- Hiện tợng phản xạ và khúc xạ:
V.2. Ghép kênh quang theo tần số OFDM
Trong ghép kênh OFDM, băng tần của sóng ánh sáng đợc phân chia thành một số kênh thông tin riêng biệt; ở đây, các kênh ánh sáng có các tần số quang khác nhau sẽ đợc biến đổi thành các luồng song song để cùng truyền đồng thời trên cùng một sợi quang.
Các sóng náh sáng có một tiềm năng thông tin rất lớn vì nó có tần số cao, tới hơn 200000Ghz(1Ghz =109Hz). Hơn thế nữa sợi quang vốn có suy hao nhỏ ở dải bớc sóng từ 0,8àmữ1,8àm cũng tơng đơng ở băng tần 200000Ghz. 47 I(λi)...I(λk) DEMUX Sợi quang I(λi)...I(λk) O i(λi)+U i(λi) Sợi quang Oi(λi)+Ui(λi)+Ui(λi) Ii(λi) (λj) (λk) O(λj)
Hình V.5: Xuyên kênh a) ở bộ giải ghép kênh và b) ở bộ giải ghép kênh hỗn hợp.
Nh vậy, ghép kênh quang theo tàn số đợc xem xét nh là cấp cao hơn WDM vì số kênh ghép đợc trong băng tần quang sẵn có rất lớn OFDM có thể coi nh là biện pháp ghép kênh quang có mật độ ghép dày đặc hơn. Hình 6 minh hoạ một hệ thống ghép kênh quang theo tần số ; ở đây, tín hiệu quang đợc ghép đợc xây dựng theo phơng pháp tựa nh các kỹ thuật thông thờng, nh- ng quá trìng biến đổi điện nào. Tổng số các chùm bit đợc ghép sẽ phụ thuộc vào tốc độ ghép của mỗi luồng (kênh) riêng rẽ sẽ đợc khôi phục lại.
+ Các công nghệ ban đầu của OFDM.
Các hệ thống ghép kênh quang theo tần số phải dựa trên các nguồnphát quang có các tần số ổn định, các thiết bị quang thụ động nh các bộ lọc quang, các bộ khuyếch đại quang băng tần rộng có thể khuêchs đại nhiều kênh OFDM cùng một lúc. Sợi cáp quang 1550nm Điều biến ngoài (PSK) f S 1 Mix f1 S2 Mix f2 Sn Mix fn Bộ kết hợp Laser f S 1 Mix f1 S2 Mix f2 Sn Mix fn Tách quang PLL quang Bộ chia công suất
Các nguồn phát quang ổn định về tần số là rất cần thiết để ngăn chặn xuyên kênh. Các laser bán dẫn có độ rộng phổ hẹp có thể dụng làm nguồn phát cho hệ thống OFDM. Tuy nhiên khi laser có độ rộng hẹp thì lại không ổn định về tần số, do đó phải dung hoà về mặt này. Để có nguồn phát laser có độ rộng phổ hẹp mà lại ổn định thì phải sử dụng loại mạch gõ tần số quang ( gõ mode) . Hiện nay các hệ thống OFDM thử nghiệm đã sử dụng các mạch gõ tần số quang có bộ lọc hiệu chỉnh đáp ứng tần số quang.
Các thiết bị quang thụ động cũng rất quan trọng để kết hợp các tín hiệu quang OFDM riêng rẽ. Đối với các sóng quang có độ rộng phổ hẹp đợc ổn định tần số, cộng hởng giao thoa và các hiện tợng khác luôn đòi hỏi phải có các bộ lọc quang chính xác. Các bộ lọc này có tíh chuẩn xác tựa nh các bộ lọc trong các hệ thống viba. Công nghệ gần đây đã cho ra đợc bộ lọc quang 100 kênh có khả năng tạo khoảng cách kênh 5ữ10Ghz.
