tổng quan về hệ thông tin quang và công nghệ truyền dẫn sdh

Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến điện Mở đầu Phần I: Tổng quan về hệ thống thông tin quang Chương I: Sơ lược về hệ thống thông tin quang 6 1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin quang 6 1.2 Cấu trúc của hệ thống thông tin quang 7 1.3 Ứng dụng và ưu nhược điển của hệ thống thông tin quang 8 Chương II: Các thành phần của hệ thống thông tin quang quang 2.1 Lý thuyết chung về quang dẫn 9 2.1.1 Cơ sở quang học 9 2.1.2 Sự truyền ánh sáng trong sợi quang dẫn 10 2.1.3 Các dạng phân bố chiết suất trong sợi quang 11 a/ Dạng giảm triết suất lớp vỏ bọc b/ Dạng dịch độ tán sắc. c/ Dạng san bằng tán sắc 2.1.4 Sợi đơn mode và sợi đa mode 14 2.2 Các thông số của sợi quang 15 2.2.1 Suy hao trong sợi quang 15 2.2.2 Các nguyên nhân gây suy hao 15 a/ Suy hao do hấp thụ b/ Suy hao do tán sắc c/ Suy hao do uốn cong 2.2.3 Tán sắc 19 a/ Địng nghĩa tán sắc b/ Các nguyên nhân gây tán sắc 2.3 Cấu trúc sợi quang 22 2.3.1 Lớp phủ 23 2.3.2 Lớp vỏ 23 a/ Dạng ống đệm lỏng b/ Dạng đệm khí c/ Dạng băng dẹt 2.4 Các linh kiện biến đổi quang 25 2.4.1 Khái niệm chung về biến đổi quang 25 2.4.2 Yêu cầu kỹ thuật của linh kiện biến đổi quang 25 a/ Đối với nguồn quang b/ Đối với linh kiện tách sóng quang c/ Nguyên lý chung 2.4.3 Nguồn quang 28 a/ Nguyên lý chung b/ Diot LED c/ Diot LASER (LD) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1 SV: Nguyễn Hữu Anh Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến điện 2.4.4 Tách sóng quang 32 1 Nguyên lý chung 32 2 Những thông số cơ bản 33 a/ Hiệu suất lượng tử b/ Đáp ứng c/ Độ nhậy d/ Dải rộng e/ Tạp âm 3 Diot thu PIN 35 4 Diot thu APD 37 5 Đặc tính kỹ thuật của PIN và APD 38 2.5 Hàn nối sợi quang 39 2.6 Hệ thống thông tin quang 41 1. Khái niệm 41 2. Cấu trúc hệ thông tin quang 42 3. Mã hoá hệ thông thông tin quang 45 2.7 Thiết kế tuyến thông tin quang 48 1.Yêu cầu 48 2.Tính toán thiết kế 49 3.Ví dụ tính toán 52 Phần II: Công nghệ truyền dẫn SDH ChươngI: Sơ lược về công nghệ truyền dẫn 55 1.1 Kỹ thuật điều chế xung mã 55 1.1.1 Cấu hình cơ bản của tuyến truyền tin PCM 55 1.1.2 Cơ sở lý thuyết PCM 56 a/ Lấy mẫu b/ Lượng tử hoá c/ Mã hoá 1.2Thuật TDM và tiêu chuẩn ghép kênh ở Việt  58 1.2.1 Khái niệm về thông tin nhiều kênh 58 1.2.2 Ghép kênh nhóm sơ cấp và tiêu chuẩn ghép kênh ở Việt  58 1.2.3 Hệ thống PCM cấp I 59 ChươngII: Công nghệ truyền dẫn SDH 61 2.1 Công nghệ ghép kênh cấp cao PDH (Pleosynchronous Digital Hierarchy) 61 2.2 Định nghĩa SDH(Synchrônous Digital Hierarchy) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2 SV: Nguyễn Hữu Anh Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến điện và sự cần thiết của nó 62 2.3 Cấu trúc khung SDH 65 1. Cấu trúc ghép cơ bản 65 2. Cấu trúc khối 67 a/ Container C b/ Container ảo c/ Cấu trúc các VC d/ Đơn vị luồng TU e/ Nhóm đơn vị luồng TU f/ Các đơn vị quản lý TU g/ Nhóm các đơn vị quản lý AUG h/ Cấu trúc khung i/ Cấu trúc khung STM-N Chương III: Mạng SDH 84 1.1 Các vùng mạch SDH 84 1.1.1 Đường dẫn 84 1.1.2 Vùng ghép kênh 84 1.1.3 Vùng lặp 84 3.2 Hai thành phần chủ yếu của mạng đồng bộ 85 3.2.1 Các hệ thống đường dây và