Trong đó lớp lõi đợc cấu tạo sao cho cóchiết suất lớn hơn chiết suất của lớp vỏ, để tia sáng chiếu vào đầu sợi thìứng với các góc tới nào đó nó sẽ đợc phản xạ toàn phần trong lõi sợi màk
Sợi quang
Cấu tạo sợi quang
Sợi quang đợc sử dụng trong thông tin viễn thông hiện nay có cấu tạo nh h×nh sau: Đồ án tốt nghiệp 2
: độ lệch chiết suất tơng đối
(H×nh 1.2). Đại Học Bách Khoa - Hà Nội Khoa Điện Tử -Viễn Thông
Sợi quang đợc cấu tạo theo dạng hình trụ bao gồm:
Vỏ sợi quang được sản xuất từ loại thủy tinh có chỉ số khúc xạ thấp hơn lõi, giúp ngăn ánh sáng khúc xạ từ lõi đi ra ngoài và ngược lại Đồng thời, vỏ sợi quang còn đóng vai trò là lớp bảo vệ cho lõi, đảm bảo hiệu suất truyền dẫn ánh sáng.
Vật liệu chính để chế tạo lõi và vỏ là SiO2, được bổ sung thêm chất dioxide Germani (GeO2) và Flourie nhằm tăng cường hệ số phản xạ của lõi và giảm hệ số khúc xạ của vỏ.
III Sợi đa Mode và sợi đơn Mode
Sợi đa mode có khả năng truyền dẫn nhiều mode cùng lúc, trong khi sợi đơn mode chỉ truyền một mode duy nhất Đường kính của sợi đa mode lớn hơn đáng kể so với sợi đơn mode, cho phép nhiều tia sáng di chuyển theo các đường đi khác nhau Ngược lại, sợi đơn mode chỉ cho phép một chùm tia chạy song song với trục của sợi Khi một xung hẹp được đưa vào đầu sợi, đầu ra của sợi đa mode sẽ nhận được xung bị biến dạng với độ rộng lớn hơn so với đầu ra của sợi đơn mode.
* Sợi đa mode về cơ bản có hai loại là:
- Sợi đa mode chiết suất bậc: SI – MM
- Sợi đa mode có chiết suất biến đổi GI - MM
* Sợi đơn mode đợc chế tạo là loại sợi SI - SM
1- á nh sáng truyền qua sợi quang đa mode có chiết suất bậc SI- MM: Đồ án tốt nghiệp 3 n 1 n 2 tia 1 n
Hình 1.3: Cấu tạo sợi quang Đại Học Bách Khoa - Hà Nội Khoa Điện Tử -Viễn Thông
Khi ánh sáng đi qua sợi quang, có hai loại tia: tia phản xạ cắt qua trục sợi quang và tia không cắt qua trục sợi quang, như thể hiện trong hình 1.5 (a) và (b).
Sợi quang đa mode SI- MM có đờng kính lõi khoảng 100m với chiết suất không đổi, độ rộng băng tần đạt 100 MHz km.
Các tia sáng từ nguồn bức xạ đa đi qua môi trường không khí có chiết suất nk = 1 trước khi vào ruột sợi quang có chiết suất n1 lớn hơn nk Khi đi qua mặt cắt đầu sợi, các tia sẽ bị khúc xạ với các góc tới khác nhau Trong sợi, có một tia chạy song song với trục sợi quang (tia 1) và nhiều tia khác, chúng lần lượt phản xạ tại mặt phân cách giữa vỏ và ruột, tạo ra đường đi dích dắc Để các tia này có thể lan truyền trong sợi quang đến đầu cuối, mặt phân cách vỏ - ruột phải thoả mãn điều kiện phản xạ toàn phần, và số lượng tia sáng truyền trong sợi ước tính xấp xỉ bằng F^2/2.
Với F là tần số chuẩn hoá đợc xác định theo công thức:
Trong đó: : bớc sóng truyền của tia sáng a: bán kính của lõi sợi quang NA: độ mở
Các tia sáng di chuyển trong sợi quang theo các đường dích dắc khác nhau, dẫn đến độ dài quãng đường khác nhau Kết quả là, từng tia sáng thành phần có thời gian truyền đến cuối sợi khác nhau Trong ruột sợi có chiết suất n1 = const, vì vậy tốc độ lan truyền của các tia sáng là khác nhau và được tính toán dựa trên điều này.
Hình 1-4 - ánh sáng truyền qua sợi quang đa mode bËc
) Đại Học Bách Khoa - Hà Nội Khoa Điện Tử -Viễn Thông
Tia sáng chạy song song với trục có đoạn đường ngắn nhất và thời gian di chuyển ít nhất, trong khi tia đạt tới giới hạn phản xạ toàn phần lại có đoạn đường dài nhất và thời gian di chuyển lớn nhất Điều này dẫn đến hiện tượng méo tín hiệu, làm cho xung ở đầu ra bị nới rộng và hạn chế băng tần của sợi quang
2- á nh sáng truyền trong sợi quang có chiết suất giảm dần: Đặc điểm của sợi GI-MM là chiết suất trong ruột sợi thay đổi theo bán kính, còn trong vỏ có chiết suất không đổi Trong ruột sợi chiết suất giảm dần từ giá trị lớn nhất ở tâm sợi, cho đến giá trị nhỏ nhất bằng n2 tại một phân cách vỏ - ruột, loại sợi này có đờng kính lõi khoảng 50 m Độ rộng băng tần đạt khoảng 1 GHz số lợng mode truyền trong sợi bằng F 4 /4.
Do chiết suất trong ruột biến thiên, vận tốc các tia sáng truyền trong sợi không phải là hằng số mà là một hàm số biến thiên theo bán kính r.
Khi ánh sáng truyền qua sợi quang, các tia sáng không song song với trục sẽ có vận tốc lan truyền lớn hơn khi đi xa trục do chiết suất giảm Điều này dẫn đến sự hình thành các đường cong sóng hình sin, với chu kỳ khoảng vài milimét, khi ánh sáng truyền ra khỏi sợi quang Tia sáng chạy song song với trục sẽ có đường đi ngắn nhất và chiết suất lớn nhất, được biểu thị bằng n(r) = no.
Trong sợi quang GI, tốc độ lan truyền của ánh sáng là thấp nhất, trong khi các tia khác có quãng đường dài hơn nhưng lại có tốc độ cao hơn do sự phân bố chiết suất Kết quả là, sự thay đổi tốc độ lan truyền bù đắp cho chênh lệch quãng đường, làm giảm độ lệch thời gian truyền dẫn Do đó, độ lệch thời gian trong sợi GI-MM nhỏ hơn nhiều so với sợi SI-MM, giúp loại sợi này có độ rộng xung tốt hơn trong các ứng dụng.
