đồ án tốt nghiệp hệ thống thông tin quang

Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN • Đồ án của em chia làm 2 phần - Phần I: Tổng quan về hệ thông tin quang. - Phần II: Công ghệ truyền dẫn SDH. • Trong phần I gồm có 2 chương: - Chương I: Sơ lược về hệ thông thông tin quang. Ở chương này em nghiên cứu lịch sử phát thiển của hệ thông tin quang, cấu trúc hệ thống này và các ứng dụng và ưu nhược điểm của nó. - Chương II: Các thành phần của hệ thông tin quang. Chương II em nghiên cưu về lý thuyết trung về truyên dẫn + Các thông số của sợi quang bao gồm: Suy hao trong sợi quang Các nguyên nhân gây suy hao Tán sắc + Cấu trúc của sợi quang gồm lớp phủ và lớp vỏ + Các linh kiên biến đổi quang gồm có các yêu cầu kĩ thuật của linh kiện biến đổi quang, nguồn quang và tách sóng quang. + Hàn nối sợi quang: Các yêu cầu kĩ thuật của mối nối + Hệ thống thông tin quang gồm có cấu trúc hệ thống thông tin quang và mã hoá hệ thống thông tin quang. + Thiết kế tuyến thông tin: tính toán thiết kế và ví dụ để tính toán. • Phần II: gồm có 3 chương - Chương 1: Sơ lược về công nghệ truyền dẫn. Trong chương này em nghiên cứu + Kỹ thuật điều chế xung mã gồm cấu hình cơ bản của tuyến truyền tin PCM và cơ sở lý thuyết PCM 1 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 + Thuật TDM và tiêu chuẩn ghép kênh ở Việt Nam: ghép kênh nhóm sơ cấp và hệ thống PCM cấp 1. - Chương 2: Nghiên cứu công ghệ truyền dẫn SDH. Trong chương này em nghiên cứu + Công nghệ ghép kênh cấp cao PDH + Sự cần thiết của SDH + Cấu trúc khung SDH gồm cấu trúc ghép cơ bản và cấu trúc khối - Chương 3: Nghiên cứu mạng SDH Trong chương 3 em nghiên cứu + Các vùng mạnh SDH gồm đường dẫn, vùng ghép kênh và vùng lặp + Thành phần chủ yếu của mạng đồng bộ: Có hai thành phần là Hệ thống đường dây và thiết bị nối chéo bậc cao Các bộ ghép kênh truy suất và thiết bị kết nối chéo bậc thấp + Kết nối chéo DDC + Mạng + Mạng vòng ring SDH Trong mạng này gồn có 6 mạng vòng là: Vong ring một hướng tợ bảo vệ cho một vùng dẫn. Mạng vòng ring hai hướng. Bảo vệ theo đường truyền. Mạng vòng ring tự phục hồi một hướng bảo vệ theo luồng. Mạng vòng ring tự phục hồi một hướng theo đoạn. Mạng vòng ring tự phục hồi hai hướng bảo vệ theo đoạn 2 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG CHƯƠNG 1: SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG. 1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin quang. Như chúng ta đã biết thông tin quang học đã có từ lâu đời. Cho tới thế kỷ 18 thông tin quang học theo nghĩa rộng vẫn chỉ dừng ở mức đèn tín hiệu, Lịch sử phát triển thông tin quang học được tóm tắt bởi các mốc sau: Năm 1790 Claude Chappe- kỹ sư người Pháp đã xây dựng một hệ thống điện báo quang. Hệ thống này gồm một chuỗi các tháp với các đèn báo hiệu di động trên đó. Tốc độ thông tin được truyền với hệ thống này khoảng 15 phút cho cự ly 200km. Năm 1870 John Tyndall- nhà vật lý người