Tìm hiểu về hệ thông tin quang.

gược. Dưới tác dụng của điện trường bên ngoài điện tử là hạt tải điện thiểu số bên P và N cổ trống là hạt tải điện thiếu số bên N chuyển qua P tạo thành dòng quang điện trên mạch ngoài. Cường độ ánh sáng quyết định số lượng các hạt tải điện được tạo ra. 2. Những thông số cơ bản. a. Hiệu suất lượng tủ. Là tỉ số giữa số điện tử được tạo ra và số lượng photon hấp thụ của chất bán dẫn. hiệu suất được viết bởi công thức. Trong đó: là hiệu xuất lương tử. ne: là số lượng điện tử được tạo ra nph là số lương photon hấp thụ. Mỗi chất bán dẫn chỉ nhạy với một khoảng bức sóng ánh sáng nhất định vì hiệu suất lượng tử của từng chất bán dẫn thay theo bước sóng của ánh sáng. b. Đáp ứng. Là tỉ số giữa dòng quang điện sinh ra và công suất quang tác động vào chất bán dẫn. Đáp ứng được viết bởi công thức: R = Trong đó: R: Đáp ứng có đơn vị là A/W. Iph dòng quang điện có đơn vị là A Ioph: Công suất quang có đơn vị là W R phụ thuộc vào hiệu suất lượng tử của vật liệu là hoạt động theo công thức Trong đó: e. Điện tích điện tử là e = 1,6.10-9 (hay As) h: Hằng số planck: h= 6,625-10-34 c. Độ nhạy. Đó là mức công suất ánh sáng nhỏ nhất mà linh kiện thu quang (PIN) thu được với tỷ số lồi BER theo tiêu chuẩn CCIII, BER = 10-10. Độ nhạy càng cao có khả năng tăng cự ly thông tin. d. Dải động. Là khoảng cách chênh lệch giữa mức công suất quang cao nhất và mức công suất quang thấp nhất mà linh kiện thu quang (PIN) thu được trong một giới hạn tỉ số lồi BER theo tiêu chuẩn. e. Tạp âm. Tạp âm trong các linh kiện thu quang được thể hiện dưới dạng dòng điện tạp âm. Các nguồn tạp âm đáng kể của linh kiện thu quang là: - Tạp âm nhiệt: Gây ra do R tải và diode thu quang và trở kháng của bộ khuếch đại đầu. Tạp âm nhiệt It phụ thuộc nhiệt độ, độ rộng bằng tạp âm, R tải hệ số tạp âm của bộ khuếch đại. I2t = .B Trong đó: K: Hằng số Bolizman 1,38 .10-38 J/0k T: nhiệt dộ tuyệt đối 0k B: Bề rộng bằng (Hz) R: Điện trở tải (ohm) - Tạp âm lương tử: Do biến động ngẫu nhiên năng lượng của photon đập vào diode thu quang. Dòng tạp âm lượng tử Iq được tính bởi. Iq2= 2.e.R.Popt.B = 2e.Iph.B - Tạp âm dòng tời là dòng điện chạy qua PIN khi chưa có ánh sáng chiếu vào nó tạp âm do dòng tời được tính bởi công thức. ID2 =2e.iD.B ID là dòng tời của diode phát quang 3. Diot thu PIN Cấu tạo của diode thu quang gồm 3 lớp bán dẫn P-I-N trong đó lớp I là lớp không pha tạp chất. Quá trình hấp thụ phonton để tách ra các điện tử và cổ trống xảy ra trong lớp I. Do đó lớp I càng dày thì hiệu suất lương tử càng cao nhưng thời gian trải điện tử sẽ càng chậm. Giảm khả năng làm việc với tốc độ cao của PIN. Bề dày lớp P phụ thuộc khả năng thâm nhập của ánh sáng và bán dẫn ánh sáng có dài thì khả năng thâm nhập càng lớn. Vòng tiếp xúc kim loại Cách điện (SiO2) Lớp chống phản xạ P I N Tiếp xúc kim loại ánh sáng Cấu tạo của Mode thu quang PIN. RS Id V1 V Iph = R. Popt Ta có mạch tương đương: Trong đó: Iph: Dòng điện Vi = VT. ln= R: Đáp ứng RS: R nối tiếp Id: Dòng qua diode VT = = 26mv ở 3000K IS: Dòng bão hòa của diode. 