Sợi quang GI-MM tại Đại Học Bách Khoa - Hà Nội Khoa Điện Tử - Viễn Thông có bề dày nhỏ hơn nhiều so với sợi SI-MM, giúp ánh sáng truyền qua hiệu quả hơn Hiện nay, sợi quang này đã được tiêu chuẩn hóa để sản xuất cáp quang, ứng dụng trong các mạng viễn thông cự ly ngắn Hệ số tách quang cao cùng với giá thành thấp là những ưu điểm nổi bật của công nghệ này.
3 á nh sáng truyền trong sợi quang có chiết suât đơn mode:
Sợi đơn mode SI-SM có đặc điểm nổi bật với đường kính lõi rất nhỏ (8-10 µm) và tốc độ truyền tin cao lên đến 100 Gbit/s Mặc dù độ rộng băng tần lý thuyết có thể đạt vô hạn, nhưng hiện tại do hạn chế từ nguồn phát quang và nguồn tách quang, độ rộng băng tần thực tế chỉ đạt khoảng 10 GHz/km.
Đường kính lõi sợi đơn mode rất nhỏ giúp ánh sáng truyền hầu hết song song với trục sợi, giảm thiểu chênh lệch thời gian giữa các tia ở cuối sợi Điều này dẫn đến ít méo tín hiệu, cho phép sợi có băng tần truyền dẫn lớn và khả năng truyền tải thông tin với dung lượng cao và khoảng cách xa.
Nhợc điểm của sợi đơn mode là có đờng kính lõi d rất bé nên hàn nối sợi gặp khó khăn hơn sợi đa mode.
3.1 Khái niệm trờng Mode cho sợi quang đơn mode.
Tán sắc ánh sáng trong sợi quang
Đại Học Bách Khoa - Hà Nội Khoa Điện Tử -Viễn Thông
Tán sắc ánh sáng xảy ra khi xung ánh sáng truyền qua sợi quang, dẫn đến việc xung nhận ở cuối sợi bị dãn rộng so với xung đầu vào Hiện tượng này có thể khiến các xung gối lên nhau, làm giảm khả năng truyền dẫn của sợi quang và hạn chế băng tần, từ đó giảm lượng thông tin có thể truyền tải trong sợi quang.
Tán sắc ánh sáng bao gồm tán sắc mode và tán sắc sắc thể.
Sợi quang đa mode cho phép nhiều dạng sóng truyền đồng thời, nhưng trong quá trình lan truyền, chúng di chuyển theo các đường khác nhau, dẫn đến việc không đồng thời ra khỏi sợi quang Hiện tượng này gây ra tán sắc mode, tạo ra độ chênh lệch thời gian (Δt) giữa xung đầu vào và xung đầu ra.
- Đối với sợi đa mode bậc:
- Đối với sợi đa mode Graded GI:
Khi ánh sáng được truyền qua sợi quang Graded Index (GI), bề rộng của xung nhận được sẽ nhỏ hơn 4n1²/NA² lần so với bề rộng của xung ánh sáng truyền qua sợi quang đa mode bậc Step Index (SI), với điều kiện hai sợi có cùng góc mở NA và cùng chiết suất n1.
Sợi đơn mode có đường kính lõi rất nhỏ, cho phép chỉ các mode cơ bản truyền song song với trục sợi quang Điều này dẫn đến việc không có độ trễ thời gian giữa các mode, và hiện tượng tán sắc mode cũng không xảy ra trong loại sợi này.
Tán sắc mode phân cực là hiện tượng mà một số loại sợi quang có khả năng duy trì các mode phân cực trong lõi của chúng Khi hai tia sáng giao nhau trong sợi quang, hiện tượng này trở nên rõ ràng hơn, ảnh hưởng đến cách thức truyền dẫn ánh sáng trong hệ thống quang học.
Hiện tượng tán sắc trong sợi quang thường bị bỏ qua đối với loại sợi quang thông thường Tuy nhiên, khi các mode phân cực tương tác với nhau, chúng gây ra hiện tượng tán sắc mode phân cực đáng kể.
2- Tán sắc sắc thể (Chromatic Dispersion).
Tán sắc vật liệu là hiện tượng xảy ra khi các bước sóng khác nhau từ nguồn quang truyền qua lõi sợi quang với tốc độ khác nhau, làm thay đổi chỉ số khúc xạ của lõi sợi Sự khác biệt về tốc độ truyền dẫn của các bước sóng này là nguyên nhân chính gây ra tán sắc vật liệu, ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu quang trong truyền dẫn.
Tán sắc vật liệu tiến độ dài đơn vị đợc tính:
- Đối với sợi đa mode:
- Đối với sợi đơn mode:
Trong đó: Ng: là hệ số khúc xạ nhóm
Với: Vg: là tốc độ nhóm
Hình 1.9 - Biểu thị tán sắc vật liệu và tán sắc mode trong các loại sợi khác nhau. Đồ án tốt nghiệp 9
Tán sắc mode Tán sắc vật liệu n 2 n 1
Xung ra Tán sắc mode
Hình ảnh phân bố chiết suất
(a) Sợi quang loại SI (đa mode)(a) Sợi quang loại SI (đa mode) Đại Học Bách Khoa - Hà Nội Khoa Điện Tử -Viễn Thông
Tán sắc trong sợi dẫn quang xảy ra do sự phân bố trường và số truyền lan, cùng với các mode phụ thuộc vào đường kính ruột d và bước sóng công tác λ Tỷ số d/λ đóng vai trò quan trọng trong việc xác định hiện tượng tán sắc này.
Tán sắc sợi dẫn trên độ dài đơn vị là: Đối với sợi đơn mode:
Trong đó: n1: chiết suất lõi sợi quang
: bớc sóng ánh sáng C: 3.10 8 m/s wr: bán kính trờng mode Đối với sợi quang đa mode: tán sắc này rất nhỏ
Tán sắc sắc thể là tổng của tán sắc vật liệu và tán sắc sợi dẫn: (Dch)
- Đối với sợi đa mode:
Dch Dm ( ) Dw ( ) tính trên độ dài L =1km Với chiều dài đoạn lập là L (km) và Laser có độ rộng xung là thì tán sắc sắc thể là:
Dch () = Dch {Ps/nm km} L {km} {n.m}
- Đối với sợi đơn mode tính trên L = 1km thì:
Với chiều dài đoạn lặp là L [km] độ rộng phổ tần của laser là (nm) thì tán sắc sắc thể đợc tính :
Dch () = Dch {Ps/nm km} L {km} {n.m}
Hình 1.9: Tán sắc vật liệu và tán sắc mode trong các loại sợi khác nhau
(c) Sợi quang loại SM Đại Học Bách Khoa - Hà Nội Khoa Điện Tử -Viễn Thông
* Các loại sợi đơn mode hiện nay đã đợc CCITT tiêu chuẩn hoá để sản xuất 3 loại sợi nh sau:
- Loại sợi không dịch tán sắc G652
Tại = 1300nm thì Dch < 3,5 Ps/nm km
Tại = 1.550nm thì Dch < 20 Ps/nm km Sợi này suy hao do tán sắc sắc thể đợc tính:
Với So: độ dốc đờng cong tán sắc tại bớc sóng : So 0,095 Ps/nm.km
Loại sợi dịch tán sắc G653 Tại = 1300 nm có Dch = 20 Ps/nm km = 1550 nm cã Dch < 3,5 Ps/nm km
Sợi có tán sắc phẳng G654
Tại = 1300nm 1550nm thì Dch < 6 Ps/nm.km loại này phải có mặt cắt hệ số khúc xạ nh sau:
Suy hao ánh sáng trong sợi quang
Hình 1.10: Đặc tính tán sắc của các loại sợi G652- G653-
G654. Đại Học Bách Khoa - Hà Nội Khoa Điện Tử -Viễn Thông
Khi lan truyền trong sợi quang, công suất ánh sáng bị suy giảm dần, ảnh sáng bị tổn hao
Ngời ta định nghĩa đại lợng suy hao là:
Trong đó: P1: Công suất ở đầu sợi quang.
