Truyền tín hiệu trong hệ thống thông tin quang

TRUYỀN TÍN HIỆU TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG
MỤC LỤC
BÀI 1:

HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG SỐ.........................................................1

1.1 Mục Đích......................................................................................................1
1.2 Giới Thiệu Về Hệ Thống Truyền Thông Tin Số...........................................1
1.3 Bộ Phát Tín Hiệu Số Với 2 Nguồn TX1 Và TX2.........................................1
1.4 Bộ Nhận Với Bộ Tách Photodiode RX1 Và RX2.........................................2
1.5 Bộ Phát Tín Hiệu Số Với Nguồn LASER.....................................................2
1.6 Bộ Nhận Số Với Bộ Dò Avalanche RX3......................................................3
1.7 Thực Hành....................................................................................................3
1.7.1

Kiểm tra dạng sóng tín hiệu truyền.....................................................3

1.7.2

Kiểm tra dạng song tín hiệu nhận........................................................3

1.7.3

Sử dụng các loại cáp khác nhau..........................................................4

BÀI 2:

MÃ HÓA DỮ LIỆU VÀ TRUYỀN DẪN.................................................5

2.1 Mục Đích......................................................................................................5
2.2 Giới thiệu mã hóa..........................................................................................5

2.3 Mã hóa..........................................................................................................5
2.3.1

Mã Manchester....................................................................................5

2.3.2

Mã Biphase..........................................................................................5

2.4 Tín Hiệu Clock..............................................................................................5
2.5 Giao Diện V24/RS232C...............................................................................6
2.6 Mạch Xử Lý..................................................................................................6
2.6.1

Mã hóa dữ liệu.....................................................................................6

2.6.2

Giao diện RS232C...............................................................................6

2.7 Thực Hành....................................................................................................6
2.7.1

Chuỗi dữ liệu.......................................................................................6

2.7.2

Bộ mã hóa............................................................................................7
1

BÀI 3:

TRUYỀN TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ...........................................................9

3.1 Mục Đích......................................................................................................9
3.2 Thiết Bị Truyền Tương Tự............................................................................9
3.2.1

Bộ điều chế audio FM.........................................................................9

3.2.2

Bộ giải điều chế FM..........................................................................10

3.3 Thực Hành..................................................................................................10
3.3.1

Điều chế FM Audio...........................................................................10

3.3.2

Giải điều chế FM ADUIO.................................................................13

BÀI 4:

HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG AUDIO/VIDEO..................................14

4.1 Mục Đích....................................................................................................14
4.2 Giới thiệu về truyền dẫn AUDIO/VIDEO..................................................14

4.3 Thiết bị truyền AUDIO/VIDEO..................................................................14
4.3.1

Bộ phát analog với LED nguồn TX1.................................................14

4.3.2

Bộ nhận analog với bộ dò photodiode RX1......................................14

4.3.3

Bộ điều chế AUDIO/VIDEO.............................................................14

4.3.4

Bộ giải điều chế AUDIO và VIDEO.................................................15

4.3.5

Bộ tạo AUDIO và VIDEO.................................................................15

4.4 Thực Hành..................................................................................................15
4.4.1
BÀI 5:

Ghép kênh AUDIO/VIDEO..............................................................15

HỆ THỐNG GHÉP KÊNH......................................................................17

5.1 Mục Đích....................................................................................................17

5.2 Giới Thiệu Ghép Kênh Theo Thời Gian TDM...........................................17
5.3 Hệ Thống Ghép Kênh Và Phân Kênh.........................................................17
5.4 Giới Thiệu Về Ghép Kênh Quang..............................................................18
5.5 Thiết Bị Ghép Kênh....................................................................................18
5.5.1

Bộ ghép kênh.....................................................................................18

5.5.2

Bộ giải ghép kênh..............................................................................19

5.6 Thực Hành..................................................................................................19
5.6.1

Ghép kênh TDM................................................................................19
2


5.6.2

Ghép kênh WDM..............................................................................20

BÀI 1:

HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG SỐ

1.1 Mục Đích
- Mô tả hoạt động của bộ phát quang số.
- Mô tả hoạt động của bộ nhận quang số.

1.2 Giới Thiệu Về Hệ Thống Truyền Thông Tin Số

-

Trong Educational Panel sử dụng 3 hệ thống truyền thông số:
2 hệ thống truyền thông với nguồn LED.
1 hệ thống truyề thông với nguồn LASER.
Cả hai hệ thống truyền thông này đều dựa vào nguyên lý : tín hiệu ánh sáng
truyền trải qua bộ điều chế ON/OFF.

