Nghiên cứu, thiết kế tuyến thông tin cáp quang Vinh - Đà Nẵng

LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển chung của nhân loại thì trong lĩnh vực thông tin cũng có những bước phát triển mạnh mẽ nhằm đáp ứng nhu cầu của cuộc sống ngày nay . Các hệ thống thông tin truyền thống như thông tin vô tuyến , thông tin hữu tuyến ngày càng có những biến đổi cả về chất lẫn lượng . Nhu cầu thực tế yêu cầu các hệ thống truyền dẫn thông tin phải có dung lượng lớn , tốc độ truyền tin rất cao mà các hệ thống thông tin vô tuyến và hữu tuyến không đáp ứng được . Một trong những bước phát triển mang tính nhảy bậc trong lĩnh vực thông tin là việc sử dụng ánh sáng , sóng điện từ vùng bước sóng rất nhỏ ( μm ) – vùng ánh sáng nhìn thấy và hồng ngoại để truyền tải thông tin , từ đó công nghệ thông tin quang ra đời . Các hệ thống thông tin quang được nghiên cứu , phát triển và ngày càng đựơc ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn . Trong hệ thống thông tin quang tín hiệu được truyền dẫn dưới dạng ánh sáng , môi trường truyền dẫn là sợi quang . Cáp quang ngày càng được nhiều nước sử dụng làm phương tiện truyền dẫn thông tin của mình , nó là một phương tiện truyền dẫn tốt trong thời bình cũng như trong thời chiến . Nó đóng vai trò đa năng trong truyền dẫn mọi dịch vụ viễn thông chất lượng cao , đồng bộ và hiện đại như truyền số liệu , phục vụ hội nghị truyền hình , truy cập dữ liệu từ xa , truyền dẫn các tập thông tin đa phương tiện …Cáp quang sẽ dần thay thế các dây dẫn kim loại cồng kềnh và tổn kém bằng nhiều phương pháp : chôn dưới đất , treo và mắc theo cột điện … nó sẽ được triển khai đến từng người sử dụng , giúp cho việc liên kết mọi người với nhau . Cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ , chất lượng truyền dẫn củ các hệ thống thông tin ngày càng được nâng lên theo hướng tăng tốc độ truyền dẫn B , cự ly truyền dẫn L , tăng độ tin cậy ( giảm tỷ số lỗi bit BER) , giảm chi phí dịch vụ và giá thành đầu tư ban đầu . Ở Việt Nam ta trong những năm qua Tổng cục Bưu điện đã thực hiện chủ trương cáp quang hoá mạng lưới thông tin quốc gia và các mạng thông tin nội hạt .Nhiều hệ thống thông tin cáp quang đang được xây dựng và khia thác có hiệu quả phục vụ cho mục đích quân sự nói riêng và góp phần vào phát triển kinh tế nói chung . Nhu cầu tìm hiểu , phát triển và ứng dụng hệ thống thông tin quang ở nước ta ngày càng lớn . Trên cơ sở đó tôi chọn đề tài : “ Nghiên cứu, thiết kế tuyến thông tin cáp quang Vinh – Đà Nẵng” làm đồ án tốt nghiệp . Tôi chọn phương pháp thực hiện đề tài là nghiên cứu lý thuyết , tổng hợp các kiến thức liên quan , trên cơ sở đó thiết kế một tuyến thông tin cáp quang , thực tế là tuyến Vinh – Đà Nẵng . Đây là một tuyến quan trọng trong trục thông tin dọc miền Trung của đất nước . Ngoài phần mở đầu và kết luận , đồ án gồm hai chương : - Chương I : Tổng quan về hệ thống thông tin quang . - Chương II : Thiết kế , thi công , kiểm tra tuyến thông tin cáp quang đã được thiết kế . CH­¬ng 1:tæng quan vÒ hÖ thèng tin quang . Sơ lược về lịch sử phát triển của thông tin quang . 1.1.1.Lịch sử phát triển của thông tin quang . Các phương tiện sơ khai của thông tin quang là khả năng nhận biết của con người qua đôi mắt về sự vật hiện tượng . Từ xa xưa , con người đã biết dùng lửa khói để truyền thông tin như đèn hiệu , đèn hải đăng … Năm 1971 , V.C . Chappe phát minh ra máy điện báo quang sử dụng khí quyển làm môi trường truyền dẫn , cũng như các phương tiện thông tin trước nó phụ thuộc rất lớn vào điều kiện thời tiết , khoảng cách truyền dẫn không lớn , tốc độ thấp ( < 1 bit./s ) . Năm 1880 , A.G.Bell phát minh ra máy điện thoại và đã nghĩ tới một thiết bị quang thoại có khae năng biến đổi từ tín hiệu âm thanh thành tín hiệu ánh sáng . Ý tưởng này chưa được triển khai trên thực tế và sự phát triển tiếp của thông tin quang bị chững lại do sự ra đời và phát triển của các hệ thống thông tin vô tuyến . Nửa sau thế kỷ 20 , thông tin quang được nghiên cứu và nhờ sự ra đời của Laze ( 1958 ) , việc đi tìm môi trường truyền dẫn tốt hơn bầu khí quyển là sợi quang đã tạo bước đột phá mới trong việc phát triển và ứng dụng thông tin quang vào cuộc sống . Trong vòng 20 năm ( 1974 ÷ 1992 ) thông tin quang đã có phát triển vượt bậc Thế hệ đầu tiên của thông tin quang sợi được triển khai vào năm 1978 , làm việc ở bước sóng 0,85 µm , tốc độ truyền tin vào khoảng 50 ÷ 100 Mb/s , khoảng lặp đạt 10 Km , tổn hao sợi quang αs= 20 dB/s . Thế hệ thông tin quang thứ hai bắt đầu triển khai vào đầu những năm 1980 , bước sóng làm việc 1,3 µm , khoảng lặp 20 Km , tốc độ truyên tin mới đạt 100 Mb/s do hiệu ứng tán sắc trên sợi quang đa mode . Điểm hạn chế trên đã được khắc phục nhờ sử dụng sợi quang đơn mode . Năm 1987 thế hệ thông tin quang 1,3 µm thứ hai có tốc độ 1,7 Gb/s , khoảng lặp 50 Km đã được đưa vào sử dụng . Khoảng lặp của thế hệ này bị giới hạn bởi tổn hao sợi quang tại bước sóng 1,3 µm ( αs= 0,5 dB/Km) . Năm 1990 thế hệ thông tin thứ ba của thông tin quang được đưa vào khai thác , bước sóng công tác là 1,55 µm , αs= 0,2 dB/Km , tốc độ truyền tin 2,4 Gb/s và khoảng lặp đạt 100 Km Thế hệ thứ tư của thông tin quang liên quan tới việc tăng tốc độ truyền tin nhờ ghép kênh theo tần số và tăng khoảng lặp nhờ dùng các bộ khuếch đại quang . Năm 1990 các bộ khuếch đại quang xuất hiện , bắt đầu một cuộc cách mạng trong lĩnh vực thông tin quang . Hệ thống thông tin quang kết hợp ( Coherent ) ra đời và phát triển . Trong phòng thí nghiệm , người ta đã thành công khi truyền tin ở tốc độ 2,4 Gb/s xa hơn 21.000 Km và truyền tin ở tốc độ 5 Gb/s xa hơn 14.300 Km . Thế hệ thứ năm của thông tin quang đã đang trong giai đoạn nghiên cứu và hoàn thiện trong phòng thí nghiệm dựa trên việc duy trì hình dạng xung quanh trong quá trình truyền trong sợi quang không tổn hao nhờ hiệu ứng tán sắc bằng sợi quang phi tuyến . Năm 1988 người ta đã chứng minh được tính khả thi của đường truyền số liệu vượt 4.000 Km bằng cách bù tốn hao sợi quang nhờ tán xạ kích thích Raman . Một số hệ thống truyền dẫn thí nghiệm đã vượt khoảng cách 1.000 Km với tốc độ truyền tin 10 Gb/s và vượt khoảng cách 350 Km với tốc độ 20 Gb/s . 