Bài giảng Thông tin quang

BÀI GIẢNG: CƠ SỞ KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG TIN QUANG Tổng số tiết lý thuyết: 30 Tổng số tiết bài tập, thực hành: 30 Giảng viên biên soạn: ThS. Phan Đình Trung Đề cương bài giảng: Đề cương bài giảng: Bài 1. Tổng quan về kỹ thuật thông tin quang: Lịch sử của hệ thống thông tin quang, sơ đồ khối của hệ thống và chức năng của các khối trong hệ thống. Bài 2. Sợi quang: Tìm hiểu về cấu tạo của sợi quang, nguyên lý truyền ánh sáng trong sợi quang và các yếu tố ảnh hưởng đến sợi quang… Bài 3. Bộ phát quang: Tìm hiểu về các linh kiện phát quang trong một bộ phát quang, cấu tạo và nguyên lý phát quang… Bài 4. Bộ thu quang: Tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý của một bộ thu quang, các yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu thu được và biện pháp khắc phục… Bài 5. Hệ thống thông tin quang: Tìm hiểu về thông tin quang cơ bản, các phương pháp xác định đến sự suy hao, tán xạ…

BÀI GIẢNG: CƠ SỞ KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG TIN QUANG Tổng số tiết lý thuyết: 30 Tổng số tiết tập, thực hành: 30 Giảng viên biên soạn: ThS Phan Đình Trung Đề cương giảng: Đề cương giảng: Bài Tổng quan kỹ thuật thông tin quang: Lịch sử hệ thống thông tin quang, sơ đồ khối hệ thống chức khối hệ thống Bài Sợi quang: Tìm hiểu cấu tạo sợi quang, nguyên lý truyền ánh sáng sợi quang yếu tố ảnh hưởng đến sợi quang… Bài Bộ phát quang: Tìm hiểu linh kiện phát quang phát quang, cấu tạo nguyên lý phát quang… Bài Bộ thu quang: Tìm hiểu cấu tạo nguyên lý thu quang, yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu thu biện pháp khắc phục… Bài Hệ thống thơng tin quang: Tìm hiểu thông tin quang bản, phương pháp xác định đến suy hao, tán xạ… BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG 1.1 Lịch sử phát triển hệ thống thông tin quang Các phương tiện sơ khai thông tin quang khả nhận biết người chuyển động, hình dáng màu sắc vật thơng qua đơi mắt Tiếp đó, hệ thống thông tin điều chế đơn giản xuất cách sử dụng đèn hải đăng, đèn hiệu Năm 1960 phát minh laser rắn sau 1973-1977 chế tạo laser bán dẫn LED tạo nguồn phát quang cho tia hẹp, điện áp nguồn ni thấp, cơng suất dải sóng đáp ứng phù hợp làm nguồn phát ánh sáng cho thông tin quang sợi Năm 1967 sản xuất sợi quang có tiêu hao lớn α= 1000 dB/km Năm 1970 hãng Corming Glass Works (Mỹ) sản xuất thành công sợi quang thạch anh có tiêu hao đạt α= 20dB/km tương đương với tiêu hao cáp đồng trục Mở khả dùng sợi quang làm môi trường truyền dẫn ánh sáng trở thành thực Năm 1971,VC Chape phát minh điện máy phát quang Thiết bị sử dụng khí môi trường truyền dẫn chịu ảnh hưởng điều kiện thời tiết Để giải hạn chế này, Marconi sáng chế máy điện báo vơ tuyến có khả thực thông tin người gửi người nhận xa Năm 1978 đời hệ thống thông tin quang thương mại hệ làm việc bước sóng λ=0,78μm, dùng sợi đa mode chiều dài khoảng lặp L= 12km, tốc độ bit 90Mb/s Năm 1979 đến sản xuất loại sợi quang có tiêu hao thấp đạt α=0,2dB/km Đầu năm 1980, A.G.Bell- người phát minh hệ thống điện thoại nghĩ thiết bị quang thoại có khả biến đổi dao động máy hát thành ánh sáng Tuy nhiên, phát triển hệ thống bị bỏ rơi xuất hệ thống vô tuyến Năm 1987 hệ thống thông tin quang sợi hệ thứ đời làm việc với λ = 1,3μm, dùng sợi quang đơn mode tốc độ bit 1,7Gb/s, cự ly khoảng lặp L= 45km Năm 1990 hệ thống thông tin quang sợi thương mại hệ thứ đời làm việc với λ =1,55μm, dùng sợi đơn mode tốc độ bit 2,5Gb/s, cự ly khoảng lặp L= 100km Từ năm 1995-2000 hệ thống thông tin quang thương mại thứ đưa vào sử dụng Đó hệ thống thông tin quang coherent sử dụng công nghệ WDM kết hợp với khuếch đại quang EDFA tạo nên tuyến thông tin quang dung lượng lớn tốc độ cao từ vài chục đến hàng trăm Gb/s Có thể nói thơng tin quang bắt đầu phát minh thành công Laser năm 1960 Hơn năm 70 Laser bán dẫn có khả thực dao động liên tục nhiệt độ khai thác chế tạo Tuổi thọ ước lượng khoảng 100 năm Dựa công nghệ sợi quang Laser bán dẫn gửi khối lượng lớn tín hiệu âm thanh/dữ liệu đến địa điểm cách xa hàng 100km sợi quang có độ dày sợi tóc, khơng cần đến tái tạo Hiện nay, hoạt động nghiên cứu nghiêm chỉnh tiến hành lĩnh vực gọi Photon học-một lĩnh vực tối quan trọng tất hệ thống thơng tin quang, có khả phát hiện, xử lý, trao đổi truyền dẫn thông tin phương tiện ánh sáng 1.2 Sơ đồ khối hệ thống thông tin quang Thiết bịđầu cuối phát quang Thiết bịđầu cuối thu quang Trạm lặp Tín hiệu vào Sợi quang Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống thơng tin quang Tín hiệu 1.2.1 Chức khối Hệ thống thông tin quang bao gồm khối: - Khối dồn kênh /tách kênh (MUX/DEMUX) nhằm ghép luồng tín hiệu có tốc độ thấp (2Mbit/s, 4Mbit/s, 140Mbit/s, 158Mbit/s….) thành luồng tín hiệu có tốc độ cao ngược lại; - Khối phát có mạch điều khiển, nguồn quang thực việc điều biến tín hiệu điện thành tín hiệu quang để truyền thơng qua cáp sợi quang; - Cáp