Đặc trưng cơ bản của truyền dẫn
Năng lực truyền dẫn của một hệ thống truyền dẫn tín hiệu nhất là tín hiệu truyền dẫn số (Digital) được đánh giá theo nhiều chỉ tiêu khác nhau Một chỉ tiêu cơ bản là độ rộng băng tần và bên cạnh đó là thời gian xác lập hệ thống.
Theo quan điểm lý thuyết của hệ thống tuyến tính thì một hệ thống truyền dẫn có thể được coi như một bộ lọc thấp với ba đại lượng đặc trưng cơ bản là:
- Thời gian xác lập của hệ thống
- Độ rộng băng tần công tác Để định nghĩa xác định độ rộng băng và thời gian xác lập của một hệ thống cần có ba đại lượng sau:
+ Hàm truyền H(f) của một bộ lọc thấp và hàm truyền đạt chuẩn hoá: H*(f) = H H ( f ( f ) 0 )
+ Đáp ứng xung H *(t) trong mức thời gian tương ứng với hàm truyền đạt H(t) qua phép biến đổi Fourier
+ Đáp ứng kích thước S*(t) hay còn gọi là đáp ứng bước nhảy, theo kích thước vào là xung Di – rắc (xung hẹp)
Ba đại lượng này được thể hiện trên đồ thị như Đại lượng đặc trưng cơ bản của hàm truyền đạt H*(f) là độ rộng băng tần truyền dẫn của đáp ứng xung h*(t) là độ rộng đáp ứng Ät tính giá trị 0,5 còn đáp ứng kích thích S*(t) là thời gian quá độ ∆t thực chất Ät của cả H*(t) và S*(t) chính là thời gian xác lập hệ thống.
1 Đối với hệ thống truyền dẫn sợi quang để truyền đưa tín hiệu băng gốc có hàm truyền đạt H*(f) người ta định nghĩa một tần số b , ở đó giá trị của hàm H*(t) sụt xuống còn một nửa giá trị cuả nó tại tần số băng không.
Tần số b được coi là tần số giới hạn truyền dẫn và tính từ tần số gốc f = 0 thì người ta định nghĩa b là độ rộng băng truyền dẫn của hệ thống mức nửa công suất.
Cấu trúc của hệ thống thông tin quang
Nguồn tin là tín hiệu điện từ các thiết bị như máy điện thoại, số hiệu và fax tín hiệu Av, băng,đĩa từ đưa đến được biến đổi sang tín hiệu quang ,qua bộ biến đổi điện quang các mức tín hiệu được biến đổi thành tín hiệu quang ở các mức năng lượng quang khác nhau cường độ quang, các tín hiệu được biểu thị dưới dạng số thị phân (0.1….) được biến đổi ra ánh sáng và sau đó được gửi vào cáp quang trong quá trình truyền trên sợi quang, mức năng lượng hay (công suất) quang đã bị giảm tỷ lệ theo quãng đường truyền dạng sóng bị giãn
Nguồn phát quang Bọ chia quang
Thu quang Thu quang Trạm lặp
Mối hàn quang ra sau đó tới bộ biến đổi quang điện tại đầu kia của đầu quang Tại đây phía đầu nhận lại có quá trình phục hồi lại tín hiệu quang ban đầu tránh sự sai lệch thông tin ban đầu Tại bộ biến đổi quang điện tín hiệu quang thu được biến đổi thành tín hiệu điện, khôi phục lại nguyên dạng tín hiệu của máy điện thoại, fax đã gửi đi ban đầu tín hiệu truyền trên sợi quang cũng không phải là lý tưởng mà nó cũng bị giới hạn của vật liệu và công nghệ tạo nên tín hiệu khi đi trong sợi quang cũng chỉ đi ở một khoảng cách nhất định, tín hiệu bị suy hao Để khắc phục suy hao đường truyền này ta dùng giải pháp khắc phục là dùng chặn mặt ( thiết bị khôi phục dạng tín hiệu quang ban dầu).
Khi khoảng cách truyền dẫn lớn cần thiết phải có các trạm lặp Các trạm lặp này biến đổi tín quang thu được thành tín hiệu điện được khuếch đại Tín hiệu đã được khuếch đại một lần nữa được biến đổi thành tín hiệu quang để tiếp tục gửi vào sợi cáp quang.
Bộ biến đổi điền quang E\O để thực hiện việc điều biến tín hiệu điện vào cường độ bức xạ quang để cho phát đi, cũng như trong thông tin điện thoại với nhiều phương thức điều biến khác nhau, trong thông tin quang cũng có nhiều phương pháp điều biến tín hiệu điện vào bức xạ quang Các hệ thống hiện nay đang làm việc theo nguyên lý điều biến trực tiếp cường độ ánh sáng
Bộ biến đổi quang điệnO/E là bộ thu quang nó tiếp nhận ánh sáng từ sợi quang thu vào và biến đổi trở lại thành tín hiệu điện như tín hiệu phát đi. Sợi quang để truyền dẫn ánh sáng của nguồn bức xạ E\O đã điều biến có vai trò như kênh truyền dẫn.
Cũng như ở hệ thống điện tín hiệu truyền đưa trên đường truyền bị tiêu hao, nên sau một khoảng cách nhất định phải có trạm lặp để phục hồi lại tín hiệu điện Tại các trạm lặp muốn khôi phục lại tín hiệu điện phải thực hiện qua các bứơc sau:
- Chuyển đổi từ tín hiệu quang sang tín hiệu điện
- Sửa đổi dạng tín hiệu đã bị méo, hoặc tái sinh
- Chuyển đổi tín hiệu đã được khuếch đại hoặc tái sinh thành tín hiệu quang để tiếp tục phát đi
Chỉ tiêu chất lượng hệ thống truyền dẫn
Hệ thống truyền dẫn quang chủ yếu là để truyền dẫn tín hiệu Digital. Mục đích của truyền dẫn là tín hiệu phát đi phải được lấy lại ở đầu thu với độ chính xác cao Để đánh giá chất lượng truyền dẫn trong hệ thống analog người ta sử dụng đại lượng tỉ số tín hiệu trên nhiễu (S/N) còn trong hệ thống truyền dẫn số thì sử dụng đại lượng tỷ lệ lỗi bit (BER) được định nghĩa là số bit tín hiệu thu sai trên tổng số tín hiệu phát đi Hai đại lượng này có thể truyền dẫn lẫn nhau được và đều có thể được xác định thông qua công suất tín hiệu và công suất tạp âm tương đương tại đầu vào và đầu ra tại máy thu.
Khi truyền tín hiệu nhị phân thì tỷ lệ lỗi bit (BER) của các hệ thống truyền dẫn phải đạt giá trị từ 10 -9 → 10 -11 đối với mạng nội bộ (LAN) phải đòi hỏi độ chính xác cao hơn.
BER đặc trưng cho chất lượng truyền dẫn của hệ thống nó thể hiện mối liên hệ giữa công suất tín hiệu thu và công suất tạp âm Công suất tín hiệu thu và công suất chủ yếu phụ thuộc vào nguồn phát.
Trong tạp âm tương đương ở đầu máy thu gồm tạp âm của nguồn phát,tạp âm truyền dẫn phụ thuộc dạng tín hiệu, tạp âm nội bộ máy thu Tạp âm có bản chất là quá trình ngẫu nhiên không theo một quy luật nào cả nên không thể biết được phổ biên độ hoặc phổ công suất mà chỉ có thể nói đến mật độ phổ công suất trung bình.
Những ưu điểm của truyền dẫn quang
Hệ thống thông tin quang do sử dụng các linh kiện quang có một số ưu điểm so với các hệ thống sử dụng cáp đồng cổ điển do sử dụng các đặc tính của sợi quang, linh kiện thu quang , phát quang, sợi quang.
- Suy hao thấp: Suy hao của cáp quang thấp hơn so với cáp dùng bằng kim loại như cáp song hành, kim loại hoặc cáp đồng trục.
- Độ rộng thông băng lớn : 3.10 11 → 3.10 15 Hz Vì vậy cáp sợi quang có thể truyền dẫn tín hiệu số tốc độ cao.
- Đường kính nhỏ trọng lượng nhẹ: Cáp sợi quang nhỏ về kích thước , nhẹ về trọng lượng so với cáp đồng Một sợi cáp quang có cùng đường kính với cáp kim loại có thể chứa một số lượng lớn lõi sợi tăng dung lượng,tăng số đường truyền trên cùng tuyến, trên cùng tuyến có thể cho nhiều thông tin cùng xủ dụng Thi công dễ dàng thời gian ngắn làm giảm thời gian thi công Các đặc điểm này có ưu điểm rất lớn khi lắp đặt cáp.
- Đặc tính cách điện: Vì sợi quang làm bằng vật liệu phi dẫn điện nên tín hiệu truyền trong sợi quang không bị ảnh hưởng của điện từ trường ngoài nên có thể sử dụng ở những nơi có điện từ trường mạnh như trong các nhà máy và có thể cho cáp quang đi cùng với các đường tải điện mà không cần che chắn ảnh hưởng điện từ.
- Tiết kiệm tài nguyên: Thạch anh là nguyên liệu chính để sản xuất sợi quang, so với kim loại nguồn nguyên liệu này dồi dào hơn Hơn nữa một số lượng nhỏ nguyên liệu có thể sản xuất được một đoạn cáp dài.
Các linh kiện thu phát có những ưu điểm sau:
- Có khả năng điều chế tốc độ cao nên sử dụng trong truyền dẫn tín hiệu tốc độ cao và băng rộng.
- Kích thước nhỏ , hiệu suất biến đổi quang điện cao.
- Cho phép suy hao giữa máy phát và máy thu lớn vì các linh kiện có khả năng phát xạ công suất quang lớn và độ nhạy máy thu cao vẫn đảm bảo chất lượng truyền dẫn.
- Thông tin quang cũng cho phép truyền dẫn các tín hiệu có bước sóng khác nhau (ghép tần số) Đặc tính này cùng với khả năng truyền dẫn băng rộng của sợi quang sẵn có làm cho dung lượng truyền dẫn của tuyến trở nên rất lớn.
- Đường kính nhỏ , trọng lượng bé của sợi quang làm giảm khoảng b Nhược điểm.
Hàn, nối sợi khó khăn hơn cáp kim loại.
Khi có nước, hơi ẩm lọt vào cáp thì cáp sẽ nhanh chống bị hỏng và các mối hàn mau lão hoá làm tăng tổn hao.
Do sợi có kích thước nhỏ nên hiệu suất của nguồn quang thấp.
Vì đặc tính bức xạ không tuyến tính của laze diode nên hạn chế truyền analog.
Không thể truyền mã lưỡng cực. c Ứng dụng.
Nhờ những ưu điểm trên mà sợi quang được ứng dụng trong các mạng lưới điện thoại, số liệu, máy tính và phát thanh, truyền hình ( dịch vụ băng rộng) và sẽ được sử dụng trong ISDN ( là mạng kết hợp giữa kỹ thuật chuyển mạch kênh với kỹ thuật chuyển mạch gói), trong điện lực các ứng dụng y tế quận sự và cũng như trong các thiết bị đo.