P2: Công suất ở cuối sợi quang
Suy hao trên một tuyến cáp quang bao gồm:
- Suy hao bên ngoài (do công nghệ chế tạo lợi, lắp đặt sợi quang )
- Suy hao do hàn nối sợi quang.
Suy hao bên trong do 3 nguyên nhân chính gây ra nh sau:
1.1 Do hÊp thô tia cùc tÝm (ATu):
u = 4,582 m; bíc sãng tia cùc tÝm.
: bớc sóng truyền trong sợi
1.2 Do hấp thụ tia hồng ngoại (ATi):
A ATu 0 exp Đại Học Bách Khoa - Hà Nội Khoa Điện Tử -Viễn Thông
i: bớc sóng tia hồng ngoại (i = 4,8 m)
1.3 Do tán xạ Ravleigh: AT R :
H×nh 1.11 Đại Học Bách Khoa - Hà Nội Khoa Điện Tử -Viễn Thông
- Cửa sổ thứ nhất gần 0,85 m.
- Cửa sổ thứ hai tại 1,3 m.
- Cửa sổ thứ ba tại 1,55 m.
Suy hao do nhiệt độ, độ ẩm và quá trình lắp đặt sợi quang là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống truyền dẫn quang Khi khai thác, công suất tín hiệu cũng bị ảnh hưởng bởi các yếu tố này, tương tự như khi sản xuất Ngoài ra, hiện tượng cong và vi cong trên sợi quang cũng làm tăng suy hao, với tỷ lệ tăng theo hàm mũ exp (-R/Rc), gây ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng tín hiệu truyền dẫn.
Trong đó: R là bán kính cong
Rc = a/NA 2 : bán kính cong cho phép
Suy hao vi cong đợc xác định.
Trong đó: N số lợng bớc trên một đơn vị chiều dài cáp có độ cao trung bình là h
D- đờng kính ngoài của sợi cáp a- bán kính lõi cáp.
Eb và Ef là modul đàn hồi của sợi và của ống đệm
3- Suy hao do đấu nối sợi quang:
Đại học Bách Khoa Hà Nội, Khoa Điện Tử - Viễn Thông, nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu quang Một số nguyên nhân có thể gây ra sự suy giảm tín hiệu bao gồm việc hai sợi quang đặt lệch và không đồng âm, khoảng cách giữa hai sợi quang quá xa, và việc hai sợi quang được đặt lệch nhau một góc.
4 Suy hao hÊp thô: ánh sáng lan truyền trong sợi quang bị hấp thụ do các vật liệu sợi và đợc biến đổi thành nhiệt gây nên suy hao quang mà không lọt ánh sáng ra ngoài Suy hao này gọi là suy hao hấp thụ Và suy hao hấp thụ đợc phân chia thành hai loại, một loại là do bản thân sợi quang, thứ hai là do tạp chất trong thuỷ tinh làm sợi quang
Tán xạ là hiện tượng ánh sáng bị phân tán theo nhiều hướng khi gặp vật thể có kích thước nhỏ so với bước sóng của nó Độ suy hao do tán xạ tỷ lệ nghịch với mũ bốn bước sóng ánh sáng, vì vậy, khi ánh sáng có bước sóng dài hơn, độ suy hao sẽ giảm.
Các sợi quang thực tế không thể có tiếp diện mặt cắt ngang tròn lý tởng và cấu trúc hình trụ đều dọc suốt vỏ và lõi sợi.
Cáp quang
Cấu trúc cáp quang
Cáp quang tuỳ theo khả năng sử dụng, mục đích và yêu cầu sử dụng trong các tuyến thông tin mà đợc chế tạo ra thành các loại cáp:
- Cáp treo: Là loại cáp có móc treo sẵn đợc treo theo các cột điện lực.
- Cáp chôn: Là loại cáp chôn trực tiếp dới mặt đất hoặc đặt trong các ống cáp
Cáp thả nước là loại cáp chuyên dụng được thiết kế để hoạt động trong môi trường nước, bao gồm cáp thả sông, đầm lầy và cáp biển Loại cáp này thường được trang bị vỏ bọc bên ngoài có thêm các đai kim loại để tăng cường khả năng chịu đựng áp suất nước, đồng thời chịu lực căng của nước và chống lại sự tấn công của cá mập, đảm bảo an toàn và hiệu suất trong quá trình sử dụng.
1 Cấu trúc của cáp quang (nh hình 2.1 (a) và (b)):
2: INTERNAL PLASTIC SHEATH : ống đệm.