sợi quang có nhiệm vụ truyền dẫn tín hiệu ánh sang; - Trạm lặp (Reqeater) khuếch đại quang đối vớii tuyến có cự ly dài; - Khối thu quang gồm có photodiode để chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện, khối khuyếch đại khơi phục tín hiệu 1.2.2 Các tham số hệ thống thông tin quang Các tham số hệ thống thông tin quang gồm có: - Cự ly tuyến truyền dẫn L (km), tốc độ bit B (Mbit/s); - Tỉ số tín tap điện S/N (SRN) hay quang OSNR; - Tỉ số lỗi bit BER (); - Độ rộng băng tần điện BW (MHz) hay quang BWo (MHz); - Đối với sợi quang: hệ số suy giảm riêng (dB/km), độ mở số NA, tích cự ly tốc độ bit BxL (Mbit/skm); - Đối với máy phát quang: công suất phát ghép vào sợi Pt (mW hay dBm), bước sóng làm việc, độ rộng phổ (nm), thời gian tăng trưởng phát (ns); - Đối với máy thu quang: độ nhạy thu Pr (mW hay dBm), bước sóng làm việc, thời gian tăng trưởng thu (ns), dải động máy thu (dBm) Bài 2: SỢI QUANG 2.1 Cấu trúc phân loại sợi quang 2.1.1 Cấu tạo cáp sợi quang Sợi quang có cấu tạo hình trụ, gồm hai lớp từ chất điện mơi đồng tâm Lớp gọi lớp lõi (core), lớp lớp vỏ (clading) Ngồi có lớp bảo vệ vỏ bọc bên ngồi Chất điện mơi chủ yếu để chế tạo sợi quang phổ biến thủy tinh thạch anh (SiO) chất dẻo tổng hợp Sợi quang thủy tinh thạch anh có tiêu hao thấp đường kính nhỏ nên giá thành cao, sợi quang làm chất dẻo có đường kính lớn tiêu hao lớn hơn, giá thành thấp Chiết suất lõi sợi quang n lớn chiết suất vỏ sợi quang n Lớp clading thủy tinh hay plastic, có nhiệm vụ bảo vệ cho ánh sáng truyền lại lõi Lớp vỏ bọc bảo vệ bên lớp vỏ nhựa PVC giúp bảo vệ core cladding không bị bụi ẩm trầy xước Lớp vỏ bảo vệ bên ngồi có ba lớp vỏ bảo vệ bên ngoài, lớp áo giáp lớp chịu lực 2.1.2 Phân loại sợi quang Có nhiều cách phân loại sợi quang phân loại theo vật liệu chế tạo, phân loại theo phân bố chiết suất, phân loại theo mode lan truyền Phân loại theo vật liệu chế tạo gồm có sợi quang thạch anh, sợi quang làm thủy tinh hỗn hợp sợi quang làm chất dẻo Phân loại theo phân bố chiết suất có sợi quang chiết suất nhảy bậc SI (Step Index), sợi quang chiết suất biến đổi Gradien GI (Gradex Index) Theo mode lan truyền: có sợi quang đơn mode (single mode), sợi quang đa mode (multi mode) Phổ biến người ta phân loại sợi quang theo lan truyền kết hợp với phân bố chiết suất Theo người ta phân sợi quang thành3 loại sau: - Sợi quang đa mode chiết suất bậc nhảy MM_SI Chiết suất lớp vỏ lõi n lớp vỏ n2 số khác nhau, sợi truyền đồng thời nhiều loại mode sóng (nhiều tia sóng) khác với số truyền riêng mode Với sợi làm thủy tinh thạch anh chiết suất n1=1,5; n2=1,48 - Sợi quang đa mode chiết suất biến đổi Gradien MM_GI Lõi sợi có chiết suất phân bố biến đổi hàm số theo bán kính lõi, với giá trị lớn tâm n giảm dần theo bán kính đến giá trị n2, vỏ sợi có chiết suất cố định n2 Trong sợi MM_GI truyền đồng thời nhiều mode sóng, mốt sóng truyền theo đường cong dạng hình sin có chu kỳ gặp sau khoảng định Phân bố chiết suất sợi GI theo quy luật sau: khi (2.1) Sợi MM_SI dùng phổ biến kỹ thuật có mặt cắt dạng parabol (dạng tối ưu) với tham số mặt cắt - Sợi quang đơn mode chiết suất nhảy bậc SM_SI Chiết suất vùng lõi vỏ sợi quang số khác n 1, n2, bán kính vùng lõi nhỏ nhiều so với sợi đa mode Trong sợi quang đơn mode truyền sợi mode sóng mode sóng Tia sóng mode truyền song song với trục sợi vùng lõi Đường kính lõi Đường kính vỏ Đường kính vỏ bảo µm µm vệ (µm) SM: 8-10 125 250 hay 500 0,1 – 0,2 MM: 50 250 250 - 500 -2 ∆(%) Bảng 2.1 Bảng kích thước hình học độ chênh chiết suất ∆ số loại sợi quang chế tạo từ thủy tinh thạch anh 2.2 Mơ tả quang hình q trình truyền ánh sáng sợi quang 2.2.1 Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng sợi quang Khi cho tia sáng từ mơi trường có chiết suất n sang mơi trường có chiết suất n2 Tia sáng hợp với pháp tuyến p mặt phân cách hai môi trường góc  (góc tới) sang mơi trường có chiết suất n tia sáng bị khúc xạ hợp với pháp tuyến p góc khúc xạ  Theo định luật khúc xạ ta có quan hệ góc   chiết suất n n2 tuân theo phương trình: p (pháp tuyến) tia tới n n tia phản xạ p (pháp tuyến) tia tới tia tới mặt ngăn cách tia khúc xạ Hình 2.1a- Hiện tượng khúc xạ phản xạ n1 n tia phản xạ tia phản xạ ngăn cách mặt Hình 2.1b- Hiện tượng phản xạ tồn phần - Nếu n1< n2 >: tia khúc xạ gẫy phía gần pháp tuyến; - Nếu n1> n2  n2 tăng   tăng theo  ln lớn  =900, tức tia khúc xạ song song với mặt tiếp giác góc  gọi góc tới hạn 0 Lúc khơng tượng khúc xạ nữa, tia phản xạ, tượng gọi phản xạ toàn phần Dựa vào định luật khúc xạ (công thức snell) với  = 900 ta tính góc tới hạn c ứng dụng tượng phản xạ toàn phần, sợi quang chế tạo gồm lõi (core) thuỷ tinh có chiết suất n lớp bọc (clading) thuỷ tinh có suất n n1> n2 ánh sáng lõi sợi quang phản xạ toàn phần mặt tiếp giáp lõi lớp bọc Do ánh sáng truyền sợi với cự ly dài r Lớp bọc (clading) n2 n n2 Lõi (core) n1 n1 Lớp bọc (clading) n2 Hình 