CÁC ĐẶC ĐIỂM VÀ NGUYÊN LÝ TRUYỀN DẪN ÁNH SÁNG
Các đặc điểm của ánh sáng
Hệ thống thông tin quang xử dụng ánh sáng làm môi trường truyền dẫn tín hiệu.Trong phần này các đặc tính của ánh sáng là quan trọng nhất vì nó rất cần thiết để hiểu được sự lan truyền của ánh sáng trong sợi quang và nguyên lý dao động của laser.
Ba đặc điểm của ánh sáng: Ánh sáng truyền thẳng trong môi trường có chiết xuất tinh khiết đồng nhất, bị phản xạ hoặc khúc xạ tại biên ngăn cách giữa hai môi trường có chiết suất khúc xạ khác nhau
Một đặc điểm quan trọng khác của ánh sáng là vận tốc lan truyền thay đổi theo chiết xuất khúc xạ của môi trường mà ánh sáng lan truyền qua Trong môi trường có chiết xuất là n thì vận tốc ánh sáng là c/n ,trong môi trường không khí thì chiết xuất khúc xạ quy ước xấp xỉ bằng 1 Các định luật về ba đặc tính cơ bản của ánh sáng có thể giải thích được bằng hiện tượng thực tế về vận tốc ánh sáng là một nguyên lý truyền ánh sáng theo đường thẳng có thời gian ngắn nhất khi so sánh với rất nhiều đường truyền khác nối giữa hai điểm (nguyên lý Ferma).
2.Nguyên lí truyền dẫn ánh sáng trong thông tin quang
Sợi quang là một môi trường truyền thông đặc biệt so với các môi trường khác như cáp đồng hay không gian tự do Một sợi quang cho suy hao tín hiệu thấp trên một phạm vi tần số lớn, đặc tính này cho phép tín hiệu được truyền qua các khoảng cách xa ở tốc độ cao trước khi cần khuếch đại hoặc tái lặp lại. Một số sợi quan gồm có một lõi hình trụ được bao quanh bởi lớp vỏ Cả phần lõi và phần vỏ được làm chủ yêu từ silica (SiO2), có chỉ số khúc xạ (chiết xuất) xấp xỉ 1.45 chỉ số khúc xạ của vật liệu là tỷ số vận tốc ánh sáng trong chân không so với độ ánh sáng trong vật liệu đó.: n: chiết suất của môi trường không có đơn vị. c: vận tốc ánh sáng trong chân không đơn vị m/s. v : vận tốc ánh sáng trong môi trường đơn vị m/s. vì > v nên n > 1.
Trong quá trình sản xuất sợi ,một số tạp chất nào đó được đưa vào trong lõi hoặc vỏ để đo chỉ số khúc xạ lõi lớn hơn một tý so với vỏ Các nguyên liệu như Germani hoặc photpho làm tăng chiết suất silica và được dùng để thêm vào phần lõi của sợi quang, trong khi chất Bo hay Flo làm giảm triết suất của Silica nên được dùng tạp chất cho lớp vỏ. Ánh sáng có thể được xem như một chùm tia truyền theo những đường thẳng trong môi trường bị phản xạ hoặc khúc xạ ở bề mặt giữa hai vật liệu khác nhau Một tia sáng từ môi trường 1 đến mặt phân cách của môi trường 2 , góc tới giữa là góc giữa tia tới và pháp tuyến với bề mặt chung của hai môi trường được biêu thị bằng tới 1 phần năng lượng bị phản xạ vào môi trường c n = v
Theo định luật Snell : n1 sin 1r = n2 sin 2
Khi góc tới 1 tăng lên thì góc khúc xạ 2 cung tăng theo Nếu 2 = 90 0 thì sin
1 = n2 /n1 lúc này góc 1 được gọi là góc giới hạn có giá trị 0 = sin -1 (n2 / n1) với n2 < n1 với giá trị 1 > 0 sẽ không có tia khúc xạ và tất cả năng lượng từ tia tới được phản xạ hết hiện tượng này gọi là hiện tượng phản xạ toàn phần.
Hình 1.3 sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng. Điều kiện xảy ra phản xạ toàn phần.
- Các tia sáng phải đi từ môi trường có chiết suất lớn hơn sang môi trường có chiết suất nhỏ hơn.
- Góc tới của tia sáng phải lớn hơn góc tia giới hạn. ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần , sợi quang được chế tạo gồm một lõi bằng thủy tinh có chiết suất n1 và một lớp bọc bằng thủy tinh có chiết suất n2 ,ánh sáng truyền trong lõi sợi quang sẽ phản xạ nhiều lần( phản xạ toàn phần) trên mặt tiếp giáp giữa lõi và lớp vỏ bọc do đó ánh sáng có thể được truyền trong sợi có cự ly dài ngày cả khi sợi bị quấn cong với một độ cong có giới hạn.
Tia phản xạ Tia tới
TRUYỀN DẪN QUANG
KHÁI NIỆM TRUYỀN SỢI QUANG
Sợi quang là những sợi dây nhỏ và dẻo để truyền ánh sáng nhìn thấy được và các tia hồng ngoại nó bao gồm hai chất điện môi trong suốt có chiết xuất khác nhau phần cho ánh sáng truyền đi trong nó gọi là lõi sợi phần còn lại lớp vỏ bao quanh.
CẤU TẠO SỢI QUANG
1 Cấu tạo cáp sợi quang
Sợi có cấu tạo như sau gồm 1 lõi dẫn quang đặc có chiết suất n1, bán kính a đường kính dk và l lớp cũng là vật liệu dẫn quang ( cho ánh sáng đi qua ) bao xung quanh có chiết suất n2 n2 của vỏ nên tại mặt phân cách vỏ – ruột chiết xuất có bước nhảy.
+ Sợi quang có chiết xuất biến đổi (GI): Trong sợi quang loại GI chiết xuất khúc xạ của ruột đạt giá trị lớn nhất tại tâm ruột và giảm dần cho tới mặt phân cách vỏ – ruột thì bằng giá trị n1 của vỏ Vì tốc độ lan truyền tỷ lệ nghịch với chiết xuất phản xạ nên thời gian ánh sáng lan truyền qua một khoảng cách nhất định có thể lan truyền bằng thời gian lan truyền của ánh sáng trên cùng một khoảng cách do có sự phụ thuộc vào phân bố chiết xuất Dạng phân bố chiết xuất khúc xạ tối ưu cho ta độ lệch thời gian lan truyền khác nhau có dạng gần như parabol.
Thông thường sợi quang được chia thành các loại chủ yếu sau:Sợi đa mode chiết xuất bậc SI – MM;Sợi đa mode chiết xuất biến đổi GI – MM;Sợi đơn mode SI – MM n2 n1 n2 n2 n2 n1 n n2 n2 n1 n2 r r n2 r n2 n2 n1
Sợi đa mode chiết xuất bậc SI - MM
Sợi đa mode chiết xuất biến đổi GI -
Sợi đơn mode SI - SM
SỰ LAN TRUYỀN ÁNH SÁNG TRONG SỢI QUANG
1 Quá trình đưa ánh sáng vào sợi quang Ánh sáng phát ra từ nguồn phát quang không phải là ánh sáng tập trung,cùng đi hướng bị khuếch tán do nhiễu xạ Muốn đưa ánh sáng vào lõi sợi quang cần phải tập trung ánh sáng Tuy nhiên không phải tất cả ánh sáng được tập trung đều có thể đưa vào sợi mà chỉ có một phần góc tới nằm trong một giới hạn nhất định mới có thể đưa được vào lõi sợi quang.
1: ánh sáng lan truyền vào vỏ
2: ánh sáng đi là là mặt phân cách vỏ và lõi.
3: ánh sáng lan truyền trong lõi ở đây ta lấy điểm đưa ánh sáng vào sợi quang được chia làm ba môi trường liền nhau có chiết khúc xạ khác nhau Môi trường không khí ,môi trường có chiết xuất n1 và môi trường vỏ có chiết xuất n2 Ta có thể áp dụng luật khúc xạ các biên tiếp giáp giữa không khí và lõi , giữa lõi và vỏ Góc mà có tia sáng lan truyền trong lõi lớn nhất là ốmax là góc mở đối với tia tới số 2 có góc tới bằng góc tới hạn
Sinốmax được gọi là khẩu độ số (NA) nó cho ta biết điều kiện đưa ánh sáng vào sợi quang Đây là thông số cơ bản tác động đến hiệu suất ghép nối giữa nguồn sáng và sợi quang.
Nếu biết được đường kính lõi và khẩu độ số (NA) của sợi quang thì xác định được lượng ánh sáng vaò lõi sợi Đường kính lõi sợi càng lớn và NA càng lớn sẽ cho hiệu suất ghép nối cao
NA Lớn Đường kính lõi lớn Đường kính lõi nhỏ
2 Sự lan truyền ánh sáng trong sợi đa mode
Dựa vào số mode( số tia sáng ) lan truyền thì sợi quang được phân thành hai loại sợi quang đa mode và sợi quang đơn mode.
Dựa vào thay đổi chiết xuất của lõi và vỏ sợi quang được phân thành sợi quang có chiết xuất biến đổi đều và sợi quang có chiết xuất bậc SI.
Sự lan truyền ánh sáng trong sợi đa mode là có đường kính dk lớn hơn bước sóng công tác (dk > ). a, Trong sợi SI
Chiết xuất của vỏ n2 nhỏ hơn chiết xuất của ruột n1 khoảng 1%.
Bỏ vỏ trục lợi ta thấy các tia sáng lan truyền trong một mặt phẳng lõi sợi dưới dạng hình chữ chi như sau chùm sáng
Chùm ánh sáng đi vào lõi sợi là vô số các tia với các góc khác nhau. Trong sợi có một tia chạy song song với trục quang và nhiều tia khác tạo với trục quang một góc A Khi tới mặt phân cách vỏ – ruột các tia này tạo với pháp tuyến của mặt phân cách một góc tới T thoả mãn điều kiện. Để các tia này lan truyền được trong lõi từ đầu đến cuối thì các tia này phải thoả mãn điều kiện phản xạ toàn phần tại bề mặt phân cách giữa lõi và vỏ ( góc tới hạn để có phản xạ toàn phần.).
Các tia muốn được lan truyền có góc tới ’T > T
Các tia sáng được lan truyền trong lõi sợi từ đầu đến cuối sợi dưới dạng chữ chi ở các loại sợi SI dùng thuỷ tinh hoặc thạch anh.
Giá trị của nằm trong phạm vi từ 0,01 đến 0,03A do vậy góc nghiêng lớn nhất A max = 8 0 – 14 0 mặt khác A là góc khúc xạ của tia khi đi từ không khí qua tiết diện mặt cắt vào trong ruột sợi Góc A max = 8 0 đến 14 0 Mặt khác A là góc khúc xạ của tia khi đi từ không khí qua tiết diện mặt cắt vào trong ruột sợi Góc A max là góc khúc xạ lớn nhất cho phép thoả mãn dữ liệu phản xạ toàn phần tại mặt phân cách vỏ ruột Tương ứng với A max có góc tới lớn nhất cho phép là max đây là góc hợp bởi tù chùm tia sáng qua không khí đi đến mặt cắt sợi và pháp tuyến mặt cắt trùng với trục quay của sợi.
