Mở đầu Phần I: Tổng quan hệ thống thông tin quang Chƣơng I: Sơ lƣợc hệ thống thông tin quang 1.1 Lịch sử phát triển hệ thống thông tin quang 1.2 Cấu trúc hệ thống thông tin quang 1.3 Ứng dụng ưu nhược điển hệ thống thông tin quang 6 Chƣơng II: Các thành phần hệ thống thông tin quang quang 2.1 Lý thuyết chung quang dẫn 2.1.1 Cơ sở quang học 2.1.2 Sự truyền ánh sáng sợi quang dẫn 2.1.3 Các dạng phân bố chiết suất sợi quang a/ Dạng giảm triết suất líp vỏ bọc b/ Dạng dịch độ tán sắc c/ Dạng san tán sắc 2.1.4 Sợi đơn mode sợi đa mode 2.2 Các thông số sợi quang 2.2.1 Suy hao sợi quang 2.2.2 Các nguyên nhân gây suy hao a/ Suy hao hấp thụ b/ Suy hao tán sắc c/ Suy hao uốn cong 2.2.3 Tán sắc a/ Địng nghĩa tán sắc b/ Các nguyên nhân gây tán sắc 2.3 Cấu trúc sợi quang 2.3.1 Líp phủ 2.3.2 Líp vá a/ Dạng ống đệm lỏng b/ Dạng đệm khí c/ Dạng băng dẹt 2.4 Các linh kiện biến đổi quang 2.4.1 Khái niệm chung biến đổi quang 2.4.2 Yêu cầu kỹ thuật linh kiện biến đổi quang a/ Đối với nguồn quang b/ Đối với linh kiện tách sóng quang c/ Nguyên lý chung 2.4.3 Nguồn quang a/ Nguyên lý chung b/ Diot LED c/ Diot LASER (LD) 9 10 11 14 15 15 15 19 22 23 23 25 25 25 28 2.4.4 Tách sóng quang Nguyên lý chung Những thông số a/ Hiệu suất lượng tử b/ Đáp ứng c/ Độ nhậy d/ Dải rộng e/ Tạp âm Diot thu PIN Diot thu PIN Diot thu APD 37 Đặc tính kỹ thuật PIN APD 2.5 Hàn nối sợi quang 2.6 Hệ thống thông tin quang Khái niệm Cấu trúc hệ thông tin quang Mã hoá hệ thông thông tin quang 2.7 Thiết kế tuyến thông tin quang 1.Yêu cầu 2.Tính toán thiết kế 3.Ví dụ tính toán 32 32 33 35 35 38 39 41 41 42 45 48 48 49 52 Phần II: Công nghệ truyền dẫn SDH ChƣơngI: Sơ lƣợc công nghệ truyền dẫn 55 55 55 56 1.1 Kỹ thuật điều chế xung mã 1.1.1 Cấu hình tuyến truyền tin PCM 1.1.2 Cơ sở lý thuyết PCM a/ Lấy mẫu b/ Lượng tử hoá c/ Mã hoá 1.2Thuật TDM tiêu chuẩn ghép kênh Việt Nam 58 1.2.1 Khái niệm thông tin nhiều kênh 58 1.2.2 Ghép kênh nhóm sơ cấp tiêu chuẩn ghép kênh Việt Nam 58 1.2.3 Hệ thống PCM cấp I 59 ChươngII: Công nghệ truyền dẫn SDH 2.1 Công nghệ ghép kênh cấp cao PDH (Pleosynchronous Digital Hierarchy) 61 61 2.2 Định nghĩa SDH(Synchrônous Digital Hierarchy) cần thiết nã 2.3 Cấu trúc khung SDH 62 65 Cấu trúc ghép Cấu trúc khối 65 67 a/ Container C b/ Container ảo c/ Cấu trúc VC d/ Đơn vị luồng TU e/ Nhóm đơn vị luồng TU f/ Các đơn vị quản lý TU g/ Nhóm đơn vị quản lý AUG h/ Cấu trúc khung i/ Cấu trúc khung STM-N Chương III: Mạng SDH 84 1.1 Các vùng mạch SDH 1.1.1 Đường dẫn 1.1.2 Vùng ghép kênh 1.1.3 Vùng lặp 3.2 Hai thành phần chủ yếu mạng đồng bé 3.2.1 Các hệ thống đường dây thiết bị nối chéo bậc cao a/ Các hệ thống đường dây b/ Các thiết bị nối chéo bậc cao 3.2.2 Các ghép kênh truy suất thiết bị kết nối chéo bậc thấp a/ Truy suất ghép b/ Hệ thống kết nối chéo bậc thấp 3.3 Kết nối chéo DDC 3.4 Mạng 3.5 Mạng vòng ring SDH 3.5.1 Vòng ring hướng tự bảo vệ cho vùng dẫn 87 3.5.2 Mạng vòng ring hai hướng 3.5.3 Bảo vệ theo đường truyền 88 3.5.4 Mạng vòng tự phục hồi hướng tự bảo vệ luồng 89 3.5.5 Mạng vòng tự phục hồi hướng theo đoạn 89 84 84 84 84 85 85 85 86 87 87 88 3.5.6 Mạng vòng tự phục hồi hai hướng theo đoạn 