4. Diot thu APD. ứng dụng hiệu ứng nhận điện tử trong bán dẫn người ta chế tạo APD gồm 3 lớp là: P+, P-, PN-; Trong đó P+, PN- là hai lớp bán dẫn có nồng độ tạp chất cao còn P- là lớp có nồng độ tạp chất thấp. Dưới tác dụng của nguồn phân cực ngược quá trình nhân điện tử xảy ra trong vùng tiếp giáp PN- là cao nhất. Vùng này gọi là vùng thác lũ. Khi có ánh sáng chiếu vào các photon được hấp thụ trong lớp P- và tạo ra cặp điện tử - lỗ trống. Lỗ trống di chuyển về phía lớp P+ nối cực âm của nguồn còn điện tử di chuyển về phía tiếp giáp PN-. Điện trở cao trong vùng PN- sẽ tăng tốc độ cho điện tử. Điện tử va chạm vào các nguyên tử của tinh thể bán dẫn tạo ra các cặp điện tử và lỗ trống mới. Quá trình tiếp diễn và số lượng các hạt tải điện tăng lên rất lớn. Như vậy trong APD dòng quang điện đã được nhân lên M lần với M là số điện tử thứ cấp phát sinh ứng với một điện tử sơ cấp. Dòng quang điện do APD tạo ra sẽ là: Iph = R. M. Popt Trong đó: M: hệ số nhân R: Đáp ứng (A/w) Popt: Công suất quang (w) Hệ số nhân M thay đổi theo điện áp phân cực ngược và cũng phụ thuộc nhiệt độ nên việc giữ cho hệ số nhân M ổn định rất khó khăn. Ngoài ra, nếu vùng thác lũ càng rộng thì hệ số M cũng càng lớn. Nhưng lúc đó thời gian trôi của điện tử càng chậm nên tốc độ hoạt động của APD giảm. Giá trị của hệ số nhân M từ 10 1000 lần, trên thực tế chỉ chọn điểm phân cực cho APD sao cho M = 50 200 lần vì M càng lớn thì dòng nhiễu của APD cũng càng cao. Cấu tạo của một APD. Tiếp xúc N N- (Ingu Ac) N (Ingu AS) N (Iup) P (Iup) P (Iup) Tiếp xúc P ánh sáng Cấu tạo APD nhóm III - V 5. Đặc tính kỹ thuật của PIN và APD. - Độ nhạy: Độ nhạy của APD lớn hơn độ nhạy của PIN từ 5 15dB, tuy nhiên nếu dùng PIN kết hợp với FET thì độ nhạy của PIN - FET gần bằng độ nhạy của APD. - Điện áp phân cực: Điện áp phân cực của APD lớn hơn điện áp phân cực của PIN (APD khoảng Hà Nộiàg trăm vôn, PIN không dưới vài chục vôn).. - Dải động: Dải động của APD lớn hơn dải động của PIN và có thể điều chỉnh được bằng cách thay đổi điện áp phân cực để thay đổi hệ số nhân M. - Dòng tối của APD lớn hơn dòng tối của PIN. - Độ ổn định khi làm việc của APD nhỏ hơn PIN vì hệ số nhân của APD vừa phụ thuuộc điện áp phân cực vừa thay đổi theo nhiệt độ. * Ưu điểm của 2 loại tách sóng quang PIN và APD trái ngược nhau không giống như hai loại nguồn quang LED và Leser. Đặc tính kỹ thuật của leser tốt hơn LED về nhiều mặt trong khi đó APD chỉ hơn PIN về độ nhạy và tốc độ làm việc. Các mặt hạn chế của APD là: - Chế độ làm việc kém ổn định nên cần mạch điện phức tạp. - Dòng nhiễu lớn. - Điện áp phân cực cao và yêu cầu độ ổn định cao. - Giá thành cao. Do đó APD và PIN đều tồn tại song song. Có thể khắc phục được các nhược điểm của PIN bằng cách dùng kết hợp PIN với một transistor trường (FET). Trong mạch khuếch đại. Nếu linh kiện kết hợp này được gọi là PIN - FET chúng được sử dụng khá phổ biến trong cácd hệ thống thông tn quang hiện nay, độ nhạy của PIN - FET có thể so sánh được với APD. - 30 . - 40 . - 50 . - 60 . - 70 . . . . APD PIN - Tốc độ bít (b/s) 1 10 100 1000 2.5. Hàn nối sợi quang. 