Chu C«ng CÈn
Bμi gi¶ng
Hµ Néi – 2007
Lêi nãi ®Çu
Ngµy nay trong xu h−íng héi nhËp toµn cÇu, nhu cÇu trao ®æi th«ng
tin ngµy cµng ph¸t triÓn. C¸c dÞch vô th«ng tin ngµy cµng t¨ng c¶ vÒ sè
l−îng vµ chÊt l−îng, chóng hÕt søc ®a d¹ng vÒ tèc ®é còng nh− dung
l−îng, tõ c¸c dÞch vô th«ng tin b¨ng tÇn hÑp nh− Telex, Fax, tho¹i… ®Õn
c¸c dÞch vô th«ng tin b¨ng tÇn réng nh− tho¹i h×nh, truyÒn h×nh…Víi
nhu cÇu nµy, c¸c hÖ thèng th«ng tin cÇn ph¶i cã tèc ®é vµ dung l−îng
cao ®Ó s½n sµng ®¸p øng mäi nhu cÇu dÞch vô mµ vÉn b¶o ®¶m chÊt
l−îng theo yªu cÇu. §©y lµ vÊn ®Ò hÕt søc khã kh¨n ®èi víi c¸c hÖ thèng
th«ng tin sö dông c¸p kim lo¹i vµ c¸c hÖ thèng th«ng tin v« tuyÕn. HÖ
thèng th«ng tin quang ra ®êi ®· gi¶i quyÕt ®−îc c¸c vÊn ®Ò trªn vµ nã ®·
thÓ hiÖn ®−îc tÝnh −u viÖt h¬n h¼n so víi c¸c hÖ thèng truyÒn dÉn kh¸c.
HÖ thèng th«ng tin quang ®−îc x©y dùng vµ ph¸t triÓn trªn c¬ së cña
c¸c c«ng nghÖ hiÖn ®¹i vµ tiªn tiÕn ®ã lµ: C«ng nghÖ quang l−îng tö,
c«ng nghÖ truyÒn dÉn ¸nh s¸ng vµ c«ng nghÖ ®iÖn tö ‐ tin häc. C¸c hÖ
thèng th«ng tin sîi quang ®· thÓ hiÖn ®−îc nh÷ng −u ®iÓm v−ît tréi trªn
c¸c mÆt: Cã dung l−îng vµ tèc ®é truyÒn dÉn cao, suy hao hÖ thèng nhá,
cù ly th«ng tin xa, chÊt l−îng th«ng tin cao, tÝnh b¶o mËt th«ng tin tèt,
kÝch th−íc hÖ thèng nhá, cÊu h×nh hÖ thèng linh ho¹t… HiÖn t¹i còng
nh− trong t−¬ng lai, hÖ thèng th«ng tin quang sÏ dÇn dÇn thay thÕ c¸c hÖ
thèng truyÒn dÉn c¸p kim lo¹i. Do vËy, viÖc nghiªn cøu vµ n¾m b¾t hÖ
thèng th«ng tin quang lµ vÊn ®Ò rÊt quan träng vµ hÕt søc cÇn thiÕt.
C¸c phÇn tö c¬ b¶n cÊu thµnh hÖ thèng th«ng tin quang bao gåm c¸c
nguån quang, sîi quang, bé t¸ch sãng quang vµ c¸c phÇn tö ®Êu nèi.
ViÖc nghiªn cøu c¸c phÇn tö ph¶i ®−îc ph©n tÝch vµ ®¸nh gi¸ mét c¸ch
®Çy ®ñ tõ cÊu tróc, c¸c th«ng sè ®Æc tÝnh ®Õn kh¶ n¨ng øng dông cña
chóng trªn hÖ thèng th«ng tin quang. C¸c vÊn ®Ò nªu trªn chÝnh lµ c¬ së
kü thuËt ®Ó ph©n tÝch, ®¸nh gi¸ vµ thiÕt kÕ c¸c hÖ thèng th«ng tin quang
®¸p øng ®Çy dñ c¸c yªu cÇu vÒ kü thuËt vµ chØ tiªu kinh tÕ.
MÆc dï ®· hÕt søc cè g¾ng nh−ng cuèn s¸ch kh«ng thÓ tr¸nh
khái nh÷ng thiÕu sãt trong qu¸ tr×nh biªn so¹n, t¸c gi¶ rÊt mong nhËn
®−îc sù ®ãng gãp ý kiÕn phª b×nh cña c¸c ®ång nghiÖp vµ b¹n ®äc ®Ó cã
thÓ hoµn thiÖn h¬n. Mäi ý kiÕn ®ãng gãp xin göi vÒ hép th−:
[email protected] hoÆc Bé m«n Kü thuËt th«ng tin – P.706‐A7‐ §¹i
häc Giao Th«ng VËn T¶i, Hµ Néi.
Hµ Néi, ngµy 02 th¸ng 07 n¨m 2007
T¸c gi¶
C¬ së kü thuËt th«ng tin sîi quang
Chu C«ng CÈn
Ch−¬ng 1
Tæng quan vÒ hÖ thèng th«ng tin quang
1.1 Kh¸i qu¸t chung
Tõ xa x−a, mét trong nh÷ng ®iÒu quan t©m chñ yÕu trong cuéc sèng
cña loµi ng−êi lµ t×m ra c¸c hÖ thèng th«ng tin ®Ó göi ®i c¸c b¶n tin tõ
n¬i nµy ®Õn n¬i kh¸c. BÊt kú mét hÖ thèng th«ng tin nµo còng gåm c¸c
phÇn tö c¬ b¶n nh− trªn h×nh vÏ 1‐1
H×nh 1‐1: C¸c phÇn tö c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng tin
C¸c phÇn tö nµy còng bao gåm c¶ n¬i ®Çu tiªn cña nguån tin lµ n¬i
®−a mét b¶n tin tíi m¸y ph¸t. M¸y ph¸t tËp hîp c¸c b¶n tin trong kªnh
truyÒn dÉn ë cïng mét d¹ng tÝn hiÖu vµ s¾p xÕp theo ®Æc tÝnh cña kªnh.
Kªnh truyÒn dÉn lµ cÇu nèi kho¶ng c¸ch trung gian gi÷a m¸y ph¸t vµ
m¸y thu, nã cã thÓ lµ c¸c ®−êng truyÒn dÉn nh− c¸p kim lo¹i, èng dÉn
sãng, hoÆc truyÒn dÉn trong kh«ng khÝ. Khi tÝn hiÖu lan truyÒn trong
kªnh truyÒn dÉn nã cã thÓ bÞ ¶nh h−ëng tíi hai mÆt ®ã lµ bÞ suy gi¶m vµ
bÞ biÕn d¹ng tÝn hiÖu theo sù t¨ng cña kho¶ng c¸ch truyÒn lan. Chøc
n¨ng cña m¸y thu lµ thu nhËn tÝn hiÖu ®· bÞ suy yÕu vµ mÐo d¹ng tõ kªnh
truyÒn dÉn, khuÕch ®¹i chóng vµ håi phôc chóng trë l¹i nguyªn d¹ng
gièng nh− tr−íc khi chóng ®−îc chuyÓn ®Õn n¬i nhËn tin.