Anh, đã chứng minh ánh sáng có thể truyền được theo ống nước uốn cong. Việc truyền ánh sáng trong ống nước uốn cong là sự ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần. Năm 1880 Alexander Graham Bell người Mỹ giới thiệu hệ thống điện thoại quang, trong hệ thống này, ánh sáng mang điện năng được truyền qua môi trường không khí. Nhưng vì môi trường không khí có nhiều nguồn gây nhiễu nên thực tế hệ thống này chưa được sử dụng. Năm1934 Noman R.Funch- kỹ sư người Mỹ dùng các thanh thuỷ tinh làm môi trường truyền dẫn ánh sáng trong thông tin quang. Năm 1960 Theodor H.Maiman đưa laze vào hoạt động và đã thành công. Năm 1962 laze bán dẫn và photodiode bán dẫn hoàn thiện. Năm1966 Charles H. KaoVà George A. Hockhan người Anh dùng sợi thuỷ tinh để truyền dẫn ánh sánh. Sợi thuỷ tinh được chế tạo lúc này có sự suy hao quá lớn( δ ≅ 1000dB/km). 3 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 Năm 1970 hãng Corning Glass Works chế tạo thành công sợi quangcó chiết suất bậc với suy hao nhỏ hơn 20dB/km. Năm 1983 sợi quang đơn mốt được sản suất tại Mỹ. Ngày nay sợi quang đơn mốt được sử dụng rộng rãi. Độ suy hao của loại sợi này chỉ còn khoảng 0.2dB/km ở bước sóng 1550nm. 1.2 Cấu trúc của hệ thông tin quang. Trặm lặp trên đường truyền Tín hiệu ra Biến đổi Biến đổi Sơ đồ tuyến truyền quang dẫn - Theo sơ đồ hệ thống ta có: + Nguồn tín hiệu ban đầu: Tiếng nói, Fax, Camera + Phần tử điện xử lý nguồn tin tạo ra tín hiệu đưa vào hệ thống. + Bộ biến đổi E/O có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang với các mức tín hiệu đệm được biến đổi thành cường độ quang, các tín hiệu điện “0” và “1” được biến đổi ra ánh sáng tương ứng dạng “không” và “có”. 4 Nguồn tín hiệu Phần tử điện E O E O E O E O Phần tử điện Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 Sau đó tín hiệu quang được đưa vào sợi quang truyền đi. Bộ biến đổi điện quang thực chất là các linh kiện phát quang như:LED, laserđioe. + Trạm lắp: Khi truyền dẫn trên tuyến truyền dẫn, công suất bị giảm đi, dạng sóng (độ rông xung) bị dãn ra do nhiều nguyên nhân khác nhau. Vì vậy để truyền được tín hiệu đi xa cần có trạm lặp. Trặm lặp này có nhiệm vụ khôi phục lại nguyên dang tín hiệu của nguồn phát và khuếch đại tín hiệu. Sau đó đưa vào tuyến truyền dẫn tiếp theo. Khi khoảng cách truyền dẫn lớn (cự ly tuyến thông tin lớn) thì cần thiết có tr ặm lặp. Tín hiệu Tín hiệu KĐ Cáp quang Cáp quang Sơ đồ khối trặm lặp 1.3. ứng dụng và ưu nhược điểm của hệ thống thông tin quang. • Những ứng dụng của sợi quang. - Sợi quang được ứng dụng trong thông tin và một số mục đích khác. - Vị trí Sợi quang trong mạng thông tin hiện nay. + Mạng đường trục xuyên quốc gia. 5 O E O E Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 + Đường trung kế. + Đường cáp thả biển xuyên lục địa ( Xuyên Quốc Gia). + Đường số liệu. + Mạng truyền hình. • Ưu điểm - Suy hao truyền dẫn rất nhỏ so với truyền thông