Đồ án tốt nghiệp công nghệ sdh trong thông tin quang

lờI mở đầu Có ba phơng thức truyền dẫn đợc sử dụng mạng viễn thông là: truyền dẫn cáp đồng, truyền dẫn cáp quang, truyền dẫn sóng vô tuyến truyền dẫn cáp sợi quang tiếp tục chiếm u mạng truyền dẫn truyền dẫn quang có u điểm : độ rộng băng tần lớn, độ truyền dẫn cao, ®é tin cËy cao Do ®ã ®¸p øng đợc tất dịch vụ từ dịch vụ tấc độ thấp trung bình nh thoại, fax, Cho tới dịch vụ tấc độ cao nh hội nghị truyền hình,truy cập liệu từ xa,dịch vụ chuyển giao tệp đa môi trờng, Tại việt nam truyền dẫn sợi quang đợc chuyển giao rộng rÃi : Mạng truyền đờng trục, mạng truyền dẫn trung kế, mạng truyền dẫn nội hạt tơng lai đờng kết nối thuê bao tới tổng đài tập trung từ xa đợc thay sợi quang Điều có nghĩa mạng truyền dẫn toàn quang thực đợc Hai phơng thức truyền dẫn thông tin quang truyền dẫn cận đồng PDH truyền dẫn đồng SDH Tuy nhiên dung lợng của PDH hạn chế nh trạm xen-rẽ phải sử dụng nhiều thiết bị , kênh nghiệp vụ nên không thích hợp nên không thích hợp với mạng viễn thông có dung lợng cao băng thông rộng công nghệ truyền dẫn SDH đà đời đà đáp ứng kịp nhu cầu thông tin ngày cao mà đảm bảo chất lợng thông tin tốt Đối với nớc ta công nghệ SDH đà thâm nhập mạng viễn thông đờng trục đất liền có tốc độ 2,5Gbit/s có cấu hình mạng Ring tự phục hồi , tỉnh thành phố ngày nhiều thông tin cáp sợi quang SDH Vì việc tìm hiểu nắm vững kĩ thuật truyền dẫn thông tin quang SDH nhu cầu cần thiết nhân viên nhiệm vụ công nhân , kĩ thuật viên vận hành khai thác kĩ thuật thông tin quang SDH Với mục đích nh đồ án em gåm cã phÇn : PhÇn I : Tỉng quan hệ thống thông tin quang gồm có 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 thông tin quang gồm có chơng Chơng I : Bộ ghép PCM-24 PCM-30 Chơng II : Phân cấp số cận đồng PDH Chơng III : Hệ thống thông tin đồng SDH Chong IV: Thiết bị SDH, cấu trúc mạng thiết bị bảo vệ Mặc dù đà nhiều cố gắng nhng thời gian có hạn , trình độ hiểu biết cha sâu nên báo cáo em nhiều hạn chế không tránh đợc khỏi sai sót em mong đợc đóng góp ý kiến thầy cô giáo bạn phần I TổNG QUAN Về Hệ THốNG THÔNG TIN QUANG Lịch sư ph¸t triĨn Ngay tõ thêi xa xa ngêi đà biết ánh sáng để truyền tin thời thợng cổ ngời đà biết dùng khói lửa để thông báo cho biết có kẻ thù xâm lăng Vào kỉ 18,một dẫy dài cột báo hiệu đà đợc xây dựng dùng để truyền tin Khi tín hiệu moóc đời,tầu thuyền biển đà dùng cờ hiệu ánh đèn nhấp nháy để truyền điện báo Phơng thức truyền tin tồn có điện báo vô tuyến ý tởng truyền ánh sáng qua thuỷ tinh đợc bắt nguồn từ thí nghiệm 'Suối ánh sáng' John Tydall Anh vào năm 1970 Tại thí nghiệm ngời ta quan sát thÊy ¸nh s¸ng ph¸t tõ mét ngn s¸ng trun qua dòng nớc hẹp nhờ phản xạ toàn phần nớc không khí Các thí nghiệm truyền sóng ánh sáng qua sợi thuỷ tinh trần đà đợc thực Đức vào năm 1930 Nhng lúc thuỷ tinh có độ xuy hao tán sắc lớn, giòn dễ gẫy nên không đợc áp dụng