Tài liệu Ghép công suất quang

ĐỀ TÀI: Ghép công suất quang

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay việc phát triển mạng lưới thông tin đă trở thành một vấn đề cực kỳ quan trọng và cấp bách đối với Việt Nam nói riêng và toàn thế giới nói chung nhằm phục vụ cho đ̣i hỏi của cuộc sống con người, trong quá tŕnh đó đă nẩy ra ư nghĩ và dần dẫn tới nghiên cứu và có sự thành công của kỹ thuật thông tin đă mở ra một bước ngoặt đáng kể.
Sự phát triển của hệ thống thông tin quang trong mạng viễn thông đă tạo ra hiệu quả kinh tế trong việc sử dụng môi trường truyền dẫn cho các hệ thống hoạt động với tốc độ tối ưu. Hệ thống thông tin quang có rất nhiều ưu điểm, nổi bật là băng tần truyền dẫn rộng ở Việt Nam, mạng viễn thông đă và đang thực hiện chủ trương đi thẳng vào kỹ thuật mới tiên tiến nhất, nên mặc dù đang ở giai đoạn đầu của chiến lược phát triển mạng, đề án sử dụng thông tin cáp quang là chủ yếu và nó chiếm vị trí quan trọng ở các phương diện như cáp biến quốc tế, hệ thống đường trục quốc gia và nội hạt, nhất là ngành bưu chính - viễn thông Chính phủ càng quan tâm v́ đây là ngành có vai tṛ quan trọng trong cơ cấu hạ tầng cơ sở của nền kinh tế quốc dân, với việc lắp đặt các hệ thống vi ba số, vệ tinh nhất là sắp phóng vệ tinh nhân tạo (2003) là hàng loạt tuyến truyền dẫn cáp quang đă và đang trang bị đưa vào khai thác ở tất cả các trung tâm từ khu vực trung du miền núi đến các huyện, tỉnh, thành và các cửa ngơ quốc tế. Chính v́ thế mà phải có công tác đào tạo, bồi dưỡng đội ngũ kỹ thuật về lĩnh vực này là quan trọng và cấp thiết.
Được sự giúp đỡ tận t́nh và hướng dẫn trực tiếp của thầy Nguyễn Đức Thuận cùng các bài giảng của các thầy giáo, cô giáo trong cả trong cả quá tŕnh học tập đă giúp em hoàn thành bản báo cáo này cũng như sự hiểu biết rất nhiều về lĩnh vực thông tin quang.
Qua đây em xin chân thành cảm ơn sự nhiệt thành của thầy Nguyễn Đức Thuận cùng các thầy cô trong khoa điện tử - viễn thông cùng các bạn.
Do sự hiểu biết, thời gian có hạn và lần đầu tiên làm báo cáo thực tập chắc chắn không tránh khỏi những sai sót và vướng mắc, em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy, các cô cùng các bạn.