1.1.1 C¸c h×nh thøc cña c¸c hÖ thèng th«ng tin
Trong lÞch sö th«ng tin cã rÊt nhiÒu c¸c hÖ thèng th«ng tin xuÊt hiÖn.
Sù thóc ®Èy chñ yÕu sau mçi mét d¹ng míi lµ c¶i tiÕn c¸ch thøc truyÒn
Optical Fiber Communication
5
C¬ së kü thuËt th«ng tin sîi quang
Chu C«ng CÈn
dÉn cò nh»m t¨ng sè l−îng ®−êng kªnh, tèc ®é sè liÖu ®Ó cã thÓ göi ®i
®−îc nhiÒu b¶n tin h¬n n÷a hoÆc lµ t¨ng cù ly gi÷a c¸c tr¹m chuyÓn tiÕp.
M«i tr−êng truyÒn dÉn.
Tö ngo¹i
Nh×n thÊy
10‐6 m
800 nm
Sîi quang
2.55mm
Hång ngo¹i
1 cm
10 cm
1m
10 m
100 m
Sãng
Milimeter
Siªu cao tÇn
(SHF)
Tia Laser
èng dÉn sãng
Viba
TÇn sè cùc cao
(UHF)
C¸p ®ång
1 km
V« tuyÕn
sãng dµi
TÇn sè thÊp
(LF)
TÇn sè rÊt thÊp
(VLF)
100 k m
¢m tÇn
Hµng h¶i
VÖ tinh ‐ VÖ tinh
ChuyÓn tiÕp viba
Tr¹m mÆt ®Êt ‐ V.tinh
Radar
1015 Hz
1014 Hz
100 GHz
10 GHz
1 GHz
Hµng kh«ng, Mobile
V« tuyÕn
sãng ng¾n
Trung tÇn
(MF)
10 km
Tho¹i
D÷ liÖu
Video
UHF TV
TÇn sè rÊt cao
(VHF)
TÇn sè cao
(HF)
C¸c øng dông.
C¸p ®èi
xøng
VHF TV & FM
100 MHz
Mobile Radio
Th−¬ng m¹i
Radio nghiÖp d−
Quèc tÕ
10 MHz
AM ph¸t thanh
1 MHz
Hµng kh«ng, C¸p
ngÇm, Hµng h¶i, V«
tuyÕn ®¹i d−¬ng
100 KHz
10 KHz
§iÖn tho¹i
§iÖn b¸o
1 KHz
H×nh 1‐2: C¸c vÝ dô øng dông hÖ thèng th«ng tin liªn l¹c
trong phæ ®iÖn tõ.
Tr−íc thÕ kû 19 tÊt c¶ c¸c hÖ thèng th«ng tin ®Òu cã tèc ®é chËm vµ
chñ yÕu lµ ©m thanh vµ quang häc nh− dïng tï vµ, trèng, kÌn vµ ®Ìn tÝn
hiÖu. Mét trong nh÷ng ®−êng truyÒn dÉn quang sím nhÊt ®−îc ng−êi ta
biÕt tíi ®ã lµ löa cña ng−êi Hy l¹p sö dông vµo thÕ kû thø 8 tr−íc c«ng
nguyªn ®Ó göi ®i c¸c tÝn hiÖu b¸o ®éng gäi nhau khi cÇn cÊp cøu hoÆc
th«ng b¸o vÒ c¸c sù kiÖn x¶y ra, ë ®©y duy nhÊt chØ cã mét kiÓu tÝn hiÖu.
Trong thÕ kû thø 4 tr−íc c«ng nguyªn, th«ng tin ®−îc truyÒn qua c¸c
6
Optical Fiber Communication
C¬ së kü thuËt th«ng tin sîi quang
Chu C«ng CÈn
tr¹m chuyÓn tiÕp vµ vµo kho¶ng n¨m 150 tr−íc c«ng nguyªn c¸c tÝn
quang nµy ®−îc m· ho¸ trong sù giao tiÕp theo mét quy luËt nhÊt ®Þnh ®Ó
bÊt kú mét b¶n tin nµo còng cã thÓ ®−îc göi ®i. Song sù tiÕn triÓn cña
c¸c hÖ thèng th«ng tin nµy lµ kh«ng tÝch cùc v× cã sù h¹n chÕ vÒ c«ng
nghÖ do m¸y thu tin lµ m¾t ng−êi ®ßi hái h−íng nh×n theo ®−êng th¼ng
vµ do t¸c ®éng cña khÝ quyÓn nh− m−a, m©y mï, s−¬ng... lµm cho ®−êng
truyÒn kh«ng ®¸ng tin cËy. V× vËy khi nµy ng−êi ta chuyÓn sang h×nh
thøc th«ng tin nhanh h¬n vµ hiÖu qu¶ h¬n lµ göi tin b»ng h×nh thøc qua
ng−êi ®−a th− trªn c¸c con ®−êng.
TÇn sè, Hz
1021
1018
Tia
gamma
1015
1THz
1GHz
1012
109
1MHz
106
Cùc ng¾n TV
Tö ngo¹i Hång ngo¹i
1KHz
1Hz
103
Radio
¸nh s¸ng
Tia X
B−íc sãng, m
10‐12
1nm
1mm
1mm
1m
1km
10‐9
10‐6
10‐3
1.0
103
a)
TÇn sè x 1014, Hz
7.5
TÝm
400
106
4.3
Lam
Lôc
Vµng
500
b)
Da cam
§á
600
700
B−íc sãng, nm
H×nh 1‐3: Phæ ®iÖn tõ
a) Ph©n bè tÇn sè vµ b−íc sãng; b) PhÇn nh×n thÊy cña phæ ®iÖn
tõ.
Optical Fiber Communication
7
C¬ së kü thuËt th«ng tin sîi quang
Chu C«ng CÈn
Sù ph¸t minh ra m¸y diÖn b¸o do Samuel F.B More vµo n¨m 1838 ®·
b¸o hiÖu mét kû nguyªn th«ng tin míi ®ã lµ kû nguyªn cña th«ng tin
®iÖn. DÞch vô ®iÖn b¸o th−¬ng m¹i ®Çu tiªn ®−îc sö dông d©y kim lo¹i
®−îc thùc hiÖn vµo n¨m 1844 vµ sau ®ã nã ®−îc ph¸t triÓn nhanh chãng
vµ réng r·i trªn kh¾p thÕ giíi. ViÖc sö dông c¸p kim lo¹i trong truyÒn
dÉn tin ®−îc më réng cïng víi sù l¾p ®Æt tæng ®µi ®iÖn tho¹i ®Çu tiªn ë
New Haven, Conecticut n¨m 1878.