1.1.2.Xu hướng phát triển của thông tin quang trong tương lai. Mặc dù đã đạt được những thành tựu đáng kể , kỹ thuật thông tin quang vẫn phát triển với tốc độ nhanh theo hướng hoàn thiện kỹ thuật truyền dẫn , chuyển mạch , xử lý tín hiệu quang nhằm tăng dung lượng truyền dẫn và tăng khoảng lặp . Các xu hướng phát triển của thông tin quang trong thời gian tới có thể là : Sử dụng kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM khi nhu cầu truyền dẫn tăng vượt quá số lượng đường thông tin hiện có . Phát triển sợi quang bằng vật liệu mới như sợi Flor thay cho vật liệu truyền thống Silic , Suy hao của loại sợi này rất thấp ( < 0,01 dB/Km ) nên cự ly trạm lặp có thể đạt hàng ngàn Km . Phát triển vi mạch quang tích hợp và quang điện tử tích hợp DEIC . Phương pháp này kết hợp xử lý tín hiệu quang và tín hiệu điện trên cùng một chip từ đó tăng khả năng và tốc độ xử lý tín hiệu . Phát triển hoàn thiện các bộ khuếch đại quang làm nhiệm vụ các trạm lặp , các trạm lặp của thông tin quang hiện nay phải biến đổi tín hiệu quang sang tín hiệu điện rồi khuếch đại , phục hồi tín hiệu điện xong mới biến đổi sang tín hiệu quang truyền đi . Các bộ khuếch đại quang được dùng làm khối tiền khuếch đại máy thu làm tăng độ nhạy máy thu và dùng làm khối khuếch đại máy phát . Cải tiến các linh kiện thu , phát quang . Linh kiện phát được phát triển theo hướng : tăng công suất phát , giảm độ rộng phổ , tăng giải thông điều chế , giảm dòng ngưỡng và giảm ảnh hưởng của nhiệt độ . Linh kiện thu phát triển theo hướng : tăng độ nhạy , tăng dải thông , giảm dòng tối , giảm ảnh hưởng của điện áp phân cực (đối với diode quang thác ADP ) . 1.2.Hệ thống thông tin quang . 1.2.1. Mô hình hệ thống thông tin quang . Hình 1.1. Mô hình hệ thống thông tin quang . Tín hiệu cần truyền từ điện thoại , các thiết bị đầu cuối , fax , máy tính …được qua bộ xử lý tín hiệu điện rồi đưa tới bộ biến đổi điện quang ( E/O) , các tín hiệu điện “ 1” và “0” (tín hiệu số ) được biến đổi thành tín hiệu quang “có” và “không” qua sợi quang (FO) để truyền tới đầu kia của hệ thống .Các tín hiệu xung truyền trong sợi quang bị suy giảm về công suất , bị giãn về độ rộng xung ( méo dạng ) . Tại bộ biến đổi quang điện ở đầu kia của hệ thống thì các tín hiệu quang được biến đổi thành tín hiệu điện tương ứng ,khôi phục nguyên dạng tín hiệu đã gửi đi rồi qua bộ xử lý tín hiệu điện đi tới các thiết bị đầu cuối . Các bộ biến đổi điện - quang có thể là diot phát quang LED , diode laze LD ,các bộ biến đổi quang - điện có thể là điode thu quang PIN , điode quang thác ADP. Khi khoảng cách truyền dẫn lớn thì cần thiết phải có thêm các trạm lặp đường dây .Tại đây nó biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện rồi qua bộ khuếch đại , sửa dạng và cuối cùng lại biến đổi trở lại tín hiệu quang để tiếp tục truyền trong sợi quang tới phía thu . Các hệ thống thông tin quang rất đa dạng . Dựa vào dạng tín hiệu truyền chúng chia thành hệ thống thông tin quang sọi và tương tự . Dựa theo dạng tách sóng quang chúng chia thành hệ thống thông tin quang tách sóng trực tiếp và tách sóng đồng bộ . Dựa trên cấu trúc mạng chia thành ba loại : mạng điểm nối điểm , mạng hình sao , mạng phân bố . Hệ thống quang sợi rất thích hợp với việc truyền dẫn tín hiệu số nên hầu hết các hướng phát triển của hệ thống quang sợi đều tập trung theo hướng này . Ở phần này ta tìm hiểu về hai hệ thống quang sợi phổ biến hiện nay là :hệ thống quang sợi số điều chế cường độ , tách sóng trực tiếp (IM/MD) và hệ thống quang sợi số tách sóng đồng bộ (COHERENT). 1.2.2.Hệ thống thông tin quang IM/MD a. Sơ đồ khối chức năng của hệ thống IM/MD. Hệ thống thông tin quang IM/MD sử dụng kỹ thuật điều chế cường độ IM (inténity) ở máy phát và tách sóng trực tiếp DD (Direct Detection ) ở máy thu . Đây là hệ thống thông tin quang có kỹ thuật không quá phức tạp , giá thành rẻ nên được sử dụng rộng rãi trên thế giới và ở nước ta . Hình 1.2.Sơ đồ chức năng hệ thống thông tin quang IM/DD Hệ thống IM/MD gồm bốn phần lớn : thiết bị đầu cuối phát quang, thiết bị đầu cuối thu quang , sợi quang và trạm lặp . b. Thiết bị đầu cuối phát quang . Có nhiệm vụ nhận tín hiệu vào dạng điện và biến đổi thành tín hiệu ra tương ứng dạng quang truyền vào sợi quang . Bộ ghép kênh điện ( MUX ) : thực hiện ghép kênh tín hiệu số dạng điện kiểu điều chế xung mã PCM các cấp khác nhau theo cấp số của C.ÂU , Bắc Mỹ hay Nhật Bản thành luồng dữ liệu đi vào bộ mã hoá . Bộ mã hoá (CODES) : biến đổi mã tín hiệu ra bộ kênh thành mã đường truyền phù hợp với môi trường truyền dẫn là sợi quang và thuận tiện cho việc khôi phục đồng hồ , giám sát ,nâng cao khả năng phát hiện ,sửa chữa lỗi của hệ thống . Bộ kích thích : tạo tín hiệu dòng điện đủ lớn để điều chế cường độ (công suất ) máy phát quang . Nguồn phát quang (E/O) :biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang . Bộ ghép kênh quang : thực hiện ghép nhiều luồng tín hiệu quang từ các nguồn quang khác nhau để cùng truyền trên một sợi quang . Với hệ thống thông tin đơn kênh thì không có bộ ghép kênh quang còn hệ thống thông tin quang đa kênh thì bắt buộc phải có bộ ghép kênh quang . c. Thiết bị đầu cuối thu quang . Có nhiệm vụ thu nhận tín hiệu quang từ sợi quang rồi biến đổi thành tín hiệu điện đầu ra tương ứng . Bộ tách kênh quang :làm nhiệm vụ tách các kênh quang từ nguồn tín hiệu đa kênh quang tới các nguồn thu quang tương ứng . Trong hệ thống thông tin đơn kênh thì không có bộ tách kênh quang . Nguồn thu quang (O/E):thực hiện biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện . Ở đây việc tách sóng quang được thực hiện trực tiếp nhờ các photodiode . Khuếch đại cân bằng : khuếch đại tín hiệu sau tách sóng quang sau đó san bằng và lọc nhằm nâng cao tỷ tín/tạp ở mạch phục hồi . Mạch phục hồi :gồm mạch quyết định và mạch đồng hồ , có nhiệm vụ tái tạo xung tín hiệu và định thời xung đồng bộ hồ . Bộ giải mã (DECODES) : biến đổi tín hiệu từ dạng mã đường truyền về dạng mã thích hợp đưa tới bộ tách kênh điện Bộ tách kênh điện (DEMUX) : tách tín hiệu số cấp cao đưa đến thành tín hiệu số cấp thấp tới các thiết bị đầu ra tương ứng . d.Trạm lặp . Có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu đủ lớn để bù trừ với sự suy hao trên sợi quang trong tuyến .Trạm lặp có hai dạng sau : H ình 1.3.Sơ đồ khối chức năng trạm lặp - Hình 1.3 .a là dạng trạm lặp điện quang (trạm lặp gián tiếp ) đang được sử dụng rộng rãi .Khối biến quang điện (O/E) và khối biến đổi điện quang (E/O) ở đầu vào và đầu ra trạm lặp thực hiện nhiệm vụ biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện và ngược lại . Khối khuếch đại và khôi phục sẽ khuếch đại tín hiệu do sự suy giảm trên đường truyền , sửa dạng tín hiệu bị méo , khôi phục xung đồng hồ và tái sinh tín hiệu để đưa vào khối điều chế bộ biến đổi điện quang . - Hình 1.3.b là dạng trạm lặp dùng bộ khuyếch đại quang (trạm lặp trực tiếp ), tín hiệu quang bị suy giảm trên đường truyền được khuếch đại trực tiếp đủ để bù với lượng suy giảm . Mô hình trạm lặp này được dùng nhiều trong các tuyến thông tin quang xuyên đại dương . 