zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Kĩ thuật Viễn thông

Bài giảng Kỹ thuật thông tin quang: Chương 5 - Học viện CN Bưu chính Viễn thông

Chia sẻ: Cảnh Đặng Xuân | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:24

Báo xấu

136
lượt xem 20
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 5 Hệ thống thông tin quang, cùng tìm hiểu kiến thức chương học này với những nội dung sau: Hệ thống thông tin quang số; Hệ thống thông tin quang tương tự; Kỹ thuật truyền dẫn đa kênh.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật thông tin quang: Chương 5 - Học viện CN Bưu chính Viễn thông

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG BÀI GIẢNG KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG Fundamental of Optical Fiber Communications Giảng viên: Th.S Đỗ Văn Việt Em - Th.S Phạm Quốc Hợp Bộ môn: ộ Thông Tin Q g Quang – Khoa Viễn thông 2 g g Email: emdvv@ptit.edu.vn, pqhop@ptithcm.edu.vn
KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG CHƯƠNG 5 HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 2 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
NỘI DUNG CHƯƠNG 5 • Hệ thống TTQ số • Hệ thống TTQ tương tự • Các kỹ thuật truyền dẫn đa kênh GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 3 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
Hệ Thống TTQ Số • Tuyến điểm nối điểm Tuyến điểm nối điểm là loại kiến trúc đơn giản nhất của hệ thống thông tin quang hố hô i Chuyển tải thông tin dạng luồng số bit từ một nơi này đến một nơi khác một cách chính xác nhất có thể được Chiều dài tuyến có thể thay đổi từ nhỏ hơn 1 km (cự ly ngắn) đến hàng ngàn km (cự ly dài) tùy thuộc vào ứng dụng Cần thiết phải bù đắp các suy hao trong sợi quang GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 4 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
Hệ Thống TTQ Số • Tuyến điểm nối điểm (tt) Bù suy hao định kỳ bằng cách: (a) sử dụng các trạm tái tạo và (b) sử d à ử dụng kh ế h đ i quang. khuếch đại Bộ phát Trạm tái tạo Trạm tái tạo Bộ thu Tx Rx Tx Rx Tx Rx (a) Bộ phát Bộ khuếch đại Bộ khuếch đại Bộ thu Tx Rx (b) GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 5 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
Hệ Thống TTQ Số • Yêu cầu của hệ thống là tốc độ bit BT và khoảng cách truyền dẫn L. Tiêu chuẩn chất lượng được xác định hô đị h thông qua tỉ lệ bi lỗi BER, thường giá trị tiêu ỉ bit BER h ờ iá ị iê biểu là BER < 10-9 • Một số vấn đề t ố ấ trong thiết kế hệ thố TTQ thống Ảnh hưởng của suy hao đến hệ thống TTQ Ảnh hưởng của tán sắc đến hệ thống TTQ Quỹ công suất quang Quỹ thời gian lên GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 6 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
Hệ Thống TTQ Số Ảnh hưởng của suy hao đến hệ thống TTQ • khoảng cách truyền dẫn lớn nhất được giới hạn bởi 10 ⎛P ⎞ L= log10 ⎜ t ⎟ ⎜P ⎟ af ⎝ r⎠ Trong đó: ó » Pt (mW) là công suất phát trung bình của Tx » Pr (mW) là độ nhạy máy thu hoạt động ở tốc độ bit BT » a f (dB/Km) là suy hao trung bình của sợi quang bao gồm cả suy hao các mối hàn và các các connector • Nhiều vần đề cần phải được đề cập khi thiết kế một hệ thống thông tin thô ti quang thự tế sự lự chọn bướ sóng, lự chọn máy thực tế: ự lựa h bước ó lựa h á phát, máy thu thích hợp và sợi quang GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 7 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