vào thực tế Sợi quang có lõi thuỷ tinh có chiết xuất cao đợc bao bọc lớp vỏ thuỷ tinh chiết xuất thấp đà đợc A S CVanHeel, H H Hopkin vµ N S Kanapy chÕ tạo vào năm 1954 để truyền hình ảnh máy nội soi Laser đợc phát minh vào năm 1960 Sau laser ®êi mét hƯ thèng trun dÉn tÝn hiệu quang qua không khí đà đợc xây dựng Tuy nhiên ảnh hởng địa hình,ma, mây mù nhiệt độ thay đổi vv Nên truyền tin không ổn định Do nhà nghiên cứu tiếp tục tìm môi trờng truyền dẫn ánh sáng tốt Theo tinh toán sợi thuỷ tinh có suy hao khoảng 20dB/km truyền dẫn tín hiệu quang xa Nhng từ năm 1967 trở trớc chế tạo đợc sợi có suy hao lớn 1000dB/km bớc sóng nhìn thấy Do mà sợi quang đợc áp dụng phòng thí nghiệm Vào năm 1970 Kao Hockman đà chế tạo sợi quang có xuy hao vào khoảng 20dB/km Với sợi quang công suất mà ánh sáng truyền đợc 2km đà bị giảm 40 dB Hệ thống thông tin quang nh tơng đơng với hệ thống thông tin kim loại có khoảng lặp khoảng 2km Năm 1975 mỹ đà sản xuất đợc sợi quang có xuy hao 2dB/km Nhật đà sản xuất đợc sợi quang có xuy hao 0,5dB/km vào năm 1978 0,2dB/km vao năm 1979 bớc sóng 1,3m 1,5m Vào năm 1982 corning đà thông báo kết nghiên cứu loại sợi quang có xuy hao thấp 0,15dB/km bớc sóng 1,6m sử dụng Silic Nếu sản xuất thành công sợi quang nh công suất quang giảm nửa truyền tin xa 20km Song song với phát triển sợi quang, loại nguồn quang trọng laser không ngừng phát triển hoàn thiện Năm 1980 đà sản xuất thành công laser có bớc sóng phù hợp với sợi quang Cũng vào thời điểm nớc công nghiệp phát triển đà sử dụng hệ thống thông tin cáp sợi quang thay đờng truyền trung kế cáp kim loại có tấc độ bít lớn 8Mbit/s Các hệ thống thông tin quang hệ sử dụng sợi đa mode laser diode xạ bớc sóng xung quanh 850nm Vào năm1985 loại laser không đợc sử dụng với cự ly dài đợc sử dụng mạng thông tin nội Tiếp theo hệ thống thông tin quang sử dụng cho sợi đơn mode dải bớc sóng 1,3m 1,55m đà đợc đa vào khai thác nhiều hệ thống thông tin cáp sợi quang đơn mode thả biển đất liền đà đợc lắp đặt vào cuối kỉ 80, điển hình tuyến cáp quang vợt đại tây dơng TAT-8 đà đợc khai thác sử dụng vào năm1988 Từ đến mạng thông tin cáp sợi quang đà đợc khai thác với nhịp độ nhanh chóng Các hệ thống thông tin quang đại sử dụng điều chế cờng độ tách quang trực tiếp (IM/DD) Cũng đà có hớng nghiên cứi khác truyền dẫn sợi quang coherent Hệ thống quang sử dụng điều chế quang ngoài, tách quang heterodyne homody khắc phục số hạn chế của hệ thống thông tin quang thông thờng Trong năm gần công nghệ ghép bớc sóng khuyếch đại quang đợc triển khai rộng rÃi, mở đờng cho việc tăng cự ly đặc biệt tốc độ bít hệ thống tới hàng trăm Gbit/s Nh thấy thông tin quang liên tục phát triển đáp ứng nhu cầu ngày cao ngời Chơng I hệ thống thông tin quang 1 Mở đầu nhu cầu thông tin liên lạc ngày tăng đòi hỏi số lợng kênh truyền dẫn lớn, song hệ thống truyền dẫn viba,vệ tinh không cho phép tổ chức kênh