1.2.3. Hệ thống thông tin quang COHERENT a.Sơ đồ chức năng hệ thống thông tin quang COHERENT Hình 1.4.Sơ đồ khối chức năng hệ thống thông tin Coherent . Do những tiến bộ của kỹ thuật và công nghệ nên đã ra đời hệ thống thông tin quang kết hợp Coherent (1980) và được nghiên cứu , ứng dụng thử nghiệm vào đầu thập kỷ 90. Trong hệ thống quang kết hợp sự đổi tần số sóng mang được sử dụng ở máy thu quang bằng cách trộn trường quang tín hiệu với trường quang laze nội và cộng tuyến tính ở đầu ra bộ trộn ( tương tự như kỹ thuật thu vô tuyến đổi tần ) . Hệ thống Coherent có những điểm ưu việt hơn hệ thống IM/MD là: + Độ nhạy của máy thu quang cải thiện hơn 20 dB so với máy thu IM/MD (tách sóng trực tiếp ) , từ đó có thể tăng cự ly truyền dẫn (trạm lặp ) lên nhiều khi cùng công suất phát . + Có thể sử dụng hiệu quả độ rộng băng tần của sợi quang nhờ kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng (WDM). b.Máy phát quang. Gồm Laze và bộ điều chế ngoài , ở đây sử dụng các laze đơn mode có đường phổ hẹp (thường dùng loại DFB hoặc laze có hộp cộng hưởng ngoài , độ rộng phổ cỡ 10 – 100 MHz ). Bộ điều chế ngoài dùng để điều chế trường quang do laze nguồn phát ra với dạng điều chế mong muốn nhứAK (điều biên ),PSK(điều pha ),DPSK(điều pha tương đối ).Các bộ điều chế ngoài thường dùng như giao thoa kế Mac-zender , bộ điều chế hấp thụ EA .Riêng điều chế dạng FSKđược tiến hành trực tiếp bởi dòng phun của laze .Cùng đi với bộ điều chế là các tín hiệu mang thông tin cần gửi đã được mã hoá (PCM). để giảm sự phản xạ ánh sáng từ sợi quang về lại máy phát thì ần có bộ cách ly quang giữa máy phát uang và sợi quang . Bộ cách ly quang chỉ cho pháp ánh sáng truyền theo chiều từ từ nguồn vào sợi quang còn hấp thụ ánh sáng theo chiều ngược lại . c.Máy thu quang Máy thu quang ở đây phức tạp hơn nhiều so với ở trong hệ thống IM/DD ,gồm :bộ trộn quang , bộ tách quang , laze dao động nội bộ khuếch đại , bộ lọc dải , bộ tự động điều chỉnh tần số laze dao động nội , bộ giải điều chế . Bộ trộn quang là phần tử đặc trưng nhất của máy thu quang kết hợp .Nó cho phép hai trường quang tín hiệu từ sợi quang và từ laze dao động nội trộn với nhau và cộng tuyến tính ở đầu ra bộ trộn . Bộ trộn quang có thể là một gương bán phản xạ hoặc một bộ ghép sợi nóng chảy . Yêu cầu cho hai trường quang vào bộ trộn là phải cùng hướng vì trạng thái phân cực của trường quang tín hiệu truyền trong sợi quang bị thay đổi nên ta cần phải dùng các phương pháp đặc biệt để giảm sự mất phối hợp phân cực giữa hai trường quang tín hiệu và laze dao động nội . Bộ tách sóng quang dùng photodiode (PIN hoặc ADP) sẽ tách sóng tín hiệu sau bộ trộn về dòng quang điện trung tần và đưa qua bộ khuyếch đại , bộ loc để hạn chế về độ rộng của băng tần nhiễu , sau đó tín hiệu qua bộ giải điều chế để đưa về dạng tương ứng với máy phát , cho ra những tín hiệu được phát đi . Bộ điều chỉnh tần số của laze dao động nội sẽ luôn tự ổn định tần số trung tần của máy thu ở một giá trị mong muốn , tí hiệu đi qua từ AFC sẽ qua mạch thích hợp để điều chỉnh tần số tín hiệu của laze nội trước khi tới bộ trộn cùng tín hiệu truyền đi trong sợi quang . 1.2.4. Ưu nhược điểm của hệ thống thông tin quang . a. Ưu điểm : Hệ thống thông tin quang có những đặc điểm nổi bật sau : Hệ thống thông tin quang sợi trong thực tế rất kinh tế , độ tin cậy cao . Khoảng cách trạm lặp có thể lên tới hàng trăm Km ,số lưọng trạm lặp so với dùng cáp kim loại giảm đáng kể , một vài tuyến ngắn có thể liên lạc trực tiếp . Truyền dẫn ghép kênh với dung lượng lớn ,cho phép thực hiện các yêu cầu đa dạng của mạng đa dịch vụ số băng rộng B-ISDN khiến giá thành dịch vụ thấp . Cho phép truyền đồng thời các tín hiệu có bước sóng khác nhau trên cùng một sợi quang (ghép kênh theo bước sóng WDM ) . Đặc tính này cộng với khả năng truyền dẫn băng rộng của sợi quang sẵn có làm cho dung lượng truyền dẫn của tuyến là rất lớn . Sợi quang không chịu ảnh hưởng của điện trường bên ngoài và các tác động của môi trường nên chất lượng thông tin cao . Dễ lắp đặt, bảo dưỡng , thông tin được bảo mật và có thể đi chung đường cáp với các đường truyền kim loại trước đó . Đảm bảo mỹ quan đô thị b.Nhược điểm : Tuy nhiên hệ thống thông tin quang sợi có tồn tại một số nhược điểm sau : Hàn nối sợi quang khó khăn , kỹ thuật cao . Muốn cấp nguồn từ xa cho các trạm lặp cần thêm đặt thêm dây kim loại ( cu, fe, …)vào trong cáp quang . Nếu có nước , khí ẩm lọt vào trong cáp thì sơi quang sẽ chóng bị lão hoá , các mối hàn chóng hỏng , lượng suy hao tăng . Sợi quang có khích thước nhỏ nên hiệu suất ghép nguồn quang với sợi quang thấp . Không truyền được mã lưỡng cực . Những những nhược điểm này phần lớn mang tính khách quan và có thể giải được bằng các tiến bộ của công nghệ . Nhờ những ưu điểm vượt trội trên mà hệ thống thông tin quang ngày càng được ứng dụng rộng rãi và có một tương lai phát triển tốt đẹp vì những lợi ích của nó trong cuộc sống . 1.3.Cấu hình hệ thống thông tin quang . Ta có cấu hình hệ thống thông tin quang như hình vẽ sau đây : Hình 1.5. Mô hình hệ thống thông tin quang . Từ đây chúng ta đi tìm hiểu về hoạt động của các khối chức năng trong hệ thống . 1.3.1.Thiết bị ghép kênh . Thiết bị ghép kênh sử dụng trong hệ thống thông tin quang hiện nay là thiết bị ghép kênh số . tín hiệu điện được biến đổi thành tín hiệu điều chế xung mã PCM và ghép kênh theo nguyên tắc phân thời gian (TDM) .Các tiêu chuẩn PCM được sử dụng rộng rãi hiện nay là : - Tiêu chuẩn châu Âu (CFPT): Lượng tử hoá theo luật A , tốc độ luồng tín hiệu số cơ bản là 2,048 Mb/s , gồm 30 kênh thoại tiêu chuẩn , mỗi kênh có tốc độ 64 Kb/s . - Tiêu chuẩn Bắc Mỹ và Nhật Bản : Lượng tử hoá theo luật µ , tốc độ luồn tín hiệu cơ bản là 1,544 Mb/s , gồm 24 kênh thoại tiêu chuẩn , mỗi kênh có tốc độ 64 Kb/s . Thứ bậc ghép kênh của các tiêu chuẩn được trình bày ở bảng 1.1 dưới đây : Tiêu chuẩn Đặc trưng Cấp bậc Cấp 1 cấp 2 Cấp 3 Cấp 4 Cấp 5 Châu Âu Tốc độ (Mb/s) Hệ số nhân Số kênh thoại 2,408 - 30 8,488 4 120 34,368 4 480 139,264 4 1920 564,992 4 7680 Bắc Mỹ Tốc độ (Mb/s) Hệ số nhân Số kênh thoại 1,544 - 24 6,312 4 96 44,736 7 672 274,176 6 4032 565 2 8064 Nhật Bản Tốc độ (Mb/s) Hệ số nhân Số kênh thoại 1,544 - 24 6,312 4 96 32,064 5 480 97,728 3 1440 397,2 4 5760 Bảng 1.1. Các chỉ tiêu ghép kênh PCM thông dụng . Các hệ thống truyền dẫn số ở Việt Nam xây dựng theo tiêu chuẩn ghép kênh của Châu Âu . một kênh thoại cơ bản có phổ giới hạn từ 0,3 – 3,4 KHz , được chuyển thành dạng số có tốc độ 64 Kb/s tương đương với 1 kênh thoại . Một kênh truyền hình màu chất lượng tiêu chuẩn được truyền ở tốc độ 140 Mb/s tương đương 1920 kênh thoại . 