kỹ thuật viễn thông

1.1.LỊCH SỬ PHÁT TRUYỂN CỦA THÔNG TIN QUANG.• 1790 : claude chappe, kỹ sư người pháp, đã xây dựng một hệ thống điện báo quang optical telegraph.. • 1880 : alexander graham bell, người mỹ

ĐÀI TIẾNG NÓI VIỆT NAM TRƯỜNG CĐPTTH1.

BÀI GIẢNG-POWERPOINT

THÔNG TIN QUANG

NAM ĐỊNH 9-2009.

GV:THẠC SỸ CÙ VĂN THANH

08/02/15 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN QUANG.

1.1.LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA THÔNG TIN QUANG

1.2 SƠ ĐỒ KHỐI MỘT TUYẾN THÔNG TIN QUANG

1.3 CÁC ỨNG DỤNG CỦA THÔNG TIN QUANG

1.4 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA THÔNG TIN QUANG

1.5 THAM SỐ CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

1.6 CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

1.1.LỊCH SỬ PHÁT TRUYỂN CỦA THÔNG TIN QUANG.

• 1790 : claude chappe, kỹ sư người pháp, đã xây dựng một hệ thống điện báo quang (optical telegraph) hệ thống này gồm một chuỗi các tháp với các đèn báo hiệu di động trên đó thời ấy tin tức được truyền bằng hệ thống này vượt chặng đường 200

km trong vòng 15 phút

• 1870 : john tyndall, nhà vật lý người anh, đã chứng tỏ rằng ánh sáng có thể dẫn được theo vòi nước uốn cong thí nghiệm của ông đã sử dụng nguyên lý phản xạ toàn phần, điều này vẫn còn áp dụng cho sợi quang ngày nay

• 1880 : alexander graham bell, người mỹ, giới thiệu hệ thống photophone, qua đó tiếng nói có thể truyền đi bằng ánh sáng trong môi trueoèng không khí mà không cần dây tuy nhiên hệ thống này chưa được áp dụng trên thực tế vì còn quá nhiều nguồn nhiễu làm giảm chất lượng của đường truyền

08/02/15 4

LỊCH SỬ PHÁT TRUYỂN CỦA THÔNG TIN QUANG.

• 1934 : norman r french, kỹ sư người mỹ, nhận được bằng sáng chế về hệ thống thông tin quang phương tiện truyền dẫn của ông là các thanh thuỷ tinh

• 1958 : arthur schawlow và charles h townes, xây dựng vầ phát triển laser.

• 1960 : theodor h maiman đưa laser vào hoạt động thành công

• 1962 : laser bán dẫn và photodiode bán dẫn được thừa nhận vấn đề còn lại là phải tìm môi trường truyền dẫn quang thích hợp

• 1966 : charles h kao và george a hockham, hai kỹ sư phòng thí nghiệm standard telecommunications của anh, đề xuất việc dùng thuỷ tinh để truyền dẫn ánh sáng nhưng do công nghệ chế tạo sợi thuỷ tinh thời ấy còn hạn chế nên suy hao của sợi quá lớn (α ~ 1000 db/km)

LỊCH SỬ PHÁT TRUYỂN CỦA THÔNG TIN QUANG.

• 1970 : hãng corning glass works chế tạo thành công sợi quang loại si có suy hao nhỏ hơn 20 db/km ở bước sóng 633 nm

• 1972 : loại sợi gi được ché tạo với độ suy hao 4 db/km.

• 1983 : sợi đơn mode (sm) được xuất xưởng ở mỹ

• ngày nay sợi đơn mode được sử dụng rộng rãi độ suy hao của loại sợi này chỉ còn khoảng 0,2 db/km ở bước sóng 1550 nm

ThiÕt bÞ ph¸t

Linh kiÖn thu quang K§ Phôc håi tÝn hiÖu

TÝn hiÖu ®iÖn

ThiÕt bÞ thu

Thu quang

Söa d¹ng Ph¸t

quang

TÝn hiÖu quang TÝn hiÖu quang

K§

1.3.CÁC ỨNG DỤNG CỦA THÔNG TIN QUANG.