Các tia sáng nằm trong giới hạn một hình nón các tia với nửa góc mở
max thì sẽ được truyền trong lõi sợi.
Một đặc điểm quan trọng của sợi quang đa mode chiết xuất là gây ra hiện tượng tán xạ mode lớn Như trên đã nói trong sợi đa mode có nhiều tia sáng chạy trong lõi dưới dạng hình chữ chi Mỗi một tia sáng có một lộ trình riêng dẫn đến các tia sáng có quãng đường đi là khác nhau mà trong một ruột sợi có chiết xuất n1 = const nên vận tốc lan truyền của các tia là như nhau. Cho nên từng tia sáng thành phần có thời gian lan truyền tới cuối sợi khác nhau, gây ra hiện tượng tán xạ mode.
Tia chạy song song với trục sợi có đoạn đường ngắn nhất nên hết thời gian ít nhất, còn tia đạt đến giới hạn phản xạ toàn phần thì đạt tới giới hạn dài nhất.
Do độ lệch thời gian giữa các tia thành phần tỷ lệ thuận với độ mở NA vì vậy đối với sợi SI có góc mở lớn thì có độ lệch và thời gian lớn, nên cần chọn
NA càng nhỏ càng tốt. b, Trong sợi GI
Một đặc điểm của sợi quang GI là các tia sáng lan truyền trong lõi sợi trong khi vừa phản xạ vừa khúc xạ chiết xuất của lõi giảm dần từ tâm lõi đến vỏ nên các tia sáng lan truyền trong lõi có dạng hình sin.
Một đặc điểm nữa là chiết xuất trong ruột tăng theo bán kính dẫn đến vận tốc truyền ánh sáng trong ruột không phải là một hằng số mà là một hàm số biến thiên theo bán kính r.
Vận tốc lan truyền tỷ lệ nghịch với chiết xuất của lõi vì vậy những tia sáng nào đi càng gần tâm lõi thì vận tốc lan truyền càng nhỏ và ngược lại những tia sáng đi càng xa tâm lõi thì quãng đường đi sẽ ngắn hơn các tia sáng đi xa tâm lõi với đặc điểm này thì các tia sáng có thời gian truyền dẫn tương đối đồng đều, sợi quang dạng này giảm được hiện tượng tán xạ mode.
3 Sự lan truyền ánh sáng trong sợi đơn mode
Số mode lan truyền trong lõi sợi phụ thuộc vào tỷ số của đường kính sợi và bước sóng công tác.
Khi giảm số tích đường kính nhân với đội mở AN = n 2 1 – n 2 2 hoặc bước sóng thì sẽ giảm được phải nhỏ hơn một giá trị giới hạn trong đó sợi có chiết xuất giảm dần n 2 n 2 n 1
Nếu có = 1,3 và a = 5 thì NA < 0,1 tức là để có chế độ đơn mode thì cần chọn độ lệch chiết xuất tương đối nhỏ hơn chế độ đa mode Đường kính của sợi đơn mode nhỏ hơn đường kính của sợi đa mode Nhưng đặc tính hai không còn đảm bảo các mode không còn độc lập với nhau mà giữa chúng có sự trao đổi năng lượng gọi là sự trộn mode Hiện tượng này đôi khi có lợi , chẳng hạn như khi truyền dẫn trên sợi đa mode sau một cự ly khá dài thì một số mode mất đi cho nên giảm bớt ảnh hưởng của tán xạ đa mode
4 So sánh ưu điểm của sợi đơn mode và sợi đa mode
NHỮNG ĐẶC ĐIỂM VÀ YÊU CẦU CỦA CÁC MODE TRONG SỢI QUANG
Các mode lan truyền có những đặc tính sau:
- Mỗi mode có sự phân bố cường độ điện từ trường đặc trưng riêng trên mặt cắt ngang của sợi và không đổi dọc theo trục của sợi trong khi lan truyền.
- Các mode hoàn toàn độc lập với nhau
- Mỗi mode có tốc độ lan truyền riêng
- Mỗi mode chỉ tồn tại trong bước sóng xác định của nguồn sáng Thực tế phải tồn tại trong một bước sóng thứ ở g sao cho các bước sóng của các mode đều phải tuân theo điều kiện < g.
Trong sợi quang có những chỗ không đồng nhất gây nên sự thay đổi chiết xuất n1 của ruột sợi thì có ảnh hưởng tới sự lan truyền của sóng ánh sáng Để đặc trưng cho sợi đơn mode người ta định nghĩa đường kính trường mode d, tính tại mức phân bố tương đối của trường là khi bước sóng công tác tăng thì năng lượng của trường phân tán mode cũng tăng lên.
Mode trong sợi quang đơn mode :
Sợi quang đơn mode có vùng bước sóng truyền dẫn đơn mode song cũng có vùng bước sóng truyền dẫn đa mode. Đối với sợi quang đa mode việc tính toán của các mode rất phức tạp phải dựa trên cơ sở giải các phương trình sóng có thể coi gần như sau:
- Vì đường kính của ruột sợi dk và độ lệch chiết xuất tương đối rất nhỏ nên coi rằng hai mode hỗn hợp điện và từ có tốc độ lan truyền như nhau, nên cũng được gộp thành các mode phân cực tuyến tính LP Mỗi mode LP được đặc trưng qua hướng phản cực và qua sự phân bố của cường độ trường trên mặt cắt ngang của sợi.
- Coi rằng các mode LP có cùng độ lan truyền Do vậy gộp các mode thành một nhóm mode, Đặc trưng bằng số lượng mode M.
- Khi có số mode M quá lớn, không cần tìm hiểu câú trúc và sự phân bố mode, việc tính toán có thể dựa trên một hàm số liên tục , chẳng hạn vận tốc mode là vận tốc lan truyền chung cho các mode:
Mục đích của tính toán mode trong sợi đa mode là để xác định tán xạ mode một cách chính xác, để tối ưu sự biến thiên của đường bao chiết xuất theo một mặt cắt ngang hoặc để xem xét hiện tượng ghép mode và ảnh hưởng phụ tới tiêu hao của sợi.
CÁC ĐẶC TÍNH CỦA SỢI QUANG
1 Suy hao của sợi quang Đặc tính suy hao của sợi quang ( Ký hiệu suy hao = AT ).
- Suy hao của sợi quang là một trong các thông số quan trọng để xác định khoảng cách thông tin trên mỗi khoảng lặp cực đại Tính bằng dB/Km.
- Suy hao phụ thuộc vào bước sóng truyền qua sợi quang và phụ thuộc vào lõi sợi quang Nhưng suy hao phải đủ nhỏ có thể truyền công suất quang từ đầu phát đến đầu thu đạt chỉ tiêu theo thiết kế.
- Định nghĩa: Suy hao sợi hay còn gọi là suy hao tín hiệu được xác định bằng tỷ số giữa công suất quang đầu ra Pout của sợi quang dài L với công suất quang đầu vào Pin Tỷ công suất này là hàm của bước sóng.
- Các sợi dẫn quang thường có suy hao nhỏ, nên độ dài quá ngắn gần như không có suy hao và lúc đó Pin = Pout Trong thực tế suy hao của sợi rất nhỏ , giá trị trung bình của suy hao sợi cho phép cự ly truyền dẫn vài chục km ở tốc độ khá cao. a Suy hao hấp thụ
- Hấp thụ do tạp chất kim loại: Các tạp chất kim loại có trong thuỷ tinh là nguồn hấp thụ năng lượng ánh sáng, mức độ hấp thụ tuỳ thuộc vào từng loại tạp chất, bước sóng ánh sáng truyền qua nó Để có được sợi quang có độ suy hao 1dB / Km thì thuỷ tinh phải có độ trong suốt với nồng độ tạp chất không quá 10 -9
- Hấp thụ bằng cực tím và hồng ngoại:Sự hấp thụ trong vùng cực tím và vùng hồng ngoại thay đổi theo bước sóng Sự hấp thụ vùng hồng ngoại gây trở ngại cho việc sử dùng các bước sóng dài trong thông tin quang b Suy hao tán xạ Rayleigt
Khi sóng điện từ truyền trong môi trường điện môi, gặp những chỗ không đồng nhất sẽ gây ra hiện tượng tán xạ (tức làm suy hao tín hiệu).Vậy tán xạ Rayleigh là một hiện tượng mà ánh sáng gặp một vật nhỏ có kích thước không quá lớn so với bước sóng của ánh sáng. Độ lớn cuả suy hao do tán xạ Rayleigh tỷ lệ nghịch với luỹ thừa bậc 4 của bước sóng -4 Vì vậy khi ánh sáng lan truyền có bước sóng dài hơn thì suy hao trở nên nhỏ hơn và ngược lại
Hấp thụ hồng ngoạiHấp thụ cực tím c Suy hao tán xạ do cấu trúc sợi quang không đồng nhất gây ra
Sợi quang trong thực tế không thể có tiếp diện mặt cắt ngang tròn lý tưởng và cấu trúc hình trụ đều dọc suốt lõi vỏ và lõi sợi
Tại bề mặt biên giữa lõi và vỏ sợi đôi chỗ có sự ghồ ghề và không nhẵn. Những chỗ ghồ ghề như vậy trên mặt biên giữa lõi và vỏ gây nên ánh sáng tán xạ và phát xạ ánh sáng ra ngoài Những chỗ không bằng phẳng này gây nên suy hao quang Loại suy hao này người ta gọi chung là suy hao tán xạ do cấu trúc không đồng nhất của sợi quang. d Suy hao bức xạ gây nên do bị uốn cong
Các suy hao bức xạ gây nên do bị uốn cong là các suy hao sinh ra khi bị uốn cong làm một số tia sáng có các góc tới vượt quá góc giới hạn vì vậy nó bị phát xạ ra ngoài vỏ gây nên suy hao Do vậy trong việc thiết kế các hệ thống thông tin sợi quang phải chú ý tới việc giữ bán kính cong sao cho lớn hơn một góc giới hạn cho phép xác định.
Bán kính cong tối thiểu do nhà sản xuất đề nghị 30nm – 50 nm.
0 0,9 1,3 (nm)nm) e.Suy hao vi cong
Suy hao vi cong là do nguyên nhân sợi quang chịu những lực nén không đồng nhất dẫn đến trục của sợi quang bị uốn cong đi một lượng nhỏ, nó cũng làm các tia sáng có góc tới vượt qua góc giới hạn bị phát xạ ra ngoài dẫn đến suy hao quang Suy hao này gọi là vi hao cong vi lượng.
* Khi lắp đặt và hàn nối sợi làm cho trục của lõi sợi bị biến dạng gây nên cho sợi cong và vi cong.
Suy hao vi cong có thể do hai nguyên nhân sau:
- Nhiệt độ và lực ép khi lắp đặt cáp.
- Khi đặt sợi cáp trong quá trình sản xuất và chế tạo sợi cáp.
Cong vi mô làm tăng suy hao tỷ lệ với: exp( -R/Rc).
Rc:: là bán kính cong cho phép và Rc=a/A 2
Trong đó: a: Là bán kính lõi sợi quang.
Suy hao do vi cong được xác định:
N: Là số lượng bướu cổ trên một đơn vị chiều dài cáp có độ cao trung bình là h.
