Luận văn học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÀI BÁO CÁO TRUYỀN THÔNG QUANG Sinh viên thực hiện: Khổng Văn Đạt 18200077 Võ Duy Nhơn .18200194 Nguyễn Ngọc Anh Tuấn 18200279 Phan Minh Huy 1720110 Lê Quang Linh .1720137 Năm học: 2020 – 2021 LỜI MỞ ĐẦU Lĩnh vực công nghệ truyền thông ngày phát triển thu hút quan tâm nhiều bạn trẻ Hiểu cách đơn giản ngành công nghệ truyền thông là ngành học ứng dụng công nghệ lĩnh vực truyền thông Mục tiêu ngành trang bị giúp sinh viên vận dụng kiến thức, kỹ công nghệ thông tin, kỹ sản xuất, phát triển, quản trị kinh doanh sản phẩm truyền thơng, xây dựng lập trình ứng dụng Ngồi ngành học cịn nghiên cứu q trình tổ chức, quản lý cơng việc lĩnh vực sản xuất truyền thông như sản xuất phim điện ảnh, chương trình phát thanh, truyền hình, phim quảng cáo, multimedia thể loại sản phẩm truyền thông đại khác, q trình kinh doanh truyền thơng nghe nhìn gồm kinh doanh marketing phim ảnh, chương trình, quyền nội dung nghe nhìn, thời lượng quảng cáo,… Bên cạnh đó ngành cơng nghệ truyền thơng cịn liên quan đến thiết kế sản phẩm mỹ thuật mang tính ứng dụng lĩnh vực truyền thông quảng cáo, truyền hình, tin,… quan báo chí, đài phát thanh, truyền hình, cơng ty quảng cáo, tổ chức kiện, giải trí đa phương tiện lĩnh vực giải trí game, điện ảnh, hoạt hình, Một phương thức truyền thông phổ biến truyền thông quang Được phát triển lần vào năm 1970, sợi quang cách mạng hố ngành cơng nghiệp viễn thơng và đóng vai trị quan trọng đời của thời đại thông tin Nhờ có lợi so với việc truyền tải điện, sợi quang thay phần lớn truyền thông dây đồng trong mạng lõi trong thế giới phát triển MỤC LỤC I II III IV V Trang GIỚI THIỆU CHUNG 04 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN 05 Truyền thông sử dụng cáp quang đa chế độ(mutimode) 06 Truyền thông sử dụng sợi quang chế độ đơn (single mode) 07 Hệ thống ghép kênh theo bước song .07 CÁP QUANG .08 Cấu tạo 08 Phân loại 09 2.1 Phân loại theo mod truyền dẫn .09 2.2 Phân loại theo số chiết suất 10 a Sợi quang có chiết suất phân bậc .10 b Sợi quang có chiết suất giảm dần 10 2.3 Phân loại theo cấu trúc 11 Đặc điểm 11 ĐẶC TÍNH CỦA TRUYỀN THƠNG QUANG 11 Tổng quan hệ thống thông tin quang 11 Đặc tính sợi quang ảnh hưởng đến hệ thống 13 Đặc điểm thông tin quang 15 Một số vấn đề cần quan tâm mạng truyền thông quang 16 4.1 Suy hao hấp thụ .17 4.2 Suy hao tán xạ tán xạ Rayleigh 17 4.3 Tán xạ sợi bị uốn cong .18 4.4 Một số nhược điểm khác 18 KẾT LUẬN 18 I GIỚI THIỆU CHUNG Những thành phần hệ thống truyền thông quang: Hệ thống truyền thông quang bao gồm phần tử phát xạ ánh sáng (nguồn sáng), sợi quang (môi trường truyền dẫn) phần tử thu để nhận ánh sáng truyền qua sợi quang Các phần tử sau chọn để sử dụng: (1) Phần tử phát xạ ánh sáng a Điôt Laser (LD) b Điôt phát quang (LED) c Laser bán dẫn (2) Sợi quang a Sợi quang đa mode số bước b Sợi quang đa mode số lớp c Sợi quang đơn mode (3) Phần tử thu ánh sáng a Điôt quang kiểu thác (APD) b Điôt quang PIN (PIN - PD) Các thành phần tuyến gồm có khối phát quang, cáp sợi quang khối thu quang, trạm lặp -Khối phát quang: gồm có mạch điều khiển nguồn sáng thực việc điều biến tín