Cáp quang là một loại cáp viễn thông sử dụng ánh sáng để truyền tín hiệu, sợi quang dùng để truyền tín hiệu được làm bằng thủy tinh. Cáp quang được áp dụng rất nhiều trong thực tế như trong mạng viễn thông, internet, truyền hình cáp,… đã tạo nên cuộc cách mạng công nghệ quang ngày càng phát triển mạnh mẽ.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG BÀI TIỂU LUẬN CÁP QUANG – PHỤ KIỆN CÁP QUANG THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI VÀ CÁC DỊCH VỤ VIỄN THÔNG Giảng viên hướng dẫn: Vương Quang Phước Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Duy Hồ Văn Nghĩa Hồ Đình Dụng Huế, tháng năm 2020 GVHD: Vương Quang Phước Cáp quang – Phụ kiện cáp quang MỤC LỤC GVHD: Vương Quang Phước Cáp quang – Phụ kiện cáp quang CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu Cáp quang loại cáp viễn thông sử dụng ánh sáng để truyền tín hiệu, sợi quang dùng để truyền tín hiệu làm thủy tinh Cáp quang áp dụng nhiều thực tế mạng viễn thơng, internet, truyền hình cáp,… tạo nên cách mạng công nghệ quang ngày phát triển mạnh mẽ 1.2 Lịch sử hình thành cáp quang • Vào năm 1870, Hiệp hội Hoàng gia Anh London, Anh chứng kiến thí nghiệm thú vị tiến hành nhà khoa học tự nhiên John Tyndall, sử dụng tia nước chảy từ bình chứa sang bình chứa khác chùm ánh sáng, chứng minh ánh sáng sử dụng phản xạ bên để theo đường cụ thể Khi nước tn từ vịi thùng chứa đầu tiên, Tyndall hướng chùm ánh sáng mặt trời vào đường nước Ánh sáng khán giả nhìn thấy, theo đường zig-zag bên đường cong nước GVHD: Vương Quang Phước Cáp quang – Phụ kiện cáp quang Hình 1-1 Thí nghiệm truyền ánh sáng John Tyndall • Vào năm 1880, Alexander Graham Bell phát minh Photophone, truyền âm thơng qua ánh sáng Hình 1-2 Thí nghiệm truyền âm thơng qua ánh sáng • Vào năm 1975, đánh dấu bước phát triển liên quan tới cáp quang, Corning Glass phát minh cáp quang Từ cơng nghệ quang ngày phát triển ngày GVHD: Vương Quang Phước Cáp quang – Phụ kiện cáp quang CHƯƠNG CÁP QUANG 2.1 Giới thiệu chương Giới thiệu số thuật ngữ, khái niệm hệ thống thông tin quang Hệ thống thơng tin quang bao gồm phận chính: • Bộ truyền (Transmitter): Chuyển tín hiệu điện thành tín hiệu quang phù hợp với kênh truyền • Kênh truyền cáp quang (Fiber Optic Cable): cáp quang • Bộ nhận (Receiver): Chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện Hình 2-1 Sơ đồ khối hệ thống thông tin quang Chương tập trung tìm hiểu tính chất, đặc điểm cấu tạo sợi cáp quang Một số GVHD: Vương Quang Phước Cáp quang – Phụ kiện cáp quang 2.2 Sợi quang 2.2.1 Mode Mode sợi cáp quang, có nghĩa tia sáng Khi tia sáng truyền sợi quang, tia sáng theo đường, tương ứng với tia sáng khác • Tia High Order Mode tia sáng lan truyền sợi cáp quang có số lần phản xạ lớn Thời gian tia sáng