1.3.2.Thiết bị đầu cuối . Thiết bị đầu cuối OLTE giao tiếp với thiết bị ghép kênh và sợi quang . Sơ đồ khối của OLTE được mô tả như hình 1.6. dưới đây : Hình 1.6. Sơ đồ khối chức năng thiết bị đầu cuối ( OLTE ) Chức năng chính của các khối là : Hướng phát : tiếp nhận tín hiệu điện từ thiết bị ghép kênh , biến đổi tín hiệu điện sang dạng mã thích hợp với đường truyền quang , kích thích (điều chế ) nguồn quang phát ra tín hệu quang tương ứng . Khối sửa dạng : tín hiệu xung từ thiết bị ghép kênh đưa tới được khuyếch đại san bằng và sửa dạng tại đây . Khối đổi mã (B/U: BIPOLAR / UNIPOLAR ) : mã truyền dẫn của tín hiệu điện thường là mã lưỡng cực (B) có ba trạng thái ( + V , 0 , - V ) không phù hợp với đường truyền dẫn quang do chỉ truyền hai trạng thái ( sáng , tối ) . Do đó tín hiệu điện sẽ được đổi sang mã đơn cực ( U ) tại đây . Mã lưỡng cực thường dùng là HDB3 , CMI , mã đơn cực thường dùng là mã khối mBnB dạng NRZ hoặc RZ . Khối ngẫu nhiên hoá ( SCR : Scramber ) : trộn chuỗi xung một cách ngẫu nhiên theo một quy tắc nhất định để tránh sự lặp đi lặp lại một chuỗi dài các bit giống nhau . Công việc này giúp cho việc phân bố phổ tín hiệu cần truyền được đồng đều hơn . Khối mã hoá ( Coder ): tại đây , thêm một lần nữa chuỗi xung được đổi sang dạng mã thích hợp với đường truyền dẫn quang . Loại mã này có tác dụng laọi trừ sự xuất hiện các nhóm bit chưa nhiều bit “ 1 “ và bit “ 0 “ liên tiếp , đồng thời còn ghép thêm một số nhóm bit phát hiện lỗi . Loại mã như thế này thường được sử dụng là mã 5B6B . Khối kích thích ( Driver ) : tổng hợp dòng điện phân cực và chuỗi xung tín hiệu để kích thích nguồn quang phát ra ánh sáng tương ứng . Nguồn quang ( E/O ) : là nơi phát ra ánh sáng theo tín hiệu từ khối kích thích đưa tới . Linh kiện phát quang có thể là LED hoặc LD . Khối điều khiển công suất ( APC ) : tự động điều chỉnh ánh sáng phát ra có công suất ổn định . Hướng thu : tiếp nhận tín hiệu quang rồi biến đổi thành tín hiệu điện , sau khi được khuếch đại , phục hồi thì tín hiệu điện được giải mã sang dạng mã thích hợp với thiết bị ghép kênh . Thu quang ( O/E ) : biến đổi tín hiệu quang tiếp nhận về thành tín hiệu điện tương ứng nhờ các diode thu quang PIN hoặc ADP . Khối khuếch đại ( AMP ): khuyếch đại tín hiệu đến từ tuyến thu quang . Khối AGC : tự động điều chỉnh độ khuyếch đại của khối khuếch đại nhằm giữ cho mức tín hiệu ra luôn ổn định . Khối phục hồi ( Gegenerator ) : khôi phục lại dạng xung tín hiệu bị méo dạng do suy hao , tán sắc trong sợi quang và tách xung đồng hồ để đồng bộ cho các khối . Khối giải mã (Decoder ) : chuyển mã 6B trở lại dạng mã 5B theo quy tắc mã hoá ở đầu phát . Đồng thời khối này làm nhiệm vụ phát hiện lỗi , đếm lỗi để chỉ thị cảnh báo tới khối giám sát . Khối giải ngẫu nhiên hoá ( Descrambler ) : trộn tín hiệu theo quy tắc ngược lại của quá trình ngẫu nhiên hoá ở phía đầu phát . Khối đổi mã ( U/B : Unipolar/Bipolar ) : đổi mã đơn cực (U) về mã lưỡng cực (B) để truyền tới thiết bị ghép kênh . 1.3.3.Thiết bị ghép/ tách quang Hình 1.7. Chức năng của thiết bị ghép tách kênh quang . Trong hệ thống thông tin quang đa kênh thì người ta dùng các thiết bị ghép /tách kênh theo bước sóng (WDM ) .Nó đảm bảo các chức năng sau : Ghép nhiều tín hiệu có bước sóng khác nhau để đưa vào một sợi quang . Tách các tín hiệu có bước sóng khác nhau trong sợi quang thành từng tín hiệu riêng biệt ứng với mỗi bước sóng đầu vào Để thực hiện ciệc ghép / tách kênh quang , người ta sử dụng lăng kính , các bộ lọc thông quang , cách tử nhiễu xạ như được đưa ra ở bảng 1.2 dưới đây . Trong các phương pháp trên thì : phương pháp lăng kính có cấu trúc đơn giản , tách ra các tia sáng ngay cả khi ánh sáng là một dải có bước sóng rộng , nhưng nó có giá thành cao nên ít được sử dụng . Phương pháp lọc phim giao thoa có hệ số truyền dẫn từ 0 ÷ 90% phụ thuộc vào bước sóng , nó dùng để tách các tia truyền hoặc tia phản xạ , phương pháp này thì ghép kênh ít , cấu trúc đơng giản , suy hao thấp nên thường được sử dụng . Còn phương pháp cách tử nhiễu xạ thì tia sáng khi đập vào sẽ phản xạ ra các góc khác nhau tuỳ theo bước sóng . Nó có đặc điểm nhỏ gọn , suy hao nhỏ , tách số kênh lớn nên được sử dụng rộng rãi nhất trong 3 phương pháp Bảng 1.2.Các phương pháp ghép tách quang thông dụng . 1.3.4.Thiết bị lặp đường dây . Thiết bị lặp đường dây giao tiếp với sợi quang ở cả hai phía , đây là điểm khác so với thiết bị đầu cuối . Thiết bị lặp làm nhiệm vụ chuyển tiếp trung gian khi khoảng cách truyền dẫn từ đầu phát tới đầu thu vượt quá khả năng của sợi quang ( do đặc tính suy hao và tán sắc của sợi quang ) . Trong thiết bị lặp không có các khối đổi mã , mã hoá và các bộ giải mã vì dạng mã trên đường truyền được giữ nguyên .Chức năng các khối trong hình 1.8 tương tự như ở thiết bị đầu cuối . Hình 1.8.Sơ đồ khối chức năng trạm lặp đường dây . 1.4.Linh kiện thu, phát quang , sợi quang và cáp quang 1.4.1.Linh kiện phát quang . a. Nguyên lý làm việc của Laze bán dẫn . Sự bức xạ và hấp thụ photon trong bán dẫn gắn liền với sự chuyển tiếp của các điện từ một mức năng lượng sang một mức năng lượng khác . Những đặc điểm của các quá trình xảy ra trong máy lượng quang phụ thuộc vào các hệ thống mức năng lượng của hoạt chất trong bán dẫn . Các bán dẫn có 3 vùng năng lượng : Vùng hoá trị , vùng cấm và vùng dẫn . Ứng với từng vùng ấy có các giới hạn . Wd - Giới hạn vùng dẫn , cao hơn nó thì các điện tử có thể lọt vào Wh - Trần vùng hoá trị . Khoảng cách giữa Wd – Wh là vùng cấm . Ở trạng thái cân bằng nhiệt của bán dẫn thì ở vùng hoá trị có các điện tử , còn ở vùng dẫn có các lỗ trống điện tử . Hình 1.9.Các vùng năng lượng trong bán dẫn . Người ta dùng hàm số Phermi để đặc trưng cho xác suất các điện tử có thể đạt được mức năng lượng W . Fn(WT) = Một đặc điểm của mức Phermi là trong một hệ thống có nhiều bán dẫn và mỗi bán dẫn đều nằm ở trạng thái cân bằng nhiệt thì mức Phermi như nhau . Nồng độ các điện tử tự do và lỗ trống điện tử trong các bán dẫn nguyên chất rất thấp . Chỉ có một phần các điện tử ở vùng hoá trị có năng lượng thoát khỏi các mối liên kết và chuyển từ vùng này lên vùng dẫn . Chính vì vậy mà khi tái hợp ngẫu nhiên ( quá trình các điện tử trở về vị trí cân bằng ở vùng hoá trị và kết hợp cới các lỗ trống điện tử ở đấy ) chỉ tạo ra một bức xạ ngẫu nhiên không đáng kể . Sự tái hợp trong chất bán dẫn có hai loại : tái hợp trực tiếp và tái hợp không trực tiếp . Trong các laze hiện nay chỉ có loại tái hợp trực tiếp . Như vậy muốn có sự phát bức xạ thì phải phá vỡ được trạng thái cân bằng đã nêu ở trên tức là phải tạo được mật độ điện tử ở vùng dẫn nhiều lên . Để làm được điều đó có nhiều cách khác nhau : phun điện tử vào lớp chuyển tiếp p – n , kích chấn bằng đèn có năng lượng lớn kích chấn bằng quang học , kích chấn trực tiếp bằng điện v.v…Phương pháp phổ biến nhất là phun diện tích . Việc tạo ra laze cùng một lúc có sự suy biến điện tử và lỗ trống điện tử ( hiểu một cách đơn giản là nồng độ của chúng có sự thay đổi ) trong bán dẫn nguyên chất là rất khó . Việc này có thể thực hiện được bằng cách cho thêm tạp chất vào tinh thể bán dẫn . Các nguyên tử tạp chất tạo ra tạo ra những múcnăng lượng phụ trong vùng cấm . Các nguyên tử dễ nhường điện tử thì tạo