D: Là đường kính ngoài của sợi cáp. a: Là bán kính lõi cáp.
Ef và Eb: Là modul đàn hồi của sợi và ống đệm.
* Khi lắp đặt lực ép vào các bề mặt gồ ghề của vỏ sợi hoặc do oằn sợi nằm trong vỏ cáp.
* Sự phụ thuộc vào nhiệt độ:
Do vật liệu chất độn và vật liệu cáp có hệ số dãn nở khác nhau Khi nhiệt độ thay đổi làm cho lực ép vào sợi quang cũng thay đổi từ đó sẽ tạo ra suy hao vi cong do biến đổi sợi
F Suy hao do hàn nối
Khi hàn nối sợi quang, chúng phải được nối các đầu sợi quang lại với nhau chuẩn trục Nếu lõi của hai sợi không được gắn với nhau hoàn toàn và đồng nhất thì phần ánh sáng đi ra khỏi sợi này sẽ không đi vào sợi kia hoàn toàn và bị phát xạ ra ngoài gây nên suy hao, nếu độ phản xạ này lớn thì người ta gọi là phản xạ Fresnen.
Trong thông tin quang hàn nối sợi quang là một khâu hết sức phức tạp nó đòi hỏi độ chính xác cao. g Suy hao ghép nối sợi quang giữa sợi và các linh kiện thu phát quang
Khẩu độ số NA là điều kiện để ghép ánh sáng từ các linh kiện phát quang vào sợi quang Ngoài ra nó còn phụ thuộc vào đường kính lõi sợi.
Trong ghép nối giữa sợi quang với các linh kiện thu quang thì các loại sợi có khẩu đội số NA lớn, loại GI thì có loại suy hao lớn hơn so với loại SM
Không đồng nhất bề mặt
Góc lệch hai bên lõi trục
Suy hao do nguyên nhân chùm sáng nở rộng thì nhỏ hơn rất nhiều so với suy hao ghép bản thân nó.
2 Đăc tuyến suy hao Đặc tuyến suy hao của sợi quang có 3 cửa sổ suy hao thấp :
TÁN SẮC ÁNH SÁNG VÀ ĐỘ RỘNG BĂNG TRUYỀN DẪN CỦA SỢI QUANG
1 Đặc điểm và nguyên nhân
Khi truyền dẫn các tín hiệu số Digital các xung tín hiệu được truyền đi trong sợi quang thì xung tại đầu ra có độ rộng xung lớn hơn độ rộng xung lối vào Thậm chí trong một số trường hợp các xung lân cận đè lên nhau khi đó sẽ không phân biệt được các xung với nhau gây méo tín hiệu khi tái sinh. Hiện tượng này gọi là hiện tượng tán xạ.
Nguyên nhân chính gây ra hiện tượng này là do ảnh hưởng của sợi quang mà tại đầu thu của sợi quang các tia sáng đến không đồng thời, trong khi đó tại đầu phát ánh sáng được phát đi đồng thời.
Người ta phân loại tán xạ như sau:
- Tán xạ mặt cắt( chiết xuất bức xạ biến đổi theo mặt cắt ngang của sợi)
Giả sử khi phát một xung ánh sáng có độ rộng xung là ts tại phía đầu thu sẽ được một xung có độ rộng xung tE Độ rộng xung tính ở mức biên độ bằng một nửa biên độ lớn nhất ts và tE.
Trường hợp xung phát rất hẹp ts > tán xạ vật liệu >> tán sắc cấu trúc.
Bởi vậy trong các trường hợp sợi quang đo mode độ rộng băng truyền dẫn bị giới hạn hầu như chỉ do nguyên nhân tán xa mode,tán xạ bước sóng chỉ có một giá trị rất nhỏ.Nói cách khác trong các trường hợp sợi quang đơn mốt thì tán xạ bước sóng lại là nguyên nhân nên hạn chế độ băng của sợi.
NHỮNG YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI SỢI QUANG
Đảm bảo những tính năng truyền dẫn ánh sáng tốt và có tuổi thọ lâu, sợi quang cần đáp ứng những yêu cầu sau:
- Về cơ : Bền vững , không bị đứt, gãy với tác động của các lực kéo, lực cắt ngang và lực uốn cong Không bị giãn nở quá lớn do tác động của lực kéo thường xuyên, tốc độ lão hoá chậm.
- Về đặc tính truyền dẫn ánh sáng: vật liệu làm sợi phải thật tinh khiết, không có tạp chất, cấu tạo ruột và vỏ đều đặn, không có chỗ khuyết tật, không đồng nhất để tránh tán xạ ánh sáng sinh thêm tiêu hao phụ.
- Các sợi quang sau khi chế tạo hoàn chỉnh phải được phủ 2 lớp bảo vệ, có thể là các lớp polyme hữu cơ, lớp bên trong để phân bố đều tải trọng lên sợi và để tăng độ bền của sợi do những lực tác dụng uốn cong Lớp bên ngoài để bảo vệ bề mặt sợi khỏi bị những tác động cơ học làm hỏng sợi Ngoài ra lớp bảo vệ bên ngoài cũng có chiết xuất lớn hơn chiết xuất thuỷ tinh vỏ sợi để chặn những tia sáng lạ không truyền vào vỏ sợi.
Nhận xét và các phương pháp cơ bản hàn Sợi quang
Trong các loại suy hao quang thì hàn nối sợi quang có thể nói là quan trọng nhất trong hệ thống thông tin quang Đối với các sợi kim loại hay sợi dẫn cần đấu nối với nhau theo bất kỳ cách nào và kiểu nối không phải là quan trọng Nhưng trong sợi quang việc đấu nối đòi hỏi bề mặt của lõi hai sợi phải thật sát nhau và trục của hai lõi sợi phải thật trùng nhau nếu không đảm bảo hai yêu cầu trên sẽ gây ra suy hao hàn nối Vì vậy việc đấu nối chúng đòi hỏi kỹ thuật cao.
Nhìn ở bên ngoài sợi quang ta không thể phân biệt được sợi đa mode hay đơn mode Vì đường kính vỏ của hai loại đều như nhau, chỉ có đường kính của lõi sợi đa mode là lớn hơn sợi đơn mode Bởi vậy kỹ thuật hàn sợi đơn mode phải cao hơn.
Suy hao mỗi mối hàn sẽ phụ thuộc vào kỹ thuật hàn.
+ Nếu là sợi đơn mode suy hao cho phép 0,05dB/ mối
+ Nếu là sợi đa mode suy hao cho phép 0,03 dB/ mối
Trước khi hàn phải chuẩn bị đầu sợi để hàn như sau:
Bóc hết các lớp vỏ giấy chống ẩm, sợi tơ thuỷ tinh vv chỉ để lại các ống đệm có sợi quang và dây dẫn cấp điện nguồn (nếu có) và các sợi gia cường với độ dài khoảng thích hợp. a> Lấy kìm tuốt vỏ nhựa của sợi quang (ống đệm). b> Khi kéo vỏ nhựa ra khỏi sơi dây phải đặt sợi dây thẳng và tay phải kéo nhẹ kìm để sợi dây không bị đứt. c> Tiếp theo dùng kìm và dao tuốt vỏ bảo vệ sợi dây là lớp vỏ đầu tiên của sợi dây bọc bằng silicol Sau đó dùng bông hoặc giấy mềm khô để lau lần cuối cùng Khi sợi đã sạch lúc đó dùng dao cơ khí hoặc điện để cắt sợi dây: cắt bỏ một đoạn dài khoảng 2-3cm. d> Làm ống báo vệ mối hàn vào một sợi để sau khi hàn song đậy ống này lên mối hàn bảo vệ mối hàn an toàn ( ong core nhiet )
2 Phương pháp hàn cơ học:
Hàn cơ học là dùng các thiết bị cơ học đặt các đầu sợi cần hàn đúng một vị trí cần hàn cố định. a> Hàn cơ học bằng ống mao dẫn:
ống mao dẫn làm bằng vật liệu thuỷ tinh hoặc dùng vật liệu gồm có lỗ khoan trong lõi, với lỗ đường kính lớn hơn đường kính sợi quang một ít sao cho chỉ đưa khít được sợi quang vào mà thôi.
Sau đó gài sợi quang vào bên trong và bịt kín cố định.
Có một lỗ khoan ở giữa thanh ống để bỏ keo dán vào trong lỗ khoan để giữ cho sợi quang ổn định cơ học và làm phù hợp chỉ số khúc xạ, tránh sự phản xạ. b> Hàn cơ học bằng măng xông cơ nhiệt:
Một trong hai đầu sợi được gài vào măng xông có điểm nóng chảy thấp hơn silicol sau đó đốt nóng cho măng xông co lại và áp xuất vào sợi Đưa chất keo dán bảo vệ cho sợi từ một đầu của măng xông.
Sợi thứ hai được gài vào nửa còn lại của măng xông và được giữ chặt nhờ keo dán Epoxy đổ đầy vào trong ống.
Hình 2.17: Hàn cơ học bằng măng xông cơ nhiệt. a> Hàn bằng ống có tiết diện vuông : Ống có tiết diện vuông là thiết bị đơn giản: Khi đó hai sợi chỉ cần đặt vào một góc của ống bằng cách uốn cong sợi theo cùng một hướng và định vị nhờ keo dán Epoxy đổ đầy vào trong ống.
GLUE b> Kỹ thuật hàn sử dụng tấm để có rãnh:
Sợi được đặt vào rãnh V, uốn sợi hơi cong, để hai đầu sợi tiếp xúc với nhau, dùng keo dán có chỉ số khíc xạ phù hợp gán chặt sợi vào tấm đế. c> Phương pháp hàn nối rãnh và hàn dùng ba thanh
Gồm hai thanh hình trụ gắn với nhau đóng vai trò hệ thống định vị sợi và một phần tử đàn hồi để chỉnh hai đầu sợi thẳng hàng Kích thước của hình trụ được lựa chọn sao cho mép trên của sợi quang cao hơn hình trụ và giữ chặt nhờ lẫy.
Phần tử đàn hồi có thể được thay bằng một hình trụ thứ ba có khả năng đàn hồi để ép chặt sợi Ưu điểm của phương pháp này là các thanh dễ sản suất và rẻ. d> Hàn bằng hộp sáu cạnh:
Gồm hai miếng vật liệu đàn hồi úp vào nhau tạo thành một miếng sáu cạnh (một miếng có ba cạnh có rãnh chữ V) Khi sợi đã cài vào trong rãnh thì hai lắp được úp lại với nhau nhờ có sự đàn hồi mà hai sợi đồng tâm với nhau.
Hiện nay phương pháp hàn nung nóng bằng máy hàn là thông dụng và phổ biến nhất. a> Nhận xét:
KỸ THUẬT GHÉP KÊNH TRÊN SỢI QUANG
Nguyên Lý Cơ Bản Của Kỹ Thuật WDM
Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật này là các tín hiệu quang có bước sóng khác nhau ở đầu phát được ghép kênh và truyền trên cùng sợi quang Ở đầu thu tín hiệu gồm nhiều bước sóng đến từ sợi quang được tách kênh để thực hiện xử lý theo yêu cầu của từng bước sóng như vậy có nghĩa là độ rộng băng quang của một liên kết được tách thành các vùng phổ cố định, không chồng lấn mỗi vùng tương ứng với một kênh có bước sóng λi Các kênh khác nhau thì độci Các kênh khác nhau thì độc lập với nhau và truyền với vận tốc xác định Điều này cho phép WDM được xem như là hệ thống truyền dẫn mà tín hiệu được truyền trong suốt đối với dạng mã và tốc độ bit.