3: STRENGTH MEMBER : Phần tử gia cờng Đồ án tốt nghiệp 17
(a) (b) Đại Học Bách Khoa - Hà Nội Khoa Điện Tử -Viễn Thông
4 METALLIC MOISTURE BARRIER : Băng nhôm chống thÊm níc
5 PLASTIC SHEATH : Vỏ ngoài PLASIC.
6 ARMOURING : Vỏ bảo vệ bằng kim loại.
7 PLASTIC SHEATH : Vỏ ngoài cùng PLASTIC.
2 Các thành phần của cáp quang:
Cáp quang bao gồm các thành phần sau:
Phần tử gia cờng phải làm bằng vật liệu nhẹ, mềm dẻo, có modul đàn hồi cao Phần tử gia cờng có thể là:
Các cách đặt phần tử gia cờng trong lõi cáp quang (nh hình 2.2)
3 Đại Học Bách Khoa - Hà Nội Khoa Điện Tử -Viễn Thông
1- Strength member : Phần tử gia cờng
2.3 Các thành phần khác trong lõi cáp:
Các băng quấn quanh lõi cáp: Các băng này có hai chức năng là: + Liên kết các thành phần của lõi cáp với nhau
+ Tạo ra lớp ngăn nhiệt khi cáp bị nóng và phồng ra
* Một số loại cáp còn có bộ phận bơm không khí khô để chống ẩm và chống thấm nớc
Vỏ cáp có tác dụng bảo vệ lõi cáp khỏi bị ảnh hởng ở bên ngoài Các vỏ Plastic (một hoặc nhiều vỏ) để bao bọc lõi cáp
- Vỏ trong cùng thờng dùng là Polyethame vì nó mềm dẻo Đồ án tốt nghiệp 19
Hình 2.2: - Cách đặt phần tử gia cờng
Nguồn phát quang - đầu thu quang
Nguồn phát quang
Đại Học Bách Khoa - Hà Nội Khoa Điện Tử -Viễn Thông
LD và điôt laser hồi tiếp phân bố DFB ( Diftributed Feedback)
Trong thực tế, khi nghiên cứu dao động của LD, cần chú ý đến cấu trúc ba lớp, bao gồm lớp ‘p’, lớp ‘n’ và lớp hoạt chất nằm giữa chúng Cấu trúc bán dẫn này được gọi là cấu trúc dị thể kép do có hai lớp chuyển tiếp giữa các vật liệu Mặt phản xạ (bề mặt phân cách) và các điện cực cũng đóng vai trò quan
Mặt phản xạ (bề mặt phân cách) Tiếp giáp dị thể
Lớp hoạt chất Điện cực Mặt phản xạ ánh sáng
Để laser hoạt động được, cần phải thỏa mãn các điều kiện sau: Sự chênh lệch mức năng lượng giữa vùng dẫn của chất bán dẫn loại 'p' và vùng dẫn trong lớp hoạt chất phải đủ lớn Đồng thời, độ chênh lệch mức năng lượng giữa vùng dẫn và vùng hóa trị của bán dẫn loại 'p' cũng phải đủ lớn Ngoài ra, đối với bán dẫn loại 'n' ở chuyển tiếp, mức năng lượng vùng hóa trị phải nhỏ hơn vùng hoạt chất.
Khi giao động laser xảy ra, giữa hai gương phản xạ xuất hiện các sóng đứng, tạo thành các mốt dọc trong buồng cộng hưởng Số lượng các sóng đứng này là một bội số nhân của nửa sóng, quyết định bởi điều kiện giao động của mốt dọc, được biểu diễn bởi công thức: m x λ = 2 x L x n, trong đó m là số lượng sóng đứng, λ là bước sóng, L là chiều dài của buồng cộng hưởng và n là số nguyên.
: Bíc sãng n : Chiết suất của môi trờng
L : Chiều dài của buồng cộng hởng.
2 Diode Laser loại hồi tiếp phân bố DFB:
Gơng phản xạ Biên độ sóng Gơng phản xạ
(a) Mốt dọc của laser (b) Phổ phát xạ Bớc sóng
Hình 3.2: Mốt dọc và phổ phát xạ của laser
Lín (c) Ph©n bè chiÕt suÊt Nhá
Hình 3.1(b): Cấu trúc của LD, miền năng lợng, phân bố chiết suất Đại Học Bách Khoa - Hà Nội Khoa Điện Tử -Viễn Thông
0 Lớp đệm P Miền hoạt tính
Nguyên lý cấu tạo của diode Laser DBR và DFB qua sợi quang có thể gây ra tạp âm phân bố mode, do đó việc tìm kiếm loại LD mới với phổ bức xạ rộng chỉ khoảng 0,1nm trở xuống là cần thiết để đạt được laser đơn mode một tần số Laser DFB là giải pháp hiệu quả cho vấn đề này, nhờ sử dụng nguyên lý lới tán xạ nội bộ để tạo ra cơ chế hồi tiếp phân bố có tính chọn lọc tần số, từ đó tạo ra bức xạ đơn mode.
Cấu tạo của laser DFB thay thế các gương phản xạ bằng các cấu trúc chu kỳ, gọi là bộ phản xạ chọn lọc theo bước sóng Việc này có thể thực hiện bằng cách
Với:n1: Là chiết suất của miền tích cực và D: là chu kỳ lợn sóng.
=2n1sin2D Đại Học Bách Khoa - Hà Nội Khoa Điện Tử -Viễn Thông
w Điện cực vòng ánh sáng
Vùng điện tích không gian
Vùng cấm Eg Vùng hoá trị Wv
Hình vẽ 3.4:Mặt cắt của LD loại DFB
Çu thu quang
Trong kỹ thuật thông tin quang hiện đại, hai loại cấu trúc diode quang cơ bản được sử dụng rộng rãi là diode PIN (P-I-N) và diode quang thác APD (Avalanche Photo Diode), đóng vai trò quan trọng trong việc biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện Cả hai loại diode này đều hoạt động dựa trên nguyên lý điện áp phân cực ngược, đảm bảo hiệu suất chuyển đổi tín hiệu quang điện cao và ổn định.
Cách tửVùng hoạt tínhDòng phân cực Đại Học Bách Khoa - Hà Nội Khoa Điện Tử -Viễn Thông Điện cực
Hình 3.5 :Cấu tạo Diode Pin.
Diode PIN được cấu tạo từ một lớp bán dẫn N+ làm nền, phủ bên trên là lớp N dẫn yếu hoặc tự dẫn (Intrinsic) và lớp P+ dẫn tốt Cấu trúc này tạo thành mô hình P-I-N, với điện cực vòng trên bề mặt lớp P cho phép ánh sáng xâm nhập vào miền I Để giảm thiểu tổn thất ánh sáng, lớp chống phản xạ được phủ lên bề mặt lớp P Khi điện áp phân cực ngược được áp dụng, diode không cho dòng điện chạy qua, chỉ có một dòng ngược rất nhỏ gọi là dòng tới Để tối ưu hóa sự thẩm thấu của ánh sáng vào các phần tử của mạng tinh thể bán dẫn, nhiều chất bán dẫn được ghép nối, ví dụ như diode InGaAs/InP – PIN – PD.
- Nguyên lý hoạt động của diode PIN.
Khi ánh sáng từ sợi quang chiếu vào lớp P, mỗi photon sẽ sinh ra một cặp điện tử - lỗ trống trong miền P, I hoặc N Các điện tử và lỗ trống này sẽ bị điện trường hút mạnh về hai phía, với điện tử bị hút về miền N và lỗ trống bị hút về phía P Quá trình này tạo ra một dòng điện và điện áp trên tải do các phần tử mang điện sinh ra ở mạch ngoài Tuy nhiên, một số điện tử và lỗ trống không tham gia vào quá trình tạo dòng điện ngoài và tái hợp với nhau ngay trong miền P+ và N+ do không được khuyếch tán vào miền I.