• Mạng đường trục xuyên quốc gia

• Mạng riêng của các công ty đường sắt, điện lực,

• Đường trung kế nối các tổng đài.

• Đường cáp thả biển liên quốc gia

• Đường truyền số liệu, mạng lan

• Mạng truyền hình cáp.

• Mạng thuê bao.

08/02/15 8

1.4.ĐẶC ĐIỂM CỦA THÔNG TIN QUANG

• Suy hao thấp: cho phép kéo dài khoảng cách tiếp vận do đó giảm được số trạm tiếp vận (trạm lặp)

• Dải thông rất rộng: có thể thiết lập hệ thống truyền dẫn số tốc độ cao

• Trọng lượng nhẹ, kích thước nhỏ

• Hoàn toàn cách điện không chịu ảnh hưởng của sấm xét

• Không bị can nhiễu bởi trường điện từ

• Xuyên âm giữ các sợi dây không đáng kể

• Vật liệu chế tạo có rất nhiều trong thiên nhiên

• Dùng hệ thống thông tin sợi quang kinh tế hơn so với sợi kim loại cùng dung lượng

và cự ly

1.5.CÁC THAM SỐ TTQ.

1.5.1.Tham số nguồn quang.

+Công suất cực đại

+Công suất ghép vào sợi quang

+Dải tần bức xạ

+Độ rộng phổ bức xạ

1.5.2.Tham số sợi quang.

+Đường kính lõi sợi

+Chiết suất, phân bố chiết suât

mod (e/O)

mux

(E)

demux (E)

demux o

tín hiệu quang/ cáp quang tín hiệu điên, /cáp thường.

08/02/15 12

16.1 CẤU TRÚC HỆ THỐNG IM/DD.-PHẦN ĐIỆN.

• Sơ đồ khối lược giản.

• Phía phát gồm:

• khối ghép kênh điện

• khối mã hoá đường dây

• Phía thu gồm:

• khối giải mã hoá đường dây

• khối tách kênh điện

coder

Decoder e

mux

(E)

demux (E)

16.1 CẤU TRÚC HỆ THỐNG IM/DD-PHẦN QUANG

b Đặc điểm của hệ thống.

• hệ thống cỳ cấu trỳc đơn giản

• phần phỏt điều chế trực tiếp trờn cường độ dũng sỏng.

• phần thu thực hiện tỏch sỳng trực tiếp.

• độ ổn định của nguồn quang khụng cao.

• độ nhậy của mỏy thu quang cũng thấp.

c.Sử dụng hệ thống ttq-im/dd.

• dựng làm hệ thống thụng tin cự ly gần

• dựng trong cỏc hệ thống mạng cỏp truyền hỡnh cỳ dung lượng trung bỡnh

mux (o) mod

08/02/15 14

1.6.1.HỆ THỐNG TTQ-IM/DD.

b Đặc điểm của hệ thống.

• hệ thống có cấu trúc đơn giản.

• phần phát điều chế trực tiếp trên cường độ dòng sáng.

• phần thu thực hiện tách sóng trực tiếp.

• độ ổn định của nguồn quang không cao.

• độ nhậy của máy thu quang cũng thấp.

c.Sử dụng hệ thống ttq-im/dd.

• dùng làm hệ thống thông tin cự ly gần

• dùng trong các hệ thống mạng cáp truyền hình có dung lượng trung bình

mod (e/O)

mux

(E)

demux (E)

demux (o)

tÝn hiÖu quang/ c¸p quang

ld (O)

mix (o)

ld (O)

Demod (o/e)

08/02/15 16

1.6.2.HỆ THỐNG TTQ KẾT HỢP COHERENT.

b Đặc điểm của hệ thống.

• hệ thống có cấu trúc phức tạp.

• phần phát điều chế trực tiếp ngoài.