89 3.6 Mạng ring ba vùng ứng dụng ALCATEL 90 Kết luận THUYẾT MINH ĐỒ ÁN Đồ án em chia làm phần - Phần I: Tổng quan hệ thông tin quang - Phần II: Công ghệ truyền dẫn SDH Trong phần I gồm có chương: - Chương I: Sơ lược hệ thông thông tin quang Ở chương em nghiên cứu lịch sử phát thiển hệ thông tin quang, cấu trúc hệ thống ứng dụng ưu nhược điểm - Chương II: Các thành phần hệ thông tin quang Chương II em nghiên cưu lý thuyết trung truyên dẫn + Các thông số sợi quang bao gồm: Suy hao sợi quang Các nguyên nhân gây suy hao Tán sắc + Cấu trúc sợi quang gồm líp phủ líp vỏ + Các linh kiên biến đổi quang gồm có yêu cầu kĩ thuật linh kiện biến đổi quang, nguồn quang tách sóng quang + Hàn nối sợi quang: Các yêu cầu kĩ thuật mối nối + Hệ thống thông tin quang gồm có cấu trúc hệ thống thông tin quang mã hoá hệ thống thông tin quang + Thiết kế tuyến thông tin: tính toán thiết kế ví dụ để tính toán Phần II: gồm có chương - Chương 1: Sơ lược công nghệ truyền dẫn Trong chương em nghiên cứu + Kỹ thuật điều chế xung mã gồm cấu hình tuyến truyền tin PCM sở lý thuyết PCM + Thuật TDM tiêu chuẩn ghép kênh Việt Nam: ghép kênh nhóm sơ cấp hệ thống PCM cấp - Chương 2: Nghiên cứu công ghệ truyền dẫn SDH Trong chương em nghiên cứu + Công nghệ ghép kênh cấp cao PDH + Sù cần thiết SDH + Cấu trúc khung SDH gồm cấu trúc ghép cấu trúc khối - Chương 3: Nghiên cứu mạng SDH Trong chương em nghiên cứu + Các vùng mạnh SDH gồm đường dẫn, vùng ghép kênh vùng lặp + Thành phần chủ yếu mạng đồng bộ: Có hai thành phần Hệ thống đường dây thiết bị nối chéo bậc cao Các ghép kênh truy suất thiết bị kết nối chéo bậc thấp + Kết nối chéo DDC + Mạng + Mạng vòng ring SDH Trong mạng gồn có mạng vòng là: Vong ring hướng tợ bảo vệ cho vùng dẫn Mạng vòng ring hai hướng Bảo vệ theo đường truyền Mạng vòng ring tự phục hồi hướng bảo vệ theo luồng Mạng vòng ring tự phục hồi hướng theo đoạn Mạng vòng ring tự phục hồi hai hướng bảo vệ theo đoạn PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG CHƢƠNG 1: SƠ LƢỢC VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 1.1 Lịch sử phát triển hệ thống thông tin quang Nh- chóng ta biết thông tin quang học có từ lâu đời Cho tới kỷ 18 thông tin quang học theo nghĩa rộng dừng mức đèn tín hiệu, Lịch sử phát triển thông tin quang học tóm tắt mốc sau: Năm 1790 Claude Chappe- kỹ sư người Pháp xây dựng hệ thống điện báo quang Hệ thống gồm chuỗi tháp với đèn báo hiệu di động Tốc độ thông tin truyền với hệ thống khoảng 15 cho cù ly 200km Năm 1870 John Tyndall- nhà vật lý người Anh, chứng minh ánh sáng truyền theo ống nước uốn cong Việc truyền ánh sáng ống nước uốn cong ứng dụng tượng phản xạ toàn phần Năm 1880 Alexander Graham Bell người Mỹ giới thiệu hệ thống điện thoại quang, hệ thống này, ánh sáng mang điện truyền qua môi trường không khí Nhưng môi trường không khí có nhiều nguồn gây nhiễu nên thực tế hệ thống chưa sử dụng Năm1934 Noman R.Funch- kỹ sư người Mỹ dùng thuỷ tinh làm môi trường truyền dẫn ánh sáng thông tin quang Năm 1960 Theodor H.Maiman đưa laze vào hoạt động thành công Năm 1962 laze bán dẫn 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 chế tạo lúc có suy hao