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

Hệ Thống TTQ Số Ảnh hưởng của suy hao đến hệ thống TTQ • khoảng cách truyền dẫn lớn nhất được giới hạn bởi L 10 log10 Trong đó: » Pt mW là công suất phát trung bình của Tx » Pr mW là độ

Trang 1

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

BÀI GIẢNG

KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG

Fundamental of Optical Fiber Communications

Giảng viên: Th.S Đỗ Văn Việt Em - Th.S Phạm Quốc Hợp

Bộ môn: ộ Thông Tin Quang – Khoa Viễn thông 2 g Q g g

Trang 2

KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG

CHƯƠNG 5

HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

Trang 3

NỘI DUNG CHƯƠNG 5

• Hệ thống TTQ số Hệ thống TTQ số

• Hệ thống TTQ tương tự

• Các kỹ thuật truyền dẫn đa kênh

Trang 4

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 thống thông tin quang

Chuyển tải thông tin dạng luồng số bit từ một nơi này 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

Trang 5

• 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 itạo và (b) sử dụng khuếch đại quang

Bộ thu Trạm tái tạo

Trang 6

cách truyền dẫn L Tiêu chuẩn chất lượng được xác

định thông qua tỉ lệ bit lỗi BER, thường giá trị tiêu

Quỹ công suất quang

Quỹ thời gian lênQuỹ thời gian lên

Trang 7

Ảnh hưởng của suy hao đến hệ thống TTQ

• khoảng cách truyền dẫn lớn nhất được giới hạn bởi

L 10 log10

Trong đó:

» Pt (mW) là công suất phát trung bình của Tx

» Pr (mW) là độ nhạy máy thu hoạt động ở tốc độ bit BT

» (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

Trang 8

Ảnh hưởng của tán sắc đến hệ thống TTQ

• Tán sắc sợi quang làm giới hạn đại lượng tích BTL

• Đối với sợi đa mode SI: BTL = C/(2n1Δ)

• Đối với sợi đa mode GI: BTL = 2C/(n1Δ 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 phổ nguồn quang Tích BTL bị giới hạn như sau:

Trang 9

» Bị giới hạn bởi tán sắc khi B ị g ạ TT > 5Gb/s Ví dụ: với M = 16 / ụ ps/(nm.km) và σλ= 0,1 nm, ta có BTL ≤ 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

sổ 1550nm (có thể hoạt động ở tốc độ 20 Gb/s với khoảng khuếch đại khoảng 80 km)

Trang 11

Quỹ công suất

• Mục đích của quỹ công suất là bảo đảm công suất đến máy thu

đủ lớn để duy trì hoạt động tin cậy trong suốt thời gian sống

đủ lớn để duy trì hoạt động tin cậy trong suốt thời gian sống của hệ thống

• Quỹ công suất thường được tính theo đơn vị decibel (dB)

Trong đó:

s L

P = + + A L =α f L +αcon +αsplice

» Pt (dBm) là công suất phát; S (dBm) là độ nhạy của máy thu

» AL (dB) là suy hao kênh tổng cộng

» MS (dB) là độ dự phòng hệ thống, thường ~ 4-6 dB

» αcon và αsplice là suy hao các connector và suy hao các mối hàn 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

Trang 12

Quỹ thời gian

• Mục đích của quỹ của thời gian lên là 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 / 1 2 2

2 2

Trang 13

Quỹ thời gian (tt)

• Thời gian lên của máy phát Ttr được xác định chủ yếu bởi các thành phần điện tử của mạch điều khiển và các phần tử ký sinh

thành phần điện tử của mạch điều khiển và các phần tử ký sinh

giây đối với máy phát sử dụng LED, nhưng có thể nhỏ hơn 0.1

ns đối với máy phát sử dụng laser y p ụ g

• Thời gian lên của máy thu Trec được xác định chủ yếu bởi dải thông điện 3 dB sau tách quang.

