Truyền dẫn cáp sợi quang

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ============ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: TRUYỀN DẪN CÁP SỢI QUANG Giáo viên hướng dẫn Học viên thực Lớp T5 Hệ đào tạo G/s: NGUYỄN KHUYẾN LÊ ĐẮC THÙY ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG K48 ĐẠI HỌC TẠI CHỨC Hà Nội tháng / 2013 PHỤ LỤC LỤ LỤCC LỜI NÓI ĐẦU .5 CHƯƠNG 1:TỔNG QUÁT VỀ THÔNG TIN QUANG I.NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ SỞ CỦA TRUYỀN DẪN QUANG Sinh viên: Lê Đắc Thùy Lớp : Điện Tử Viễn Thơng K48 1.Tiến trình phát triển hệ thống truyền dẫn thông tin quang Giới thiệu tuyến truyền dẫn quang Đặc trưng truyền dẫn Cấu trúc hệ thống thông tin quang 10 Chỉ tiêu chất lượng hệ thống truyền dẫn 11 Những ưu điểm truyền dẫn quang 12 II CÁC ĐẶC ĐIỂM VÀ NGUYÊN LÝ TRUYỀN DẪN ÁNH SÁNG 14 Các đặc điểm ánh sáng .14 2.Nguyên lí truyền dẫn ánh sáng thông tin quang .14 CHƯƠNG II: TRUYỀN DẪN QUANG 17 I KHÁI NIỆM TRUYỀN SỢI QUANG 17 II.CẤU TẠO SỢI QUANG 17 Cấu tạo cáp sợi quang 17 III PHÂN LOẠI SỢI QUANG .18 IV: SỰ LAN TRUYỀN ÁNH SÁNG TRONG SỢI QUANG 21 Quá trình đưa ánh sáng vào sợi quang 21 Sự lan truyền ánh sáng sợi đa mode 23 Sự lan truyền ánh sáng sợi đơn mode 25 So sánh ưu điểm sợi đơn mode sợi đa mode 26 V NHỮNG ĐẶC ĐIỂM VÀ YÊU CẦU CỦA CÁC MODE TRONG SỢI QUANG 27 VI CÁC ĐẶC TÍNH CỦA SỢI QUANG 28 Suy hao sợi quang .28 Đăc tuyến suy hao .33 VII TÁN SẮC ÁNH SÁNG VÀ ĐỘ RỘNG BĂNG TRUYỀN DẪN CỦA SỢI QUANG 34 Đặc điểm nguyên nhân 34 Ảnh hưởng tán xạ tới độ rộng băng truyền dẫn tốc độ truyền bít dẫn 34 Hiện tượng tán xạ mode 36 Giảng viên:G/s: Nguyễn Khuyến Quang Truyền Dẫn Cáp Sợi Sinh viên: Lê Đắc Thùy Lớp : Điện Tử Viễn Thông K48 Hiện tượng tán xạ bước sóng 37 Độ rộng băng truyền dẫn 38 VIII NHỮNG YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI SỢI QUANG 39 Hàn nối sợi quang 39 Phương pháp hàn học: 40 Hàn nung nóng : 42 B Bộ nối cáp quang .43 Yêu cầu: .43 Cấu trúc cách điều chỉnh nối quang: .44 Các nối quang: 46 CHƯƠNG III: KỸ THUẬT GHÉP KÊNH TRÊN SỢI QUANG 48 2.1 Nguyên Lý Cơ Bản Của Kỹ Thuật WDM .48 2.2.Các đặc điểm WDM 50 2.3 Một số công nghệ then chốt 51 2.3.1 Bộ tách ghép bước sóng quang 51 2.3.2 Bộ lọc quang 53 2.3.3 Bộ đấu nối chéo quang OXC 55 2.3.4 Bộ xen rẽ quang OADM 57 2.3.5 Chuyển mạch quang 58 2.3.6 Sợi quang .61 2.3.7 khuếch đại sợi quang .63 CHƯƠNG IV: CÁP QUANG .65 I YÊU CẦU CỦA CÁP QUANG 65 Cấu tạo cáp sợi quang: 65 Vỏ cáp quang .66 Phần tử gia cường .67 Các thành phần khác lõi cáp 68 II PHÂN LOẠI CÁP QUANG 70 * Phân loại theo cấu trúc 70 2* Phân loại theo mục đích sử dụng: 70 Giảng viên:G/s: Nguyễn Khuyến Quang Truyền Dẫn Cáp Sợi Sinh viên: Lê Đắc Thùy Lớp : Điện Tử Viễn Thông K48 3* Phân theo điều kiện lắp đặt : 70 III PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH DẤU( SỢI) CORE TRONG CÁP QUANG 73 CHƯƠNG V: KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG TRONG THÔNG TIN QUANG .75 Khái quát 75 Các phương pháp đo suy hao đường truyền dẫn quang .75 Một số vấn đề kỹ thuật đo quang 78 