hiệu điện vào thành xạ quang để truyền Các hệ thông thông tin quang làm việc theo nguyên lý điều biến trực tiếp cường độ ánh sáng tách sóng trực tiếp (IMĐ) - Cáp sợi quang : gồm sợi dẫn quang va lớp vỏ bọc xung quanh để bảo vệ khỏi tác động môi trường bên ngoài.Cáp sợi quang dùng để truyền ánh sáng - Trạm lặp: tín hiệu truyền dẫn đường truyền bị tiêu hao méo nên sau khoảng thời gian định, phải có trạm lặp để khuyếch đại tái sinh tín hiệu Việc tái sinh tín hiệu quang phải trải qua bước: + Chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện + Sửa đổi dạng tín hiệu méo tái sinh tín hiệu dạng điện + Chuyển đổi tín hiệu điện đă tái sinh khuyếch đại thành tín hiệu quang để tiếp tục phát -Khối thu : gồm tách quang, khuếch đại khơi phục tín hiệu đầu thu, tín hiệu quang biến đổi thành tín hiệu điện thơng qua tách sóng quang, sau khuếch đại giải mă trở lại tín hiệu ban đầu II Q TRÌNH PHÁT TRIỂN Năm 1960, việc phát minh laser để làm nguồn phát quang đă mở thời kỳ có ý nghĩa to lớn lịch sử kỹ thuật thông tin sử dụng dải tần ánh sáng (1014 – 1015Hz) Các hệ thống thông tin quang thực nghiệm sử dụng khơng khí làm mơi trường truyền dẫn Những thực nghiệm ban đầu đă thu kết khả quan, chi phí khâu tốn kém, kinh phí tập trung việc sản xuất thiết bị để vượt qua trở ngại thời tiết (mưa, sương mù, tuyết…) q lớn Do hệ thống thơng tin quang sử dụng mơi trường truyền dẫn khơng khí ứng dụng quân nghiên cứu khoa học Cũng thời kỳ này, người ta đă phát minh sợi dẫn quang việc sử dụng sợi dẫn quang làm môi trường truyến dẫn, độ suy hao sợi quang lúc lớn khoảng 1000 db/km nên chưa sử dụng thực tế Trong thập niên 1960,K.C.Kao G.A Hockham chứng minh tính khả thi việc truyền tải thơng tin mã hóa thành tín hiệu ánh sáng thơng qua sợi thủy tinh.Tuy nhiên,việc chế tạo thủy tinh ngun chất mang tín hiệu ánh sáng mà khơng bị thất thành cơng năm 1970 Bell Laboratories Cuộc cách mạng thông tin sợi quang đă mở Từ nhà nghiên cứu khoa học đă không ngừng cố gắng phát minh, sợi quang dẫn có suy hao nhỏ đời Ngay sau đó,các sợi đơn quang(single-mode) phát triển,tỉ lệ thất ánh sáng hỗ trợ tốc độ liệu cao Cột mốc phát triển phương thức ghép kênh theo bước sóng(Wave division multiplexing),tăng khả sợi cách đáng kể Ghép kênh phân chia theo bước sóng với mật độ cao (DWDM) bước tiến triển tiếp theo,làm tăng khả sợi đến xấp xỉ ngàn byte Năm 1976, hệ thống thông tin quang lần lắp đặt Atlanta (Mỹ) với cự ly lặp 10km, tốc độ 45 MbPs Đầu năm 1980, hệ thống thông tin tiện sợi quang phổ biến với mức sóng làm việc 1300 nm Ngày sợi quang đă đạt đến mức suy hao nhỏ, giá trị suy hao 0,154 db/km bước sóng 1550 nm Giá trị suy hao đă gần đạt tới trị số lý thuyết cho sợi đơn mode 0,14 db/km Truyền thông sử dụng cáp quang đa chế độ(mutimode) Một hệ thống truyền thông sử dụng cáp quang đa chế độ hiển thị hình minh họa 2.1 Đi-ốt phát sáng(LED) laze bán dẫn sử dụng cho khoảng cách lớn nguồn sáng máy phát Để truyền tải bit 1, LED bật suốt khoảng thời gian chu kỳ xung ;để truyền tải bit 0, LED tắt suốt khoảng thời gian chu kỳ xung Việc tách sóng quang vào cuối q trình nhận biến đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện Các băng tần 800 1300 nanomet (nm)được sử dụng cho trình truyền Tốc độ liệu lên đến 140 Mbps hỗ trợ hệ thống truyền thơng cáp quang Hình 2.1 hệ thống truyền thông sử dụng cáp quang đa chế độ Trong hệ thống sợi đa quang, có đi-ốt phát sáng laze vào lúc truyền tách sóng quang vào lúc nhận Các sợi đa quang có hệ số suy giảm 0.5 dB/km Nếu khoảng cách thiết bị truyền thiết bị nhận lớn 10km,sự phục hồi liệu cần thiết tốn sử dụng cho truyền liệu khoảng cách lớn Trong sợi quang đa mode,ánh sáng di chuyển theo phương pháp truyền phức tạp,và phương pháp lại có vận tốc khác Xung nhận vào cuối trình nhận bị biến dạng Điều gọi trình phân tán đa phương thức Ưu điểm sợi đa quang chi phí thấp,vì sử dụng phương tiện truyền liệu khoảng cách nhỏ Truyền thông sử dụng sợi quang chế độ đơn (single mode) Hệ thống Truyền thông sử dụng sợi quang chế độ đơn thể hình 2.2, bước sóng khoảng 1300-1550 nm Tốc độ truyền liệu hệ thống đạt tới lên tới 1Gbps Lợi lớn sợi đơn quang (single mode) làm giảm việc mát liệu vậy, sau khoảng 40km, ta cần thiết lắp đặt tái tạo lại tín hiệu Một thiết bị phát tia laser sử dụng đầu truyền tách sóng quang (photodetector) nằm đầu nhận Sự phát triển tia laser tách sóng quang thành cơng việc tạo sợi thủy tinh khiết lý giúp làm tăng tốc độ truyền liệu làm giảm tỉ lệ mát liệu Hình 2.2 Hệ thống truyền thơng sử dụng sơi quang chế độ đơn Hệ thống ghép kênh theo bước sóng Phương pháp ghép kênh quang theo bước sóng (WDM) tăng cường khả sợi quang Như hình 2.3, tín hiệu tương ứng với nguồn khác truyền qua sợi bước sóng khác Ở đầu tiếp nhận, demultiplexer phân cách bước sóng khác nhau, tín hiệu ban đầu thu Lên đến 16 32 bước sóng ghép lại với Sự phát triển phân chia sóng dày đặc, 256 bước sóng ghép gửi sợi đơn Hệ thống thiết lập tốc độ truyền dẫn cao 1Tbit/s Hình 2.3 Phương pháp ghép kênh quang theo bước sóng Trong ghép kênh phân chia sóng, tín hiệu tương ứng với nguồn khác truyền bước sóng khác Vì thế,năng suất sợi vừa đặt tăng lên đáng kể Vấn đề sợi quang chế độ đơn cần phải lắp đặt tái tạo hiệu tín hiêu sau khoảng 40km Sự phát triển khuếch đại quang học ̣ xóa bỏ cần thiết cho tái tạo tín hiệu tốn kém, dẫn đến tiết kiệm chi phí lớn cho việc sử dụng sợi quang để truyền thông khoảng cách dài Hình 2.4 Sự truyền liệu quang học với khuếch đại quang học Các băng tần khác sử dụng sợi quang chế độ đơn bảng 2.5 Bảng 2.5 Băng tần truyền liệu sử dụng quang chế độ đơn Băng tần C(dải bước song 1530-1565 nm) băng tần L(dải bước sóng1565-1625 nm) sử dụng truyền liệu sợi quang chế độ đơn (single mode) có sẵn khuếch đại quang học Sự phát triển sản xuất sợi quang, khuếch đại Raman, v v hướng đến sử dụng băng tần khác tương lai III CÁP QUANG Cấu tạo: Cáp quang loại cáp viễn thông làm thủy tinh nhựa, sử dụng ánh sáng để truyền tín hiệu Cáp quang gồm phần sau: • Core (lõi): Trung tâm phản chiếu sợi quang nơi ánh sáng • Cladding (áo): Vật chất quang bên bao bọc lõi mà phản xạ ánh sáng trở lại vào lõi • Buffer coating (vỏ bọc): Lớp phủ dẻo bên ngồi bảo vệ sợi khơng bị hỏng ẩm ướt • Strength Materriel: Thành phần hãng sản xuất cáp sợi quang thêm vào theo chủng loại cụ thể để tăng cường chắn cáp nhằm