Tài liệu Ebook hệ thống thông tin quang tập 1 - nxb thông tin và truyền thông

  • Số trang: 260 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 100 |
  • Lượt tải: 0
nguyen-thanhbinh

Đã đăng 10809 tài liệu

Mô tả:

TS. Vò V¨n San HiÖu ®Ýnh: GS.TSKH. §ç Trung T¸ HÖ thèng th«ng tin quang (TËp 1) Nhμ xuÊt b¶n b−u ®iÖn Lêi giíi thiÖu H¬n 10 n¨m ®æi míi, c¬ së h¹ tÇng viÔn th«ng vμ c«ng nghÖ th«ng tin cña ViÖt Nam cã nh÷ng b−íc ph¸t triÓn ®ét ph¸ gãp phÇn rÊt quan träng vμo viÖc thóc ®Èy qu¸ tr×nh ph¸t triÓn kinh tÕ cña ®Êt n−íc. Tõ mét m¹ng l−íi viÔn th«ng víi c«ng nghÖ analog l¹c hËu, ViÔn th«ng ViÖt Nam ®· tiÕn hμnh mét cuéc c¸ch m¹ng khoa häc vμ c«ng nghÖ ch−a tõng cã, ®i th¼ng vμo hiÖn ®¹i, b»ng chiÕn l−îc t¨ng tèc ®Ó chuyÓn toμn bé m¹ng l−íi cò sang m¹ng míi linh ho¹t víi kü thuËt sè tiªn tiÕn, ®¸p øng mäi nhu cÇu vÒ dÞch vô viÔn th«ng cho ®Êt n−íc. M¹ng viÔn th«ng ViÖt Nam ®· cã m¹ng ®−êng trôc c¸p sîi quang hiÖn ®¹i kÕt nèi víi c¸c m¹ng c¸p quang quèc tÕ trªn biÓn vμ lôc ®Þa vμ hÖ thèng c¸c ®μi vÖ tinh ®Ó liªn l¹c víi c¸c quèc gia trªn thÕ giíi. Trong sù ph¸t triÓn cña m¹ng viÔn th«ng ViÖt Nam, th«ng tin quang ®· cã nh÷ng ®ãng gãp ®Çu tiªn vμ rÊt quan träng vÒ c¶ quy m« ph¸t triÓn còng nh− n©ng cao chÊt l−îng toμn m¹ng. HÖ thèng th«ng tin b»ng c¸p sîi quang lμ hÖ thèng truyÒn dÉn víi kü thuËt vμ c«ng nghÖ tiªn tiÕn nhÊt, cho phÐp t¹o ra c¸c tuyÕn truyÒn dÉn dμi vμ dung l−îng rÊt lín, nã tiÒm tμng kh¶ n¨ng truyÒn t¶i l−u l−îng b¨ng réng vμ cung cÊp cïng lóc nhiÒu dÞch vô linh ho¹t, chÊt l−îng cao. V× vËy, th«ng tin quang sÏ ®¸p øng nhu cÇu ph¸t triÓn m¹ng truyÒn dÉn trong thêi gian tíi ®©y, ®Æc biÖt lμ phôc vô cho ph¸t triÓn ®ét ph¸ Internet tèc ®é cao vμ c¸c dÞch vô IP. C¸c hÖ thèng th«ng tin quang ®ang khai th¸c hiÖn nay míi chØ tËn dông ®−îc mét phÇn nhá kh¶ n¨ng cña nã. C«ng nghÖ th«ng tin sîi quang vÉn ®ang tiÕp tôc ph¸t triÓn rÊt m¹nh ë tr×nh ®é cao vμ v× thÕ cÇn tiÕp tôc t×m hiÓu, khai ph¸ vμ cã gi¶i ph¸p ¸p dông nã cã hiÖu qu¶ h¬n trªn m¹ng l−íi. Lμ mét c¸n bé nghiªn cøu víi nhiÒu n¨m chuyªn s©u vÒ lÜnh vùc th«ng tin quang, víi kiÕn thøc vμ kÕt qu¶ thu ®−îc trong qu¸ tr×nh lμm viÖc t¹i ViÖn Khoa häc kü thuËt B−u ®iÖn thuéc Häc viÖn c«ng nghÖ B−u chÝnh ViÔn th«ng cña m×nh, TiÕn sÜ Vò V¨n San ®· t©m huyÕt biªn so¹n cuèn “HÖ thèng th«ng tin quang” nμy. Cuèn s¸ch gåm hai tËp cã néi dung phong phó mang tÝnh hiÖn ®¹i tiÕp cËn víi c«ng nghÖ c¸p sîi quang, hÖ thèng th«ng tin quang, vμ cÊu tróc m¹ng quang. C¸c phÇn néi dung ®−îc dÉn d¾t vμ ph©n tÝch kh¸ s©u s¾c theo h−íng g¾n liÒn víi thùc tiÔn. Cuèn s¸ch sÏ rÊt bæ Ých cho ng−êi lμm c«ng t¸c kü thuËt chuyªn ngμnh ®Ó cã thªm nh÷ng th«ng tin h÷u hiÖu trong viÖc ho¹ch ®Þnh ph¸t triÓn m¹ng, tÝnh to¸n thiÕt kÕ cÊu h×nh tuyÕn vμ lùa chän ¸p i dông nh÷ng tiÕn bé kü thuËt, c«ng nghÖ míi vÒ th«ng tin quang. Cuèn s¸ch còng gióp cho c¸c b¹n trÎ, c¸c häc viªn ®¹i häc vμ sau ®¹i häc muèn t×m hiÓu mét c¸ch hÖ thèng vÒ th«ng tin quang ®ang ®−îc sö dông cã hiÖu qu¶ trªn m¹ng l−íi viÔn th«ng ViÖt Nam còng nh− nh÷ng xu h−íng ph¸t triÓn th«ng tin quang trªn thÕ giíi. Xin tr©n träng giíi thiÖu cïng b¹n ®äc. Bé tr−ëng Bé B−u chÝnh ViÔn th«ng GS. TSKH §ç Trung T¸ ii môc lôc Lêi giíi thiÖu Lêi më ®Çu VIẾT TẮT Ch−¬ng - 1 Giíi thiÖu ...................................................................................... 7 1.1. Kh¸i qu¸t vÒ lÞch sö ra ®êi th«ng tin quang ................................................................7 1.2. Qu¸ tr×nh ph¸t triÓn hÖ thèng th«ng tin quang ........................................................10 1.3. C¸c thμnh phÇn chÝnh cña hÖ thèng th«ng tin quang .............................................13 Ch−¬ng - 2 sîi vμ c¸p quang ................................................................... 16 2.1. Sîi quang....................................................................................................................16 2.1.1 §Þnh luËt c¬ b¶n cña ¸nh s¸ng trong sîi quang ..............................................16 2.1.2 Sîi quang vμ c¸c mode truyÒn dÉn ...................................................................18 2.1.3 TruyÒn dÉn sãng trong sîi quang........................................................................23 2.1.3.1 C¸c ph−¬ng tr×nh Maxwell ..............................................................................23 2.1.3.2 Sîi quang ®a mode chØ sè chiÕt suÊt ph©n bËc.................................................26 2.1.3.3 Sîi quang ®¬n mode ........................................................................................36 2.1.3.4 Sîi ®a mode chØ sè chiÕt suÊt gradien..............................................................39 2.1.4 C¸c vËt liÖu chÕ t¹o vμ ®Æc tÝnh c¬ häc cña sîi quang ..........................................44 2.1.4.1 VËt liÖu chÕ t¹o sîi ..........................................................................................44 2.1.4.2 §Æc tÝnh c¬ häc cña sîi quang.........................................................................46 2.2. Suy hao sîi quang ......................................................................................................49 2.2.1 Suy hao trong sîi quang......................................................................................49 2.2.1.1 HÊp thô vËt liÖu trong sîi quang ................................................................49 2.2.1.2 Suy hao do t¸n x¹ .......................................................................................51 2.2.2 Suy hao uèn cong................................................................................................52 2.3. T¸n s¾c trong sîi quang ®¬n mode ............................................................................56 2.3.1 T¸n s¾c vËn tèc nhãm .........................................................................................58 2.3.2 T¸n s¾c vËt liÖu ...................................................................................................59 2.3.3 T¸n s¾c dÉn sãng.................................................................................................61 