1.3 Bộ Phát Tín Hiệu Số Với 2 Nguồn TX1 Và TX2

hình 1. 1 bộ phát LED

 TX1 và TX2 gồm có 2 thành phần giống nhau:
- DIGITAL DRIVER : Đầu vào là tín hiệu TLL được đưa tới
SQUARER để tạo xung vuông hơn và đưa tới nguồn phát LED
thông qua bộ điều chỉnh BIAS.
3


- LED SOURCE : TP13 đo dòng pre-bias, TP14 đo dòng bias,
F.O.OUT1 là quang phát ra.

1.4 Bộ Nhận Với Bộ Tách Photodiode RX1 Và RX2
 Bao gồm 2 phần:
- PIN PD DETECTOR : với đầu vào quang F.O.IN1 , sau đó đi qua bộ tiền
khuếch đại để cung cấp dòng đầu ra tỷ lệ thuận với đầu vào.
- DIGITAL RECEIVER bao gồm: LIMITING AMP bộ khuếch đại giới hạn

điện áp (hoạt động trên ngưỡng), COMPARATOR bộ so sánh ngưỡng cung
cấp đầu ra là PECL và ECL và đi qua bộ chuyển đổi PECL thành TLL

1.5 Bộ Phát Tín Hiệu Số Với Nguồn LASER

hình 1. 2 bộ phát tín hiệu số với nguồn laser

 TX3 bao gồm 2 phần:
- DIGITAL LASER: Gồm mạch chuyển đổi từ TTL sang PECL, bộ điều
chế và mạch bias với công tắt ON.
- LASER SOURCE: Nguồn sáng tại F.O.OUT 3 được điều khiển bởi bias
control.

4


1.6 Bộ Nhận Số Với Bộ Dò Avalanche RX3.
 RX3 gồm có 2 phần:
- Bộ dò APD: Tín hiệu được đưa vào F.O.IN 3, tín hiệu ra được khuếch đại
qua bộ PRE AMP.
- DGITAL LASER RECEIVER: Mộ bộ lọc giới hạn băng thông của tín
hiệu ra từ PRE AMP, để hạn chế nhiễu và tăng độ nhạy của bộ nhận. Sau
đó có một giai đoạn khuếch đại, hạn chế và cung cấp tín hiệu để bộ tách
với PECL đầu ra. Cuối cùng là bộ chuyển đổi PECL thành TLL. Và có bộ
phát hiện tín hiệu với led khi ở mức thấp.

1.7 Thực Hành
1.1.1 Kiểm tra dạng sóng tín hiệu truyền.

hình 1. 3 tín hiệu vào tạo TP13

1.7.1 Kiểm tra dạng sóng tín hiệu nhận.

5


hình 1. 4 tín hiệu nhận tại TP17

1.7.2 Sử dụng các loại cáp khác nhau
- Sử dụng cáp “3” để truyền: không nhận được tín hiệu do suy hao trên sợi
quá lớn. Tuy nhiên trong một khoảng cách ngắn chúng có thể gây ít suy hao
hơn.
- Sử dụng cáp “5”: Không nhận được tín hiệu. Do khẩu độ số của sợi đơn
mode (bước sóng 1330/1550 nm) là rất nhỏ, nên khó thu được ánh sáng có
phổ rộng từ nguồn Led (bước sóng 850 nm).
- Sợi nhựa (cáp “1” và “2”): Với cáp “1” Suy hao trên sợi nhựa tại 850nm là
lớn hơn sợ thủy tinh và tín hiệu nhận có biên độ nhỏ hơn. Đối với cáp “2”
thì tín hiệu củng suy hao nhiều hơn.

6


BÀI 2:

MÃ HÓA DỮ LIỆU VÀ TRUYỀN DẪN

2.1 Mục Đích
- Mô tả hoạt động của mã Manchester và Biphase. Và các bộ giải mã.
- Mô tả đặc điểm chính của giao diện RS232-VC24.
- Thực hiện truyền thông số sử dụng mã Manchester và Bisphase.

2.2 Giới thiệu mã hóa
- Cần biến đổi tín hiệu đơn cực( tín hiệu là TTL) thông qua mã hóa để phù
hợp với các đường truyền .
- Sẽ loại bỏ thành phần dc.
- Tạo tín hiệu phù hợp với đặc tính kênh truyền.
- Đồng bộ tín hiệu.