hạn chế tối đa lực học tác độ lên sợi cáp quang • Strength member lớp chịu nhiệt, chịu kéo căng, thường làm từ sợi Kevlar • Jacket: Hàng trăm hay hàng ngàn sợi quang đặt bó gọi Cáp quang Những bó bảo vệ lớp phủ bên cáp gọi jacket Phân loại: 2.1 Phân loại theo mod truyền dẫn • Multi mode: Đa mode (multi mode) chia làm loại, step mode grade mode Step mode chiết suất từ lõi đến vỏ giảm dần, theo nấc, cịn grade mode giảm liên tục tốt step mode Dĩ nhiên việc dùng đa mode (multi mode) cịn phụ thuộc nhiều yếu tố giá thành, thiết bị đầu cuối (thiết bị ghép kênh quang) Sợi đa mode (multi mode) có đường kính lõi lớn đơn mode (single mode) (khoảng 6-8 lần), truyền nhiều mode sóng lõi Multimode graded index (chiết xuất liên tục): Lõi có số khúc xạ giảm dần từ cladding Các tia gần trục truyền chậm tia gần cladding Các tia theo đường cong thay zig-zag Các chùm tia hội tụ điểm, xung bị méo dạng Multimode stepped index (chiết xuất bước): Lõi lớn (100 micromet), tia tạo xung ánh sáng theo nhiều đường khác lõi: thẳng, zig-zag…tại điểm đến nhận chùm tia riêng lẻ, xung dễ bị méo dạng Sợi đa mode (multi mode) truyền lúc nhiếu ánh sáng với góc anpha khác • Single mode Lõi nhỏ (8 micromet hay nhỏ hơn), hệ số thay đổi khúc xạ thay đổi từ lõi cladding multimode Các tia truyền theo phương song song trục Xung nhận hội tụ tốt, méo dạng Sợi quang đơn mode (single mode) hay sợi quang đa mode (multi mode) truyền tín hiệu (là liệu mà ta cần truyền) Muốn truyền nhiều liệu từ kênh khác nhau, ta phải dùng đến công nghệ WDM (truyền nhiều bước sóng sợi quang) Sợi đơn mode (single mode) truyền ánh sáng với bước sóng định Do sợi quang vật liệu truyền thông tin dựa định luật phản xạ ánh sáng Tia sáng từ mơi trường có chiết suất cao qua mơi trường chiết suất thấp khơng thẳng (hay cịn gọi tán xạ) mà phản xạ lại Do đó, ánh sáng mang thông tin, truyền mà khơng bị suy hao (vì chạy lịng vịng đó, phản xạ bên này, phản xạ bên Sợi quang đơn mode (single mode) lõi có chiết suất số chiết suất vỏ số Khi ánh sáng truyền theo đường ziczac sợi quang (độ lệch pha tín hiệu đáng kể)  Sợi đa mode (multi mode) công nghệ tiên tiến hơn, chiết suất từ lõi đến vỏ giảm từ từ (nhưng đảm bảo tỉ số chiết suất để ánh sáng phản xạ khơng tán xạ), ánh sáng theo đường cong, độ lệch pha nhiều so với hình ziczac loại đơn mode (single mode) 2.2 Phân loại theo số chiết suất Việc phân loại sợi dẫn quang phụ thuộc vào thay đổi thành phần chiết suất lõi sợi, chia làm ba loại sợi quang thông dụng sau: a Sợi quang có chiết suất phân bậc (Sợi SI: Step-Index): Đây loại có số chiết suất đồng lõi sợi khác rõ rệt với chiết suất lớp vỏ phản xạ Các tia sáng từ nguồn sáng truyền vào sợi quang với góc tới khác truyền theo đường truyền khác nhau, tức truyền vận tốc thời gian đến cuối sợi khác Do đưa xung ánh sáng vào đầu sợi tượng tán sắc ánh sáng nên cuối sợi nhận xung ánh sáng rộng Loại sợi có độ tán sắc lớn nên khơng thể truyền tín hiệu số tốc độ cao cự ly dài 10 b Sợi quang có chiết suất giảm dần (Sợi GI: GradienIndex): Sợi GI có phân chiết suất hình Parabol, số chiết suất lõi khơng nhau, mà thay đổi cách liên tục giảm dần từ tâm lõi ranh giới phân cách