2.3.4 T¸n s¾c bËc cao...................................................................................................62 2.3.5 T¸n s¾c ph©n cùc mode.......................................................................................63 2.4. ¶nh h−ëng cña t¸n s¾c ®Õn hÖ thèng th«ng tin quang ...............................................65 2.4.1 Ph−¬ng tr×nh truyÒn dÉn c¬ b¶n.........................................................................65 2.4.2 C¸c xung Gaussian bÞ chirp ...............................................................................67 2.4.3 T¸n s¾c giíi h¹n tèc ®é truyÒn dÉn....................................................................70 2.4.4 B¨ng tÇn sîi quang.............................................................................................73 2.5. Giíi thiÖu mét sè sîi quang míi ................................................................................75 2.5.1 Nguyªn t¾c t¹o sîi quang míi ............................................................................75 3 2.5.2 C¸c sîi dÉn quang ®¬n mode míi trong th«ng tin quang ...................................79 2.6. C¸p sîi quang..............................................................................................................84 2.6.1 C¸c biÖn ph¸p b¶o vÖ sîi..............................................................................84 2.6.2 C¸c phÇn tö cña c¸p .....................................................................................86 2.6.2.1 Lâi c¸p ...................................................................................................86 2.6.2.2 Thμnh phÇn gia c−êng............................................................................87 2.6.2.3 Vá c¸p ....................................................................................................88 2.6.3 C¸c lo¹i c¸p vμ øng dông .............................................................................89 2.6.3.1 C¸p treo .................................................................................................89 2.6.3.2 C¸p kÐo trong cèng ................................................................................90 2.6.3.3 C¸p ch«n trùc tiÕp ..................................................................................90 2.6.3.4 C¸p ®Æt trong nhμ vμ c¸p nh¶y ...............................................................90 2.6.3.5 C¸p ngËp n−íc vμ th¶ biÓn .....................................................................91 Ch−¬ng - 3 ThiÕt bÞ ph¸t quang ........................................................... 93 3.1. C¸c quan niÖm c¬ b¶n ................................................................................................93 3.1.1 C¸c vïng n¨ng l−îng ..........................................................................................93 3.1.2 TiÕp gi¸p pn ........................................................................................................96 3.2. Nguån ph¸t quang .....................................................................................................98 3.2.1 Diode ph¸t quang LED ......................................................................................98 3.2.1.1 CÊu tróc cña LED ........................................................................................98 3.2.1.2 VËt liÖu chÕ t¹o nguån ph¸t.......................................................................101 3.2.1.3 øng dông cña LED trong th«ng tin quang ................................................103 3.2.2 Diode laser b¸n dÉn .........................................................................................105 3.2.2.1 C¸c mode vμ ®iÒu kiÖn ng−ìng cña laser ..................................................105 3.2.2.2 TÇn sè céng h−ëng ....................................................................................109 3.2.2.3 CÊu tróc cña diode laser vμ mÉu bøc x¹ ....................................................111 3.2.2.4 Diode laser ®¬n mode................................................................................115 3.2.2.5 §iÒu chÕ diode laser ë tÇn sè cao .............................................................118 3.2.2.6 C¸c ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é ......................................................................118 3.2.2.7 NhiÔu trong nguån ph¸t laser ....................................................................120 3.2.2.8 Xem xÐt ®é tin cËy cña nguån ph¸t...........................................................121 3.3. ThiÕt kÕ thiÕt bÞ ph¸t quang .....................................................................................124 3.3.1 CÊy ghÐp vμ ®ãng hép laser-sîi........................................................................124 3.3.2 M¹ch håi tiÕp quang .........................................................................................126 3.3.3 M¹ch ®iÖn ®iÒu khiÓn .......................................................................................127 3.3.4 TÝch hîp quang - ®iÖn .......................................................................................128 Ch−¬ng- 4 ThiÕt bÞ thu quang............................................................. 