Các bộ khuyếch đại quang sẽ thực hiện khuyếch đại các kênh quang FDM đồng thời một lúc, nó tạo ra cự ly băng tần truyền dẫn của hệ thống đợc dài hơn. Hiện nay, các bộ khuyếch đại quang cho òDM đã có khả năng khuyếch đại đợc 100 kênh quang. Điều nà mở ra một hớng ứng dụng OFDM vào các môi trờng khai thác đa dạng.
V.3. Ghép kênh quang theo thời gian OTDM.
Ghép kênh OTDM: là quá trình ghép các luồng tín hiệu quang. không thông qua 1 quá trình biến đổi về điện nào, kỹ thuật ghép ở đây có liên quan đến luồng tín hiệu ghép, dạng mã và tốc độ đờng truyền.
V.3.1 Nguyên lý ghép kênh OTDM.
Hoạt động của một hệ thống truyền dẫn quang sử dụng kỹ thuật ghép kênh quang theo thời gian OTDM có thể mô tả nh hình 7.
Trong hệ thống ghép kênh quang OTDM, chuỗi xung quang hẹp đợc phát ra từ nguồn phát thích hợp. Các tín hiệu này đợc đa vào khuyếch đại để nâng mức tín hiệu đủ lớn để đáp ứng đợc yêu cầu. Sau đó đợc chia thành N luồng, mỗi luồng sẽ đa vào điều chế nhờ ngoài với tín hiệu nhánh tốc độ B Gbit/s. Để thực hiện ghép các tín hiệu quang này với nhau, các tín hiệu nhánh 49
phải đợc đa qua các bộ trễ quang. Tuỳ theo vị trí của từng kênh theo thời gian trong khung mà các bộ trễ này sẽ thực hiện trễ để dịch các khe thời gian trong khung mà các bộ trễ này sẽ thực hiện trễ để dịch các khe thời gian một cách tơng ứng. Thời gian trễ là một nửa chu kỳ của tín hiệu clock. Nh vậ, tín hiệu sau khi đợc ghép sẽ có tốc độ là N.BGbit/s. Sau khi đợc truyền trên đờng truyền, thiết bị tách kênh ở phía thu sẽ thực hiện tách kênh và khôi phục xung clock và đa ra đợc từng kênh quang riêng biệt tơng ứng với các kênh quang ở đầu vào bộ ghép phía phát.
Các hệ thống ghép kênh OTDM thờng hoạt động ở vùng bớc sóng 1550nm, tại bớc sóng này sẽ có suy hao quang nhỏ, lại phù hợp với bộ khuyếch đại quang sợi có mặt trong hệ thống. Các bộ khuyếch đại sợi quang có chức năng duy trì quỹ công suất của hệ thống nhằm đảm bảo tỉ lệ tín hiệu trên tạp âm (S/N) ở phía thu quang. Nguyên lý hoạt động này có thể đáp ứng xây dựng các hệ thống thông tin với tốc độ 200Gbit/s. Tuy nhiên ở tốc độ này phải xem xét tới việc bù tán sắc cho hệ thống.
Sợi dẫn quang Bộ chia quang Tín hiệu Trễ quang Thời gian Khuyếch đại quang Bộ tách kênh Bộ ghép quang
Kênh 1 2 3 4 1 2 3 4 Thời gian Kênh 1
Kênh 4
Hình V.7: Sơ đồ tuyến thông tin quang sử dụng kỹ thuật OTDM ghép 4 kênh quang.
Bộ điều chế Bộ điều chế Bộ điều chế Bộ điều chế Nguồn phát Khuyếch đại quang EDFA Khối phát clock
V.3.2 Giải ghép và xe rẽ kênh.