lõi - vỏ, nên tia sáng truyền lõi bị uốn cong dần Độ tán sắc GI nhỏ nhiều so với sợi SI 2.3 Phân loại theo cấu trúc • Sợi thủy tinh • Sợi lõi thủy tinh vỏ chất dẻo • Sợi thủy tinh nhiều thành phần • Sợi chất dẻo Đặc điểm: Ưu điểm: • Độ suy hao truyền dẫn thấp (cự ly 50km cần lặp) • Băng thơng lớn • Chúng sử dụng để thiết lập đường truyền dẫn nhẹ mỏng (nhỏ) • Khơng có xuyên âm với đường sợi quang bên cạnh • Khơng chịu ảnh hưởng nhiễu cảm ứng sóng điện từ • Tốc độ cao (>10Gb/s) • Có độ an tồn, bảo mật cao • Tuổi thọ dài • Có thể triển khai nhiều địa hình khác • Khơng bị rị rỉ tín hiệu dễ kéo dài cần • Độ tổn hao thấp nên cần repeater • Dễ lắp đặt bảo dưỡng • Dung lượng lớn Nhược điểm: • Chi phí lắp đặt cao • Khó đấu nối • Khó sửa chữa bị đứt cáp • Khó thể lắp đặt theo đường gấp khúc IV ĐẶC TÍNH CỦA TRUYỀN THƠNG QUANG 11 Tổng quan hệ thống thông tin quang: Để thiết lập hệ thống truyền dẫn hợp lý, việc lựa chọn môi trường truyền dẫn, phương pháp truyền dẫn phương pháp điều chế/ ghép kênh phải xem xét trước tiên Cho đến khơng gian sử dụng cách rộng rãi cho thông tin vô tuyến, cịn cáp đối xứng cáp đồng trục cho thơng tin hữu tuyến phương pháp truyền dẫn sẵn có dựa việc sử dụng cáp quang Sự điều chế sóng mang quang hệ thống truyền dẫn quang thực với điều chế theo mật độ ngun nhân sau: (1) Sóng mang quang, nhận từ phần tử phát quang có, khơng đủ ổn định để phát thơng tin sau có thay đổi pha độ khuyếch đại phần lớn khơng phải sóng mang đơn tần Đặc biệt điốt phát quang qn coi ánh sáng tiếng ồn thay sóng mang Do đó,chỉ có lượng cường độ ánh sáng tức thời sửdụng (2) Hiện nay, Laser bán dẫn chế tạo có tính qn tuyệt vời có khảnăng cung cấp sóng mang quang ổn định.Tuy nhiên, công nghệ tạo phách - Một công nghệ biến đổi tần số cần thiết để điều chếpha - chưa phát triển đầy đủ (3) Nếu sóng mang đơn tần có tần số cao phát theo cáp quang đa mode - điều mà xử lý cách dễ dàng - đặc tính truyền dẫn thay đổi tương đối phức tạp cáp quang bị dao động giao thoa gây biến đổi mode phản xạ truyền dẫn kết khó sản xuất hệthống truyền dẫn ổn định Vì vậy, nhiều ứng dụng, việc sử dụng phương pháp điều chế mật độ có khả tiếp tục Đối với trường hợp chế quang theo mật độ(IM) có nhiều phương pháp để biến đổi tín hiệu quang thơng qua việc điều chế ghép kênh tín hiệu cần phát Phương pháp phân chia theo thời gian (TDM) sử dụng cách rộng rãi ghép kênh tín hiệu số liệu, âm điều chế xung mã PCM (64kb/s) số liệu video digital Tuy nhiên, truyền dẫn cự ly ngắn, tín hiệu video băng rộng rãi sử dụng phương pháp truyền dẫn analog Phương pháp điều chế mật độ số DIM – phương pháp truyền kênh tín hiệu video IM - phương pháp thực điều chế tần số (FM) 12 điều chế tần số xung (PFM) sớm để tăng cự ly truyền dẫn sử dụng cho mục tiêu Ngoài TDM FDM, phương pháp phân chia theo bước sóng (WDM) -phương pháp điều chế số sóng mang quang có bước sóng khác thành tín hiệu điện khác sau truyền chúng qua sợi cáp quang sử dụng Hơn nữa, truyền nhiều kênh thông qua cáp quang, số lượng lớn liệu gửi nhờ gia tăng số lõi cáp sau ghép kênh Phương pháp gọi ghép kênh SDM Hệ thống truyền dẫn quang thiết lập cách sử dụng hỗn hợp TDM/FDM, WDM SDM