tin qua đây kim loại nên số trặm lặp giảm. - Sợi quang được chế tạo từ nguyên liệu chính là thạch anh hay nhựa tổng hợp nên nguồn nguyên liệ rất rồi dào và rẻ tiền dẫn đến giảm được giá thành. - Sợi quang có đường kính nhỏ, trọng lượng nhẹ. - Sợi quang có tính bảo mật trong thông tin cao, không chịu ảnh hưởng nhiễu điện từ trường bên ngoài. - Tính cách điện cao, không gây chập cháy. - Dễ lắp đặt, bảo dưỡng, uốn cong. - Dùng hệ thống thông tin cáp sợi quang kinh tế hơn nhiều so với cáp kim loại có cùng dung lượng và cự ly. • Nhược điểm. - Do cấu trúc sợi quang nhỏ nên thiết bị quang phải tương thích. - Kĩ thuật hàn nối khó khăn, yêu cầu độ chính xác cao. - Thiết bị tốn kém. Nhờ có những ưu nhược điểm trên nên sợi quang đã và đang được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực thông tin và các mục đích khác. 6 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 Chương II. Các thành phần của hệ thống thông tin quang 2.1 Lý thuyết chung về quang dẫn. 2.1.1 Cơ sở quang học. Sự truyền ánh sáng trên sợi dẫn quang là hiện tượng phản xạ ánh sáng, ánh sáng dùng trong thông tin quang nằm ở vùng cận hồng ngoại với bước sóng từ (800 – 1600)nm. Đặc biệt có ba bước sóng thông dụng là: 850nm, 1300nm, 1550nm. - Vận tốc ánh sáng: C=V.λ. Trong đó: V là tần số ánh sáng C là vận tốc ánh sáng. λ là vận tốc ánh sáng - Triết suất của môi trường: n=C/V Trong đó: n là triết suất của môi trường V là tần số ánh sáng C là vận tốc ánh sáng trong chân không Vì V<C nên n>1 - Sự phản xạ toàn phần. Định luật Snell: n 1 Sinα =n 2 Sinβ. 7 Tia khúc xạ 1’ Tia phản xạ 1’ Tia tới n 2 n 1 3 2 1’’ Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 Ta có quan hệ giữa tia phản xạ với tia khúc xạ và tia tới. • Góc phản xạ bằng góc tới. α=α’ *Góc khúc xạ được xác định theo định luật Snell. n 1 Sinα =n 2 Sinβ. Trong đó: n 1 : chiết suất môi trường 1 n 2 : chiết suất môi trường 2 Khi n 1 >n 2 thì α > β nếu tăng α thì β cũng tăng theo và β luôn lớn hơn α khi β = 90 tức là song với mặt tiép giáp, thì α được gọi là góc tới hạn α T . Nếu tiếp tục tăng cao cho α>α T thì không còn tia khúc xạ mà chỉ còn tia phản xạ hiện tượng này gọi là hiện tượng phản xạ toàn phần. Dựa vào định luật Snell ta có thể tính được góc tới hạn α T : Sinα T = 1 2 n n hay α T =artsin 1 2 n n 8 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 2.1.2. Sự truyền ánh sáng trong sợi quang dẫn Giả sử một tia sáng do một nguồn bên ngoài xâm nhập vào mặt cắt ngang của sợi quang để làm truyền. Tia sáng thâm nhập tao nên một góc θ với trục sợi quang nguồn bức xạ tạo ra ánh sáng. Tia sáng phải đi qua môi trường không khí có n k = 1 rồi vào ruột sợi có n 1 > n k tia tới mặt cắt sẽ bị khúc xạ tạo nên góc khúc xạ β. Sự phản xã toàn phần chỉ xẩy ra với những tia có góc tới θ < θ max . Sin của góc tới hạn này được gọi là khẩu độ số. NA = Sinθ max. áp dụng công thức Snell để tính NA. 9 Tia khúc xạ Trục sợi