Chương ITổng quan về hệ thống thông tin quang
1.1. Giới thiệu hệ thống thông tin cáp sợi quang
Từ những suy nghĩ về thông tin quang đến những quá tŕnh nghiên cứu, đến nay có rất nhiều các loại h́nh hệ thống thông tin. Động cơ thúc đẩy sự ra đời của hệ thống thông tin mới là nâng cao độ tin cậy truyền dẫn, tăng tốc độ truyền dữ liệu để có thể truyền được nhiều thông tin hơn nữa hoặc tăng khoảng cách truyền dẫn giữa các trạm lặp.
Trước thế kỷ thứ XIX, tất cả các hệ thống thông tin đều thuộc loại có tốc độ rất thấp về cơ bản, chỉ dưới ánh sáng hoặc âm thanh như đèn tín hiệu hay kèn. Một trong những tuyến truyền dẫn ánh sáng được biết sớm nhất đó là sử dụng lửa của những người Hy Lạp trong những thế kỷ trước công nguyên để truyền tín hiệu báo động, lời cầu cứu hay các thông báo về những sự kiện nào đó.
Vào những năm 150 trước công nguyên, các tín hiệu nh́n thấy này được mă hoá theo các kư tù alphabet để sử dụng rộng răi phát đi những tín hiệu bản tin Những cải tiến có đầy sự nghiên cứu nhưng c̣n hạn chế về công nghệ, như tốc độ của 1 tuyến thông tin bị hạn chế bởi sử dụng mắt người làm thiết bị thu, chính v́ vậy mà đ̣i hỏi tuyến truyền dẫn phải có tầm nh́n thẳng và do ảnh hưởng của sương mù, mưa nên sẽ làm cho tuyến truyền bị gián đoạn, nhiễu, không tin cậy, v́ thế nên việc gửi các thông tin bằng sức người lại nhanh hơn và hiệu quả hơn.
Sự phát minh ra điện báo của Samuel F.B. Morse đă mở ra một kỷ nguyên thông tin mới - kỷ nguyên thông tin điện. Dịch vụ điện báo thương mại đầu tiên được sử dụng cáp đồng từ năm 1844 và trong các năm tiếp theo, các công tŕnh thông tin đă được mở rộng bằng việc xây dựng các tổng đài điện thoại vào năm 1878 và năm 1887 phát hiện ra bức xạ điện từ bước sóng dài. Năm 1895 ứng dụng bức xạ này để truyền vô tuyến.
Trong các hệ thống điện, dữ liệu được truyền các kênh thông tin bằng cách chồng các kênh thông tin lên một sóng điện gọi là sóng mang.
Tại phía thu thông tin được tách ra khỏi sóng mang và sử lư theo ư muốn. Lượng thông tin cần truyền liên quan trực tiếp đến dải tần sóng mang hoạt động.
Khuynh hướng trong việc phát triển của hệ thống thông tin điện là sử dụng các tần số cao dần lên phải tăng độ rộng băng truyền và dung lượng thông tin cũng được tăng lên tương ứng, dẫn đến sự ra đời của vô tuyến truyền h́nh, ra đa và các tuyến vi ba.
Các phần tử cơ bản của một hệ thống thông tin


[TABLE=align: left]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[/TABLE]






Đây là nguyên lư thông tin nguyên thuỷ.
Theo sơ đồ tín hiệu cần truyền đi sẽ được phát vào môi trường truyền dẫn, tương ứng ở đầu thu sẽ thu lại tín hiệu cần truyền. Như vậy, tín hiệu đă được thông tin từ nơi gửi tín hiệu đi đến nơi nhận tín hiệu đến. Đối với hệ thống thông tin quang th́ môi trường truyền dẫn ở dây là sợi dẫn quang, nó thực hiện truyền ánh sáng mang tín hiệu thông tin từ phía phát tới phía thu.
* Tiến tŕnh phát triển của hệ thống thông tin quang:
Vào năm 1960, việc phát minh ra tia laser để làm nguồn phát quang và sợi dẫn quang (nhưng độ suy hao lớn lên tới 1.000dB/km) đă mở ra một thời kỳ mới có ư nghĩa lớn trong kỹ thuật thông tin sử dụng dải tần số ánh sáng và tạo ra được một mô h́nh hệ thống có xu hướng linh hoạt hơn.
Vào năm 1970, đă chế tạo thành công sợi thủy tinh có độ suy hao bé (20dB/km), cho đến nay độ suy hao đạt tới mức cực nhỏ chỉ c̣n 0,154dB/km tại bước sóng 1500nm. Giá trị suy hao này gần đạt tới tính toán lư thuyết cho các sợi đơn mode là 0,14dB/km. Cùng với công nghệ chế tạo các nguồn phát quang và thu quang, sợi dẫn quang đă tạo ra các hệ thống thông tin quang với nhiều ưu điểm trội hơn so với hệ thống thông tin cáp kim loại.
- Suy hao truyền dẫn nhỏ
- Băng tần truyền dẫn lớn
- Không bị ảnh hưởng của nhiễu điện từ
- Có tính bảo mật tín hiệu thông tin
- Kích thước và trọng lượng nhỏ
- Sợi có tính cách điện tốt
- Tin cậy và linh hoạt
- Sợi được chế tạo từ vật liệu có sẵn
Nhờ đó mà đă được áp dụng rộng răi trên nhiều mạng lưới như tuyến đường trục, trung kế, liên tỉnh, thuê bao, kéo dài cho cả việc truy nhập vào mạng thuê bao, đáp ứng mọi yêu cầu từ trong nhà các cấu h́nh thiết bị, tới xuyên lục địa, vượt đại dương . Các hệ thống thông tin quang cũng rất phù hợp cho các hệ thống tuyền dẫn số không loại trừ tín hiệu dưới dạng ghép kênh nào.
Các tiêu chuẩn của Bắc Mỹ - Châu Âu hay Nhật Bản hiện nay các hệ thống thông tin đă được ứng dụng rộng răi trên thế giới, chúng đáp ứng các tín hiệu analog hay digital cho phép truyền dẫn tất cả các tín hiệu dịch vụ băng hẹp và băng rộng, đáp ứng mọi yêu cầu của mạng số liên kết đa dịch vụ (ISDN). Số lượng cáp đặt trên thế giới với số lượng rất lớn, ở đủ mọi tốc độ truyền dẫn với những cự ly khác nhau, các cấu trúc mạng đa dạng, có những nước phát triển mạnh mẽ, lấy cáp quang làm môi trường truyền dẫn mạnh mẽ chính trong mạng lưới viễn thông.