130 4.1. Giíi thiÖu................................................................................................................130 4.2. Bé t¸ch sãng photodiode ......................................................................................131 4.2.1. Bé t¸ch sãng quang photodiode p- i – n .........................................................131 4 4.2.2. Thêi gian ®¸p øng vμ dßng photo vïng tr«i cña bé t¸ch sãng quang ...............135 4.2.2.1 Thêi gian ®¸p øng...................................................................................135 4.2.2.2 Dßng photo vïng tr«i .............................................................................137 4.2.3. Photodiode th¸c APD..........................................................................................138 4.2.4. VËt liÖu chÕ t¹o photodiode ................................................................................142 4.3. Tû sè tÝn hiÖu trªn nhiÔu cña bé t¸ch sãng quang ...................................................143 4.3.1. C¸c nguån nhiÔu trong bé t¸ch sãng quang......................................................144 4.3.1.1 C¸c nguån nhiÔu cña bé t¸ch sãng p-i-n.................................................144 4.3.1.2 C¸c nguån nhiÔu cña bé t¸ch sãng APD.................................................146 4.3.2. Tû sè tÝn hiÖu trªn nhiÔu ...................................................................................147 4.4. Bé thu quang............................................................................................................149 4.4.1. CÊu h×nh bé thu quang......................................................................................149 4.4.2. C¸c nguån lçi trong bé thu quang ....................................................................152 4.5. §é nh¹y thu cña bé thu quang ...............................................................................153 4.5.1. Giíi thiÖu vÒ ®é nh¹y thu..................................................................................153 4.5.2. §é nh¹y thu vμ tû sè lçi bit cña bé thu quang .................................................155 4.5.2.1. Tû sè lçi bit trong bé thu quang ................................................................155 4.5.2.2. §é nh¹y thu cña bé thu quang .................................................................160 4.5.3. C¸c tham sè cã ¶nh h−ëng tíi ®é nh¹y thu quang ............................................162 4.5.3.1. Giíi h¹n l−îng tö trong t¸ch sãng quang .................................................162 4.5.3.2. Tû sè ph©n biÖt ..........................................................................................163 4.6. CÊu tróc m¹ch bé thu quang....................................................................................164 4.6.1 C¸c m¹ch tiÒn khuÕch ®¹i FET trë kh¸ng cao ..................................................166 4.6.2 C¸c bé khuÕch ®¹i transistor l−ìng cùc trë kh¸ng cao .....................................167 4.6.3 Bé khuÕch ®¹i hç dÉn ng−îc.............................................................................169 4.6.4 §Æc tÝnh bé thu quang cã m¹ch tÝch hîp ..........................................................170 Ch−¬ng - 5 ThiÕt kÕ hÖ thèng th«ng tin quang...................... 173 5.1. C¸c chØ dÉn thiÕt kÕ .................................................................................................173 5.1.1. HÖ thèng th«ng tin quang phô thuéc suy hao truyÒn dÉn ..........................173 5.1.2. HÖ thèng th«ng tin quang phô thuéc vμo t¸n s¾c.......................................174 5.1.3. HÖ thèng th«ng tin quang cù ly xa sö dông khuÕch ®¹i quang..................176 5.2. ThiÕt kÕ hÖ thèng......................................................................................................178 5.2.1. Quü c«ng suÊt................................................................................................178 5.2.2. Quü thêi gian lªn...........................................................................................179 5.3. MÊt m¸t c«ng suÊt trong hÖ thèng th«ng tin quang .................................................181 5.3.1 MÊt m¸t c«ng suÊt hÖ thèng do nhiÔu mode ................................................182 5.3.2 MÊt m¸t c«ng suÊt do t¸n s¾c sîi ...............................................................182 5.3.3 Chirp tÇn sè trong hÖ thèng........................................................................184 5.3.4 Ph¶n håi ph¶n x¹ vμ nhiÔu .........................................................................187 5.3.5 NhiÔu c¹nh tranh mode ..............................................................................190 5 5.3.6 NhiÔu c−êng ®é..........................................................................................192 5.4. CÊu tróc hÖ thèng th«ng tin quang............................................................................194 5.4.1. KiÕn tróc hÖ thèng.......................................................................................194 5.4.2. M· ®−êng truyÒn cho hÖ thèng th«ng tin quang .........................................196 Ch−¬ng - 6 HÖ thèng th«ng tin quang Coherent ................... 200 6.1. Giíi thiÖu chung vÒ hÖ thèng th«ng tin quang coherent ...........................................201 6.1.1. Kh¸i niÖm vÒ th«ng tin quang coherent .......................................................201 6.1.2. CÊu tróc tæng qu¸t cña hÖ thèng th«ng tin quang coherent .........................202 6.2. Ho¹t ®éng cña hÖ thèng th«ng tin quang Coherent...................................................203 6.2.1. Nguyªn lý ho¹t ®éng...................................................................................203 6.2.2. Kü thuËt t¸ch sãng quang Coherent............................................................205 6.2.3. Tû sè tÝn hiÖu trªn nhiÔu cña bé thu quang coherent ..................................206 6.3. C¸c d¹ng ®iÒu chÕ .....................................................................................................208 6.3.1. C¸c d¹ng ®iÒu chÕ .........................................................................................208 6.3.2. §iÒu chÕ d¹ng kho¸ dÞch biªn ®é ASK .........................................................209 6.3.3. §iÒu chÕ d¹ng kho¸ dÞch tÇn sè FSK ............................................................211 6.3.4. §iÒu chÕ d¹ng kho¸ dÞch pha PSK vμ kho¸ dÞch pha vi ph©n DPSK.............212 6.3.5. §iÒu chÕ ph©n cùc .........................................................................................213 6.4. C¸c ph−¬ng ph¸p gi¶i ®iÒu chÕ .................................................................................215 6.4.1. Gi¶i ®iÒu chÕ ®ång bé heterodyne.................................................................215 6.4.2. Gi¶i ®iÒu chÕ kh«ng ®ång bé heterodyne......................................................216 6.5. Tû sè lçi bit BER trong bé thu quang coherent ........................................................218 6.5.1. BER cña bé thu ASK ®ång bé.......................................................................218 6.5.2. BER cña bé thu PSK ®ång bé .......................................................................220 6.5.3. BER cña bé thu FSK ®ång bé .......................................................................221 6.5.4. BER cña bé thu ASK kh«ng ®ång bé............................................................222 6.5.5. BER cña bé thu FSK kh«ng ®ång bé ............................................................224 6.5.6. BER cña bé thu DFSK kh«ng ®ång bé..........................................................225 6.6. C¸c yÕu tè ¶nh h−ëng tíi ®é nh¹y thu cña hÖ thèng coherent ..................................226 6.6.1. NhiÔu pha .....................................................................................................226 6.6.2. NhiÔu c−êng ®é ............................................................................................228 6.6.3. Kh«ng t−¬ng xøng vÒ ph©n cùc ...................................................................230 6.6.4. T¸n s¾c trong sîi quang ...............................................................................233 6.6.5. C¸c yÕu tè h¹n chÕ kh¸c...............................................................................234 6.7. HiÖn tr¹ng c¸c hÖ thèng thö nghiÖm .......................................................................235 6.8. Nh÷ng −u ®iÓm cña hÖ thèng th«ng tin quang Coherent ........................................236 PHỤ LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 6 c¸c ch÷ viÕt t¾t ADM AMI AON APD APS AR ASE ASK ATM B-ISDN BER BGP BH BPF CCITT CCS CNR COT CSO CT CTB CW DBR DCF DCN DCS DEMUX DFB DLC DPSK DPT DR DR DSU DWDM EDF Add/Drop Multiplexer Alternate-Mark-Inversion All-Optical Network Avalanche Photodiode Automatic Protection Switching Antireflection Coating Amplified Spontaneous Emission Amplitude Shift Keying Asynchronous Transfer Mode Broadband Integrated Service Digital Network Bit Error Rate Border Gateway Protocol Buried Heterostructure Bandpass Filter International Telegraph and Telephone Consultative Committee Common Channel Signalling Carrier-to-Noise Ratio Central Office Terminal Composite Second-order Central Terminal Composite Triple Beat Continous - Wave Distributed Bragg Reflecter Dispersion Compensating Fiber Digital CommunicationNetwork Digital Cross-Connect System Demultiplexer Distributed Feedback Digital Loop Carrier Differential Phase Shift Keying Dynamic Packet Transport Dynamic Range Distributed Reflector Digital Service Unit Dense WDM Erbium Doped Fiber iii Bé ghÐp kªnh xen rÏ. §¶o dÊu lu©n phiªn. M¹ng toμn quang. §i«t t¸ch sãng th¸c. ChuyÓn m¹ch b¶o vÖ tù ®éng Vá chèng ph¶n x¹. Bøc x¹ tù ph¸t ®−îc khuÕch ®¹i. Kho¸ dÞch biªn ®é. M«t chuyÓn giao kh«ng ®ång bé. M¹ng sè liªn kÕt dÞch vô b¨ng réng. Tû lÖ lçi bÝt. Giao thøc cæng biªn CÊu tróc dÞ thÓ ch«n. Bé läc b¨ng th«ng. Héi ®ång t− vÊn ®iÖn tho¹i ®iÖn b¸o quèc tÕ. B¸o hiÖu kªnh chung. Tû sè sãng mang trªn nhiÔu. ThiÕt bÞ ®Çu cuèi phÝa tæng ®μi. Hçn hîp bËc hai. ThiÕt bÞ ®Çu cuèi trung t©m. Ph¸ch bé ba hçn hîp. Sãng liªn tôc. Ph¶n x¹ ph©n bè Bragg. Sîi bï t¸n s¾c. M¹ng th«ng tin sè. HÖ thèng (bé) nèi chÐo sè. Bé gi¶i ghÐp (t¸ch) kªnh Ph¶n håi ph©n bè. TruyÒn t¶i m¹ch vßng sè. Kho¸ dÞch pha vi ph©n. TruyÒn t¶i gãi ®éng. D¶i ®éng. Bé ph¶n x¹ ph©n bè. ThiÕt bÞ dÞch vô sè. WDM mËt ®é (cao, dμy ®Æc). Sîi pha t¹p Erbium EDFA ELED ETSI Erbium Doped Fiber Amplifier FET FP-LD FPA FRASL FSK FTTB FTTC FTTF FTTH FTTO FTTR FWM GGL GI GRIN GVD IDLC IF IGL Edge emitting LED European Telecommunications Standard Institute Field Effect Transistor Fabry-Perot Laser Diode Fabry-Perot Amplifier Fiber Raman Soliton Laser Frequency Shift Keying Fiber To The Building Fiber To The Curb Fiber To The Floor Fiber To The Home Fiber To The Office Fiber To The Rural Four-Wave Mixing Gain Guided Laser Graded Index Graded Refractive Index Group Velocity Dispersion Integrated Digital Loop Carrier Intermediate Frequency Index Guided Laser IM IMD IM-DD Intensity Modulation Intermodulation Distortion Intensity Modulation-Direct Detection IP IPS ISI IS-IS Internet Protocol Intelligent Protection Switching Intersymbol Interference Intermediate System to Intermediate System Junction Fiel-Effect Transistor Local Area Network Laser Diode Light Emitting Diode Local Oscillator Large Optical Cavity JFET LAN LD LED LO LOC iv KhuÕch ®¹i quang sîi cã pha t¹p erbium. LED ph¸t c¹nh. ViÖn tiªu chuÈn viÔn th«ng ch©u ¢u. Transistor hiÖu øng tr−êng. §i«t la-de Fabry-Perot. Bé khuÕch ®¹i Fabry-Perot. La-de Soliton Raman sîi. Kho¸ dÞch tÇn sè. Sîi quang tíi toμ nhμ. Sîi quang tíi khu vùc d©n c−. Sîi quang tíi tÇng nhμ. Sîi quang tíi tËn nhμ. Sîi quang tíi c«ng së. Sîi quang tíi n«ng th«n. Trén bèn sãng. La-de ®iÒu khiÓn khuÕch ®¹i. ChØ sè Gra®ien. ChØ sè chiÕt suÊt Gradien. T¸n s¾c vËn tèc nhãm. DLC tÝch hîp. Trung tÇn. La-de ®iÒu khiÓn chØ sè chiÕt suÊt. §iÒu biÕn c−êng ®é. MÐo ®iÒu chÕ t−¬ng hç. §iÒu biÕn c−êng ®é-T¸ch sãng trùc tiÕp. Giao thøc Internet. ChuyÓn m¹ch b¶o vÖ th«ng minh. NhiÔu gi÷a c¸c ký tù. HÖ thèng trung gian ®Õn hÖ thèng trung gian Transistor tr−êng liªn kÕt. M¹ng néi bé (LAN). §i«t la-de. §i«t ph¸t quang (LED). Dao ®éng néi. Hèc céng h−ëng quang réng. MAN MC MCVD MESFET MFD MLFRL MOSFET MPN MPLS MPLS-TE MQW MSP MSR MUX MZ NA NF NLS NMS NNI NOLM NRZ NRZ-L OA OADM OCH OC-N OFA OFDM OLIU OLS OMS ONI ONNI ONU OOK Metropolitan Area Network Message Controller Modified Chemical Vapor Deposition Metal Semiconductor Field Effect Transistor Mode Field Diameter Mode Locked Fiber Ring Laser Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor Mode Partition Noise Multiprotocol Label Switching MPLS-Traffic Engineering Multiple Quantum Well Multiplex Section Protection Mode Suppression Ratio Multiplexer