N¨m 1887 Henrich Hertz ph¸t minh ra sù bøc x¹ sãng ®iÖn tõ ë b−íc
sãng dµi vµ vÊn ®Ò nµy ®−îc chøng minh vÒ Radio cña Guylielmo
Marconi n¨m 1895. Trong nh÷ng n¨m sau ®ã phæ cña sãng ®iÖn tõ ®−îc
lîi dông ®Ó truyÒn ®¹t tin tøc tõ n¬i nµy ®Õn n¬i kh¸c, tin tøc sè liÖu
®−îc truyÒn trªn c¸c kªnh th«ng tin b»ng c¸ch xÕp chång c¸c tÝn hiÖu
trong mét bé phËn lµm biÕn ®æi sãng ®iÖn tõ vµ nã ®−îc biÕt nh− lµ sãng
mang. T¹i n¬i nhËn th× tin tøc ®−îc t¸ch khái sãng mang vµ chÕ biÕn
theo yªu cÇu. ViÖc t¨ng tÇn sè sãng mang trong b¨ng tÇn truyÒn dÉn s½n
cã lµm t¨ng kh¶ n¨ng th«ng tin lín h¬n. V× vËy khuynh h−íng ph¸t triÓn
cña c¸c hÖ thèng th«ng tin ®iÖn lµ dïng c¸c tÇn sè cao h¬n vµ t¨ng dÇn
(t−¬ng ®−¬ng víi dïng sãng ng¾n h¬n) t¹o ra t¨ng c¸c giao tiÕp trong
b¨ng tÇn. Kh¶ n¨ng th«ng tin ®−îc n©ng lªn, ®©y lµ b−íc ngoÆt dÉn ®Õn
sù ra ®êi cña TV, radar vµ c¸c ®−êng vi ba.
PhÇn phæ cña sãng ®iÖn tõ ®−îc dïng trong th«ng tin ®iÖn ®−îc tr×nh
bµy nh− h×nh vÏ 1‐2. TÇn sè trong ph¹m vi øng dông tõ kho¶ng 300Hz
trong b¨ng ©m tÇn ®Õn kho¶ng 90GHz trong b¨ng sãng milimeter. M«i
tr−êng truyÒn dÉn sö dông trong phæ bao gåm èng dÉn sãng, d©y kim
lo¹i vµ kh«ng gian. C¸c hÖ thèng th«ng tin dïng c¸c ®−êng truyÒn nµy lµ
tËp hîp c¸c m¸y ®iÖn tho¹i, m¸y ph¸t thanh AM, FM, truyÒn h×nh
(television), b¨ng sãng radio cña d©n nghiÖp d− CB (citizen's band
radio), radar, c¸c ®−êng vÖ tinh (Satellite links)...
Mét phÇn quan träng kh¸c cña phæ sãng ®iÖn tõ bao quanh miÒn
quang häc, trong miÒn nµy theo lÖ th−êng ng−êi ta dïng ký hiÖu b−íc
sãng ®Ó thay thÕ cho tÇn sè. Phæ quang häc ®−îc s¾p xÕp tõ kho¶ng
50nm (miÒn cùc tÝm) ®Õn kho¶ng 100 mm (miÒn hång ngo¹i), trong ®ã
8
Optical Fiber Communication
C¬ së kü thuËt th«ng tin sîi quang
Chu C«ng CÈn
phæ ¸nh s¸ng nh×n thÊy (b»ng m¾t ng−êi) tõ 400 ®Õn 700 nm. Ng−êi ta
®· sö dông mét sè vïng b−íc sãng trong phæ quang häc cho mét hÖ
thèng th«ng tin sîi quang.
1.1.2
Sù ph¸t triÓn cña hÖ thèng th«ng tin quang
Tõ xa x−a con ng−êi ®· biÕt dïng ¸nh s¸ng ®Ó th«ng tin cho
nhau trong chiÕn tranh còng nh− trong ®êi sèng (nh− ®èt löa lµm hiÖu,
®Ìn h¶i ®¨ng...) nh−ng lóc ®ã kh¸i niÖm th«ng tin quang vÉn ch−a h×nh
thµnh.
N¨m 1880 Alexander Graham Bell ph¸t minh ra Photophone.
¤ng ®· truyÒn tiÕng nãi trªn mét chïm s¸ng b»ng c¸ch héi tô mét chïm
s¸ng hÑp vµo mét c¸i g−¬ng máng. Khi sãng ©m t¸c ®éng lµm cho g−¬ng
chuyÓn ®éng lµm biÕn ®æi t−¬ng øng n¨ng l−îng quang tõ g−¬ng truyÒn
tíi bé t¸ch quang Selen do ®ã lµm thay ®æi ®iÖn trë cña nã vµ v× vËy
c−êng ®é dßng ®iÖn trong èng nghe thay ®æi ®Ó thu ®−îc tiÕng nãi. Bell
®· sö dông ph¸t minh cña m×nh ®Ó truyÒn tÝn hiÖu tiÕng nãi trªn 700 feet
chiÒu dµi. Tuy vËy cho ®Õn nh÷ng n¨m 1950 th«ng tin quang vÉn cßn
n»m trong kh¸i niÖm. N¨m 1950, B.O’Brian lÇn ®Çu tiªn ®· sö dông c¸c
bã sîi quang ®Ó truyÒn h×nh ¶nh nh−ng sîi quang cã suy hao lín nªn
kh«ng sö dông ®−îc trong thùc tÕ. §Õn gi÷a n¨m 1960 tæn hao sîi vÉn
cßn ë kho¶ng 1000 dB/km.
N¨m 1960 ra ®êi Laser hång ngäc vµ tiÕp theo lµ sù ra ®êi cña
Laser b¸n dÉn n¨m 1962 vµ c¸c hÖ thèng th«ng tin quang ®Çu tiªn ra ®êi
víi m«i tr−êng truyÒn dÉn lµ kh«ng khÝ. Do c¸c tham sè truyÒn dÉn cña
m«i tr−êng thay ®æi theo nhiÖt ®é, ®é Èm, ¸p suÊt lµm th«ng tin kh«ng
æn ®Þnh vµ bÞ gi¸n ®o¹n kh«ng thÓ chÊp nhËn ®−îc.
N¨m 1966, t¹i Standard Telecommunications Laboratories (n−íc
Anh) nh÷ng nhµ nghiªn cøu cho r»ng cã thÓ gi¶m tæn hao sîi xuèng cßn
20dB/km vµ sö dông ®−îc ®Ó truyÒn dÉn th«ng tin b»ng c¸ch khö t¹p
chÊt trong thñy tinh. N¨m 1970, Mauner, D.B.Keck vµ Schultz t¹i
Corning Glass Works ®· chÕ t¹o thµnh c«ng nh÷ng sîi quang ®Çu tiªn cã
Optical Fiber Communication
9
C¬ së kü thuËt th«ng tin sîi quang
Chu C«ng CÈn
suy hao nhá h¬n 20 dB/km vµ cuéc c¸ch m¹ng c«ng nghÖ sîi quang b¾t
®Çu.
N¨m 1970 c¸c hÖ thèng th«ng tin sîi quang xuÊt hiÖn chñ yÕu
dïng cho qu©n ®éi. §Õn n¨m 1977 hÖ thèng Bell Laboratories Lighguide
®−îc l¾p ®Æt t¹i Chicago dïng ®Ó cung cÊp dÞch vô tho¹i, sè liÖu analog,
sè liÖu digital, ®iÖn tho¹i h×nh vµ dÞch vô Video 4 MHz cho kh¸ch hµng
t¹i Chicago’s Brunsnich Building. Còng n¨m 1977, NTT ®· c«ng bè s¶n
xuÊt ®−îc lo¹i sîi cã tiªu hao 0.5 dB/km t¹i b−íc sãng l = 1200nm.
