các phương pháp truyền các tín hiệu trên sợi quang - sơ đồ khối của hệ thống thông tin quang

Trường Cao đẳng PT-TH I GVHD: Ngô Thị Lành LỜI NÓI ĐẦU Ngày với phát triển mạnh mẽ nghành khoa học, nghiên cứu phát minh cơng bố, kéo theo công nghệ đời Sự phát triển nhanh chóng xã hội khoa học kỹ thuật đòi hỏi người phải liên tục đổi công nghệ phương thức hoạt động, Ngành công nghệ thông tin điện tử viễn thông khơng nằm ngồi quy luật Với phát triển nhanh chóng cơng nghệ truyền tin, u cầu thông tin cần trao đổi xã hội, địi hỏi phải có mạng mới, cơng nghệ đưa vào sử dụng để đáp ứng cho nhu cầu đó, song đời mạng mà khơng có thay đổi băng thơng, đường truyền khơng đáp ứng dung lượng truyền dẫn cho mạng hoạt động cách hiệu Với yêu cầu thiết mạng thơng tin quang đời đưa vào sử dụng mạnh mẽ năm gần Mạng thông tin quang đời giải vấn đề băng thông đường truyền cho nghành thông tin truyền thông giới Việt Nam Với băng thông lớn dung lượng dồi dào, mạng thơng tin quang đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin cho xã hội Song để khai thác hết tiềm viễn thơng địi hỏi phải có cơng nghệ phương thức đưa vào sử dụng để có hiệu cao Có nhiều cơng nghệ ghép kênh sử dụng như: ghép kênh theo thời gian OTDM, ghép kênh theo tần số OFDM, song chưa thể đáp ứng cho nhu cầu truyền dẫn, chi phí lắp đặt cịn q cao mà hiệu lại khôn cao không tận dụng hết dải thông nguồn ánh sáng Với đời phương thức ghép kênh theo bước sóng WDM phần giải quyêt vấn đề này, Đây phương thức ghép kênh mà tín hiệu quang phân chia thành bước sóng sau ghép vào sợi quang truyền với phương thức phần đáp ứng băng thơng truyền dẫn tín hiệu Nhưng chưa phải phương thức hiệu nhất, cịn nhược điểm cần phải khắc phục, chưa tận dụng hết dải thơng nguồn ánh sáng Trong tương lai có phương thức SV: Đinh Văn Chình ĐTVT 5B-HN Trường Cao đẳng PT-TH I GVHD: Ngô Thị Lành đưa vào sử dụng mạng thông tin quang nhằm khai thác hết dải thơng Để đường truyền dẫn tín hiệu thơng tin đạt hiệu cao Em chọn đề tài Thông tin quang tìm hiểu Đề tài em bao gồm ba chương: CHƯƠNG I: Các phương pháp truyền tín hiệu sợi quang CHƯƠNG II: Sơ đồ khối hệ thống thông tin quang CHƯƠNG III: Những kết trình thực tập Trong trình tìm hiểu bảo giúp đỡ nhiệt tình giáo Ngơ Thị Lành nên em hồn thành đồ án khoảng thời gian quy định, song sinh viên ngồi ghế nà trường, kiến thức nhiều hạn chế nên tìm hiểu nghiên cứu cịn gặp nhiều khó khăn, chưa thể sâu vào thực để tìm hiểu biết thêm nguyên lý cấu tạo hoạt động thiêt bị thông tin quang Vẫn cịn cần phải tìm hiểu học học hỏi nhiều, em mong thầy cô giáo bảo giúp đỡ em nhiều để hiểu biết em nâng lên, hồn thiện thân hơn, em xin thầy, cô giáo cho em nhận xét đồ án để em hoàn thiện Qua em xin chân thành cảm ơn giáo Ngơ Thị Lành nhiệt tình hướng dẫn bảo cho em suốt thời gian