CHƯƠNG 4 : BỘ THU QUANG
4.6. Các tham số trong bộ thu quang
4.6.4. Mạch quyết định
Phần khôi phục dữ liệu của bộ thu quang bao gồm mạch quyết định và mạch khôi phục xung đồng hồ. Mục tiêu sau cùng là để cách ly thành phần phổ f = B của tín hiệu thu được. Thành phần này cung cấp thông tin trong khe thời gian bit (TB = 1/B) để mạch quyết định và đồng bộ với quá trình quyết định. Đối với mã RZ, thành phần phổ ở f = B hiện diện trong tín hiệu thu; bộ lọc thông dải hẹp có thể cách ly thành phần này một cách dễ dàng. Khôi phục xung đồng hồkhó thựchiện hơn đối với mã NRZ vì tín hiệu thu được không hiện diện ở thành phần phổ f = B. Kỹ thuật thường sử dụng để tạo thành phần này là cầu phương và chỉnh lưu thành phần phổ f = B/2, sau đó cho qua bộ lọc thông thấp. Mạch quyết định thực hiện so sánh ngõ ra của kênh tuyến tính (dữ liệu) với mức ngưỡng ởnhững thời điểm lấy mẫu do mạch khôi phục xung đồnghồ xác định, và quyết định xem tín hiệu khôi phục là bit 1 hay bit 0. thời điểm lấy mẫu tốt nhất là tại vị trí mức tín hiệu giữa bit 1 và 0 là chênh lệch nhau lớn nhất. Nó được xác định thông qua biểu đồ mắt (eye diagram). Hình 4.23 biểu diễn biểu đồ mắt lý tưởng và biểu đồ mắt đối với tín hiệu có nhiễu và suy hao. Thờiđiểm lấy mẫutốt nhất là tại điểmmắt mở tonhất.
TÓM TẮT
Hai linh kiện thường sử dụng ở bộ thu quang là PIN và APD. Mỗi linh kiện đều có ưu nhược điểm của mình. Ưu điểm của PIN là độ ổn định cao, dòng tối nhỏ (gây nhiễu thấp). Ưu điểm của APD là dải động rộng, độ nhạy cao, đáp ứng lớn. Tùy theo mục đích sử dụng của hệ thống mà chúng ta sẽ lựa chọn linh kiện sử dụng phù hợp. Các thông số của bộ thu cần xem xét làđộ nhạy, dòng tối, dải động, điện áp phân cực, đáp ứng và độ ổn định. Đại lượng độ nhạy là mộttorng các thông số có ảnh hưởng đến cự ly truyền dẫn. Bộ thu có độnhạy càng cao thì cự ly truyền dẫn càng dài.
Một thông số để đánh giá chất lượng hệ thống truyền dẫn số là tỉ số lỗi bit BER. Hệ thốngcó chất lượng tốt nếu BER thấp. Đối với hệ thống truyền dẫn quang, tỉ số BER thường là 10-9 và có thể đạt được giá trị BER thấp hơn, có thể đạt đếnmức 10-12.
CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP
4.1. Photodiode PIN trung bình tạo ra 1 cặp lỗ trống –electron trên 3 photon tới ở bước sóng 0,8μm. Giả sử tất cả các electron này đều nhu nhận được. Tính:
(a) Hiệu suất lượng tử của linh kiện;
(b) Năng lượng vùng cấmcực đại có thể của PIN;
(c) Dòng photon trung bình ở ngõ ra khi thu được công suất quang 10-7W. 4.2. Một photodiode p-n có hiệu suấtlượng tử 50% ở bước sóng 0,9μm. Tính: (a) Đápứngcủa linh kiệnở bước sóng 0,9μm;
(b) Công suất quang đã thu được nếu dòng photon trung bình là 10-6A. (c) Số photon thu được tương ứng vớibước sóng này.
4.3. Khi 800 photon/s tới photodiode PIN đang hoạt động ở bước 1,3μm, chúng tạo ra trung bình 550 electron/s. Tính đáp ứng của linh kiện.