N¨m 1978 xuÊt hiÖn sîi chiÕt suÊt biÕn ®æi cã tiªu hao 3 ¸ 5
dB/km sö dông cho c¶ qu©n sù lÉn d©n sù vµ b¾t ®Çu x©y dùng nh÷ng
tiªu chuÈn cho c¸c hÖ thèng nµy cña c¸c khèi SAE, NATO, EFA. N¨m
1980 vµ 1982 c¸c hÖ thèng th«ng tin ®−êng trôc 45 Mbit/s vµ 90 Mbit/s
sö dông sîi quang ®· ®−îc l¾p dÆt.
N¨m 1983 AT&T ®· chÕ t¹o thµnh c«ng sîi ®¬n mode.
N¨m 1985 s¶n xuÊt ®−îc sîi quang c«ng t¸c t¹i b−íc sãng l=
1550nm vµ dung l−îng hÖ thèng n¨m 1986 ®· b¾t ®Çu t¨ng ®Õn 560
Mbit/s, còng n¨m 1986 ra ®êi hÖ thèng 1.2 ¸ 2.4 Gbit/s.
N¨m 1985 t¹i c¸c thµnh phè Dallas vµ Newyork ®· l¾p ®Æt hÖ thèng
siªu ®−êng trôc gåm 8 kªnh video/1sîi vµ n¨m 1987 lµ 16 kªnh
video/1sîi.
M·i ®Õn n¨m 1989 c¸c hÖ thèng vÉn dùa trªn c¬ së ghÐp kªnh kh«ng
®ång bé, chñ yÕu dùa vµo c¸c chuÈn giao tiÕp DS‐1 vµ DS‐3, ch−a cã
chuÈn giao tiÕp m¹ng.
N¨m 1988 xuÊt hiÖn c¸c chuÈn giao tiÕp m¹ng quang ®ång bé gäi t¾t
lµ SONET, cïng trong n¨m nµy xuÊt hiÖn tiªu chuÈn cña m¹ng néi bé
LAN.
Cuéc c¸ch m¹ng thêi cËn ®¹i cña th«ng tin sîi quang chñ yÕu tËp
trung vµo truyÒn dÉn kÕt hîp cho phÐp mang c¸c sãng quang ®· ®iÒu chÕ
gièng nh− sãng v« tuyÕn víi tèc ®é sè liÖu lªn tíi trªn 10 Gbit/s.
10
Optical Fiber Communication
C¬ së kü thuËt th«ng tin sîi quang
Chu C«ng CÈn
ThÕ hÖ ®Çu tiªn c«ng t¸c ë b−íc sãng 800 nm sö dông nguån quang
c¬ b¶n lµ GaAs, bé thu lµ silicon diode, vµ dïng sîi quang ®a mode. Tèc
®é truyÒn dÉn cña thÕ hÖ thø nhÊt lµ 45 Mbit/s vµ 90 Mbit/s ë Mü, 34
Mbit/s vµ 140 Mbit/s ë Ch©u ©u, 32 Mbit/s vµ 100 Mbit/s ë NhËt víi
kho¶ng lÆp lµ 10 Km.
ThÕ hÖ thø hai sö dông b−íc sãng 1300 nm cho phÐp t¨ng thùc sù
kho¶ng lÆp trªn c¸c tuyÕn ®−êng dµi víi viÖc dïng duy nhÊt sîi quang
®¬n mode cã tiªu hao thÊp vµ ®iÒu quan träng lµ b¨ng tÇn truyÒn dÉn
réng h¬n. Tèc ®é bit víi cù ly dµi lµ tõ 400 Mbit/s ®Õn 600 Mbit/s vµ cã
thÓ tíi 4Gbit/s trªn cù ly tr¹m lÆp 40 Km. §−êng c¸p quang th¶ biÓn ®Çu
tiªn gäi lµ TAT ‐ 8 ho¹t ®éng n¨m 1988 c«ng t¸c ë b−íc sãng 1300 nm,
tèc ®é bit 296 Mbit/s, dïng sîi ®¬n mode. Trong m¹ng néi h¹t, m¹ng
vïng c¶ hai lo¹i sîi ®¬n mode vµ ®a mode ®Òu ®−îc dïng ë b−íc sãng
1300 nm víi tèc ®é tõ 10 Mbit/s ®Õn 100 Mbit/s trªn kho¶ng c¸ch thay
®æi tõ 500m ®Õn 10 Km.
ThÕ hÖ thø ba vµ thø t− ho¹t ®éng ë b−íc sãng 1550 nm cho phÐp
tiªu hao trªn tuyÕn lµ nhá nhÊt. C¸c thÕ hÖ nµy ®· l«i cuèn nhiÒu sù chó
ý ®èi víi c¸c tuyÕn truyÒn dÉn tèc ®é cao trªn ®Êt liÒn vµ d−íi biÓn. C¶
hai lo¹i ®iÒu chÕ trùc tiÕp vµ ®iÒu chÕ gi¸n tiÕp ®Òu ®−îc xem xÐt ë b−íc
sãng 1550 nm. Sù ®iÒu chÕ kÕt hîp cèng hiÕn cho chóng ta nh÷ng tiÕn
bé quan träng trong c¸c m¸y thu cã ®é nh¹y cao vµ nã cho phÐp sö dông
c©n b»ng ®iÖn ®Ó ®Òn bï cho c¸c t¸c ®éng cña viÖc truyÒn n¨ng l−îng
quang trong sîi quang.
MÆc dï cã sù t¨ng tr−ëng nhanh chãng vµ thµnh c«ng trong c¸c øng
dông nh−ng c«ng nghÖ sãng ¸nh s¸ng vÉn kh«ng dõng l¹i. Xa h¬n lµ c¸c
hÖ thèng th«ng tin mµ ë ®ã tÊt c¶ ®Òu dïng c¸c thiÕt bÞ quang bao gåm
chuyÓn m¹ch quang, tr¹m lÆp quang vµ c¸c ®¬n vÞ tiÕp cËn m¹ng..... C¸c
øng dông bao gåm c¶ m¹ng côc bé (LAN), c¸c m¹ch vßng thuª bao, c¸c
m¹ng ph©n phèi truyÒn h×nh. Thªm n÷a cã sù nghiªn cøu sîi quang phi
tuyÕn ®Ó lo¹i bá c¸c t¸c ®éng lµm rèi lo¹n ¸nh s¸ng lµm t¨ng kho¶ng
c¸ch c¸c tr¹m lÆp tõ hµng tr¨m Km tíi hµng ngµn Km.
Optical Fiber Communication
11
C¬ së kü thuËt th«ng tin sîi quang
Chu C«ng CÈn
1.2 Nguyªn lý tæ chøc hÖ thèng th«ng tin quang
1.2.1 Nguyªn lý tæ chøc hÖ thèng th«ng tin quang
Mét hÖ thèng truyÒn dÉn quang ®−îc tæ chøc nh− h×nh vÏ 1‐4.
H×nh 1‐4: S¬ ®å tæng qu¸t cña hÖ thèng th«ng tin quang
Tõ hÖ thèng tæng qu¸t ta cã mét sè nhËn xÐt sau:
1. Nguån tin: Còng nh− c¸c hÖ thèng th«ng tin ®iÖn nguån tin lµ c¸c
d¹ng th«ng tin th«ng th−êng nh− tiÕng nãi, h×nh ¶nh, sè liÖu, v¨n b¶n,
©m thanh...