* Sự phát triển của hệ thống thông tin quang:
Biểu hiện qua H́nh 1












Các hệ thống hoạt động ở bước sóng 1550nm cho mức suy hao thấp nhưng lại có mức tán xạ tín hiệu lớn hơn ở bước sóng 1300nm. V́ mức tán xạ này có thể được khắc phục bằng cách sử dụng các sợi quang được chế tạo đặc biệt nên nó đă thu hút sự chú ư của tuyến truyền dẫn dưới biển và trên lục địa.












Cấu trúc các thành phần chính trong tuyến truyền dẫn quang:


[TABLE=align: left]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[/TABLE]

















H́nh 2






[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE=width: 100%]
[TR]
[TD]Sîi SI - MM

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE=width: 100%]
[TR]
[TD]Xung ra

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE=width: 100%]
[TR]
[TD]Xung vµo

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE=width: 100%]
[TR]
[TD]n[SUB]1[/SUB]

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE=width: 100%]
[TR]
[TD]n[SUB]2[/SUB]

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE=width: 100%]
[TR]
[TD]Sîi GI - MM

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE=width: 100%]
[TR]
[TD]Xung ra

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE=width: 100%]
[TR]
[TD]Xung vµo

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE=width: 100%]
[TR]
[TD]n[SUB]1[/SUB]

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE=width: 100%]
[TR]
[TD]n[SUB]2[/SUB]

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE=width: 100%]
[TR]
[TD]Sîi SI - MM

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE=width: 100%]
[TR]
[TD]Xung ra

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE=width: 100%]
[TR]
[TD]Xung vµo

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE=width: 100%]
[TR]
[TD]n[SUB]1[/SUB]

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE=width: 100%]
[TR]
[TD]n[SUB]2[/SUB]

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
Sợi đơn mode chỉ truyền duy nhất một mode, sợi đa mode có đường kính Dk khá lớn, c̣n sợi đơn mode có đường kính Dk là nhỏ.

[TABLE=align: left]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD=colspan: 5][/TD]
[TD=align: left][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[TD=colspan: 3][TABLE=width: 100%]
[TR]
[TD](H.3a)

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[TD=colspan: 2][TABLE=width: 100%]
[TR]
[TD](H.3b)

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD=colspan: 2][TABLE=width: 100%]
[TR]
[TD](H.3c)

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
























Nếu hiểu mode là các tia sáng thành phần được truyền dẫn th́ trong sợi đa mode có nhiều tia được truyền dẫn theo các đường đi khác nhau, c̣n trong sợi đơn mode chỉ có 1 mode được truyền là tia chạy song song với trục của sợi.
Nh́n chung, các hệ thống thông tin quang hiện nay phù hợp cho việc truyền dẫn tín hiệu số.
Các thành phần chính của 1 tuyến gồm có phần phát quang, cáp sợi quang và phần thu quang.
- Phần phát quang: được cấu tạo từ nguồn phát tín hiệu quang và các mạch điều khiển liên kết với nhau.
- Phần cáp sợi quang: gồm các sợi dẫn quang và các lớp vỏ bọc xung quanh để bảo vệ sợi khỏi bị tác động của môi trường bên ngoài.
- Phần thu quang: do bộ tách sóng quang và các mạch khuếch đại, tái tạo tín hiệu hợp thành.