4.4. Một APD có hệ số nhân thác lũ là 20 hoạt động ở bước sóng 1,5μm. Tính hiệu suất lượngtử và dòng photon ngõ ra của APD nếu đáp ứng của linh kiện ở bước sóng này là 0,6A/W và 1010 photon/s ở bước sóng này tới linh kiện.
4.5. Cho trước các thông số của APD. Tính hệ số nhân thác lũ. Công suất quang thu được ở bước sóng 1,35μm = 0,2 μW
Hiệu suất lượng tử ở bước sóng 1,35μm = 40%
4.6. Một APD có hiệu suấtlượng tử 45%ở 0,85μW. Khi thử nghiệm phát xạ ở bước sóng này, nó tạo ra dòng photon 10μA (sau độ lới thác lũ) với hệsố nhân 250. Tính công suất quang thu được của linh kiện. Có bao nhiêu photon đếntrong một giây?
CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM
4.7. APD so với PINcó ưu điểm gì? a. Tốc độ hoạt động chậm hơn b. Độ nhạy cao hơn
c. Giá thành thấp hơn d. Dòng tối nhỏ hơn
4.8. Linh kiện tách sóng quang có nhiệm vụ gì? a. Khuếch đại ánh sáng
b. Biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện c. Sửa dạng tín hiệu quang
d. Biến đổi tín hiệu điệnthành tín hiệu quang
4.9. APD thường được sử dụng trong các hệ thống quang nào? a. Tốc độtruyềndẫn cao và rất cao
b. Cự ly truyền dẫn ngắn c. Hệ thống chất lượng thấp d. Cả avà b đều đúng
4.10. APD so với PIN có nhược điểm gì? a. Tốc độ hoạt động chậmhơn
b. Dòng tối lớn hơn c. Giá thành thấp hơn d. Độ nhạy thấp hơn
a. Nhạy với bước sóng của hệ thống b. Độ nhạy càng cao càng tốt
c. Dải động càng hẹp càng tốt d. Đápứng phải nhanh
4.12. PIN có các thông số sau: công suất quang thu cực đại cho phép –20 dBm và dải động 25dB. Vậy PIN nàycó độ nhạy bằng bao nhiêu?
a. -25 dBm b. -20 dBm c. -5 dBm d. -45 dBm
4.13. Hiện tượng nhân thác lũ hạt mang điện xuất hiện trong cấu trúc của linh kiện nào a. LED
b. LD c. PIN d. APD
4.14. PIN là linh kiện bán dẫn hoạt động theo nguyên lý nào? a. Phát xạ tự phát
b. Phát xạ kích thích c. Hấp thụ photon d. Bức xạ nhiệt
CHƯƠNG 5: MỘT SỐ CÔNG NGHỆ MỚI TRONG THÔNG TIN QUANG
Giới thiệu
Ngày càng nhiều dịch vụ truy cập băng rộng ra đời mà băng thông của các loại hình dịch vụ đó là rất lớn. Bảng 5.1 cho ta thấy nhu cầu về băng thông cho một số loại hình dịch vụ như vậy.
Bảng 5.1. Nhu cầu băng thông một số loại hình dịch vụ
Service Bandwidth (downstream)
Broadcast TV (MPEG 2) 2 - 6 Mbps HDTV (MPEG 4) 6 - 12 Mbps High speed internet 3 - 10 Mbps Video Conferencing 300 - 570 Kbps Voice/Video Telephony 64 - 570 Kbps
VoD 2 - 6 Mbps
Các công nghệ trong mạng truy nhập có thể được chia thành hai nhóm chính là: ➢ Các công nghệ hữu tuyến:
- xDSL (Digital Subscriber Line): ADSL, HDSL, VDSL.. qua đường cáp đồng.
Công nghệ xDSL: tận dụng hệ thống hạ tầng cáp điện thoại bằng đồng có sẵn để truyền tải dữ liệu ở tốc độ cao, xDSL tách băng thông trênđường điện thoại thành hai: một phần nhỏ dành cho truyền âm thoại, phần lớn dành cho truyền tải dữliệu ở tốc độ cao. xDSL có nhiều biến thể như ADSL (Asymetric DSL), ADSL2, ADSL2+, VDSL (Very high bit-rate DSL), HDSL..