2. PhÇn ®iÖn tö: §Ó xö lý nguån tin, t¹o ra c¸c tÝn hiÖu ®iÖn phï hîp
víi c¸c kªnh truyÒn ®−a vµo hÖ thèng truyÒn dÉn. C¸c tÝn hiÖu ®iÖn nµy
cã thÓ lµ tÝn hiÖu t−¬ng tù (analog) hoÆc c¸c tÝn hiÖu sè (digital).
3. Bé biÕn ®æi ®iÖn quang (E/O): Thùc hiÖn viÖc biÕn ®æi tÝn hiÖu
®iÖn thµnh tÝn hiÖu quang ®Ó ph¸t ®i. Trong hÖ thèng th«ng tin quang
còng cã nh÷ng ph−¬ng thøc ®iÒu biÕn kh¸c nhau. C¸c hÖ thèng hiÖn
®ang sö dông trªn m¹ng sö dông ph−¬ng thøc ®iÒu biÕn trùc tiÕp tÝn hiÖu
®iÖn vµo c−êng ®é bøc x¹ quang. Cßn c¸c hÖ thèng th«ng tin quang kÕt
hîp (Coherence) trong t−¬ng lai sÏ sö dông nguyªn lý ®iÒu biÕn gi¸n tiÕp
b»ng c¸ch ®iÒu pha hoÆc ®iÒu tÇn c¸c tia bøc x¹ kÕt hîp.
4. Sîi quang (OF): Lµ m«i tr−êng truyÒn dÉn tÝn hiÖu quang, còng
nh− c¸c m«i tr−êng truyÒn dÉn kh¸c nã ph¶i tho¶ m·n c¸c yªu cÇu nh−
suy hao tÝn hiÖu ph¶i bÐ, mÐo tÝn hiÖu ph¶i nhá, b¨ng th«ng ph¶i réng...
5. Bé biÕn ®æi quang ®iÖn (O/E): Lµ bé thu quang, ®ãn nhËn tÝn hiÖu
quang thu ®−îc tõ sîi quang vµ biÕn ®æi trë l¹i thµnh tÝn hiÖu ®iÖn ®−a
vµo phÇn ®iÖn tö ®Ó biÕn ®æi thµnh nguån tin ban ®Çu.
6. T¶i tin: T¶i tin trong hÖ thèng th«ng tin quang lµ ¸nh s¸ng, nã
còng lµ sãng ®iÖn tõ nh−ng cã tÇn sè rÊt cao tõ 1014 ®Õn 1015 Hz do vËy
rÊt thuËn lîi cho viÖc truyÒn t¶i c¸c tÝn hiÖu b¨ng réng.
12
Optical Fiber Communication
C¬ së kü thuËt th«ng tin sîi quang
Chu C«ng CÈn
7. VÒ chuyÓn tiÕp tÝn hiÖu: Trªn ®−êng truyÒn c¸c tÝn hiÖu quang bÞ
suy gi¶m do ®ã sau mét kho¶ng c¸ch nhÊt ®Þnh ph¶i ®Æt tr¹m lÆp ®Ó
chuyÓn tiÕp tÝn hiÖu. HiÖn t¹i ch−a thùc hiÖn ®−îc khuÕch ®¹i tÝn hiÖu
quang nªn tai c¸c tr¹m lÆp ph¶i thùc hiÖn theo c¸c b−íc c¬ b¶n sau:
‐ BiÕn ®æi tÝn hiÖu quang thµnh tÝn hiÖu ®iÖn
‐ Kh«i phôc, söa d¹ng tÝn hiÖu ®iÖn
‐ BiÕn ®æi tÝn hiÖu ®iÖn thµnh tÝn hiÖu quang ®Ó tiÕp tôc ph¸t ®i.
8. Kh¶ n¨ng truyÒn dÉn: N¨ng lùc truyÒn dÉn cña bÊt kú mét hÖ
thèng th«ng tin nµo còng ®Òu ®−îc ®¸nh gi¸ b»ng hai ®¹i l−îng sau:
‐ §é réng b¨ng tÇn cã thÓ truyÒn dÉn ®−îc
‐ Cù ly tr¹m lÆp
HÖ thèng th«ng tin quang ®· v−ît xa c¸c hÖ thèng th«ng tin kh¸c ë
c¶ hai yªu cÇu trªn. Xu h−íng c¸c hÖ thèng quang lµ ngµy cµng truyÒn
dÉn víi d¶i réng vµ cù ly kho¶ng lÆp ngµy cµng rÊt lín. Hai ®¹i l−îng
trªn ®−îc x¸c ®Þnh bëi nhiÒu yÕu tè nh−:
‐ Tiªu hao vµ t¸n x¹ cña sîi dÉn quang
‐ C«ng suÊt bøc x¹, ®é réng phæ vµ tèc ®é ®iÒu biÕn cña nguån
quang
‐ §é nh¹y, nhiÔu néi bé cña m¸y thu quang
‐ Tiªu hao phô khi xö lý c¸c phÇn tö trªn toµn tuyÕn th«ng tin
quang...
1.2.2 C¸c phÇn tö c¬ b¶n cña tuyÕn truyÒn dÉn quang.
§Ó nh×n nhËn mét c¸ch ®Çy ®ñ vÒ hÖ thèng th«ng tin sîi quang ta
xem xÐt c¸c phÇn tö c¬ b¶n nhÊt cã trªn mét tuyÕn truyÒn dÉn c¸p
quang. Mét tuyÕn truyÒn dÉn c¸p quang bao gåm c¸c phÇn tö c¬ b¶n nh−
trªn h×nh vÏ 1‐5.
‐ M¸y ph¸t quang (Transmiter): bao gåm nguån quang (Light
source) vµ m¹ch ®iÒu khiÓn (Drive circuit)
Optical Fiber Communication
13
C¬ së kü thuËt th«ng tin sîi quang
Chu C«ng CÈn
‐ C¸p quang
‐ M¸y thu quang bao gåm: bé thu quang (Photo‐detector), Bé khuyÕt
®¹i (Amplifer), bé kh«i phôc tÝn hiÖu (Signal restorer)
‐ Tr¹m lÆp (Repeater): bao gåm bé thu quang (optical receiver), bé
®iÖn tö ®Ó kh«i phôc t¸i sinh hoÆc khuÕch ®¹i tÝn hiÖu ®iÖn, bé ph¸t
quang (optical transmitter)
‐ C¸c phÇn tö phô: C¸c bé nèi (connector), mèi nèi (Splice), c¸c bé
t¸ch ghÐp luång quang (Optical coupler or beam splitter)
TÊt c¶ c¸c phÇn tö c¬ b¶n trªn sÏ ®−îc xem xÐt, th¶o luËn cô thÓ
trong c¸c phÇn sau.
H×nh 1‐5: C¸c ph©n tö c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng tin quang
14
Optical Fiber Communication
C¬ së kü thuËt th«ng tin sîi quang
Chu C«ng CÈn
1.3 ¦u ®iÓm cña hÖ thèng th«ng tin sîi quang.