• phần thu thực hiện thu kết hợp.

• độ ổn định của nguồn quang cao nhờ cách ly bộ điều chế với nguồn dao động quang

• độ nhậy của máy thu quang cũng cao nhờ thực hiện kỹ thuật trộn với một trường dao động quang tương tự như máy thu đổi tần ở kỹ thuật điện

CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT TRUYỀN DẪN TTQ.

08/02/15 18

2.1.KỸ THUẬT GHÉP KÊNH QUANG.

2.1.1 ghép kênh phân chia theo không gian

2.1.2 ghép kênh phân chia theo bước sóng

2.1.3 ghép kênh phân chia theo tần số

2.1.4 ghép kênh phân chia theo thời gian

2.1.1.GHÉP KÊNH THEO KHÔNG GIAN.

• Là phương pháp ghép kênh mà ở đó số lượng sợi quang trong mỗi cáp được tăng lên để có thể cung cấp được nhiều kênh trên cùng một cáp

1 2

GhÐp kªnh

n

08/02/15 20

2.1.2.GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO BƯỚC SÓNG.

• Các sóng ánh sáng có bước sóng khác sẽ được ghép cùng vào một sợi quang

• Là kết hợp các bước sóng khác nhau vào một sợi tại một đầu và thực hiện tách chúng để truyền tới các bộ tách sóng quang ở đầu kia

M u x

De M u x

2.1.3.GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ.

• Trong ghép kênh fdm băng tần của sóng ánh sáng được phân chia thành một số dải

có tần số khác nhau để mang các kênh thông tin riêng biệt

• Fdm sẽ được truyền trên sợi, và mỗi một kênh quang riêng biệt có thể có băng tần rất rộng

• Tổng số luồng bít được ghép phụ thuộc vào tốc độ của mỗi luồng

• Tại đầu thu tín hiệu quang sẽ được tách ra, công suất quang được chia và các kênh riêng sẽ được khôi phục lại

KÕt

Bé Hîp

f2Mix

Bé Chia C«ng SuÊt

Sîi c¸p quang

08/02/15 22

2.1.4.GHẫP KấNH PHÂN CHIA THEO THỜI GIAN.

• Cỏc kờnh được truyền trong những khe thời gian nhất định

• Mỗi kờnh đựoc điều chế độc lập, súng mang quang là cựng một bước súng

Nguồn

Phát

Khuyếch

đại quang EDFA

Bộ chia quang

Bộ ghép quang

KĐ

quang

Khối phát Clock

Bộ tách kênh

Bộ điều chế

Bộ điều chế

Bộ điều chế

Bộ điều chế Tín hiệu

Thời gian

2.2 KỸ THUẬT MÃ HOÁ TRONG THÔNG TIN QUANG

2.2.1.Vai trò của mã hoá

08/02/15 24

2.2.KỸ THUẬT MÃ HOÁ TRONG THÔNG TIN QUANG.

2.2.1.Vai trò của mã hoá:

• Trong hệ thống thông tin phía thu phát phải đảm bảo khôi phục thời gian của hệ thống một cách chính xác và tạo điều kiện hiệu chỉnh lỗi hệ thống

• Mã hoá tín hiệu là tập hợp các quy tắc để xắp xếp các ký hiệu của tín hiệu theo mẫu đặc trưng riêng

2.2.2.Mục đích của mã hoá:

• Giảm thành phần một chiều để tránh suy hao tín hiệu điện.

• Dễ dàng khôi phục tín hiệu đồng bộ.

• Có tính chống lỗi: phát hiện lỗi và sửa sai.

• Có tính bảo mật thông tin.