Hệ Thống TTQ Số Ảnh hưởng của tán sắc đến hệ thống TTQ • Tán sắc sợi quang làm giới hạn đại lượng tích BTL • Đối với sợi đa mode SI: BTL = C/(2n1Δ) • Đối với sợi đa mode GI: BTL = 2C/(n1Δ2) • Đối với sợi đơn mode: – Ở vùng 1310nm: có tán sắc nhỏ nhất, độ lớn tán sắc chủ yếu phụ thuộc vào độ rộng phổ nguồn quang. Tích BTL bị giới hạn như sau: ổ BT L ≤ (4 M σ λ ) −1 » khi |M|σλ = 2 /k |M| 2ps/km, tá sắc giới hạn BTL ≤ 125 (Gb/ ) k tán ắ iới h (Gb/s).km. Nói chung, các hệ thống như vậy là bị giới hạn bởi suy hao khi tốc độ bit lên đến 1Gb/s, nhưng bị giới hạn bởi tán sắc đối với tốc độ bit cao hơn ộ GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 8 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
Hệ Thống TTQ Số Ảnh hưởng của tán sắc đến hệ thống TTQ (tt) – Ở vùng 1550nm: » có suy hao nhỏ nhất. » Tán sắc là vấn đề lớn. Cần sử dụng các laser bán dẫn đơn mode để khắc phục vấn đề này. » Bị g hạn bởi tán sắc khi BT > 5Gb/s. Ví dụ: với M = 16 ị giới ạ / ụ ps/(nm.km) và σλ = 0,1 nm, ta có BTL ≤ 150 (Gb/s).km. » Một giải pháp cho vấn đề tán sắc là sử dụng sợi quang dịch chuyển tán sắc, sợi có cả suy hao và tán sắc nhỏ nhất ở cửa sổ 1550 ổ 1550nm ( ó thể hoạt động ở tốc độ 20 Gb/ với khoảng (có h t độ tố Gb/s ới kh ả khuếch đại khoảng 80 km) GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 9 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
Hệ Thống TTQ Số Minh họa Suy hao (các đường liền nét) và tán sắc (các đường không liên tục) giới hạn cự ly truyền dẫn L Khoảng cách (km) GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 10 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
Hệ Thống TTQ Số Quỹ công suất • Mục đích của quỹ công suất là bảo đảm công suất đến máy thu đủ lớn để duy trì hoạt động tin cậy trong suốt thời gian sống của hệ thống. • Quỹ công suất thường được tính theo đơn vị decibel (dB) Pt = S + AL + M s AL = α f L + α con + α splice Trong đó: » Pt (dB ) là công suất phát; S (dB ) là độ nhạy của máy thu (dBm) ô ất hát (dBm) h ủ á th » AL (dB) là suy hao kênh tổng cộng » MS (dB) là độ dự phòng hệ thống, thường ~ 4-6 dB » αcon và αsplice là suy hao các connector và suy hao các mối hàn à h á t à h á ối hà dọc theo tuyến sợi quang (dB); αf là suy hao trung bình của sợi quang (dB/km) • Tìm khoảng cách truyền lớn nhất với các linh kiện cho trước. trước GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 11 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
Hệ Thống TTQ Số Quỹ thời gian • Mục đích của quỹ của thời gian lên là bảo đảm rằng hệ thống có khả năng hoạt động đúng ở tốc độ bit mong muốn • Thời gian lên tổng cộng của tòan hệ thống TTQ: Tr2 = (Ttr2 + T fiber + Trec )1 / 2 2 2 » Trong đó Ttr, Tfiber và Trec là các thời gian lên tương ứng với máy phát, sợi quang và máy thu á hát ợi à á th GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 12 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
Hệ Thống TTQ Số Quỹ thời gian (tt) • Thời gian lên của máy phát Ttr được xác định chủ yếu bởi các thành phần điện tử của mạch điều khiển và các phần tử ký sinh điện liên quan đến nguồn quang. Thường Ttr khoảng vài nano giây đối với máy phát sử dụng LED, nhưng có thể nhỏ hơn 0.1 ns đối với máy p y phát sử dụng laser. ụ g • Thời gian lên của máy thu Trec được xác định chủ yếu bởi dải thông điện 3 dB sau tách quang. GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 13 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
Hệ Thống TTQ Số Quỹ thời gian (tt) • Thời gian lên của sợi quang Tfiber được tính theo công thức: T fiber = Tmod e + Tchr 2 2 2 Trong đóó » T mode là tán sắc mode Tmod e ≈ ( n1 Δ / c ) L ; Sợi GI: Tmod e ≈ (n1 Δ / 8c) L 2 Sợi SI: » Tchr là tán sắc màu trong sợi quang Tchr ≈ M Lσ λ » Đối với sợi đơn mode T mode = 0 và Tfiber = Tchr. σλ là độ rộng phổ của nguồn quang (độ rộng nửa công suất). GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 14 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