Sù tr−ëng thµnh vµ c¸c kh¶ n¨ng réng lín cña c¸c hÖ thèng th«ng tin
c¸p quang lµ sù tËp hîp c¸c c«ng nghÖ t©n tiÕn vµ hiÖn ®¹i nh−:
C¸c c«ng nghÖ b¸n dÉn, nã cung cÊp cho hÖ thèng c¸c nguån quang
cÇn thiÕt víi c−êng ®é bøc x¹ m¹nh, ®é réng phæ hÑp, æn ®Þnh víi m«i
tr−êng... C¸c bé thu quang cã ®é nh¹y cao, nhiÔu néi bé nhá, tiªu thô
n¨ng l−îng thÊp...
C«ng nghÖ truyÒn dÉn sãng ¸nh s¸ng t¹o ra mét m«i tr−êng truyÒn
dÉn quang víi tiªu hao thÊp, mÐo tÝn hiÖu nhá, kh«ng bÞ ¶nh h−ëng can
nhiÔu, b¨ng th«ng réng...
KÕt qu¶ lµ mét ®−êng nèi truyÒn dÉn tin cã c¸c −u ®iÓm v−ît tréi so
víi c¸c hÖ thèng th«ng tin ®iÖn, ®Æc biÖt so víi hÖ thèng th«ng tin truyÒn
dÉn b»ng c¸p kim lo¹i. C¸c −u ®iÓm ®ã bao gåm c¸c vÊn ®Ò sau:
1. Tiªu hao truyÒn dÉn thÊp vµ b¨ng tÇn truyÒn dÉn réng:
Sîi quang cã c¸c tiªu hao truyÒn dÉn thÊp h¬n vµ b¨ng tÇn truyÒn
dÉn réng h¬n so víi c¸p ®ång. §iÒu nµy cã nghÜa lµ hÖ thèng c¸p quang
cã thÓ göi ®i nhiÒu sè liÖu h¬n víi kho¶ng c¸ch lín h¬n do vËy lµm gi¶m
sè l−îng sîi vµ gi¶m sè l−îng tr¹m lÆp cÇn thiÕt dÉn ®Õn gi¶m sè l−îng
thiÕt bÞ vµ c¸c phÇn tö hîp thµnh, gi¶m gi¸ thµnh vµ sù phøc t¹p cña hÖ
thèng.
2. Träng l−îng vµ kÝch th−íc nhá:
Träng l−îng vµ kÝch th−íc nhá cña sîi quang ®−a ra nh÷ng thuËn lîi
rÊt lín so víi hÖ thèng c¸p kim lo¹i nÆng nÒ, cång kÒnh ®Æc biÖt c¸c
tuyÕn c¸p ®i trong cèng ngÇm trong thµnh phè ®«ng ®óc. §iÒu nµy còng
rÊt quan träng trong c«ng nghÖ m¸y bay, vÖ tinh vµ tµu bÌ, n¬i mµ c¸p
nhÑ, nhá cã nhiÒu thuËn lîi. §ång thêi ®Æc tÝnh nµy cã øng dông trong
chiÕn thuËt qu©n sù, n¬i mµ sè l−îng lín cña c¸p ph¶i kh«i phôc mét
c¸ch nhanh chãng.
3. Sù miÔn nhiÔu ngoµi:
Optical Fiber Communication
15
C¬ së kü thuËt th«ng tin sîi quang
Chu C«ng CÈn
Mét ®Æc tÝnh quan träng ®Æc biÖt cña c¸p quang cã liªn quan tíi tÝnh
c¸ch ®iÖn tù nhiªn cña chóng. §iÒu nµy lµm cho c¸p quang cã tÝnh miÔn
nhiÔu ®iÖn tõ tõ bªn ngoµi (EMI), nh− vËy sù c¶m øng tõ ngoµi vµo do
c¸c sãng ®iÖn tõ trªn c¸c sîi kim lo¹i vµ do sÊm sÐt lµ kh«ng cã. §ång
thêi tÝn hiÖu truyÒn trªn c¸p quang còng kh«ng g©y nhiÔu ra ngoµi.
4. TÝnh c¸ch ®iÖn:
Do sîi c¸p quang ®−îc chÕ t¹o tõ thñy tinh lµ chÊt ®iÖn m«i nªn
kh«ng ph¶i lo l¾ng vÒ sù sù ch¹m ®Êt, ch¹m chËp nhau gi÷a c¸c sîi,
xuyªn ©m rÊt thÊp, vµ c¸c vÊn ®Ò vÒ thiÕt bÞ giao tiÕp lµ ®¬n gi¶n. C¸p
quang kh«ng nªn ®¸nh löa ®iÒu nµy còng lµm l«i cuèn viÖc sö dông c¸p
quang ®Ó kh«ng g©y nguy hiÓm cho m«i tr−êng.
5. An toµn cho tÝn hiÖu:
B»ng viÖc dïng c¸p quang, mét møc ®é cao cña sè liÖu cã thÓ c¸ng
®¸ng ®−îc, ë ®ã tÝn hiÖu quang ®−îc tiÕp xóc tèt víi m«i tr−êng dÉn
sãng. Do vá bäc sîi quang lµ kh«ng thÊu quang nªn khã tiÕp xóc ®−îc
víi tÝn hiÖu truyÒn lan trong sîi. §iÒu nµy lµm l«i cuèn dïng c¸p quang
trong c¸c øng dông mµ ë ®ã tin tøc quan träng ®−îc b¶o ®¶m nh− lµ ë
nhµ b¨ng, m¹ng m¸y tÝnh vµ ë hÖ thèng qu©n sù.
6. Sù phong phó vÒ nguyªn liÖu:
Silic lµ vËt liÖu chñ yÕu ®Ó chÕ t¹o c¸p quang, nguyªn liÖu nµy rÊt
phong phó vµ rÎ, cã thÓ t×m thÊy nã ë c¸c b·i c¸t th−êng. Chi phÝ trong
viÖc chÕ t¹o c¸p hiÖn nay ph¸t sinh chñ yÕu trong qu¸ tr×nh chÕ t¹o thñy
tinh cùc s¹ch tõ vËt liÖu th«. Còng chÝnh tõ sù phong phó vÒ nguyªn liÖu
mµ gÝa thµnh cña c¸p thÊp dÉn tíi gi¸ thµnh cña hÖ thèng còng gi¶m
theo, nhÊt lµ ®èi víi c¸c tuyÕn th«ng tin ®−êng dµi mµ ë ®ã gi¸ thµnh cña
hÖ thèng phô thuéc chñ yÕu vµo c¸p.