Chúng ta thấy hệ thống truyền dẫn quang tương tự phương pháp truyền dẫn cáp đơi cáp đồng trục truyền thống, có khác biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang ngược lại đầu thu Phương pháp truyền dẫn analog tiến hành với khuyếch đại tạo điều kiện để phía thu nhận mức theo yêu cầu cách biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang ngược lại Khi sử dụng phương pháp điều chế PCM chức giải điều chế tương ứng với cần gán cho phía thu Cho tới đây, mô tả chức hệ thống truyền dẫn quang Ngoài phần trình bày trên, hệthống hoạt động thực tế cịn có thêm mạch ổn định đầu tín hiệu quang cần phát, mạch AGC để trì tính đồng đầu tín hiệu điện phía thu mạch để giám sát phía Đặc tính sợi quang ảnh hưởng đến hệ thống: Các sợi quang có khả truyền lượng lớn thông tin Với công nghệ hai sợi quang truyền đồng thời 60.000 đàm thoại Một cáp sợi quang (có đường kính ngồi cm) chứa khoảng 200 sợi quang, tăng dung lượng đường truyền lên 6.000.000 đàm thoại So với phương tiện truyền dẫn dây thông thường, cáp lớn gồm nhiều đôi dây truyền 500 đàm thoại cáp đồng trục có khả với 10.000 đàm thoại tuyến viba hay vệ tinh mang 2000 gọi đồng thời • Kích thước trọng lượng nhỏ: so với cáp đồng có dung lượng cáp sợi quang có đường kính nhỏ khối lượng nhẹ nhiều Do dễ lắp đặt chúng hơn, đặc biệt vị trí có 13 sẵn dành cho cáp (như đường ống đứng tịa nhà), khoảng khơng • Khơng bị nhiễu điện truyền dẫn sợi quang không bị ảnh hưởng nhiễu điện từ (EMI) hay nhiễu tần số vô tuyến (RFI) khơng tạo nhiễu nội Sợi quang cung cấp đường truyền “sạch" môi trường khắc nghiệt Các công ty điện lực sử dụng cáp quang, dọc theo đường dây điện cao để cung cấp đường thông tin rõ ràng trạm biến áp Cáp sợi quang khơng bị xun âm Thậm chí dù ánh sáng bị xạ từ sợi quang khơng thể thâm nhập vào sợi quang khác • Tính cách điện: sợi quang vật cách điện Sợi thủy tinh loại bỏ nhu cầu dịng điện cho đường thơng tin Cáp sợi quang làm chất điện mơi thích hợp khơng chứa vật dẫn điện cho phép cách điện hồn tồn cho nhiều ứng dụng Nó loại bỏ nhiễu gây dòng điện chạy vòng đất hay trường hợp nguy hiểm gây phóng điện đường dây thơng tin sét hay trục trặc điện Đây thực phương tiện an toàn thường dùng nơi cần cách điện • Tính bảo mật: sợi quang cung cấp độ bảo mật thông tin cao Một sợi quang khơng thể bị trích để lấy trộm thơng tin phương tiện điện thông thường dẫn điện bề mặt hay cảm ứng điện từ, khó trích để lấy thơng tin dạng tín hiệu quang Các tia sáng truyền lan tâm sợi quang khơng có tia khỏi sợi quang Thậm chí trích vào sợi quang bị phát nhờ kiểm tra công suất ánh sáng thu đầu cuối Trong tín hiệu thơng tin vệ tinh viba dễ dàng thu để giải mã • Độ tin cậy cao dễ bảo dưỡng :sợi quang phương tiện truyền dẫn đồng không gây tượng phađinh Những tuyến cáp quang thiết kế thích hợp chịu đựng điều kiện nhiệt độ độ ẩm khắc nghiệt chí hoạt động nước Sợi quang có thời gian hoạt động lâu, ước tính 30 năm số cáp Yêu cầu bảo dưỡng hệ thống cáp quang so với yêu cầu hệ thống thơng thường cần lặp điện tuyến thông tin; cáp khơng có dây đồng, yếu tố bị mịn dần gây 14 lúc có lúc khơng có tín hiệu; cáp quang khơng bị ảnh hưởng ngắn mạch, tăng