Hệ Thống TTQ Số Quỹ thời gian (tt) • Ta xét một ví dụ minh họa quỹ thời gian lên. Xét hệ thống hoạt động ở bước sóng 1,3 µm được thiết kế để hoạt động ở tốc độ 1 Gb/s trên sợi đơn mode với khoảng trạm lặp là 50km. Thời gian lên cho máy phát và máy thu được xác định là Ttr = 0,25 ns và Trec = 0,35 ns. Độ rộng phổ của nguồn q , ộ ộ gp g quang là σλ = 3nm, hệ số g , ệ tán sắc màu là 2ps/(nm.km) tại bước sóng công tác. Tính được Tchr = 0,3 ns cho chiều dài tuyến L = 50 km. Tán sắc mode trong sợi đơn mode Tmode = 0. Suy ra Tfiber = 0,3 ns. Thời gian lên của hệ thống bằng Tr = 0,524 ns. Nhận xét: hệ thống này ê ủ ệ ố ằ ậ é ệ ố à không thể hoạt động ở tốc độ 1Gb/s khi sử dụng mã RZ cho tín hiệu quang. Tuy nhiên nếu sử dụng mã NRZ, hệ thống sẽ hoạt động được. Nếu ã độ đượ Nế mã RZ đượ yêu cầu t ướ người thiết kế phải được ê ầ trước, ười hải chọn máy phát và máy thu khác để đáp ứng quỹ thời gian lên. Mã NRZ thường được sử dụng vì nó cho phép quỹ thời gian lên lớn hơn ở cùng một tốc độ bit. bit GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 15 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
Hệ Thống TTQ Tương Tự • Cấu trúc nguyên lý hệ thống thông tin quang tổng quát cho truyền dẫn số hoặc analog Thông tin vào Thông tin ra Bộ mã hóa / Bộ giải mã / Mạch định dạng tín hiệu Giải điều chế Thành phần điện Điều chế Bộ khuếch đại Môi trường Nguồn quang Bộ tách sóng quang truyền dẫn: quang Đầu phát Thành phần quang Đầu thu GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 16 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
Hệ Thống TTQ Tương Tự Phía đầu phát: bộ mã hoá (encoder) hoặc bộ định dạng tín hiệu (signal shaping) trước khi đưa qua tầng điều chế hay khuếch đại để kích hoạt động cho nguồn quang (optical source). Sợi quang: đóng vai trò môi trường truyền dẫn của hệ thống. Phía đầu thu: ánh sáng đến đầu bên kia của sợi quang được chuyển đổi trở lại thành tín hiệu điện bằng bộ tách sóng quang (optical detector) được đặt ở ngõ vào của thiết bị thu. Tín hiệu điện này sau đó được khuếch đại trước khi đưa qua bộ giải mã (decoder) hay bộ giải điề ớ đ iải ã (d d )h iải điều chế (demodulator) để khôi phục lại tín hiệu gốc ban đầu GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 17 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
Các kỹ thuật truyền dẫn đa kênh • Ghép kênh phân chia theo thời gian OTDM • Ghép kênh theo bước sóng WDM • Ghép kênh sóng mang phụ SCM GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 18 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
Các kỹ thuật truyền dẫn đa kênh • Ghép kênh phân chia theo thời gian OTDM Nhiều tín hiệu quang có tốc độ bit BT chia sẻ cùng tần số sóng mang và đ ó à được ghép trong miền quang để tạo chuỗi hé iề h ỗi bit có tốc độ NB, với N là số kênh Cấu trúc bộ phát OTDM dựa trên các sợi dây trễ quang GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 19 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
Các kỹ thuật truyền dẫn đa kênh • Ghép kênh phân chia theo thời gian OTDM Một laser có thể tạo ra chuỗi xung một cách có chu kỳ ở tốc độ bằ với tốc độ bi BT của một kê h T nhiên, ố bằng ới ố bit ủ ộ kênh. Tuy hiê laser sẽ tạo ra các xung có độ rộng Tp sao cho Tp < TB = 1/NBT để đảm bảo mỗi xung vừa với vị trí của nó ở khe / g ị thời gian TB. Ghép N chuỗi bit được thực hiện bằng kỹ thuật làm trễ. Chuỗi bit của nhánh thứ n được làm trễ một lượng (n(n- 1)/(NBT), n = 1, 2, …, N. Ngõ ra của tất cả các nhánh được tổ hợp lại để tạo tín hiệu ghép GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 20 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.