đồng hồ 13b Theo chiều kim đồng hồ 14a Ngược chiều kim đồng hồ 14b Theo chiều kim đồng hồ 15a Ngược chiều kim đồng hồ 15b Theo chiều kim đồng hồ 16a Ngược chiều kim đồng hồ 16b Theo chiều kim đồng hồ 17a Ngược chiều kim đồng hồ 17b Theo chiều kim đồng hồ 18a Ngược chiều kim đồng hồ 18b Theo chiều kim đồng hồ 19a Ngược chiều kim đồng hồ 19b Theo chiều kim đồng hồ 20a Ngược chiều kim đồng hồ 20b Theo chiều kim đồng hồ 21a Ngược chiều kim đồng hồ 21b Theo chiều kim đồng hồ 22a Ngược chiều kim đồng hồ 22b Theo chiều kim đồng hồ 23a Ngược chiều kim đồng hồ 23b Theo chiều kim đồng hồ 24a Ngược chiều kim đồng hồ 24b Theo chiều kim đồng hồ 25a Ngược chiều kim đồng hồ 25b Tổng công suất ngõ chia 1.3567 1.3850 1.5464 1.4618 1.5037 1.5825 1.3079 1.5525 1.3352 1.3473 1.5665 1.5668 1.4023 1.5791 1.3579 1.3166 1.5810 1.3262 1.5935 1.6252 1.3532 1.5963 1.2986 1.6343 1.2524 1.2607 1.6669 1.6901 1.2956 1.6530 1.2476 1.6129 1.1998 1.1665 1.7595 1.7856 1.1651 1.7185 1.2055 1.7669 1.2010 73 1.9% 1.9% 2.1% 2.0% 2.1% 2.2% 1.8% 2.1% 1.8% 1.8% 2.1% 2.2% 1.9% 2.2% 1.9% 1.8% 2.2% 1.8% 2.2% 2.2% 1.9% 2.2% 1.8% 2.2% 1.7% 1.7% 2.3% 2.3% 1.8% 2.3% 1.7% 2.2% 1.6% 1.6% 2.4% 2.5% 1.6% 2.4% 1.7% 2.4% 1.6% 100% 2 2 2 2 1.5 2 2 2 2 2 2 2 1.5 1.5 2.5 2.5 2.5 1.5 1.5 1.5 2.5 2.5 1.5 2.5 1.5 2.5 1.5 100 83 THIẾT KẾ MẠNG THÔNG TIN QUANG 11.2- Các thiết bị dùng thiết kế: 11.2.1- Máy phát quang Maxlink HLT 7706R: HLT 7706R có ngõ vào RF, ngõ FO, với công suất 9-10 dBm Ngõ tín hiệu quang có bước sóng 1550 nm Tham khảo : http://www.harmonicinc.com/view_product.cfm?ID=262&navcode=101.101.101.1 00.300a262 Hình 11.5- Máy phát quang Maxlink HLT 7706R Cấu hình chuẩn Hình 11.6-cấu hình chuẩn HLT 7706R 11.2.2- Node quang: HLN 3812 có ngõ vào FO có giá trị giao động từ -6dBm - +1dBm ngõ RF có giá trị 46dBmv/ch Hoạt động bước sóng 1310 ± 30nm, 1550 ± 30nm Hình 11.7- hình dạng node quang HLN 3812 84 THIẾT KẾ MẠNG THÔNG TIN QUANG Cấu hình chuẩn: Hình 11.8- cấu hình chuẩn HLN 3812 11.2.3- Bộ khuếch đại quang: Maxlink HOA 7326: ngõ vào cho phép -5dBm - +10dBm, tín hiệu có bước sóng 1535 – 1565 dBm Có ngõ ra, công suất quang ngõ 20dBm Hình 11.9- hình dạng khuếch đại quang HOA 7326 Hình 11.10- cấu trúc HOA 7326 85 THIẾT KẾ MẠNG THÔNG TIN QUANG MỤC LỤC -o0o CHƯƠNG : GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG CHƯƠNG : CÁC LOẠI CÁP SỢI QUANG 2.1-Truyền ánh sáng sợi quang đa mode : 2.1.1-Sợi quang đa mode chiết xuất bậc : 2.1.2-Sợi quang đa mode chiết xuất Gradient 2.2-Truyền ánh sáng sợi quang đơn mode : 2.3-Các tham số truyền dẫn sợi quang 11 2.3.1-Suy hao sợi quang 12 2.3.2-Tán sắc sợi quang 15 2.3.3-Độ rộng băng tần công tác sợi 15 2.3.4-Khẩu độ số 16 2.3.5-Bước sóng cắt 16 2.4-Loại cáp quang sử dụng: .16 CHƯƠNG 3: MÁY PHÁT TÍN HIỆU QUANG .18 3.1-Các loại nguồn quang: 18 3.2-Diode phát quang (LED) : 20 3.2.1-LED phát xạ mặt (SLED) 20 3.2.2-LED phát xạ cạnh (ELED) 22 3.2.3-Laser diode có khoang cộng hưởng Fabry-perot: 24 3.3-Máy phát tín hiệu quang: .25 CHƯƠNG : MÁY THU TÍN HIỆU QUANG 26 4.1-Nguyên tắc tách quang 26 4.2-Diode tách quang p-n 26 4.3-Diode tách quang PIN .27 4.3.1-Cấu tạo hoạt động : .27 4.3.2-Tạp âm p-i-n diode 28 4.4-Diode quang thác (APD) 28 4.4.1-Cấu tạo nguyên lý hoạt động: .28 4.4.2-Tạp âm APD: 31 