lớn( 1000dB/km) Năm 1970 hãng Corning Glass Works chế tạo thành công sợi quangcó chiết suất bậc với suy hao nhỏ 20dB/km Năm 1983 sợi quang đơn mốt sản suất Mỹ Ngày sợi quang đơn mốt sử dụng rộng rãi Độ suy hao loại sợi khoảng 0.2dB/km bước sóng 1550nm 1.2 Cấu trúc hệ thông tin quang Trặm lặp đường truyền E Nguån tÝn hiÖu E E E PhÇn tö ®iÖn Tín hiệu PhÇn tö ®iÖn O Biến đổi O O O 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 tín hiệu đưa vào hệ thống + Bé biến đổi E/O có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang với mức tín hiệu đệm biến đổi thành cường độ quang, tín hiệu điện “0” “1” biến đổi ánh sáng tương ứng dạng “không” “có” Sau tín hiệu quang đưa vào sợi quang truyền Bộ biến đổi điện quang thực chất linh kiện phát quang nh-:LED, laserđioe + Trạm lắp: Khi truyền dẫn tuyến truyền dẫn, công suất bị giảm đi, dạng sóng (độ rông xung) bị dãn nhiều nguyên nhân khác Vì để truyền tín hiệu xa cần có trạm lặp Trặm lặp có nhiệm vụ khôi phục lại nguyên dang tín hiệu nguồn phát khuếch đại tín hiệu Sau đưa vào tuyến truyền dẫn Khi khoảng cách truyền dẫn lớn (cự ly tuyến thông tin lớn) cần thiết có trặm lặp Æm lÆp Tín hiệu Tín hiệu O O KĐ E E Cáp quang Cáp quang Sơ đồ khối trặm lặp 1.3 ứng dụng ƣu nhƣợc điểm hệ thống thông tin quang Những ứng dụng sợi quang - Sợi quang ứng dụng thông tin số mục đích khác - Vị trí Sợi quang mạng thông tin + Mạng đường trục xuyên quốc gia + 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 nhỏ so với truyền thông tin qua kim loại nên số trặm lặp giảm - Sợi quang chế tạo từ nguyên liệu thạch anh hay nhựa tổng hợp nên nguồn nguyên liệ rẻ tiền dẫn đến giảm giá thành - Sợi quang có đường kính nhỏ, trọng lượng nhẹ - Sợi quang có tính bảo mật thông tin cao, không chịu ảnh hưởng nhiễu điện từ trường bên - 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 nhiều so với cáp kim loại có dung lượng 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 xác cao - Thiết bị tốn Nhờ có ưu nhược điểm nên sợi quang sử dụng rộng rãi lĩnh vực thông tin mục đích khác Chƣơng II Các thành phần hệ thống thông tin quang 2.1 Lý thuyết chung quang dẫn 2.1.1 Cơ sở quang học Sự truyền ánh sáng sợi dẫn quang tượng phản xạ ánh sáng, ánh sáng dùng thông tin quang nằm 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. Trong đó: V tần số ánh sáng C vận tốc ánh sáng vận tốc ánh sáng - Triết suất môi trường: n=C/V Trong đó: n triết suất môi trường V tần số ánh sáng C vận tốc ánh sáng chân không Vì V1 - Sự phản xạ toàn phần Định luật Snell: n1Sin =n2 Sin Tia khóc x¹ 1’ n2 Ta có quan hệ tia phản xạ với tia khúc xạ tia tới Góc phản xạ góc tới =’ *Góc khúc xạ xác định theo định luật Snell n1Sin =n2 Sin Trong đó: n1 : chiết suất môi trường n2 : chiết suất môi trường Khi n1>n2 > tăng còng tăng theo lớn = 90 tức song với mặt tiép giáp, gọi góc tới hạn T Nếu tiếp tục tăng cao cho >T không tia khúc xạ mà tia phản xạ tượng gọi tượng phản xạ toàn phần Dùa vào định luật Snell ta tính góc tới hạn T: SinT = nn12 hay T=artsin nn12 2.1.2 Sự truyền ánh sáng sợi quang dẫn Giả sử tia sáng nguồn bên xâm nhập vào mặt cắt ngang sợi quang để làm truyền n2 Tia khóc x¹