cực lớn Nhng với kĩ thuật thông tin quang, ngời ta tạo luồng kênh hệ thống truyền dẫn nhiều kênh, hệ thống điện Hiện đà chế tạo hệ thống truyền dẫn trăm Gbit/s số nớc đà có 50% hệ thống kênh truyền dẫn kênh truyền dẫn quang Hiện tại,thông tin quang giai đoạn phát triển ban đầu Các hệ thống truyền dẫn quang đợc ứng dụng để hoạt động song song với hệ thống truyền dẫn khác truyền dẫn thông tin điện tải tin quang nhờ trình chuyển đổi tín hiệu địên-quang đầu phát tín hiệu quangđiện đầu thu Tín hiệu ®a vµo trun dÉn vµ lÊy ®Ịu lµ tÝn hiệu điện thông thờng, có đờng truyền tín hiệu quang Các thành phần hệ thống thông tin quang Sơ đồ khối cđa mét hƯ thèng th«ng tin quang : Ngn tÝn hiệu Phần điện tử Biến đổi điện quang E/O Sợi quang SQ Biến đổi quang điện E/O Phần điện tử Tín hiệu thu Hình 1: sơ đồ khối hệ thống thông tin quang + phần tư cđa hƯ thèng : 1; Ngn tÝn hiƯu th«ng tin : có dạng tín hiệu thờng nh tiếng nói,hình ảnh, số liệu văn bản,vv 2; Phần tử điện tử: Để xử lý nguồn thông tin tạo tín hiệu điện đa vào hệ thống truyền dẫn tín hiệu analog digital 3; Bộ biến đổi điện-quang E/O : Để điều biến tín hiệu vào cờng độ xạ quang phát tín hiệu 4; Sợi quang (SQ): Để truyền dẫn ánh sáng nguồn xạ E/O đà điều biÕn 5; Bé biÕn ®ỉi quang - ®iƯn O/E : Là thu quang tiếp nhận ánh sáng từ sợi quang đa vào biến đổi trở thành tín hiệu điện nh tín hiệu đà phát 6; Tải tin : Trong hệ thống thông tin quang ánh sáng sóng điện từ nhng có tần số cao Do vậy, tải thông tin quang phù hợp, thuận tiện cho tín hiệu băng rộng Đặc tính thông tin quang : Ưu ®iĨm cđa kÜ tht trun dÉn quang: + HƯ thèng tin quang khai thác miền phổ điện từ cha đợc sử dụng Từ trớc năm 1960, hệ thống thông tin điện sử dụng vùng bớc sóng khác để truyền tin : Sóng dài(100m -100km), sóng ngắn(10cm - 100m), sóng viba (1mm-10cm), nhiên cho tơi năm 1960 việc phát minh laser cho phép sử dụng dải tần số từ 0,4m tới 0,6m để truyền tin Dải băng tần năm vùng tần số lớn nằm vùng tần số mà hệ thống thông tin quang tín hiệu đợc truyền sợi khác hệ thống thông tin quang tín hiệu đợc truyền sợi quang không cần đăng kí với cục quản lý tần số + băng tần rộng dung lợng cao nên truyền đợc loại dịch vụ nâng cao tốc độ bít dễ dàng + cáp sợi quang phi kim loại không dẫn điện không cảm ứng điện từ trờng nên gần đờng dây điện lực, không bị sét đánh không bị ảnh hởng can nhiễu,điện từ bên + Do môi trờng truyền dẫn sợi quang có xuy hao nhỏ (cỡ 0,2dB/km) khoảng cách trạm lặp tăng, số lợng trạm lặp giảm đáng kể so với hệ thống cáp kim loại cổ điển + Vật liệu chế tạo sợi quang silic Đây vật liệu sẵn có, đồng thời công nghệ chế tạo quang không ngừng đợc cải tiến Do giá thành cáp sợi quang giảm dần đợc thay cáp đồng - tài nguyên dần khan phải sử dụng cho lĩnh vực khác + Do không bị ảnh hởng can nhiễu bên nên chất lợng dịch vụ cao Nhợc điểm cáp quang: + Sợi quang nhạy cảm với ẩm nớc thấm vào bên cáp, nhạy