ra các mức năng lượng phụ ở cửa vùng dẫn Wd , còn các nguyên tử dễ nhận điện tử thì tạo thành các mức ở phía trên vùng hoá trị Wn . Vì vậy có hai loại bán dẫn được tạo thành : bán dẫn cho ( loại n ) và bán dẫn nhận (loại p) . Nếu tạp chất nhiều thì chúng có thể tác động tương hỗ lẫn nhau và mức của chúng được kéo lên vùng dẫn và xuống vùng cấm . Lúc này các điện tử ở vùng dẫn và lỗ trống điện tử ở vùng hoá tự nhiên đến mức chất bán dẫn trở thành suy biến . Hình 1.10.Sơ đồ năng lượng lớp chuyển tiếp p-n trước lúc gắn các bán dẫn p và n với nhau . Nếu gắn hai bán dẫn loại p và n với nhau thì ở chỗ gắn sẽ thoả mãn điều kiện : M2 – M1 > ∆E = Wc Một phần điện tử ở vùng n chuyển sang vùng p và ngược lại thì lỗ trống điện tử từ vùng p chuyển sang vùng n , do đó xảy ra quá trình tái hợp và phát lương từ . Lượng từ này được khuyếch đại cho đến khi điều kiện M2 – M1 > ∆E bị phá vỡ và suy biến ở vùng chuyển tiếp bị chấm dứt , tức là sự đảo mật độ ở đó cũng bị chấm dứt . Lúc đó có sự phân bố lại theo các mức năng lượng và trạng thái cân bằng được khôi phục , mức Phermi bị lệch . Để có thể tạo được sự đảo mật độ như ban đầu ở lớp chuyển tiếp p-n tức là làm cho mức Phermi ở vùng p-n lại tách ra một khoảng như trước , cần phải cho điện một điện áp V vào lớp chuyển tiếp như hình đã trình bày . Hình 1.11.Sơ đồ năng lượng lớp chuyển tiếp p-n sau khi đã khôi phục trạng thái cân bằng Bây giờ chúng ta xét tới cấu tạo và một vài tính chất của laze bán dẫn Gaas Sơ đồ cấu tạo cuả laze bán dẫn Arxennit – galia ở hình 1.7 .Lớp chuyển tiếp 4 của bán dẫn p-n được tạo ra bằng cách làm khuyếch tán kèm vào tấm bán Gaas loại n . Hai mặt của hai tấm đwocj đánh bóng và đặt một cách cẩn thận sao cho song song với nhau và vuông góc với mặt phẳng chuyển tiếp p-n . Các cạnh phía trước và phía sau đã được đánh bóng kỹ sẽ tạo thành các bề mặt phản xạ của hộp cộng hưởng . Các mặt trên 2 và mặt dưới của bán dẫn sẽ nối với các điện cực 1,6 . Hình 1.12 .Cấu tạo của laze bán dẫn . Trong các bán dẫn hệ số khuếch đại ánh sáng trên một đơn vị độ dài lớn hơn trong các hoạt chất là chất rắn , chất khí và chất lỏng hàng ngàn lần . Chính vì vậy mà độ dài quang học của quãng đường trong laze bán dẫn có thể vào khoảng vài phần mười milimet , còn hệ số phản xạ của các gương là 0,3- 0,4 . Các laze bán dẫn hiện đại có thể làm việc trong chế độ xung và cả trong chế độ liên tục . Mật độ dòng điện phun quyết định thành phần phổ của laze bán dẫn . Khi giá trị của dòng điện ấy bé hơn giá trị ngưỡng nào đấy thì độ rộng của giải phổ sẽ vượt quá 0,1 µk . Mật độ dòng điện phun còn quyết định sự phân bố bức xạ trong không gian . Độ dài và tần số phóng xung trong laze bán dẫn được quyết định bởi nhiệt độ của lớp chuyển tiếp p-n là chủ yếu . Vì kích thước lớp p-n rất bé nên sự khuếch tán rất lớn , chính vì vậy mà độ tán xạ của tia bức xạ ở laze bán dẫn lớn hơn nhiều so với laze khí . Laze bán dẫn có kích thước bé , hiệu suất cao ( gần 100%) . Điều đó cho phép sử dụng rộng rãi laze bán dẫn vào các kết cấu đòi hỏi gọn nhỏ và chắc chắn . b. Trường bức xạ của ánh sáng ra và hiệu suất ghép . Bức xạ của trường quang được đặc trưng bởi sự phân bố trường xa , trường gần và mật độ bức xạ . Nhưng người ta thường quan tâm đến công suất ánh sáng có thể ghép vào sợi quang được xác định theo công suất bức xạ tổng cộng và hiệu suât ghép . Công suất quang đối với LED từ 1÷3 mW , với LD từ 1÷10 mW , các laọi LD đời mới hiện nay có công suất phát tới 50 mW. Giản đồ bức xạ : được xác định bởi góc lập giữa hai đường thẳng mà công suất ánh sáng bằng một nửa so với mức cực đại . Giản đồ bức xạ của LED là rất lớn hơn so với ._.của LD , với LED phát xạ mặt khoảng 1200 , phát xạ rìa khoảng 300 , còn với LD khoảng 50÷100 . Hiệu suất ghép : đặc trưng định lượng cho việc ghép ánh sáng từ nguồn vào sợi , được xác định bởi tỷ số công suất ghép vào sợi quang trên công suất bức xạ toàn phần của nguồn . Hình 1.13. Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất ghép quang . Hiệu suất ghép quang phụ thuộc vào kích thước vùng phát quang , giản đồ bức xạ , góc nhận quang , vị trí đặt nguồn quang như mô tả ở hình 1.13. Hiệu suất ghép của LD phát xạ mặt từ 1÷5% , của LED phát xạ rìa từ 5÷10% , của LD từ 10÷30% với sợi đơn mode , và từ 60÷90% với sợi đa mode . 1.4.2.Linh kiện thu quang . a.Cấu trúc , nguyên lý hoạt động của linh kiện thu quang . Khi ánh sáng mang thông tin tới đầu thu cần có các thiết bị biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện gọi là linh kiện thu quang . Có nhiều phương pháp biến đổi quang - điện như biến đổi trực tiếp lượng tử ánh sáng thành tín hiệu điện theo hiệu ứng quang nội và hiệu ứng quang ngoại . Hiện nay người ta sử dụng hiệu ứng quang nội cho linh kiện thu quang bán dẫn . Nguyên lý làm việc cơ bản như sau : Giả sử ta có một lớp chuyển tiếp p-n được phân cực ngược bởi điện áp U0 ( “-“ đặt vào vùng p ) , khi này độ rộng vùng nghèo tăng ( vùng ít điện tử và lỗ trống ) , điện trường nội của vùng nghèo ngăn sự khuyếch tán của điện tử và lỗ trống đang chiếm đa số ở vùng n và p đi qua vùng nghèo . Trong chuyển tiếp chỉ tồn tại một dòng điện ngược rất nhỏ do sự dịch chuyển của các hạt thiểu số qua chuyển tiếp p-n , dòng điện này là dòng tối Id . Khi ánh sáng có năng lượng photon : W= h.γ > Eg chiếu vào chuyển tiếp ( từ vùng p ) thì vùng p , vùng nghèo , vùng n các điện tử được hấp thụ ánh sáng , điện tử từ vùng hoá trị sẽ dịch lên vùng dẫn , kết quả là tạo nên các cặp điện tử - lỗ trống . Theo chiều điện trường thì các điện tử , lỗ trống chuyển động qua vùng nghèo ,p,n, và tạo ra một dòng chay ngược gọi là dòng quang điện . Dòng quang điện Iph trung bình tỷ lệ với công suất ánh sáng tới Pt theo biểu thức : Iph = R Pt (1.1) Trong đó : R= (1.2) η là hiệu suất lượng tử . Do diode quang p-n có hiệu suất cao , tốc độ không cao nên thực tế thông tin quang sợi người ta dùng hai loại cải tiến là : photodiode PIN và diode quang thác ADP . Diode PIN có điện áp ngược công tác thấp hơn diode ADP , còn diode ADP có khả năng khuếch đại dòng quang điện nhờ hiện tượng ion hoá do va chạm nên độ nhạy của nó tốt hơn của diode PIN . b. Photodiode PIN Hình 1.14. Diode PIN và phân bố điện trường trong PIN . Về cấu trúc , diode PIN được cấu tạo từ chất bán dẫn gồm ba vùng , ở giữa vùng p và n có một vùng bán dẫn tinh khiết gọi là vùng I (Intrinsic ). Cấu trúc của PIN dải 1,3÷ 1,5 µm với các lớp bán dẫn , thiên áp ngược đặt vào PIN , Rtải và phân bố điện trường bên trong diode mô tả như hình 1.14. Ưu điểm của diode PIn so với diode quang p-n là vùng I có điện trở cao nên điện trường trong nó không lớn hơn , như vậy độ rộng vùng I chiếm gần hết vùng nghèo và nó có thể thay đổi được trong quá trình chế tạo . Trong PIN , thành phần dòng quang điện do chuyển động