Hình hệ thống WDM Hình hệ thống WDM một hướng Hình hệ thống WDM hai hướng
Mô tả hai loại hệ thống WDM: hệ thống ghép kênh bước sóng hai hướng trên hai sợi khác nhau,( hệ thống WDM một hướng) và hệ thống ghép kênh bước sóng hai hướng khác nhau trên một sợi quang.( hệ thống WDM hai hướng). Trong hệ thống WDM một hướng , tại đầu phát thiết bị ghép bước sóng được
Bộ ghép/ tách kênh quang
Bộ ghép/ tách kênh quang
Bộ khuếc h đại quang sợi
Bộ khuếc h đại quang sợi
Bộ khuếc h đại quang sợi dùng để kết hợp các bước sóng khác nhau sau đó truyền trên cùng một sợi quang Tại đầu thu, thiết bị tách bước sóng sẽ tách các bước sóng này trước khi đưa tới các bộ thu quang Để có thể truyền dẫn thông tin hai hướng thì cần lắp đặt hai hệ thống WDM một hướng ngược chiều nhau Trong hệ thống WDM hai hướng , tín hiệu được truyền đi theo một hướng tại bước sóng λi Các kênh khác nhau thì độc1, λi Các kênh khác nhau thì độc2…λi Các kênh khác nhau thì độcn Và hướng ngược lại tại bước sóng, λi Các kênh khác nhau thì độc1’, λi Các kênh khác nhau thì độc2’….λi Các kênh khác nhau thì độcn’ Trên cùng một sợi quang chúng thường thuộc hai vùng phổ khác nhau và được gọi là băng đỏ và băng xanh
Hệ thống WDM một hướng được phát triển và ứng dụng tương đối rộng rãi
Hệ thống WDM hai hướng yêu cầu công nghệ phát triển cao hơn vì khi thiết kế gặp phải nhiều vấn đề như can nhiễm nhiều kênh ( MPI) ảnh hưởng của phản xạ quang, cách lý giữa các kênh hai chiều , xuyên âm… Nhưng so với hệ thống WDM một hướng hệ thống WDM hai hướng giảm được số lượng bộ phếnh đại sợi quang.
Các đặc điểm của WDM
+ Tận dụng tài nguyên giải tần rất rộng.
Công nghệ WDM tận dụng tài nguyên băng thông truyền dẫn to lớn của sợi quang, làm cho dung lượng truyền dẫn của sợi quang so với sợi dẫn bước sóng đơn tăng từ vài lần tới vài trăm lần do đó có thể giảm chi phí đầu từ dùng công nghệ này có thể ghép N bước sóng truyền dẫn trong sợi quang đơn mode và có thể truyền dẫn hoàn toàn song công Do vậy khi truyền dẫn thông tin đường dài với dung lượng lớn có thể tiết kiệm số lượng lớn sợi quang. Thêm vào đó là khả năng mở rộng dung lượng cho hệ thống quang đã xây dựng Chỉ cần hệ thống cũ có độ dư công suất tương đối lớn thì có thể tăng thêm dung lượng mà không cần thay đổi nhiều đối với hệ thỗng cũ.
+ Khả năng đồng thời truyền dẫn nhiều tín hiệu
Vì công nghệ WDM sử dụng các bước sóng độc lập với nhau nên có thể truyền dẫn nhiều tín hiệu có đặc tính hoàn toàn khác nhau, thực hiện tổ hợp và hiệu PDH và tín hiệu SDH, truyền dẫn tín hiệu đa phương tiện truyền dẫn dữ liệu đa phương tiện ( thoại , dữ liệu, truyền hình, ….
Căn cứ vào nhu cầu, công nghệ WDM có thể có rất nhiều ứng dụng như trong mạng đường trục, mạng phân phối kiểu quảng bá, mạng cục bộ nhiều đường, nhiều địa chỉ mạng truyền hình… Bởi thế nó rất quan trọng trong ứng dụng mạng.
+ Giảm yêu cầu xử lý tốc độ cao cho một số linh kiện quang.
Tốc độ truyền dẫn tăng lên không ngừng nên tốc độ xử lý tương ứng của nhiều linh kiện quang tăng lên theo nhưng không đáp ứng được đủ Xử dụng công nghệ WDM có thể giảm yêu cầu quá cao về tốc độ đối với linh kiện và vẫn có thể đáp ứng dung lượng lớn.
+ Khả năng truyền dẫn IP.
+ Khả năng truyền dẫn hai chiều trên cùng sợi quang.
+ Cấu hình mạng có tính linh hoạt, tinh tế độ tin cậy cao.
+ Ứng dụng trong mạng truyền hình.
Một số công nghệ then chốt
2.3.1 Bộ tách ghép bước sóng quang.
Về mặt nguyên lý , cấu trúc của bộ tách ghép có tính thuận nghich, bất kỳ bộ ghép bước sóng nào cũng có thể làm bộ tách bước sóng chỉ bằng cách đơn thuần là thay đổi hướng tín hiệu đầu vao Vì vậy ở đây chỉ lấy bộ ghép bước sóng để phân tích có nhiều cách để phân loại ghép bước sóng Theo công nghệ chế tạo thì chúng được chia làm hai thiết bị chính: Thiết bị vi quang, và thiết bị WDM ghép sợi
Các thiết bị vi quang được chế tạo theo hai công nghệ khác nhau các thiết bị có bộ lọc và thiết bị phân tán góc
Các thiết bị có bộ lọc chỉ hoạt động mở cho một bước sóng ( hoặc một nhóm bước sóng) tại một thời điểm , nhằm để tách ra một bước sóng trong nhiều bước sóng để thực hiện thiết bị hoàn chỉnh và có thể sử dụng cho nhiều kênh thì phải tạo ra cấu trúc lọc theo tầng Các loại bộ lọc này sẽ được trình bày trong phần sau:
Cấu trúc sử dụng các phần tử phân tán cho phép đồng thời đưa ra tất cả các bước sóng Chùm tín hiệu quang đầu vào chuẩn trực sẽ đập vào thiết bị phân tán ,thiết bị phân tán sẽ tách ra các kênh khác nhau tùy theo bước sóng của chúng tạo thành Các chum theo các góc khác nhau Các chum đầu ra đã tách sẽ được hội tụ nhờ một hoặc một số năng tính và được đưa vào sợi dẫn quang riêng rẽ, Các phần tử phân tán góc được xủ dụng như cánh tử, năng tính. Hình 22 mô tả một bộ tách hai bước sóng quang: Tín hiệu WDM gồm hai bước sóng đi tới lăng kính trưc chuẩn, sau khi được tách bởi cánh tử chúng được hội tụ để đi vào hai ống dẫn sóng riêng
Các thiết bị vi quang sử dụng phù hợp với hê thống truyền dẫn đa mode , chúng cho phép tách ghép đồng thời nhiều bước sóng khác nhau nhưng chúng lại khó sử dụng cho sợi đơn mode do ánh sáng phải qua các giai đoạn phản xạ, hội tụ… từ đó dẫn đến quang sai, trễ ,tại suy hao tín hiệu trong thiết bị
Hình : Thiết bị phân tán góc.
Các thiết bị ghép sợi có cấu trúc dựa trên việc ghép hai trường ánh sáng phía ngoài lõi Chúng còn được gọi là các couplel quang Phía phát nó kết hợp các tín hiệu quang vào từ các tuyến khác nhau thành một tín hiệu quang tại đầu ra truyền trên một sợi Phía thu, tách công suất quang của một sợi vào để phân phối cho hai hoặc nhiều sợi Vì thế để tách các bước sóng khác nhau thì trong mỗi bộ sợi phải có một bộ lọc bước sóng sẽ trình bày ở mục sau:
Hình : Thiết bị ghép sợi.
Chùm ánh sáng đầu ra sẽ phụ thuộc vào nhiều yếu tố: khoảng cách giữa cá lõi sợi, chỉ số chiết suât vật liệu ở giữa, đường kính của lõi sợi, độ dài tường tác và bươc sóng ánh sáng.
Khi số lượng kênh ghép tăng lên thì phải sử lý bằng cấu hình rẽ nhánh tách ghép liên tiếp Các thiết bị ghép sợi rất phù hợp với các hệ thống truyền dẫn đơn mode.
Hình trên là bộ ghéo bốn bước sóng sủ dụng thiết bị ghép sợi.
+ Bộ lọc màng mỏng điện môi nhiều lớp
Bộ lọc quang sử dụng trong thiết bị WDM thường là bộ lọc màng mỏng điện môi làm việc theo nguyên tắc phản xạ tín hiệu ở một giải phổ nào đó và cho phần giải phổ còn lại đi qua, vì vậy nó thuộc loại lọc bước sóng cố định, Cấu trúc bộ lọc gồm một khoang cộng hưởng bằng điện môi trong suốt , hai đầu quang có các gương phả xạ được thực hiện nhở nhiều lớp màng mỏng điện môi có chiết suất cao sếp xen kẽ nhau ,cao ,thấp xen kẽ nhau Vì vậy triết suất điện môi trong suốt (n3) sẽ thấp hơn triết suất của lớp màng mỏng điện môi {n1 = 2.2 (TiO),=n2 = 1.35 MgF2, hoặc 1.46 (FiO2)} Thiết bị này như một bộ lọc băng hẹp, cho qua một lớp sóng riêng và phản xạ các lớp sóng khác.Bước sóng lọt qua bộ lọc được xác định bằng chiều dài quang cộng hưởng,chiều dài của khoang bằng bội số nguyên lần của nửa bước sóng nào thì công suất của bước sóng ấy đạt cực đại tại đầu ra của bộ lọc để có thể lọc được bước sóng một cách chính sác loại bỏ được đa số các bước sóng xung quanh thì có thể xử dụng bộ lọc nhiều quang cộng hưởng Bộ lọc này gồm hai hay nhiều quang tách biệt nhau bởi các lớp màng mỏng điện môi phản xạ số khoang càng nhiều thì đỉnh hàm truyền đạt càng phẳng và sườn càng dốc Cả hai đặc tính này của bộ lọc đều rất cần thiết Cấu trúc bộ lọc màng mỏng điện môi nhiều khoang cộng hưởng được thể thiện trên hình dưới
Hình : Bộ lọc màng mòng điện mội có nhiều khoang cộng hưởng
+ Bộ lọc Fabry – Tero các bộ lọc bước sóng điều chỉnh được thường được ngoại suy từ cấu trúc laser điều chỉnh được ( điều hưởng) Bộ lọc khoang cộng hưởng Fabary –Tero được tạo thành bởi hai gương phản xạ đặt song song với nhau như hình dưới
Hình : + Bộ lọc Fabry – Tero Đây là loại bộ lọc điều chỉnh được Tia sáng đi vào qua gương thứ nhất, đầu bán dẫn để đạt được kích thước nhỏ nhất, Khi này các gương được tạo thành nhờ sự chênh lệch chiết suất giữa các lớp bán dẫn Việc điều chỉnh lựa chọn bước sóng cớ thể thực hiện bằng cách : điều chỉnh chiều dài khoang cộng hưởng ( khoảng cách giữa hai gương) chiết suất của môi trường điện môi của khoang cộng hưởng nhờ điện áp ngoài.
