Chương 3 thông tin quang

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY ĐÔ Phần 3: Thông tin quang ThS Chu Công Hạnh BÀI GIẢNG ĐẠI HỌC TÂY ĐÔ Nội dung  Tổng quan hệ thống thông tin quang  Cơ sở thông tin quang  Sợi quang  Nguồn quang  Bộ thu quang  Công nghệ SDH WDM  Thiết kế tuyến thông tin quang Slide Tài liệu tham khảo Hoàng Ứng Huyền, “Kỹ thuật thông tin quang”, Tổng cục bưu điện, 1993 Kỹ thuật thông tin quang, NXB Bưu điện, 1997 Thông tin quang thông tin vô tuyến, LG, 1997 Y Suematsu and K Iga, “Introduction to Optical Fiber Communications”, John Wiley & Sons, 1982, ISBN 0-471-09143-X M M-K Liu, “Principles and Applications of Optical Communications”, IRWIN, 1996, ISBN 0-256-16415-0 G Keiser, “Optical Fiber Communications”, McGraw-Hill, 3rd edition, 2000, ISBN 007-232101-6 Slide Tổng quan hệ thống thông tin quang  Lịch sử phát triển ngành thông tin quang  Các ưu điểm hệ thống thông tin cáp sợi quang  Các thành phần hệ thống thông tin quang  Xu hướng phát triển hệ thống thông tin quang Slide Lịch sử phát triển ngành thông tin quang  1960: T H Maiman phát minh laser  1966: K.C Kao G A Hockham phát minh sợi quang Suy hao lớn: 1000 dB/km  1970: K P Kapron chế tạo sợi quang suy hao 20 dB/km bước sóng 1µm - GaAs larser: chế tạo thành công  1980: hệ thống thông tin quang sử dụng rỗng rãi BL: Bit-rate – distance product B: Bit-rate (Mb/s) L: Repeater distance Slide Lịch sử phát triển ngành thông tin quang Sự phát triển thông tin quang Slide Lịch sử phát triển ngành thông tin quang  1G: 0.8 µm GaAs  2G: 1.3 µm InGaAsP (0.5dB/km)  3G: 1.55 µm InGaAsP (0.2dB/km)  4G: KĐ quang để tăng khoảng lặp & WDM (1.53-1.57 µm) để tăng dung lượng  5G: tăng khoảng bước sóng kênh WDM dung lượng kênh  truyền dẫn soliton Slide Tổng quan hệ thống thông tin quang International undersea network of fiber-optic communication systems around 2000 27.000: Âu – Á (1998) 35,000: Châu Mỹ (2000)  Internet: 250.000 km – 2.56 Tb/s (64 kênh WDM: 10 Gb/s sợi quang ) (2002) Slide Các ưu điểm hệ thống thông tin cáp sợi quang  Suy hao truyền dẫn thấp băng thông rộng  Không chịu ảnh hưởng sóng điện từ  Xuyên âm sợi dây không đáng kể  Tránh chập mạch điện hay bị nối đất, sấm sét  Độ an toàn bảo mật thông tin cao, tuổi thọ dài khả đề kháng với môi trường  Trọng lượng nhẹ, kích thước nhỏ  Vật liệu chế tạo có nhiều thiên nhiên có giá thành rẻ  Nhược điểm: đấu nối khó không truyền tải lượng điện Slide Các thành phần hệ thống thông tin quang  Khối phát quang  Khối thu quang  Môi trường truyền dẫn: sợi quang Slide 10 Star Couplers Slide 38 Wavelength Routers Slide 39 Optical Cross-Connects Slide 40 Wavelength converters Slide 41 WDM transmitters and receivers Slide 42 Solutions Slide 43 Chương 5: Thiết kế tuyến thông tin quang Phân loại thiết bị quang Terminal + máy: ghép kênh + truyền dẫn (Fujitsu) + máy: ghép kênh riêng truyền dẫn riêng (Siemens) STM - STM - ADM ADM Repeater 8x 2-34-140 Mb/s STM - O/E  E/O DXC (Digital Cross connect) DXC Slide 45 Thiết kế tuyến thông tin quang Yêu cầu thiết kế:  Cự ly cần thiết kế  Dung lượng đường truyền Chọn thiết bị thích hợp: Cho biết thông số kỹ thuật của thiết bị Công suất phát: Psmax, Psmin Công suất thu: Prmax, Prmin Sợi quang sử dụng Bước sóng sử dụng Slide 46 Các bước thiết kế PS PR Lắp thêm cuộn suy hao Slide 47 Tính công suất suy hao tối thiểu hệ thống  Suy hao: S − R = α sq + α mh α gi  Suy hao sợi quang: α sq = α [ dB / km ] × L [ km ]  Suy hao mối hàn: α mh = α [ dB ] N L(km) N= −1 D(km)  Suy hao giắc: L: độ dài tuyến D: độ dài cuộn cáp α gi = α [ dB ] M Slide 48 Tính công suất suy hao tối đa hệ thống  Công suất suy hao tối thiểu  Công suất suy hao dự phòng: cho sửa chữa, thời gian… Slide 49 Thiết kế tuyến quang mW dBm Pr max = PSmax -Pα max PSmax Pr = PS -Pα PSmin Đạt yêu cầu Prmax Prmin PRmax PRmin Prmin < PRmin  tăng công suất phát Prmin > PRmax  lắp thêm cuộn suy hao Slide 50 Ví dụ:  Thiết kế tuyến thông tin quang Hà Nội – Bắc Ninh cự ly 28 km  Dung lượng yêu cầu: B = 622 Mb/s (STM-4) Chọn máy Fujitsu FLX 150/600 - L4.1 λ=1310 nm Loại sợi: G.652 (α=0,4 dB/km) PSmax = dBm PSmin = -3 dBm PRmax = -8dbm PRmin = -28 dBm Slide 51 Ôn tập  Cơ sở thông tin quang: - Sợi quang - Nguồn phát quang - Điốt thu quang  Công nghệ PDH, SDH - Chuẩn ghép kênh: Tốc độ cấu trúc khung - Ghép tách kênh  Công nghệ WDM  Thiết kế tuyến quang Slide 52 [...]