2.3 Mã hóa
2.3.1 Mã Manchester
- Bit 1: đi từ cao xuống thấp.
- Bit 0. Đi từ thấp lên cao.
2.3.2 Mã Biphase
2.3.2.1.1Mã Biphase Mark
 Bit 1: Nửa bít đầu ở mức cao, nửa bít sau ở mức thấp. Nếu số bit “0”
sau đó là số lẻ thì bit “1” sau đó sẻ đảo chiều, nếu là số chẵn thì giữ
nguyên.
 Bit 0: Đảo chiều theo thứ tự nếu bit “0” trước đó là cao thì chuyển
thành thấp và ngược lại.
2.3.2.1.2 Mã Biphase space
 Ngược lại với mark

2.4 Tín Hiệu Clock
- Các bộ giải mã phải cần tín hiệu đồng hồ.
- Tín hiệu clock được trích từ cùng 1 tín hiệu được mã hóa bằng cách sử dụng
hệ thống PLL.
7


2.5 Mạch Xử Lý

2.5.1 Mã hóa dữ liệu
Bao gồm:
- TX ENCODER: mã hóa các tín hiệu NRZ. Cần các tín hiệu clock bên trong
hoặc bên ngoài thông qua EXT CLK IN. Ngoài ra khi sử dụng ghép kênh thì
MPX SYNC IN được sử dụng để đồng bộ mã hóa và khung truyền đi..
- RX DECODER: giải mã hóa tín hiệu, xung clock được lấy từ CLOCK
RECOVERY.
- CLOCK GENERTOR: cung cấp các xung bên trong cho ENCODER, và
cung cấp cho giao diện RS232C để thông tin đồng bộ.
- INT/REG:lựa chọn xung clock gởi cho giao diện RS232C , có thể là xung
bên trong được tạo từ CLOCK GENERTOR hoặc xung từ bộ nhận.
- SELECTION: lựa chọn các mã mã hóa là Manchester hoặc Biphase.

2.6 Thực Hành
2.6.1 Chuỗi dữ liệu
- Sử dụng nguồn DATA PARTTERN

8


hình 2. 1 Dạng sóng tín hiệu ra của DATA PATTERN với A=1,B=0.Tín hiệu đầu ra bộ data parttern
(CH1) và tín hiệu xung clock (CH2)

2.6.2 Bộ mã hóa
 Mã hóa Manchester

hình 2. 2 tín hiệu sau khi mã hoá MC với A=1,B=1

 Mã Biphase mark
9

hình 2. 3 tín hiệu sau khi mã hoá bisphase mark với A=1,B=0, với CH1 tín hiệu vào và CH2 tín
hiệu ra.

 Mã Biphase space

hình 2. 4 tín hiệu sau khi mã hoá bisphase space với A=1,B=0, với CH1 tín hiệu vào và CH2 tín
hiệu ra.

BÀI 3:

TRUYỀN TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ
10


3.1 Mục Đích
- Mô tả điều chế FM của một sóng vuông và sử dụng tín hiệu này để truyền
với thành phần D.C.

3.2 Thiết Bị Truyền Tương Tự
- Trong bộ này chúng ta sử dụng analog : gồm có nguồn DC và tín hiệu tần số
thấp như AUDIO.

hình 3. 1 mô hình điều chế và giải điều chế FM

3.2.1 Bộ điều chế audio FM
- Bộ điều chế tần số bao gồm 1 bộ dao động tạo ra 1 tần số thay đổi theo điện
áp DC nó được gọi là VCO.
- AUDIO IN/MIC: Là 2 đầu vào a.c từ audio và từ microphone. Sau đó là bộ

khuếch đại.
- DC SOURCE: Tín hiệu lấy từ nguồn DC với điện áp thay đổi thông qua bộ
điều chỉnh .
- LF/DC: Lựa chọn tín hiệu gửi là DC hay LF ( audio và mic, tần số thấp).
- DC REF: Nó là trình dịch cấp cần thiết phù hợp với DC, đặc biệt khi đầu
vào có thể có dấu âm hoặc dương thì đầu ra phải nằm trong khoảng 0 - 5V vì
các giá trị này được chấp nhận bởi FM MOD.
- LIMITER: giới hạn biên độ, bảo vệ đầu vào bộ FM MOD không được vượt
quá 5V.
- FM MODE: Điều chế tần số ra là mức TTL tương thích với DIGITAL
DRIVER. Nó là VCO tạo ra xung vuông, tần số được điều chế từ tín hiệu
analog.
11


3.2.2 Bộ giải điều chế FM
 Vòng lặp khóa pha PLL bao gồm: bộ so sánh , bộ lọc thông thấp và bộ điều
khiển điện áp VCO.

hình 3. 2 bộ giải điều chế FM

- Bộ so pha: So sánh pha giữa tín hiệu vào và tín hiệu được cung cấp bởi
VCO.
- Lọc thông thấp: Cung cấp tín hiệu điều chỉnh cho VCO.
- VCO : Bộ điều khiển điện áp.
- LPF2: Loại bỏ các tín hiệu không mong muốn.
- Bộ khuếch đại: Là bộ khuếch đại tần số thấp với LEVER và OFSET.
- LF/DC: Điều chỉnh lựa chọn đầu ra cho phù hợp là AUDIO hoặc DC.