2.2- Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng sợi quang 2.2.2 Khẩu độ số (Nunmerical Aperture) n2 A max 0c=900 n1 n2 Hình 2.3- Đường truyền tia sáng với góc tới khác Sự phản xạ tồn phần lợi quang xảy tia sáng có góc tới đầu sợi nhỏ góc giới hạn max Sin góc giới hạn gọi độ số Ký hiệu NA: NA = sinmax Tại điểm A tia 2: áp dụng công thức Snell: n0sinmax = n1s(900 = c) mà chiết xuất khơng khí n0=1 1.sinmax = n1 sinc = n1 = sinc=n2/n1 NA=sinmax==n1 Trong = Độ lệch chiết xuất tương đối  có giá trị khoảng từ 0,002 đến 0,13 (tức từ 0,2 đến 1,3%) Ví dụ: sợi quang có n1=1,05; n2=1,485 ==0,01=1% NA=sinmax==0,21 suy max=120 Từ cơng thức tính sinmax= ta thấy giá trị cực đại max gọi góc đón ánh sáng sợi quang: góc phụ thuộc vào chiết suất lớp lõi lớp bọc 2.2.3 Các dạng phân bố chiết suất sợi quang loại đa mode đơn mode Một mode truyền sáng trạng thái truyền ổn định ánh sáng, sợi truyền sợi ánh sáng theo nhiều đường, trạng thái ổn định gọi mode Có thể hình dung gần mode ứng với tia sáng Khi sợi quang mà có nhiều tia sáng có góc khác qua chúng gọi sợi quang đa mode (MM) Multi - Mode Sợi quang đa mode có chiết suất bậc (SI): Là loại sợi có cấu tạo đơn giản với chiết suất lõi lớp bọc khác rõ rệt hình bậc thang r n n Xung vào Xung n Hình 2.4a- Sợi quang đa mode có chiết suất bậc Khi tia sáng vào lõi sợi quang theo góc lan truyền lõi theo phương thức phản xạ tồn phần (hình 2.4a) tia sáng truyền lõi sợi có vận tốc mà chiều dài đường truyền khác nên thời gian truyền khác nhau, chiều dài sợi Điều dẫn đến tượng: đưa xung ánh sáng hẹp vào đầu sợi lại nhận xung ánh sáng rộng cuối sợi Đây tượng tán sắc độ tán sắc lớn nên sợi đa mode có chiết suất bậc khơng thể truyền tín hiệu có tốc độ cao qua cự ly dài Đây nhược điểm mà ta khắc phục loại sợi có chiết suất giảm dần Sợi quang đa mode chiết suất giảm dần (GI): r Xung vào Xung Xung n n2 n1 Hình 2.4b- Sợi quang đa mode chiết suất giảm dần Để giảm độ sai lệch thời gian loại sợi đa mode số chiết suất bậc loại sợi đa mode chiết suất giảm dần có hệ số khúc xạ lớn lõi có độ khúc xạ nhỏ phía lớp bọc sợi quang Điều có nghĩa phân bố hệ số khúc xạ có hình chng Khi tia sáng thẳng sợi, có hệ số khúc xạ lớn nên vận tốc lan truyền nhỏ nhất, vận tốc ánh sáng lan truyền phụ thuộc vào hệ số chiết suất: V = c/n Những tia sáng bị uốn cong phía vỏ có hệ số chiết suất nhỏ nên vận tốc lớn Như làm giảm thời gian trễ tia Vì truyền lượng thông tin (MHz-km) gấp nhiều lần so với loại sợi đa mode chiết suất bậc Sợi có đường kính lõi 50m đường kính có 125m (50/125) NA nhỏ (0,18 đến 0,24) loại sử dụng rộng rãi mạng viễn thông CCITT tiêu chuẩn hoá Sợi đơn mode(SM): r Xung vào n n Xung Xung ra n Hình 2.4c- Sợi quang đơn mode Khi đường kính lõi giảm xuống độ sai lệch hệ số khúc xạ lớp lõi lớp bọc giảm hình 2.4.c tia sáng thẳng lan truyền sợi quang đơn mode Ưu điểm sợi đơn mode băng tần lớn khơng có tán sắc mode Nhân tố ảnh hưởng chủ yếu đến băng tần sợi đơn mode tán sắc thể tán sắc có giá trị vùng lân cận bước sóng 1,3m Vì nguồn quang phát xung ánh sang  nửa biên độ hẹp độ rộng băng tần tổng sợi đơn mode lớn gấp lần trở lên so với bề rộng băng tần sợi đa mode Graded Sợi đơn mode có đường kính lõi 9-10m đường kính vỏ 125m NA khoảng 0,11 CCITT chuẩn hoá 2.3 Tán sắc sợi quang 2.3.1 Hiện tượng nguyên nhân ảnh hưởng Khi truyền dẫn tín hiệu digital qua sợi quang xuất hiện tượng dãn rộng xung ánh sáng đầu thu, chí số trường hợp xung lân cận đè lên nhau, khơng phân biệt xung với nữa, gây méo tín hiệu tái sinh Hiện tượng dãn xung gọi tượng tán xạ Nguyên nhân tượng sợi quang tồn thời gian khác cho thành phần ánh sáng phát đồng thời Tán xạ có ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn sau: - Khi truyền tín hiệu digital, miền thời gian gây dãn rộng xung ánh sáng - Khi truyền tín hiệu analog đầu thu biên độ bị giảm nhỏ có tượng dịch pha, độ rộng băng truyền dẫn sợi bị giảm nhỏ 2.3.2 Tán sắc mode Hiện tượng xuất loại sợi đa mode Các thành phần ánh sáng lan truyền nhờ mode riêng rẽ với thời gian khác nhau, nên có chênh lệch thời gian, sinh méo xung đầu thu 1 L Hình 2.5 So sánh tia dài ngắn sợi đa mode Thời gian truyền chênh lệch tia dài tia ngắn tính sau: Tia 1: tia dài có độ dài d1=L/cos1 Tia 2: tia ngắn có độ dài d2=L + Thời gian truyền tia 1: Với V=C/n1 vận tốc ánh sáng lõi sợi Mà cos1=sinc= Nên t1= + Thời gian truyền tia 2: + Thời gian chênh lệch hai đường truyền: Thời gian chênh lệch km sợi độ trải xung tán sắc mode: Ví dụ: Với sợi chiết suất nhảy bậc (SI) có n1=1,458 D=1% độ tán sắc mode là: Đối với sợi chiết suất giảm dần (GI) độ trải xung tán sắc mode nhỏ so với sợi có chiết suất nhẩy bậc (SI): Độ dải xung quan km sợi hay độ tán sắc mode: Ví dụ: sợi GI với n1=1,458 =1% có độ tán sắc mode là: dmode=0,061 ns/km Như tán sắc mode phụ thuộc vào dạng phân bố chiết suất sợi quang 2.3.3 Tán sắc sắc thể Vì ánh sáng nguồn sáng laser hay diot phát quang tạo có độ rộng bước sóng