Khi xem xét các hệ thống OTDM và các hệ thống thông tin quang có ghép kênh TDM, ngời taq thấy sự khác nhau chủ yếu ở đây là việc ghép và giải ghép trong vùng thời gian quang, mà nó đợc thể hiện nh một chức năng tích cực. Thực hiện việc giải ghép trong hệ thống OTDM điểm nối điểm ở phía thu chính là việc tách hoàn toàn các kênh quang. Tuy nhiên khi xem xét trên cục diện mạng OTDM thì lại phải xem xét cả khả năng xen và rẽ kênh từ luồng truyền dẫn. Đối với giải bộ ghép kênh, cần phải xem xét các tham số cơ bản về tách kênh, kể cả tỷ số phân biệt quang, suy hao xen và cắt cửa sổ chuyển mạch có thể đạt đợc. Đối với các nút xen và rẽ kênh thì phải đánh giá cả hiệu suất chuyển mạch, đo đạc phần công suất đợc lấy ra từ kênh tơng ứng.
ở đây tỷ số phân biệt rõ ràng có ảnh hởng tới mức độ xuyên kênh. (Tỷ số phân biệt EX = 10log10(A/B), với A là mức công suất quang trung bình ở mức logic 1 và B là mức công suất quang trung bình ở mức logíc 0), Ngoài ra, xuyên kênh cũng sẽ bị tăng do sự phủ chờm giữa các kênh lân cận với nhau tạo thành cửa sổ chuyển mạch. Kết quả là độ rộng của cửa sổ chuyển mạch sẽ có ảnh hởng trực tiếp đến tốc độ đờng truyền.
V.3.3 Đặc tính truyền dẫn của OTDM.
Tán sắc của sợi quang làm cho các xung ánh sáng lan truyền trên sợi bị dãn rộng ra trong khi đó các hệ thống thông tin quang OTDM có tốc độ rất cao, nh vậy đòi hỏi các xung phát ra phải rất ngắn. Mặc dù vấn đề tán sắc có thể đợc khắc phục bằng cách sử dụng truyền dẫn Soliton trong các điều kiện cho phép, nhng vẫn phải đặc biệt quan tâm tới các biện pháp tạo ra các xung cực hẹp. Giả thiết rằng các bộ khuyếch đại quang thờng đợc sử dụng để tăng các mức tín hiệu dọc theo tuyến thông tin quang khi cần thiết. Đặc biệt đối với các hệ thống truyền dẫn Soliton ở đây, việc nén các xung pháp tuyến nhằm để tạo ra các dạng xung.
Trong truyền dẫn tín hệu RZ trên sợi có tán sắc, đền bù cho hệ thống theo nghĩa bù trừ tán sắc chỉ thiết lập khi các xung tín hiệu bị mất năng lợng vào các khe thời gian lân cận. Tuy nhiên, một khi điều này xảy ra thì hệ thống bị suy giảm nhanh. Vậy. để tăng cực đại khoảng cáh truyền dẫn thì phải đa các hệ thống OTDM vào các tuyến có tán sắc tiến tới không. Giải pháp tiếp cận đầu tiên là nguồn phát phải làm việc tại bớc sóng rất gần với b- ớc sóng của tán sắc sợi bằng không. Điều này không phải dễ dàng thực hiện nh đã nói bởi vì với các điều kiện này, mức công suát mà tại đó có sự sút kém hệ thống phi tuyến xảy ra có thể hoàn toàn thấp, tức là giảm công suất tín hiệu để tránh dãn xung cần thiết nhng điều này có thể làm cho đặc tính hệ thống bị giới hạn do tỷ lệ tín hiẹu trên nhiễu. Thứ hai là các kỹ thuật điều tiết tán sắc có thể đợc sử dụng để duy trì hình thức truyền dẫn tuyến tính để tránh các giới hạn nh ở trên hoặc để bù đầy đủ tán sắc tuyến tính của tuyến. Việc thực hiện các kỹ thuật bù tán sắc trong hệ thống OTDM là một bớc kiểm tra ngặt nghèo chất lợng của sự bù vì rằng ở đây sử dụng các xung rất ngắn.