Trong trường hợp lý tưởng, mỗi photon chiếu vào phải sinh ra một xung điện ở mạch ngoài, và giá trị trung bình của dòng điện ra tỉ lệ với công suất ánh sáng vào Tuy nhiên, thực tế không thể đạt được như vậy do một phần ánh sáng vào bị tổn thất do phản xạ Để cải thiện hiệu suất hấp thụ, lớp chống phản xạ có thể được sử dụng, giúp đạt được hiệu suất hấp thụ lên đến 80%, mặc dù lớp này có tính chất chọn lọc theo bước sóng.
Độ dày của miền ảnh hưởng đến hiệu suất lợng tử hoá, với yêu cầu xung ánh sáng phải lớn hơn thời gian trôi cần thiết để phân tử mang điện di chuyển qua vùng trôi có độ rộng w Tốc độ trôi bão hoà được xác định là Vs = 10^4 – 10^5 m/s, trong khi thời gian trôi được tính bằng công thức tw = w/vs.
Nếu miền I có độ rộng 70 m, thời gian trôi cần thiết là từ 0,7 đến 7 ns, điều này yêu cầu xung ánh sáng phải duy trì đủ lâu Hệ quả là tốc độ chuỗi tín hiệu sẽ bị giảm, và diode quang sẽ hoạt động chậm hơn khi bề dày lớp I lớn Đồng thời, thời gian tồn tại xung cũng cần phải lớn hơn hằng số thời gian = RC của mạch, trong đó R là điện trở tải Rt và C là điện dung tái tạo của diode.
Khi bước sóng ánh sáng tăng, khả năng xuyên qua bán dẫn cũng tăng, cho phép ánh sáng đi qua mà không tạo ra cặp điện tử và lỗ trống Mỗi loại vật liệu có một bước sóng giới hạn riêng; đối với silicon (Si), bước sóng giới hạn là 1,1 μm, trong khi germanium (Ge) và các bán dẫn liên kết khác như InGaAsP có bước sóng giới hạn vượt trên 16 μm.
2 Diode quang thác APD : Để tăng độ nhậy của diode quang, ngời ta có thể ứng dụng hiệu ứng nhân điện tử trong các bộ nhân quang điện Cấu tạo của các diode quang sẽ có dạng đặc biệt đó là diode quang thác nh hình 3.6(a).
Diode quang thác APD có cấu tạo tương tự như diode PIN, nhưng lớp PIN được thay thế bằng một lớp bán dẫn P dẫn yếu gọi là Sp Hai lớp còn lại là P+ và N+ Miền Sp đóng vai trò là miền trôi, nơi diễn ra quá trình sinh ra các cặp điện tử và lỗ trèng.
Bên trái lớp Sp bị giới hạn bởi lớp P + còn phải giới hạn bởi lớp tiếp giáp
Điện trường trong diode quang thác APD loại In GaAsP/InP thay đổi theo các lớp do điện áp phân cực ngược bên ngoài Trong vùng Sp, điện tăng chậm, nhưng tại lớp tiếp giáp P – N +, điện tăng nhanh Lớp tiếp giáp này là miền thác, nơi xảy ra quá trình nhân điện tử, góp phần vào cấu tạo của diode quang thác Hình 3.6 (d) minh họa quá trình ion hóa ánh sáng trong thiết bị này.
Rt Điện cực do va chạm (quá trình nhân điện tử: Tại đây cặp điện tử và lỗ trống tăng lên theo hàm số mũ).
Diode APD loại InGaAs P/InP được cấu tạo với một lớp chất bán dẫn InGaAs P bổ sung, nhằm tăng cường hiệu ứng thác, tức là sự va chạm giữa các điện tử, so với diode Pin InGaAs P/InP.
Nguyên lý hoạt động của Avalanche Photo Diode (APD) tương tự như PIN, yêu cầu một điện áp phân cực ngược lớn để hoạt động Khi các điện tử di chuyển vào
(b): Phân bố cờng độ điện trờng X
(a): Cấu tạo của diode quang thác APD Điện cực vòng
(c):APD diode InGaAs P/InP (d) : Quá trình ion hoá
Vùng thác Điện cực ánh sáng
P + n - InP n -InGaAsP n -InGaAs n - InP n + - InP Đại Học Bách Khoa - Hà Nội Khoa Điện Tử -Viễn Thông
Để đánh giá hiệu suất của APD, người ta định nghĩa tích số giữa độ khuyếch đại và độ rộng băng do quá trình thác Quan hệ giữa nhiệt độ, điện áp phân cực và hệ số khuyếch đại cũng rất quan trọng trong việc phân tích khả năng làm việc của thiết bị này.
Hệ thống cận đồng bộ
Ghép kênh và phân kênh PDH
Trong hệ thống cận đồng bộ PDH theo tiêu chuẩn EUROPE, quá trình ghép kênh từ luồng 2Mbit/s lên 140Mbit/s yêu cầu phải qua các mức trung gian 8Mbit/s và 34Mbit/s Việc này được thực hiện thông qua thiết bị ghép kênh cấp 2 (2DME), cấp 3 (3DME) và cấp 4 (4DME) Đồng thời, khi phân kênh, quá trình này cần được thực hiện theo chiều ngược lại một cách tuần tự.
Cấu trúc khung không đợc định nghĩa trong khuyến nghị của CCITT
Hình 1.1: Các tiêu chuẩn phân cấp cận đồng bộ PDH
G742 x 4 x 3 G757 x 3 G757 x 4 x 4 x 4 x 6 Đại Học Bách Khoa - Hà Nội Khoa Điện Tử -Viễn Thông
Tại mỗi cấp ghép kênh phải thực hiện các việc sau:
- Chèn thêm bit kiểm tra
- Cộng thêm các tín hiệu dịch vụ Quá trình ghép kênh chia làm các cấp:
- Cấp 2 – ghép 64 luồng 2Mbit/s thành 16 luồng 8Mbit/s dùng 8x2 DME.
- Cấp 3 – Ghép 16 luồng 8Mbit/s thành 4 luồng 34 Mbit/s dùng 4x3 DME.
- Cấp 4 - Ghép 4 luồng 34 Mbit/s thành 1luồng 140Mbit/s dùng 1x4 DME.
2 Chức năng xen – rẽ luồng PDH: Để thực hiện chức năng này, ta phải sử dụng các bộ ghép – phân kênh Back to back, các bộ ghép kênh cấp hai, cấp ba, cấp bốn nh hình sau:
Để thực hiện chức năng phối luồng, tín hiệu tốc độ cao 140 Mbit/s được phân kênh thành các tín hiệu cơ sở 2 Mbit/s Các tín hiệu 2 Mbit/s này sẽ được nối chéo luồng bằng cáp nhảy tại giá đấu dây.