1. Các yêu cầu nối. Do những hạn chế về kỹ thuật chế tạo, phương tiện chuyển cũng như trong quá trình lắp đặt và vận hành hệ thống thông tin quang, việc hàn nối giữa các sợi quang với nhau hoặc giữa các sợi quang với linh kiện thu - phát đóng một vai trò quan trọng. Hàn nối tốt cũng làm giảm suy hao đường truyền hàn nối sợi quang gồm những phương pháp sau: + Dùng keo dính. + Hàn nối bằng hồ quang. + Dùng bộ nối tháo rời và bộ nối không tháo rời. Những phương pháp chính hiện nay là hàn nối bằng hồ quang gồm các bước như sau: a. b c d Quá trình hàn nối sợi a. Dùng hóa chất để tẩy và tách sạch lớp vỏ bảo vệ của 2 sợi quang cần nối kẹp 2 đầu lên bộ giá đỡ. b. Điều chỉnh cho 2 đầu sợi dây gần nhau (bằng 10% đường kính lõi) c. Đóng mạch tia lửa điện. Quá trình này xảy ra tự động thời gian phóng điện được tính toán sao cho phù hợp với từng loại sợi và kích thước của sợi. d. Nối xong nếu khuyết tật phải cho hàn lại. e. Gia cố cơ học để bảo vệ mối nối. Ngày nay các máy hàn đã được thiết kế hiện đại, việc hàn nối đã được máy hàn tự động hàn hết các khâu quan trọng. Con người chỉ thực hiện các động tác đơn giản như: tách sợi, tẩy bỏ lớp bảo vệ, bọc mối nối, hàn nối vỏ gia công chịu lực bảo vệ các mối nối. Do đó tiêu hao mối hàn nối rất thấp. Máy hàn cũ sản xuất năm 1992 tiêu hao hàn nối: = 0,2 0,6dB Máy hàn mới sản xuất năm 1995: tb = 0,038dB Trong thực tế thường chấp nhận: = 0,1dB Sau đây là một vài ví dụ suy hao do mối hàn của máy Furukawa - S5147S của Nhật. Số mối hàn (n) Suy hao (dB) 40 30 20 10 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 Phân bố suy hao của mối hàn (sợi đa mode) n: Số mối hàn AVG: Suy hao trung bình : Suy hao trên một mối hàn 2.6. Hệ thống thông tin quang. 1. Khái niệm. Một hệ thống thông tin quang bao gồm: - Linh kiện phát quang ở phần phát - Cáp quang - Cáp bộ nối - Các thiết bị tiếp vận và các thiết bị ghép kênh - Chỗ hàn nối - Linh kiện thu quang ở phần thu Các hệ thống đang sử dụng hiện nay thuộc loại điều chế và tách sóng quang trực tiếp, không thông qua một giai đoạn biến đổi tần số quang nào. Và truyền T/h số (Digital) xd T/h điều chế xung mã PCM qua các bước ghép kênh số cấp cao để tận dụng khả năng truyền dẫn băng rộng của sợi quang. Để mở rộng dải thông tin truyền dẫn và kéo dài cự ly tiếp vận các phần tử sau được chọn: - Sợi quang loại dơn Mode SM, hoạt động ở bước sóng 1300nm hoặc 1550nm. - Nguồn quang: Sử dụng laser đơn mode. - Tách sóng quang: Sử dụng diode quang APD hoặc PIN - FET. 2. Cấu trúc hệ thống thông tin quang. * Chức năng: - Hướng phát: Tiếp nhận tín hiệu từ thiết bị ghép kênh đưa đến, đổi tín hiệu điện sang dạng mã thích hợp với đường dây quang và cho tín hiệu điện kích thích nguồn quang phát ra tín hiệu quang. - hường thu: Tín hiệu quang được chuyển thành tín hiệu điện. Sau khi được khuếch đại, phục hồi, tín hiệu điện được chuyển sang mã thích hợp với thiết bị ghép kênh. * Hướng phát: + Sử dụng: Từ đầu vào (ghép kênh) có một chuỗi xung tín hiệu điện đưa đến, đi qua bộ sử dụng xung, san bằng san khi đã được khuếch đại. Đồng thời được đồng bộ (xác định xung