2.3.3 Bộ đấu nối chéo quang OXC.
Chức năng của OXC tương tự như chức năng của DXC trong mạng SDH, chỉ khác là thực hiện trên miền quang, không cần chuyển đổi O/E/O và xử lý tín hiệu điện OXC phải hoàn thành hai chức năng chính sau:
Chức năng nối chéo các kênh quang: Thực hiện chức năng kết nối giữa
N tổng đầu vào với N cổng đầu ra.
Chức năng xen ,rẽ, đường tại chỗ: chức năng này có thể làm cho kênh quang nào đó tách ra để vào mạng địa phương hoặc sau đó trực tiếp đi vào DXC của SDH thông qua biến đổi O-E.
Có thể phân biệt chức năng đấu chéo với chức năng chuyển mạch là : đấu nối chéo là cách kết nối bán cố định dưới sự điều khiển của nhà khai thác và thường thực hiện ở mức tín hiệu đã ghép kênh theo thời gian như các VC-n; chuyển mạch là các kết nối tạm thời dưới sự điều khiển của người sử dụng.
+ Kết cấu của điển Lode OXC.
Cấu tạo của OXC có 3 thành phần chính sau:
Bộ tách kênh chia bước sóng quang ở đầu vào: thực hiện tách các kênh quang theo bước sóng khác nhau từ các sợi quang vào khác nhau
Ma trận chuyển mạch: thực hiện đấu nối chéo từ một kênh quang đầu vào tới một kênh quang đầu ra Trường chuyển mạch có thể là chuyển mạch chia thời gian hoặc chuyển mạch chia bước sóng được trình bày ở mục sau.
Bộ ghép kênh chia bước sóng quang ở đầu ra : thực hiện ghép kênh quang ở các đầu ra tương ứng của trường chuyển mạch để truyền dẫn trên một sơi quang.
CÁP QUANG
Phần tử gia cường
Phần tử gia cường được đặt trong lõi cáp quang để tạo ra sức chịu lực căng và sức chống co để đảm bảo cho cáp được ổn định khi lắp đặt cáp, khi nhiệt độ của môi trường thay đổi.
Phần tử gia cường phải là vật liệu nhẹ, mềm dẻo có modul đàn hồi cao
Phần tử gia cường có thể là:
+ Kim loại: thường là các loại dây thép được đặt tại tâm hoặc vỏ của cáp khi dùng thép phải chú ý chống ăn mòn và chống điện áp cao do sét đánh.
+ Phi kim loại: Thường là dây thuỷ tinh Plastic tăng cường(G-FRP) hoặc là các sợi amid Thường đặt ở tâm cáp có độ mềm dẻo cao(hoặc đặt phân tán trong vỏ cáp) a> Các cách đặt phần tử gia cường trong lõi cáp quang:
3 ống đệm. b> Các đặc tính cơ bản của plastic được dùng để sản xuất ống đệmc tính c a ph n t gia của plastic được dùng để sản xuất ống đệm ần tử gia cường (làm lõi của cáp quang) theo bảng sau: ử gia cường (làm lõi của cáp quang) theo bảng sau: ường (làm lõi của cáp quang) theo bảng sau:ng:
Vật liệu TrọngL ượng riêng
Modul đàn hồi kg/mm 2 Ứng suất điểm uốn kg/mm 2 Độ co dãn điểm uốn % Ứng suất tại điểm gẫy kg/mm 2 Độ giãn tại điểm gãy %
Bảng 2.2: Các đặc tính của phần tử gia cường.
4 Các thành phần khác trong lõi cáp. a> Các dây dẫn có cách điện: Các dây này là một thành phần của lõi cáp dùng để truyền các kênh nghiệp vụ hoặc để phát hiện thấm nước vào cáp hoặc cấp nguồn từ xa nhưng sự có mặt của các dây này gây ra nhược điểm cho cáp là hiện tựơng cảm ứng điện từ của dây cao áp hoặc sét. b> Các lớp đệm lót được sử dụng để bảo vệ lõi cáp từ lực nén xuyên tâm: đó là các vật liệu Plastic quấn hình trôn ốc quanh lõi cáp. c> Các băng quấn quanh lõi cáp : Các băng này có hai chức năng:
- Liên kết các thành phần của lõi cáp với nhau.
- Tạo ra lớp ngăn nhiệt khi bị nóng và phồng ra. d> Một số bộ phận để bơm không khí khô để chống ẩm vào và chống nước. e> và Chất độn làm đầy để bảo vệ lõi cáp không bị hơi ẩm thấm vào trong chống nước ngấm dọc cáp khi vỏ cáp bị thủng Nó có tác dụng ổn định hoá học không tạo khí Hyđrôgen.Chất độn chủ yếu nằm trong vỏ cáp có khi cả lõi cáp.
Cáp quang cũng giống như cáp kim loại để truyền dẫn thông tin tốt thì nó phải có những yêu cầu và đặc điểm cần đáp ứng Trước hết về lớp vỏ bọc bên ngoài cần phải đảm bảo: Bảo vệ sợi quang khỏi ảnh hưởng của môi trường như côn trùng, độ ẩm hoặc lực cơ học tác động, cần phải đáp ứng những yêu cầu sau:
-Không thấm nước, lọt nước.
-Chống được các ảnh hưởng của tác động tự nhiên từ bên ngoài, như va chạm lực kéo,lực nén, lực uốn cong.
-Ổn định khi nhiệt độ thay đổi.
-Không bị ảnh hưởng của nhiễm từ.
-Có thời gian làm việc dài.
-Trọng lượng nhẹ và kích thước nhỏ.
So với cáp kim loại thì cáp quang có những ưu điểm sau:
+ Sợi quang làm bằng vật liệu phi dẫn điện, vì vậy nó không chịu ảnh hưởng của điện từ.
+ Sợi quang nhẹ, tốn rất ít nguyên liệu.
+ Sợi quang dòn, dễ gẫy Một điểm đáng lưu ý là khả năng gãy sợi trong cáp do tác động giãn nở kéo dài 30km trong thời gian sử dụng 30 năm thì lực kéo tác động lâu nên nó sinh ra lực kéo giãn nở sợi, chỉ được phép làm sợi giãn ra dưới hai phần nghìn độ dài của sợi.
Bởi vậy cáp quang phải được thiết kế chế tạo độ bền vững với các tác động cơ học và nhiệt độ của môi trường, để đảm bảo sợi không bị đứt, không giảm sút các đặc tính truyền dẫn trong mọi điều kiện sử dụng cáp.
PHÂN LOẠI CÁP QUANG
Có nhiều cách để phân loại cáp quang.
1 * Phân loại theo cấu trúc
- Cáp quang có cấu trúc cổ điển các sợi hoặc các nhóm sợi phân bố đối xứng theo hướng xoay vòng tròn đồng tâm, loại này rất phổ biến.
- Cáp lõi trục có rãnh: Các sợi hoặc các nhóm sợi được đặt trên các rãnh có sẵn trên mỗi lõi của cáp.
- Cáp có cấu trúc băng dẹt: nhiều sợi quang được ghép trên một băng và trong ruột cáp có nhiều băng xếp chồng lên nhau.
- Cáp có cấu trúc đặc biệt: do nhu cầu, trong cáp có thể có dây kim loại để cấp nguồn từ xa, để cảnh báo, để làm đương nhiệm vụ Hoặc cáp đi trong nhà chỉ cần hai sợi cáp là đủ. a) b) c) a Cáp có cấu trúc cổ điển b Cáp có lõi trụ rãnh c Cáp có cấu trúc băng dẹt
2* Phân loại theo mục đích sử dụng:
- Cáp dùng trên mạng thuê bao tổng đài
- Cáp trung kế giữa tổng đài
3* Phân theo điều kiện lắp đặt :
CAP QUANG DON MOT CHON TRUC TIEP 4-144 SOI
Cáp treo trên cột điện
Cáp quang được phân thành nhiều loại theo mục đích khác nhau, nhưng sử dụng phổ biến hiện nay là cáp có cấu trúc cổ điển và cáp có lõi trụ rãnh
III PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH DẤU( SỢI) CORE TRONG CÁP QUANG.
Trường hợp có nhiều sợi quang hoặc nhiều nhóm sợi thì cần thiết phải đánh dấu các nhóm sợi, và các sợi trong nhóm hoặc các sợi trong cáp để tránh hàn nối nhầm ,Ta chia ra làm các quát trong 1 sợi cáp.
Cáp 12 core : được chia thành 2 quát, mỗi quát 6 sợi (core) tương ứng.
Cáp 48 core : được chia làm 4 quát, mỗi quát 12 sợi (core) tương ứng Cáp 96 core : được chia làm 8 quát mỗi quát có 12 sợi ( core ) tương ứng
Phương pháp được đánh dấu các luật màu của các sợi quang trong một cáp hoặc một nhóm sợi Các màu được phun phủ lên trực tiếp, và không làm ảnh hưởng đến đặc tính của sợi
Trường hợp nếu các sợi được đặt trong một ống, thì lấy sợi màu xanh dương làm chuẩn sau đó cứ lần lượt lấy các thứ tự sợi còn lại.
Bảng phân phối quy luật màu trong cáp quang
Thứ tự sợi Mầu Sắc Core cỏp
KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG TRONG THÔNG TIN
Khái quát
Trong bất cứ hệ thống thông tin quang nào, việc đo lường, xác định được tỡnh trạng hệ thống là cực kỳ quan trọng Cụng việc này được tiến hành do nhiều lý do. Đo kiểm tra chất lượng một hệ thống mới lắp đặt nhằm đưa vào sử dụng có hiệu quả cao nhất.
Khi hệ thống bị xảy ra sự cố cần đo lường để kịp thời phát hiện sửa chữa dơ cáp quang có lượng thông tin lớn, nếu bị gián đoạn thỡ sự thiệt hại sẽ cực kỳ nghiờm trọng.
Qua thời gian sử dụng hệ thống đó cũ cần được nâng cấp, mở rộng. Muốn vậy cần biết rừ tỡnh trạng của hệ thống, những chỗ ghộp nối, suy hao
Các đại lượng đo thử, trong thông tin quang cũng như trong thông tin điện, công suất, độ rộng dải thông, tỷ lệ lỗi Nhỡn chung ta chia việc đo thử ra 2 việc như sau: Đo thử tại phũng thớ nghiệm và nơi sản xuất, mục đích để tính toán, thiết kế, chế tạo cáp và các thiết bị kèm theo sao cho tối ưu nhất.