hữu hạn khơng giống ánh sáng đơn sắc lý tưởng Tán sắc thể gồm tán sắc chất liệu tán sắc ống dẫn sóng 2.3.3.1 Tán sắc chất liệu Chiết suất thuỷ tinh thay đổi theo bước sóng, nên vân tốc truyền ánh sáng có bước sóng khác khác Đó nguyên nhân gây nên tán sắc chất liệu tán sắc chất liệu xác định: Trong đó: : bước sóng; C: vận tốc ánh sáng chân không; n(): chiết suất lõi sợi Trong tơpơ vòng node liền kề kết nối tuyến điểm nối điểm hình thành vòng khép kín Mỗi node có truyền nhận liệu cách sử dụng cặp máy phát-thu, hoạt động trạm lặp Một thẻ (token: chuỗi bit định nghĩa trước) truyền quanh vòng Mỗi node giám sát luồng bit để lắng nghe địa riêng nhận liệu Nó truyền cách nối vào thẻ rỗng Việc sử dụng cấu hình vòng cho mạng LAN quang thương mại hoá với giao tiếp chuẩn hoá FDDI dành cho giao tiếp liệu phân phối sợi quang Trong cấu hình sao, tất node kết nối đến node trung tâm gọi hub, hay đơn giản hình liên kết điểm nối điểm Các mạng LAN tiếp tục phân loại nhỏ thành mạng hình tích cực hay thụ động, phụ thuộc vào node trung tâm thiết bị tích cực hay thụ động Trong cấu hình hình tích cực, tất tín hiệu quang đến chuyển đổi thành tín hiệu điện thu quang Các tín hiệu điện sau phân bố để điều khiển node máy phát riêng biệt Các hoạt động chuyển mạch thực node trung tâm phân bố xảy miền điện Trong cấu hình hình thụ động, phân bố thực miền quang thiết bị coupler định hướng Bởi ngõ vào từ node phân bố đến nhiều node ngõ ra, công suất truyền đến node phụ thuộc vào số người dùng Giống trường hợp tôpô bus, số lượng người dùng hỗ trợ mạng LAN hình bị giới hạn suy hao phân bố coupler hình NxN lý tưởng, cơng suất đến node đơn giản P T/N( ta bỏ qua suy hao truyền dẫn) cơng suất phát PT chia cho N người dùng Đối với cấu hình hình hình thành từ coupler định hướng, cơng suất giảm suy hao xen xác định sau: 5.2 Một số vấn đề thiết kế hệ thống TTQ 5.2.1 Tổn hao sợi quang thấp - Tín hiệu quang truyền sợi quang từ vị trí phát đến vị trí thu bị suy giảm biên độ theo dạng hàm mũ Nếu công suất trung bình đầu vào sợi quang P P, sợi quang có độ dài L cơng suất trung bình đầu sợi quang PT tính sau: PT= Pp.exp(-α.L) ( 5.1) Trong đó: α đại lượng đặc trưng sợi quang gọi hệ số suy hao riêng, suy hao Km sợi quang - Trong tính tốn thiết kế tuyến, ngồi suy hao sợi quang ta phải xét tới suy hao từ mối hàn, nối dự phòng suy hao cho sợi quang Km chiều dài sợi Suy hao trung bình sợi quang Km sợi α s thiết kế tính sau: αs= αF + αM + ( 5.2) Trong đó: αs suy hao trung bình sợi quang nhà sản xuất đặt ra; αM suy hao dự phòng cho sợi quang; αh suy hao mối hàn toàn tuyến Khi ta biết quỹ cơng suất Pb độ dài tối đa sợi quang tính sau: Lmax= (5.3) Khi thiết kế ta mong L đạt cực đại, P T cơng suất trung bình nhỏ đầu vào máy thu với tốc độ bit truyền B mong muốn Mà: PT = Np.γ.h.B (5.4) Trong đó: Np số photon trung bình bit; H số Planck; γ tần số sóng ánh sáng; Nên L giảm theo hàm logarit B tăng Từ thực tế ta thấy: - Với bước sóng λ= 0,85μm: L khơng vượt q 40 Km với giá trị B Đối với yêu cầu B100 Mb/s người ta khơng sử dụng bước sóng - Với bước sóng λ=1,3µm: đạt L vượt 100 Km B 200 Km B tới Gb/s, với tốc độ bit B lớn L giảm nhanh ảnh hưởng tán sắc sợi quang Nên sử dụng loại sợi SM để đạt L lớn , có sợi SM tán sắc dịch chuyển B L nâng lên nhiều 5.2.2.Giới hạn độ tán sắc sợi quang Đối với giới hạn độ tán sắc tích B.L đại lượng dùng để đánh giá thiết kế tuyến thông tin quang Tán sắc gây cho tuyến thông tin quang bao gồm tán sắc mode (TMODE), tán sắc vật liệu ( TMAT) tán sắc cấu trúc Còn sợi đơn mode khơng có TMODE mà có TMAT tán sắc cấu trúc gọi tán sắc màu Tán sắc tổng cộng tuyến sợi quang tính: T2s = T2CHR + T2MODE (5.5) Ở : TCHR ≈ TMAT = D.L.∆λ TMODE = (5.7) (5.6) Trong đó: L độ dài tuyến sợi quang; BL dải thông giới hạn tán sắc mode; D hệ số tán sắc Km sợi quang; ∆λ độ rộng phổ nguồn quang; Với loại sợi đa mode khác (SI, GI) cách tính cách tính tương ứng theo cơng thức: (5.8) Độ tán sắc tuyến làm giới hạn khoảng cách truyền dẫn L tốc độ bit B Mỗi loại sợi quang tốc độ bit tăng q ngưỡng ảnh hưởng tán sắc mà L giảm nhanh Do ảnh hưởng tán sắc mode có giá trị L B nhỏ sợi đơn mode, ảnh hưởng tán sắc giảm sử dụng sợi đơn mode dịch tán sắc cự ly truyền dẫn L tốc độ bit B đạt giá trị lớn 5.2.3 Tạp âm thấp Tạp âm linh kiện thu quang thể dạng dòng điện tạp âm Các nguồn tạp âm linh kiện thu quang là: - Tạp âm nhiệt: Là tạp âm gây điện trở tải diode thu quang trở kháng vào khuyếch đại Tạp âm nhiệt It phụ thuộc vào nhiệt độ, băng tạp âm, điện trở tải theo công thức I2t = Trong đó: K: số Boltzman T: nhiệt độ tuyệt đối, độ K B: bề rộng băng, đơn vị Hz R: điện trở tải, đơn vị Ohm Tạp âm nhiệt máy thu quang phụ thuộc vào hệ số tạp âm khuyếch đại - Tạp âm lượng tử: Do biến động ngẫu nhiên lượng photon đạp vào diode thu quang dòng tạp âm lượng tử Iq tính bởi: Iq2 = 2.e.R.Popt.B = 2.e.Iph B - Tạp âm dòng tối: Dòng điện nhiễu diode thu