Mach-Zehnder Numerical Aperture Noise Figure Nonlinear Schroedinger Network Management System Network Node Interface Nonlinear Optical Loop Mirror Non Return to Zero Non Return to Zero-Level Optical amplifier Optical Add/Drop Multiplexer Optical Channel Optical Carrier-Level N Optical Fiber Amplifier Optical Frequency Division Multiplexing Optical Line Unit Optical Line System Optical Multiplex Section Optical Network Interface Optical Network-to-Network Interface Optical Network Unit On/Off Keying v M¹ng khu vùc néi thÞ. Bé ®iÒu khiÓn tÝn hiÖu. Ng−ng ®äng h¬i ho¸ chÊt biÕn ®æi. Transistor tr−êng b¸n dÉn kim lo¹i. §−êng kÝnh tr−êng mode. La-de sîi vßng chÆn mode. Transistor tr−êng oxyt silic kim lo¹i. NhiÔu c¹nh tranh mode. ChuyÓn m¹ch nh·n ®a giao thøc. MPLS-kü thuËt l−u l−îng. GiÕng (hè) l−îng tö. B¶o vÖ ®o¹n ghÐp kªnh. Tû sè nÐn mode. Bé ghÐp kªnh. Bé diÒu chÕ Mach-Zehnder. KhÈu ®é sè. HÖ sè (h×nh ¶nh) nhiÔu. Schroedinger phi tuyÕn. HÖ thèng qu¶n lý m¹ng. Giao diÖn nót m¹ng. G−¬ng vßng quang phi tuyÕn. Kh«ng trë vÒ kh«ng. Kh«ng trë vÒ møc kh«ng. Bé khuÕch ®¹i quang. Bé ghÐp kªnh xen/rÏ quang. Kªnh quang. TruyÒn t¶i quang møc N. Bé khuÕch ®¹i quang sîi. GhÐp kªnh quang theo tÇn sè. ThiÕt bÞ ®−êng truyÒn quang. ThiÕt bÞ truyÒn dÉn quang. §o¹n ghÐp kªnh quang. Giao diÖn m¹ng quang. Giao diÖn m¹ng-m¹ng quang. ThiÕt bÞ m¹ng quang. Kho¸ ®ãng-më. OPC OPLL OPS OSNR OSPF OSU OTDM Optical Phase Conjugation Optical Phase-locked Loop Optical Splitter Optical Signal-to-Noise Ratio Open Shortest Path First Optical Switch Unit Optical Time Division Multiplexing OTN OXC PANDA Optical Transport Network Optical Cross Connect Polarization-maintaining AND Absorption-reducing Plastic Clad Silica Plesiochronous Digital Hierarchy Passive Distribute Service Polyethylene Phase Encoded Positive Intrinsic Negative Phase Locked Loop Phase Modulation Private Network-to-Network Interface Polarization Shift Keying Passive Optical Network Points of Presence part per billion part per million Phase Shift Keying Polyvinylchloride Reach-through Avalanche Photodiode Radio Frequency Relative Intensity Noise Remote Terminal Remote Unit Return to Zero Stimulated Brillouin Scattering Subcarrier Multiplexing Synchronous Digital Hierarchy Surface Emitting Laser Step Index Semiconductor Laser Amplifier PCS PDH PDS PE PE PIN PLL PM PNNI PoLSK PON POP ppb ppm PSK PVC RAPD RF RIN RT RU RZ SBS SCM SDH SEL SI SLA vi KÕt hîp pha quang. M¹ch kho¸ pha quang. Bé chia quang. Tû sè tÝn hiÖu trªn nhiÔu quang. Luång ®Çu tiªn ng¾n nhÊt më Khèi chuyÓn m¹ch quang. GhÐp kªnh quang theo thêi gian. M¹ng truyÒn t¶i quang. Nèi chÐo quang Duy tr× ph©n cùc vμ gi¶m hÊp thô. Sîi thuû tinh vá chÊt dÎo. Ph©n cÊp cËn ®ång bé. DÞch vô ph©n bè thô ®éng. P«-ly-ª-ty-len. M· ho¸ pha. CÊu tróc PIN. M¹ch kho¸ pha. §iÒu chÕ pha. Giao diÖn m¹ng-m¹ng riªng. Kho¸ dÞch ph©n cùc. M¹ng quang thô ®éng. C¸c ®iÓm thÓ hiÖn PhÇn tû. PhÇn triÖu. Kho¸ dÞch pha. P«-ly-vy-nyl-clo-rit. §i«t t¸ch sãng th¸c cËn xuyªn. TÇn sè v« tuyÕn. NhiÔu c−êng ®é t−¬ng ®èi. ThiÕt bÞ ®Çu cuèi ®Çu xa. ThiÕt bÞ ®Çu xa. Trë vÒ kh«ng. T¸n x¹ Brillouin kÝch thÝch. GhÐp kªnh sãng m¹ng phô. Ph©n cÊp sè ®ång bé. La-de ph¸t mÆt. ChØ sè chiÕt suÊt ph©n bËc. Bé khuÕch ®¹i la-de b¸n dÉn. SLT Subscribe Line Terminal SMF SMLL SNR SONET SPM SRS STM STS TDM TAL TCP TM TMI TWA UDLC VAD VCI VPI VPN WDM WDMA WGR WR WRC Single Mode Fiber Semiconductor Mode Locked Laser Signal-Noise Ratio Synchronous Optical Network Self Phase Modulation Stimulated Raman Scattering Synchronous Transport Module Synchronous Transport Signal Time Division Multiplexing Thin Active Layer Transmission Control Protocol Terminal Multiplexer Two-Mode Interface Traveling Wave Amplifier Universal Digital Loop Carrier Vapor Phase Axial Deposition Virtual Channel Identifier Virtual Path Identifier Virtual Private Network Wavelength Division Multiplexing Wavelength Division Multiple Access Wavelength Grating Router Wavelength Router Wavelength Routing Controller WT XPM ZBLAN Wavelength Terminal Cross Phase Modulation Zr-Ba-La-Al-Na vii ThiÕt bÞ ®Çu cuèi ®−êng d©y thuª bao. Sîi dÉn quang ®¬n mode. La-de chÆn mode b¸n dÉn. Tû sè tÝn hiÖu trªn nhiÔu. M¹ng quang ®ång bé. Tù ®iÒu chÕ pha. T¸n x¹ Raman kÝch thÝch. M« ®un chuyÓn t¶i ®ång bé. TÝn hiÖu chuyÓn t¶i ®ång bé. GhÐp kªnh theo thêi gian Líp tÝch cùc máng. Giao thøc ®iÒu khiÓn truyÒn dÉn. Bé ghÐp kªnh ®Çu cuèi. Giao diÖn hai mode. Bé khuÕch ®¹i sãng ch¹y. DLC phæ th«ng. Ng−ng ®äng trôc pha h¬i. Bé nhËn d¹ng kªnh ¶o. Bé nhËn d¹ng luång ¶o. M¹ng riªng ¶o GhÐp kªnh theo b−íc sãng. §a truy nhËp theo b−íc sãng. Bé ®Þnh tuyÕn c¸ch tö dÉn sãng. Bé ®Þnh tuyÕn b−íc sãng. Bé ®iÒu khiÓn ®Þnh tuyÕn b−íc sãng. (ThiÕt bÞ) KÕt cuèi b−íc sãng. §iÒu chÕ ngang (chÐo) pha. HÖ thèng th«ng tin quang - ch−¬ng 1 CH¦¥NG - 1 Giíi thiÖu HÖ thèng th«ng tin ®−îc hiÓu mét c¸ch ®¬n gi¶n lμ hÖ thèng ®Ó truyÒn th«ng tin tõ n¬i nμy ®Õn n¬i kh¸c. Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c n¬i cã thÓ tõ vμi tr¨m mÐt tíi hμng tr¨m kilomÐt, vμ thËm trÝ tíi hμng chôc ngμn kilomÐt, ch¼ng h¹n nh− lμ cù ly cÇn th«ng tin qua c¸c ®¹i d−¬ng. Th«ng tin cã thÓ ®−îc truyÒn th«ng qua c¸c sãng ®iÖn víi c¸c d¶i tÇn sè kh¸c nhau tõ vμi megahertz tíi hμng tr¨m terahertz. Cßn th«ng tin quang ®−îc thùc hiÖn trªn hÖ thèng sö dông tÇn sè sãng mang cao trong vïng nh×n thÊy hoÆc gÇn hång ngo¹i cña phæ sãng ®iÖn tõ. HÖ thèng th«ng tin quang sîi lμ hÖ thèng th«ng tin b»ng sãng ¸nh s¸ng, vμ sö dông c¸c sîi quang ®Ó truyÒn th«ng tin. C¸c hÖ thèng nμy ®−îc ph¸t triÓn rÊt nhanh vμ ®ang ®−îc øng dông réng r·i trªn c¸c m¹ng truyÒn dÉn tõ nh÷ng n¨m 1980. Trong nh÷ng n¨m tíi vμ t−¬ng lai, c¸c hÖ thèng th«ng tin quang sîi - hay th−êng gäi lμ c¸c hÖ thèng th«ng tin quang - vÉn lμ c¸c hÖ thèng th«ng tin chñ ®¹o. Chóng cßn tiÒm tμng kh¶ n¨ng rÊt lín trong viÖc hiÖn ®¹i ho¸ c¸c m¹ng l−íi viÔn th«ng trªn thÕ giíi. 1.1 kh¸I qu¸t vÒ lÞch sö ra ®êi th«ng tin quang Nãi vÒ lÞch sö th«ng tin quang, ta kh«ng thÓ kh«ng nãi tíi viÖc sö dông th«ng tin b»ng ¸nh s¸ng cña nh©n lo¹i tr−íc ®©y vèn lμ mét trong