thiết bị nối chéo bậc cao 85 a/ Các hệ thống đường dây b/ Các thiết bị nối chéo bậc cao 3.2.2 Các bộ ghép kênh truy suất và thiết bị kết nối chéo bậc thấp 85 a/ Truy suất và ghép b/ Hệ thống kết nối chéo bậc thấp 3.3 Kết nối chéo DDC 86 3.4 Mạng 87 3.5 Mạng vòng ring SDH 87 3.5.1 Vòng ring một hướng tự bảo vệ cho vùng dẫn 87 3.5.2 Mạng vòng ring hai hướng 88 3.5.3 Bảo vệ theo đường truyền 88 3.5.4 Mạng vòng tự phục hồi một hướng tự bảo vệ luồng 89 3.5.5 Mạng vòng tự phục hồi một hướng theo đoạn 89 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3 SV: Nguyễn Hữu Anh Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến điện 3.5.6 Mạng vòng tự phục hồi hai hướng theo đoạn 89 3.6 Mạng ring trong ba vùng ứng dụng của ALCATEL 90 Kết luận THUYẾT MINH ĐỒ ÁN • Đồ án của em chia làm 2 phần - Phần I: Tổng quan về hệ thông tin quang. - Phần II: Công ghệ truyền dẫn SDH. • Trong phần I gồm có 2 chương: - Chương I: Sơ lược về hệ thông thông tin quang. Ở chương này em nghiên cứu lịch sử phát thiển của hệ thông tin quang, cấu trúc hệ thống này và các ứng dụng và ưu nhược điểm của nó. - Chương II: Các thành phần của hệ thông tin quang. Chương II em nghiên cưu về lý thuyết trung về truyên dẫn + Các thông số của sợi quang bao gồm: Suy hao trong sợi quang Các nguyên nhân gây suy hao Tán sắc + Cấu trúc của sợi quang gồm lớp phủ và lớp vỏ + Các linh kiên biến đổi quang gồm có các yêu cầu kĩ thuật của linh kiện biến đổi quang, nguồn quang và tách sóng quang. + Hàn nối sợi quang: Các yêu cầu kĩ thuật của mối nối + Hệ thống thông tin quang gồm có cấu trúc hệ thống thông tin quang và mã hoá hệ thống thông tin quang. + Thiết kế tuyến thông tin: tính toán thiết kế và ví dụ để tính toán. • Phần II: gồm có 3 chương - Chương 1: Sơ lược về công nghệ truyền dẫn. Trong chương này em nghiên cứu + Kỹ thuật điều chế xung mã gồm cấu hình cơ bản của tuyến truyền tin PCM và cơ sở lý thuyết PCM + Thuật TDM và tiêu chuẩn ghép kênh ở Việt : ghép kênh nhóm sơ cấp và hệ thống PCM cấp 1. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4 SV: Nguyễn Hữu Anh Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến điện - Chương 2: Nghiên cứu công ghệ truyền dẫn SDH. Trong chương này em nghiên cứu + Công nghệ ghép kênh cấp cao PDH + Sự cần thiết của SDH + Cấu trúc khung SDH gồm cấu trúc ghép cơ bản và cấu trúc khối - Chương 3: Nghiên cứu mạng SDH Trong chương 3 em nghiên cứu + Các vùng mạnh SDH gồm đường dẫn, vùng ghép kênh và vùng lặp + Thành phần chủ yếu của mạng đồng bộ: Có hai thành phần là Hệ thống đường dây và thiết bị nối chéo bậc cao Các bộ ghép kênh truy suất và thiết bị kết nối chéo bậc thấp + Kết nối chéo DDC + Mạng + Mạng vòng ring SDH Trong mạng này gồn có 6 mạng vòng là: Vong ring một hướng tợ bảo vệ cho một vùng dẫn. Mạng vòng ring hai hướng. Bảo vệ theo đường truyền. Mạng vòng ring tự phục hồi một hướng bảo vệ theo luồng. Mạng vòng ring tự phục hồi một hướng theo đoạn. Mạng vòng ring tự phục hồi hai hướng bảo vệ theo đoạn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 5 SV: Nguyễn Hữu Anh Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến điện PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG CHƯƠNG 1: SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG. 1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin quang.  