Bài giảng kỹ thuật thông tin quang chương 5 hệ thống thông tin quang

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG BÀ I GIẢ NG BÀ I GIẢ NG KỸ THU Ậ T THÔNG TIN QUANG KỸ THU Ậ T THÔNG TIN QUANG Fundamental of Optical Fiber Communications Giảng viên: Th.S Đỗ Văn Việt Em - Th.S Phạm Quốc Hợp B ộ môn: Thôn g Tin Q uan g –Khoa Vi ễ n thôn g 2 ộ gQg g Email: emdvv@ptit.edu.vn, pqhop@ptithcm.edu.vn KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG CHƯƠNG 5 H Ệ TH Ố NG THÔNG TIN QUANG H Ệ TH Ố NG THÔNG TIN QUANG www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 2 NỘI DUNG CHƯƠNG 5 • Hệ thống TTQ số Hệ thống TTQ số • Hệ thống TTQ tương tự • Các kỹ thuậttruyềndẫn đakênh • Các kỹ thuật truyền dẫn đa kênh www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 3 Hệ Thống TTQ Số • Tuyến điểm nối điểm  Tuyến điểm nối điểm là loại kiến trúc đơn giản nhất của hệ hố hô i hệ t hố ng t hô ng t i n quang  Chuyển tải thông tin dạng luồng số bit từ một nơi này đếnmộtnơikhácmột cách chính xác nhấtcóthể được đến một nơi khác một cách chính xác nhất có thể được  Chiều dài tuyến có thể thay đổi từ nhỏ hơn 1 km (cự ly ngắn) đến hàng ngàn km (cự ly dài) tùy thuộc vào ứng dụng  Cần thiết phải bù đắp các suy hao trong sợi quang www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 4 Hệ Thống TTQ Số • Tuyến điểm nối điểm (tt)  Bù suy hao định kỳ bằng cách: (a) sử dụng các trạm tái à(b) ử d kh ế h đ i tạo v à (b) s ử d ụng kh u ế c h đ ạ i quang. Bộ thuTrạm tái tạoBộ phát Trạm tái tạo RxRx TxTx Rx Tx ( a ) ( a ) Bộ thuBộ khuếch đạiBộ phát Bộ khuếch đại RxTx www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 5 (b) Hệ Thống TTQ Số • Yêu cầu của hệ thống là tốc độ bit B T và khoảng cách truyền dẫn L. Tiêu chuẩn chất lượng được xác đị hhô ỉ lệ bi lỗi BER h ờ iá ị iê đị n h t hô n g qua t ỉ lệ bi t lỗi BER , t h ư ờ n g giá tr ị t iê u biểu là BER < 10 -9 M ộ t ố ấ đề tthi ế tk ế h ệ th ố TTQ • M ộ t s ố v ấ n đề t ron g thi ế t k ế h ệ th ố n g TTQ  Ảnh hưởng của suy hao đến hệ thống TTQ  Ảnh hưởng củatánsắc đếnhệ thống TTQ  Ảnh hưởng của tán sắc đến hệ thống TTQ  Quỹ công suất quang  Quỹ thờigianlên Quỹ thời gian lên www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 6 Hệ Thống TTQ Số  Ảnh hưởng của suy hao đến hệ thống TTQ • khoảng cách truyền dẫn lớn nhất được giới hạn bởi ó ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = r t f P P a L 10 log 10 T rong đ ó : » P t (mW) là công suất phát trung bình của Tx » P r (mW) là độ nhạy máy thu hoạt động ở tốc độ bit B T » (dB/Km) là suy hao trung bình của sợi quang bao gồm cả suy hao các mối hàn và các các connector • Nhiều vần đề cần phải được đề cập khi thiết kế một hệ thống thô ti thự tế ự lự h bướ ólự h á f a thô ng ti n quang thự c tế : s ự lự a c h ọn bướ c s ó ng, lự a c h ọn m á y phát, máy thu thích hợp và sợi quang www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 7 Hệ Thống TTQ Số  Ảnh hưởng của