Bài giảng Cơ sở kỹ thuật thông tin sợi quang - Chu Công Cẩn

Chia sẻ: Nguyen Thi Hong | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:231

Thêm vào BST

Báo xấu

251
lượt xem 94
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hệ thống thông tin quang được xây dựng và phát triển trên cơ sở của các ngành công nghệ hiện đại và tiên tiến đó là: Công nghệ quang lượng tử, công nghệ truyền dẫn ánh sáng và công nghệ điện tử - tin học. Các phần tử cơ bản cấu thành hệ thống thông tin quang bao gồm các nguồn quang, sợi quang, bộ tách sóng quang và các phần tử đầu nối. Các vấn đề nêu trên chính là cơ sở kỹ thuật để phân tích, đánh giá và thiết kế các hệ thống thông tin quang đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về kỹ thuật và chỉ tiêu kinh tế. Cuốn sách “Bài giảng Cơ sở kỹ thuật thông tin sợi quang“ do Chu Công Ẩn biên soạn gồm 5 chương: Tổng quan về hệ thống thông tin quang, sợi quang, nguồn quang, các bộ tách sóng quang và các bộ ghép nối trong thông tin sợi quang.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Cơ sở kỹ thuật thông tin sợi quang - Chu Công Cẩn

Chu C«ng CÈn Bμi gi¶ng Hµ Néi – 2007
Lêi nãi ®Çu Ngµy nay trong xu h−íng héi nhËp toµn cÇu, nhu cÇu trao ®æi th«ng tin ngµy cµng ph¸t triÓn. C¸c dÞch vô th«ng tin ngµy cµng t¨ng c¶ vÒ sè l−îng vµ chÊt l−îng, chóng hÕt søc ®a d¹ng vÒ tèc ®é còng nh− dung l−îng, tõ c¸c dÞch vô th«ng tin b¨ng tÇn hÑp nh− Telex, Fax, tho¹i… ®Õn c¸c dÞch vô th«ng tin b¨ng tÇn réng nh− tho¹i h×nh, truyÒn h×nh…Víi nhu cÇu nµy, c¸c hÖ thèng th«ng tin cÇn ph¶i cã tèc ®é vµ dung l−îng cao ®Ó s½n sµng ®¸p øng mäi nhu cÇu dÞch vô mµ vÉn b¶o ®¶m chÊt l−îng theo yªu cÇu. §©y lµ vÊn ®Ò hÕt søc khã kh¨n ®èi víi c¸c hÖ thèng th«ng tin sö dông c¸p kim lo¹i vµ c¸c hÖ thèng th«ng tin v« tuyÕn. HÖ thèng th«ng tin quang ra ®êi ®· gi¶i quyÕt ®−îc c¸c vÊn ®Ò trªn vµ nã ®· thÓ hiÖn ®−îc tÝnh −u viÖt h¬n h¼n so víi c¸c hÖ thèng truyÒn dÉn kh¸c. HÖ thèng th«ng tin quang ®−îc x©y dùng vµ ph¸t triÓn trªn c¬ së cña c¸c c«ng nghÖ hiÖn ®¹i vµ tiªn tiÕn ®ã lµ: C«ng nghÖ quang l−îng tö, c«ng nghÖ truyÒn dÉn ¸nh s¸ng vµ c«ng nghÖ ®iÖn tö ‐ tin häc. C¸c hÖ thèng th«ng tin sîi quang ®· thÓ hiÖn ®−îc nh÷ng −u ®iÓm v−ît tréi trªn c¸c mÆt: Cã dung l−îng vµ tèc ®é truyÒn dÉn cao, suy hao hÖ thèng nhá, cù ly th«ng tin xa, chÊt l−îng th«ng tin cao, tÝnh b¶o mËt th«ng tin tèt, kÝch th−íc hÖ thèng nhá, cÊu h×nh hÖ thèng linh ho¹t… HiÖn t¹i còng nh− trong t−¬ng lai, hÖ thèng th«ng tin quang sÏ dÇn dÇn thay thÕ c¸c hÖ thèng truyÒn dÉn c¸p kim lo¹i. Do vËy, viÖc nghiªn cøu vµ n¾m b¾t hÖ thèng th«ng tin quang lµ vÊn ®Ò rÊt quan träng vµ hÕt søc cÇn thiÕt. C¸c phÇn tö c¬ b¶n cÊu thµnh hÖ thèng th«ng tin quang bao gåm c¸c nguån quang, sîi quang, bé t¸ch sãng quang vµ c¸c phÇn tö ®Êu nèi. ViÖc nghiªn cøu c¸c phÇn tö ph¶i ®−îc ph©n tÝch vµ ®¸nh gi¸ mét c¸ch ®Çy ®ñ tõ cÊu tróc, c¸c th«ng sè ®Æc tÝnh ®Õn kh¶ n¨ng øng dông cña chóng trªn hÖ thèng th«ng tin quang. C¸c vÊn ®Ò nªu trªn chÝnh lµ c¬ së
kü thuËt ®Ó ph©n tÝch, ®¸nh gi¸ vµ thiÕt kÕ c¸c hÖ thèng th«ng tin quang ®¸p øng ®Çy dñ c¸c yªu cÇu vÒ kü thuËt vµ chØ tiªu kinh tÕ. MÆc dï ®· hÕt søc cè g¾ng nh−ng cuèn s¸ch kh«ng thÓ tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt trong qu¸ tr×nh biªn so¹n, t¸c gi¶ rÊt mong nhËn ®−îc sù ®ãng gãp ý kiÕn phª b×nh cña c¸c ®ång nghiÖp vµ b¹n ®äc ®Ó cã thÓ hoµn thiÖn h¬n. Mäi ý kiÕn ®ãng gãp xin göi vÒ hép th−: chucongcan@fpt.vn hoÆc Bé m«n Kü thuËt th«ng tin – P.706‐A7‐ §¹i häc Giao Th«ng VËn T¶i, Hµ Néi. Hµ Néi, ngµy 02 th¸ng 07 n¨m 2007 T¸c gi¶