Lợi thế nổi bật của việc sử dụng các bộ phát OTDM trong truyền dẫn số phi tuyến. Các dạng xung ngắn đặc biệt phù hợp với truyền dẫn Soliton để khắc phục tán sắc củ sợi dẫn quang. Với hệ thống Soliton khoảng lặp của hệ thống OTDM phi tuyến có thể đợc tăng lên rất lớn bằng kỹ thuật điều khiển Soliton, thông qua việc sử dụng các bộ lọc dẫn hoặc định thời tích cực. Nhờ các công nghệ này mà ngời ta có thể thực hiện một trạm lặp bao gồm các khối khôi phục clock điện để điều khiển thiết bị điện – quang hoặc quang hoàn toàn có thể đa ra dịch pha cho tín hiệu quang.
Phần II
Thiết kế tuyến cáp quang Láng - Trung tâm thể thao
Chơng VI Những vấn đề cơ bản Trong quá trình thiết kế hệ thống thông tin quang.
V.1. Phạm vi thiết kế.
Có hai loại tuyến truyền dẫn viễn thông. Loại thứ nhất là đờng dây thuê bao và loại thứ hai là tuyến trung kế/ đờng dài.
Nếu hai đài trạm ở trung một thành phố thì đờng kết nối giữa chúng gọi là đờng trung kế, còn nếu ở khác thành phố thì gọi là tuyến đờng dài.
Do điều kiện thời gian có hạn đồ án chỉ thực hiện việc tìm hiểu về thiết kế tuyến trung kế.
- Phạm vi thiết kế. ở Trờng hợp đối với tuyến trung kế đờng dài, giai đoạn lập kế hoạch cần phải ngiên cứu loại cáp loại đặt giữa các trạm, dung lợng cáp, hệ thống truyền dẫn v.v...
- Sau giai đoạn lập kế hoạch cần phải nghiên cứu loại cáp, các điểm hàn nối, ống trong cống bểv.v.v... 53 Trạm nhánh Trung kế Đường dài Đài trạm Đài trạm
VI.2. Các loại cáp và cấu trúc cáp.
VI.2.1 Đặc trng truyền dẫn của cáp.
Bảng 1: Cho ta các đặc điểm truyền dẫn của sợi GI và SM. Loại
Danh mục
GI SM
Sợi 500 MHz Sợi 0,5 dB Suy hao sợi
(dB/km) Giá trị 90% 1,0 0,5 Giá trị 100% 1,3 0,65 Độ rộng băng 6dB Giá trị 90% 500 --- Giá trị 100% 300 --- Bảng 1. VI.2.2 Các loại cáp.
Sự khác nhau của các loại cáp sợi quang SM đợc cho trên bảng 2.
Loại Số lợng sợi quang Số lợng khe hở một phần t ứng dụng Cáp WB (không thấm nớc -Water Blocking) 8,16,24,32,40 60,80,100,160 2 Cổng nối Cáp WB - FR (không thấm nớc và chịu lửa – Water Blocking & Fire Resist)
Đờng ngầm Cáp IF (Induction Free - không cảm ứng) 8,16,24,32,40 60,80,100,160 ,200,300 Cổng nổi induction Cáp IF – FR Induction Free Resist) Cổng induction Cáp HS (Hight Strength – Gia cờng cao) 8,16,24,32,40 60,80,100 Chim và động vật trên không Cáp CR (Self – supporting – tự tăng cờng) Cáp trên không Cáp HS - R 1 Chim và động vật trên không
Cáp WB đầu cuối 1 Trạm điện thoại
Cáp đơn lõi 3
Bảng 2. VI.3. Cấu hình mạng truyền dẫn.
VI.3.1 Các yêu cầu đối với cấu hình để thoả mãn mạng lới truyền dẫn.
Có một số cấu hình vật lý tuyến truyền dẫn để kết nối một các có hệ thống các tổng đài đơn lẻ, tuy vậy các cấu hình này phải thoả mãn mạng tín hiệu quả kinh tế, độ tin cậy và chất lợng truyền dẫn.