kéo theo chiếm ưu thế so với thành phần dòng khuếch tán vì sự hấp thụ ánh sáng chủ yếu trong vùng I , và độ rộng vùng I có thể chọn lớn để đạt hiệu suất lượng tử và độ nhạy cao , tuy nhiên do phải tính tới đáp ứng thời gian nên độ rộng vùng I được chọn một cách tối ưu . Diode chế tạo từ bán dẫn có vùng cấm loại trực tiếp như InGaas làm vùng I , còn vùng p và vùng n dùng InP dạng chuyển tiếp nhị thể kép cho ta độ nhạy cao , đáp ứng tần số nhanh và băng tần lớn . Nếu chế tạo vùng I bằng bán dẫn có vùng cấm loại gián tiếp thì đáp ứng thời gian lớn sẽ hạn chế tốc độ bit . Độ nhạy của PIN là : Rpin = (1.3) Trong đó : Iph : dòng quang điện (A) Pq : công suất quang chiếu lên diode (W) η : hiệu suất lượng tử hoá λ : bước sóng ánh sáng (m) q: điện tích hạt dẫn (điện tử hoặc lỗ trống có giá trị tương ứng ±e ) h: hằng số Planck c: vận tốc ánh sáng (m/s) c.Diode quang thác ADP . Hình 1.15 Diode quang thác ADP và phân bố điện trường trong ADP Để nâng cao độ nhạy cho diode quang dùng trong thông tin quang sợi khi công suất sóng tới bị giới hạn , người ta sử dụng một loại diode quang khác là diode quang thác ADP . Trong ADP thì dòng quang điện được tăng cường rất lớn nhờ hiệu ứng nhân thác xảy ra do sự ion hoá va chạm của ánh sáng với mạng tinh thể trong vùng nhân thác để tạo ra các cặp điện tử - lỗ trống thứ cấp Cấu trúc của ADP gồm 4 vùng là P+ , I ,P , N+ trong đó vùng P có trở kháng cao (để dưới tác dụng của thiên áp ngược thì vùng này có điện trường lớn ) vùng I là vùng hấp thụ ánh sáng để tạo ra cặp điện tử - lỗ trống sơ cấp . Vùng P là vùng nhân thác ( hay khuếch đại ) vì tại đây chuyển động kéo theo của điện tử - lỗ trống sơ cấp dưới tác dụng của điện trường là rất lớn , đủ năng lượng ion hoá mạng tinh thể do va chạm và giải phóng cặp điện tử - lỗ trống thứ cấp . Quá trình này diễn ra liên tiếp dẫn đến sự nhân thác điện tử - lỗ trống trong vùng P . Kết quả là dòng quang điện trong ADP được khuếch đại rất lớn . Cấu trúc các lớp bán dẫn , thiên áp ngược , tải và phân bố điện trường của ADP là ở hình 1,14 . Để tạo ra điện trường lớn trong vùng nhân thác thì thiên áp ngược đặt lên ADP phải khá lớn ( hàng chục đến hàng trăm vôn ) , trong khi với PIN thì giá trị này lại nhỏ ( vài vôn ) . Để không xảy ra hiện tượng đánh thủng diode đối với ADP thì thiên áp ngược thường chọn khoảng 90% điện áp đánh thủng . Độ nhạy của ADP được tính theo công thức : RADP = M . (1.4) Trong đó : M : thừa số nhân thác của diode . R1 : độ nhạy ứng với độ nhân thác đơn vị ( M = 1 , là độ nhạy ứng với PIN ) Ta cần chú ý rằng quá trình nhân thác mang tính thống kê nên giá trị độ nhạy RADP phải hiểu là một giá trị trung bình . Trong hai diode ADP và PIN thì : ADP có độ nhạy cao hơn , PIN có tạp âm thấp hơn , điện áp ngược nhỏ hơn và giá thành rẻ hơn . Vì vậy trong hệ thống thông tin quang sợi hiện nay thì cả PIN và ADP đều được sử dụng tuỳ theo trường hợp cụ thể trong tuyến . d. Các tham số cơ bản của diode quang . + Hiệu suất lượng tử : η = (1.5) Trong đó : ne : là số điện tử được sinh ra nph : là số photon được hấp thụ Trong thực tế η thường đạt 60÷80% , một số loại máy có thể đạt được 90% và η cũng phu thuộc vào từng bước sóng . + Độ nhạy quang : R= = (1.6) + Tạp âm : Diode có các nguồn tạp âm sau : Tạp âm thăng giáng dòng quang xuất hiện trong quá trình lượng tử hoá . Bản chất của nó là do đặc tính hạt của các phần tử mang điện , giá trị trung bình bình phương dòng tạp âm lượng tử i2 được tính như sau : (1.7) Trong đó : R : là độ nhạy quang của diode ∆f : là độ rộng băng ( Hz) Dòng tạp âm thăng giáng do dòng tối i2 được tính như sau : = 2.e.id.Δf (1.8) Trong đó : ID : là dòng tối của diode thu quang Dòng tạp âm nhiệt ( Johnson ) iN2 do điện trở tải diode gây nên nó được tính theo công thức sau : I2T = (1.9) Trong đó : kβ : là hằng số Boltzman ( kβ = 1,38 . 10-23 J/K) T : nhiệt độ tuyệt đối (0K) . RT : điện trở tải ( Ω ) Do các quá trình trên là ngẫu nhiên độc lập nên dòng tạp âm trung bình tổng cộng các nguồn tạp máy thu i2 được tính như sau : I = i2q + i2D + i2T (1.10) Đối với diode quang thác ADP do có khuyếch đại tạp âm phụ thuộc thêm do iq và id gây ra . Hiệu ứng thác gây ra hiệu ứng tạp âm phụ FK , nó phụ thuộc vào quá trình ion hoá và chất bán dẫn . 1.4.3.Sợi quang và cáp quang . 1.4.3.1 . Sợi quang . a. Khái niệm . Sợi quang là sợi mảnh hình trụ để dẫn ánh sáng , nó bao gầm hai lớp chất điện môi trong suốt khác nhau , phần bên trong dùng để truyền ánh sáng gọi là lõi sợi , phần bao bọc quanh lõi gọi là vỏ . Sợi quang được cấu tạo sao cho ánh sáng chỉ truyền dẫn trong lõi sợi bằng cách áp dụng hiện tượng phản xạ toàn phần của ánh sáng giữa vùng lõi và vùng vỏ . b. Sự suy hao ánh sáng trong sợi quang . * Suy hao do hấp thụ : Hai nguyên nhân chính gây ra quá trình hấp thụ : Do bản thân vật liệu cấu tạo sợi quang . Do các nguyên tử tạp chất trong sợi quang . Ta coi sợi quang như một tấm lưới hấp thụ ánh sáng , ánh sáng lan truyền trong sơi quang dễ bị hấp thụ bởi vật liệu , sau đó biến đổi thành nhiệt và gây ra suy hao , suy hao này gọi là suy hao hấp thụ . Trong hấp thụ này thì sự hấp thụ các ion OH- còn sót lại là đáng lưu ý nhất , chúng có ở một số đỉnh hấp thụ ở các bước sóng 0.94µm , 1,22µm , 1,38µm . Còn các vùng hấp thụ bên cạnh các đỉnh gọi là các cửa sổ quang , trong khoảng 0,85µm , 1,3µm , 1,55µm chúng được sử dụng cho thông tin quang vì đặc tính suy hao thấp của nó . Trong hấp thụ do bản thân vật liệu có suy hao do hấp thụ cực tím và suy hao hấp thụ hồng ngoại . Suy hao hấp thụ cực tím có đỉnh ở bước sóng 0,1µm , với hồng ngoại là ở 10µm . Các loại suy hao này giảm rất nhanh ở các bước sóng không phải là đỉnh nên suy hao của chúng đạt bé nhất trong khoảng bước sóng 1,0÷1,6 µm Suy hao do tán xạ : Tán xạ Rayleigh : là hiện tượng ánh sáng bị tán xạ theo các hướng khác nhau khi nó gặp một vật kích thước không quá lớn so với bước sóng ánh sáng . Trong quá trình sản xuất sợi quang từ lõi thuỷ tinh đường kính vài mm tới vài chục mm , người ta nung nóng ở nhiệt độ 20000C và kéo chay thành dạng sợi . Tại thời điểm thuỷ tinh sợi quang được làm lạnh đột ngột xuống nhiệt độ phòng 200C . Sự làm lạnh đột ngột sẽ tạo ra sự không đồng đều ở hệ số khúc xạ tạo nên do vật liệu , còn có quán tính ở nhiệt độ cao trong sợi quang . Sự không đồng đều này của chiết xuất khúc xạ là nguyên nhân gây nên tán xạ Rayleigh trong sợi quang . Độ tán xạ tỷ lệ nghịch với mũ bốn bước sóng , bởi vậy khi ánh sáng lan truyền với bước sóng dài hơn thì có suy hao nhỏ hơn và ngược lại . Suy hao tán xạ do cấu trúc sợi quang không đồng nhất : các sợi quang trong thực tế thì không thể có tiết diện mặt cắt ngang là tròn lý tưởng và cấu trúc hình học đều dọc suốt lõi và vỏ . Như vậy tại bề mặt biên giữa lõi và vỏ vẫn tồn tại một số chỗ gồ ghề , tại