C¬ së kü thuËt th«ng tin sîi quang Chu C«ng CÈn Ch−¬ng 1 Tæng quan vÒ hÖ thèng th«ng tin quang 1.1 Kh¸i qu¸t chung Tõ xa x−a, mét trong nh÷ng ®iÒu quan t©m chñ yÕu trong cuéc sèng cña loµi ng−êi lµ t×m ra c¸c hÖ thèng th«ng tin ®Ó göi ®i c¸c b¶n tin tõ n¬i nµy ®Õn n¬i kh¸c. BÊt kú mét hÖ thèng th«ng tin nµo còng gåm c¸c phÇn tö c¬ b¶n nh− trªn h×nh vÏ 1‐1 H×nh 1‐1: C¸c phÇn tö c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng tin C¸c phÇn tö nµy còng bao gåm c¶ n¬i ®Çu tiªn cña nguån tin lµ n¬i ®−a mét b¶n tin tíi m¸y ph¸t. M¸y ph¸t tËp hîp c¸c b¶n tin trong kªnh truyÒn dÉn ë cïng mét d¹ng tÝn hiÖu vµ s¾p xÕp theo ®Æc tÝnh cña kªnh. Kªnh truyÒn dÉn lµ cÇu nèi kho¶ng c¸ch trung gian gi÷a m¸y ph¸t vµ m¸y thu, nã cã thÓ lµ c¸c ®−êng truyÒn dÉn nh− c¸p kim lo¹i, èng dÉn sãng, hoÆc truyÒn dÉn trong kh«ng khÝ. Khi tÝn hiÖu lan truyÒn trong kªnh truyÒn dÉn nã cã thÓ bÞ ¶nh h−ëng tíi hai mÆt ®ã lµ bÞ suy gi¶m vµ bÞ biÕn d¹ng tÝn hiÖu theo sù t¨ng cña kho¶ng c¸ch truyÒn lan. Chøc n¨ng cña m¸y thu lµ thu nhËn tÝn hiÖu ®· bÞ suy yÕu vµ mÐo d¹ng tõ kªnh truyÒn dÉn, khuÕch ®¹i chóng vµ håi phôc chóng trë l¹i nguyªn d¹ng gièng nh− tr−íc khi chóng ®−îc chuyÓn ®Õn n¬i nhËn tin. 1.1.1 C¸c h×nh thøc cña c¸c hÖ thèng th«ng tin Trong lÞch sö th«ng tin cã rÊt nhiÒu c¸c hÖ thèng th«ng tin xuÊt hiÖn. Sù thóc ®Èy chñ yÕu sau mçi mét d¹ng míi lµ c¶i tiÕn c¸ch thøc truyÒn Optical Fiber Communication 5
C¬ së kü thuËt th«ng tin sîi quang Chu C«ng CÈn dÉn cò nh»m t¨ng sè l−îng ®−êng kªnh, tèc ®é sè liÖu ®Ó cã thÓ göi ®i ®−îc nhiÒu b¶n tin h¬n n÷a hoÆc lµ t¨ng cù ly gi÷a c¸c tr¹m chuyÓn tiÕp. M«i tr−êng truyÒn dÉn. C¸c øng dông. Tö ngo¹i 800 nm Tho¹i 1015 Hz Nh×n thÊy Sîi quang Tia Laser D÷ liÖu 10‐6 m Video 2.55mm Hång ngo¹i 1014 Hz Sãng Hµng h¶i Milimeter 100 GHz VÖ tinh ‐ VÖ tinh 1 cm Siªu cao tÇn èng dÉn sãng ChuyÓn tiÕp viba (SHF) Viba 10 GHz Tr¹m mÆt ®Êt ‐ V.tinh 10 cm TÇn sè cùc cao Radar 1 GHz (UHF) UHF TV 1m Hµng kh«ng, Mobile TÇn sè rÊt cao V« tuyÕn VHF TV & FM 100 MHz (VHF) sãng ng¾n Mobile Radio 10 m C¸p ®ång TÇn sè cao Th−¬ng m¹i (HF) Radio nghiÖp d− 10 MHz 100 m Trung tÇn Quèc tÕ (MF) AM ph¸t thanh 1 MHz 1 km TÇn sè thÊp V« tuyÕn Hµng kh«ng, C¸p (LF) sãng dµi ngÇm, Hµng h¶i, V« 10 km 100 KHz tuyÕn ®¹i d−¬ng TÇn sè rÊt thÊp C¸p ®èi 10 KHz (VLF) xøng 100 k m §iÖn tho¹i ¢m tÇn §iÖn b¸o 1 KHz H×nh 1‐2: C¸c vÝ dô øng dông hÖ thèng th«ng tin liªn l¹c trong phæ ®iÖn tõ. Tr−íc thÕ kû 19 tÊt c¶ c¸c hÖ thèng th«ng tin ®Òu cã tèc ®é chËm vµ chñ yÕu lµ ©m thanh vµ quang häc nh− dïng tï vµ, trèng, kÌn vµ ®Ìn tÝn hiÖu. Mét trong nh÷ng ®−êng truyÒn dÉn quang sím nhÊt ®−îc ng−êi ta biÕt tíi ®ã lµ löa cña ng−êi Hy l¹p sö dông vµo thÕ kû thø 8 tr−íc c«ng nguyªn ®Ó göi ®i c¸c tÝn hiÖu b¸o ®éng gäi nhau khi cÇn cÊp cøu hoÆc th«ng b¸o vÒ c¸c sù kiÖn x¶y ra, ë ®©y duy nhÊt chØ cã mét kiÓu tÝn hiÖu. Trong thÕ kû thø 4 tr−íc c«ng nguyªn, th«ng tin ®−îc truyÒn qua c¸c 6 Optical Fiber Communication
C¬ së kü thuËt th«ng tin sîi quang Chu C«ng CÈn tr¹m chuyÓn tiÕp vµ vµo kho¶ng n¨m 150 tr−íc c«ng nguyªn c¸c tÝn quang nµy ®−îc m· ho¸ trong sù giao tiÕp theo mét quy luËt nhÊt ®Þnh ®Ó bÊt kú mét b¶n tin nµo còng cã thÓ ®−îc göi ®i. Song sù tiÕn triÓn cña c¸c hÖ thèng th«ng tin nµy lµ kh«ng tÝch cùc v× cã sù h¹n chÕ vÒ c«ng nghÖ do m¸y thu tin lµ m¾t ng−êi ®ßi hái h−íng nh×n theo ®−êng th¼ng vµ do t¸c ®éng cña khÝ quyÓn nh− m−a, m©y mï, s−¬ng... lµm cho ®−êng truyÒn kh«ng ®¸ng tin cËy. V× vËy khi nµy ng−êi ta chuyÓn sang h×nh thøc th«ng tin nhanh h¬n vµ hiÖu qu¶ h¬n lµ göi tin b»ng h×nh thøc qua ng−êi ®−a th− trªn c¸c con ®−êng. TÇn sè, Hz 1THz 1GHz 1MHz 1KHz 1Hz 1021 1018 1015 1012 109 106 103 Tia Tö ngo¹i Hång ngo¹i Cùc ng¾n TV Radio gamma ¸nh s¸ng Tia X B−íc sãng, m 1nm 1mm 1mm 1m 1km 10‐12 10‐9 10‐6 10‐3 1.0 103 106 a) TÇn sè x 1014, Hz 7.5 4.3 TÝm Lam Lôc Vµng Da cam §á 400 500 600 700 b) B−íc sãng, nm H×nh 1‐3: Phæ ®iÖn tõ a) Ph©n bè tÇn sè vµ b−íc sãng; b) PhÇn nh×n thÊy cña phæ ®iÖn tõ. Optical Fiber Communication 7