cảm với xạ ion + Phải bổ xung dây kim loại co yêu cầu cấp nguồn từ xa cho trạm lặp + Hiệu suất nôi ghép nguồn quang- sợi công suất phát nguồn quang thấp + Đòi hỏi công nghệ cao chế tạo laser diode sợi quang + Sợi quang dòn dễ gẫy, việc hàn nối khó khăn đòi hỏi công nghệ cao ViƯc triĨn khai hƯ thèng trun dÉn quang ë địa hình phức tạp nh : vùng đồi núi,ven biển,hải dảo tốn nhiều thời gian công sức 1.4 Những ứng dụng sợi quang : + Sợi quang đợc ứng dụng thông tin số mục đích khác + Vị trí sợi quang mạng lới thông tin giai đoạn gồm : Mạng đờng trục quốc gia Đờng trung kế Đờng cáp thả biển liên quốc gia Đờng truyền số liệu Mạng truyền hình chơng II SợI QUANG Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng 1 phản xạ khúc xạ Tổng quát, ánh sáng truyền môi trờng đến mặt phẳng phân cách với môi trờng hai, với chiết suất n1>n2 có tợng nh hình vẽ (2) (3) (1)Pháp Tuyến (3) cc c1 Môi trờng Môi trờng (2) c2 Mặt phân cách (1) Hình Sự phản xạ khúc xạ ánh sáng với góc tới - góc hợp mặt phân cách hai với môi trờng tia tới góc khúc xạ - góc tạo pháp tuyến mặt phân cách hai môi trờng với tia khúc xạ đợc xác định công thức SNELL: n1sin1>n2 sin2 : n1>n2 tới góc môi trờng chiết quang nhỏ góc khúc xạ môi trờng chiết quang : Nếu góc tới lớn dần nên tới giá trị c tạo tia khúc xạ nằm song song với danh giới phân cách hai môi trờng lúc c đợc gọi góc tới hạn,lúc không tồn tia khúc xạ môi trờng (tia2) Khi tia sáng có góc 1>c bị phản xạ ngợc trở lại ( tia3) Hiện tợng tia sáng bị phản xạ trở lại môi trờng ban đầu mặt phân cách hai môi trờng gọi phản xạ toàn phần bên (phản xạ toàn phần) 2 Sự phản xạ toàn phần Từ công thức SNELL đà nêu ta thấy : Nếu n1>n2 1>2 : Tia khúc xạ gẫy phía gần pháp tuyến Nếu n1n2 tăng tăng lớn 2= 90 tức tia khúc xạ song song với mặt tiếp giáp,thì đợc gọi góc tới hạn Nếu tiếp giáp tăng 1> c không tia khúc xạ mà tia phản xạ ( Hình2 1) Hiện tợng đợc gọi phản xạ toàn phần Dựa công thức định luật khúc xạ ( Công thức SNELL) với =90 tính đợc góc tới h¹n c : Sin c= n2 hay c = arcsin n2 n1 n1 2 Cấu tạo sợi quang Sợi quang cấu tạo gồm lõi dẫn quang đặc có chiết suất n1bán kính lớp vỏ vật liÖu dÉn quang bao quanh ruét cã chiÕt xuÊt n 2 n2 (Hình 4) ánh sáng truyền lõi sợi quang phản xạ nhiều lần( phản xạ toàn phần ) mặt tiếp giáp lõi vỏ bọc Do ánh sáng truyền đợc sợi có cự ly dài bị uốn cong với độ cong tới hạn n2 Lớp bọc (Cladding) n2 o n1 Lâi (Core) n1 Líp bäc (Cladding) n2 Hình nguyên lý truyền dẫn ánh sáng sợi quang Khẩu độ số NA Sự phản xạ toàn phần sảy với tia sáng có góc tới đầu sợi nhỏ góc giới hạn max(Hình 5) Sin góc gọi độ số,kí hiệu NA NA=sinmax áp dụng công thức snell để tính NA Tại điểm A tia N0 sinmax=n!sin(90- c) Mµ : n0 = chiÕt xt cđa kh«ng khÝ = 1-sin2c Sin(90- c) =cosc = a n22 Do ®ã : ` n1 –n2  = n12 –n22= n12 n1 2n12 §é lƯch chiÕt xt tơng đối có giá trị khoảng từ 0,002 đến 0,013 (tức từ 0,2 đến 1,3%)