4.5-Bộ thu quang 31 CHƯƠNG 5: HÀN NỐI SỢI QUANG 33 5.1-Hàn nhiệt nóng chảy: 33 5.2-Sử dụng connector: 33 5.3-Măng sông vỏ cáp : 34 5.3.2-Măng sông cáp quang UCAO 36 CHƯƠNG 6: BỘ KHUẾCH ĐẠI QUANG .38 6.1-Nguyên lý khuếch đại quang 38 6.2-Phân loại khuếch đại quang 39 6.3-Các thông số kĩ thuật khuếch đại quang: .40 6.3.1-Độ lợi (Gain): 40 6.3.2-Băng thông độ lợi: (Gain Bandwidth) 40 6.3.3-Công suất ngõ bảo hoà (Saturation Output Power) 40 6.3.4-Hệ số nhiễu (Noise Figure): .41 86 THIẾT KẾ MẠNG THÔNG TIN QUANG 6.4-Khuyến đại quang bán dẫn (SOA): .42 6.4.1-Cấu trúc nguyên lý hoạt động : 42 6.4.2-Nhiễu xuyên âm(crosstalk) SOA: 43 6.4.4-Ưu khuyết điểm ứng dụng SOA: .44 6.5-Khuếch đại quang sợi pha trộn Ebrium(EDFA): 45 6.5.1-Các cấu trúc EDFA: 45 6.5.2-Nguyên lý hoạt động EDFA: 47 6.5.3-Các tính chất EDFA: 49 6.5.4-Nhiễu khuếch đại: .50 6.5.5-Ưu khuyết điểm EDFA: 51 6.6-Bộ khuếch đại quang Raman (RA) : 52 6.6.1-Nguyên lý hoạt động : 52 6.6.2-Độ rộng băng tần hệ số khuếch đại: 53 6.6.3-Ưu khuyết điểm khuếch đại Raman: .55 CHƯƠNG 7: BỘ TÁCH/GHÉP TÍN HIỆU (COUPLER) 56 7.1-Định nghĩa: .56 7.2-Nguyên lí hoạt động: .56 7.3-Các thông số bản: .57 7.3.1-Suy hao vượt mức Pex (Excess Loss) : 57 7.3.2-Suy hao xen IL(Insertion Loss): 58 7.3.3-Tỉ số ghép CR (Coupling Ratio): 58 7.3.4-Tính đồng U(Uniformity): .58 7.3.5-Suy hao phân cực PDL (polarization-dependent Loss): 58 7.3.6-Tính định hướng D (Directivity): 58 7.3.7-Xuyên kênh đầu gần (near-end crosstalk): 59 7.3.8-Suy hao phản hồi RL (Return Loss): 59 7.3.9-Độ cách li (isolator): 59 7.4-ứng dụng: 59 CHƯƠNG 8: BỘ LỌC QUANG 60 8.1-Định nghĩa: .60 8.2-Bộ lọc cách tử kiểu sợi quang: 60 8.2.1-Định nghĩa 60 8.2.2-Nguyên lí hoạt động cách tử chu kì ngắn 60 8.2.3-Nguyên lí hoạt động cách tử chu kì dài 61 8.2.4-Ứng dụng lọc cách tử Bragg kiểu sợi quang 61 8.3-Bộ lọc Fabry-Perot 62 8.3.1-Định nghĩa 62 8.3.2-Nguyên lí hoạt động 63 8.4-Bộ lọc đa khoang màng mỏng điện môi (TFMF) 64 8.4.1-Định nghĩa: 64 8.4.2-Ứng dụng lọc TFMF 65 CHƯƠNG 9: BỘ XEN RẼ QUANG OADM 66 9.1-Thiết bị OADM có biến đổi quang-điện 66 9.2-Thiế bị OADM toàn quang 66 CHƯƠNG 10: CÁC CẤU TRÚC MẠNG QUANG 68 10.1-Bus sợi quang 68 10.1.1-Coupler bus sợi quang tích cực 69 87 THIẾT KẾ MẠNG THÔNG TIN QUANG 10.1.2-Coupler sợi quang thụ động .70 10.2-Cấu trúc hình 71 10.3-Cấu trúc Ring 73 CHƯƠNG 11: THIẾT KẾ MẠNG THÔNG TIN QUANG 76 11.1-Tính tốn cho nod quang 1: 77 11.1.1- Tín hiệu theo chiều kim đồng hồ (1a): 78 11.1.2- Ngược chiều kim đồng hồ: 78 11.2- Các thiết bị dùng thiết kế: 84 11.2.1- Máy phát quang Maxlink HLT 7706R: .84 11.2.2- Node quang: 84 11.2.3- Bộ khuếch đại quang: 85 88 ... đáp ứng R 4.3-Diode tách quang PIN 4.3.1-Cấu tạo hoạt động : Diode tách quang p-i-n dựa cấu trúc PD p-n cách xen vào lớp p lớp n lớp bán dẫn i hình 4.2 Vùng diode tách quang p-i-n bao gồm toàn... EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier): 1530nm-1565nm + PDFA (Praseodymium- Doped Fiber Amplifier): 1280nm-1340nm + TDFA (Thulium- Doped Fiber Amplifier): 1440nm-1520nm + NDFA (Neodymium- Doped Fiber... điện qua vùng nghèo, vùng nghèo rộng thời gian chuyển dịch dài Hình 4. 2- Cấu tạo diode tách quang p-i-n 4.3.2-Tạp âm p-i-n diode Tạp âm dòng tối Dòng đầu diode tách quang xuất tín hiệu tách quang