C¬ së kü thuËt th«ng tin sîi quang Chu C«ng CÈn Sù ph¸t minh ra m¸y diÖn b¸o do Samuel F.B More vµo n¨m 1838 ®· b¸o hiÖu mét kû nguyªn th«ng tin míi ®ã lµ kû nguyªn cña th«ng tin ®iÖn. DÞch vô ®iÖn b¸o th−¬ng m¹i ®Çu tiªn ®−îc sö dông d©y kim lo¹i ®−îc thùc hiÖn vµo n¨m 1844 vµ sau ®ã nã ®−îc ph¸t triÓn nhanh chãng vµ réng r·i trªn kh¾p thÕ giíi. ViÖc sö dông c¸p kim lo¹i trong truyÒn dÉn tin ®−îc më réng cïng víi sù l¾p ®Æt tæng ®µi ®iÖn tho¹i ®Çu tiªn ë New Haven, Conecticut n¨m 1878. N¨m 1887 Henrich Hertz ph¸t minh ra sù bøc x¹ sãng ®iÖn tõ ë b−íc sãng dµi vµ vÊn ®Ò nµy ®−îc chøng minh vÒ Radio cña Guylielmo Marconi n¨m 1895. Trong nh÷ng n¨m sau ®ã phæ cña sãng ®iÖn tõ ®−îc lîi dông ®Ó truyÒn ®¹t tin tøc tõ n¬i nµy ®Õn n¬i kh¸c, tin tøc sè liÖu ®−îc truyÒn trªn c¸c kªnh th«ng tin b»ng c¸ch xÕp chång c¸c tÝn hiÖu trong mét bé phËn lµm biÕn ®æi sãng ®iÖn tõ vµ nã ®−îc biÕt nh− lµ sãng mang. T¹i n¬i nhËn th× tin tøc ®−îc t¸ch khái sãng mang vµ chÕ biÕn theo yªu cÇu. ViÖc t¨ng tÇn sè sãng mang trong b¨ng tÇn truyÒn dÉn s½n cã lµm t¨ng kh¶ n¨ng th«ng tin lín h¬n. V× vËy khuynh h−íng ph¸t triÓn cña c¸c hÖ thèng th«ng tin ®iÖn lµ dïng c¸c tÇn sè cao h¬n vµ t¨ng dÇn (t−¬ng ®−¬ng víi dïng sãng ng¾n h¬n) t¹o ra t¨ng c¸c giao tiÕp trong b¨ng tÇn. Kh¶ n¨ng th«ng tin ®−îc n©ng lªn, ®©y lµ b−íc ngoÆt dÉn ®Õn sù ra ®êi cña TV, radar vµ c¸c ®−êng vi ba. PhÇn phæ cña sãng ®iÖn tõ ®−îc dïng trong th«ng tin ®iÖn ®−îc tr×nh bµy nh− h×nh vÏ 1‐2. TÇn sè trong ph¹m vi øng dông tõ kho¶ng 300Hz trong b¨ng ©m tÇn ®Õn kho¶ng 90GHz trong b¨ng sãng milimeter. M«i tr−êng truyÒn dÉn sö dông trong phæ bao gåm èng dÉn sãng, d©y kim lo¹i vµ kh«ng gian. C¸c hÖ thèng th«ng tin dïng c¸c ®−êng truyÒn nµy lµ tËp hîp c¸c m¸y ®iÖn tho¹i, m¸y ph¸t thanh AM, FM, truyÒn h×nh (television), b¨ng sãng radio cña d©n nghiÖp d− CB (citizen's band radio), radar, c¸c ®−êng vÖ tinh (Satellite links)... Mét phÇn quan träng kh¸c cña phæ sãng ®iÖn tõ bao quanh miÒn quang häc, trong miÒn nµy theo lÖ th−êng ng−êi ta dïng ký hiÖu b−íc sãng ®Ó thay thÕ cho tÇn sè. Phæ quang häc ®−îc s¾p xÕp tõ kho¶ng 50nm (miÒn cùc tÝm) ®Õn kho¶ng 100 mm (miÒn hång ngo¹i), trong ®ã 8 Optical Fiber Communication
C¬ së kü thuËt th«ng tin sîi quang Chu C«ng CÈn phæ ¸nh s¸ng nh×n thÊy (b»ng m¾t ng−êi) tõ 400 ®Õn 700 nm. Ng−êi ta ®· sö dông mét sè vïng b−íc sãng trong phæ quang häc cho mét hÖ thèng th«ng tin sîi quang. 1.1.2 Sù ph¸t triÓn cña hÖ thèng th«ng tin quang Tõ xa x−a con ng−êi ®· biÕt dïng ¸nh s¸ng ®Ó th«ng tin cho nhau trong chiÕn tranh còng nh− trong ®êi sèng (nh− ®èt löa lµm hiÖu, ®Ìn h¶i ®¨ng...) nh−ng lóc ®ã kh¸i niÖm th«ng tin quang vÉn ch−a h×nh thµnh. N¨m 1880 Alexander Graham Bell ph¸t minh ra Photophone. ¤ng ®· truyÒn tiÕng nãi trªn mét chïm s¸ng b»ng c¸ch héi tô mét chïm s¸ng hÑp vµo mét c¸i g−¬ng máng. Khi sãng ©m t¸c ®éng lµm cho g−¬ng chuyÓn ®éng lµm biÕn ®æi t−¬ng øng n¨ng l−îng quang tõ g−¬ng truyÒn tíi bé t¸ch quang Selen do ®ã lµm thay ®æi ®iÖn trë cña nã vµ v× vËy c−êng ®é dßng ®iÖn trong èng nghe thay ®æi ®Ó thu ®−îc tiÕng nãi. Bell ®· sö dông ph¸t minh cña m×nh ®Ó truyÒn tÝn hiÖu tiÕng nãi trªn 700 feet chiÒu dµi. Tuy vËy cho ®Õn nh÷ng n¨m 1950 th«ng tin quang vÉn cßn n»m trong kh¸i niÖm. N¨m 1950, B.O’Brian lÇn ®Çu tiªn ®· sö dông c¸c bã sîi quang ®Ó truyÒn h×nh ¶nh nh−ng sîi quang cã suy hao lín nªn kh«ng sö dông ®−îc trong thùc tÕ. §Õn gi÷a n¨m 1960 tæn hao sîi vÉn cßn ë kho¶ng 1000 dB/km. N¨m 1960 ra ®êi Laser hång ngäc vµ tiÕp theo lµ sù ra ®êi cña Laser b¸n dÉn n¨m 1962 vµ c¸c hÖ thèng th«ng tin quang ®Çu tiªn ra ®êi víi m«i tr−êng truyÒn dÉn lµ kh«ng khÝ. Do c¸c tham sè truyÒn dÉn cña m«i tr−êng thay ®æi theo nhiÖt ®é, ®é Èm, ¸p suÊt lµm th«ng tin kh«ng æn ®Þnh vµ bÞ gi¸n ®o¹n kh«ng thÓ chÊp nhËn ®−îc. N¨m 1966, t¹i Standard Telecommunications Laboratories (n−íc Anh) nh÷ng nhµ nghiªn cøu cho r»ng cã thÓ gi¶m tæn hao sîi xuèng cßn 20dB/km vµ sö dông ®−îc ®Ó truyÒn dÉn th«ng tin b»ng c¸ch khö t¹p chÊt trong thñy tinh. N¨m 1970, Mauner, D.B.Keck vµ Schultz t¹i Corning Glass Works ®· chÕ t¹o thµnh c«ng nh÷ng sîi quang ®Çu tiªn cã Optical Fiber Communication 9
