Hệ thống viễn thông - chương 6 docx

1
Ch ng6: THÔNG TIN QUANGươ
C
C
H
H
Ư
Ư
Ơ
Ơ
N
N
G
G
6
6
1
KẾT CẤU CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG
2
HỆ THỐNG GHÉP KÊNH QUANG WDM
3
BỘ KHUẾCH ĐẠI QUANG
2
6.1 S phát tri n c a thông tin quangự ể ủ

Thông tin quang được bắt đầu bằng sự phát minh thành
công của Laser năm 1960

Năm 1966 chế tạo sợi quang có độ tổn thất thấp

Phát triển thành công trong những năm 70, độ tổn thất

của suy hao sợi quang đã được giảm đến 0.18dB/km

Hiện nay các hệ thống thông tin quang truyền dẫn tất
cả các tín hiệu dịch vụ băng hẹp, băng rộng đáp ứng
yêu cầu của mạng số liên kết đa dịch vụ ISDN
3
u đi m c a thông tin quangƯ ể ủ

Băng thông khổng lồ đầy tiềm năng

Sợi quang kích thước nhỏ và nhẹ

Sự cách li về điện

Không bị ảnh hưởng bởi nhiễu và xuyên âm

Bảo mật thông tin: ánh sáng từ sợi quang bị bức xạ một
cách không đáng kể nên chúng có tính bảo mật tín hiệu
cao
4

Suy hao thấp: sự phát triển của sợi quang qua nhiều
năm đã đạt được kết quả trong việc chế tạo ra sợi quang
có độ suy hao rất thấp

Tính linh hoạt: mặc dù các lớp bảo vệ là cần thiết, sợi
quang được chế tạo với sức căng cao, bán kính rất nhỏ.

Độ tin cậy của hệ thống và dễ bảo dưỡng: do đặc tính
suy hao thấp của sợi quang nên có thể giảm được yêu cầu

số bộ lặp trung gian hoặc số bộ khuếch đại trên đường
truyền.

Giá thành thấp đầy tiềm năng: thủy tinh cung cấp cho
thông tin quang được lấy từ cát, không phải là nguồn tài
nguyên khan hiếm.
5
Các thành ph n c b n c a s i ầ ơ ả ủ ợ
quang
đi n hìnhể
6
Hi n t ng ph n x toàn ph n ệ ượ ả ạ ầ
Hiện tượng phản xạ và khúc xạ ánh sáng trong sợi quang:
n
1
sinφ
1
= n
2
sin
φ
2
sin φ
c
=n
2
/n
1
7
Hi n t ng ph n x toàn ph n ệ ượ ả ạ ầ

(tt)

Như vậy, điều kiện để xảy ra hiện tượng
phản xạ toàn phần như sau:

Các tia sáng phải đi từ môi trường có chiết
suất lớn hơn sang môi trường có chiết suất
nhỏ hơn.

Góc tới của tia sáng phải lớn hơn góc tới
hạn.
8
Kh u đ sẩ ộ ố
9
Kh u đ s (NA) c a s iẩ ộ ố ủ ợ
10
Kh u đ s (NA) c a s iẩ ộ ố ủ ợ
11
Ảnh hưởng của NA và đường kính lõi đến hiệu suất ghép nối
giữa nguồn sáng và sợi quang
12
Tán s c trong h th ng s i quangắ ệ ố ợ
Minh họa sự giãn rộng xung do tán sắc khi ánh sáng được truyền trong sợi.
13
Ánh sáng truy n trong các lo i s iề ạ ợ
14
Các thành ph n chính c a m t tuy n ầ ủ ộ ế
thông tin quang

Thiết bị phát quang được cấu tạo từ nguồn phát tín hiệu quang

và các mạch điện điều khiển liên kết với nhau.

Cáp sợi quang gồm có các sợi dẫn quang và lớp vỏ bọc xung
quanh để bảo vệ khỏi tác động có hại từ môi trường bên ngoài.

Thiết bị thu quang được cấu tạo từ bộ tách sóng quang và các
mạch khuếch đại, tái tạo tín hiệu hợp thành.