những chỗ này gây nên suy hao quang , làm tăng sự suy hao quang bới các phản xạ bất bình thường đối với ánh sáng lan truyền . Suy hao do hàn nối , ghép nối . Suy hao do hàn nối : việc hàn nối sợi quang trong lắp đặt tuyến cáp quang là rất quan trọng vì quá trình này cần phải được thống nhất về trục sợi quang và không được để có khe hở . Nếu không đồng nhất về trục thì một phần ánh sáng sẽ phát xaxaj ra bê ngoài , còn nếu có khe hở thì tạo ra suy hao phản xạ ( phản xạ Fresnel) . Nếu không làm tốt việc hàn nối thì suy hao hàn nối là rất lớn . C¸c khuyÕt tËt khi ghÐp nèi sîi quang DÞch chuyÓn ngang(a);DÞch chuyÓn gãc(b);DÞch chuyÓn däc trôc (c) Suy hao ghép nối quang sợi quang và linh kiện thu – phát quang : điều kiện để ghép ánh sáng từ nguồn phát quang vào sợi quang được xác định bằng khẩu độ số NA . Khi so sánh các đặc điểm của LED và LD thì khi ghép vào sợi quang LD có đặc điểm về suy hao tốt hơn ngay cả khi sử dụng thấu kính để tập trung ánh sáng . Còn với các loại sợi quang khác nhau , nếu có NA lớn thì sợi MM có suy hao lớn hơn sợi SM vì chùm sáng của MM bị trải rộng . c. Các loại sợi quang . - Sợi SI-MM : truyền dẫn nhiều mode , tán sắc mode và tán sắc vật liệu lớn , độ rộng băng thông nhỏ , có tích số B.L nhỏ ( khoảng 10 ÷ 20 Mb/s-Km ) . Vì vậy nó sử dụng trong các hệ thống truyền dẫn tốc độ nhỏ , cự ly ngắn . - Sợi GI-MM : có tán sắc mode nhỏ , tán sắc vật liệu bằng 0 tại λ = 1,3µm , độ rộng băng truyền lớn hơn sợi SI-MM , có tích số B.L lớn ( khoảng 2000 Mb/s-Km ) . Dùng trong hệ thống truyền dẫn tốc độ trung bình , cự ly trung bình cho cả hai bước sóng 0,85μm và 1,3µm . - Sợi SI-MM : không tán sắc mode , chủ yếu là tán sắc vật liệu và cấu trúc . Ở bước sóng lớn hơn 1μm thì sợi làm việc ở chế đọ đơn mode . Sợi có tán sắc và suy hao rất nhỏ , băng truyền lớn , tích B.L đạt hàng trăm ( Gb/s-Km) .Tại λ =1,55μm sợi có suy hao rất nhỏ , thường được chế tạo có tán sắc dịch chuyển để sợi có tán sắc bằng 0 ở λ = 1,55µm . Được sử dụng cho truyền dẫn đường dài , tốc độ lớn . Nếu sử dụng laze đơn mode thì tán sắc rất nhỏ , phát huy được tối đa ưu điểm của sợi đơn mode . d. Các phương pháp ghép nối sợi quang . + Phương pháp lồng ống ( thường được dùng ở mối ghép cố định ) : dùng ống thuỷ tinh được gia công chính xác về kích thước trong ứng với sợi quang cần ghép nối ( hình 1.15 ) . Ống lông 1 đầu có dạng hình côn để dễ đưa sợi quang 4 vào , trên thân ống có lỗ 2 để đổ dung dịch liên kết 3 . Hình 1.15.Ghép nối sợi quang bằng phương pháp ống lồng + Phương pháp ổ cắm ( được dùng cho các sợi quang bằng chất dẻo , hình 1.16 ) Các sợi quang 2 được lồng vào các ống kim loại 3 , các ống kim loại này lại được lắp vào cặp ổ cắm 4 của cụm ghép . Khi đưa hai nửa của ổ cắm vào nhau , các sợi quang 2 từ hai phía được đưa tới tiếp xúc với nhau . Hình 1.16.Ghép nối bằng phương pháp ổ cắm . + Ghép bằng khớp cơ khí tĩnh : Sợi quang 1 được lồng vào ống chất dẻo 2 , ống chất doe này có gân bên trong và có khe chứa dung dịch liên kết , đườn kính trong của ống vừa bằng kích thước sợi quang . Hai sơi jquang khi ghép vào với nhau phải có một khe hở 3 để chứa dung dịch liên kết . Toàn bộ ống chất dẻo 2 được bảo vệ bằng khớp cơ khí 4,5. Hình 1.17.Khớp cơ khí + Ghép nối bằng nẹp cơ khí Dùng một số nẹp cơ khí bọc quanh mối ghép 2 sợi quang ( thanh nẹp để dọc theo sợi quang ) , sau đó đổ dung dịch phối hợp chiết suất , rồi mối ghép được bọc trong ống nhựa co nhiệt , đây là loạ ống nhựa chuyên dụng , nó sẽ co lại khi bị nung nóng nhằm ôm chặt mối ghép . + Nối sợi quang bằng phương pháp hàn Dùng lửa hồ quang hoặc laze để hàn hai sợi quang với nhau , nó bao gồm các khâu sau : Hiệu chỉnh để hai đầu dây đồng trục n»m c¸ch nhau khoảng vài mm (a) Dùng lửa hồ quang làm mềm hai đầu sợi quang (b) Đưa hai đầu sợi quang vào tiếp xúc trực tiếp với nhau , trong khi vẫn nung hai đầu dây đó bằng hồ quang (c) Hoàn thiện quá trình hàn (d) Hình 1.18.Hàn sợi quang + Ghép nối bằng khớp cơ khí cơ động Trong kỹ thuật nhiều lúc cần sự ghép hai sợi quang chắc chắn tin cậy trong một thời gian nào đó , vì vậy người ta đã chế tạo loại khớp ghép nối cơ khí có thể tháo lắp . Tại đầu sợi quang 1 phải bóc bỏ một đoạn vỏ bảo vệ ( khoảng 40 mm) sau đó lồng chúng vào các đai cơ khí 6 và giữ ở đấy nhờ các ống chạn 2 và 9 (chúng có lỗ để bơm keo gắn chặt 2 và 3 ) . Như vậy chỉ cần có ốc liên kết 7 , có thể liên kết hai sợi quang với nhau . Hình 1.19.Khớp nối cơ khí động : Chuẩn bị đầu sợi quang để ghép nối (a) , nối sợi ưuang (b) . phần sợi quang có bọc bảo vệ ; 2- các ống chặn ; 3- lỗ bơm keo gắn ; 4- ống lồng thuỷ tinh ; 5- Sợi quang ; 6- đai cơ khí ; 7-ốc liên kết . 1.4.3.2.Cáp sợi quang . Trong thực tế người ta không để một sợi cáp đơn lẻ mà tổ hợp lại thành cáp sợi quang . Một dây cáp quang bên trong có nhiều sợi quang . Cấu trúc cáp quang phải thoả mãn các yêu cầu chính là : Bảo vệ sợi quang trước tác động về cơ , lý ,hoá học của điều kiện bên ngoài . Các dặc tính truyền dẫn của sợi quang phải ổn định . Khả năng lắp đặt , vận hành , bảo dưỡng , sửa chữa sợi quang dễ dàng . Có ký hiệu để dễ phân biệt khi sử dụng Cáp quang được chia thành rất nhiều loại , song hiện nay sử dụng chủ yếu là loại cáp có cấu trúc cổ điển và loại trục có rãnh a . Một số loại cáp điển hình : Cáp băng dẹt: để cáp chứa được nhiều sợi quang người ta ghép các sợi lên từng băng dẹt làm bằng chất dẻo , các băng được xếp chồng lên nhau trong khe răng lược hoặc trong lõi của vỏ cáp , vỏ bọc và chất gia cường của cáp có thể là kim loại hoặc nhựa , sợi tổng hợp . Hình 1.19 Cáp lõi có khe răng lược : loại cáp này có độ bền cao , các sợi quang được bố trí trong các khe của lõi cáp cho nên rất ổn định , tránh được sự uốn cong của sợi quang . Hình 1.20 Cáp thả lỏng trong ống : ở loại cáp này sợi quang được đặt trong ống có chứa chất độn mềm , tuỳ theo số lượng sợi mà ống có đường kính khác nhau . Vỏ bọc của loại cáp này có thể làm bằng kim loại hoặc chất dẻo có độ bền cao . Hinh 1.21 Cáp treo : cáp treo được dùng ở nhiều nơi khác nhau , ở mạng thuê bao vùng nông thôn , vùng có nhiều ao hồ đầm lầy . Yêu cầu cáp treo phải có độ bền cơ học chụi được tải trọng của bản thân nó và gió bão . Loại cáp nhẹ tự treo không cần dây treo đi kèm , còn loại có trọng lượng lớn phải có dây treo để chống kéo dãn , biến dạng cáp .Vỏ bọc ngoài của cáp phải chống đỡ được sự phá hoại của môi trường , các loại gặm nhấm . Hình 1.22. Cáp biển : loại cáp này dùng trong hệ thống thông tin xuyên đại dương , giữa các nước hoặc giữa đất liền với các đảo xa , các công trình trên biển . Cáp có dung lượng truyền lớn , cự ly xa . Các sợi quang trong cáp là các sợi đơn mode làm việc ở các bước sóng 1300nm và 1500nm .Cáp được gia cường có độ bền vững cơ học cao , chịu được sức căng , áp lực của nước ở đáy đại