Đo thử sợi quang cáp quang 79 CHƯƠNG VI : ỨNG DỤNG CÁP SỢI QUANG VÀO MẠNG TRUYỀN DẪN 81 Mạng 81 Mạng vòng Ring SDH .81 Chế độ bảo vệ 83 2.2 Một vài Sơ đồ mạng cáp Quang nối vòng Ring Hà Nội 92 Tài liệu tham khảo .95 Giảng viên:G/s: Nguyễn Khuyến Quang Truyền Dẫn Cáp Sợi Sinh viên: Lê Đắc Thùy Lớp : Điện Tử Viễn Thông K48 LỜI NÓI ĐẦU Ở nước ta , thông tin cáp sợi quang ngày chiếm vị trí quan trọng Với ưu điểm nhưn băng thơng rộng, chịu ảnh hưởng mơi trường , chất lượng tín hiệu tốt nên thơng tin cáp sợi quang ngày chiếm vị trí ưu mạng viễn thông công ty viễn thông nước Ngày , tuyến cáp quang sử dụng rộng khăp, tuyến cáp quang đường trục liên tỉnh tuyến cáp quang nội hạt kéo đến hầu hết quận, huyện nước Trong năm gần dây lưu lượng qua mạng tăng trưởng đột biến, nhu cầu phát triển loại hình dịch vụ thoại, dịch vụ băng thông rộng đặc biệt internet ngày lớn Trong tình có đột phá cơng nghệ nhằm giải vấn đề chung dung lượng chất lượng mạng cho xã hội cơng nghệ ghép kênh quang theo bước sóng WDM Với mục đích hiểu rõ công nghệ bước làm chủ thiết bị thành thạo vận hành, bảo dưỡng thiết bị cho cơng việc sau này, góp phần giúp thiết bị hoạt động ổn định đảm bảo thông tin chất lượng tín hiệu em chọn đề tài “ Thơng tin quang ghép kênh bước sóng WDM Nội dung đề tài gồm ba chương: Chương I: Tổng Quan Chương II: Truyền Dẫn Quang Chương III: Kiểm tra ghép kênh sợi quang Chương IV: Ứng dụng thực tế vào hàn nối sợi quang Qua em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Khuyến nhiệt tình hướng dẫn cho em suốt thời gian làm đồ án tốt nghiệp này, em xin chân thàng cảm ơn tất Thầy, Cơ giáo ngồi khoa nhiệt tình giảng dạy suốt năm em học tập trường để em có vốn hiểu biết Em xin chân thành cảm ơn! Hà nội tháng 10 năm 2013 Sinh viên thực Lê Đắc Thùy Giảng viên:G/s: Nguyễn Khuyến Quang Truyền Dẫn Cáp Sợi Sinh viên: Lê Đắc Thùy Lớp : Điện Tử Viễn Thơng K48 CHƯƠNG 1:TỔNG QT VỀ THƠNG TIN QUANG I.NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ SỞ CỦA TRUYỀN DẪN QUANG Từ thời xa xưa người biết sử dụng ánh sáng để báo hiệu Qua thời gian dài lịch sử phát triển nhân loại, hình thức thơng tin phong phú dần ngày phát triển thành hệ thống thông tin nay, hệ thống thông tin quang lên hệ thống thơng tin tiên tiến bậc nhất, triển khai mạnh mạng lưới viễn thông nước giới với đủ cấu hình linh hoạt ,ở tốc độ cự ly truyền dẫn phong phú , bảo đảm chất lượng dich vụ viễn thông tốt Cách mạng vien thơng đại thường có cấu trúc gồm nút mạng( thiết bị chuyển mạch) cấp kênh nút mạng liên kết hệ thống truyền dẫn khác cáp đồng trục , cáp đối xứng, sóng vi ba,vệ tinh Nhưng có điểm tốc độc chậm kênh nhu cầu thơng tin ngày tăng chất lượng đòi hỏi đến dịch vụ viễn thơng ngày hồn thiện truy nhập sở liệu từ xa giải trí truyền hình nhiều kênh Vì địi hỏi phải có mạng thơng tin có độ rộng băng lớn để đáp ứng nhu cầu ngày tăng, mà hệ thống truyền dẫn không cho phép tổ chức luồng kênh lớn ( hạn chế độ rộng băng truyền dẫn ) Đến với kỹ thuật thơng tin quang người ta tạo hệ thống truyền dẫn nhiều kênh hệ thống truyền dẫn điện( độ băng truyền lớn ) Hiện đẵ chế tạo trăm bít/s vài nghìn bit/s , xu hướng nghiên cứu tạo hệ thống truyền dẫn dải rộng với hàng chục G bit/s Đồng thời chuyển từ lĩnh vực chuyển mạch điện tử sang chuyển mạch quang Hiện thơng tin quang giai đoạn phát triển ban đầu, hệ thống truyền dẫn quang ứng dụng để hoạt động song song với hệ thống truyền dẫn điện 1.Tiến trình phát triển hệ thống truyền dẫn thông tin quang Giảng viên:G/s: Nguyễn Khuyến Quang Truyền Dẫn Cáp Sợi Sinh viên: Lê Đắc Thùy Lớp : Điện Tử Viễn Thông K48 Từ xa xưa người biết dùng ánh sáng truyền tin kết hợp khoa học đại ngày ,ánh sáng sóng điện từ gợi ý cho người có nhiều phát triển tuyến truyền dẫn quang Vào năm 1960 , việc phát minh laser để làm nguồn phát quang mở thời kỳ có ý nghĩa to lớn lịch sử phát triển kỹ thuật thông tin sử dụng dải tần số ánh sáng Một hướng nghiên cứu khác thời gian tạo hệ thống truyền dẫn đáng tin cậy phát minh sợi quang Các sợi dẫn quang lần chế tạo có suy hao lớn ( khoảng 1000dB/Km) tạo mơ hình hệ thống có xu hướng linh hoạt Tiếp theo sau năm 1966 nhà khoa học Kao,Hockman Werts nhận suy hao sợi dẫn quang chủ yếu tạp chất có vật liệu chế tạo sợi gây Họ nhận thấy làm giảm suy hao sợi chắn tồn điểm dải bước sóng truyền dẫn quang có suy hao nhỏ.Để giải vấn để nhà khoa học Kapsou, Keck Maurer chế tạo thành công sợi thuỷ tinh có suy hao 2dB/Km vào năm 1970 Suy hao nhỏ nhiều so với thời điểm đầu chế tạo sợi, cho phép cự ly truyền xa Với cố gắng không ngừng nhà nghiên cứu , sợi quang có suy hao nhỏ đời Cho tới đầu năm 1980, hệ thống thông tin sợi dẫn quang phổ biến rộng rãi với vùng bước sóng làm việc1300nm Cho tới sợi dẫn quang đạt mức suy hao nhỏ , giá trị suy hao 0,154dB/ Km bước sóng 1350nm cho thấy phát triển mạnh mẽ công nghệ sợi quang hai thập niên qua Giá trị suy hao đạt tới mức tính tốn lý thuyết sợi quang đơn mode (SM) 0,14dB/Km.Cùng với công nghệ chế tạo thiết bị thu phát xử lý thông tin quang, sợi dẫn quang tạo hệ thống thông tin quang với nhiều ưu điểm trội hẳn so với hệ thống thơng tin khác dùng sóng điện từ dùng hệ thống cáp đồng túy khác Giảng viên:G/s: Nguyễn Khuyến Quang Truyền Dẫn Cáp Sợi Sinh viên: Lê Đắc Thùy Lớp : Điện Tử Viễn Thông K48 Giới thiệu tuyến truyền dẫn quang Hệ thống thông tin quang áp dụng rộng rãi hầu hết cacs lĩnh vực thông tin từ quốc gia đến công ty tưng xử dụng, chúng đáp ứng dịch vụ băng hẹp băng rộng , đáp ứng yêu cầu mạng số liên kết đa dịch vụ(ISDN) Số lượng cáp quang lắp đặt giới với số lượng lớn lớn.Nhiều nước lấy cáp quang mơi trường truyền dẫn mạng lưới viễn thông.ở Việt Nam ứng dụng sâu vào hộ gia đình,như dùng dịch vụ internet sợi cáp quang Mạng thơng tin cáp sợi quang môi trường truyền dẫn sợi quang cáp sợi quang đóng vai trị quan trọng Đặc tính sợi quang cáp sợi quang ảnh hưởng lớn đến chất lượng hệ thống Vì cần nguyên cứu kỹ lưỡng cấu tạo, tính chất thơng số sợi quang cáp sợi quang theo tiêu chuẩn yêu cầu đặt Để có tuyến thơng tin ngồi cáp sợi quang phải có thiết bị thông tin quang chuyển đổi mã nhánh