quang phát khơng có ánh sáng chiếu vào gây nên tạp âm thăng giáng Tạp âm dòng tối tính cơng thức: I2q = 2.e.iD B Trong đó: iD dòng tối diode phát quang 5.2.4 Tính tốn quỹ thời gian tăng trưởng Việc xét quỹ thời gian tăng trưởng nhằm đảm bảo chắn cho hệ thống thông tin thiết kế làm việc tin cậy tốc độ bit đặt Bởi xảy trường hợp thành phần riêng lẻ hệ thống thơng tin có độ rộng băng tần vượt tốc độ bit song toàn khơng có khả làm việc tốc độ bit Chúng ta hiểu thời gian tăng trưởng hệ tuyến tính khoảng thời gian cần thiết T r mà đáp ứng hệ từ 10÷90% giá trị lối cuối giá trị lối vào nhảy bậc ( hàm dạng bậc thang ) Thời gian tăng trưởng Tr độ rộng băng tần hệ có quan hệ với theo công thức là: Tr=(5.7) Ở ∆f độ rộng băng hệ, ứng với tần số hàm truyền có giá trị /2 giá trị cực đại Như biết độ rộng băng với tốc độ bit hệ phụ thuộc vào dạng tín hiệu cần truyền, dạng NRZ ∆f = B/2 với dạng RZ ∆f = B Mỗi thành phần hệ thống thông tin quang có thời gian tăng trưởng riêng nên thời gian tăng trưởng toàn hệ thống tính theo cơng thức: T2rH = T2rP + T2rS + T2rT (5.8) Các thời gian tăng trưởng thành phần TP, TS phải đáp ứng điều kiện Tr≤ Tr max=(5.9) Là thời gian tăng trưởng chung toàn hệ thống ( TrH) phải nhỏ thời gian tăng trưởng cực đại Tmax (Tmax tính lng qua cơng thức nhờ dạng mã đường truyền tương ứng sử dụng tuyến) Theo điều kiện quỹ thời gian tăng trưởng tuyến với B tốc độ bit tuyến, với tuyến thiết kế có tốc độ bit B=10Gb/s Dạng tín hiệu truyền dẫn hệ thống NRZ nên ta có: TrH ≤ (5.10) Thiết bị có máy phát loại laze đơn mode, có độ rộng phổ ∆λ=0,05nm, sợi quang loại sợi đơn mode có hệ số tán sắc D=5ps/Km.nm Theo cơng thức tính tán sắc sợi quang là: T2s = T2CHR + T2MODE (5.11) Mà sợi quang ta sử dụng sợi quang đơn mode nên T MODE =0 Kết hợp điều biểu thức ta có: TS = TCHR = TMAT = D.L.∆λ= 5×120×0,05=30(ps) (5.12) Theo thơng số máy phát máy thu ta có: T rP=40ps, TrT=40ps.Áp dụng cơng thức tính thời gian tăng trưởng tồn tuyến ta có: T2rH = T2rP + T2rS + T2rT = 402 + 302 + 402 = 4100 → TrH = 64 (ps) So sánh với TrH vừa tìm với điều kiện ta thấy hệ thống thơng tin quang thiết kế đảm bảo quỹ thời gian tăng trưởng tồn tuyến 5.3 Quỹ cơng suất hệ thống Như ta biết, tín hiệu quang truyền từ máy phát tới máy thu bị suy hao mặt cơng suất.Nhằm đảm bảo cho tín hiệu quang có công suất đủ lớn điểm thu để máy thu làm việc với độ tin cậy với mức BER yêu cầu ta phải xét tới quỹ cơng st hệ thống Trong hệ thống ta có: PP = PT + CL + MS (5.13) Trong đó: + PP cơng suất trung bình đầu vào; + PT cơng suất trung bình tối thiểu máy thu; + CL tổn hao công suất kênh truyền; + MS độ dự trữ công suất hệ thống Mục đích MS để bù lại thiệt hại có mặt cơng suất nhiều ngun nhân, bao gồm tổn hao phạt công suất loại, sựu già hoá laze photodiode, tiêu hao phát sinh q trình làm việc,thơng thường từ 6÷8 dB Còn tổn hao cơng suất CL tồn tổn hao có đường truyền từ vị trí phát tới vị trí thu kể nối, mối nối, mối hàn Nó tính sau: CL= αF.L + αC +αH = L.αS (5.14) Trong đó: - αF tổn hao trung bình Km sợi quang; - αS tổn hao trung bình sợi quang; 5.4.các cấubộtrúc - αc Hình tổn hao nối;sơ đồ khối hệ thống thông tin IM/DD - αh tổn hao mối hàn; 5.4 Hệ thống TTQ tương tự 5.4.1 Hệ thống thơng tin quang số IM/DD 5.4.1.1 Cấu hình sơ đồ khối Hệ thống thông tin quang số IM/DD hệ thống thơng tin quang sợi dùng tín hiệu số mà máy phát sử dụng phương pháp điềuchế cường độ ánh sáng (intensity modulation), máy thu dùng phương pháp tách sóng trực tiếp cơng suất quang (direct detection) Đây hệ thống thông tin quang dùng phổ biến thực tế kỹ thuật 5.4.1.2 Chức nhiệm vụ khối Khối thiết bị đầu cuối phát: làm nhiệm vụ nhận tín hiệu vào dạng điện, biến đổi tín hiệu quang để truyền vào sợi quang Nó bao gồm khối ghép kênh miền điện MUX, mã hố CODES, tầng kích nguồn phát quang E/O + Bộ ghép kênh MUX thực ghép kênh tín hiệu điện vào dạng số kiểu điều chế xung mã PCM cấp khác theo tiêu chuẩn phân cấp số Châu Âu, Bắc Mỹ hay Nhật Bản để tạo luồng tín hiệu số chung có tốc độ bit cao + Bộ mã hố có nhiệm vụ chuyển mã dạng điện tín hiệu vào sang mã đường truyền (line code) thích hợp với truyền dẫn sợi quang (thường dùng mã khối 5B6B), thuận tiện cho khôi phục xung clock, giám sát nâng cao khả phát sửa chữa lỗi hệ thống + Bộ kích DRIVER tạo dòng tín hiệu điện đủ lớn phù hợp để điều chế dòng thiên áp nguồn phát quang + Bộ phát quang (E/O) làm nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điện đầu vào thành tín hiệu quang để phát vào sợi quang Bộ phát quang dùng LED LD Tại tín hiệu điện từ kích điều chế trực tiếp cường độ ánh sáng dòng thiên áp LED LD Thiết bị đầu cuối thu quang: làm nhiệm vụ nhận tín hiệu quang từ sợi quang để biến đổi trở lại dạng tín hiệu điện dạng phía máy phát đưa đến thuê bao Nó bao gồm khối là: nguồn thu quang O/E, định, tách xung clock, giải mã DECOS tách kênh DEMUX + Nguồn thu quang nhận tín hiệu quang từ sợi quang để