C¬ së kü thuËt th«ng tin sîi quang Chu C«ng CÈn suy hao nhá h¬n 20 dB/km vµ cuéc c¸ch m¹ng c«ng nghÖ sîi quang b¾t ®Çu. N¨m 1970 c¸c hÖ thèng th«ng tin sîi quang xuÊt hiÖn chñ yÕu dïng cho qu©n ®éi. §Õn n¨m 1977 hÖ thèng Bell Laboratories Lighguide ®−îc l¾p ®Æt t¹i Chicago dïng ®Ó cung cÊp dÞch vô tho¹i, sè liÖu analog, sè liÖu digital, ®iÖn tho¹i h×nh vµ dÞch vô Video 4 MHz cho kh¸ch hµng t¹i Chicago’s Brunsnich Building. Còng n¨m 1977, NTT ®· c«ng bè s¶n xuÊt ®−îc lo¹i sîi cã tiªu hao 0.5 dB/km t¹i b−íc sãng l = 1200nm. N¨m 1978 xuÊt hiÖn sîi chiÕt suÊt biÕn ®æi cã tiªu hao 3 ¸ 5 dB/km sö dông cho c¶ qu©n sù lÉn d©n sù vµ b¾t ®Çu x©y dùng nh÷ng tiªu chuÈn cho c¸c hÖ thèng nµy cña c¸c khèi SAE, NATO, EFA. N¨m 1980 vµ 1982 c¸c hÖ thèng th«ng tin ®−êng trôc 45 Mbit/s vµ 90 Mbit/s sö dông sîi quang ®· ®−îc l¾p dÆt. N¨m 1983 AT&T ®· chÕ t¹o thµnh c«ng sîi ®¬n mode. N¨m 1985 s¶n xuÊt ®−îc sîi quang c«ng t¸c t¹i b−íc sãng l= 1550nm vµ dung l−îng hÖ thèng n¨m 1986 ®· b¾t ®Çu t¨ng ®Õn 560 Mbit/s, còng n¨m 1986 ra ®êi hÖ thèng 1.2 ¸ 2.4 Gbit/s. N¨m 1985 t¹i c¸c thµnh phè Dallas vµ Newyork ®· l¾p ®Æt hÖ thèng siªu ®−êng trôc gåm 8 kªnh video/1sîi vµ n¨m 1987 lµ 16 kªnh video/1sîi. M·i ®Õn n¨m 1989 c¸c hÖ thèng vÉn dùa trªn c¬ së ghÐp kªnh kh«ng ®ång bé, chñ yÕu dùa vµo c¸c chuÈn giao tiÕp DS‐1 vµ DS‐3, ch−a cã chuÈn giao tiÕp m¹ng. N¨m 1988 xuÊt hiÖn c¸c chuÈn giao tiÕp m¹ng quang ®ång bé gäi t¾t lµ SONET, cïng trong n¨m nµy xuÊt hiÖn tiªu chuÈn cña m¹ng néi bé LAN. Cuéc c¸ch m¹ng thêi cËn ®¹i cña th«ng tin sîi quang chñ yÕu tËp trung vµo truyÒn dÉn kÕt hîp cho phÐp mang c¸c sãng quang ®· ®iÒu chÕ gièng nh− sãng v« tuyÕn víi tèc ®é sè liÖu lªn tíi trªn 10 Gbit/s. 10 Optical Fiber Communication
C¬ së kü thuËt th«ng tin sîi quang Chu C«ng CÈn ThÕ hÖ ®Çu tiªn c«ng t¸c ë b−íc sãng 800 nm sö dông nguån quang c¬ b¶n lµ GaAs, bé thu lµ silicon diode, vµ dïng sîi quang ®a mode. Tèc ®é truyÒn dÉn cña thÕ hÖ thø nhÊt lµ 45 Mbit/s vµ 90 Mbit/s ë Mü, 34 Mbit/s vµ 140 Mbit/s ë Ch©u ©u, 32 Mbit/s vµ 100 Mbit/s ë NhËt víi kho¶ng lÆp lµ 10 Km. ThÕ hÖ thø hai sö dông b−íc sãng 1300 nm cho phÐp t¨ng thùc sù kho¶ng lÆp trªn c¸c tuyÕn ®−êng dµi víi viÖc dïng duy nhÊt sîi quang ®¬n mode cã tiªu hao thÊp vµ ®iÒu quan träng lµ b¨ng tÇn truyÒn dÉn réng h¬n. Tèc ®é bit víi cù ly dµi lµ tõ 400 Mbit/s ®Õn 600 Mbit/s vµ cã thÓ tíi 4Gbit/s trªn cù ly tr¹m lÆp 40 Km. §−êng c¸p quang th¶ biÓn ®Çu tiªn gäi lµ TAT ‐ 8 ho¹t ®éng n¨m 1988 c«ng t¸c ë b−íc sãng 1300 nm, tèc ®é bit 296 Mbit/s, dïng sîi ®¬n mode. Trong m¹ng néi h¹t, m¹ng vïng c¶ hai lo¹i sîi ®¬n mode vµ ®a mode ®Òu ®−îc dïng ë b−íc sãng 1300 nm víi tèc ®é tõ 10 Mbit/s ®Õn 100 Mbit/s trªn kho¶ng c¸ch thay ®æi tõ 500m ®Õn 10 Km. ThÕ hÖ thø ba vµ thø t− ho¹t ®éng ë b−íc sãng 1550 nm cho phÐp tiªu hao trªn tuyÕn lµ nhá nhÊt. C¸c thÕ hÖ nµy ®· l«i cuèn nhiÒu sù chó ý ®èi víi c¸c tuyÕn truyÒn dÉn tèc ®é cao trªn ®Êt liÒn vµ d−íi biÓn. C¶ hai lo¹i ®iÒu chÕ trùc tiÕp vµ ®iÒu chÕ gi¸n tiÕp ®Òu ®−îc xem xÐt ë b−íc sãng 1550 nm. Sù ®iÒu chÕ kÕt hîp cèng hiÕn cho chóng ta nh÷ng tiÕn bé quan träng trong c¸c m¸y thu cã ®é nh¹y cao vµ nã cho phÐp sö dông c©n b»ng ®iÖn ®Ó ®Òn bï cho c¸c t¸c ®éng cña viÖc truyÒn n¨ng l−îng quang trong sîi quang. MÆc dï cã sù t¨ng tr−ëng nhanh chãng vµ thµnh c«ng trong c¸c øng dông nh−ng c«ng nghÖ sãng ¸nh s¸ng vÉn kh«ng dõng l¹i. Xa h¬n lµ c¸c hÖ thèng th«ng tin mµ ë ®ã tÊt c¶ ®Òu dïng c¸c thiÕt bÞ quang bao gåm chuyÓn m¹ch quang, tr¹m lÆp quang vµ c¸c ®¬n vÞ tiÕp cËn m¹ng..... C¸c øng dông bao gåm c¶ m¹ng côc bé (LAN), c¸c m¹ch vßng thuª bao, c¸c m¹ng ph©n phèi truyÒn h×nh. Thªm n÷a cã sù nghiªn cøu sîi quang phi tuyÕn ®Ó lo¹i bá c¸c t¸c ®éng lµm rèi lo¹n ¸nh s¸ng lµm t¨ng kho¶ng c¸ch c¸c tr¹m lÆp tõ hµng tr¨m Km tíi hµng ngµn Km. Optical Fiber Communication 11