lan truyền sợi quang từ A đến B lâu so với tia sáng Low Order Mode • Tia Low Order Mode là: tia sáng lan truyền sợi cáp quang có số lần phản xạ Thời gian tia sáng lan truyền sợi quang từ A đến B nhanh tia sáng High Order Mode • Tia Axial Mode là: tia sáng lan truyền dọc theo trục trung tâm sợi cáp quang Thời gian tia sáng lan truyền sợi quang từ A đến B nhanh Hình 2-2 Các loại mode truyền ánh sáng sợi quang 2.2.2 Sợi quang Sợi quang sợi thủy tinh chế tạo nhằm mục đích truyền dẫn tín hiệu dạng sóng quang học với tốc độ dung lượng lớn, suy hao thấp khơng có xun nhiễu Khoảng cách tốc độ truyền dẫn qua sợi quang bị giới hạn suy hao tán sắc GVHD: Vương Quang Phước Cáp quang – Phụ kiện cáp quang Hình 2-3 Cấu tạo sợi quang a Sợi quang đơn mode (SingleMode) Có đường kính lõi nhỏ, hệ số thay đổi khúc xạ thay đổi từ lõi cladding multimode Các tia truyền theo phương song song trục Sử dụng nguồn sáng laser truyền tia sáng xun suốt tín hiệu bị suy hao có tốc độ lớn Cáp quang Singlemode có bước sóng chuẩn là: 1310nm, 1550nm, 1627nm Cáp quang singlemode có tia sáng Axial lan truyền Do đó, tượng tán sắc ánh sáng khơng xuất sợi quang Singlemode Mà làm cho sợi quang Singlemode có băng thơng lớn truyền liệu xa so với sợi quang Multimode Hình 2-4 Sợi quang đơn mode b Sợi quang đa mode (MultiMode) Có đường kính core lớn SM, sử dụng nguồn sáng Led laser để truyền tia sáng thường hoạt động bước sóng 850nm, 1300nm Multimode có khoảng cách kết nối tốc độ truyền dẫn nhỏ SingleMode GVHD: Vương Quang Phước Cáp quang – Phụ kiện cáp quang Đặc điểm sợi cáp quang Multimode lan truyền đồng thời loại tia sáng (Axial Mode, High Order Mode Low Order Mode) Hình 2-5 Sợi quang đa mode • Sợi quang Multi chiết suất nhảy bậc: Đây sợi quang có lõi đồng nhất, có chiết suất n1 lớp phản xạ ánh sáng xung quanh lõi có chiết xuất n2 Sợi quang Multimode chiết suất bậc bị ảnh hưởng nhiều tượng tán sắc Do đó, băng thông không cao không sử dụng hệ thống mạng Hình 2-6 Sợi quang đa mode chiết suất nhảy bậc • Sợi quang Multi chiết suất giảm dần: Sợi quang Multimode chiết suất biến đổi: Lõi sợi quang kết hợp từ nhiều lớp thủy tinh có chiết suất n1, n2, n3… khác Lớp thủy tinh bên có chiết suất cao lớp bên Các tia sáng lan truyền chậm gặp chiết suất cao nhanh gặp chiết suất thấp GVHD: Vương Quang Phước Cáp quang – Phụ kiện cáp quang Hình 2-7 Sợi quang đa mode chiết suất giảm dần 2.2.3 Cửa sổ quang Trong hồng ngoại có nhiều khoảng bước sóng khác Tuy nhiên tồn ba khoảng mà sợi thủy tinh làm việc hiệu hay có suy hao thấp nhất, khoảng quanh bước sóng 850nm, 1310nm, 1550nm vào gọi cửa sổ quang Hình 2-8 Cửa sổ quang 2.2.4 Góc độ số Góc độ số góc quy định tia sáng truyền vào lõi sợi quang Nếu tia sáng truyền vào nằm ngồi góc độ số khơng có tượng