clock). + Biến đổi mã: B/v (Bipalar/ Unipolor): Mã truyền dẫn của tín hiệu điện thường là mã nhị cực có 3 trạng thái + V, 0, - V không phù hợp với đường truyền dẫn quang. Là loại chi 2 trạng thái sáng và tối. Do đó khối đổi mã chuyển tín hiệu ở mã nhị cực sang mã đơn cực. Mã nhị cực thường dùng là mã HDB3 còn mã đơn cực thường dùng là mã NRZ. + Ngẫu nhiên hóa: (SCR: Scramhler): Có tác dụng trộn chuỗi xung một cách ngẫu nhiên theo một quy luật nhất định để tránh sự lặp lại một chuỗi dài các bít giống nhau. Sự sáo trộn này làm cho sự phân bố phổ của tín hiệu cần chuyển động đều hơn. + Mã hóa: Lại một lần nữa chuỗi xung được đổi sang dạng mã thích hợp với đường truyền dẫn quang. Loại mã này tác dụng tránh tình trạng xuất hiện các nhóm bít chứa nhiều bít "1" hoặc "0" liên tiếp đầu thu không nhận được. Trừ một nhóm bít để phát hiện lỗi. Loại thường dùng là mã 5B. 6B. Một nhóm 5 bít được đổi thành 6 bít. 5B: gồm 32 nhóm tổ hợp: 6B: gồm 64 nhóm tổ hợp 00000 000000 00001 000001 … … 11111 111111 Trong 64 hàng của mã 6B người ta chọn lấy 32 hàng không chứa 5 số không liên tiếp. Do đó 32 trường hợp 5B cho tương ứng 32 trường hợp 6B đã được chọn. Số bít 5B đổi thành 6B tăng thêm 20%: tức là tốc độ bít tăng thêm 6/5 lần khi dùng mã 5B 6B. Nếu truyền tốc độ 35MB/s thì tốc độ trên đường dây quang là 42MB/s, 140MB/s trở thành 168 MB/s. Người ta có thể dùng 32 tổ hợp để phát hiện lỗi. + Mạch kích thước: Tổng hợp dòng điện phân cực và chuyển xung tín hiệu để kích thích nguồn quang. Chuyển từ Uxung -> Ixung. + Nguồn quang: Linh kiện thường là laser. Công suất phát luôn được mạch điều khiển công suất APC. Thăm dò để điều chỉnh dòng phân cực nhằm giữ cho công suất quang được ổn định. * Hướng thu: + Mạch thu quang: Biến đổi tín hiệu quang sang tín hiệu điện sử dụng diode quang sang tín hiệu điện sử dụng diode thu quang có thể là PIN hoặc APD trong đó có mạch điều khiển khuếch đại. + Khối khuếch đại: Tín hiệu thu, điều chỉnh được bộ khuếch đại để giữ mức tín hiệu ra đồng đều khi tín hiệu vào thay đổi. Mạch điều chỉnh bộ khuếch đại AGC làm nhiệm vụ này. + Mạch phục hồi: Qua đường truyền ngoài việc biên độ tín hiệu bị suy giảm do suy hao sợi quang, dạng tín hiệu còn bị méo do tán sắc của sợi. Mạch phục hồi có tác dụng khôi phục lại xung và định lại thời gian nhịp của quang. + Giải mã: Chuyển từ mã 6B về 5B theo quy tắc đã mã hóa ở đầu phát và phát hiện cảnh báo trong bộ giảm sát. + Giải ngẫu nhiên: Trộn tín hiệu theo quy luật ngược lại quá trình ngẫu nhiên hóa ở đầu phát. + Đổi mã: Chuyển từ mã đơn cực sang mã nhị cực sau đó chuyển đến thiết bị ghép kênh. + Tín hiệu nghiệp vụ: Được chuyển sang dạng số, đưa vào mạch kích thích để điều chế biên độ tín hiệu quang của luồng tín hiệu chính. ở hướng thu tín hiệu nghiệp vụ được tách ra từ khối khuếch đại. + Thiết bị ghép kênh: Thiết bị ghép kênh trong hệ thống thông tin quang hiện nay là thiết bị ghép kênh số. tín hiệu được biến đổi thành tín hiệu điều chế xung mã (PCM) và ghép kênh theo nguyên tắc phân kênh thời gian (TDM) các tiêu chuẩn PCM được dùng hiện nay là: Tiêu chuẩn