phát, chuyển đổi mã nhánh thu, chuyển tín hiệu điện thành tín hiệu quang, chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện, kênh nghiệp vụ, nguồn,hệ thống xử lý tín hiệu điều khiển Chuyển tín hiệu điện thành tín hiệu quang chủ yếu sử dụng nguồn quang bán dẫn, có hai nguồn quang chủ yếu điôt phát sáng (LED) va LASER DIODE( LD) Mỗi loại nguồn quang có ưu điểm, nhược điểm riêng ứng dụng vào tuyến thông tin quang cụ thể Chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện nhờ DIODE tách quang(thu quang) Trong thực tế thường dùng PIN DIODE APD Mỗi loại DIODE quang có đặc tính riêng sử dụng thích hợp cho tuyến cụ thể Đặc trưng truyền dẫn Năng lực truyền dẫn hệ thống truyền dẫn tín hiệu tín hiệu truyền dẫn số (Digital) đánh giá theo nhiều tiêu khác Một tiêu độ rộng băng tần bên cạnh thời gian xác lập hệ thống Giảng viên:G/s: Nguyễn Khuyến Quang Truyền Dẫn Cáp Sợi Sinh viên: Lê Đắc Thùy Lớp : Điện Tử Viễn Thông K48 Theo quan điểm lý thuyết hệ thống tuyến tính hệ thống truyền dẫn coi lọc thấp với ba đại lượng đặc trưng là: - Thời gian xác lập hệ thống - Tần số giới hạn - Độ rộng băng tần công tác Để định nghĩa xác định độ rộng băng thời gian xác lập hệ thống cần có ba đại lượng sau: + Hàm truyền H(f) lọc thấp hàm truyền đạt chuẩn hoá: H*(f) = H ( f ) H ( f  0) + Đáp ứng xung H *(t) mức thời gian tương ứng với hàm truyền đạt H(t) qua phép biến đổi Fourier + Đáp ứng kích thước S*(t) hay cịn gọi đáp ứng bước nhảy, theo kích thước vào xung Di – rắc (xung hẹp) Ba đại lượng thể đồ thị H*(f) h*(t) S*(t) 1 0,5 0,5 0,5 0 Đại lượng đặc trưng hàm truyền đạt H*(f) độ rộng băng tần truyền dẫn đáp ứng xung h*(t) độ rộng đáp ứng Ät tính giá trị 0,5 cịn đáp ứng kích thích S*(t) thời gian độ ∆t thực chất Ät H*(t) S*(t) thời gian xác lập hệ thống Giảng viên:G/s: Nguyễn Khuyến Quang Truyền Dẫn Cáp Sợi Sinh viên: Lê Đắc Thùy Lớp : Điện Tử Viễn Thông K48 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 tần số b , giá trị hàm H*(t) sụt xuống nửa giá trị cuả tần số băng khơng Tần số b coi tần số giới hạn truyền dẫn tính từ tần số gốc f = người ta định nghĩa b độ rộng băng truyền dẫn hệ thống mức nửa công suất Cấu trúc hệ thống thông tin quang Bộ E/O, Phát Quang Tín hiệu vào Mạch Mạchđiều điều khiển khiển Nguồn Nguồnphát phát quang quang Sợi quang Các thiết bị khác Bọ Bọchia chia quang quang Mối hàn quang Các thiết bị khác Bộ O/E, nhận Quang Thu Thuquang quang Khơi Khơiphục phục tín tínhiệu hiệu Trạm lặp Thu Thuquang quang Phát Phátquang quang Khuếch Khuếch đại đại Khuếch Khuếch đại đại Tín hiệu Nguồn tin tín hiệu điện từ thiết bị máy điện thoại, số hiệu fax tín hiệu Av, băng,đĩa từ đưa đến biến đổi sang tín hiệu quang ,qua biến đổi điện quang mức tín hiệu biến đổi thành tín hiệu quang mức lượng quang khác cường độ quang, tín hiệu biểu thị dạng số thị phân (0.1….) biến đổi ánh sáng sau gửi vào cáp quang trình truyền sợi quang, mức lượng hay (công suất) quang bị giảm tỷ lệ theo quãng đường truyền dạng sóng bị giãn Giảng viên:G/s: Nguyễn Khuyến Quang Truyền Dẫn Cáp Sợi 10