làm đồ án tốt nghiệp này, em xin chân thành cảm ơn tất Thầy, Cơ Giáo ngồi khoa nhiệt tình giảng dạy suốt năm em học tập nghiên cứu trường để em có vốn hiểu biết Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 04 năm 2011 Sinh viên Đinh Văn Chình SV: Đinh Văn Chình ĐTVT 5B-HN Trường Cao đẳng PT-TH I GVHD: Ngô Thị Lành CHƯƠNG I: CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU TRONG SỢI QUANG I NGUYÊN LÝ TRUYỀN SĨNG ÁNH SÁNG TRONG SỢ QUANG Nguyªn lÝ truyền sóng ánh sáng sợi cáp để ánh sáng truyền từ đầu sợi đến cuối sợi quang không bị lớp vỏ phải dựa vào tợng phản xạ ánh sáng toàn phần Nh phần nói tợng phản xạ toàn phần (III, Chơng I) đà trình bày điều kiện để xảy tợng phản xạ toàn phần là: + n1 > n2 + Góc tới lớn góc tới hạn Do đặc điểm cấu tạo sợi quang đà có điều kiện n > n2 Vậy điều kiện góc tới t phải lớn góc tới hạn th (t >th) Nên ngời ta đa khái niệm gọi độ số NA (Numerical Aperture) nghĩa khả ghép luồng xạ quang vào sợi áp dụng công thức : Snelious để tính N: n2 n0 β αth αt n1 H×nh - n0Sinαth=n1.Sinβ (n0=1 : chiÕt st cđa kh«ng khÝ) ⇒ 1.Sinαth=n1.Sinβ=n1Cosα1 (Sinβ=Sin(900-αt)=Cosαt) Cosα t = − Sin α t = − ⇒ Sinα th = n − n2 2 n1 n2 2 = n − n1 2 n1 ⇒ NA = Sinα th = n − n = n 2∆ SV: Đinh Văn Chình ĐTVT 5B-HN Trường Cao đẳng PT-TH I Víi ∆ = GVHD: Ngô Thị Lành n1 − n 2 gäi độ lệch chiết suất tơng đối 2.n Vậy điều kiện để đạt đợc tợng phản xạ toàn phần lõi đa nguồn sáng vào lõi cáp phải nằm hình nón có gãc më α th = arcsin n ∆ II sù lan trun cđa c¸c mode sợi quang Theo quan điểm truyền dẫn sóng điện từ muốn biết đợc chất thực trình truyền dẫn ánh sáng, cần phải giải phơng trình sóng Một mode đợc hiểu trạng thái dao động điện từ ứng với nghiệm phơng trình sóng số lợng mode có quan hệ với sóng điện từ đơn thoả mÃn phơng trình Maxwell điều kiện bờ từ sợi quang Các mode sãng ®iƯn tõ cã thĨ chia mode víi tỉn hao thấp Mode vỏ với tổn hao cao mode rò có đặc tính hai loại mode Dĩ nhiên đa ánh sáng vào sợi quang phần lớn lợng tập trung ruột sợi, phần lợng rò vỏ tạo mode vỏ mode rò bị dập tắt Ngời ta ý đến mode đợc truyền dẫn ruột sợi mode lan truyền có đặc tính sau : Các mode hoàn toàn độc lập với Mỗi mode có tốc độ lan truyền rộng Mỗi mode tồn cho bớc sóng xác định nguồn sáng Thực tế phải tồn bớc sóng giới hạn g cho bớc sóng mode phải tuân theo điều kiện > g Số lợng mode lan truyền sợi quang phụ thuộc vào tỷ số d k/ nên dk lớn nhiều sợi cho vô số mode truyền qua, d k nhỏ có mode đợc truyền qua (sợi đơn mode) Ngời ta định nghĩa tham số cấu trúc V hay gọi tần số chuẩn hoá: V= .d k n 2.