Ngoài các thành phần chủ yếu trên, tuyến thông tin quang còn
có các bộ ghép nối quang (connector), các mối hàn, các bộ
chia quang và trạm lặp; ở các tuyến thông tin quang hiện đại
còn có thể có các bộ khuếch đại quang, thiết bị bù tán sắc và
các trạm xen rẽ kênh
15
SUY HAO TÍN HIỆU TRÊN SỢI QUANG
16
Đ c đi m chung c a LED và ặ ể ủ
Laser
17
Đ c đi m chung c a máy thu quangặ ể ủ
18
Đ c đi m chung c a máy thu quangặ ể ủ

Có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu quang nhận được tại đầu ra của
sợi quang thành tín hiệu điện ban đầu

Bộ ghép tập trung tín hiệu quang vào bộ tách sóng quang

Việc thiết kế của bộ giải điều chế phụ thuộc vào dạng điều chế của
tín hiệu ở máy phát.


Bộ tách sóng được thực hiện bởi mạch quyết định nhằm phát hiện
bít 1 hay bít 0 dựa vào biên độ tín hiệu đến.

Tính chính xác của mạch quyết định phụ thuộc vào SNR

Một số hệ thống thông tin sợi quang yêu cầu BER <10
-14

Độ nhạy máy thu: công suất quang trung bình nhỏ nhất đến máy
thu sao cho máy thu vẫn làm việc bình thường nghĩa là thoả mãn
tỉ số BER cho trước ứng với tốc độ bít nhất định. Độ nhạy phụ thuộc
SNR , nghĩa là phụ thuộc vào các loại nguồn nhiễu khác nhau tác
động vào máy thu
19
Các thông s c b n c a các lo i ố ơ ả ủ ạ
photodiode PIN
20
Các thông s c b n c a các lo i ố ơ ả ủ ạ
photodiode APD
21
So sánh PIN và APD

Hai loại diode quang PIN và APD đều được phân cực ngược,
để khi không có ánh sáng thì chỉ có dòng trôi rất nhỏ. Khi có
ánh sáng vào, dòng này tăng tuyến tính với dòng ánh sáng và
công suất bức xạ.

Diode PIN có tạp âm nội nhỏ, song không có khả năng khuếch
đại dòng điện nên không nâng cao độ nhạy máy thu được.

Ngược lại diode APD có tạp âm nội lớn nhưng có khả năng
khuếch đại dòng điện nên nâng cao độ nhạy, song diode Ge-
APD lại có tạp âm nội lớn, nên hạn chế công suất thu tối thiểu
cho phép.

Các diode PIN chỉ hoạt động với tốc độ bit không lớn đến vài
ba trăm Mbit/s, còn APD có thể hoạt động với tốc độ bit tới
hàng Gbit/s.

Diode PIN cần điện áp cung cấp nhỏ, ngược lại APD cần điện
áp cung cấp lớn hàng trăm volt, đặc tính làm việc của APD
phụ thuộc vào nhiệt độ nhiều do đó cần sử dụng nguồn áp để
điều chỉnh nhiệt độ, nên chi phí tăng.
22
Ph ng th c ghép kênh quang ươ ứ
theo b c sóng WDMướ
Hình 4: Sự gia tăng băng thông của các mạng khác nhau qua các năm
23
Hình 5: Hệ thống TDM
Hình 6: Hệ thống WDM

WDM là tiến bộ rất lớn trong công nghệ truyền thông quang,
nó cho phép tăng dung lượng kênh mà không cần tăng tốc độ
bit đường truyền cũng như không cần dùng thêm sợi dẫn quang
24
C u trúc h th ng WDMấ ệ ố
Hình 7: Cấu trúc hệ thống WDM cơ bản
25
Nguyên lí ho t đ ng c a h th ng ạ ộ ủ ệ ố
WDM

Hình 8: Nguyên lí ghép kênh phân chia theo bước sóng

Các thiết bị tích cực/ chủ động cần thiết để ghép, phân bố, cách li
và khuếch đại công suất quang tại các bước sóng khác nhau