Các phép đo này thường phức tạp đũi hỏi chi phớ lớn và thường dựa theo các khuyến nghị của CCITT Đo thử trên các hệ thống xây lắp hoặc khai thác đo ở đây khác hẳn phũng thớ nghiệm Cụng việc này được tiến hành nhằm phát hiện ra những chỗ hỏng, kém chất lượng để có biện pháp kịp thời xử lý Cỏc thiết bị và đại lượng đo thử áp dụng trong thông tin quang hoàn toàn như trong thông tin điện vỡ trong hệ thống truyền dẫn quang cú hệ thống điện tử như các bộ ghép kênh, khuếch đại
Các phương pháp đo suy hao trên đường truyền dẫn quang
Trong thụng tin quang hệ số suy hao là một trong những tham số quan trên sợi quang từ đó có thể xác định được khoảng cách các trạm lặp, tránh mất mát thông tin. Để đo được độ suy hao tín hiệu trên đường truyền dẫn quang, thiết bị đo gồm khối phát và khối thu với các nhiệm vụ sau:
- Khối phát quang bức xạ ánh sáng, có bước sóng và công suất ổn định vào sợi quang cần đo thử.
Khi thực hiện phép đo đầu sợi quang có thể không đạt tiờu chuẩn lý tưởng hoặc bộ nối gắn hẳn ở đầu sợi dây suy hao phụ nằm trong kết quả đo mà không thể loại trừ hoặc điều kiện kích thích truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang không được đảm bảo Vỡ vậy cần lưu ý để có được biện pháp hiệu chỉnh cơ cấu cho hợp lý. a Đo theo phương pháp cắt sợi Đầu tiên ta tiến hành đo tín hiệu trên sợi quang có độ dài biết trước, giá trị có công suất quang ờ khối thu là P2 (dBm) Sau đó cắt sợi quang một đoạn dài L(cm) rồi nối khối thu vào đầu của đoạn ngắn này Kết quả đo thu được là
P1 (dBm) Độ tiên hao của sợi quang có độ dài là:
Qua các đo trên ta thấy tiêu hao phụ của chỗ nối vào sợi cộng thêm vào trong phép đo sẽ xuất hiện ở cả giá trị P1 và P2 của cả 2 lần đo. Để có được suy hao trong phạm vi bước sóng từ thấp đến cao phải tiến hành đo tại từng bước sóng Muốn vậy nên dùng nguồn quang có khả năng thay đổi được bước sóng.
Tuy nhiên đây là phương pháp đo tiêu cực chỉ áp dụng trong phũng thớ nghiệm hoặc tại nơi sản xuất Thực tế người ta không áp dụng kỹ thuật đo này vào cáp đó được thi công hay đang lắp đặt. b Đo theo phương pháp dùng sợi bổ sung
Giữa đầu ra khối phát và đầu vào khối thu Người ta nối lần lượt 2 đoạn sợi quang:
- Với đoạn sợi quang dài, công suất quang ra là P2
- Với đoạn sợi quang ngắn, công suất ra là Pl
Sau khi lấy độ dài đoạn sợi quang dài trừ đi đoạn ngắn độ dài đoạn cũn lại là L, cũng cú thể tần được độ tiến hao của đoạn sợi quang này theo công thức:
Phương pháp này rất tiện lợi để đo trên các cáp thực tế.
Ngoài ảnh hưởng của điểm đấu nối đầu sợi, các kết quả đo cũn cú thể bị ảnh hưởng của các tác động khác như dũng tối diode quanh hoặc ảnh hưởng của ánh sáng khác xen vào Để tránh ảnh hưởng đó có thể áp dụng cách đo không liên tục Có thể điều biến nguồn quang với tần số thấp để làm gián đoạn công suất phát theo chu kỳ Sau đó dùng các bộ khuếch đại chọn lọc băng rất hẹp hoặc cỏc bộ chọn lọc pha chớnh xỏc.
Các thiết bị đo hiện nay cho phép đo đơn giản, chính xác trên các sợi quang công tác ở cả 3 cửa sổ ánh sáng Bên cạnh các phương pháp trên người ta đó hoàn thiện được một phương pháp khác có khả năng đo được tiêu hao của sợi Đồng thời kiểm tra được tỡnh trạng của sợi quang để đề ra được những biện pháp kịp thời Đó là phương pháp đo xung phản xạ. c- Đo theo phương pháp đo xung phản xạ:
Nếu vỡ một nguyờn nhõn nào đó mà sợi quang bị đứt thỡ cần phải xỏc định được vị trí chính xác chỗ đứt Cũng như ở cáp kim loại người ta cũng cần phải biết những chỗ không đồng nhất trên sợi quang, có thể cả đặc tính biến đổi cả suy hao của nó trên toàn bộ độ dài đường cáp Kỹ thuật đo xung phản xạ đáp ứng được điều này
Nguyờn lý hoạt động của phương pháp đo này là phát các xung ánh sáng vào sợi quang, theo dừi thời gian cỏc xung phản xạ lại đầu vào trên thiết bị đo Dựa vào vị trí trên màn hỡnh độ lớn năng lượng của sóng phản xạ này mà có thể xác định được vị trí, tính chất của sự cố xảy ra trên đường truyền
Người ta thả các xung thăm dũ vào sợi quang, khi cú chỗ khụng đồng nhất như chỗ bị đứt thỡ sẽ cú vựng chuyển đổi không khí - thuỷ tinh có chiết suất thay đổi sóng ánh sáng sẽ phản xạ một phần năng lượng về đầu vào.
Phần công suất phản xạ được tính theo công thức:
Với n2 = 1 là chiết suất của khụng khớ và n1 = 1,5 là chiết suất của sợi thuỷ tinh thạch anh thỡ phần cụng suất phản xạ về là 0,04, nghĩa là tại chỗ sợi bị đứt thỡ cụng suất ỏnh sỏng bị mất đi 4% do phản xạ.
Vận tốc ỏnh sỏng lan truyền trong sợi là:
Thời gian từ lúc gửi xung thăm dũ đến lúc nhận được xung phản xạ về đến đầu vào là t thỡ sẽ tớnh được khoảng cách đến chỗ sợi đứt là:
Ngoài những ưu điểm trên phương pháp đo xung phản xạ cũn cú khả năng cung cấp thêm nhiều thông tin khác về cáp như độ dài cáp Các suy hao thâm nhập do các khiếm khuyết của cáp Các mối hàn ghép, những đoạn bị uốn cong hay đầu chỗ đấu nối.
Do có nhiều ưu điểm như vậy phương pháp đo theo xung phản xạ đang được ứng đụng rất rộng rói, cựng với việc sử dụng mỏy đo quang dội OTDR(sẽ được giới thiệu phần sau) là một công cụ để đo kiểm tra chất lượng hệ thống.
Một số vấn đề kỹ thuật khi đo quang
Khi đo tham số cơ bản của sợi quang, khó khăn cơ bản đầu tiên là đo tham số cơ bản của các sợi dẫn quang và người ta thường đo trên các sợi ngắn, sau đó lấy kết quả áp dụng cho sợi trên tuyến dài cần thi công Điều này không phải lúc nào cũng đúng.
- Thứ hai có thể kể đến hiệu ứng trộn mode Điều này thường xuất hiện trong đoạn đáu sợi Chỉ sau một đoạn sợi dài sự phân bố mode mới có thể ổn định tiêu hao, tán xạ và một số tham số khác của sợi quang phụ thuộc vào sự phân bố nâng lượng của cỏc mode.
Do vậy, muốn sử dụng các kết quả đo trên các sợi đoạn ngắn (trong phũng thớ nghiệm, tại nơi sản xuất) cần đặt được sự ổn định mode ngay tại điểm đầu các thiết bị đo Có thể áp dụng một số phương pháp sau:
- Dựng bộ lọc mode Đơn giản nhất là lấy một đoạn sợi đánh sạch sau đó quấn tự nhiên Thực tế dùng bộ lọc là quấn chặt sợi quang 5 vũng trờn một lừi cú đường kính từ 8
Nguyờn tắc của bộ lọc là khi sợi quang bị uốn cong nú sẽ tập trung hiệu ứng cong phõn bố trờn sợi dài về một chỗ Kết quả là sự phân bố mode khá giống với trường hợp sợi dài mà tiêu hao uốn cong sinh ra nhỏ.
Nguyên tắc của phương pháp này là ánh sáng phát ra từ nguồn sẽ qua các thấu kính để hội tụ vào sợi quang.
Tập trung vào 70% đường kính sợi và 70% độ mở AN (khẩu độ số AN).Nhờ vậy khụng cú mode vỏ và mode rũ Cú thể đạt sự cân bằng mode rất nhanh.
Đo thử trên sợi quang và cáp quang
Xác định tổng tiêu hao truyền dẫn có thoả món theo thiết kế khụng ?
- Khi lắp đặt cáp có vấn đề gỡ ảnh hưởng đến tiêu hao của sợi và quá trỡnh hoạt động sau này của sợi
- Xác định chỗ nối sợi và tiêu hao sợi nhằm thiết kế các trạm lặp cho phù hợp
- Tỡm những chỗ khụng đồng đều như các mối hàn xấu các bộ đấu nối tiêu hao năng lượng lớn
- Cung cấp thụng tin cho việc tối ưu hoá việc thiết kế chế tạo và lắp đặt cáp
Thực tế khi đó thứ trên cáp sợi quang cần giải đáp được các vấn đề tổng thể phải làm rừ được những thắc mắc như đo như thế nào?; tại sao lạii phải đo, đo ở đõu? Đặc biệt khi đo một tuyến thụng tin quang cần phải chỳ ý đến phộp đo suy hao và được phõn ra cỏc loại sau:
L là chiều dài tuyến thụng tin quang (km)
S = L. [dB]; dB]; là giỏ trị suy hao trờn 1 km
G = g.N [dB]; dB]: g: là suy hao 1 trạm lặp; N: số trạm lặp trờn tuyến.
+ Suy hao đấu nối (connector):
Mỗi trạm lặp cần 2 đầu nối suy hao do tổng đầu nối của N trạm lặp là:
T = 2.N.t [dB]; dB]; t là giá trị suy hao của l đầu nối
Khi lắp đặt một cuộn cáp có chiều dài từ vài trăm m đến 6km.
Nếu tớnh suy hao của 1 mối nối tiờu chuẩn là m [dB]; dB] thỡ suy hao tổng cỏc mối nối trờn toàn tuyến dài L km là:
Trong mỗi khoảng lặp người ta thường để 1 lượng dự trữ suy hao cỡ 6dB
Suy ra lượng dự trữ suy hao toàn tuyến là: M = 6 (N + l ).m.
Mạng vòng ring – Mạng nội bộ - Mạng đường trục liên tỉnh.
ỨNG DỤNG CÁP SỢI QUANG VÀO MẠNG TRUYỀN DẪN
Mạng
Với sự phát triển không ngừng cảu các ngành khoa học nói chung và ngành viễn thông nói riêng, người cảm thấy như thế giới thu hẹp lại Chúng ta có thể liên lạc sang các nước khác một cách dễ dàng Công việc đó là nhờ vào sự phát triển của mạng viễn thông Ngày nay có rất nhiều các dịch vụ viễn thông như mạng telex, mạng số liệu công cộng, mạng chuyển mạch gói, Mỗi mạng có những cấu trúc và đặc tính riêng .Để có được sự liên lạc Truyền dẫn tớn hiệu tốt và ổn định đó chúng ta không thể không nhắc tới Một thành phần lớn là Cỏp Sợi Quang.