∆ α Víi sỵi SI, nÕu VE Lỗ trống Vùng nghèo Vùng hố trị Hình 3.1: Sơ đồ vùng lượng Photodiode PIN 3.2 Photodiode APD SV: Đinh Văn Chình 22 ĐTVT 5B-HN Trường Cao đẳng PT-TH I GVHD: Ngơ Thị Lành Hình 3.2: Cấu trúc Photodiode thác điện trường vùng trôi 3.3 Đặc tính tham số thiết bị thu quang 3.3.1 Hiệu suất lượng tử Hiệu suất lượng tử định nghĩa tỷ số điện tử sinh số photon hấp thụ.Thường điốt đạt hiệu khoảng 60% đến 80% 3.3.2 Bộ thu quang truyền dẫn tín hiệu số Hình 3.3 sơ đồ khối thu quang điển hình truyền dẫn số SV: Đinh Văn Chình 23 ĐTVT 5B-HN Trường Cao đẳng PT-TH I 3.4 Kết luận chương GVHD: Ngô Thị Lành Việc xem xét đặc tính kỹ thuật thiết bị thu quang yếu tố quan trọng Chất lượng hệ thống phụ thuộc nhiều vào thiết bị thu quang mà ta xét chủ yếu đến LD SV: Đinh Văn Chình 24 ĐTVT 5B-HN Trường Cao đẳng PT-TH I GVHD: Ngô Thị Lành PHẦN II PHẦN THỰC TẾ Trung tâm truyền hình cáp Đơng Anh Khái qt mạng truyền hình cáp I, Mạng truyền hình cáp có cấu trúc - Hệ thống trung tâm Headend -Mạng truyền dẫn phân tích tín hiệu -Mạng truy nhập HEADNED S- HUB TV Tap Node DC P – HUB Amp Hình 1: cấu trúc mạng truyền hình cáp CATV 1.HEADEND:Bao gồm thiết bị thu, phát tín hiệu, điều chế tần số biến đổi, E O (điện quang) Mạng truyền dẫn phân phối có nhiệm vụ truyền dẫn tín hiệu chue yếu thiết bị cáp sợi quang, dây quay máy khuếch đại quay chia quay Mạng truy nhập bao gồm: - Node quay làm nhiệm vụ biến đổi O E (quang điện) khuếch đại tín hiệu yêu cầu - Các chia đường trục (vc) làm nhiệm vụ chia tín hiệu điện tín khuếch đại - Các khuếch đại cao tần làm nhiệm vụ chia tín hiệu bù lại phần tín hiệu suy hao đường truyền đầu lấy tín hiệu theo yêu cầu - Các chia tín hiệu nhánh: IT, IS (Tap) chia tín hiêu RF tới thuê bao - Mạng truy nhập sử dụng cáp quay truyền dẫn tín hiệu từ S – HUB P – HUB tới mode quay Cáp QR540 làm cáp trục QR11 làm cáp nhánh SV: Đinh Văn Chình 25 ĐTVT 5B-HN Trường Cao đẳng PT-TH I GVHD: Ngô Thị Lành II Tại trung tâm truyền hình cáp Đơng Anh sử dụng mơ hình CATV tương tự khơng có HEADEND - Đây coi trạm chuyển tiếp có nhiệm vụ S- HUB Khuếch đại tín hiệu quay đưa tới node địa bàn huyện Node quay ĐAL S – HUB Đông Anh OPT uot Tap suptter Amp suptter OPT suptter Node quay ĐAL - Taị trung tâm có máy khuếch đại tín hiệu quay (OPT) Sau tín hiệu đưa chia quay (OPT SPliten) chia tín hiệu quay tới nodem quay - Một node quay bao gồm thiết bị + Node quay: Biến đổi O E ( từ tín hiệu quay tín hiệu cao tần RF) + Bộ đổi nguồn: (PS – Power Supply) đổi nguồn từ 220 60 (AC ~) + Bộ chèn nguồn: Trộn tín hiệu điện AC 60V vào để đưa ngồi mạng -Tín hiệu sau đươc trộn với tín hiệu điện 60V đưa mạng qua cáp trục QR540 tới chia trục (DC) tới khuếch đại trục khoảng cách truyền dẫn xa khuếch đại, tín hiệu khuếch đại nên theo mức yêu cầu sử dụng thiết kế mạng Sau khuếch đại tín hiệu truyền dẫn qua cáp QG11 tới nhánh khác qua chia nhánh cáp RT6 tới hộ thuê bao - Mạng truyền hình cáp CATV theo em có nhiều ưu điểm như: + Tín hiệu đươc truyền có hướng cáp khơng bị can nhiễu từ bên