C¬ së kü thuËt th«ng tin sîi quang Chu C«ng CÈn 1.2 Nguyªn lý tæ chøc hÖ thèng th«ng tin quang 1.2.1 Nguyªn lý tæ chøc hÖ thèng th«ng tin quang Mét hÖ thèng truyÒn dÉn quang ®−îc tæ chøc nh− h×nh vÏ 1‐4. H×nh 1‐4: S¬ ®å tæng qu¸t cña hÖ thèng th«ng tin quang Tõ hÖ thèng tæng qu¸t ta cã mét sè nhËn xÐt sau: 1. Nguån tin: Còng nh− c¸c hÖ thèng th«ng tin ®iÖn nguån tin lµ c¸c d¹ng th«ng tin th«ng th−êng nh− tiÕng nãi, h×nh ¶nh, sè liÖu, v¨n b¶n, ©m thanh... 2. PhÇn ®iÖn tö: §Ó xö lý nguån tin, t¹o ra c¸c tÝn hiÖu ®iÖn phï hîp víi c¸c kªnh truyÒn ®−a vµo hÖ thèng truyÒn dÉn. C¸c tÝn hiÖu ®iÖn nµy cã thÓ lµ tÝn hiÖu t−¬ng tù (analog) hoÆc c¸c tÝn hiÖu sè (digital). 3. Bé biÕn ®æi ®iÖn quang (E/O): Thùc hiÖn viÖc biÕn ®æi tÝn hiÖu ®iÖn thµnh tÝn hiÖu quang ®Ó ph¸t ®i. Trong hÖ thèng th«ng tin quang còng cã nh÷ng ph−¬ng thøc ®iÒu biÕn kh¸c nhau. C¸c hÖ thèng hiÖn ®ang sö dông trªn m¹ng sö dông ph−¬ng thøc ®iÒu biÕn trùc tiÕp tÝn hiÖu ®iÖn vµo c−êng ®é bøc x¹ quang. Cßn c¸c hÖ thèng th«ng tin quang kÕt hîp (Coherence) trong t−¬ng lai sÏ sö dông nguyªn lý ®iÒu biÕn gi¸n tiÕp b»ng c¸ch ®iÒu pha hoÆc ®iÒu tÇn c¸c tia bøc x¹ kÕt hîp. 4. Sîi quang (OF): Lµ m«i tr−êng truyÒn dÉn tÝn hiÖu quang, còng nh− c¸c m«i tr−êng truyÒn dÉn kh¸c nã ph¶i tho¶ m·n c¸c yªu cÇu nh− suy hao tÝn hiÖu ph¶i bÐ, mÐo tÝn hiÖu ph¶i nhá, b¨ng th«ng ph¶i réng... 5. Bé biÕn ®æi quang ®iÖn (O/E): Lµ bé thu quang, ®ãn nhËn tÝn hiÖu quang thu ®−îc tõ sîi quang vµ biÕn ®æi trë l¹i thµnh tÝn hiÖu ®iÖn ®−a vµo phÇn ®iÖn tö ®Ó biÕn ®æi thµnh nguån tin ban ®Çu. 6. T¶i tin: T¶i tin trong hÖ thèng th«ng tin quang lµ ¸nh s¸ng, nã còng lµ sãng ®iÖn tõ nh−ng cã tÇn sè rÊt cao tõ 1014 ®Õn 1015 Hz do vËy rÊt thuËn lîi cho viÖc truyÒn t¶i c¸c tÝn hiÖu b¨ng réng. 12 Optical Fiber Communication
C¬ së kü thuËt th«ng tin sîi quang Chu C«ng CÈn 7. VÒ chuyÓn tiÕp tÝn hiÖu: Trªn ®−êng truyÒn c¸c tÝn hiÖu quang bÞ suy gi¶m do ®ã sau mét kho¶ng c¸ch nhÊt ®Þnh ph¶i ®Æt tr¹m lÆp ®Ó chuyÓn tiÕp tÝn hiÖu. HiÖn t¹i ch−a thùc hiÖn ®−îc khuÕch ®¹i tÝn hiÖu quang nªn tai c¸c tr¹m lÆp ph¶i thùc hiÖn theo c¸c b−íc c¬ b¶n sau: ‐ BiÕn ®æi tÝn hiÖu quang thµnh tÝn hiÖu ®iÖn ‐ Kh«i phôc, söa d¹ng tÝn hiÖu ®iÖn ‐ BiÕn ®æi tÝn hiÖu ®iÖn thµnh tÝn hiÖu quang ®Ó tiÕp tôc ph¸t ®i. 8. Kh¶ n¨ng truyÒn dÉn: N¨ng lùc truyÒn dÉn cña bÊt kú mét hÖ thèng th«ng tin nµo còng ®Òu ®−îc ®¸nh gi¸ b»ng hai ®¹i l−îng sau: ‐ §é réng b¨ng tÇn cã thÓ truyÒn dÉn ®−îc ‐ Cù ly tr¹m lÆp HÖ thèng th«ng tin quang ®· v−ît xa c¸c hÖ thèng th«ng tin kh¸c ë c¶ hai yªu cÇu trªn. Xu h−íng c¸c hÖ thèng quang lµ ngµy cµng truyÒn dÉn víi d¶i réng vµ cù ly kho¶ng lÆp ngµy cµng rÊt lín. Hai ®¹i l−îng trªn ®−îc x¸c ®Þnh bëi nhiÒu yÕu tè nh−: ‐ Tiªu hao vµ t¸n x¹ cña sîi dÉn quang ‐ C«ng suÊt bøc x¹, ®é réng phæ vµ tèc ®é ®iÒu biÕn cña nguån quang ‐ §é nh¹y, nhiÔu néi bé cña m¸y thu quang ‐ Tiªu hao phô khi xö lý c¸c phÇn tö trªn toµn tuyÕn th«ng tin quang... 1.2.2 C¸c phÇn tö c¬ b¶n cña tuyÕn truyÒn dÉn quang. §Ó nh×n nhËn mét c¸ch ®Çy ®ñ vÒ hÖ thèng th«ng tin sîi quang ta xem xÐt c¸c phÇn tö c¬ b¶n nhÊt cã trªn mét tuyÕn truyÒn dÉn c¸p quang. Mét tuyÕn truyÒn dÉn c¸p quang bao gåm c¸c phÇn tö c¬ b¶n nh− trªn h×nh vÏ 1‐5. ‐ M¸y ph¸t quang (Transmiter): bao gåm nguån quang (Light source) vµ m¹ch ®iÒu khiÓn (Drive circuit) Optical Fiber Communication 13
C¬ së kü thuËt th«ng tin sîi quang Chu C«ng CÈn ‐ C¸p quang ‐ M¸y thu quang bao gåm: bé thu quang (Photo‐detector), Bé khuyÕt ®¹i (Amplifer), bé kh«i phôc tÝn hiÖu (Signal restorer) ‐ Tr¹m lÆp (Repeater): bao gåm bé thu quang (optical receiver), bé ®iÖn tö ®Ó kh«i phôc t¸i sinh hoÆc khuÕch ®¹i tÝn hiÖu ®iÖn, bé ph¸t quang (optical transmitter) ‐ C¸c phÇn tö phô: C¸c bé nèi (connector), mèi nèi (Splice), c¸c bé t¸ch ghÐp luång quang (Optical coupler or beam splitter) TÊt c¶ c¸c phÇn tö c¬ b¶n trªn sÏ ®−îc xem xÐt, th¶o luËn cô thÓ trong c¸c phÇn sau. H×nh 1‐5: C¸c ph©n tö c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng tin quang 14 Optical Fiber Communication