2.2.3.MÃ NRZ:

• Hiện nay, các dạng mã nrz khác nhau đã được sử dụng khá rộng rãi trong các

hệ thống thông tin quang dạng đơn giản nhất là nrz–l(nrz- level) như ở hình vẽ dưới.trong một chuỗi dữ liệu nối tiếp nhau, dữ liệu đơn cực (đóng – mở) thể hiện bít “1” bằng một xung ánh sáng chiếm toàn bộ một chu kỳ bít và bít “0” ứng với xung không được truyền mã này đơn giản cho việc tiến hành mã hoá nhưng nó lại không có khả năng tự giám sát lỗi hay hiệu chỉnh tín hiệu và không tự đồng bộ

được

•

Data NRZClock

• Bít “0” được biểu hiện là không có tín hiệu trong cả chu kỳ bít

• Mã rz đơn cực có nhược điểm là khi có chuỗi bít không chúng có thể làm mất tín hiệu đồng bộ

Data RZClock

2.2.5.MÃ MANCHESTER:

• Tín hiệu manchestrer quang thu được bằng cách cộng modul- 2 trực tiếp giữa tín hiệu băng tần cơ sở (nrz-l) với tín hiệu clock trong mã này có sự di chuyển mức dịch từ trên xuống biểu thị bít 0

• Mã manchester cho phép quá trình tạo và giải mã đơn giản, nhưng không có khả năng tách và hiệu chỉnh lỗi

•

Data ManchesterClock

Data NRZ

08/02/15 28

2.2.6.MÃ KHỐI:

• Một loại mã nhị phân dư rất có hiệu quả là mã khối mbnb

• Mã này các khối có m bít nhị phân được biến đổi thành khối có n bít nhị phân với n

> m các khối mới này được phát vào các dạng nrz hoặc rz vì có các bít dư thêm vào mà băng tần tăng lên xác định bằng tỷ số n/m cũng vì sử dụng băng tần cao nên các mã khối mbnb chứa thông tin đồng bộ và hiệu chỉnh lỗi

• Khi tốc độ truyền dẫn cao, các mã được sử dụng nhiều nhất là 3b4b, 5b6b, 6b8b

mã đơn giản cho các mạch mã hoá và giải mã là mã: 3b4b mã 5b6b là mã thích hợp nhất và có ưu điểm sử dụng cho mục đích giảm băng tần truyền dẫn

2.3.KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ TRONG TTQ.

2.3.1 Điều chế trực tiếp cường độ ánh sáng.

• Dữ liệu(e) đưa vào điều chế trực tiếp lên cường độ của nguồn sáng.

• Nguồn sáng có thể tạo bởi led,hoặc laser.

• Đặc điểm kỹ thuật đơn giản, kém ổn định

• Được sử dụngcho các tuyến thông tin gần, trong hệ thóng im/dd.

• Đặc điểm phức tạp, độ tin cậy, độ ổn định cao.

• Thường dùng trong hệ thống ttq kết hợp (coherent).

08/02/15 30

2.4.KỸ THUẬT TRUYỀN DẪN CẬN ĐỒNG BỘ -PDH

2.4.1.Khái niệm

• Công nghệ pdh dùng để truyền dẫn tiếng nói có băng tần cơ sở là 3,4khz

• Sử dụng ghép kênh theo thời gian tdma, thời gian một khung bằng 125às.

• Ghép 30 kênh thoại thành luồng cơ sở cấp 1là2048kb/s-tcchâu âu.

• Ghép 24 kênh thoại thành luồng cơ sở cấp 1 là 1544kb/s-tc bắc mỹ &nhật.

• Thực hiện ghép n cấp thấp thành luồng cấp có tốc độ cao hơn, có 5 cấp tốc độ khác nhau tuỳ theo từng tiêu chuẩn

•

2.4.2 BA TIÊU CHUẨN TRUYỀN DẪN PHÂN CẤP PDH.

a.Tiêu chuẩn châu âu:

• Cấp1: Ghép 30 kênh thoại thành luồng 2048 kb/s.

ThiÕt bÞ ®Çu cuèi

®­êng d©y ThiÕt bÞ ®Çu cuèi ®­êng d©y

Tr¹m xen/rÏ

Tr¹m xen/rÏ

140 Mbit/s 140 Mbit/s 140 Mbit/s

• Do ghép xen bit nên không thể kiểm tra đến từng byte số liệu.