quang n k n 2 Tia phản xạ n 1 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 Tại điểm A ta có: n k sinθ max = n 1 sin90. Mà n k là chiết suất không khí(n 1 =1). Để dảm bảo đIều kiện phản xạ toàn phần theo định luật Snell thì: Sinα min = 1 2 n n và α min đảm bảo đIều kiện toàn phần. Do đó: NA = sin θ max = n 2 1 -n 2 2 =n 1 ∆ Với ∆ là sự khác nhau về chiết suất. * giá trị cực đại θ max gọi là góc nhận ánh sáng và sin θ max < n 2 1 -n 2 2 để mở khẩu độ. Tia sáng đi vào quang theo một góc θ > θ max sẽ bị khúc quang không thể truyền đi được xa. 2.1.3 Các dạng phân bố triết suất trong sợi quang. • Sợi quang có cấu trúc chung bao gồm một lõi bằng thuỷ tinh có triết suất lớn hơn và một lớp vỏ cũng bằng thuỷ tinh có triết suất lớn hơn. Triết suất của lớp vỏ không đổi còn triết suất của lõi nói chung thay đổi theo bán kính (khoảng cách từ trục ra). Sự biến thiên triết suất theo bán kính được biết dưới dạng tổng quát như sau: n 2 [1- ∆ (r/a) g ] với ar ≤ (trong lõi) n(r) ={ n 1 (1-2 ∆ ) 1/2 -n 1 (1- ∆ )=n 2 với r > a (lớp vỏ) Trong đó: n 1 : triết suất lớn nhất của lõi. n 2 : triết suất lớp bọc. 10 [...]... i quang Linh kin bin i quang c t 2 u si quang - Linh kin bin i t tớn hu in sang tớn hu quang, c gi l ngun quang linh kin ny cú nhim v phỏt ra ỏp sut cú cụng sut t l vi dũng chy ca nú - Linh kin bin i tớn hu quang thnh tớn hu in gi l linh kin thu quang nú to ra dũng in cú cng t l vi cụng sut quang chiu vo nú Cht lng cỏc linh kin ny vo cht lng ca si quang quyt nh cht lng, c ly ca tuyn truyn dn quang. .. ú: P1: ụng sut quang a vo u si quang P2: Cụng sut quang a vo cui si quang - Suy hao trung bỡnh trờn 1km si quang theo cụng thc: = Trong ú: A L (dB/Km) A: Suy hao si quang [dB] L: Chiu di si quang [Km] 2.2.2 Cỏc nguyờn nhõn gõy suy hao a/ Suy hao do hp th (Hỡnh a,b,c) - S hp th kim loi: Cỏc tp cht kim loi trong thu tinh l mt trong nhng ngun hp nng lng ỏnh sỏng Cỏc tp cht kim loi trong si quang hp th ỏnh... quang cú c si quang cú suy hao di 1dB/km cn phi cú thu tinh tht tinh khit vi nng tp cht khụng quỏ mt phn t (10-9) - S hp th Ion OH: Do cỏc Ion cũn li trong si quang sau khi ch to ó hp th ỏnh sỏng Mc hp th nng lng ỏnh sỏng nhiu hay ớt cng ph thuc vo bc súng ỏnh sỏng truyn trong si quang c bit hp th tng vt cỏc bc súng gn 950nm, 1240nm, 1400nm Nh vy m cng l mt nguyờn nhõn gõy ra suy hao ca si quang. .. hv Phỏt x t phỏt 0 Phỏt x kớch thớch 2.4.3 Ngun quang a Nguyờn lý chung Cú 2 loi c dựng lm ngun quang - Diode phỏt quang LED (lLight Emitting Diode) - Diode laser hay LD C hai linh kin u phỏt trin t Diode bỏn dn ca loi P v N Cỏc c tớnh k thut ca ngun quang phn ln ph thuc vo cu to ca chỳng, riờng bcsúng do ngun quang phỏt ra ph thuc vo vt liu ch to ngun quang Mi cht bỏn dn cú b rng khe nng lng Eg khỏc... 0918.775.368 Thnh phn chớnh ca si quang gm lừi (core) v lp bc (cladding) Trong vin thụng dựng loi si cú c 2 lp trờn bng thy tinh, lừi dn ỏnh