vọt điện áp nguồn hay tĩnh điện • Tính linh hoạt: hệ thống thông tin quang khả dụng cho hầu hết dạng thông tin số liệu, thoại video Các hệ thống tương thích với chuẩn RS.232, RS422, V.35, Ethernet, Arcnet, FDDI, T1, T2, T3, Sonet, thoại 2/4 dây, tín hiệu E/M, video tổng hợp cịn nhiều • Tính mở rộng: hệ thống sợi quang thiết kế thích hợp dễ dàng mở rộng cần thiết Một hệ thống dùng cho tốc độ số liệu thấp, ví dụ T1 (I 544 Mb/s) nâng cấp trở thành hệ thống tốc độ số liệu cao hơn, OC-12 (622 Mb/s), cách thay đổi thiết bị điện tử Hệ thống cáp sợi quang giữ nguyên cũ • Sự tái tạo tín hiệu: cơng nghệ ngày cho phép thực đường truyền thông cáp quang dài 70 km trước cần tái tạo tín hiệu, khoảng cách cịn tăng lên tới 150 km nhờ sử dụng khuếch đại laze Trong tương lai, cơng nghệ mở rộng khoảng cách lên tới 200 km 1000 km Chi phí tiết kiệm sử dụng lắp trung gian việc bảo dưỡng chúng lớn Ngược lại, hệ thống cáp điện thơng thường vài km cần có lặp • Tín hiệu ánh sáng : Khơng giống tín hiệu điện cáp đồng, tín hiệu ánh sáng từ sợi quang không bị nhiễu với sợi khác cáp Điều làm cho chất lượng tín hiệu tốt • Sử dụng điện nguồn : Bởi tín hiệu cáp quang giảm ít, máy phát sử dụng nguồn thấp thay máy phát với điện cao dùng cáp đồng • Hiệu số : cáp quang lý tưởng thích hợp để tải thơng tin dạng số mà đặc biệt hữu dụng mạng máy tính • Khơng cháy : Vì khơng có điện xun qua cáp quang, khơng có nguy hỏa hạn xảy Đặc điểm thông tin Quang Cùng với thông tin hữu tuyến vô tuyến, loại thông tin sử dụng môi trường truyền dẫn tương ứng dây dẫn kim loại không gian Thông tin quang sử dụng môi trường truyền dẫn sợi quang tín hiệu 15 biến đổi thành ánh sáng truyến qua cáp sợi quang tới nơi nhận biến đổi trở thành tín hiệu ban đầu Vai trị kênh thơng tin sợi quang truyền dẫn tín hiệu quang từ đầu phát qua chuyển đổi tới kênh dẫn sợi quang đến đầu thu mà không bị méo dạng sai lệch Như thiết bị đầu cuối quang đă có biến đổi tín hiệu điện thành tín thiệu quang ngược lại Hệ thống thơng tin quang có nhiều ưu điểm so với hệ thống sử dụng cáp đồng trục vơ tuyến đặc tính sau cáp sợi quang Suy hao truyền dẫn thấp (0,35 – 0,4 db/km bước sóng 1300 nm - 0,2 – 0,25 db/km bước sóng 1550 nm) Độ rộng băng thơng lớn ( vào khoảng 15Thz bước sóng 1300 - nm 1500 nm) Kích thước nhỏ, trọng lượng thấp Khơng ảnh hưởng điện từ trường bên ngồi Cách điện Kinh tế : nguyên liệu để sản xuất sợi quang thạch anh dồi nhiều so với kim loại, tiêu tốn vật liệu sản phẩm thấp Bên cạnh linh kiên thu phát sợi quang hệ thống thơng tin quang có nhiều ưu điểm Có khả điều chế tốc độ cao nên ứng dụng hiệu Trong truyền dẫn tốc độ cao thơng tin băng rộng Kích thước nhỏ, hiệu suất biến đổi quang điện cao Khả phát xạ cơng suất quang lớn, máy thu có độ nhạy cao nên thông tin dài Các ưu điểm bật phương thức thông tin quang so với phương thức thông tin khác Ưu điểm dung lượng Ưu điểm chất lượng tín hiệu Ưu điểm điều kiện bảo dưỡng, tác động môi trường tuổi thọ Bên cạnh ưu điểm ưu điểm có số nhược điểm sau: Đương kính sợi nhỏ, trọng lượng nhỏ dẫn đến khó đấu nối Cần có đường dây, đương dây cấp nguồn cho tiếp phát Cần có phương thức chỉnh lơi (cáp) Tuy nhiên với