• Thiết bị ghép và tách kênh cồng kềnh phức tạp không có khả năng tách trực tiếp các luồng cơ sở từ luồng truyền dẫn

• Chỉ sử dụng cao nhất là 140mb/s (quy ước của quốc tế))

• Tồn tại 3 phân cấp không đồng nhất (tiêu chuẩn châu âu, mĩ, nhật) nên không thể đấu chéo tạo mạng chung

08/02/15 34

2.5.KỸ THUẬT TRUYỀN DẪN ĐỒNG BỘ -SDH

2.5.1.Khái niệm về công nghệ sdh.

• Dùng truyền dẫn nhiều loại tín hiệu khác nhau như :thoại, audio,video, data vv

• Khắc phục hạn chế của công nghệ pdh :

– +tốc độ truyền dẫn cao hơn

– +truyền dẫn được nhiều loại tín hiệu khác nhau

– +dễ dàng kiểm soát hệ thống

– +thống nhất trên toàn thế giới

08/02/15 36

2.5.3.KỸ THUẬT GHÉP KÊNH ĐỒNG BỘ -SDH

Cấu trúc ghép kênh cơ bản :

• Stm ( synchronous transport module ) module truyền đồng bộ

• Các cấp stm - n được ghép từ stm - 1

• Các tín hiệu pdh có thể được ghép vào sdh và được truyền dẫn thông qua hệ

thống này, điều này giải thích tại sao ccitt đề xuất ra stm - 1 vì tất cả các tín hiệu pdh 1,5 mb/s đến 140 mb/s có thể ghép vào trở thành tín hiệu sdh theo

kiến nghị g 709.

Các ký hiệu trong sơ đồ ghép kênh.

• cn : container ( cấp n ) đơn vị chứa thông tin

• vcn : vitualy container ( cấp n ) container ảo cấp n

• tun : tributtari unit đơn vị luồng cấp n

• tugn : tributtari unit group nhóm đơn vị luồng

• au : administrative unit đơn vị quản lý

• aug : administrative unit group nhóm đơn vị quản lý

• poh : path overhead thông tin giám sát

• soh : section overhead thông tin quản lý

2.5.3.KỸ THUẬT GHÉP KÊNH ĐỒNG BỘ -SDH

đơn vị của các loại container.

44,736 34,386 Kbit/s

6,312 Kbit/s

2,048 Kbit/s

1,544 Kbit/s

Sö lý con trá G¾n / t¸chPOH

Sö lý con trá G¾n / t¸chPOH

2.5.4.ĐẶC ĐIỂM CỦA -SDH

Ưu điểm của công nghệ sdh.

– Đối với sdh thì ưu điểm nổi bật hơn là đơn giản hoá mạng lưới, linh hoạt

trong sử dụng khai thác

– Trong sdh tốc độ bit lớn hơn 140 mbit/s lần đầu tiên được tiêu chuẩn hoá trên

phạm vi toàn thế giới

– Tốc độ bit và cấu trúc khung của cấp cao hơn được tạo thành từ tốc độ bit và

cấu trúc khung của luồng cơ bản cấp thấp hơn do đó việc tách ghép luồng thông tin dễ dàng

– Có các kênh riêng cho giám sát, quản lý, đo thử hoặc điều khiển trong phần

mạng quản lý

– Tất cả các tín hiệu pdh có tốc độ thấp hơn 140 mbit/s đều có thể ghép được

vào cấp sdh thấp nhất là stm - 1 có tốc độ 155 mbit/s

08/02/15 40

2.5.4.ĐẶC ĐIỂM CỦA -SDH

Nhược điểm của công nghệ sdh.

• Kỹ thuật phức tạp hơn do phải ghi lại sự tương quan về phase giữa các tín hiệu

luồng và overhead

• Việc nhồi byte - byte tăng độ jitter hơn kiểu bit - bit của pdh

• Đồng hồ phải cung cấp từ ngoài

• Truyền dư thừa và thiếu mức 8 mb/s.