phản xạ toàn phần xảy sợi quang NA (Numerical Aperture) = Với chiết suất lớp vỏ lõi GVHD: Vương Quang Phước Cáp quang – Phụ kiện cáp quang chiết suất lõi 2.2.5 Suy hao Suy hao suy giảm mặt công suất ánh sáng truyền Đây nguyên nhân gây lỗi tín hiệu a Suy hao hấp thụ Hấp thụ ngồi: Do có mặt ion tạp chất • Ion kim loại chuyển tiếp (Fe, Cu, Co, Ni, Mn Cr): hấp thụ mạnh dải bước sóng 0,6 - 1,6 micromet • Ion OH- : hấp thụ (có mặt nước thuỷ tinh) Hấp thụ thuần: Do hấp thụ thủy tinh tạo nên sợi quang b Suy hao tán xạ Ngun nhân: • Sự thay đổi vi mơ mật độ vật liệu • Sự chuyển động phân tử vật liệu chế tạo sợi -> tán xạ Rayleigh, tán xạ Mie • Các khuyết tật cấu trúc khơng đồng q trình sản xuất sợi c Suy hao uốn cong • Uốn cong vĩ mơ: bán kính uốn cong lớn so với đường kính sợi quang • Uốn cong vi mơ: bán kính uốn cong nhỏ theo trục Do q trình sản xuất sợi quang chế tạo cáp sợi quang tạo lực nén không lên bề mặt d Các suy hao khác • Suy hao khơng hồn hảo cấu trúc sợi quang • Suy hao hàn nối 2.3 Một số loại cáp quang 2.3.1 Cáp quang Cáp quang cáp bọc gia cường cho sợi quang truyền dẫn tín hiệu mục đích thiết lập tuyến sợi quang điều 10 GVHD: Vương Quang Phước Cáp quang – Phụ kiện cáp quang kiện địa hình khác chơn trực tiếp, treo, cơng cống bể, xun đại dương… Hình 2-9 Cấu tạo cáp quang 2.3.2 Cáp số Là loại cáp quang hình số chuyên dùng để treo cột nên có thêm thành phần gia cường để chịu lực, sử dụng chủ yếu để tuyến dây điện lực hay kết nối quang có khoảng cách xa Hình 2-10 Cấu tạo cáp quang số 2.3.3 Cáp ADSS Được sử dụng để tuyến đường dây điện lực kết nối cáp quang khoảng cách xa với dung lượng từ đến 36 sợi quang, khoảng vượt từ 100m đến 900m Là loại cáp quang dùng để treo cột, có thành phần gia cường cấu tạo phần sợi cáp 11 GVHD: Vương Quang Phước Cáp quang – Phụ kiện cáp quang Hình 2-11 Cấu tạo cáp quang ADSS 2.3.4 Cáp OPGW Là loại cáp treo, sử dụng hệ thống truyền tải phân phối điện Đây loại cáp kết hợp hai chức năng, chống sét cho hệ thống truyền tải điện truyền tin sợi quang Là loại cáp quang đặc chủng thiết kế chuyên dụng để kèm với đường điện cao thế, sợi cáp quang bện sợi cáp điện lực, truyền tín hiệu ánh sáng nên hồn tồn khơng bị ảnh hưởng điện từ Hình 2-12 Cấu tạo cáp quang số OPGW 12 GVHD: Vương Quang Phước Cáp quang – Phụ kiện cáp quang 13 GVHD: Vương Quang Phước Cáp quang – Phụ kiện cáp quang CHƯƠNG Phụ kiện cáp quang 3.1 Khái niệm Phụ kiện cáp quang bao gồm thiết bị đảm nhiệm tính năng, vai trị khác nhau, giúp kết nối với thiết bị truyền tải tín hiệu với cách hiệu 3.2 Các phụ kiện cáp quang 3.2.1 Dây hàn quang Dây có đầu nối đầu cịn lại bỏ trống, có kết cấu tương tự sợi dây cáp quang Chúng dùng để hàn nối với dây cáp quang truyền dẫn tín hiệu sang thiết bị chuyển đổi tín hiệu