biến dạng tín hiệu điện Nó thực photo diode PIN hay thác APD Tại tín hiệu quang tách sóng trực tiếp từ cơng suất quang dòng quang điện photo diode + Bộ định có nhiệm vụ tái tạo lại tín hiệu dạng điện dạng phía máy phát Nó bao gồm việc khuyếch đại tín hiệu đến mức đủ lớn, san lọc nhiễu để định phục hồi dạng xung mã phát + Bộ tách xung clock có nhiệm vụ tách lấy xung đồng hồ clock từ tín hiệu để định thời đồng cho định khác làm việc + Bộ giải mã biến đổi tín hiệu dạng mã đường truyền trở lại dạng mã điện ban đầu tín hiệu phát đưa đến giải ghép kênh + Bộ giải ghép kênh làm nhiệm vụ tách luồng tín hiệu số chung cấp cao luồng tín hiệu số chung cấp thấp để đưa đến thiết bị đầu cuối lối đến thuê bao người sử dụng Trạm lặp repeater: có nhiệm vụ khuyếch đại tín hiệu đến mức đủ lớn bùđắp suy hao tín hiệu truyền tuyến sợi quang dài Cóhai dạng trạm lặp đường dây trạm lặp tái sinh (3R) trạm lặp khuyếch đại quang + Trạm lặp tái sinh bao gồm ba khối làm nhiệm vụ thứ tự là: O/E để biến tín hiệu quang tín hiệu điện, tái sinh tín hiệu làm nhiệm vụ khuyếch đại đủ lớn tín hiệu tách sóng, sửa dạng, tái sinh lại tín hiệu, điều chế E/O Bộ E/O có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điện tái sinh thành tín hiệu quang để phát tiếp vào sợi quang Trong trạm lặp loại có q trình biếnđổi điện quang tái sinh tín hiệu + Trạm lặp khuyếch đại quang làm nhiệm vụ khuyếch đại trực tiếp tín hiệu quang, khơng có q trình biến đổi điện quang Trạm lặp khuyếch đại quang phổ biến dùng khuyếch đại quang sợi trộn đất Ecbi EDFA 5.4.1.3 Các đặc điểm hệ thống IM/DD Hệ thống thông tin quang điều chế cường độ tách sóng trực tiếp IM/DD có đặc điểm sau: + Cấu trúc sơ đồ khối thiết bị đơn giản, khơng đòi hỏi kỹ thuật cơng nghệ q cao phức tạp; + Tốc độ dung lượng bit đáp ứng yêu cầu kỹ thuật đặt mức độ định + Hệ thống làm việc ổn định; + Giá thành thiết bị không cao; + Độ nhạy máy thu không cao, cự ly trạm lặp bị giới hạn, hiệu suất sử dụng băng thông sợi quang không cao; + Hệ thống IM/DD dùng phổ biến thực tế kỹ thuật nước ta giới Máy thu quang IM-DD Máy thu quang số IM-DD phận quan trọng hệ thống thơng tin quang IM-DD Nó có cấu hình sơ đồ khối mơ tả hình 5.2 Máy thu IM-DD bao gồm ba khối là: tầng đầu cuối Front-end, khối tuyến tính khối phục hồi Trong tầng đầu cuối đóng vai trò quan trọng nhất, độ nhạy định độ nhậy máy thu Các chế làm giảm độ nhạy máy thu IM-DD - Có chế dẫn đến làm giảm độ nhạy máy thu IM-DD : - Sự khác không công suất quang ứng với bit không, tức tỷ số dập (extinction ratio) khác - Do tạp cường độ (intensity noise) máy phát quang (sự thăng giáng cường độ xung quanh giá trị trung bình) - Sự trượt định thời xung đồng hồ (timing Jitter) Ba nguyên nhân dẫn đến để đảm bảo mức BER quy định cần phải tăng thêm lượng công suất đầu vào máy thu so với giá trị trung bình nhỏ Lượng tăng thêm công suất quang gọi phạt công suất (power pennalty) Đối với máy thu IM-DD ta chọn điều kiện làm việc với mức phạt cơng suất sau : < 0,5 dB ; < 0,02 dB < 0,5-1 dB Hình 5.5 Sơ đồ khối máy thu quang IM-DD 5.4.2 Hệ thống thông tin đa kênh WDM 5.4.2.1 Phân lọai hệ thống thông tin quang đa kênh Để nâng cao dung lượng tốc độ bit truyền tận dụng tối đa độ rộng băng thông sợi quang, người ta sử dụng công nghệ ghép kênh miền tần số quang tạo hệ thống thông tin quang đa kênh Tồn kỹ thuật ghép kênh miền tần số quang sau: ghép kênh quang theo bước sóng WDM (hay theo tần số quang OFDM), ghép kênh quang theo thời gian OTDM ghép kênh quang theo mã OCDM Do có hệ thống thơng tin quang đa kênh tương ứng WDM, OTDM OCDM Hiện hệ thống thơng tin quang ghép kênh theo bước sóng viết tắt WDM (Wavelength Division Multiplexing) công nghệ chế tạo phần tử quang tương đối hoàn thiện nên sản phẩm thương mại có sẵn thị trường, nên sử dụng rộng rãi giới nước ta 5.4.2.2 Nguyên tắc làm việc Chúng ta xét tóm tắt nguyên tắc làm việc, cấu trúc sơ đồ khối đặc điểm hệ thống thông tin quang đa kênh WDM.Hệ thống thông tin quang đa kênh WDM làm việc dựa nguyên tắc ghép nhiều bước sóng quang khác như: ,, … để truyền dẫn đồng thời sợi quang thay truyền bước sóng quang sợi quang hệ thống đơn kênh Nguyên tắc thực : + Do vùng cửa sổ truyền dẫn thứ hai ( = 1,3 μm) thứ ba ( =1,55μm) có tổn hao thấp sợi quang có băng tần rộng : Δ = 70 nm (Δf = 12.1012Hz) Δ = 110 nm (Δf = 15.1012 Hz) + Nếu phổ xạ laser phát hẹp = 1-2 nm (với LD đa mode) = 0,1 nm (với LD đơn mode) vùng cửa sổ ghép nhiều bước sóng phát khác như: , , ,… mà không chồng lấn lên để truyền dẫn đồng thời sợi quang Mỗi bước sóng quang điều chế luồng tín hiệu điện riêng gọi kênh quang Do hệ thống thơng tin quang đa kênh WDM có dung lượng tốc độ bit cao gấp nhiều lần so với hệ thống thông tin quang đơn kênh Giả sử kênh có tốc độ bit B, hệ thống truyền N kênh đồng thời, tốc độ bit hệ thống đa kênh WDM NB Phân loại hệ thống WDM : Tuỳ theo khoảng cách bước sóng kênh lân cận nhau, mà hệ thống đa