• Cấu trúc khung đặc trưng

• Ghép luồng theo nguyên lí xen bit

• Truy nhập luồng rêấng lẻ sau khi giải ghép đến cấp tương đương

Sdh

• Bộ dao động nội được đồng bộ với đồng hồ ngoài

• Ghép kênh đồng bộ

• Cấu trúc khung đồng nhất

• Ghép luồng theo nguyên lí xen byte

• Truy nhập luồng trực tếp từ luồng có tốc độ cao hơn.

•

08/02/15 42

CHƯƠNG 3: SỢI QUANG & CÁP QUANG.

3.1 CƠ SỞ QUANG HỌC.

32 CẤU TRÚC SỢI QUANG.

3.3.TỔN HAO TRONG SỢI QUANG.

3.4.TÁN SẮC TRONG SỢI QUANG.

3.5.CÁC LOẠI CÁP QUANG.

•

3.1 CƠ SỞ QUANG HỌC TRUYỀN DẪN QUANG.

3.1.1.Dải sóng trong thông tin quang

31.2.Khúc xạ và phản xạ toàn phần

31.3.Chiết suất môi trường,chiết suất sợi quang

3.1.4.Sự truyền lan ánh sáng trong sợi quang

Môi trường 2: n2Môi trường 1: n1

1’

1’’

1 2

08/02/15 46

31.3.CHIẾT SUẤT MÔI TRƯỜNG, CHIẾT SUẤT SỢI QUANG.

a Chiết suất môi trường

V

C

n =

trong đó :

n: chiết suất của môi trường

c: vận tốc ánh sáng trong chân không

c = 3 108m/s

v: vận tốc ánh sáng trong môi trường

v≤ c nên n ≥ 1

3.1.3.B.CHIẾT SUẤT TRONG SỢI QUANG.

• Chiết suấtnhẩy bậc : (si:step-index)

• Chiết suất giảm dần:(gi: graded- index )

n2

n1

n2n(r)

3.2.CẤU TRÚC SỢI QUANG

3.2.1.Cấu tạo sợi quang

3.2.2 Lớp lõi &lớp bọc

3.2.3 Lớp phủ

3.2.4 Lớp vỏ

08/02/15 50

3.2.1.CẤU TẠO SỢI QUANG.

a.Mô hình sợi quang

Líp vá Líp phñ Líp bäc lâi

2mm

3.2.1.CẤU TẠO SỢI QUANG.

• b.Các thành phần cơ bản của sợi quang

• Thành phần chính của sợi quang gồm lõi (core) và lớp bọc (cladding)

• Lớp phủ hay lớp vỏ thứ nhất (primary coating)

• Lớp vỏ thứ hai (secondary coating)

08/02/15 52

3.2.2.LỚP LÕI VÀ LỚP BỌC.

a.Tác dụng của lớp lõi &lớp bọc:

• Là thành phần chính, phía trong cùng.

• Truyền dẫn ánh sáng trong lớp lõi.

• Ngan không cho ánh sáng lọt ra ngoài.

• Ngan không cho ánh sáng từ ngòi lọt vào trong

3.2.2.LỚP LÕI VÀ LỚP BỌC

b.Cấu trúc lớp bọc và lớp lõi

• Làm bằng thuỷ tinh thạch anh.

• Chất pha tạp làm thay đổi chiết suất.

• Chế tạo bằng phương pháp bốc hơi và ngưng tụ.

• Quyết định chất lượng truyền dãn

08/02/15 54

3.2.3 LỚP PHỦ:

a.Tác dụng của lớp phủ:

• Lớp phủ có tác dụng bảo vệ sợi quang:

• Chống lại sự xâm nhập của hơi nước.

• Tránh sự trầy sướt gây nên những vết nứt

• Giảm ảnh hưởng vì uốn cong