Châu Âu (CEPT) tốc độ luồng tín hiệu số cơ bản là 2.048 Mb/s gồm 30 kênh, tốc độ mỗi kênh là 64 Kb/s. Tiêu chuẩn Bắc Mỹ và Nhật Bản: Tốc độ luồng cơ bản là 1,54 Mb/s gồm 24 kênh, tốc độ mỗi kênh là 64 Kb/s. Tiêu chuẩn Đặc trưng Cấp bậc Cấp 1 Cấp 2 Cấp 3 Cấp 4 Cấp 5 Châu âu Tốc độ bit Hệ số nhân Số kênh thoại 2.048 8.448 34.368 139.264 2.048 4 4 4 4 30 480 480 1920 7680 Bắc Mỹ Tốc độ bit Hệ số nhân Số kênh thoại 1.544 6.312 44.736 274.176 565 1.544 4 7 6 2 24 96 672 4032 8064 Nhật Bản Tốc độ bit Hệ số nhân Số kênh thoại 1.544 6.312 32.064 97.728 397.2 1.544 4 5 3 4 24 96 480 1440 5760 ở Việt Nam xây dựng hệ thống ghép kênh theo tiêu chuẩn Châu Âu. Một kênh thoại tiêu chuẩn có phổ giới hạn 0,3 3,4 KHZ được chuyển sang dạng số có tốc độ 64 Kb/s. Một kênh truyền thanh được truyền với tốc độ 384 Kb/s tương đương với 6 kênh thoại. * Thiết bị tiếp vận: Khác với thiết bị trạm đầu cuối, thiết bị trạm tiếp vận giao tiếp với đường dây quang ở cả 2 phía. Trong thiết bị tiếp vận không có các khối mã B/V ngẫu nhiên mã hóa và các bộ biến đổi ngược lại. Vì dạng mã trên đường dây quang được giữ nguyên chức năng của các khối còn lại tương tự chức năng của các khối tương ứng trong thiết bị trạm đầu cuối. 3. Mã hóa hệ thống thông tin quang. Chuỗi tín hiệu PCM có dạng phù hợp trong môi trường truyền dẫn điện. Thông dụng hiện nay thường là mã HDB3 là mã nhị phân mật độ cao có cực đại 3 số không liên tiếp và có trạng thái - 1, 0, +1. Mã này không thể truyền trên sợi quang. Do tín hiệu quang chỉ có 2 trạng thái sáng và tối. Để phù hợp với trạng thái sáng, tối thì tốt nhất dùng mã đơn cực và hướng dùng là NRZ. Người ta thường thực hiện đổi mã theo xu hướng sau: - Đối với hệ thống có dung lượng nhỏ, tốc độ 2 hoặc 8 Mb/s thì sử dụng phương pháp đổi mã đơn giản có thể băng tần truyền dẫn bị rộng ra nhưng cũng chưa ảnh hưởng thường dùng mã 1B/ 2B tức là truyền 1 bít thành hai bít 01 hoặc 10. - Đối với hệ thống có dung lượng lớn, tốc độ bít từ 34 Mb/s trở lên thì cần thực hiện đối mã phức tạp tránh làm tăng độ rộng băng truyền. Một phương pháp đơn giản là đổi mã HDB-3 sang mã đảo cực CMI theo quy tắc là một dấu hiệu HDB-3 được đổi thành một cấu hiệu CMI như sau: Dấu hiệu nhị phân 0 1 Dấu hiệu mã HDB-3 0 +1 hoặc -1 Dấu hiệu mã CMI 01 11 hoặc 00 Mã CMI là mã NRZ (nhị phân đơn cực Not Retum tozero) không trở về mức không. Bít "0" được ký hiệu 01, bít 1 được ký hiệu 11 hoặc 00 trong khoảng khe thời gian. Bộ ngẫu nhiên hóa SCN đã làm sáo trộn truổi tín hiệu để tránh xuất hiện truổi "0" "1" không làm tăng độ rộng băng truyền dẫn. Song không loại trừ hết các chuỗi "0" "1" do tính ngẫu nhiên của nó. Do vậy phải sử dụng thêm hệ mã hóa để biến đổi lại một lần nữa. Hiện nay nhiều hệ thống đang sử dụng loại mã khối 5B, 6B. Để làm tăng tốc độ truyền do số bít tăng lên sau khi được mã hóa và không làm tăng độ rộng băng truyền dẫn lên nhiều. Sau đây là bảng đổi mã 5B 6B của Marconi: 00000 00001 00010 00011 00100 00101 00110 00111 01000 01001 01010 01011 01100 01101 01110 01111 10000 10001 10010 10011 10100 10101 10110 10111 11000 11001 