Dây hàn quang có nhiều loại đầu nối SC, LC, FC tương thích với thiết bị khác Ứng dụng: Sử dụng cơng nghệ GPON Hình 3-3 Dây hàn quang 3.2.2 Bộ chia tách quang Nhà mạng sử dụng thiết bị để phân chia đường truyền mạng Gồm có loại: 1x2, 1x4, 1x8, 1x16, 1x32, 1x64 Bộ chia tách quang sử dụng phương tiện truyền thông quang, hệ thống truyền hình quang, hệ thống CABTV, cảm 14 GVHD: Vương Quang Phước Cáp quang – Phụ kiện cáp quang biến quang, khuếch đại quang, điều phối quang, test cáp quang,… Giá thành rẻ Hình 3-4 Bộ chia quang 1x2 Hình 3-5 Bộ chia quang 1x4 3.2.3 Bút soi quang Loại bút đặc biệt sử dụng tia Laser để soi sợi dây cáp quang, thiết bị soi xa tới 20Km giúp dễ dàng phát điểm quang bị đứt, bị hư hại 15 GVHD: Vương Quang Phước Cáp quang – Phụ kiện cáp quang Hình 3-6 Bút soi quang 3.2.4 Đầu Fastconnector Gọi đầu nối quang nhanh sử dụng để đưa tín hiệu dây cáp quang vào modem Hình 3-7 Đầu kết nối nhanh 3.2.5 Bộ dụng cụ làm quang Đây dụng cụ dùng để thi công cáp quang, có nhiều dụng cụ dao cắt sợi quang, kìm tuốt sợi quang, máy đo suy hao quang,… Bộ dụng cụ hộp ODF: Hộp ODF hay gọi hộp phối quang có vai trị bảo vệ phụ kiện quang bên nhằm đảm 16 GVHD: Vương Quang Phước Cáp quang – Phụ kiện cáp quang bảo đường truyền ổn định Bởi phụ kiện giúp kết nối chuyển đổi tín hiệu thiết bị với Hình 3-8 Hộp ODF a Ống co nhiệt Dùng để cố định mối hàn cáp quang dây hàn quang b Khay hàn quang Dùng để cố định ống co nhiệt tránh bị xê dịch làm ảnh hưởng tới đường truyền c Đầu nối cáp quang (Adapter) Đầu nối quang đảm nhiệm vai trị kết nối truyền tải tín hiệu từ sợi dây hàn quang cáp quang sang dây nhảy cáp quang tới thiêt bị chuyển đổi đầu cuối Các đầu nối quang Simplex Duplex (đơn đôi) Đầu nối quang làm PVC Cấu tạo chung đầu nối cáp quang: 17 GVHD: Vương Quang Phước Cáp quang – Phụ kiện cáp quang Hình 3-9 Cấu tạo đầu nối cáp quang • Ống nối (Ferrule): Là cấu trúc dạng rỗng thường dạng hình trụ, làm từ sứ, kim loại nhựa chất lượng cao Chức dùng để giữ chặt sợi quang • Thân đầu nối (Connector Body): Một cấu trúc làm từ nhựa kim loại chứa ống nối, cố định với lớp vỏ đầu nối ngồi để bảo vệ • Khớp nối (Coupling Mechanism): Là phần thân đầu nối, có nhiệm vụ cố định đầu nối thực kết nối đến thiết bị khác ORL Ánh sáng truyền sợi quang gặp phải vấn đề suy hao ORL (Optical Return Loss) ORL tổn thất gây tia backscatter back-reflection đo cáp sợi quang Các tia sáng backscatter tạo tia sáng bị phản xạ ngược va chạm với phân tử thủy tinh – thành phần cấu tạo nên cáp sợi quang Backscatter đo thiết bị OTDR (Optical Time-Domain Reflector) - Backscatter: 18 GVHD: Vương Quang Phước Cáp quang – Phụ kiện cáp quang Hình 3-10 Hiện tượng backscatter Khi ánh sáng truyền sợi quang dài -> ánh sáng bị hấp thụ tán xạ sợi quang