Trang 14

• Thời gian lên của sợi quang Tfiber được tính theo công thức:

ó

2 2

mod

2

chr e

» Tchr là tán sắc màu trong sợi quang

L c n

λ

σ

L M

T chr ≈

» Đối với sợi đơn mode T mode = 0 và Tfiber = Tchr

σλ là độ rộng phổ của nguồn quang (độ rộng nửa công suất)

Trang 15

• Ta xét một ví dụ minh họa quỹ thời gian lên Xét hệ thống hoạt động ở bước sóng 1,3 µm được thiết kế để hoạt động ở tốc độ 1

động ở bước sóng 1,3 µm được thiết kế để hoạt động ở tốc độ 1 Gb/s trên sợi đơn mode với khoảng trạm lặp là 50km Thời gian lên cho máy phát và máy thu được xác định là Ttr = 0,25 ns và

Trecrec = 0,35 ns Độ rộng phổ của nguồn quang là σ , ộ ộ g p g q g λλ = 3nm, hệ số , ệ tán sắc màu là 2ps/(nm.km) tại bước sóng công tác Tính được

trong sợi đơn mode Tmode = 0 Suy ra Tfiber = 0,3 ns Thời gian

không thể hoạt động ở tốc độ 1Gb/s khi sử dụng mã RZ cho tín hiệu quang Tuy nhiên nếu sử dụng mã NRZ, hệ thống sẽ hoạt

động được Nếu mã RZ được yêu cầu trước, người thiết kế phải chọn máy phát và máy thu khác để đáp ứng quỹ thời gian lên

Mã NRZ thường được sử dụng vì nó cho phép quỹ thời gian lên lớn hơn ở cùng một tốc độ bit

lớn hơn ở cùng một tốc độ bit.

Trang 16

Bộ giải mã / Giải điều chế Thành phần điện

Nguồn quang Môi trường

truyền dẫn: quang Bộ tách sóng quang

Trang 17

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

hay khuếch đại để kích hoạt động cho nguồn quang

ớ khi đ bộ iải ã (d d ) h bộ iải điềtrước khi đưa qua bộ giải mã (decoder) hay bộ giải điều chế (demodulator) để khôi phục lại tín hiệu gốc ban đầu

Trang 18

Các kỹ thuật truyền dẫn đa kênh

• Ghép kênh phân chia theo thời gian OTDM

• Ghép kênh theo bước sóng WDM

• Ghép kênh sóng mang phụ SCM

Trang 19

Nhiều tín hiệu quang có tốc độ bit BT chia sẻ cùng tần số

Trang 20

Một laser có thể tạo ra chuỗi xung một cách có chu kỳ ở

ố độ bằ ới ố độ bi B ủ ộ kê h T hiê

tốc độ bằng với tốc độ bit BT của một kênh Tuy nhiên, laser sẽ tạo ra các xung có độ rộng Tp sao cho Tp < TB = 1/NB/ TT để đảm bảo mỗi xung vừa với vị trí của nó ở kheg ịthời gian TB

Ghép N chuỗi bit được thực hiện bằng kỹ thuật làm trễ Chuỗi bit của nhánh thứ n được làm trễ một lượng (n

Chuỗi bit của nhánh thứ n được làm trễ một lượng

(n-1)/(NBT), n = 1, 2, …, N Ngõ ra của tất cả các nhánh

được tổ hợp lại để tạo tín hiệu ghép

Trang 21

Ghép kênh theo bước sóng là thực hiện truyền nhiều

b ớ ó ( ó ) ê ù ộ i

bước sóng (sóng mang quang) trên cùng một sợi quang,

mà mỗi bước sóng được điều chế từ các chuỗi bit (dướidạng điện) khác nhauạ g ệ )

Sợi quang

Trang 22

Giả sử hệ thống này ghép N kênh, mỗi kênh có tốc độ

bi ứ là B B B đ ề ù lú

bit tương ứng là BT,1, BT,2, … BT,N được truyền cùng lúc

trên sợi quang có chiều dài L thì tích BTL tổng cộng củatuyến 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

Trang 23

truyền trên sợi quang thì băng thông của tín hiệu có thể

dễ dàng vượt qua 10GHz trên một sóng mang quang Cơchế như vậy được gọi là SCM

ể

Sự kết hợp giữa SCM và WDM có thể tăng băng thônglên đến 1 THz

Trang 24

• Ghép kênh sóng mang phụ SCM

Sơ đồ minh họa ghép kênh sóng mang phụ Nhiều sóng mang phụ viba (SC) được điều chế, và tín hiệu ghép trong miền điện được sử dụng để điều chế quang ở bộ phát (Tx)

Định dạng
Số trang	24
Dung lượng	412,16 KB