11010 11011 11100 11101 11110 11111 110010+ 110011- 110110- 100011+ 110101- 100101+ 100110+ 100111- 101011- 101001+ 101010+ 001011+ 101100+ 101101- 101110- 001110+ 110001+ 111001- 111010- 010011+ 110100+ 010101+ 010110+ 010111- 111000+ 011001+ 011010+ 011011- 011100+ 011101- 011110- 001101+ 110010- 100001+ 100010+ 100011- 100100+ 100101- 100110- 000111- 101000+ 101001- 101010- 001011- 101100- 000101+ 000110+ 001110- 110001- 010001+ 010010+ 010011- 110100- 010101- 010110- 010100+ 011000+ 011001- 011010- 001010+ 011100- 001001+ 001100+ 001101- Bảng gồm một cột 5B và 2 cột 6B. Các tổ hợp 6 bit được dùng có số bit, "1" "0" chênh lệch không quá 2 bao gồm tổ hợp chứa 3 bit "0" và bít "1" hoặc 4 bít "0" và 2 bít "1" hoặc 2 bít "0" và 4 bít "1". Khi độ chênh lệch bằng 2 nhóm kế tiếp được tra ở cột khác. 2.7. Thiết kế tuyến thông tin quang. 1. Yêu cầu: Kỹ thuật thông tin quang phát triển với tốc độ nhanh. Có nhiều hệ thống quang đang được sử dụng hiện nay dẫn đến sự khác nhau về loại sợi, bước sóng công tác, loại linh kiện thu phát quang… Do đó khi thiết kế truyền thông tin quang người ta cố gắng chọn các phần tử cùng thế hệ để giảm chi phí lắp đặt. * Cơ sở của việc lựa chọn: - Sợi quang: Thường chọn sợi đơn một (SM) để giảm suy hao và tăng giải thông dễ hàn nối tăng cự ly truyền dẫn. - Bước sóng: Bước sóng 1300mm đang được sử dụng phổ biến vì độ tán sắc của sợi là thấp nhất. Khi cần truyền với cự ly tiếp vận dài người ta chọn bước sóng 1550mm do độ suy hao ở bước sóng này thấp nhất. Đặc biệt dùng sợi đơn mode dịch tán sắc sợi quang làm việc ở bước sóng 1500m có độ tán sắc rất nhỏ. - Linh kiện thu quang: + LED: Hoạt động ổn định hơn và giá thành rẻ hơn nên được chọn trong những hệ thống mà sự hạn chế về công suất phát và bề rộng phổ của nó không ảnh hưởng đến hệ thống. + LESER: Được chọn trong những tuyến có cự ly dài và tốc độ truyền dẫn cao. - Linh kiện: Có thể chọn PIN hoặc APD ngày nay người ta thường chọn APD hoặc PINFET. * Chọn thiết bị. Chọn thiết bị chuẩn với hệ thống đáp ứng được mọi chỉ tiêu cho phép. Ngày nay các thiết bị đều được chọn để áp dụng công nghệ SDH và đều có chuẩn. Cự ly L (km) <2km <15km <40km <80km Dung lượng B (MB/s). 155 MB/s STM-1 dung lượng 1920 kênh 622 Mb/s STM-4 dung lượng 4 x 1920 kênh 2500 Mb/s STM-16 dung lượng 16 x 1920 kênh Mã hiệu các hệ thống SDH. Trong bảng: I (Intraband) cự ly S (Sboztband) L (long) số chỉ dung lượng * Chọn thiết bị chuẩn. Chỉ tiêu kỹ thuật cần phát * Phát: - Source: , PS phát cực đại: công suất phát cực tiểu. - Khoảng cách giữa phát và thu (S - R) Receiver. - Tiêu hao cho phép tính bằng dB. - Tiêu hao trên sợi L (km) + Tiêu hao mối hàn + Tiêu hao Jack nối + Tiêu hao dự phòng do linh kiện già hóa. - Mức tắn sắc cho phép. * Thu: + Chỉ tiêu kỹ thuật: - P receiver, Prmin, Prmax. - Prmin: chỉ đảm bảo tỉ số BER (lỗi bít) 10-9 10-10. - Prmax: Đảm bảo an toàn. Tránh tín hiệu tới đầu thu lớn cháy đầu thu. 2. Tính toán thiết kế tuyến: Việc tính toán tuyến truyền dẫn quang có thể được tiến hành theo nhiều hướng, phụ thuộc vào yêu cầu đặt ra. Tính cự ly tối đa