chóng ta đã biết thông tin quang học đã có từ lâu đời. Cho tới thế kỷ 18 thông tin quang học theo nghĩa rộng vẫn chỉ dừng ở mức đèn tín hiệu, Lịch sử phát triển thông tin quang học được tóm tắt bởi các mốc sau: Năm 1790 Claude Chappe- kỹ sư người Pháp đã xây dựng một hệ thống điện báo quang. Hệ thống này gồm một chuỗi các tháp với các đèn báo hiệu di động trên đó. Tốc độ thông tin được truyền với hệ thống này khoảng 15 phót cho cù ly 200km. Năm 1870 John Tyndall- nhà vật lý người Anh, đã chứng minh ánh sáng có thể truyền được theo ống nước uốn cong. Việc truyền ánh sáng trong ống nước uốn cong là sự ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần. Năm 1880 Alexander Graham Bell người Mỹ giới thiệu hệ thống điện thoại quang, trong hệ thống này, ánh sáng mang điện năng được truyền qua môi trường không khí. Nhưng vì môi trường không khí có nhiều nguồn gây nhiễu nên thực tế hệ thống này chưa được sử dụng. Năm1934 Noman R.Funch- kỹ sư người Mỹ dùng các thanh thuỷ tinh làm môi trường truyền dẫn ánh sáng trong thông tin quang. Năm 1960 Theodor H.Maiman đưa laze vào hoạt động và đã thành công. Năm 1962 laze bán dẫn và photodiode bán dẫn hoàn thiện. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 6 SV: Nguyễn Hữu Anh Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến điện Năm1966 Charles H. KaoVà George A. Hockhan người Anh dùng sợi thuỷ tinh để truyền dẫn ánh sánh. Sợi thuỷ tinh được chế tạo lúc này có sự suy hao quá lớn( δ ≅ 1000dB/km). Năm 1970 hãng Corning Glass Works chế tạo thành công sợi quangcó chiết suất bậc với suy hao nhỏ hơn 20dB/km. Năm 1983 sợi quang đơn mốt được sản suất tại Mỹ. Ngày nay sợi quang đơn mốt được sử dụng rộng rãi. Độ suy hao của loại sợi này chỉ còn khoảng 0.2dB/km ở bước sóng 1550nm. 1.2 Cấu trúc của hệ thông tin quang. Trặm lặp trên đường truyền Tín hiệu ra Biến đổi Biến đổi Sơ đồ tuyến truyền quang dẫn - Theo sơ đồ hệ thống ta có: + Nguồn tín hiệu ban đầu: Tiếng nói, Fax, Camera + Phần tử điện xử lý nguồn tin tạo ra tín hiệu đưa vào hệ thống. + Bộ biến đổi E/O có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang với các mức tín hiệu đệm được biến đổi thành cường độ quang, các tín hiệu điện “0” và “1” được biến đổi ra ánh sáng tương ứng dạng “không” và “có”. Sau đó tín hiệu quang được đưa vào sợi quang truyền đi. Bộ biến đổi điện quang thực chất là các linh kiện phát quang :LED, laserđioe. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 7 SV: Nguyễn Hữu Anh               Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến điện + Trạm lắp: Khi truyền dẫn trên tuyến truyền dẫn, công suất bị giảm đi, dạng sóng (độ rông xung) bị dãn ra do nhiều nguyên nhân khác nhau. Vì vậy để truyền được tín hiệu đi xa cần có trạm lặp. Trặm lặp này có nhiệm vụ khôi phục lại nguyên dang tín hiệu của nguồn phát và khuếch đại tín hiệu. Sau đó đưa vào tuyến truyền dẫn tiếp theo. Khi khoảng cách truyền dẫn lớn (cự ly tuyến thông tin lớn) thì cần thiết có tr ặm lặp. Tín hiệu Tín hiệu KĐ Cáp quang Cáp quang Sơ đồ khối trặm lặp 1.3. ứng dụng và ưu nhược điểm của hệ thống thông tin quang. • Những ứng dụng của sợi quang. - Sợi quang được ứng dụng trong thông tin và một số mục đích khác. - Vị trí Sợi quang trong mạng thông tin hiện nay. + Mạng đường trục xuyên quốc gia. + Đường trung kế. + Đường cáp thả biển xuyên lục địa ( Xuyên Quốc Gia). + Đường số liệu. + Mạng truyền hình. • Ưu điểm - Suy hao truyền dẫn rất nhỏ so với truyền thông tin qua đây kim loại nên số trặm lặp giảm. - Sợi quang được chế tạo từ nguyên liệu chính là thạch anh hay nhựa tổng hợp nên nguồn nguyên liệ rất rồi dào và rẻ tiền dẫn đến giảm được giá thành. - Sợi quang có đường kính nhỏ, trọng lượng nhẹ. - Sợi quang có tính bảo mật trong thông tin cao, không chịu ảnh hưởng nhiễu điện từ trường bên ngoài. - Tính cách điện cao, không gây chập cháy. - Dễ lắp đặt, bảo dưỡng, uốn cong. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 8 SV: Nguyễn Hữu Anh           Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến điện - Dùng hệ thống thông tin cáp sợi quang kinh tế hơn nhiều so với cáp kim loại có cùng dung lượng và cự ly. • Nhược điểm. - Do cấu trúc sợi quang nhỏ nên thiết bị quang phải tương thích. - Kĩ thuật hàn nối khó khăn, yêu cầu độ chính xác cao. - Thiết bị tốn kém. Nhờ có những ưu nhược điểm trên nên sợi quang đã và đang được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực thông tin và các mục đích khác. Chương II. Các thành phần của hệ thống thông tin quang 2.1 Lý thuyết chung về quang dẫn. 2.1.1 Cơ sở quang học. Sự truyền ánh sáng trên sợi dẫn quang là hiện tượng phản xạ ánh sáng, ánh sáng dùng trong thông tin quang nằm ở vùng cận hồng ngoại với bước sóng từ (800 – 1600)nm. Đặc biệt có ba bước sóng thông dụng là: 850nm, 1300nm, 1550nm. - Vận tốc ánh sáng: C=V.λ. Trong đó: V là tần số ánh sáng C là vận tốc ánh sáng. λ là vận tốc ánh sáng - Triết suất của môi trường: n=C/V Trong đó: n là triết suất của môi trường V là tần số ánh sáng C là vận tốc ánh sáng trong chân không Vì V<C nên n>1 - Sự phản xạ toàn phần. Định luật Snell: n 1 Sinα =n 2 Sinβ. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 9 SV: Nguyễn Hữu Anh            !"#$%&% Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến điện Ta có quan hệ giữa tia phản xạ với tia khúc xạ và tia tới. • Góc phản xạ bằng góc tới. α=α’ *Góc khúc xạ được xác định theo định luật Snell. n 1 Sinα =n 2 Sinβ. Trong đó: n 1 : chiết suất môi trường 1 n 2 : chiết suất môi trường 2 Khi n 1 >n 2 thì α > β nếu tăng α thì β cũng tăng theo và β luôn lớn hơn α khi β = 90 tức là song với mặt tiép giáp, thì α được gọi là góc tới hạn α T . Nếu tiếp tục tăng cao cho α>α T thì không còn tia khúc xạ mà chỉ còn tia phản xạ hiện tượng này gọi là hiện tượng phản xạ toàn phần. Dựa vào định luật Snell ta có thể tính được góc tới hạn α T : Sinα T = 1 2 n n hay α T =artsin 1 2 n n 2.1.2. Sự truyền ánh sáng trong sợi quang dẫn Giả sử một tia sáng do một nguồn bên ngoài xâm nhập vào mặt cắt ngang của sợi quang để làm truyền. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 10 SV: Nguyễn Hữu Anh  '(&)*      [...]