nh÷ng h×nh thøc th«ng tin sím nhÊt. Ngay tõ xa x−a ®Ó th«ng tin cho nhau, con ng−êi ®· biÕt sö dông ¸nh s¸ng ®Ó b¸o hiÖu. Qua thêi gian dμi cña lÞch sö ph¸t triÓn nh©n lo¹i, c¸c h×nh thøc th«ng tin phong phó dÇn vμ ngμy cμng ®−îc ph¸t triÓn thμnh nh÷ng hÖ thèng th«ng tin hiÖn ®¹i nh− ngμy nay, t¹o cho mäi n¬i trªn thÕ giíi cã thÓ liªn l¹c ®−îc víi nhau mét c¸ch thuËn lîi vμ nhanh chãng. ë tr×nh ®é ph¸t triÓn cao vÒ th«ng tin nh− hiÖn nay, c¸c hÖ thèng th«ng tin quang ®· næi lªn vμ lμ c¸c hÖ thèng th«ng tin tiªn tiÕn bËc nhÊt, nã ®· ®−îc triÓn khai nhanh trªn m¹ng l−íi viÔn th«ng c¸c n−íc trªn thÕ giíi víi ®ñ mäi cÊu h×nh linh ho¹t, ë c¸c tèc ®é vμ cù ly truyÒn dÉn phong phó, b¶o ®¶m chÊt l−îng dÞch vô viÔn th«ng tèt nhÊt. Th«ng tin quang cã tæ chøc hÖ thèng còng t−¬ng tù nh− c¸c hÖ thèng th«ng tin kh¸c, v× thÕ mμ thμnh phÇn c¬ b¶n nhÊt cña hÖ thèng th«ng tin quang lu«n tu©n thñ theo mét hÖ thèng th«ng tin chung nh− h×nh 1.1. §©y lμ nguyªn lý th«ng tin mμ loμi ng−êi ®· sö dông ngay tõ thêi kú khai sinh ra c¸c h×nh thøc th«ng tin. Trong s¬ ®å nμy, tÝn hiÖu cÇn truyÒn ®i sÏ ®−îc ph¸t vμo m«i tr−êng truyÒn dÉn t−¬ng øng, vμ ë ®Çu thu sÏ thu l¹i tÝn hiÖu cÇn truyÒn. Nh− vËy, tÝn hiÖu ®· ®−îc th«ng tin tõ n¬i göi tÝn hiÖu ®i tíi n¬i nhËn tÝn hiÖu ®Õn. §èi víi hÖ thèng th«ng tin quang th× m«i tr−êng truyÒn dÉn ë ®©y chÝnh lμ sîi dÉn quang, nã thùc hiÖn truyÒn ¸nh s¸ng mang tÝn hiÖu th«ng tin tõ phÝa ph¸t tíi phÝa thu. §Ó kh¶o s¸t mét c¸ch cã hÖ thèng vÒ th«ng tin quang, ta h·y xem xÐt mét c¸ch kh¸i qu¸t bèi c¶nh h×nh thμnh c¸c hÖ thèng th«ng tin nãi chung, tõ ®ã sÏ thÊy ®−îc hÖ thèng th«ng tin quang ra ®êi nh− thÕ nμo. Vò V¨n San 7 HÖ thèng th«ng tin quang - ch−¬ng 1 N¬i tÝn hiÖu cÇn truyÒn ®i ThiÕt bÞ ph¸t M«i tr−êng truyÒn dÉn PhÝa ph¸t tÝn hiÖu ThiÕt bÞ thu N¬i tÝn hiÖu ®Õn PhÝa thu tÝn hiÖu H×nh 1.1. C¸c thμnh phÇn c¬ b¶n cña mét hÖ thèng th«ng tin. Cho tíi nay, ®· cã rÊt nhiÒu c¸c hÖ thèng th«ng tin d−íi c¸c h×nh thøc ®a d¹ng. C¸c hÖ thèng th«ng tin nμy ®−îc g¸n cho c¸c tªn gäi nhÊt ®Þnh theo m«i tr−êng truyÒn dÉn vμ ®«i khi theo c¶ tÝnh chÊt dÞch vô cña hÖ thèng. Th«ng th−êng th× c¸c hÖ thèng sau ®Òu lμ sù kÕ thõa tõ c¸c hÖ thèng tr−íc. C¸c hÖ thèng míi ®−îc c¶i tiÕn vμ hoμn thiÖn h¬n c¸c hÖ thèng tr−íc nã, chóng th−êng cã cù ly xa h¬n, tèc ®é cao h¬n, ®é linh ho¹t vμ chÊt l−îng hÖ thèng còng ®−îc c¶i thiÖn nh»m tháa m·n yªu cÇu cña con ng−êi. Sau thêi kú ph¸t minh ra m¸y ®iÖn b¸o cña Samuel F.B. Morse n¨m 1838, dÞch vô ®iÖn b¸o th−¬ng m¹i ®Çu tiªn ®−îc ®−a vμo khai th¸c n¨m 1844 vμ dÇn dÇn t¨ng lªn víi sè l−îng ®¸ng kÓ. N¨m 1878, ng−êi ta ®· tiÕn hμnh ®Æt c¸c c¸p kim lo¹i ®Ó nèi víi tæng ®μi ®iÖn tho¹i ®Çu tiªn t¹i New Haven bang Connecticut. Giai ®o¹n sö dông c¸p kim lo¹i ®Ó truyÒn dÉn tÝn hiÖu ngù trÞ cho tíi n¨m1887, khi mμ Heinrich Hertz ph¸t minh ra sù ph¸t x¹ sãng ®iÖn tõ cã b−íc sãng dμi, vμ Guglielmo Marconi thùc hiÖn mμn tr×nh diÔn v« tuyÕn vμo n¨m 1895. Nh÷ng n¨m tiÕp sau vμ trong thÕ kû 20, m¹ng l−íi ®iÖn tho¹i ®· ®−îc ph¸t triÓn réng kh¾p trªn thÕ giíi, vμ liªn tiÕp xuÊt hiÖn nh÷ng c«ng nghÖ tiªn tiÕn trong viÖc thiÕt kÕ c¸c hÖ thèng th«ng tin ®iÖn. Tr−íc tiªn ph¶i kÓ ®Õn sù cèng hiÕn cña c¸c lo¹i c¸p ®ång trôc ®· lμm t¨ng dung l−îng ®¸ng kÓ. N¨m 1940, hÖ thèng c¸p ®ång trôc ®Çu tiªn ®· ®−îc ®Æt cã b¨ng tÇn 3 MHz ®Ó truyÒn dung l−îng 300 kªnh tho¹i hoÆc mét kªnh truyÒn h×nh. C¸c hÖ thèng sau ®ã cã b¨ng tÇn 10 MHz, nh−ng ®©y còng lμ giíi h¹n cña hÖ thèng nμy v× suy hao c¸p bÞ phô thuéc vμo tÇn sè. Giíi h¹n nμy nhanh chãng ®−îc gi¶i to¶ do sù xuÊt hiÖn cña c¸c hÖ thèng th«ng tin v« tuyÕn. Xu h−íng sö dông phæ sãng ®iÖn tõ ®Ó biÕn ®æi tÝn hiÖu truyÒn dÉn t¨ng lªn, ë ®©y tÝn hiÖu mang th«ng tin th−êng ®−îc chång lªn mét sãng ®iÖn tõ kh¸c cã d¹ng h×nh sin, mμ ng−êi ta th−êng gäi lμ sãng mang, tr−íc khi ®−a vμo ®−êng truyÒn. ë phÝa thu, tÝn hiÖu chøa th«ng tin sÏ ®−îc t¸ch ra khái sãng mang vμ ®−îc sö lý l¹i theo yªu cÇu. L−îng th«ng tin ®−îc ph¸t ®i cã liªn quan trùc tiÕp tíi b¨ng tÇn mμ sãng mang ho¹t ®éng, nh− vËy t¨ng tÇn sè sãng mang tøc lμ t¨ng b¨ng tÇn truyÒn dÉn, lóc ®ã sÏ cã ®−îc dung l−îng th«ng tin lín h¬n. XuÊt ph¸t tõ ®©y, c¸c hÖ thèng th«ng tin ®iÖn cã ®−îc c¬ héi ph¸t triÓn vμ sau nμy lÇn l−ît ra ®êi c¸c lÜnh vùc truyÒn h×nh, ra®a, c¸c tuyÕn vi ba. HÖ thèng th«ng tin vi ba ®Çu tiªn ho¹t ®éng víi tÇn sè sãng mang 4 GHz ®· ®−îc ®−a vμo khai th¸c n¨m Vò V¨n San 8 HÖ thèng th«ng tin quang - ch−¬ng 1 1948, vμ sau ®ã c¸c hÖ thèng cã b¨ng tÇn cao h¬n tiÕp tôc ®−îc l¾p ®Æt trªn m¹ng l−íi. Cïng víi sù ph¸t triÓn cña c¸c hÖ thèng vi ba, c¸c hÖ thèng c¸p ®ång trôc còng ®−îc l¾p ®Æt ®Ó ho¹t ®éng víi tèc ®é bit ∼100 Mbit/s. N¨m 1975, hÖ thèng c¸p ®ång trôc tiªn tiÕn nhÊt cã tèc ®é lμ 274 Mbit/s. C¸c hÖ thèng cã tèc ®é bit cao nh− vËy cã cù ly kho¶ng lÆp rÊt ng¾n (∼1 km) vμ gi¸ thμnh rÊt ®¾t. C¸c hÖ thèng vi ba cã tèc ®é bit t−¬ng tù cã thÓ cho cù ly xa h¬n, nh−ng còng bÞ h¹n chÕ bëi tÇn sè sãng mang. Nh×n chung, h×nh ¶nh cã ý nghÜa khi ®Ò cËp tíi kh¶ n¨ng cña hÖ thèng th«ng tin lμ tÝch tèc ®é bit - cù ly BL (Bit rate Distance), trong ®ã B lμ tèc ®é bit vμ L lμ cù ly kho¶ng lÆp. H×nh 1.2 m« t¶ tÝch BL t¨ng lªn theo tÝnh hiÖn ®¹i cña c«ng nghÖ th«ng tin trong mét thÕ kû r−ìi võa qua. Ta nhËn thÊy r»ng trong mét nöa thÕ kû 20, tÝch BL t¨ng m¹nh theo cÊp thËp ph©n nÕu sö dông sãng ¸nh s¸ng lμm sãng mang. 1015 KhuÕch ®¹i quang TÝch BL [(bit/s)-km] 1012 Th«ng tin quang 9 10 Vi ba 106 103 C¸p ®ång trôc §iÖn tho¹i §iÖn b¸o 1 1850 1950 1900 2000 N¨m H×nh 1.2 Sù t¨ng cña tÝch tèc ®é bit - cù ly. §Ó thÊy ®−îc qu¸ tr×nh sö dông phæ sãng ®iÖn tõ cho c¸c hÖ thèng th«ng tin ®iÖn, cã thÓ kh¶o s¸t b¶ng ph©n cÊp phæ sãng ®iÖn tõ nh− ®−îc ®−a ra ë b¶ng 1-1, trong ®ã m«i tr−êng truyÒn dÉn ®−îc thÓ hiÖn rÊt phong phó tõ c¸c ®«i d©y kim lo¹i cho tíi èng dÉn sãng, tõ sãng dμi cho tíi sãng vi ba, ®· cho phÐp thùc hiÖn mäi dÞch vô. Mét ®iÒu rÊt quan träng ®−îc thÓ hiÖn trong b¶ng nμy mμ ta cÇn l−u ý lμ vïng tÇn sè ¸nh s¸ng. Trong vïng nμy, rÊt dÔ dμng cã thÓ nhËn thÊy ®−îc d¶i b¨ng phï hîp d−íi d¹ng b−íc sãng, thay cho viÖc nhËn biÕt tÇn sè