- FTTx: (FTTH, FTTB, FTTC, FTTN..) truy nhập băng rộng qua đường cáp quang. - Truy nhập băng rộng qua đường điện (Broadband over Power Line – BPL hay Power Line Communications – PLC).
Cáp truyền hình: Truy nhập Internet tốc độ cao qua đường truyền hình cáp là mô hình lai ghép HFC (Hybrid Fiber Coaxial), tận dụng cơ sơ hạ tầng cáp quang và cáp đồng trục của mạng truyền hình cáp, cho phép kết nối Internet với tốc độ download tối đa lên tới 10Mbps và tốc độ upload lên tới 2Mbps cao hơn nhiều so với tốc độ đường ADSL (8 Mbps download, 600 Kbps upload). Mạng cáp CATV truyền thống chỉ truyền tải thông tin 1 chiều từ nhà cung cấpnội dung chương trình(các kênh TV) tới các thuê bao. Để sử dụng được Internet – loại hình thông tin hai chiều thì các nhà cung cấp truyền hình cáp cần phải đầu tư nâng cấp thiết bị để có khả năng truyền tải thông tin theo chiều ngược lại từ phía đầu cuối khách hàng. Đồng thời cần có các kết nối ra Internet qua các nhà cung cấp dịch vụ thứ ba. Điều này là một nhược điểm của phương án này vìcần chi phí triển khai, duy tu và bảo dưỡng cao.
➢ Các công nghệ truynhập vô tuyến: - Truy nhập qua vệ tinh.
- Hệ thốngtruy nhập đa điểm nội hạt (LMDS – Local Multipoint Distribution System). - WiFi, WiMAX.
+ WiFi: là công nghệ mạng nội bộ không dây (WLAN) dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.11. WiFi đã và đang được sử dụng rất rộng rãi ở các nơi công cộng. Tuy nhiên Wifi không thích hợp là công nghệ truy nhập của nhà cung cấp dịch vụ vì khoảng cách bao phủ quá ngắn (dưới100m). Với công nghệ Wi-Fi, các trạm đầu cuối truy nhập theo điểm truy cập (Access point) trên cơ sở ngẫu nhiên. Vì thế, trạm xa điểm truy cập dễ bị đứt kết nốihơn so với trạm ở gần. Điều này hạn chế việc triển khai những dịch vụ chất lượngcao như IPTV, VoIP...
+ WiMAX: là một công nghệ truy cập không dây băng rộng do diễn đàn WiMAX (WiMAX Forum) xây dựng và hướng đến cung cấp các dịch vụ từ cố định đến di động, nó cho phép truy cập băng rộng vô tuyến đến đầu cuối (last mile) như một phương thức thay thế cho cáp và DSL, đặc biệt hữu ích đối với các vùng không triển khai được công nghệ DSL. WiMAX có thể cung cấp tốc độ hàng chục Mbps tới người sử dụng và trong khoảng cách hàng chục km theo chuẩn IEEE 802.16, tầm hoạt động có thể lên tới 50 kmđối với các trạm cố định và 5 - 15km cho di động.
Tuy WiMAX có nhiều điểm ưu việt như vậy và có thể cạnh tranh với các xDSL cũng chưa đủ đáp ứng nhu cầu băng thôngcỡ Gigabit tới người dùng. Việc triển khai công nghệ này cũng có những khó khăn nhất định. Mặt khác giá cả thiết bị đầu cuối hiện còn đắt, dải tần mà WiMAX sử dụng không tương thích tại mọi quốc gia. Mặt
khác, quỹ băng tấn có hạn chỉ có thể cấp cho một số nhà khai thác. Ngoài ra WiMAX sử dụng sóng vô tuyến nên chịu ảnh hưởng nhiều bởi các yếu tốmôi trường.
- 3G, HSPA.
Để đáp ứng được nhu cầu cấp thiết cho thị trường viễn thông về cả mặt tốc độ, loại hình dịch vụ… , người ta nghĩ đến một công nghệ truy nhập mới FTTx.