Víi tÊt c¶ c¸c −u ®iÓm cè h÷u cña c¸c hÖ thèng th«ng tin sîi quang,
mµ hiÖn nay c¸c hÖ thèng nµy ®· ph¸t triÓn kh«ng ngõng vµ réng r·i
kh¾p trªn thÕ giíi. ChØ h¬n hai thËp kû qua ®· cã hµng h¬n chôc triÖu
Km c¸p quang ®−îc x©y dùng ë trªn thÕ giíi víi c¸c ®−êng c¸p xuyªn
®¹i d−¬ng, xuyªn lôc ®Þa vµ xuyªn quèc gia... cã tèc ®é cùc cao vµ dung
16
Optical Fiber Communication
C¬ së kü thuËt th«ng tin sîi quang
Chu C«ng CÈn
l−îng cùc lín. T¹i ViÖt nam c¸c hÖ thèng c¸c quang còng ph¸t triÓn
kh«ng ngõng hµng chôc ngµn Km c¸p quang ®·, ®ang x©y dùng ®Æc biÖt
trong ®ã cã tuyÕn c¸p quang ®−êng trôc B¾c ‐Nam víi tèc ®é 2Gbit/s sö
dông kü thuËt truyÒn dÉn SDH (Synchronous Digital Hierarchy) vµ tuyÕn
th«ng tin quang biÓn T ‐V ‐H (Th¸i lan ‐ ViÖt nam ‐ Hång c«ng), tuyÕn
SeaMeWe‐3 gãp phÇn hiÖn ®¹i ho¸ ngµnh ViÔn th«ng ViÖt Nam ®¸p øng
®−îc nhu cÇu th«ng tin liªn l¹c trong n−íc vµ quèc tÕ, hoµ nhËp víi
m¹ng viÔn th«ng cña c¸c n−íc trong khu vùc vµ m¹ng viÔn th«ng trªn
thÕ giíi.
1.4 Ph©n lo¹i hÖ thèng th«ng tin quang
1.4.1 Ph©n lo¹i
C¸c hÖ thèng th«ng tin quang hiÖn nay ®−îc thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o nh»m
truyÒn ®−a mét khèi l−îng th«ng tin lín trong mét d¶i tÇn réng. Trong
d¶i b¨ng tÇn ®ã cã c¶ c¸c tÝn hiÖu d¶i réng nh− tÝn hiÖu truyÒn thanh chÊt
l−îng cao, tÝn hiÖu truyÒn h×nh cã ®é ph©n d¶i cao.....
C¸c hÖ thèng th«ng tin quang cã thÓ ®−îc ph©n chia theo mét sè c¸c
tiªu chuÈn kh¸c nhau.
1.4.1.1 Ph©n theo d¹ng tÝn hiÖu ®iÖn.
Tuú theo tÝn hiÖu ®iÖn ®−îc ®−a vµo ®iÒu biÕn víi nguån quang lµ tÝn
hiÖu t−¬ng tù (analog) hay tÝn hiÖu sè (Digital) mµ ta cã hÖ thèng th«ng
tin quang t−¬ng tù hay hÖ thèng th«ng tin quang sè.
Víi c¸c hÖ thèng truyÒn dÉn quang t−¬ng tù Ýt ®−îc sö dông vµ thiÕt
kÕ ®Ó truyÒn dÉn b¨ng tÇn tÝn hiÖu rÊt réng víi nhiÒu nguyªn nh©n sau:
‐ §Æc tÝnh kh«ng tuyÕn tÝnh cña c¸c nguån quang vµ phÇn tö thu
quang.
‐ §Æc tÝnh t¸n x¹ cña sîi quang
Víi c¸c hÖ thèng th«ng tin quang sè hiÖn nay ®−îc sö dông phæ biÕn
thùc hiÖn truyÒn dÉn c¸c tÝn hiÖu sè d−íi d¹ng ghÐp kªnh c¬ së ®iÒu chÕ
Optical Fiber Communication
17
C¬ së kü thuËt th«ng tin sîi quang
Chu C«ng CÈn
xung m· PCM theo c¸c tiªu chuÈn ghÐp kªnh cËn ®ång bé PDH
(Pleisynchronous Digital Hierarchy) vµ tiªu chuÈn ghÐp kªnh ®ång bé sè
SDH (Synchronous Digital Hierarchy).
1.4.1.2 Ph©n lo¹i theo ph−¬ng ph¸p ®iÒu biÕn vµ gi¶i ®iÒu tÝn hiÖu
quang
Dùa trªn c¸c nguyªn lý ®iÒu biÕn nguån quang ë m¸y ph¸t
(Transmitter) vµ nguyªn lý t¸ch quang t¹i m¸y thu (Receiver), ng−êi ta
chia lµm hai lo¹i hÖ thèng th«ng tin quang
1. HÖ thèng ®iÒu chÕ c−êng ®é trùc tiÕp.
HÖ thèng nµy thùc hiÖn ®iÒu biÕn trùc tiÕp tÝn hiÖu ®iÖn vµo c−êng
®é bøc x¹ cña nguån quang. T¹i ®Çu thu t¸ch ra tÝn hiÖu ®iÖn trùc tiÕp
trªn c¸c phÇn tö thu quang tõ c«ng suÊt quang thu ®−îc tõ sîi ®−a vµo.
HÖ thèng ®iÒu chÕ c−êng ®é trùc tiÕp phôc vô réng r·i trong m¹ng viÔn
th«ng tõ nh÷ng n¨m 1978, ®Çu tiªn ®−îc truyÒn trªn c¸c sîi ®a mode víi
tèc ®é thÊp, sau ®ã do nhu cÇu cÇn ph¶i t¨ng tèc ®é truyÒn dÉn vµ kÐo
dµi cù ly kho¶ng lÆp cho nªn tiÕn tíi sö dông sîi quang ®¬n mode. Tuy
nhiªn c¸c hÖ thèng sö dông sîi ®a modevÉn cã hiÖu lùc tèt trong c¸c
tuyÕn néi h¹t cã cù ly kho¶ng lÆp nhá. Nh÷ng hÖ thèng truyÒn dÉn víi
tèc ®é cùc cao th× chóng bÞ h¹n chÕ c¶ vÒ ®é nh¹y, ®é réng b¨ng tÇn, vµ
cù ly kho¶ng lÆp. HiÖn nay hÇu hÕt c¸c hÖ thèng ®ang sö dông trªn m¹ng
l−íi viÔn th«ng ®Òu sö dông nguyªn lý nµy.
2. HÖ thèng th«ng tin quang kÕt hîp (coherent).
Nguyªn lý nµy sö dông viÖc ®iÒu biÕn gi¸n tiÕp nguån quang t¹i ®Çu
ph¸t: luång tÝn hiÖu ®iÖn vµ luång ¸nh s¸ng ®¬n s¾c ®−îc ®−a vµo ®iÒu
biÕn trong bé ®iÒu biÕn quang. T¹i ®Çu thu còng cÇn cã mét nguån
quang ®¬n s¾c hoµn toµn ®éc lËp víi nguån quang t¹i ®Çu ph¸t. Luång
tÝn hiÖu quang thu ®−îc tõ sîi quang cïng víi luång quang ®¬n s¾c cña
bé ph¸t quang ®−a vµo bé trén lµ mét diode quang ®Ó ®−a ra mét tÇn sè
trung gian sau ®ã ®−a ®Õn m¹ch t¸ch sãng quang ®Ó lÊy ra tÝn hiÖu ®iÖn
ban ®Çu.
18
Optical Fiber Communication
C¬ së kü thuËt th«ng tin sîi quang
Chu C«ng CÈn
TÝn hiÖu ®iÖn cÇn ph¸t ®−îc ®iÒu biÕn víi nguån ph¸t quang cã b−íc
sãng l1 t−¬ng øng víi tÇn sè quang f1, ë ®©y ph−¬ng thøc ®iÒu biÕn cã
thÓ lµ ph−¬ng thøc ®iÒu biÕn biªn ®é, ®iÒu biÕn tÇn sè hay ®iÒu biÕn pha.