Khung truyÒn dÉn PDH
1.Kü thuËt PCM ( Pulse Code Modultation ):
Kỹ thuật điều xung mã PCM chuyển đổi tín hiệu thoại có dải tần từ 0,3 đến 3,4 KHz thành dòng dữ liệu số 64Kbit/s Quá trình này được thực hiện qua ba giai đoạn.
DDF DDF DDF Dop DDF DDF DDF
Hình 1.3: Chức năng xen – rẽ luồng PDH Đại Học Bách Khoa - Hà Nội Khoa Điện Tử -Viễn Thông
Trong thực tế, dải tín hiệu thoại thường nằm trong khoảng từ 0 đến 4 KHz, với tần số lấy mẫu là 8 KHz (8000 mẫu mỗi giây) Mỗi mẫu được biểu diễn bằng một từ mã nhị phân 8 bit, dẫn đến dòng dữ liệu 64 Kbit/s được tạo thành.
8000 Samples/Second x 8bit/sample d000 bit/s
Ghép kênh PCM là quá trình kết hợp một số dong bit tốc độ thấp trở thành một luồng thông tin có tốc độ cao hơn.
Trên thế giới hiện nay tồn tại 2 tiêu chủân ghép kênh luồng PCM cơ bản nhơ sau:
- Mỹ : Cấp ghép kênh PCM 24: 1,544 Mbit/s
- Châu Âu : Cấp ghép kênh PCM 30 : 2,048 Mbit/s.
Theo tiêu chuẩn Mỹ, kênh 1,544 Mbit/s bao gồm 24 kênh thoại 64 Kbit/s, trong đó 2 kênh dành cho thông tin điều khiển và 22 kênh để tải tin Ngược lại, tiêu chuẩn Châu Âu quy định kênh 2,048 Mbit/s được tạo ra từ 32 kênh thoại 64 Kbit/s, với 30 kênh dùng để tải tin và 2 kênh cho điều khiển Hiện tại, Việt Nam áp dụng tiêu chuẩn Châu Âu PCM 30, trong đó mỗi luồng PCM cơ bản 2 Mbit/s có chu kỳ là 1/8000 = 125μs.
3.Cấu trúc khung 2Mbit/s cơ bản:
Cấu trúc khung 2 Mbit/s nh hình 4, một khung PCM 125s chia làm 32 khe thời gian ( Time Slot ) đánh số từ TS0 đến TS31 Độ rộng của mỗi khe là
Trong đó : - Khe TS0 và TS16 bao gồm các thông tin điều khiển
- Các khe thời gian từ TS1 đến TS15 và từ TS17 đến TS31 ghép vào 30 kênh thoại.
Để truyền tải tín hiệu báo gọi cho 30 kênh thoại, cần tổ chức ghép đa khung PCM Một đa khung PCM bao gồm 16 khe khung.
Slot ), mỗi khe là 125s, do đó một đa khung có thời gian tồn tại là 2ms.
- Khe thứ 16 trong đa khung bao gồm các thông tin điều khiển và sắp xếp khung.
- Từ khe 1 đến khe 15 trong đa khung là các bit thông tin Cấu trúc khung 2 Mbit/s và đa khung PCM đợc mô tả nh hình 1.4:
5 Khung cấp cao sử dụng trong hệ thống PDH: Đồ án tốt nghiệp 35 Đại Học Bách Khoa - Hà Nội Khoa Điện Tử -Viễn Thông
ONE MUL TIF RAME 2ms FRAME SLOT( ONE FRAME5s)
FRAM TS1-TS15 Signalling Information Bit1-4
Channels X:Bit tuỳ chọn ở trạng thái 1 khi không sử dụng
A:Thờng ở trạng thái 0 thiết lập 1 -Tại TS 0 ,khi mất đồng bộ khung -Tại TS 16 , khi mất đồng bộ đa khung
Hình 1 4: Cấu trúc đa khung và khung 2Mbit/s
Các luồng thông tin dung lợng lớn sẽ đợc tạo bởi một số luồng thông tin dung lợng thấp hơn.
- Luồng 8Mbit/s sẽ đợc tạo bởi 4 luồng 2Mbit/s
- Luồng 34Mbit/s sẽ đợc tạo bởi 4 luồng 8Mbit/s
- Luồng 140 Mbit/s đợc tạo bởi 4 luồng 34 Mbit/s
IV Ghép kênh theo b ớc sóng WDM ( Wavelength Division Multiplexing):
Ghép kênh theo bức sóng là phương pháp truyền tải các kênh riêng biệt qua những sóng mang quang khác nhau, sau đó kết hợp chúng trong một sợi quang duy nhất tại lớp tuyến quang Việc sử dụng ghép kênh quang không chỉ giúp tăng dung lượng cho tuyến mà còn giảm chi phí trên mỗi kênh.
Trong tương lai, các thiết bị quang tổ hợp sẽ thay thế các thiết bị quang hiện nay, giúp hệ thống WDM trở nên phổ biến hơn Hệ thống thông tin quang kết hợp có thể đạt dung lượng hàng chục Gbit/s trên một sóng quang và cho phép ghép từ 10 đến 100 sóng quang trong một cửa sổ duy nhất Điều này không chỉ mở rộng dung lượng kênh trên một sợi quang mà còn giảm chi phí cho mỗi kênh.
Có hai phương pháp chính trong WDM: sử dụng các nguồn sáng độc lập để tạo ra sóng quang với bước sóng khác nhau, hoặc sử dụng một nguồn sáng duy nhất và áp dụng phương pháp tạo phách để tạo ra các bước sóng khác nhau.
Bộ kích Các nguồn quang
Hình1.5: Sơ đồ khối của hệ thông ghép và tách theo bớc sóng
1 Nguyên lý ghép kênh theo b ớc sóng bằng các nguồn sóng mang khác nhau:
Hình ảnh minh họa quá trình ghép kênh qua bốn bước sóng độc lập, được tạo ra từ các nguồn laser và LED riêng biệt Mỗi kênh được điều khiển bởi một máy phát riêng, với bước sóng công tác khác nhau Tín hiệu điện từ từ các kênh được điều chế tương ứng với từng sóng mang thông qua bộ điều chế trong hoặc ngoài Sau khi điều chế, các sóng mang sẽ được kết hợp vào một sợi quang duy nhất thông qua bộ ghép bước sóng, với đặc tính tiêu hao khác nhau tùy thuộc vào bộ ghép.
Tổ hợp sóng mang quang được điều chế và ghép vào sợi quang để truyền đến bộ tách quang Tại đây, sóng mang quang được phân chia riêng biệt và ghép vào từng sợi thu riêng Nếu khoảng cách giữa các bước sóng trong bộ tách không phù hợp, hiện tượng xuyên âm giữa các kênh sẽ xảy ra Do đó, cần bổ sung các bộ lọc thông giải để lựa chọn bước sóng, nhằm giảm thiểu hiện tượng xuyên âm.