sỏng v lp v bc gi ỏnh sỏng tp trung trong lừi nh s phn x thnh phn gia lp lừi v lp v bc bo v si quang trỏnh nhiu tỏc ng do iu kin bờn ngoi si quang cũn c bc thờm mt vi lp na - Lp ph hay lp v th nht (primany coating) - Lp v th hai (Secondary coating) 0,9 m Lp v Lp ph 250... trong si quang ph thuc vo bc súng gõy ra tỏn sc Tỏn sc ng dn súng rt nh ch ỏng chỳ ý vi si n mode + Túm li: tỏn sc xy ra trong si quang bao gm tỏn sc mode v tỏn sc th Si quang mode ch cú tỏn sc th vỡ trong si quang n mode ch truyn - dchr (PS/nm.Km) 1 12 - 2 8 4 0- 1300 12 1600 -4 -8 -12 Tỏn sc ca cỏc loi si mt tia sỏng cho nờn khụng cú tỏn sc mode xy ra Ddchr: chromatic dispersion 2.3 Cu trỳc si quang. .. kin quang cng phi tng ng v cỏc thit b hn ni si n mode phicú chớnh xỏc cao Cỏcyờu cu ny ngy cng cú th ỏp ng c do ú si n mode ang c s dng rt ph bin d D 16 Kớch thc si n mode Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 n1 = 0,3% n2 2.2 Cỏc thụng s ca si quang 2.2.1 Suy hao trong si quang - Suy hao l tham s hin th s suy gim nng lng ỏnh sỏng khi truyn ỏnh sỏng trong si quang. .. Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 - Si quang cú trit sut nhy bc õy l si quang cú cu to n gin nht vi trit sut ca lừi v lp v khỏc nhau mt cỏch rừ rt nh hỡnh bc thang Cỏc tia sỏng t ngun quang phũng co u si vi gúc ti khỏc nhau s truyn theo cỏc ng khỏc nhau b a n 0 2 n a 1 b S truyn ỏnh sỏng trong si quang cú trit sut nhy bc (SI) Cỏc tia sỏng truyn trong lừi cựng vi vn tc:... v bc: (Hỡnh a) Trong k thut ch to si quang mun thu tinh cú trit suỏt ln phi thờm nhiu tp õm vo, iu ny lm tng suy hao Dng gim trit sut lp v bc nhm m bo chờnh lch trit sut nhng cú trit sut lừi n1 khụng cao b/ Dng dch tỏn sc (Hỡnh b): tỏn sc tng ng ca si quang trit tiờu bc súng gn 1300nm Ngi ta cú th dch im cú tỏn sc trit tiờu n bc súng1550nm bng cỏch dựng si quang cú dng trit sut nh hỡnh b c/ Dng... phỏt quang phi cú cụng sut n nh mi m bo trung thc ca T/h - Thi gian s dng cõn, giỏ thnh h b i vi linh kin tỏch súng quang - Bc súng: i vi bc súng hot ng ca h thng 850 nm, 1300nm 1550nm, phi nhy - nhy: Cng cao cng tt, tc l kh nng tỏch c cỏc tớn hiu quang 28 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 tht nh vi s l bt cho phộp nhy cng cao thỡ cú th m rng c ly thụng tin - . đổi quang, nguồn quang và tách sóng quang. + Hàn nối sợi quang: Các yêu cầu kĩ thuật của mối nối + Hệ thống thông tin quang gồm có cấu trúc hệ thống thông tin quang và mã hoá hệ thống thông tin. 0918.775.368 PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG CHƯƠNG 1: SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG. 1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin quang. Như chúng ta đã biết thông tin quang học đã có từ. của hệ thống thông tin quang 2.1 Lý thuyết chung về quang dẫn. 2.1.1 Cơ sở quang học. Sự truyền ánh sáng trên sợi dẫn quang là hiện tượng phản xạ ánh sáng, ánh sáng dùng trong thông tin quang