ưu điểm hệ thống thông tin quang coi hệ thống triển vọng mạng truyền thông tin áp dụng rộng răi thực tế 16 Một số vấn đề cần quan tâm mạng truyền thơng quang Có yếu tố sợi quang ảnh hưởng đến khả hệ thống thơng tin quang, bao gồm: • Suy hao • Tán sắc • Hiện tượng phi tuyến xảy sợi quang Tuy nhiên, hệ thống khác mức độ ảnh hưởng yếu tố khác Ví dụ: • Đối với hệ thống cự ly ngắn, dung lượng thấp yếu tố chủ yếu cần quan tâm suy hao • Đối với hệ thống tốc độ cao, cự ly tương đối lớn yếu tố chủ yếu cần quan tâm suy hao tán sắc • Đối với hệ thống cự ly dài dung lượng lớn ngồi yếu tố cần phải xem xét đến hiệu ứng phi tuyến 4.1 Suy hao hấp thu Hấp thu tạp chất kim loại: tạp chất thuỷ tinh nguồn hấp thụ lượng ánh sáng Các tạp chất thường gặp sắt (Fe), đồng (Cu) Mangan (Mn), chronium (Ci), nikel (Ni) Mức độ hấp thụ chúng phụ thuộc vào loại tạp chất, nồng độ tạp chất, bước sóng ánh sáng truyền qua Để có sợi quang có độ suy hao 1dB/km cần phải có thuỷ tinh thật tinh khiết nồng độ tạp chất không - Ngay sợi quang chế tạo bạch kim có độ tinh khiết cao hấp thụ xảy Bản thân thuỷ tinh tinh khiết hấp thụ ánh sáng vùng cực tím hồng ngoại, độ hấp thụ thay đổi theo bước sóng Sự hấp thụ vùng hồng ngoại gây trở ngại cho khuynh hướng sử dụng bước sóng dài thơng tin quang 4.2 Suy hao tán xạ tán xạ Rayleigh Khi sóng điện từ truyền môi trường điện gặp chỗ không đồng gây tượng tán xạ Những chỗ không đồng sợi quang cách xếp phần tử thuỷ tinh, khuyết tật sợi bọt khí, vết nứt Khi kích thước vùng khơng đồng vào khoảng 1/10 bước sóng chúng trở thành nguồn điểm để tán xạ 17 Các tia sáng truyền qua chỗ không đồng toả nhiều hướng Chỉ phần lượng ánh sáng truyền qua hướng cũ, phần lại truyền theo hướng khác, chí truyền ngược phía nguồn quang Tán xạ mặt phân cách lõi lớp bọc khơng hồn hảo tia sáng truyền đến chỗ khơng hồn hảo lõi lớp vỏ bọc, tia sáng bị tán xạ lúc tia sáng có nhiều tia phản xạ với góc phản xạ khác Những tia góc phản xạ nhỏ góc tới hạn khúc xạ lớp vỏ bọc bị suy hao dần 4.3 Tán xạ sợi bị uốn cong Vi uốn cong : sợi quang bị chèn ép tạo chỗ uốn cong nhỏ suy hao sợi tăng Sự suy hao xuất tia sáng bị lệch trục qua chỗ vi uốn cong Một cách xác hơn, phân bố thường bị sáo trộn qua chỗ vi uốn cong dẫn tới phản xạ lượng khỏi lõi sợi Đặc biệt sợi đơn mode nhạy với chỗ vi uốn cong bước sóng dài Uốn cong : sợi bị uốn cong với bán kính uốn cong nhỏ suy hao tăng Dĩ nhiên tránh khỏi việc uốn cong sợi quang trình chế tạo lắp đăt Song giữ cho bán kính uốn cong lớn bán kính tổi thiểu cho phép suy hao uốn cong khơng đáng kể Bán kính tối thiểu nhà sản xuất đề nghị, thông thường từ 30mm đến 50 mm 4.4 Một số nhược điểm khác Tuy nhiên bên cạnh mặt ưu điểm có nhược điểm định đó: Việc đấu nối sợi quang khó thực loại khác Việc cấp nguông cho trạm lặp xa khó khăn Khơng truyền mã lưỡng cực Những nhược điểm khắc phục nên khoa học công nghệ tiên tiến ngày đại Sự truyền dẫn thông tin quang trở thành phương pháp có triển vọng hiệu kinh tế 18 IV KẾT LUẬN - Nhờ hình thành phát triển hệ thống truyền thông mà q trình truyền thơng tin ngày cải thiện nhiều so với trước Tài liệu tham khảo: Optical communication - iZito Wiki 19 20