C¬ së kü thuËt th«ng tin sîi quang Chu C«ng CÈn 1.3 ¦u ®iÓm cña hÖ thèng th«ng tin sîi quang. Sù tr−ëng thµnh vµ c¸c kh¶ n¨ng réng lín cña c¸c hÖ thèng th«ng tin c¸p quang lµ sù tËp hîp c¸c c«ng nghÖ t©n tiÕn vµ hiÖn ®¹i nh−: C¸c c«ng nghÖ b¸n dÉn, nã cung cÊp cho hÖ thèng c¸c nguån quang cÇn thiÕt víi c−êng ®é bøc x¹ m¹nh, ®é réng phæ hÑp, æn ®Þnh víi m«i tr−êng... C¸c bé thu quang cã ®é nh¹y cao, nhiÔu néi bé nhá, tiªu thô n¨ng l−îng thÊp... C«ng nghÖ truyÒn dÉn sãng ¸nh s¸ng t¹o ra mét m«i tr−êng truyÒn dÉn quang víi tiªu hao thÊp, mÐo tÝn hiÖu nhá, kh«ng bÞ ¶nh h−ëng can nhiÔu, b¨ng th«ng réng... KÕt qu¶ lµ mét ®−êng nèi truyÒn dÉn tin cã c¸c −u ®iÓm v−ît tréi so víi c¸c hÖ thèng th«ng tin ®iÖn, ®Æc biÖt so víi hÖ thèng th«ng tin truyÒn dÉn b»ng c¸p kim lo¹i. C¸c −u ®iÓm ®ã bao gåm c¸c vÊn ®Ò sau: 1. Tiªu hao truyÒn dÉn thÊp vµ b¨ng tÇn truyÒn dÉn réng: Sîi quang cã c¸c tiªu hao truyÒn dÉn thÊp h¬n vµ b¨ng tÇn truyÒn dÉn réng h¬n so víi c¸p ®ång. §iÒu nµy cã nghÜa lµ hÖ thèng c¸p quang cã thÓ göi ®i nhiÒu sè liÖu h¬n víi kho¶ng c¸ch lín h¬n do vËy lµm gi¶m sè l−îng sîi vµ gi¶m sè l−îng tr¹m lÆp cÇn thiÕt dÉn ®Õn gi¶m sè l−îng thiÕt bÞ vµ c¸c phÇn tö hîp thµnh, gi¶m gi¸ thµnh vµ sù phøc t¹p cña hÖ thèng. 2. Träng l−îng vµ kÝch th−íc nhá: Träng l−îng vµ kÝch th−íc nhá cña sîi quang ®−a ra nh÷ng thuËn lîi rÊt lín so víi hÖ thèng c¸p kim lo¹i nÆng nÒ, cång kÒnh ®Æc biÖt c¸c tuyÕn c¸p ®i trong cèng ngÇm trong thµnh phè ®«ng ®óc. §iÒu nµy còng rÊt quan träng trong c«ng nghÖ m¸y bay, vÖ tinh vµ tµu bÌ, n¬i mµ c¸p nhÑ, nhá cã nhiÒu thuËn lîi. §ång thêi ®Æc tÝnh nµy cã øng dông trong chiÕn thuËt qu©n sù, n¬i mµ sè l−îng lín cña c¸p ph¶i kh«i phôc mét c¸ch nhanh chãng. 3. Sù miÔn nhiÔu ngoµi: Optical Fiber Communication 15
C¬ së kü thuËt th«ng tin sîi quang Chu C«ng CÈn Mét ®Æc tÝnh quan träng ®Æc biÖt cña c¸p quang cã liªn quan tíi tÝnh c¸ch ®iÖn tù nhiªn cña chóng. §iÒu nµy lµm cho c¸p quang cã tÝnh miÔn nhiÔu ®iÖn tõ tõ bªn ngoµi (EMI), nh− vËy sù c¶m øng tõ ngoµi vµo do c¸c sãng ®iÖn tõ trªn c¸c sîi kim lo¹i vµ do sÊm sÐt lµ kh«ng cã. §ång thêi tÝn hiÖu truyÒn trªn c¸p quang còng kh«ng g©y nhiÔu ra ngoµi. 4. TÝnh c¸ch ®iÖn: Do sîi c¸p quang ®−îc chÕ t¹o tõ thñy tinh lµ chÊt ®iÖn m«i nªn kh«ng ph¶i lo l¾ng vÒ sù sù ch¹m ®Êt, ch¹m chËp nhau gi÷a c¸c sîi, xuyªn ©m rÊt thÊp, vµ c¸c vÊn ®Ò vÒ thiÕt bÞ giao tiÕp lµ ®¬n gi¶n. C¸p quang kh«ng nªn ®¸nh löa ®iÒu nµy còng lµm l«i cuèn viÖc sö dông c¸p quang ®Ó kh«ng g©y nguy hiÓm cho m«i tr−êng. 5. An toµn cho tÝn hiÖu: B»ng viÖc dïng c¸p quang, mét møc ®é cao cña sè liÖu cã thÓ c¸ng ®¸ng ®−îc, ë ®ã tÝn hiÖu quang ®−îc tiÕp xóc tèt víi m«i tr−êng dÉn sãng. Do vá bäc sîi quang lµ kh«ng thÊu quang nªn khã tiÕp xóc ®−îc víi tÝn hiÖu truyÒn lan trong sîi. §iÒu nµy lµm l«i cuèn dïng c¸p quang trong c¸c øng dông mµ ë ®ã tin tøc quan träng ®−îc b¶o ®¶m nh− lµ ë nhµ b¨ng, m¹ng m¸y tÝnh vµ ë hÖ thèng qu©n sù. 6. Sù phong phó vÒ nguyªn liÖu: Silic lµ vËt liÖu chñ yÕu ®Ó chÕ t¹o c¸p quang, nguyªn liÖu nµy rÊt phong phó vµ rÎ, cã thÓ t×m thÊy nã ë c¸c b·i c¸t th−êng. Chi phÝ trong viÖc chÕ t¹o c¸p hiÖn nay ph¸t sinh chñ yÕu trong qu¸ tr×nh chÕ t¹o thñy tinh cùc s¹ch tõ vËt liÖu th«. Còng chÝnh tõ sù phong phó vÒ nguyªn liÖu mµ gÝa thµnh cña c¸p thÊp dÉn tíi gi¸ thµnh cña hÖ thèng còng gi¶m theo, nhÊt lµ ®èi víi c¸c tuyÕn th«ng tin ®−êng dµi mµ ë ®ã gi¸ thµnh cña hÖ thèng phô thuéc chñ yÕu vµo c¸p. Víi tÊt c¶ c¸c −u ®iÓm cè h÷u cña c¸c hÖ thèng th«ng tin sîi quang, mµ hiÖn nay c¸c hÖ thèng nµy ®· ph¸t triÓn kh«ng ngõng vµ réng r·i kh¾p trªn thÕ giíi. ChØ h¬n hai thËp kû qua ®· cã hµng h¬n chôc triÖu Km c¸p quang ®−îc x©y dùng ë trªn thÕ giíi víi c¸c ®−êng c¸p xuyªn ®¹i d−¬ng, xuyªn lôc ®Þa vµ xuyªn quèc gia... cã tèc ®é cùc cao vµ dung 16 Optical Fiber Communication
C¬ së kü thuËt th«ng tin sîi quang Chu C«ng CÈn l−îng cùc lín. T¹i ViÖt nam c¸c hÖ thèng c¸c quang còng ph¸t triÓn kh«ng ngõng hµng chôc ngµn Km c¸p quang ®·, ®ang x©y dùng ®Æc biÖt trong ®ã cã tuyÕn c¸p quang ®−êng trôc B¾c ‐Nam víi tèc ®é 2Gbit/s sö dông kü thuËt truyÒn dÉn SDH (Synchronous Digital Hierarchy) vµ tuyÕn th«ng tin quang biÓn T ‐V ‐H (Th¸i lan ‐ ViÖt nam ‐ Hång c«ng), tuyÕn SeaMeWe‐3 gãp phÇn hiÖn ®¹i ho¸ ngµnh ViÔn th«ng ViÖt Nam ®¸p øng ®−îc nhu cÇu th«ng tin liªn l¹c trong n−íc vµ quèc tÕ, hoµ nhËp víi m¹ng viÔn th«ng cña c¸c n−íc trong khu vùc vµ m¹ng viÔn th«ng trªn thÕ giíi. 1.4 Ph©n lo¹i hÖ thèng th«ng tin quang 1.4.1 Ph©n lo¹i C¸c hÖ thèng th«ng tin quang hiÖn nay ®−îc thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o nh»m truyÒn ®−a mét khèi l−îng th«ng tin lín trong mét d¶i tÇn réng. Trong d¶i b¨ng tÇn ®ã cã c¶ c¸c tÝn hiÖu d¶i réng nh− tÝn hiÖu truyÒn thanh chÊt l−îng cao, tÝn hiÖu truyÒn h×nh cã ®é ph©n d¶i cao..... C¸c hÖ thèng th«ng tin quang cã thÓ ®−îc ph©n chia theo mét sè c¸c tiªu chuÈn kh¸c nhau. 1.4.1.1 Ph©n theo d¹ng tÝn hiÖu ®iÖn. Tuú theo tÝn hiÖu ®iÖn ®−îc ®−a vµo ®iÒu biÕn víi nguån quang lµ tÝn hiÖu t−¬ng tù (analog) hay tÝn hiÖu sè (Digital) mµ ta cã hÖ thèng th«ng tin quang t−¬ng tù hay hÖ thèng th«ng tin quang sè. Víi c¸c hÖ thèng truyÒn dÉn quang t−¬ng tù Ýt ®−îc sö dông vµ thiÕt kÕ ®Ó truyÒn dÉn b¨ng tÇn tÝn hiÖu rÊt réng víi nhiÒu nguyªn nh©n sau: ‐ §Æc tÝnh kh«ng tuyÕn tÝnh cña c¸c nguån quang vµ phÇn tö thu quang. ‐ §Æc tÝnh t¸n x¹ cña sîi quang Víi c¸c hÖ thèng th«ng tin quang sè hiÖn nay ®−îc sö dông phæ biÕn thùc hiÖn truyÒn dÉn c¸c tÝn hiÖu sè d−íi d¹ng ghÐp kªnh c¬ së ®iÒu chÕ Optical Fiber Communication 17
C¬ së kü thuËt th«ng tin sîi quang Chu C«ng CÈn xung m· PCM theo c¸c tiªu chuÈn ghÐp kªnh cËn ®ång bé PDH (Pleisynchronous Digital Hierarchy) vµ tiªu chuÈn ghÐp kªnh ®ång bé sè SDH (Synchronous Digital Hierarchy). 1.4.1.2 Ph©n lo¹i theo ph−¬ng ph¸p ®iÒu biÕn vµ gi¶i ®iÒu tÝn hiÖu quang Dùa trªn c¸c nguyªn lý ®iÒu biÕn nguån quang ë m¸y ph¸t (Transmitter) vµ nguyªn lý t¸ch quang t¹i m¸y thu (Receiver), ng−êi ta chia lµm hai lo¹i hÖ thèng th«ng tin quang 1. HÖ thèng ®iÒu chÕ c−êng ®é trùc tiÕp. HÖ thèng nµy thùc hiÖn ®iÒu biÕn trùc tiÕp tÝn hiÖu ®iÖn vµo c−êng ®é bøc x¹ cña nguån quang. T¹i ®Çu thu t¸ch ra tÝn hiÖu ®iÖn trùc tiÕp trªn c¸c phÇn tö thu quang tõ c«ng suÊt quang thu ®−îc tõ sîi ®−a vµo. HÖ thèng ®iÒu chÕ c−êng ®é trùc tiÕp phôc vô réng r·i trong m¹ng viÔn th«ng tõ nh÷ng n¨m 1978, ®Çu tiªn ®−îc truyÒn trªn c¸c sîi ®a mode víi tèc ®é thÊp, sau ®ã do nhu cÇu cÇn ph¶i t¨ng tèc ®é truyÒn dÉn vµ kÐo dµi cù ly kho¶ng lÆp cho nªn tiÕn tíi sö dông sîi quang ®¬n mode. Tuy nhiªn c¸c hÖ thèng sö dông sîi ®a modevÉn cã hiÖu lùc tèt trong c¸c tuyÕn néi h¹t cã cù ly kho¶ng lÆp nhá. Nh÷ng hÖ thèng truyÒn dÉn víi tèc ®é cùc cao th× chóng bÞ h¹n chÕ c¶ vÒ ®é nh¹y, ®é réng b¨ng tÇn, vµ cù ly kho¶ng lÆp. HiÖn nay hÇu hÕt c¸c hÖ thèng ®ang sö dông trªn m¹ng l−íi viÔn th«ng ®Òu sö dông nguyªn lý nµy. 2. HÖ thèng th«ng tin quang kÕt hîp (coherent). Nguyªn lý nµy sö dông viÖc ®iÒu biÕn gi¸n tiÕp nguån quang t¹i ®Çu ph¸t: luång tÝn hiÖu ®iÖn vµ luång ¸nh s¸ng ®¬n s¾c ®−îc ®−a vµo ®iÒu biÕn trong bé ®iÒu biÕn quang. T¹i ®Çu thu còng cÇn cã mét nguån quang ®¬n s¾c hoµn toµn ®éc lËp víi nguån quang t¹i ®Çu ph¸t. Luång tÝn hiÖu quang thu ®−îc tõ sîi quang cïng víi luång quang ®¬n s¾c cña bé ph¸t quang ®−a vµo bé trén lµ mét diode quang ®Ó ®−a ra mét tÇn sè trung gian sau ®ã ®−a ®Õn m¹ch t¸ch sãng quang ®Ó lÊy ra tÝn hiÖu ®iÖn ban ®Çu. 18 Optical Fiber Communication