kênh WDM phân loại thành hệ thống: - Hệ thống WDM viết tắt CWDM (coarse wavelength division multiplexing) với khoảng cách bước sóng kênh lân cận > 1nm (thơng thường N < 8) - Hệ thống WDM dài hay cao ký hiệu DWDM (dense wavelength division multiplexing) với khoảng cách bước sóng kênh lân cận < 1nm (theo tiêu chuẩn ITU F = 100 GHz) - Hệ thống thơng tin quang đa kênh WDM có hai cấu hình sơ đồ khối dạng ghép kênh quang đơn hướng ghép kênh quang hai hướng (Hình 5.3) mô tả sơ đồ khối hệ thống WDM dạng ghép kênh đơn hướng Sơ đồ hoạt động sau: Hình 5.6 Sơ đồ hệ thống ghép kênh quang đa kênh Tại phía máy phát, N kênh quang có bước sóng khác ,, ,… từ máy phát riêng T1, T2, T3,…TN đưa đến ghép kênh theo bước sóng MUX, sau tất N bước sóng truyền dẫn đồng thời sợi quang đến phía máy thu Tại đầu thu, bước sóng khác tách kênh quang DEMUX tách thành bước sóng riêng rẽ đưa đến máy thu quang R1, R2, R3,…RN dành cho kênh tương ứng Việc truyền kênh quang theo hướng ngược lại thực theo sơ đồ tương tự truyền sợi quang thứ hai khác Trong sơ đồ dạng ghép kênh đơn hướng tách ghép kênh theo bước sóng làm việc chức tách ghép độc lập riêng rẽ nhau, nên cấu trúc đơn giản, chất lượng cao, phải dùng đến hai sợi quang cho hướng Hình 5.7 mơ tả sơ đồ khối hệ WDM dạng ghép kênh quang hai hướng Trong sơ đồ hệ WDM dạng ghép kênh hai hướng, từ trạm đầu cuối thứ nhất, kênh quang bước sóng khác ,… từ máy phát T1,…TN đưa vào ghép kênh quang theo bước sóng, truyền sợi quang đến đầu cuối thứ hai Tại chúng tách kênh theo bước sóng tách thành kênh riêng rẽ đến máy thu tương ứng R, …R Đồng thời trạm đầu cuối kênh quang bước sóng khác khác , …R từ máy phát T, …T đưa đến ghép kênh theo bước sóng để truyền sợi quang theo chiều ngược lại phía trạm đầu cuối thứ Tại chúng lại tách kênh theo bớc sóng tách thành bước sóng riêng để đến máy thu tương ứng R, …R Do đầu cuối hệ phải có thiết bị làm nhiệm vụ đồng thời ghép kênh lẫn tách kênh quang, gọi chung tách-ghép kênh quang MUX-DEMUX Hệ thống WDM ghép kênh quang hai hướng có ưu điểm cần sợi quang, tách-ghép có cấu tạo phức tạp, chất lượng đòi hỏi cao, nên giá thành cao 5.4.2.3 Đặc điểm hệ thống WDM Hệ thống thơng tin quang đa kênh WDM có đặc điểm sau: + Có tốc độ dung lượng bit cao, đạt đến hàng chục đến hàng trăm Gb/s, đáp ứng nhu cầu đa dịch vụ băng rộng ngày tăng xã hội + Công nghệ chế tạo thiết bị thu, phát quang, MUX-DEMUX phát triển tương đối hoàn thiện, tiêu kỹ thuật đáp ứng yêu cầu chất lượng đặt + Tiết kiệm số lượng đáng kể sợi quang tuyến, nên cho phép nâng cao dung lượng tuyến có sẵn mà khơng cần lắp đặt thêm cáp quang, giảm giá thành khai thác tuyến + Kỹ thuật công nghệ cao, nên giá thành thiết bị đầu cuối cao, theo thời gian giảm dần Hiện hệ thống thông tin quang đa kênh WDM thương mại đạt số kênh bước sóng sợi quang N = 16 Các công nghệ hệ WDM: + Công nghệ máy phát: dùng loại loại Laser phát bước sóng khác loại Laser phát bước sóng điều chỉnh được; + Công nghệ máy thu: dùng nhiều máy thu có bước sóng cố định máy thu điều hưởng nhờ lọc điều chỉnh bước sóng cộng hưởng; + Cơng nghệ tách ghép bước sóng MUX-DEMUX; + Công nghệ khuếch đại quang; + Công nghệ chống hiệu ứng phi tuyến (5 hiệu ứng : SPM, XPM, FWM, SRS, SBS); + Công nghệ bù tán sắc Các khuếch đại quang: + Các khuếch đại quang dùng để khuếch đại trực tiếp tín hiệu sóng mang quang Chúng nghiên cứu từ năm 60 kỷ 20 bắt đầu đưa vào ứng dụng kỹ thuật từ năm 1990 + Các khuếch đại quang phân làm hai loại là: khuếch đại quang bán dẫn khuếch đại quang sợi + Bộ khuếch đại quang bán dẫn bao gồm hai dạng là: khuếch đại quang bán dẫn Fabry-Pero (FP-SLA), khuếch đại quang sóng chạy (TW-SLA) + Bộ khuếch đại quang sợi bao gồm ba dạng là: khuếch đại quang sợi tán xạ kích thích Raman (FRA), khuếch đại quang sợi tán xạ kích thích Brillouin (FBA), khuếch đại quang sợi trộn đất Erbi (EDFA) Trong hệ thống mạng thông tin quang EDFA sử dụng rộng rãi 5.4.3 Ghép kênh quang theo tần số OFDM Như ta biết, ghép kênh biện pháp nahừm bó gộp số kênh thông tin lại thành kênh chung mang lượng kênh (hay lượng thông tin) lớn Trong hệ thống thông tin quang mà ta quen thuộc trước dây, ghép kênh theo tần số FDM sử dụng hệ thống truyền dẫn analog Khi hệ thống thông tin quang phát triển, vài năm trở lại đây, với phát triển nhảy vọt công nghệ thông tin, kỹ thuật ghép kênh quang lại xuất ghép bước sóng quang thảo luận phần 5.1 ghép kênh quang theo thời gian OTDM xem xét phần sau Một kỹ thuật ghép kênh khác dùng để thông tin ánh sáng ghép kênh quang theo tần số (OFDM - Optical Frequency Division Multiplexing) Trong ghép kênh OFDM, băng tần sóng ánh sáng phân chia thành số kênh thông tin riêng biệt; đây, kênh ánh sáng có tần số quang khác biến đổi thnàh luồng song song để truyền dồng thời sợi quang Các sóng ánh sáng có tiềm thơng tin lơn có tần số cao, tới 200000 Ghz (1Ghz = 100Hz) Hơn nữa, sợi dẫn quang vốn có suy hao nhỏ dải bước sóng