giảm -> lượng backscatter yếu Hình 3-11 Đo thơng số Backscatter Loss - Back-reflection: Các tia back-reflection sinh ánh sáng bị phản xạ ngược lan truyền qua mơi trường có chiết suất khác nhau, thường xảy đầu nối sợi quang Chuẩn UPC chuẩn APC 19 GVHD: Vương Quang Phước Cáp quang – Phụ kiện cáp quang Hình 3-12 Chuẩn UPC APC Bảng 3- So sánh chuẩn UPC APC UPC APC Mặt đầu sợi Đánh bóng khơng có Đánh bóng góc độ góc Ánh sáng phản xạ Ánh sáng phản xạ Phản xạ thẳng phía góc vào ốp so nguồn sáng với mặt sau thẳng phía nguồn ORL >=-50dB >=-60dB Màu sắc Xanh dương Xanh Hiệu suất Tốt Tốt UPC Ứng dụng Phù hợp hệ thống kĩ thuật số nhạy, sử dụng phổ biến hệ thống mạng FTTx, mạng quang thụ động (PON),… yêu cầu tín hiệu quang có độ xác cao 20 GVHD: Vương Quang Phước Cáp quang – Phụ kiện cáp quang Các loại đầu nối Bảng 3-2 Các loại đầu nối Đầu nối Kiểu nối kết Bán kính ống nối Cáp quang Tiểu chuẩn Ứng dụng ST Vặn khớp 2.5 mm Đơn mode/ TIA/EIA-604Đa mode Kiểm tra thiết bị test, cảm biểnsợi quang, SC Cắm - rút 2.5 mm Đơn mode/ TIA/EIA-604Đa mode Gigabit Ethernet Sử dụng LC FC MT-RJ Cắm – rút 1.25 kiểu RJ45 mm Đơn mode/ TIA/EIA-604Đa mode 10 module quang kết nối quang mật độ cao Vặn xoắn TIA/EIA-604Đơn mode/ Đa mode Sử dụng mơi trường có độ rung cao Đơn mode/ TIA/EIA-604Đa mode 12 Hệ thống truyền hình cáp CATV (cable TV), FTTH (Fiber to the Home), hệ thống quang 2.5 mm Cắm – rút 2.45x4 kiểu RJ45 mm Một số hình ảnh đầu nối cáp quang: 21 GVHD: Vương Quang Phước Cáp quang – Phụ kiện cáp quang Hình 3-13 Đầu nối ST Hình 3-14 Đầu nối FC Hình 3-15 Đầu nối MT-RJ 22 GVHD: Vương Quang Phước Cáp quang – Phụ kiện cáp quang Hình 3-16 Đầu nối SC Hình 3-17 Đầu nối LC 3.2.6 Bộ chuyển đổi quang điện Bộ chuyển đổi quang điện (Fiber Optic Media Converter) chuyển từ tín hiệu điện sang tín hiệu quang ngược lại 23 GVHD: Vương Quang Phước Cáp quang – Phụ kiện cáp quang Hình 3-18 Bộ chuyển đổi quang điện 24 GVHD: Vương Quang Phước Cáp quang – Phụ kiện cáp quang Ghi Hồ Đình Dụng: Tìm hiểu phần phụ kiện cáp quang, làm slide, word Hồ Văn Nghĩa : Tìm hiểu phần cáp quang, làm slide Hồ Văn Duy: Tìm hiểu lịch sử phần loại cáp quang, làm slide 25 ... cáp quang số OPGW 12 GVHD: Vương Quang Phước Cáp quang – Phụ kiện cáp quang 13 GVHD: Vương Quang Phước Cáp quang – Phụ kiện cáp quang CHƯƠNG Phụ kiện cáp quang 3.1 Khái niệm Phụ kiện cáp quang. .. chia tách quang sử dụng phương tiện truyền thơng quang, hệ thống truyền hình quang, hệ thống CABTV, cảm 14 GVHD: Vương Quang Phước Cáp quang – Phụ kiện cáp quang biến quang, khuếch đại quang, điều... điện sang tín hiệu quang ngược lại 23 GVHD: Vương Quang Phước Cáp quang – Phụ kiện cáp quang Hình 3-18 Bộ chuyển đổi quang điện 24 GVHD: Vương Quang Phước Cáp quang – Phụ kiện cáp quang Ghi Hồ Đình