Mạng vòng Ring SDH
Hiện này hầu hết mạng quang Hà Nội đều sử dụng công nghệ truyền dẫn SDH Các tuyến trung kế 34 Mbit/s PDH tại Hà Nội đã được thay thế bằng hệ thống thông tin quang 155Mbit/s SDH và thiết lập một số mạng Ring
622 Mbit/s và kết nối vòng Ring 2,5 Gbit/s giữa các HOST.
Kỹ thuật SDH cho phép toạ nên rất nhiều cấu hình mạng phức tạp, tuy vậy chúng đều dựa trên một số cấu trúc cơ bản sau. a Cấu trúc điểm tới điểm ( Point to Point).
Cấu trúc này được sử dụng như đối với kỹ thuật PDH thường việc lựa chọn cấu trúc này sẽ có hiệu quả đối với tuyến có dung lượng cao vì cấu trúc này chủ yếu để ghép nhiều luồng nhánh vào luồng có tốc độ cao.
Nếu xét về mặt trao đổi thông tin giữa hai điểm bất kỳ của cấu trúc này thì nó cũng tương tự như cấu trúc điểm - điểm Tức là nó cũng dùng để ghép nhiều luồng tín hiệu nhánh vào luồng có tốc độ cao hơn Điểm khác biệt duy nhất là từ bộ xen rẽ kênh này có thể có tất cả các bộ xen rẽ kênh còn lại.
Hình 1.2: Cấu trúc xen rẽ kênh c Cấu hình mạng Ring Đối với các mạng có độ tin cậy cao, thông tin không được phép gián đoạn thì người ta sử dụng mạng Ring Cấu trúc này có ưu điểm là cho phép ta chọn hướng lưu thoại trong trường hợp bị đứt sợi quang hoặc có sự cố thiết bị, do đó luôn đảm bảo lưu thông tuyến.
Hình 1.3: Cấu trúc mạch vòng
Chế độ bảo vệ
Vấn đề bảo vệ an toàn là yêu cầu quan trọng bậc nhất đối với các heth truyền dẫn Tức là phải đảm bảo tính liên tục của thông tin, làm cho thông tin không bị gián đoạn khi sự cố xảy ra trên hệ thống truyền dẫn.
Các sự cố xảy ra trên mạng thường được chia ra làm hai loại là sự cố thiết bị truyền dẫn và sự cố tuyến truyền dẫn. Để bảo vệ trong trường hợp sự cố xảy ra với thiết bị ta thường dùng thêm các thiết bị dự phòng Còn đối với các sự cố đối với tuyến truyền dẫn ta cũng phải có các tuyến truyền dẫn dự phòng.
MU X nên cấu hình mạng vòng mà công nghệ truyền dẫn trước đó không tạo nên được.
Mạng vòng Ring có thể chia ra làm hai kiểu là mạng vòng một hướng và mạng vòng hai hướng Đồng thời trong mỗi kiểu ta có thể lựa chọn bảo vệ hướng theo đường truyền( Path Protection) hoặc theo đoạn ( Section Protection) Dưới đây ta sẽ lần lượt xem xét các trường hợp. a Mạng Ring một hướng.
Hình 1.4: Mạng vòng một hướng
Trong sơ đồ này tín hiệu đi từ A đến C theo hướng A B C Còn tín hiệu đi từ C đến A theo các đường cáp khác theo hai hướng C D
Mạng Ring hai hướng được mô tả trên hình 1.5 Trong sơ đồ này tín hiệu đi từ A đến theo đường CBA theo một cáp khác.
Hình 1.5: Mạng vòng hai hướng c Bảo vệ đường truyền ( Path Protection)
Kiểu này được thực hiện bằng cách sắp xếp các luồng dự phòng cho hai điểm bất kỳ Mỗi một luồng tín hiệu công tác ở mức tín hiệu nhánh đều được dự phòng bởi tín hiệu nhánh tương ứng theo chiều ngược lại và được mô tả ở hình 1.6 Tín hiệu đi từ A đến C theo hướng A B C còn tín hiệu đi từ C đến A theo hướng C D E A Khi có sự cố trên đường truyền( ví dụ BC0 thì tín hiệu từ C đến A vẫn được giữ nguyên, còn tín hiệu từ A đến C sẽ đi theo tuyến A E D C.
Hình 1.6: Bảo vệ đường truyền d Kiểu bảo vệ theo đoạn ( Section protection)
Việc bảo vệ trong phương pháp này chỉ được thực hiện trên phần đoạn có sự cố và khi chuyển sang luồng dự phòng thì toàn bộ luồng tín hiệu SDH sẽ bị đổi hướng. Ở hình 1.7 mô tả phương pháp bảo vệ theo đoạn Khi tín hiệu làm việc bình thường đi theo đường A B C Giả sử sự cố xảy ra trên đoạn BC, thì thiết bị ADM tại B sẽ tự động đấu vòng tại phía có sự cố, do đó luồng tín hiệu từ B đến C sẽ chuyển sang luồng từ B AEC.
Hình 1.7: Bảo vệ theo đoạn e Mạch vòng tự phục hồi theo hướng bảo vệ luồng.
Là sự kết hợp phương pháp mạng vòng một hướng và phương pháp bảo vệ theo luồng.
Khi vận hành bình thường tín hiệu đi từ A đến C theo hướng A B
C và tín hiệu đi từ C đến A theo hướng C DEA Trong trường hợp xảy ra sự cố, ví dụ trên đoạn AB hoặc BC thì chuyển mạch P2 ( Hình 1.8) đổi chiều Tín hiệu từ C đến A sẽ chuyển sang hướng AEDC Còn nếu sự cố xảy ra trên đoạn AE, ED hoặc đầu cuối thì chuyển mạch P1 sẽ đổi chiều còn P2 giữ nguyên trạng thái Kết quả là tín hiệu A đến C vẫn giữ nguyên còn tín hiệu từ
C đến A sẽ chuyển từ hướng C - D -E -A sang C - B -A Cách bảo vệ này đơn giản nhưng đòi hỏi dự phòng 100%.
Hinh 1.8: Mạch vòng một hướng bảo vệ luồng g Mạch vòng tự phục hồi một hướng bảo vệ theo đoạn
Ban đầu tín hiệu đi từ A đến C theo hướng ABC còn tín hiệu từ C đến
A theo hướng C D E A Khi có sự cố xảy ra, ví dụ trên đoạn ED thiết bị ADM sẽ tự động đấu vòng tại phía xảy ra sự cố Do đó tín hiệu đi từ A đến
C vẫn được giữ nguyên, còn tín hiệu từ C đến A theo hướng C
A DM A DM h Mạch vòng tự phục hồi hai hướng bảo vệ theo đoạn.
Kiểu bảo vệ này hoạt động tương tự như mạng vòng một hướng bảo vệ đoạn Mạch vòng hai hướng bảo vệ đoạn tuỳ theo số lượng được sử dụng 4 sợi ta sẽ chọn hai sợi công tác và hai sợi dự phòng như hình 1.10 sau.
Mạch vòng hai hướng không áp dụng cách bảo vệ theo luồng vì lý do là để làm được điều này đòi hỏi số kênh dự phòng lớn hơn nhiều lần so với số kênh làm việc.
Hình 1.10: Mạng vòng hai hướng bảo vệ theo đoạn i Mạng đa vòng ( Multil Ring)
Mạng đa vòng là mạng có hai hay nhiều mạng vòng giao nhau Cấu trúc đa vòng làm độ tin cậy của mạng tăng lên tỷ lệ với số mạng vòng giao nhau Điều đó có nghĩa là nếu mạng tạo nên bởi hai mạng vòng giao nhau thông tin sẽ không bị gián đoạn khi có hai sự cố xảy ra.
Trong cấu trúc đa vòng, tại các điểm giao nhau của các mạng vòng có thể dùng nhiều bộ ADM nhưng cũng có thể sử dụng các bộ phối luồng để tránh quá tải lưu lượng và tăng độ mềm dẻo của mạng.
* Lựa chọn phương pháp bảo vệ Để lựa chọn phương pháp bảo vệ thích hợp ta sẽ so sánh cac phương pháp bảo vệ đã trình bày ở trên.
Về mức độ phức tạp trong việc sử dụng thì bảo vệ một hướng là đơn giản nhất : Nếu lấy một luồng nào đó nối hai điểm thì phần luồng còn lại trên mạng vòng sẽ dùng để dự phòng cho hai điểm đó theo hướng ngược lại Quá trình bảo vệ cũng đơn giản chỉ cần dùng phương pháp chuyển mạch khi xảy ra sự cố Phương pháp này có thể áp dụng cho mạng truy cập khi mà số ADM sử dụng tương đối ít và có dung lượng cao Nó làm giảm nhẹ việc thiết kế cũng như việc phân bố lại lưu lượng khi cần thiết Nhưng như vậy phải dự phòng 100% nên rất tốn kém.
Phương pháp bảo vệ hai hướng phức tạp hơn phương pháp bảo vệ một hướng nhưng bù lại phương pháp này có hiệu suất sử dụng kênh cao, ít tốn kém về mặt kinh tế Phương pháp này đặc biệt có ý nghĩa kh sử dụng các tuyến đường trục mà số nút xen sẽ lớn.
Như vậy ta phải tuỳ theo các ứng dụng để lựa chọn phương pháp bảo
* Nếu trong vòng Ring có một tổng đài, một tập trung thuê bao hoặc một đường dây xảy ra sự cố Nó sẽ tự động truyền dẫn theo chiều ngược lại( ngược chiều kim đồng hồ), thuê bao vẫn ho như vậy các tập trung ạt động tốt.
Nhanh Ring cap quang giua cac tram Phat cua cong ty FPT.
T1 - NOC3 NOC VBT1 Mx1 Mx2 FOVB.04Q
Cáp 24 Yên Viên-Việt Trì
C ửa Đô ng Điện Bi ên
Ng ọc Trục Yên Hoà Đại Mỗ
Ng ∙ T Sở Kim Li ên
Bờ Hồ NEAX61 Đuôi Cá
Hoàng C ầu Đ T Đô ng Nam Đồ ng Đại T ừ
Ngọ c Hồi T©n Mai Đại L a §a T èn
Hình 1.15: Sơ đồ mạng Hà Nội đến tháng 6/1997
2.2 Một vài Sơ đồ mạng cáp Quang nối vòng Ring tại Hà Nội
Sơ đồ mạng Hà Nội sau khi chuyển đổi và a Các cấu trúc mở rộng các Ring 155Mbit/s.
Hình 1.16: Mở rộng HOST Hùng Vương
Nhà văn hoá Từ Liêm
Hình 1.17: Mở rộng HOST Từ Liêm
Hình 1.18: Mở rộng HOST Đuôi Cá
Hình 1.19: Mở rộng HOST Chợ Mơ
Ngọc Hồi 8E1 Đại Từ 4E1 Đuôi Cá
Hình 1.20: Mở rộng HOST Trần Khát Trân b Các mạng Ring cấp II ( 622 Mbit/s )
Hình 1.21: Ring cấp II tại Bờ Hồ
Hình 1.22: Ring cấp II tai HOST Thượng Đình
Hàng Mắm Đồng Xuân Hàng Hành Yên Phụ Cung VH T N Duật
Th ợng Đình Ring 622 Mb/s