VI,3.2 Hiệu quả kinh tế.
Trong một mạng lới truyền dẫn, mỗi một kênh phải hoạt động trong một vị trí vật lý cố định tuỳ thuộc vào tầng ghép kênh của mạng lới. Khi các kênh ghép lại với nhau và tuyến truyền dẫn đợc thiết lập chế độ hoạt động cao thì hệ thống có thể đạt đợc truyền dẫn dung lợng lớn tại mỗi đoạn tuyến và tổng số chiều dài tổng cộng của tuyến có thể đợc ngắn lại cho hiệu quả kinh tế cao. Tuy nhiên điều này làm tăng số lợng máy ghép kênh và đờng đi của kênh tăng lên lại làm giảm hiệu quả kinh tế.
Một số kênh có thẻ phải chạy qua một hoặc nhiều chung gian trong tuyến vật lý của nó. Một số vấn đề quan trọng trong một cấu hìn mạng lới là: nhóm kênh tại một tầng ghép kênh nào đợc ghép và tách ra tại các trung gian của nó thì thiết bị ở đây phải có thể dùng chung với các nhóm kênh khác đợc đấu nối với nó. Nếu một nhóm kênh giữa các trạm đợc nối với nhau mà không cần thiết phỉ ghép và tách tại các trung gian thì không cần thiết có các thiết bị ghép kênh. Nhng hiệu suất của kênh sẽ bị gảm đi, do đó làm tăng giá thành truyền dẫn, Ngợc lại, nếu một nhóm kênh có thể đợc ghép và tách ở các trạm trung gian thì đờng truyền có thể sử dụng đợc chung với các nhóm kênh khác và hiệu suất của kênh tăng lên, nhng điều này cũng làm tăng giá thành của thiết bị ghép kênh.
Dung lợng tuyến truyền dẫn và dơn vị nhóm kênh tối u cần phải xác định dựa trên sự cân đối giữa giá thành đờng truyền đẫn và giá thiết bị ghép kênh để đạt đợc sự tối u về kinh tế mạng lới truyền dẫn.
VI.3.3 Độ tin cậy.
Chất lợng ổn định đợc xác định thông qua chỉ số tỷ lệ mắc lỗi cho phép của các thiết bị cấu thành mạng lới.
Liên quan đến mạng lới truyền dẫn, các phần tử của mạng phải có độ tin cậy cao và cấu hình mạng lới phải phải đợc thiết kế trên cơ sở ổn định sao cho thoả mãn chỉ số chất lợng ổn định.
Nói chung, một cấu hình mạng lới đôi đợc xác định bằng việi phân chia các thiết bị và cung cấp các thiết bị dự phòng trên cơ số mà gới hạn đầu t cho phép.
VI.3.4 Phân cấp mạng truyền dẫn.
Lựa chọn trong mạng truyền dẫn tiên tiến có thể đợc hiểu đơn giản nh là một điểm nút ra, vào trong một khu vực kinh tế khác chủ yếu là các thành phố lớn ở hai vùng khác nhau.
Do vậy, tuyến truyền dẫn đợc phân cấp hoá là tuyến có thể cung cấp các kênh vào và ra trong một vùng và ngoài vùng.
Với việc phân cấp hoá này của mạng truyền dẫn thì các kênh vợt ra khỏi một vùng có thể đợc điều tiết dung lợng lớn truyền dẫn trong một vùng qua trạm đài trung tâm trong một vùng. Nh vậy, chiều dài của tyến trở lên dài hơn so với cấu trúc không phân cấp. Với việc điều tiết thích đáng dung lợng thì một số lợng nhỏ tuyến truyền dẫn có dung lợng lớn có thể thu đợc hiệu quả cao hơn về mặt kinh tế.
Mạng lới đợc tổ chức đơn giản, dễ dàng quản lý là một u điểm của việc