3.3 Thực Hành

3.3.1 Điều chế FM Audio
- Tín hiệu tại đầu vào AUDIO IN 1 với tín hiệu tại TP5.

12


hình 3. 3 tín hiệu tại AUDIO IN 1 và TP5.

- Tín hiệu giữa TP5 với TP6.

hình 3. 4 tín hiệu TP5 và TP6

- Tín hiệu sau khi qua bộ FM MOD tại TP7.
13


hình 3. 5 tín hiệu tại TP7

- Tín hiệu tại TP7 và out 2.

hình 3. 6 tín hiệu tại TP7 (CH2) và OUT 2 (CH1)

3.3.2 Giải điều chế FM ADUIO
14


- Kết nối đầu ra của DIGITAL RECEIVER sử dụng tại đầu vào FM IN.
- Chọn chế độ DC tại công tắc LF/DC.
- Với dao động ký có thể quan sát được tin hiệu :
- Đàu vào của dụng cụ so pha TP8.

 Kết nối đầu vào: tín hiệu sóng vuông có tần số giống như tín hiệu vào.
 Ngắt kêt nối đầu vào: sóng vuông với tần số khoảng 450kHz
- Đầu ra của LPF1 TP9: điều chế tín hiệu với tần số cao.
- RESTORED DC OUT : điều chế tín hiệu bộ lọc tại tín hiệu có tần số cao.
- Chọn chế độ LF tại LF/DC.
- Với giao động ký có thể quan sát được tín hiệu:
 Tín hiệu AUDIO IN 1 : 1khz
 Điều chế tín hiệu ra FM: FM OUT
 LPF1 bộ lọc đầu ra TP9: tín hiệu sin được tạo bởi giải điều chế PLL
với dạng sóng được phủ lên với tần số băng nhau của sóng mang FM.
- Tín hiệu AUDIO OUT 1: nhận tín hiệu điều chế hình sin từ tín hiệu có tần số
cao.
- Chuyển đổi Level trong lựa chọn đường truyền 1Vpp tại TP5.

hình 3. 7 tín hiệu tại TP8 VÀ TP9

BÀI 4:

HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG AUDIO/VIDEO
15


4.1 Mục Đích
- Mô tả làm thế nào để ghép tín hiệu audio và video sử dụng một tần số dịch.
- Mô tả làm thế nào đê tách tín hiệu audio được ghép từ tín hiệu video.
- Mô tả mật độ điều chế (điều chế tuyến tính) của một nguồn quang.

4.2 Giới thiệu về truyền dẫn AUDIO/VIDEO
- Để thực hiện ghép video và audio là bằng cách kết hợp video vào tần số
sóng mang audio là 5.5MHZ được điều chế bởi tín hiệu audio.

4.3 Thiết bị truyền AUDIO/VIDEO
4.3.1 Bộ phát analog với LED nguồn TX1
- Gồm có 2 thành phần: ANALOG DRIVER và LED SOURCES 1.
4.3.2 Bộ nhận analog với bộ dò photodiode RX1.
 Bao gồm
o PIN PD DETECTOR 1
o ANALOG RECEIVER

4.3.3 Bộ điều chế AUDIO/VIDEO.

hình 4. 1 bộ điều chế và giải điều chế AUDIO/VIDEO

 Bộ điều chế bao gồm:
- AUDIO IN 2/MIC: đầu vào gắn với bộ khuếch đại .
- FM MOD: điều chế sóng mang AUDIO. Tín hiệu sóng mang được
điều chế với tần số sóng mang 5,5MHZ.
- VIDEO IN: đầu vào video.
- AMPLIFIER:khuếch đại đầu ra phù hợp với mức tín hiệu với chiết
áp LEVER2. Tín hiệu được cung cấp là tổng của tín hiệu video và
sóng mang AUDIO 5MHZ. tín hiệu này được gọi là Base Band
4.3.4 Bộ giải điều chế AUDIO và VIDEO
- BB IN: đầu vào VIDEO/AUDIO.
16


- AUDIO OUT 2: từ Base Band qua bộ lọc thông giải cho qua tần số sóng
mang. Sau đó đi qua bộ gải điều chế FM DEM. Sau đó khuếch đại.
- VIDEO OUT: loại bỏ tần số sóng mang 5.5MHZ ra khỏi base band.
4.3.5 Bộ tạo AUDIO và VIDEO

- AUDIO: Cung cấp tín hiệu sin 1 kHz.
- VIDEO: Cung cấp tín hiệu video với tần số đường 15625Hz. Với dạng sóng
bậc thang có 3 công tắc 1, 2, 3 điều khiển dải 1, 3, 5.