từ 0,8m  1,8m, tương đương băng tần 200000GHz Vì số lượng lớn kênh quang FDM truyền sợi, kênh quang riêng biệt có băng tần rộng Chẳng hạn, sợi dẫn quang tồn vùng có suy hao nhỏ nằm khoảng 1,5m đến 1,6m Vùng có băng tần 124Ghz ghép tới 1000 kênh quang khoảng cách kênh 10Ghz Mỗi kênh có tốc độ lớn Gbit/s để mang thơng tin cần truyền Vậy thiết lập tốc độ truyền dẫn sợi 1Tbit/s nhờ ghép kênh quang theo tần số Mặc dù công nghệ OFDM mức triển khai thực nghiệm, người ta tiền hành hệ thống ghép tới 100 kênh quang Mặt khác, với công nghệ cáp quang phát triển, cáp có tới 100 sợi đời làm cho hệ thống thông tin quang ghép kênh théo tânf số không cần phải đạt hiệu suất sử dụng cao tới mức khó thực ghép kênh FDM hệ thống vô tuyến Như ghép kênh quang theo tần số xem xét cao cấp WDM số kênh ghép đưọc băng tần quang sẵn có lớn OFDM coi biện pháp ghép kênh quang có mật độ ghép dày đặc Hình 5.19 minh hoạ hệ thống ghép kênh quang theo tần số; S1 S2 Mix Mix f1 f1 Mix f2 1550nm Bộ kết hợp f Laser Bộ chia công suất Sợi cáp quangTách quang f Điều biến (PSK) Sn Mix S1 S2 f2 PLL quang Mix Mix fn fn Sn Hình 5.8 Sơ đồ khối hệ thống ghép kênh quang OFFDM Về thực chất, OFDM khai thác khả băng tần lớn sợi dẫn quang cách ghép kênh bước sóng khác vào thành luồng thông tin lớn Như OFDM chung cho ghép kênh theo bước sóng WDM OFDM WDM cho phép ta tăng dung lượng kênh mà lại vượt qua giới hạn tán sắc sợi dẫn quang OFDM đóng góp vai trò quan trọng hệ thống thơng tin quang tương lai, vấn đề trọng yếu để sử dụng vào mục tiêu thực mạng cáp quang hố hồn tồn 5.4.4 Ghép kênh quang theo thời gian OTDM Trong phát triển mạng viễn thông, xu hướng tăng tốc độ truyền dẫn đẩy mạnh năm gần đây, hệ thống thông tin truyền dẫn số tốc độ cao nhu cầu cần thiết mạng lưới Để xậy dựng tuyến số tốc độ cao vậy, người ta lấy thông tin quang làm sở để thực có mơi trường truyền dẫn băng tần khổng lồ Tuy nhiên để có thiết bị hoạt động tốc độ cao, công nghệ điện tử thông tin phải phát triển chip điện tử có khả đáp ứng tốc độ chuyển mạch cao làm việc mơi trường có băng tần rộng Gần đây, thiết bị sản xuất sẵn có thị trường thoả mãn tốc tới 10Gbit/s Các sản phẩm trước hết đáp ứng cho thiết bị phát thu quang làm việc băng tần cao, mặt khác thoả mãn với thiết bị ghép giải ghép kênh 5.4.4.1 Nguyên lý ghép kênh OTDM Hoạt động hệ thống truyền dẫn quang sử dụng kỹ thuật ghép kênh quang theo thời gian OTDM mơ tả hình 5.21 Thu hiệu Khối phát clock Bộ đièu chế Kênh Khuếch đại quang EDFA Bộ chia quang Bộ đièu chế Khuếch đại quangBộ tách kênh Bộ chia quang Nguồn phát Bộ đièu chế Kênh Sợi dẫn quang Bộ đièu chế Trễ quang T Thời gian Kênh: 4 Thời gian Hình 5.9 Sơ đồ tuyến thơng tin quang sử dụng kỹ thuật OTDM ghép kênh quang Trong ghép kênh quang OTDM, chuỗi xung quang hẹp phát từ nguồn phát thích hợp Các tín hiệu đưa vào khuếch nâng mức tín hiệu đủ lớn để đáp ứng yêu cầu Sau chia thành N luồng, luồng đưa vào điều chế nhờ điều chế ngồi với tín hiệu nhánh tốc độ B Gbit/s Để thực ghép tín hiệu quang với nhau, tín hiệu nhánh phải đưa qua trễ quang Tùy theo vị trí kênh theo thời gian king mà trễ thực trễ để dịch khe thời gian quang cách tương ứng Thời gian trễ nửa chu kỳ tín hiệu clock Như vậy, tín hiệu sau ghép có tốc độ NxBGbit/s Sau truyền đường truyền, thiết bị tách kênh phía thu thực tách kênh khôi phục xung clock đưa kênh quang riêng rẽ tương ứng với kênh quang đầu vào ghép phái phát Các hệ thống ghép kênh OTDM thường hoạt động vùng bước sóng 1550nm, bước sóng có suy hao quang nhỏ, lại phù hợp với khuếch đại quang sợi có mặt hệ thống Các khuếch đại quang sợi có chức trì quĩ cơng suất cho hệ thống nhằm bảo đảm tỉ lệ tín hiệu tạp âm (S/N) phía thu quang Nguyên lý hoạt động đáp ứng xây dựng hệ thống thông tin với tốc độ 200Gbit/s Tuy nhiên tốc độ phải xem xét tới việc bù tán sắc cho hệ thống TÀI LIỆU THAM KHẢO G Keiser, Optical Fiber Communications, 2001; Govind P.Agrawal, Fiber-Optic Communications Systems,John Wiley & Sons, Inc, 2002; M Ming & K.Liu, Principles and Applications of Optical Communications, 2001; D K Mynbaev & L L Scheiner, Fiber- Optic Communications Technology, Prentice Hall, 2001; Vũ Văn San, Hệ thống thông tin quang, NXB Bưu điện, 2004; Hoàng Ứng Huyền, Kỹ thuật thông tin quang, NXB Bưu điện; Trần Hồng Quân, Hệ thống thông tin sợi quang, NXB KHKT,1993 ...BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG 1.1 Lịch sử phát triển hệ thống thông tin quang Các phương tiện sơ khai thông tin quang khả nhận biết người chuyển... 1995-2000 hệ thống thông tin quang thương mại thứ đưa vào sử dụng Đó hệ thống thơng tin quang coherent sử dụng công nghệ WDM kết hợp với khuếch đại quang EDFA tạo nên tuyến thông tin quang dung lượng... thống thơng tin quang, có khả phát hiện, xử lý, trao đổi truyền dẫn thông tin phương tiện ánh sáng 1.2 Sơ đồ khối hệ thống thông tin quang Thiết bịđầu cuối phát quang Thiết bịđầu cuối thu quang Trạm