của đoạn tiếp vận. Biết tốc độ bit và đặc tính của các phần tử trong tuyến. Tính giới hạn đặc tính của các phần tử khi biết tốc độ và cự ly cần truyền. Thường công suất phát của LD ghép vào sợi quang chỉ khoảng 1mW (odB/m). Thực tế: Tiêu hao bộ nối, Jack nối (nonnecfor). Biến động mức điện phát sai số do đo. Linh kiện bị già hóa. Suy hao của sợi quang. Sau đây là biểu đồ suy hao tính toán truyền dẫn PS Pr OF Jack Hàn PS Pr Tiêu hao do Jack Do sai số đo đạc Linh kiện già hóa Jack Do sai số đo đạc Linh kiện già hóa Port Dbm 10 10 1 0 0,1 -10 0,01 -20 0,001 -30 0,0001 -40 - Suy hao trung bình mỗi khớp nối là 0,5 dB (ít nhất là 2 giắc). - Suy hao mối hàn phụ khi sửa chữa. Thông thường nên trừ suy hao dự phòng cho cáp quang khoảng (0,2 dB 0,3 dB). - Dự phòng do thiết bị lão hóa 0,3 dB 5dB. * Cách tính quỹ tổng quát: Quỹ công suất của tuyến là: Pb (dB) = Pt - Pr - Lm - Lc PS: Công suất phát Pr: Độ nhạy máy thu tại điểm R Lm: Suy hao dự phòng Lc: Suy hao mối hàn, giắc cắm. Quỹ công suất -nmối hàn Khoảng cách tối đa của trạm tiếp vận. a(dB/Km) Lmax (Km) = : Suy hao sợi quang. + : Suy hao trung bình của mối hàn/km. Chiều dài cuộn cáp Suy hao trung bình mỗi mối hàn = : Độ suy hao trung bình của sợi quang. : Suy hao dự phòng cho cáp + Suy hao trung bình của cáp là: (db/km) = + + - Tính cự ly giới hạn do giải thông. - Các thông số cần biết. + Tốc độ bít cần truyền: 8,34; 140, 565 MB/s + Loại mã đường dây được sử dụng. Khi dùng mã 1B. 2B thì tốc độ truyền tăng gấp đôi. 5B. 6B thì tốc độ truyền tăng 6/5 lần. + Độ tán sắc Mode (GHz. Km) + Độ tán sắc thể + Độ rộng phổ của quang. - Cách tính: Dải thông được tính B = 0,44 Dt (GHz) Dt: Độ tán sắc (ns) + Độ tán sắc của tuyến: Dt = Tán sắc Mode Dmod được tính: Dmod = 0,44/BL BL dải thông giới hạn bởi tán sắc mode K (GHz. Km) L Cự ly giới hạn bởi quỹ công suất (Km) Tán sắc sắc thể Dchr được tính: Dchr = Dmat + Dwg, Dwg << Dmat Dchr Dmat dmat. Trong đó: Dmat: tán sắc chất liệu (hs) Dwg: tán sắc ống dẫn sóng dmat: tán sắc chất liệu (hs/ nm. km) : Độ rộng phổ của nguồn quang (nm) - Độ rộng phổ tối đa cho phép Dmax = 1/4Br Br = tốc độ bít x hệ số tăng bít của mã đường dây Br: Tốc độ bít thực sự (Gbit/s) So sánh Dt với Dmax Nếu Dt Dmax: Dải thông bị giới hạn Nếu Dt > Dmax: Dải thông không bị giới hạn. Nhưng phải giảm cự ly của đoạn tiếp vận cho Dt = Dmax Sợi đơn Mode không có tán săc Mode nên: Dt = Dchr = dmat. Độ tán sắc của sợi đơn Mode rất nhỏ, đặc biệt khi dùng ở bước sóng 1300nm, nên giải thông của sợi đơn mode rất rộng. Trong nhiều trường hợp người ta không cần thiết tính cự ly giới hạn do dải thông. 3. Ví dụ về tính toán. VD1: Cho công suất PS = OdBm = 1mW Tiêu hao do Jack mất 1dB, do đó 1dB, già hóa linh kiện 3dB, tiêu hao trên mối hàn 0,1dB. Phía thu Pr = -2,5dBm. Quỹ công suất S-R = 19dB = 25dB -1-2-3dB. Do có 2 mối hàn. Tính cự ly cực đại của hệ thống. Giải: Sợi quang = 1310nm -> = 0,4 dB/km = 1550nm -> = 0,25 dB/km Llý tưởng = = 47,5km. Giả sử dùng cuộn cáp dài 1km để lắp đặt ta có số mối hàn giữa các sợi 47-1-46dB. Vậy tiêu hao do mối hàn 46 x 0,1 = 4,6dB. Vậy