4.4 Thực Hành
4.4.1 Ghép kênh AUDIO/VIDEO
- Tín hiệu VIDEO khi SW 1-2-3 là ON.

hình 4. 2 tín hiệu video khi 3 công tắc 1,2,3 là ON

- Tín hiệu Audio sau khi điều chế vào sóng mang (TP11):

17


hình 4. 3 Tín hiệu Audio sau khi điều chế vào sóng mang

- Tín hiệu ghép giữa VIDEO và AUDIO.

hình 4. 4 tín hiệu ghép video và audio

BÀI 5:

HỆ THỐNG GHÉP KÊNH
18


5.1 Mục Đích
- Mô tả hệ thống ghé kênh theo thời gian và hệ thống ghép kênh v ới 8
kênh số.

- Mô tả hệ thống ghép kênh quang với 2 kênh tương tự và số.

5.2 Giới Thiệu Ghép Kênh Theo Thời Gian TDM

hình 5. 1 hệ thống ghép kênh theo thời gian TDM

5.3 Hệ Thống Ghép Kênh Và Phân Kênh

hình 5. 2 hệ thống ghép kênh và phân kênh

- Hệ thống ghép kênh sử dụng cá mã Machester hoặc Biphase.

19


- Dữ liệu đến từ các nguồn nối tiếp khác nhau. Đồng bộ sẽ được sử dụng để
phân phối lại đúng dữ liệu trên đầu ra.
- 1 khung gồm 9 bit trong đó có 8 bit đến từ dữ liệu của kênh và 1 bit đồng bộ.

5.4 Giới Thiệu Về Ghép Kênh Quang
- Kỹ thuật được sử dụng ở đây là ghép kênh phân chia theo bước sóng
(WDM) nó có các đặc tính sau:
 Sử dụng bang thông suy hao thấp từ 1200-1600nm.
 Khả năng mang hàng chục Gb/s của kênh WDM đơn.
 Số kênh ghép lên đến hàng trăm kênh.
 WDM-TDM tương thích, đặc biệt để giảm số lượng độ dài sóng.

hình 5. 3 hệ thống ghép kênh với WDM

- Dùng để ghép các kênh 850nm và 1330nm lại với nhau

- Dùng trong các kết nối poit to point khoảng cách lớn.
- Sử dụng các bộ lặp (OA- khuếch đại quang học) trên khoảng cách khoảng
50-100km.

5.5 Thiết Bị Ghép Kênh
5.5.1 Bộ ghép kênh
- Sync Generator.
- 8-Channel Multiplexer.

5.5.2 Bộ giải ghép kênh
- Sync Gecovery.
20


- 8 Kênh Đầu Ra

5.6 Thực Hành
5.6.1 Ghép kênh TDM.

hình 5. 4 Tín hiệu đồng bộ SYNC OUT1 (CH1) và tín nhiệu sau khi mã hóa mã Manchester TX
OUT2 (CH2)

21


hình 5. 5 Tín hiệu đồng bộ SYNC OUT 1 (CH1) và sau mã hóa Biphase mark TX OUT 2 (CH2)

5.6.2 Ghép kênh WDM
- Sử dụng hai đoạn cáp có bước sóng khác nhau :850 và 1310nm.
- Sử dụng nguồn LED và LASER , PIN photodiode detector và avalanche one.

- Sử dụng AUDIO GENERATOR với tần số 1kHz và nguồn AUDIO.Kết nối
với Loudspeaker, màn hình TV và dao động ký.
- Truyền tín hiệu cùng chiều.
- Cung cấp nguồn cho bảng Educational
- Kiểm tra sự vận hành là đúng của truyền dữ liệu với dao động ký và
AUDIO/VIDEO từ màn hình và loa
- Ngắt kết nối chậm từ sợi quang đến nơi điều khiển,kiểm tra mất thông tin
AUDIO/VIDEO/DATA.

22