nh− trong vïng sãng v« tuyÕn. Phæ cña ¸nh s¸ng tr¶i tõ 50 nm (cùc tÝm) cho tíi kho¶ng 100 μm (hång ngo¹i), phæ ¸nh s¸ng nh×n thÊy n»m trong d¶i tõ 400 nm cho tíi 700 nm. Còng gièng phæ tÇn sè sãng v« tuyÕn, cã hai líp ph©n cÊp m«i tr−êng truyÒn dÉn cã thÓ ®−îc dïng lμ kªnh truyÒn dÉn trong khÝ quyÓn vμ kªnh truyÒn dÉn trong èng dÉn sãng. Vò V¨n San 9 HÖ thèng th«ng tin quang - ch−¬ng 1 B¶ng 1-1 Ph©n cÊp theo phæ sãng ®iÖn tõ cho c¸c hÖ thèng th«ng tin B−íc sãng 100km ¢m thanh 10km TÇn sè rÊt thÊp (VLF) 1km TÇn sè thÊp (LF) 100m TÇn sè trung b×nh (MF) C¸p ®èi xøng 10m TÇn sè cao (HF) 1m TÇn sè rÊt cao (VHF) 10 cm TÇn sè cùc cao (UHF) 1 cm TÇn sè siªu cao (SHF) Sãng milÝmet 10-6 m Hång ngo¹i Nh×n thÊy Cùc tÝm èng dÉn sãng C¸p ®ång trôc Sîi quang Viba Sãng dμi Sãng ng¾n 2,55μm 800μm 1kHz 10kHz 100kHz MHz 10MHz 100MHz 1GHz 10GHz 100GHz 1014Hz 1015Hz TÇn sè Vμo n¨m 1960, viÖc ph¸t minh ra Laser ®Ó lμm nguån ph¸t quang ®· më ra mét thêi kú míi cã ý nghÜa rÊt to lín trong lÞch sö cña kü thuËt th«ng tin sö dông d¶i tÇn sè ¸nh s¸ng. Sù kiÖn nμy g©y ra mét sù cuèn hót ®Æc biÖt c¸c nhμ nghiªn cøu hμng ®Çu vÒ th«ng tin trªn thÕ giíi, vμ t¹o ra c¸c ý t−ëng tËp trung t×m tßi gi¶i ph¸p sö dông ¸nh s¸ng laser cho th«ng tin quang. §ã lμ ®iÓm xuÊt ph¸t cña sù ra ®êi c¸c hÖ thèng th«ng tin quang. 1.2 qu¸ tr×nh ph¸t triÓn hÖ thèng th«ng tin quang Nh− ë trªn ®· nh¾c ®Õn ë trªn r»ng c¸c hÖ thèng th«ng tin quang chØ kh¸c vÒ nguyªn lý so víi c¸c hÖ thèng vi ba ë d¶i tÇn sè sãng mang dïng ®Ó mang th«ng tin. Theo lý thuyÕt th× hÖ thèng th«ng tin quang cã thÓ cho phÐp con ng−êi thùc hiÖn th«ng tin víi l−îng kªnh rÊt lín vù¬t gÊp nhiÒu lÇn c¸c hÖ thèng vi ba hiÖn cã. Hμng lo¹t c¸c thùc nghiÖm vÒ th«ng tin trªn bÇu khÝ quyÓn ®−îc tiÕn hμnh ngay sau ®ã. Mét sè kÕt qu¶ ban ®Çu ®· thu ®−îc nh−ng tiÕc r»ng chi phÝ cho c¸c c«ng viÖc nμy qu¸ tèn kÐm, kinh phÝ tËp trung cho viÖc s¶n xuÊt c¸c thμnh phÇn thiÕt bÞ ®Ó v−ît qua ®−îc c¸c c¶n trë do ®iÒu kiÖn thêi tiÕt (m−a, Vò V¨n San 10 HÖ thèng th«ng tin quang - ch−¬ng 1 s−¬ng mï, tuyÕt, bôi, vv...) g©y ra lμ con sè khæng lå. ChÝnh v× vËy, ch−a thu hót ®−îc sù chó ý cña m¹ng l−íi. Mét h−íng nghiªn cøu kh¸c cïng thêi gian nμy ®· t¹o ®−îc hÖ thèng truyÒn tin ®¸ng tin cËy h¬n h−íng th«ng tin qua khÝ quyÓn ë trªn lμ sù ph¸t minh ra sîi dÉn quang. C¸c sîi dÉn quang lÇn ®Çu tiªn ®−îc chÕ t¹o mÆc dï cã suy hao rÊt lín (tíi kho¶ng 1000 dB/km), ®· t¹o ra ®−îc mét m« h×nh hÖ thèng cã xu h−íng linh ho¹t h¬n. TiÕp sau ®ã, n¨m 1966 Kao, Hockman vμ Werts ®· nhËn thÊy r»ng suy hao cña sîi dÉn quang chñ yÕu lμ do t¹p chÊt cã trong vËt liÖu chÕ t¹o sîi g©y ra. Hä nhËn ®Þnh r»ng cã thÓ lμm gi¶m ®−îc suy hao cña sîi vμ ch¾c ch¾n sÏ tån t¹i mét ®iÓm nμo ®ã trong d¶i b−íc sãng truyÒn dÉn quang cã suy hao nhá. Nh÷ng nhËn ®Þnh nμy ®· ®−îc s¸ng tá khi Kapron, Keck vμ Maurer chÕ t¹o thμnh c«ng sîi thñy tinh cã suy hao 20 dB/km t¹i Corning Glass vμo n¨m 1970. Suy hao nμy nhá h¬n nhiÒu so víi thêi ®iÓm ®Çu chÕ t¹o sîi vμ cho phÐp t¹o ra cù ly truyÒn dÉn t−¬ng ®−¬ng víi c¸c hÖ thèng truyÒn dÉn b»ng c¸p ®ång. Víi sù cè g¾ng kh«ng ngõng cña c¸c nhμ nghiªn cøu, c¸c sîi dÉn quang cã suy hao nhá h¬n lÇn l−ît ra ®êi. Cho tíi ®Çu nh÷ng n¨m 1980, c¸c hÖ thèng th«ng tin trªn sîi dÉn quang ®· ®−îc phæ biÕn kh¸ réng víi vïng b−íc sãng lμm viÖc 1300nm. Cho tíi nay, sîi dÉn quang ®· ®¹t tíi møc suy hao rÊt nhá, gi¸ trÞ suy hao d−íi 0,154dB/km t¹i b−íc sãng 1550nm ®· cho thÊy sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ cña c«ng nghÖ sîi quang trong gÇn ba thËp niªn qua. Gi¸ trÞ suy hao nμy ®· gÇn ®¹t tíi tÝnh to¸n lý thuyÕt cho c¸c sîi ®¬n mèt lμ 0,14dB/km. Cïng víi c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸c nguån ph¸t vμ thu quang, sîi dÉn quang ®· t¹o ra c¸c hÖ thèng th«ng tin quang víi nhiÒu −u ®iÓm tréi h¬n h¼n so víi c¸c hÖ thèng th«ng tin c¸p kim lo¹i lμ: - Suy hao truyÒn dÉn rÊt nhá - B¨ng tÇn truyÒn dÉn rÊt lín - Kh«ng bÞ ¶nh h−ëng cña nhiÔu ®iÖn tõ - Cã tÝnh b¶o mËt tÝn hiÖu th«ng tin cao - Cã kÝch th−íc vμ träng l−îng nhá - Sîi cã tÝnh c¸ch ®iÖn tèt - Tin cËy vμ linh ho¹t - Sîi ®−îc chÕ t¹o tõ vËt liÖu rÊt s½n cã. Do cã c¸c −u ®iÓm trªn mμ c¸c hÖ thèng th«ng tin quang nhanh chãng ®−îc ¸p dông réng r·i trªn m¹ng lø¬i. Chóng cã thÓ ®−îc x©y dùng lμm c¸c tuyÕn ®−êng trôc, trung kÕ, liªn tØnh, thuª bao kÐo dμi cho tíi c¶ viÖc truy nhËp vμo m¹ng thuª bao linh ho¹t vμ ®¸p øng ®−îc mäi m«i tr−êng l¾p ®Æt tõ trong nhμ, trong c¸c cÊu h×nh thiÕt bÞ cho tíi xuyªn lôc ®Þa, v−ît ®¹i d−¬ng vv.... C¸c hÖ thèng th«ng tin quang còng rÊt phï hîp cho c¸c hÖ thèng truyÒn dÉn sè kh«ng lo¹i trõ tÝn hiÖu d−íi d¹ng ghÐp kªnh nμo, c¸c tiªu chuÈn B¾c Mü, Ch©u ¢u hay NhËt B¶n, nh− ë b¶ng 1-2. Ngoμi c¸c tèc ®é trªn, cã mét tiªu chuÈn míi ph¸t triÓn trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y gäi lμ SONET (Synchronous Optical Network), tèc ®é truyÒn dÉn ë ®©y cã h¬i kh¸c chót Ýt, nã x¸c ®Þnh cÊu tróc khung ®ång bé ®Ó göi mét l−u l−îng ghÐp kªnh sè trªn sîi quang. Khèi cÊu tróc c¬ b¶n vμ møc ®Çu tiªn cña ph©n cÊp tÝn hiÖu SONET gäi lμ “tÝn hiÖu truyÒn t¶i Vò V¨n San 11 HÖ thèng th«ng tin quang - ch−¬ng 1 ®ång bé - cÊp 1” STS-1 (Synchronous Transport Signal -Level 1) vμ cã tèc ®é bÝt 51,84 Mbit/s. C¸c tÝn hiÖu SONET cÊp cao h¬n lμ tÝn hiÖu OC-N (Optical Carrier -Level N). TÝn hiÖu OC-N sÏ cã tèc ®é ®−êng truyÒn gÊp N lÇn tÝn hiÖu OC-1. B¶ng 1-3 lμ c¸c møc OC-N cña SONET. B¶ng 1-2 Tèc ®é truyÒn dÉn tiªu chuÈn ë B¾c Mü, ch©u ¢u vμ NhËt b¶n Ph©n cÊp 1 2 3 4 5 Khèi B¾c Mü Khèi ch©u ¢u NhËt b¶n Tèc ®é bÝt Mbit/s Sè kªnh tho¹i Tèc ®é bÝt Mbit/s Sè kªnh tho¹i Tèc ®é bÝt Mbit/s Sè kªnh tho¹i 1,544 6,312 44,736 274,176 - 24 96 672 4032 - 2,048 8,448 34,368 139,264 565,148 30 120 480 1920 7680 1,544 6,312 32,064 97,728 396,200 24 96 480 1440 5760 B¶ng 1-3 C¸c møc ph©n cÊp tÝn hiÖu SONET Møc OC-1 OC-3 OC-9 OC-12 OC-18 OC-24 OC-36 OC-48 Tèc ®é truyÒn (Mbit/s) 51,84 155,52 466,56 622,08 933,12 1244,16 1866,24 2488,32 HiÖn nay c¸c hÖ thèng th«ng tin quang ®· ®−îc øng dông réng r·i trªn thÕ giíi, chóng ®¸p øng c¶ c¸c tÝn hiÖu t−¬ng tù (analog) vμ sè (digital), chóng cho phÐp truyÒn dÉn tÊt c¶ c¸c tÝn hiÖu dÞch vô b¨ng hÑp vμ b¨ng réng, ®¸p øng ®Çy ®ñ mäi yªu cÇu cña m¹ng sè hãa liªn kÕt ®a dÞch vô (ISDN). Sè l−îng c¸p quang hiÖn nay ®−îc l¾p ®Æt trªn thÕ giíi víi sè l−îng rÊt lín, ë ®ñ mäi tèc ®é truyÒn dÉn víi c¸c cù ly kh¸c nhau, c¸c cÊu tróc m¹ng ®a d¹ng. NhiÒu n−íc lÊy c¸p quang lμ m«i tr−êng truyÒn dÉn chÝnh trong m¹ng l−íi viÔn th«ng cña hä. C¸c hÖ thèng th«ng tin quang sÏ lμ mòi ®ét ph¸ vÒ tèc ®é, cù ly truyÒn dÉn vμ cÊu h×nh linh ho¹t cho c¸c dÞch vô viÔn th«ng cÊp cao. Thùc tÕ, th«ng tin quang ®ang ë vμo giai ®o¹n kÕt thóc thÕ hÖ thø t− vμ b¾t ®Çu thÕ hÖ thø n¨m víi viÖc gi¶i quyÕt t¸n s¾c cña sîi quang cïng víi øng dông khuÕch ®¹i quang trªn diÖn réng. C¸c hÖ thèng th«ng tin quang ®· ®−îc triÓn khai thö nghiÖm thμnh c«ng víi nh÷ng ®Æc tÝnh rÊt hÊp dÉn nh− tèc ®é 1,2 Tbit/s, hay truyÒn dÉn soliton cù ly 9400 km t¹i tèc ®é 70 Gbit/s nhê ghÐp 7 kªnh 10Gbit/s, vv... Râ rμng lμ th«ng tin quang lu«n mang l¹i nhiÒu bÊt ngê trong sù ph¸t triÓn c«ng nghÖ cña chóng. §iÒu ®ã muèn nãi r»ng chóng ta cÇn ph¶i th−êng xuyªn bæ tóc nhiÒu kiÕn thøc vÒ th«ng tin quang. Vò V¨n San 12 HÖ thèng th«ng tin quang - ch−¬ng 1 1.3. c¸c thμnh phÇn chÝnh cña hÖ thèng th«ng tin quang Cho ®Õn nay, c¸c hÖ thèng th«ng tin quang kh«ng cßn ®−îc gäi lμ c¸c hÖ thèng th«ng tin míi n÷a, nã ®· tr¶i qua nhiÒu n¨m khai th¸c trªn m¹ng l−íi víi c¸c cÊu tróc kh¸c nhau. Nh×n chung, c¸c hÖ thèng th«ng tin quang th−êng phï hîp h¬n cho viÖc truyÒn dÉn tÝn hiÖu sè vμ hÇu hÕt c¸c qóa tr×nh ph¸t triÓn cña hÖ thèng th«ng tin quang ®Òu ®i theo h−íng nμy. Theo quan niÖm thèng nhÊt nh− vËy, ta cã thÓ xem xÐt cÊu tróc cña tuyÕn th«ng tin quang bao gåm c¸c thμnh phÇn chÝnh nh− h×nh 1.3 d−íi ®©y. TÝn hiÖu ®iÖn vμo ThiÕt bÞ ph¸t quang Nguån ph¸t quang Tr¹m lÆp Xen rÏ kªnh Bé chia quang Thu quang Mèi hμn sîi M¹ch ®iÖn Sîi quang M¹ch ®iÒu khiÓn Bé nèi quang C¸c thiÕt bÞ kh¸c Ph¸t quang ThiÕt bÞ thu quang Bï t¸n s¾c KhuÕch ®¹i quang T¸ch sãng quang KhuÕch ChuyÓn ®æi tÝn hiÖu TÝn hiÖu ®iÖn ra KhuÕch ®¹i ®iÖn H×nh 1.3. C¸c thμnh phÇn chÝnh cña tuyÕn truyÒn dÉn c¸p sîi quang C¸c thμnh phÇn chÝnh cña tuyÕn gåm cã thiÕt bÞ ph¸t quang - cßn gäi lμ bé ph¸t quang, c¸p sîi quang vμ thiÕt bÞ thu quang - hay bé thu quang. ThiÕt bÞ ph¸t quang ®−îc cÊu t¹o tõ nguån ph¸t tÝn hiÖu quang vμ c¸c m¹ch ®iÖn ®iÒu khiÓn liªn kÕt víi nhau. C¸p sîi quang gåm cã c¸c sîi dÉn quang vμ c¸c líp vá bäc xung quanh ®Ó b¶o vÖ khái t¸c ®éng cã h¹i tõ m«i tr−êng bªn ngoμi. ThiÕt bÞ thu quang ®−îc cÊu t¹o tõ bé t¸ch sãng quang vμ c¸c m¹ch khuÕch ®¹i, t¸i t¹o tÝn hiÖu hîp thμnh. Ngoμi c¸c thμnh phÇn chñ yÕu nμy, tuyÕn th«ng tin quang cßn cã c¸c bé ghÐp nèi quang - connector, c¸c mèi hμn, c¸c bé chia quang vμ c¸c tr¹m lÆp; ë c¸c tuyÕn th«ng tin quang hiÖn ®¹i cßn cã thÓ cã c¸c bé khuÕch ®¹i quang, thiÕt bÞ bï t¸n s¾c, vμ c¸c tr¹m xen rÏ kªnh, tÊt c¶ t¹o nªn mét tuyÕn th«ng tin quang hoμn chØnh. C¸c thμnh phÇn chÝnh ë trªn sÏ ®−îc lÇn l−ît xÐt tíi ë c¸c ch−¬ng sau trong cuèn Vò V¨n San 13 HÖ thèng th«ng tin quang - ch−¬ng 1 s¸ch nμy. Tuy nhiªn, ®Ó cã ®−îc nh÷ng kh¸i niÖm ban ®Çu vÒ c¸c thμnh phÇn cña hÖ thèng, xin ®−îc s¬ l−îc tãm t¾t nh− sau. T−¬ng tù nh− c¸p ®ång, c¸p sîi quang ®−îc khai th¸c víi nhiÒu ®iÒu kiÖn l¾p ®Æt kh¸c nhau. Chóng cã thÓ ®−îc treo ngoμi trêi, ch«n trùc tiÕp d−íi ®Êt, kÐo trong cèng, ®Æt d−íi biÓn. Tïy thuéc vμo c¸c ®iÒu kiÖn l¾p ®Æt kh¸c nhau mμ ®é dμi chÕ t¹o cña c¸p còng kh¸c nhau, cã thÓ dμi tõ vμi tr¨m mÐt tíi vμi kilomet. Tuy nhiªn ®«i khi thi c«ng, c¸c kÝch cì cña c¸p còng phô thuéc vμo tõng ®iÒu kiÖn cô thÓ, ch¼ng h¹n nh− c¸p ®−îc kÐo trong cèng sÏ kh«ng thÓ cho phÐp dμi ®−îc, c¸p cã ®é dμi kh¸ lín th−êng ®−îc dïng cho treo hoÆc ch«n trùc tiÕp. C¸c mèi hμn sÏ kÕt nèi c¸c ®é dμi c¸p thμnh ®é dμi tæng céng cña tuyÕn ®−îc l¾p ®Æt. Tham sè quan träng nhÊt cña c¸p sîi quang tham gia quyÕt ®Þnh ®é dμi cña tuyÕn th«ng tin lμ suy hao sîi quang theo b−íc sãng. §Æc tuyÕn suy hao cña sîi quang theo b−íc sãng tån t¹i ba vïng mμ t¹i ®ã cã suy hao thÊp lμ c¸c vïng b−íc sãng 850 nm, 1300 nm vμ 1550 nm. Ba vïng b−íc sãng nμy ®−îc sö dông cho c¸c hÖ thèng th«ng tin quang vμ ®−îc gäi t−¬ng øng lμ c¸c vïng cöa sæ thø nhÊt, thø hai vμ thø ba. Thêi kú ®Çu cña kü thuËt th«ng tin quang, cöa sæ thø nhÊt ®−îc sö dông. Nh−ng sau nμy do c«ng nghÖ chÕ t¹o sîi ph¸t triÓn m¹nh, suy hao sîi ë hai cöa sæ sau rÊt nhá cho nªn c¸c hÖ thèng th«ng tin ngμy nay chñ yÕu ho¹t ®éng ë cöa sæ thø hai vμ thø ba. C¸c h−íng nghiªn cøu vÒ c«ng nghÖ sîi quang cßn cho biÕt r»ng, suy hao sîi quang ë c¸c vïng b−íc sãng dμi h¬n cßn nhá h¬n n÷a. Gi¸ trÞ suy hao sîi nhá nhÊt cã thÓ thu ®−îc l¹i ë vïng b−íc sãng 2,55 μm trªn sîi Fluoride. Sîi dÉn quang cã suy hao nhá nμy ®−îc chÕ t¹o tõ thñy tinh fluoride cã hμm l−îng kim lo¹i nÆng trong ®ã ZrF4 lμ thμnh phÇn chñ yÕu. Gi¸ trÞ suy hao tèi thiÓu ë sîi ®Æc biÖt nμy ®¹t tíi 0,01 ®Õn 0,001 dB/km. Nguån ph¸t quang ë thiÕt bÞ ph¸t cã thÓ sö dông ®i«t ph¸t quang (LED) hoÆc Laser b¸n dÉn (LD). C¶ hai lo¹i nguån ph¸t nμy ®Òu phï hîp cho c¸c hÖ thèng th«ng tin quang, cã tÝn hiÖu quang ®Çu ra t−¬ng øng víi sù thay ®æi cña dßng ®iÒu biÕn. TÝn hiÖu ®iÖn ë ®Çu vμo thiÕt bÞ ph¸t ë d¹ng sè hoÆc ®«i khi cã d¹ng t−¬ng tù. ThiÕt bÞ ph¸t sÏ thùc hiÖn biÕn ®æi tÝn hiÖu ®iÖn nμy thμnh tÝn hiÖu quang t−¬ng øng vμ c«ng suÊt quang ®Çu ra sÏ phô thuéc vμo sù thay ®æi cña c−êng ®é dßng ®iÒu biÕn. C«ng suÊt ph¸t quang lμ mét tham sè thiÕt kÕ quan träng v× nã gãp phÇn x¸c ®Þnh ®−îc suy hao sîi quang hoÆc quü c«ng suÊt trªn tuyÕn ®−îc phÐp lμ bao nhiªu. Nã ®−îc diÔn gi¶i b»ng ®¬n vÞ dBm víi møc 1 mW lμm møc tham kh¶o. BiÓu thøc x¸c ®Þnh chung lμ: ⎛ P ⎞ Pt (dBm) = 10 log 10 ⎜ t ⎟ ⎝ 1mW ⎠ (1-1) B−íc sãng lμm viÖc cña nguån ph¸t quang c¬ b¶n phô thuéc vμo vËt liÖu cÊu t¹o. §u«i sîi ra (pigtail) cña nguån ph¸t quang ph¶i phï hîp víi sîi dÉn quang ®−îc khai th¸c trªn tuyÕn. TÝn hiÖu ¸nh s¸ng ®· ®−îc ®iÒu chÕ t¹i nguån ph¸t quang sÏ lan truyÒn däc theo sîi dÉn quang ®Ó tíi thiÕt bÞ thu quang. Khi truyÒn trªn sîi dÉn quang, tÝn hiÖu ¸nh s¸ng th−êng bÞ Vò V¨n San 14
- Xem thêm -