C¬ së kü thuËt th«ng tin sîi quang Chu C«ng CÈn TÝn hiÖu ®iÖn cÇn ph¸t ®−îc ®iÒu biÕn víi nguån ph¸t quang cã b−íc sãng l1 t−¬ng øng víi tÇn sè quang f1, ë ®©y ph−¬ng thøc ®iÒu biÕn cã thÓ lµ ph−¬ng thøc ®iÒu biÕn biªn ®é, ®iÒu biÕn tÇn sè hay ®iÒu biÕn pha. T¹i ®Çu thu cã bé ph¸t quang néi bøc x¹ ra ¸nh s¸ng cã b−íc sãng l0 t−¬ng øng víi tÇn sè quang néi f0. C¶ hai tÝn hiÖu, tÝn hiÖu thu f1 vµ tÝn hiÖu quang néi f0 ®−îc ®−a vµo bé trén lµ mét diode thu quang ®Ó lÊy ra mét tÇn sè trung gian êf1‐ f0 ê. TÇn sè trung gian cÇn lín kho¶ng 10GHz ®Ó ®ñ t¶i mang mét tÝn hiÖu ®iÒu biÕn ban ®Çu cã ®é réng b¨ng lín, song còng kh«ng ®−îc qu¸ lín ®Ó ®¶m b¶o kh¶ n¨ng khuÕch ®¹i cña m¹ch ®iÖn tö. §Ó thu ®−îc c¸c t¶i tÇn ph¸t kh¸c nhau th× tÇn sè quang néi f0 cã thÓ ®iÒu chØnh ®−îc ®Ó gi÷ cho tÇn sè trung gian kh«ng ®æi. Sau qu¸ tr×nh t¸ch sãng vµ läc sÏ thu ®−îc tÝn hiÖu ®iÖn ban ®Çu. Nguyªn lý nµy gäi lµ nguyªn lý thu ngo¹i sai Heterodyl. H×nh 1‐6: Nguyªn lý ®iÒu biÕn gi¸n tiÕp nguån quang Tr−êng hîp f1 = f0 khi nµy tÇn sè trung gian b»ng kh«ng vµ ë ®Çu ra cã ngay tÝn hiÖu ®iÒu biÕn ban ®Çu. nguyªn lý nµy gäi lµ nguyªn lý thu Homodyl. XÐt vÒ ®é æn ®Þnh th× nguyªn lý thu Homodyl thuËn lîi h¬n thu Heterodyl, ng−êi ta cã thÓ truyÒn tÝn hiÖu f1 ch−a ®iÒu biÕn trªn mét sîi quang riªng biÖt ®Ó lµm tÇn sè quang néi do vËy b¶o ®¶m f1 = f0. So víi ph−¬ng ph¸p ®iÒu chÕ trùc tiÕp th× nguyªn lý thu Coherent cho phÐp t¨ng ®¸ng kÓ cù ly kho¶ng lÆp vµ ®¹t ®−îc giíi h¹n tèi ®a b¨ng tÇn truyÒn dÉn cña sîi quang. Tuy nhiªn viÖc thiÕt kÕ chÕ t¹o c¸c thiÕt bÞ cña hÖ thèng lµ v« cïng phøc t¹p. 1.4.1.3 Ph©n theo tèc ®é vµ cù ly truyÒn dÉn. Khi nµy chñ yÕu ®Ò cËp tíi hÖ thèng th«ng tin quang ®−êng dµi. C¸c hÖ thèng th«ng tin quang ®−êng dµi chñ yÕu ®−îc sö dông trªn m¹ng viÔn th«ng gåm c¸c m¹ng kÕt nèi truyÒn dÉn gi÷a c¸c vïng, m¹ng trung Optical Fiber Communication 19
C¬ së kü thuËt th«ng tin sîi quang Chu C«ng CÈn kÕ gi÷a c¸c tæng ®µi, m¹ng thuª bao cña m¹ng dÞch vô tæng hîp vµ c¶ m¹ng ph©n phèi truyÒn h×nh... Môc ®Ých cña viÖc nghiªn cøu thiÕt kÕ chÕ t¹o cña c¸c hÖ thèng truyÒn dÉn c¸p quang lµ t¹o ra c¸c hÖ thèng cã dung l−îng lín, tèc ®é truyÒn dÉn cao, kho¶ng lÆp xa... Trong c¸c hÖ thèng ®−êng dµi cña c¸p quang th× c¸p quang lµ phÇn tö quyÕt ®Þnh gi¸ c¶. §Ó t¨ng cù ly kho¶ng lÆp, gi¶m c¸c thiÕt bÞ trung gian th× cÇn cã c¸p cã tiªu hao nhá, c¸c phÇn tö thu vµ ph¸t quang cã c«ng suÊt ph¸t lín, ®é nh¹y cao vµ c¸c bé nèi ®¾t tiÒn. Ng−êi ta ph©n chia mét c¸ch t−¬ng ®èi nh− sau: 1. HÖ thèng cã dung l−îng truyÒn dÉn nhá vµ trung b×nh, tèc ®é thÊp 2 Mbit/s, 8 Mbit/s, 34 Mbit/s ®−îc sö dông trªn m¹ng thuª bao vµ m¹ng trung kÕ gi÷a c¸c tæng ®µi víi cù ly truyÒn dÉn ng¾n vµi Km trong m¹ng thµnh phè vµ tõ 20 ®Õn 30 Km ë m¹ng n«ng th«n kh«ng cã kho¶ng lÆp 2. HÖ thèng cã dung l−îng lín víi tèc ®é truyÒn dÉn 140 Mbit/s sö dông trªn m¹ng trung kÕ gi÷a c¸c tæng ®µi cã cù ly truyÒn dÉn tõ 10 ®Õn 30 Km kh«ng cã tr¹m lÆp 3. C¸c hÖ thèng liªn tØnh víi dung l−îng rÊt lín tèc ®é tõ 140 Mbit/s trë lªn, cù ly truyÒn dÉn rÊt xa. HÖ thèng gåm c¸c tr¹m ®Çu cuèi, tr¹m lÆp cã cù ly kho¶ng lÆp tõ 50 ®Õn 100 Km 4. C¸c hÖ thèng xuyªn quèc gia, xuyªn lôc ®Þa víi tèc ®é vµ dung l−îng cùc lín nèi liÒn nhiÒu quèc gia víi nhau. Tèc ®é cña c¸c hÖ thèng nµy cã thÓ tõ 280, 420, 565, 2400 Mbit/s vµ cù ly tr¹m lÆp cã thÓ t− 50 ®Õn 400 Km. Trong c¸c hÖ thèng cù ly ng¾n th× c¸p quang kh«ng cã vai trß quyÕt ®Þnh gi¸ c¶ mµ ng−îc l¹i lµ c¸c bé nèi vµ c¸c linh kiÖn thu ph¸t quang. T¹i ®©y cã thÓ sö dông c¸c sîi quang ®a mode SI, GI. C«ng suÊt quang còng kh«ng cÇn lín l¾m nªn cã thÓ dïng c¸c diode ph¸t quang LED. Tèc ®é truyÒn dÉn kh«ng cao nªn diode thu quang cã thÓ kh«ng cÇn c¸c lo¹i cã ®é nh¹y cao vµ b¨ng réng, cã thÓ dïng lo¹i diode thu PIN. Xu h−íng cña c¸c hÖ thèng th«ng tin quang cù ly ng¾n lµ sö dông hÖ thèng truyÒn dÉn tèc ®é 34 Mbit/s vµ 140 Mbit/s víi c¸c sîi quang ®¬n mode. 20 Optical Fiber Communication