ngồi, cho hình ảnh tốt + Không bị ảnh hưởng nhiều thời tiết ( gió, bão, mưa…) + Phịng chống triệt để thiên tai mang lại sấm, chớp trời mưa + Số lượng kênh truyền lớn mà chất lượng không bị ảnh hưởng sử dụng anten cao tần vơ hướng - Tuy nhiên có số nhược điểm chế vận hành phức táp sử dụng cáp đồng trục phí cịn cao SV: Đinh Văn Chình 26 ĐTVT 5B-HN Trường Cao đẳng PT-TH I GVHD: Ngô Thị Lành Tap Tap Tap Khuếch đại trục Tap Tap Khuếch đại nhánh Node quang Tap Tap Tap Khuếch đại nhánh Khuếch đại trục Tap cấu trúc mạng truy nhập thụ động HFPC Lêi kÕt Sau thêi gian thực tập làm báo cáo tốt nghiệp với hớng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình anh Bùi Chí Nguyện anh chị trung tâm truyền hình cáp Hà Nội Đặc biệt với hết lòng giảng dạy, hớng dẫn, truyền đạt cô giáo: Ngô Thị Lành thầy cô giáo trờng Cao đẳng phát truyền hình đến báo cáo em đà hoàn thành Tuy thời gian thực tập ngắn, cng nh việc nắm bắt, nhìn nhận tiếp thu hạn chế v việc sở vật chất công ty thiếu thốn nên việc s u tầm tài liệu SV: inh Vn Chỡnh 27 TVT 5B-HN Trường Cao đẳng PT-TH I GVHD: Ngô Thị Lành tham khảo có hạn chế vi báo cáo em không tránh khỏi thiếu sót định.Vì em mong đợc hội đồng nhà trờng,cng nh cô giáo Ngô Thị Lành v thầy cô giáo bạn đóng góp ý kiến để em hoàn th nh báo cáo tốt nghiệp cách tốt Ban lÃnh đạo nhà trờng, ban lÃnh đạo Trung tâm truyền hình cáp Hà Nội, cô giáo Ngô Thị Lành, anh chị đà tận tình giúp đỡ em tạo điều kiện cho em suốt trình học tập nh thời gian thực tập trung tâm Cuối em xin gửi đến cấp lÃnh đạo Trung tâm truyền hình cáp Hà Nội, lÃnh đạo Trờng quý Thầy Cô lời cảm ơn chân thành ! H Nam, thỏng 03 nm 2011 Sinh viên Đinh Văn Chình SV: Đinh Văn Chình 28 ĐTVT 5B-HN Trường Cao đẳng PT-TH I môc lôc GVHD: Ngơ Thị Lành II sù lan trun cđa c¸c mode sỵi quang III thông số Sợi quang 3.1 Suy hao cđa sỵi quang: 3.2.Tán sắc (Dispersion) 3.3 D¶i thông sợi quang .13 Ch¬ng II 17 Sơ đồ khối Hệ thống thông tin quang 17 Đặc trng kỹ thuật bản: .17 1.2 Phần tín hiệu điện: 17 1.3 PhÇn trun dÉn quang: 17 1.4 Yêu cầu truyền dẫn: 18 CÊu tróc thiÕt bÞ: 18 2.1 ThiÕt bÞ trạm đầu cuối .18 2.2 Thiết bị trạm lắp 20 2.3.C¸c khối chức 21 SV: Đinh Văn Chình 29 ĐTVT 5B-HN ... quang tìm hiểu Đề tài em bao gồm ba chương: CHƯƠNG I: Các phương pháp truyền tín hiệu sợi quang CHƯƠNG II: Sơ đồ khối hệ thống thông tin quang CHƯƠNG III: Những kết trình thực tập Trong trình... Chơng II Sơ đồ khối Hệ thống thông tin quang Đặc trng kỹ thuật bản: Chơng nhằm giới thiệu tổng quát hệ thống thông tin quang đợc sử dụng phổ biến mạng viễn thông toàn giới, hƯ thèng trun dÉn quang. .. PCM Các hệ thống đợc xem xét hệ thống băng rộng, với tốc độ truyền dẫn từ 32 Mbit/s 34 Mbit/s trở lên 1.2 Phần tín hiệu điện: Các thông tin cần truyền nh tiếng nói, tín hiệu truyền thanh, truyền