... t l vi dũng chy ca nú - Linh kin bin i tớn hu quang thnh tớn hu in gi l linh kin thu quang nú to ra dũng in cú cng t l vi cụng sut quang chiu vo nú Cht lng cỏc linh kin ny vo cht lng ca si quang quyt nh cht lng, c ly ca tuyn truyn dn quang 2.4.2 Yờu cu k thut ca linh kin bin i quang a i vi ngun quang Ngun quan l nhng thit b thc hin vic bin i tớn hu in quang ri phỏt ra tớn hu vo ng truyn N TT NGHIP... nhng bc nhiu si quang thay vỡ mt si S si trong bng cú th n 12, b rng ca mi bng tu thuc vo s si trong bng Nhc im: Cú nhc im ging nh cu trỳc m khớt, tc l si quang chu nh hng trc tip khi cỏp b kộo cng Băng 4 Băng 8 Cu trỳc bng dt 2.4 Cỏc linh kin bin i quan 2.4.1 Khỏi nim chung v bin i quang Linh kin bin i quang c t 2 u si quang - Linh kin bin i t tớn hu in sang tớn hu quang, c gi l ngun quang linh kin... trong si quang cụng sut ỏnh sỏng b gim dn theo cự ly viquy lut hm m tng t nh tớnhiu in Biu thc tng quỏt ca hm m truyn cụng sut cú dng P(L) = P(1).10 Trong ú: P(L): cụng sut c ly tớnh t u si P(1): cụng sut u si (L=0) : h s suy hao P1=P(1) P2=P(L) Z L Công suất truyền trên sợi quang - Suy hao ca si quang c tớnh theo cụng thc P A = log P 1 (dB) vi P2 max s b khỳc quang khụng th truyn i c xa 2.1.3 Cỏc dng phõn b trit sut trong si quang Si quang cú cu trỳc chung bao gm mt lừi bng thu tinh cú trit sut ln hn v mt lp v cng bng thu tinh cú trit sut ln hn Trit sut ca lp v khụng i cũn trit sut ca lừi núi chung thay i theo bỏn kớnh (khong... ln Vùng dẫn điện Khe năng lượng 0 Vùng hoá trị 27 N TT NGHIP Hấp thụ hv hv hv Phát xạ tự phát 0 SV: Nguyn Hu Anh Phát xạ kích thích Trng Hc Vin K Thut Quõn S in khoa Vụ tuyn 2.4.3 Ngun quang a Nguyờn lý chung Cú 2 loi c dựng lm ngun quang - Diode phỏt quang LED (lLight Emitting Diode) - Diode laser hay LD C hai linh kin u phỏt trin t Diode bỏn dn ca loi P v N Cỏc c tớnh k thut ca ngun quang phn... nng lng ỏnh sỏng Cỏc tp cht kim loi trong si quang hp th ỏnh sỏng thng gp l Cu, Fe, Mn, Cr, Ni - Mc hp th ỏnh sỏng nhiu hay ít ph thuc loi tp cht, lng tp cht v bc súng ỏnh sỏng truyn trong si quang cú c si quang cú suy hao di 1dB/km cn phi cú thu tinh tht tinh khit vi nng tp cht khụng quỏ mt phn t (10-9) - S hp th Ion OH: Do cỏc Ion cũn li trong si quang sau khi ch to ó hp th ỏnh sỏng Mc hp th... 1 g=1 g=2 r b a a b Các dạng phân bố triết suất - Si quang cú trit sut nhy bc õy l si quang cú cu to n gin nht vi trit sut ca lừi v lp v khỏc nhau mt cỏch rừ rt nh hỡnh bc thang Cỏc tia sỏng t ngun quang phũng co u si vi gúc ti khỏc nhau s truyn theo cỏc ng khỏc nhau b a n 0 2 n a 1 b N TT NGHIP 12 SV: Nguyn Hu Anh Sự truyền ánh sáng trong sợi quang có triết suất nhẩy bậc (SI) Trng Hc Vin K Thut Quõn . đầu Phần I: Tổng quan về hệ thống thông tin quang Chương I: Sơ lược về hệ thống thông tin quang 6 1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin quang 6 1.2 Cấu trúc của hệ thống thông tin quang 7 1.3. PIN và APD 38 2.5 Hàn nối sợi quang 39 2.6 Hệ thống thông tin quang 41 1. Khái niệm 41 2. Cấu trúc hệ thông tin quang 42 3. Mã hoá hệ thông thông tin quang 45 2.7 Thiết kế tuyến thông tin quang. đổi quang, nguồn quang và tách sóng quang. + Hàn nối sợi quang: Các yêu cầu kĩ thuật của mối nối + Hệ thống thông tin quang gồm có cấu trúc hệ thống thông tin quang và mã hoá hệ thống thông tin