T¹i ®Çu thu cã bé ph¸t quang néi bøc x¹ ra ¸nh s¸ng cã b−íc sãng l0
t−¬ng øng víi tÇn sè quang néi f0. C¶ hai tÝn hiÖu, tÝn hiÖu thu f1 vµ tÝn
hiÖu quang néi f0 ®−îc ®−a vµo bé trén lµ mét diode thu quang ®Ó lÊy ra
mét tÇn sè trung gian êf1‐ f0 ê. TÇn sè trung gian cÇn lín kho¶ng 10GHz
®Ó ®ñ t¶i mang mét tÝn hiÖu ®iÒu biÕn ban ®Çu cã ®é réng b¨ng lín, song
còng kh«ng ®−îc qu¸ lín ®Ó ®¶m b¶o kh¶ n¨ng khuÕch ®¹i cña m¹ch
®iÖn tö. §Ó thu ®−îc c¸c t¶i tÇn ph¸t kh¸c nhau th× tÇn sè quang néi f0 cã
thÓ ®iÒu chØnh ®−îc ®Ó gi÷ cho tÇn sè trung gian kh«ng ®æi. Sau qu¸
tr×nh t¸ch sãng vµ läc sÏ thu ®−îc tÝn hiÖu ®iÖn ban ®Çu. Nguyªn lý nµy
gäi lµ nguyªn lý thu ngo¹i sai Heterodyl.
H×nh 1‐6: Nguyªn lý ®iÒu biÕn gi¸n tiÕp nguån quang
Tr−êng hîp f1 = f0 khi nµy tÇn sè trung gian b»ng kh«ng vµ ë ®Çu ra
cã ngay tÝn hiÖu ®iÒu biÕn ban ®Çu. nguyªn lý nµy gäi lµ nguyªn lý thu
Homodyl. XÐt vÒ ®é æn ®Þnh th× nguyªn lý thu Homodyl thuËn lîi h¬n
thu Heterodyl, ng−êi ta cã thÓ truyÒn tÝn hiÖu f1 ch−a ®iÒu biÕn trªn mét
sîi quang riªng biÖt ®Ó lµm tÇn sè quang néi do vËy b¶o ®¶m f1 = f0.
So víi ph−¬ng ph¸p ®iÒu chÕ trùc tiÕp th× nguyªn lý thu Coherent
cho phÐp t¨ng ®¸ng kÓ cù ly kho¶ng lÆp vµ ®¹t ®−îc giíi h¹n tèi ®a b¨ng
tÇn truyÒn dÉn cña sîi quang. Tuy nhiªn viÖc thiÕt kÕ chÕ t¹o c¸c thiÕt bÞ
cña hÖ thèng lµ v« cïng phøc t¹p.
1.4.1.3 Ph©n theo tèc ®é vµ cù ly truyÒn dÉn.
Khi nµy chñ yÕu ®Ò cËp tíi hÖ thèng th«ng tin quang ®−êng dµi. C¸c
hÖ thèng th«ng tin quang ®−êng dµi chñ yÕu ®−îc sö dông trªn m¹ng
viÔn th«ng gåm c¸c m¹ng kÕt nèi truyÒn dÉn gi÷a c¸c vïng, m¹ng trung
19
Optical Fiber Communication
C¬ së kü thuËt th«ng tin sîi quang
Chu C«ng CÈn
kÕ gi÷a c¸c tæng ®µi, m¹ng thuª bao cña m¹ng dÞch vô tæng hîp vµ c¶
m¹ng ph©n phèi truyÒn h×nh... Môc ®Ých cña viÖc nghiªn cøu thiÕt kÕ chÕ
t¹o cña c¸c hÖ thèng truyÒn dÉn c¸p quang lµ t¹o ra c¸c hÖ thèng cã
dung l−îng lín, tèc ®é truyÒn dÉn cao, kho¶ng lÆp xa...
Trong c¸c hÖ thèng ®−êng dµi cña c¸p quang th× c¸p quang lµ phÇn
tö quyÕt ®Þnh gi¸ c¶. §Ó t¨ng cù ly kho¶ng lÆp, gi¶m c¸c thiÕt bÞ trung
gian th× cÇn cã c¸p cã tiªu hao nhá, c¸c phÇn tö thu vµ ph¸t quang cã
c«ng suÊt ph¸t lín, ®é nh¹y cao vµ c¸c bé nèi ®¾t tiÒn. Ng−êi ta ph©n
chia mét c¸ch t−¬ng ®èi nh− sau:
1. HÖ thèng cã dung l−îng truyÒn dÉn nhá vµ trung b×nh, tèc ®é thÊp
2 Mbit/s, 8 Mbit/s, 34 Mbit/s ®−îc sö dông trªn m¹ng thuª bao vµ m¹ng
trung kÕ gi÷a c¸c tæng ®µi víi cù ly truyÒn dÉn ng¾n vµi Km trong m¹ng
thµnh phè vµ tõ 20 ®Õn 30 Km ë m¹ng n«ng th«n kh«ng cã kho¶ng lÆp
2. HÖ thèng cã dung l−îng lín víi tèc ®é truyÒn dÉn 140 Mbit/s sö
dông trªn m¹ng trung kÕ gi÷a c¸c tæng ®µi cã cù ly truyÒn dÉn tõ 10 ®Õn
30 Km kh«ng cã tr¹m lÆp
3. C¸c hÖ thèng liªn tØnh víi dung l−îng rÊt lín tèc ®é tõ 140 Mbit/s
trë lªn, cù ly truyÒn dÉn rÊt xa. HÖ thèng gåm c¸c tr¹m ®Çu cuèi, tr¹m
lÆp cã cù ly kho¶ng lÆp tõ 50 ®Õn 100 Km
4. C¸c hÖ thèng xuyªn quèc gia, xuyªn lôc ®Þa víi tèc ®é vµ dung
l−îng cùc lín nèi liÒn nhiÒu quèc gia víi nhau. Tèc ®é cña c¸c hÖ thèng
nµy cã thÓ tõ 280, 420, 565, 2400 Mbit/s vµ cù ly tr¹m lÆp cã thÓ t− 50
®Õn 400 Km.
Trong c¸c hÖ thèng cù ly ng¾n th× c¸p quang kh«ng cã vai trß quyÕt
®Þnh gi¸ c¶ mµ ng−îc l¹i lµ c¸c bé nèi vµ c¸c linh kiÖn thu ph¸t quang.
T¹i ®©y cã thÓ sö dông c¸c sîi quang ®a mode SI, GI. C«ng suÊt quang
còng kh«ng cÇn lín l¾m nªn cã thÓ dïng c¸c diode ph¸t quang LED. Tèc
®é truyÒn dÉn kh«ng cao nªn diode thu quang cã thÓ kh«ng cÇn c¸c lo¹i
cã ®é nh¹y cao vµ b¨ng réng, cã thÓ dïng lo¹i diode thu PIN. Xu h−íng
cña c¸c hÖ thèng th«ng tin quang cù ly ng¾n lµ sö dông hÖ thèng truyÒn
dÉn tèc ®é 34 Mbit/s vµ 140 Mbit/s víi c¸c sîi quang ®¬n mode.
20
Optical Fiber Communication