Lmax = = 26km VD2: Thiết kế tuyến theo yêu cầu cự ly: L = 35km B = 622 Mh/s B1: Tra bảng để chọn linh kiện. L4.1 có độ dài 40km Sợi quang G652 Có hệ số suy hao = 0,4dB/km. Độ tán sắc = ops. B2: Tra bảng chọn thông số của thiết bị L4.1 Psmax = + 2dBm Prmax = - 2,8 dBm Psmin = - 3 dBm Prmin = - 8dBm Quỹ công suất S - R = 10 24dB B3: Tính P2 điều kiện - 28km Pr - 8dBm Tính: Pmax = Psmax - mối hàn - già hóa - giác nối sợi = 0,4 x 3,5km = 14dB già hóa = 0 (do thiết bị mới); Jack = 1 x 2 = 2dB. Do đó: Pmax = 2dB - 14 - 3,4 - 2 = 17,4 dBm Tính Prmin = Psmin - sợi - mối hàn - giác nối = - 3 - 14 - 3,4 - 2 - 1dB (dự phòng buồng quá lớn). = - 22,4 dBm Thiết bị tính toán ta có: - 22,4 dBm < Pr = 17,4dBm. Thỏa mãn điều kiện - 28dB Pr - 8dB Thiết bị đạt yêu cầu. Lưu ý: Gỉa sử Pmin tính được < - 28dBm. Ta có thể chỉnh Psmin trong khoảng (-3, + 2) hoặc chọn thiết bị cấp cao nếu độ chênh lệch quá lớn. VD3: Dùng sợi đa mode để truyền tốc độ 8Mb/s mã 5B. 6B Biết: Ps = -20dBm, độ nhạy máy thu Pr = -51dB, Jack = 1 x 2 = 2dB, mối hàn = 0,1 Cuộn cáp: 2km Giới hạn giải thông tán sắc mode Bz = 1GHz tán sắc chất liệu. Dmat = 3,5Ps/ nm. km. Độ rộng phổ = 100nm Suy hao dự phòng do thiết bị Lm = 4dB. Suy hao dự phòng cho cáp m = 0,15 dB/km Suy hao trung bình sợi = f = 0,5 dB/km Tính Lmax = ? B1: Xác định quỹ công suất. Db = Ps - Pr - Lm - Jack = - 20dBm = (-51dBm) - 4dB - 2dB = 25dB Suy hao trung bình của cáp: c = f + s + m (s = mối hàn/ Lcuộn cáp) = 0,5 + 0,1/2 + 0,15 = 0,7 dB/km Cự ly giới hạn bởi Pb: L = Pb/c = = 36km B2: Với độ tán sắc Dmode = = = 16hs Độ tán sắc sắc thể: Dchr = dmat. = 3,5. 100.36 = 12hs Độ tán sắc tổng cộng: Dt = Độ tán sắc cho phép: Dmax = So sánh Dt < Dmax nên dải thông không bị giới hạn Vậy cự ly L = 36km Phần II Công nghệ truyền dẫn SDH Chương I Sơ lược về công nghệ truyền dẫn 1.1 Kĩ thuật điều chế xung mã. 1.1.1 Cấu hình cơ bản của tuyến truyền tin PCM Trong mạng số việc truyền dẫn tiếng nói được thực hiện bằng số. Để thực hiện được điều đó người ta phải thực hiện quá trình biến đổi tín hiệu từ tương tự sang tín hiệu số. Quy trình biến đổi đó được gọi là kĩ thuật PCM (Plulse Code Modunlation) hay còn gọi là điều chế sung mã. Trong kĩ thuật PCM người ta sử lý tín hiệu tương tự qua ba giai đoạn cơ bản sau: - Lấy mẫu (Sampling) - Lượng tử hoá (Quantitation) - Mã hoá (Coding) Sau giai đoạn trên, tín hiệu tương tự sẽ được mã hoá và truyền đi tới đầu thu. Tại đây người ta sẽ thực hiện tái tạo tín hiệu ban đầu. Công việc này được gọi là quá trình giải mã (Decoding). Quá trình này được thực hiện theo thứ tự đảo đúng như quá trình mã hoá. Tái tạo và thuyền dẫn Lấy mẫu Mã hoá Tái tạo và trễ Giải mã Lọc Đầu vào tương tự Đầu ra số Đầu ra số Phần thu Phần phát Cấu hình cơ bản của phương pháp PCM. Đầu ra tương tự 1.1.2 Cơ sở lý thuyết PCM Hệ thống PCM có khả năng truyền những đặc tính của một đường cong tiếng nói phức tạp trong Modem chỉ có hai điều kiện sử lý “Đóng” và “Mở”. a). Lấy mẫu: Nguyên tắc cơ bản của điều xung mã là quá trình chuyển đổi các tín hiệu liên tục như tiếng nói thành tín hiệu số rời rạ