Các bộ lọc Bộ thu tín hiệu điện Đại Học Bách Khoa - Hà Nội Khoa Điện Tử -Viễn Thông
Chơng II Ghép Kênh SDH
Tiêu chuẩn phân cấp đồng bộ (SDH) đã đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong mạng viễn thông toàn cầu, thúc đẩy cách mạng hóa dịch vụ viễn thông và ảnh hưởng sâu rộng đến người sử dụng cuối, các nhà khai thác và nhà sản xuất thiết bị SDH thể hiện một tiến bộ công nghệ lớn, tương tự như sự ra đời của PCM và sợi quang vào những năm 1970.
Sự phụ thuộc ngày càng tăng của người dùng cuối, đặc biệt là các nhà kinh doanh, vào các phương tiện thông tin hiệu quả đã dẫn đến nhu cầu bùng nổ về dịch vụ viễn thông phức tạp Các dịch vụ như hội nghị truyền hình, truy cập cơ sở dữ liệu từ xa và chuyển giao tệp đa phương tiện yêu cầu một mạng linh hoạt với băng thông gần như không giới hạn Tuy nhiên, sự phức tạp của mạng hiện tại dựa trên công nghệ PDH không đáp ứng được những yêu cầu này, vì PDH chỉ được phát triển để phục vụ nhu cầu điện thoại thông thường Công nghệ SDH ra đời nhằm khắc phục những nhược điểm của PDH, cho phép sử dụng sợi quang để tăng đáng kể băng thông và giảm số lượng thiết bị trong mạng, đồng thời cung cấp quản lý mạng phức tạp hơn, từ đó nâng cao tính linh hoạt của mạng.
Việc triển khai hệ thống đồng bộ nhanh chóng nhờ khả năng tương tác với hệ thống PDH, cho phép tín hiệu PDH được kết hợp vào tín hiệu SDH, bảo vệ đầu tư của nhà khai thác và tạo điều kiện triển khai thiết bị SDH phù hợp với yêu cầu mạng Khi thiết bị đồng bộ được thiết lập, các nhà khai thác sẽ tiết kiệm chi phí đáng kể thông qua giảm phần cứng và nâng cao độ tin cậy, dẫn đến giảm chi phí bảo trì và khai thác Sự gia tăng độ tin cậy cũng giúp giảm nhu cầu dự trữ thiết bị thay thế Khả năng quản lý mạng tinh vi của SDH cải thiện điều khiển mạng truyền dẫn, tăng cường khả năng hồi phục và cấu hình lại mạng, từ đó nâng cao độ sẵn sàng thông tin và cung cấp dịch vụ nhanh hơn SDH mang lại giải pháp mạng bền vững cho tương lai, đáp ứng các dịch vụ như mạng ở vùng đô thị (MAN), ISDN băng rộng và mạng thông tin cá nhân, giúp các nhà khai thác giảm sự phụ thuộc vào giải pháp riêng của nhà cung cấp.
1.Sự ra đời của SDH:
Vấn đề thâm nhập mạng lưới đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của mạng viễn thông số Hiện nay, mạng truyền dẫn số hóa sử dụng công nghệ truyền dẫn cận đồng bộ PDH, với mỗi đường liên lạc hoạt động ở tần số hơi khác nhau.
Những hạn chế chủ yếu của cấu trúc cận đồng bộ PDH là:
Mạng PDH chủ yếu phục vụ cho các dịch vụ điện thoại truyền thống Tuy nhiên, đối với các dịch vụ mới như ISDN, truyền dữ liệu và dịch vụ điện thoại hình ảnh, mạng PDH không thể đáp ứng đủ yêu cầu.
Mạng PDH thiếu tính linh hoạt trong việc kết nối các luồng tín hiệu, đặc biệt khi cần rẽ luồng có dung lượng thấp (2Mbit/s) từ luồng có dung lượng lớn hơn (140 Mbit/s) Việc phân kênh phải trải qua tất cả các cấp trung gian để hạ tốc độ, trong khi ghép luồng cũng cần thực hiện qua đầy đủ các cấp để đạt tốc độ yêu cầu Điều này không chỉ làm cho quá trình kết nối trở nên không thuận tiện mà còn yêu cầu nhiều thiết bị phức tạp, dẫn đến việc không tiết kiệm và khó thực hiện.
Chơng II: Ghép kênh SDH
Chơng II Ghép Kênh SDH
Tiêu chuẩn phân cấp đồng bộ (SDH) đã đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong mạng viễn thông toàn cầu, thúc đẩy cuộc cách mạng trong dịch vụ viễn thông và ảnh hưởng sâu rộng đến người sử dụng, nhà khai thác và nhà sản xuất thiết bị SDH thể hiện sự tiến bộ vượt bậc trong công nghệ, tương đương với những thay đổi đáng kể khi PCM và sợi quang được giới thiệu vào những năm 1970.
Sự phụ thuộc ngày càng tăng của người dùng cuối, đặc biệt là các nhà kinh doanh, vào các phương tiện thông tin hiệu quả đã dẫn đến nhu cầu bùng nổ về dịch
Việc triển khai hệ thống đồng bộ nhanh chóng nhờ khả năng tương tác với hệ thống PDH, cho phép các tín hiệu PDH được kết hợp vào tín hiệu SDH, bảo vệ đầu tư của nhà khai thác Điều này giúp họ nhanh chóng triển khai thiết bị SDH phù hợp với yêu cầu mạng của mình Khi thiết bị đồng bộ được thiết lập, lợi ích sẽ rõ ràng, bao gồm tiết kiệm chi phí do giảm phần cứng và tăng độ tin cậy mạng, dẫn đến giảm chi phí bảo trì và khai thác Sự tăng cường độ tin cậy cũng giảm nhu cầu dự trữ thiết bị thay thế Khả năng quản lý mạng tinh vi của SDH cải thiện điều khiển mạng truyền dẫn, khả năng hồi phục và cấu hình lại mạng, từ đó nâng cao độ sẵn sàng thông tin và cung cấp dịch vụ nhanh hơn SDH mang lại cho nhà khai thác giải pháp mạng bền vững cho tương lai, với thiết kế đảm bảo các dịch vụ như mạng đô thị (MAN), ISDN băng rộng và mạng thông tin cá nhân, giúp các nhà khai thác không phải phụ thuộc vào giải pháp riêng của nhà cung cấp.
1.Sự ra đời của SDH:
Thâm nhập mạng lưới là nhiệm vụ quan trọng trong sự phát triển của mạng viễn thông số Hiện nay, mạng truyền dẫn số hóa sử dụng công nghệ truyền dẫn cận đồng bộ PDH, với mỗi đường liên lạc hoạt động ở tần số hơi khác nhau.