... 12 Chương 2: Cơ sở thông tin quang Nội dung  Cơ sở thông tin quang  Sợi quang  Nguồn quang  Bộ thu quang Slide 14 Cấu tạo và phân loại sợi quang  Cấu tạo: Gồm 2 lớp - lõi (core): n1 - vỏ (cladding): n2  Phân loại: - Sợi quang chiết suất nhảy bậc đơn mode (SISM) - Sợi quang chiết suất liên tục đơn mode (GISM) - Sợi quang chiết suất liên tục đơn mode (GISM) Sợi quang chiết suất nhảy bậc Sợi quang. ..Khối phát quang  Nguồn quang: laser bán dẫn hoặc LED  Khối điều chế  Bộ nối quang: ghép tín hiệu quang với sợi quang Slide 11 Khối thu quang Biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện ban đầu Bộ thu quang phải thích hợp với bộ phát cả về bước sóng sử dụng và phương thức điều chế  Bộ nối quang: đưa tín hiệu quang từ sợi quang vào  Bộ tách sóng quang: biến tín hiệu quang thành tín hiệu... tán xạ Slide 23 Suy hao trong sợi quang Phổ suy hao của sợi quang Slide 24 Các nguyên nhân gây tán sắc trong sợi quang  Tán sắc mode  Tán sắc sắc thể  Tán sắc chất liệu  … Slide 25 Chương 4: Công nghệ WDM Optical window for WDM system Slide 27 Point to point links Slide 28 High capacity WDM transmission experiments Slide 29 Wide-Area and Metro-Area network (WAN - MAN) Slide 30 Thiết bị quang WDM Tunable... Couplers Wavelength Routers Optical Cross-Connects Wavelength converters WDM transmitters and receivers Slide 31 Tunable Optical Filters Slide 32 Multiplexers and Demultiplexers Slide 33 Multiplexers and Demultiplexers Slide 34 Add - Drop Multiplexers Slide 35 Add - Drop Multiplexers Slide 36 ... kiện để sợi quang chiết suất nhảy bậc chỉ truyền dẫn đơn mode: - Tần số chuẩn hóa (V): V= 2π d 2 (n1 − n22 )1/ 2 λ V ≤ 2, 45 : Đơn mode Slide 20 Sự truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang  Sợi quang chiết suất liên tục:  Quãng đường truyền khác nhau có tốc độ truyền khác nhau  giảm tán sắc Slide 21 Suy hao trong sợi quang Hệ số suy hao: Pin Pout Slide 22 Các nguyên nhân gây suy hao trong sợi quang  Suy... 15 Sự truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang  Nguyên lý phản xạ toàn phần: φ n1.sin φ1 = n2 sin φ2 ⇒ sin φ2 = n1.sin φ1 = n22 sin φ2 n1 sin φ1 n2 Tia tới  Để: φ2 > φ1 ⇒ n1 > n2  φ2 = 90 0 Tia khúc xạ n2 Đinh lý Snel: n2 ⇒ sin φC = n1 φ1 Tia phản xạ n1 Góc tới phải lớn hơn góc giới hạn Slide 16 Sự truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang  Truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang chiết suất nhảy bậc: n1 = c/v... xác định mode truyền dẫn, số lượng mode tối đa:  Mode truyền dẫn: là cách thức phân bố theo không gian của năng lượng quang học trong một hay nhiều chiều tọa độ  Phương trình xác định mode truyền dẫn: 2π 2n1 d − 2δ = 2mπ λ0 cosφm Trong đó n1, d : chiết suất và đường kính của lõi sợi quang λ0 : bước sóng ánh sáng trong không khí δ : góc dịch pha khi phản xạ δ > 1 2n ( d / λ0 ) 2n d cosφm... quang chiết suất nhảy bậc: n1 = c/v Trong đó n1: chiết suất của lõi sợi quang c: vận tốc ánh sáng v: vận tốc truyền trong môi trường Hai tia truyền với quãng đường khác nhau, cùng một tốc độ truyền  Hiện tượng tán sắc Sợi SI không thể dùng để truyền tín hiệu với tốc độ cao qua cự ly dài Slide 17 Sự truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang Ảnh hưởng của hiện tượng tán sắc Slide 18 Khái niệm mode và phương ... thống thông tin quang  Lịch sử phát triển ngành thông tin quang  Các ưu điểm hệ thống thông tin cáp sợi quang  Các thành phần hệ thống thông tin quang  Xu hướng phát triển hệ thống thông tin quang. .. thống thông tin quang  Cơ sở thông tin quang  Sợi quang  Nguồn quang  Bộ thu quang  Công nghệ SDH WDM  Thiết kế tuyến thông tin quang Slide Tài liệu tham khảo Hoàng Ứng Huyền, “Kỹ thuật thông. .. liệu tham khảo Hoàng Ứng Huyền, “Kỹ thuật thông tin quang , Tổng cục bưu điện, 19 93 Kỹ thuật thông tin quang, NXB Bưu điện, 1997 Thông tin quang thông tin vô tuyến, LG, 1997 Y Suematsu and K Iga,