tán sắc đến hệ thống TTQ • Tán sắc sợi quang làm giới hạn đại lượng tích B T L • Đối với sợi đa mode SI: B T L = C/(2n 1 Δ) • Đối với sợi đa mode GI: B T L = 2C/(n 1 Δ 2 ) • Đối với sợi đơn mode: – Ở vùng 1310nm: có tán sắc nhỏ nhất, độ lớn tán sắc chủ yếu phụ ổ thuộc vào độ rộng ph ổ ngu ồ n quang. T ích B T L bị giới hạn như sau: khi |M| 2 /k tá ắ iớih B L ≤ 125 (Gb/ ) k ( ) 1 4 − ≤ λ σ MLB T » khi |M| σ λ = 2 ps /k m, tá n s ắ c g iới h ạn B T L ≤ 125 (Gb/ s ) . k m. Nói chung, các hệ thống như vậy là bị giới hạn bởi suy hao khi tốc độ bit lên đến 1Gb/s, nhưng bị giới hạn bởi tán sắc đối với tốc đ ộ bit cao hơn ộ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 8 Hệ Thống TTQ Số  Ảnh hưởng của tán sắc đến hệ thống TTQ (tt) – Ở vùng 1550nm: » có suy hao nhỏ nh ấ t. » có suy hao nhỏ nh ấ t. » Tán sắc là vấn đề lớn. Cần sử dụng các laser bán dẫn đơn mode để khắc phục vấn đề này. » B ị g iới h ạ n bởi tán sắc khi B T > 5Gb / s. V í d ụ : với M = 16 ị g ạ T / ụ ps/(nm.km) và σ λ = 0,1 nm, ta có B T L ≤ 150 (Gb/s).km. » Một giải pháp cho vấn đề tán sắc là sử dụng sợi quang dịch chuyển tán sắc, sợi có cả suy hao và tán sắc nhỏ nhất ở cửa ổ 1550 ( óthể h t độ ở tố đ ộ 20 Gb/ ớikh ả s ổ 1550 nm ( c ó thể h oạ t độ ng ở tố c đ ộ 20 Gb/ s v ới kh o ả ng khuếch đại khoảng 80 km) www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 9 Hệ Thống TTQ Số  Minh họa Suy hao (các đường liền nét) và tán sắc (các đường không liên tục) giới hạn cự ly truyền dẫn L cách (km)Khoảng www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 10 [...]... 15 Hệ Thống TTQ Tương Tự • Cấu trúc nguyên lý hệ thống thông tin quang tổng quát cho truyền dẫn số hoặc analog Thông tin vào Thông tin ra Bộ mã hóa / Mạch định dạng tín hiệu Bộ giải mã / Giải điều chế Thành phần điện Điều chế Nguồn quang Đầu phát www.ptit.edu.vn Bộ khuếch đại Môi trường truyền dẫn: quang Bộ tách sóng quang Thành phần quang Đầu thu GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG... bảo đảm rằng hệ thống có khả năng hoạt động đúng ở tốc độ bit mong muốn • Thời gian lên tổng cộng của tòan hệ thống TTQ: 2 2 Tr2 = (Ttr2 + T fiber + Trec )1 / 2 » Trong đó Ttr, Tfiber và Trec là các thời gian lên tương ứng với máy phát, sợi quang và máy thu á hát ợi à á th www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 12 Hệ Thống TTQ Số... sóng ( ó mang quang) trên cùng một sợi quang, ) ê ù ộ i mà mỗi bước sóng được điều chế từ các chuỗi bit (dưới dạng điện) khác nhau ạ g ệ ) Tx 1 1 Tx Tx 2 2 Tx N Tx Sợi quang Tx N Ghép kênh www.ptit.edu.vn Tách kênh GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 21 Các kỹ thuật truyền dẫn đa kênh • Ghép kênh theo bước sóng WDM Giả sử hệ thống này ghép... 8c) L » Tchr là tán sắc màu trong sợi quang Tchr ≈ M Lσ λ » Đối với sợi đơn mode T mode = 0 và Tfiber = Tchr σλ là độ rộng phổ của nguồn quang (độ rộng nửa công suất) www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 14 Hệ Thống TTQ Số Quỹ thời gian (tt) • Ta xét một ví dụ minh họa quỹ thời gian lên Xét hệ thống hoạt động ở bước sóng 1,3 µm được... lặp là 50 km Thời gian lên cho máy phát và máy thu được xác định là Ttr = 0, 25 ns và Trec = 0, 35 ns Độ rộng phổ của nguồn q , ộ ộ gp g quang là σλ = 3nm, hệ số g , ệ tán sắc màu là 2ps/(nm.km) tại bước sóng công tác Tính được Tchr = 0,3 ns cho chiều dài tuyến L = 50 km Tán sắc mode trong sợi đơn mode Tmode = 0 Suy ra Tfiber = 0,3 ns Thời gian lên của hệ thống bằng Tr = 0 ,52 4 ns Nhận xét: hệ thống này... là độ dự phòng hệ thống, thường ~ 4-6 dB » αcon và αsplice là suy hao các connector và suy hao các mối hàn à h á t à h á ối hà dọc theo tuyến sợi quang (dB); αf là suy hao trung bình của sợi quang (dB/km) • Tìm khoảng cách truyền lớn nhất với các linh kiện cho trước trước www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 11 Hệ Thống TTQ Số Quỹ... quang Thường Ttr khoảng vài nano giây đối với máy phát sử dụng LED, nhưng có thể nhỏ hơn 0.1 ns đối với máy p y phát sử dụng laser ụ g • Thời gian lên của máy thu Trec được xác định chủ yếu bởi dải thông điện 3 dB sau tách quang www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 13 Hệ Thống TTQ Số Quỹ thời gian (tt) • Thời gian lên của sợi quang. .. www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 18 Các kỹ thuật truyền dẫn đa kênh • Ghép kênh phân chia theo thời gian OTDM Nhiều tín hiệu quang có tốc độ bit BT chia sẻ cùng tần số sóng mang và đ ó à được ghép trong miền quang để tạo chuỗi hé iề h ỗi bit có tốc độ NB, với N là số kênh Cấu trúc bộ phát OTDM dựa trên các sợi dây trễ quang www.ptit.edu.vn... PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 16 Hệ Thống TTQ Tương Tự Phía đầu phát: bộ mã hoá (encoder) hoặc bộ định dạng tín hiệu (signal shaping) trước khi đưa qua tầng điều chế hay khuếch đại để kích hoạt động cho nguồn quang (optical source) Sợi quang: đóng vai trò môi trường truyền dẫn của hệ thống Phía đầu thu: ánh sáng đến đầu bên kia của sợi quang được chuyển đổi trở lại... BT,2, … BT,N đ ứng được truyền cùng lú ề ù lúc trên sợi quang có chiều dài L thì tích BTL tổng cộng của tuyến là: y BTL = (BT,1 + BT,2 +… + BT,N )L Nếu N kênh này có tốc độ bằng nhau thì dung lượng của hệ thống tăng lên N lần www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 22 Các kỹ thuật truyền dẫn đa kênh • Ghép kênh sóng mang phụ SCM . QUANG www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 2 NỘI DUNG CHƯƠNG 5 • Hệ thống TTQ số Hệ thống TTQ số • Hệ thống TTQ tương tự • Các kỹ thuậttruyềndẫn. Thôn g Tin Q uan g –Khoa Vi ễ n thôn g 2 ộ gQg g Email: emdvv@ptit.edu.vn, pqhop@ptithcm.edu.vn KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG CHƯƠNG 5 H Ệ TH Ố NG THÔNG TIN QUANG H Ệ TH Ố NG THÔNG TIN QUANG www.ptit.edu.vn GIẢNG. bit . www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 15 Hệ Thống TTQ Tương Tự • Cấu trúc nguyên lý hệ thống thông tin quang tổng quát