Những hạn chế chủ yếu của cấu trúc cận đồng bộ PDH là:
Mạng PDH chủ yếu phục vụ các dịch vụ điện thoại truyền thống, nhưng gặp khó khăn trong việc cung cấp các dịch vụ hiện đại như ISDN, truyền dữ liệu và dịch vụ điện thoại hình ảnh.
Mạng PDH thiếu tính linh hoạt trong việc kết nối các luồng tín hiệu, đặc biệt khi cần rẽ luồng có dung lượng thấp (2Mbit/s) từ luồng lớn hơn (140 Mbit/s) Việc phân kênh yêu cầu phải qua tất cả các cấp trung gian để hạ tốc độ, trong khi ghép luồng cũng phải trải qua quá trình tương tự để đạt tốc độ mong muốn Điều này không chỉ gây bất tiện trong kết nối mà còn yêu cầu nhiều thiết bị phức tạp, dẫn đến việc không tiết kiệm và khó thực hiện.
Thông tin về bảo trì không được liên kết trên toàn tuyến mà chỉ áp dụng cho từng đoạn truyền dẫn riêng lẻ Thủ tục bảo trì cho toàn tuyến rất phức tạp.
Mỗi nhà sản xuất thiết bị đường dây đều có tiêu chuẩn riêng, không có tiêu chuẩn chung áp dụng cho tất cả Điều này thể hiện sự đa dạng trong quy trình sản xuất và chất lượng thiết bị Đồ án tốt nghiệp 39 của Đại Học Bách Khoa - Hà Nội, Khoa Điện Tử - Viễn Thông, đã nghiên cứu sâu về vấn đề này.
Trong mạng PDH, việc sử dụng nhiều thiết bị ghép luồng dễ dẫn đến lỗi trong quản lý và đấu nối Những lỗi này không chỉ ảnh hưởng đến luồng đang kết nối mà còn tác động tiêu cực đến luồng đang khai thác.
- Hệ thống PDH thiếu các phơng tiện giám sát, đo thử từ xa mà chỉ có thể tiến hành ngay tại chỗ.
- Hệ thống PDH tồn tại 3 phân cấp PDH không thể tạo thành một mạng thông tin chung
- Hệ thống PDH không thể khai thác hết khả năng truyền dẫn của cáp quang.
Để khắc phục nhược điểm của hệ thống cận đồng bộ PDH, vào năm 1985, công ty Bellcore đã nghiên cứu và phát triển tiêu chuẩn SONET (Synchronous Optical Network) cho mạng cáp quang đồng bộ, nhằm tạo ra một mạng số hóa linh hoạt, tin cậy và có dung lượng lớn Tiêu chuẩn này được CCITT khuyến nghị như một tiêu chuẩn cơ sở để quy định ghép nối giữa các nút mạng (Network Node Interface - NNI) Đến cuối năm 1988, dựa trên tiêu chuẩn SONET và các tiêu chuẩn ghép kênh của Châu Âu, Mỹ và Nhật Bản, CCITT đã đưa ra tiêu chuẩn quốc tế SDH (Synchronous Digital Hierarchy) cho công nghệ truyền dẫn cáp quang và sóng vi ba.
Kỹ thuật SDH đã cách mạng hóa ngành viễn thông, mang đến một giải pháp tiên tiến đáp ứng nhu cầu đa dạng của người dùng và nhà sản xuất Nó không chỉ thỏa mãn các yêu cầu của ngành viễn thông mà còn khắc phục những hạn chế của hệ thống PDH đang được sử dụng hiện nay.
Trong tương lai, hệ thống đồng bộ SDH sẽ phát triển mạnh mẽ nhờ những ưu điểm vượt trội so với PDH Một điểm quan trọng là SDH có khả năng tích hợp với PDH trong mạng lưới hiện tại, cho phép hiện đại hóa mạng lưới một cách dần dần theo từng giai đoạn phát triển.
Hình 2.1 : Sự phát triển của SDH
N¨m Đại Học Bách Khoa - Hà Nội Khoa Điện Tử -Viễn Thông
Tiêu chuẩn SDH đợc nêu trong các khuyến nghị.
- G707: Các mức phân cấp số đồng bộ.
- G708: Giao diện tại nút mạng cho phân cấp số đồng bộ.
- G709: Cấu trúc ghép kênh SDH
- G780: Các định nghĩa và thuật ngữ trong lý thuyết SDH
- G781: Cấu trúc của các khuyến nghị đối với thiết bị ghép kênh SDH
- G782: Các loại và đặc tính chung của thiết bị ghép kênh SDH
- G957: Giao diện quang cho các thiết bị và các hệ thống liên quan đến SDH
- G958: Các hệ thống truyền dẫn SDH sử dụng cáp sợi quang
Hình 2.2 : Cấu trúc tổng quát của SDH
2.Phân cấp hệ thống SDH :
Phân cấp đồng bộ số SDH dựa trên hai tiêu chuẩn luồng số cơ bản.
- European 2,048Mbit/s Đồ án tốt nghiệp 41
Thông tin quản lýPointer Đại Học Bách Khoa - Hà Nội Khoa Điện Tử -Viễn Thông
Việc ghép kênh đồng bộ theo nguyên lý ghép byte xen byte yêu cầu tách các byte phục vụ mục đích khác ra khỏi luồng thông tin chính Các chức năng nối chéo và xen-rẽ luồng có thể thực hiện trực tiếp mà không cần qua nhiều cấp ghép kênh Trong hệ thống SDH, các thiết bị được sử dụng gọi là các phần tử mạng.
NE (Network Elements) và chia làm ba loại:
1) Thiết bị đầu cuối tuyến quang LT (Line Terminal)
2) Thiết bị xen - rẽ luồng ADM (Add/drop Multiplexer)
3) Thiết bị nối chéo luồng DCC (Digital Cross Connect)
Các phần tử mạng đợc điều khiển mạng điều hành SMN (SDH Management Network).
Hình 2.3 : SDH đơn giản hoá mạng lới
3 Chức năng ghép kênh SDH:
Bộ ghép kênh đầu cuối TM (Terminal Multiplexer) có khả năng ghép 63 luồng tín hiệu 2Mbit/s thành một tín hiệu tổng hợp 155Mbit/s Ngoài ra, bộ này cũng hỗ trợ ghép các tín hiệu PDH khác như 34 Mbit/s và 140 Mbit/s nếu cần thiết.
4 Chức năng xen - rẽ luồng:
Chức năng xen rẽ luồng được thực hiện thông qua bộ xen – rẽ luồng ADM (Add/drop Multiplexer) Thiết bị này có khả năng xen rẽ tất cả các luồng PDH với tốc độ 2, 34 và 140 Mbit/s theo tiêu chuẩn Châu Âu, cùng với các tín hiệu STM.