dương , vỏ cáp chống được ẩm ướt , chống được sức căng , áp lực của nước ở đáy đại dương , chống được sức tàn phá của môi trường nước biển . b. Nối , lắp đặt cáp quang : Trong quá trình phát triển mạng thông tin quang , phải tổ chức lắp đặt thông tin quang .Cáp quang được lắp đặt ở dưới nước , dưới đất , theo kênh chuyên dụng . Trong khi lắp đặt phải đạt được các yêu cầu : Có khả năng chống ẩm cao Chịu được các tác động cơ khí mà không bị gãy , đứt , hoặc bị chen ép vỡ . Các phương pháp thường dùng là : + Dùng khung : dùng khung cơ khí để làm giá đỡ cho các mối hàn các sợi quang là phương pháp được áp dụng khá phổ biến . Khung có số thanh dọc 4 bằng số sợi trong một cáp quang . Trên mỗi thanh có gá một mối nối . Hình 1.19-b cho phép mối nối không bị lực kéo dọc sợi quang làm hỏng , đồng thời giữ được vị trí ổn định cho từng sợi quang riêng biệt . Toàn bộ khung có gắn các sợi quang được đặt trong ống bảo vệ bằng vật liệu chịu nhiệt 5 , tránh được sự xâm nhập của bụi bẩn , ẩm , đảm bảo an toàn cho các mối nối Hình 1.19.Khung đỡ các mối nối cáp quang + Dùng thanh chịu lực : các sơi quang trong cáp quang được nối với nhau theo một trong những phương pháp đã nêu ở trên , sau đó phải tiến hành nối hai sợi cáp với nhau . Để đảm mối ghép toàn người ta dùng các thanh 5 đóng vai trò giữ cố định cự ly giữa hai ống bảo vệ 3 đồng thời là thanh chịu lực kéo chủ yếu khi lắp đặt cáp quang . Để chống ẩm cho các mối nối người ta bọc chúng trong ống đầu nối 8 và gia cường bằng đai 2 ( để bảo vệ các mối nối không bị gãy , vỡ ) đồng thời đổ keo gắn kín 4 vào chỗ tiếp giáp . Hình 1.20.Ghép nối cáp quang bằng phương pháp dùng thanh chịu lực . + Dùng hộp hoặc giá định hình : có thể xếp các sợi quang tấm , sau đó từng sợi được nối với nhau từng đoi một theo một trật tự nhất định . Tuỳ theo số lượng sợi quang trong mỗi cáp người ta xếp chúng vào các hộp nhựa và đóng kín ( hình 1.21) . Cũng có thể dùng phương pháp đặt các sợi quang lẻ 1 vào khe ( nơi tiếp xúc của hai nửa hình trụ ) trên tấm 2 , sau đó để các tấm chặn này vào hộp băng nhựa và đóng kín . CHƯƠNG II . THIẾT KẾ ,THI CÔNG TUYẾN CÁP QUANG VINH – ĐÀ NẴNG . 2.1.Yêu cầu thiết kế . Tuyến cáp quang Vinh – Đà Nẵng với tổng chiều dài là 485 Km , là tuyến thông tin quan trọng trong quá trình phát triển kinh tế nói chung của đất nước và đặc biệt là khu vực miền Trung . Với lí do đó mà chúng ta cần phải đặt ra những yêu cầu kĩ thuật cần đạt được là : a.Tổn hao trong sợi quang thấp nhất . Tín hiệu quang truyền trong sợi quang từ vị trí phát đến vị trí thu bị suy giảm biên độ theo dạng hàm mũ . Nếu công suất trung bình đầu vào sợi quang là PP , sợi quang có độ dài L thì công suất trung bình đầu ra sợi quang PT được tính như sau : PT= Pp.exp(-α.L) ( 2.1) Trong đó : α là đại lượng đặc trưng của sợi quang gọi là hệ số suy hao riêng , nó còn là suy hao trên 1 Km sợi quang . Trong khi tính toán thiết kế tuyến , ngoài suy hao sợi quang ta còn phải xét tới suy hao từ các mối hàn , các bộ nối và còn dự phòng suy hao cho sợi quang trên 1 Km chiều dài của sợi . Suy hao trung bình của sợi quang trên 1 Km sợi là αs trong thiết kế được tính như sau : αs= αF + αM + ( 2.2) Trong đó : αs là suy hao trung bình của sợi quang do nhà sản xuất đặt ra αM là suy hao dự phòng cho sợi quang αh là suy hao các mối hàn trên toàn tuyến . Khi ta đã biết được quỹ công suất Pb thì độ dài tối đa của sợi quang được tính như sau : Lmax= (2.3) Khi thiết kế ta luôn mong sao L đạt cực đại , vì vậy PT sẽ là công suất trung bình nhỏ nhất ở đầu vào máy thu với tốc độ bit truyền B mong muốn . Mà : PT = Np . γ . h. B (2.4) Trong đó : Np là số photon trung bình trên bit H là hằng số Planck γ là tần số sóng ánh sáng nên L sẽ giảm theo hàm logarit khi B tăng . Từ thực tế ta thấy : Với bước sóng λ= 0,85μm : thì L không vượt quá 40 Km với mọi giá trị của B .Đối với yêu cầu B100 Mb/s thì người ta không sử dụng bước sóng này . Với bước sóng λ=1,3µm : thì có thể đạt L vượt 100 Km khi B<1Gb/s do có ảnh hưởng của suy hao lớn . Nên sử dụng loại sợi SM để có thể đạt L lớn hơn . Với bước sóng λ=1,55µm : thì có thể đạt L> 200 Km khi B tới 5 Gb/s , với tốc độ bit B lớn hơn thì L giảm rất nhanh do ảnh hưởng của tán sắc sợi quang . Nên sử dụng loại sợi SM để đạt được L lớn hơn , nếu có sợi SM tán sắc dịch chuyển thì cả B và L cùng được nâng lên nhiều . b.Giới hạn về độ tán sắc sợi quang . Đối với giới hạn về độ tán sắc thì tích B.L là một đại lượng dùng để đánh giá khi thiết kế tuyến thông tin quang . Tán sắc gây ra cho tuyến thông tin quang bao gồm tán sắc mode (TMODE) , tán sắc vật liệu ( TMAT) và tán sắc cấu trúc . Còn đối với sợi đơn mode thì không có TMODE mà chỉ có TMAT và tán sắc cấu trúc gọi là tán sắc màu . Tán sắc tổng cộng của tuyến sợi quang được tính : T2s = T2CHR + T2MODE (2.5) Ở đây : TCHR ≈ TMAT = D.L.∆λ (2.6) TMODE = (2.7) Trong đó : L là độ dài tuyến sợi quang BL là dải thông giới hạn bởi tán sắc mode D là hệ số tán sắc của 1 Km sợi quang ∆λ là độ rộng phổ nguồn quang Với các loại sợi đa mode khác nhau ( SI , GI ) thì cách tính cách tính tương ứng theo công thức : (2.8) Độ tán sắc của tuyến làm giới hạn về khoảng cách truyền dẫn L và tốc độ bit B . Mỗi loại sợi quang khi tốc độ bit tăng quá một ngưỡng nào đó thì do ảnh hưởng của tán sắc mà L giảm rất nhanh . Do ảnh hưởng của tán sắc mode có giá trị L và B rất nhỏ hơn sợi đơn mode , ảnh hưởng của tán sắc còn càng được giảm nữa nếu sử dụng sợi đơn mode dịch tán sắc khi này cự ly truyền dẫn L và tốc độ bit B đạt giá trị lớn . c. Tạp âm là thấp nhất Tạp âm trong các linh kiện thu quang được thể hiện dưới dạng dòng điện tạp âm . Các nguồn tạp âm của linh kiện thu quang là : Tạp âm nhiệt : Là tạp âm gây ra do điện trở tải của diode thu quang cũng như trở kháng vào của bộ khuyếch đại . Tạp âm nhiệt It phụ thuộc vào nhiệt độ , băng tạp âm , điện trở tải theo công thức I2t = Trong đó : K: là hằng số Boltzman T: nhiệt độ tuyệt đối , độ K B: bề rộng băng , đơn vị Hz R: điện trở tải , đơn vị Ohm Tạp âm nhiệt của máy thu quang còn phụ thuộc vào hệ số tạp âm của bộ khuyếch đại . Tạp âm lượng tử : Do biến động ngẫu nhiên năng lượng của các photon đạp vào diode thu quang . dòng tạp âm lượng tử Iq được tính bởi : Iq2 = 2.e.R.Popt.B = 2.e.Iph . B Tạp âm dòng tối : Dòng điện nhiễu do các diode thu quang phát ra khi không có ánh sáng chiếu vào cũng gây nên tạp âm thăng giáng . Tạp âm do dòng tối được tính bởi công thức : I2q = 2.e.iD .B Trong đó : iD là dòng tối của diode phát quang . 2.2.Chọn hệ thống thông tin quang và các phần tử trong hệ thống . 2.2.1.Chọn hệ thống thông tin quang . Khi thiết kế bất kỳ một tuyến thông tin nào ta cũng phải quan tâm đến yếu tố giá thành . Giá thành tuyến quyết định đến các giải pháp kỹ thuật cụ thể . Điều này cho thấy rằng không phải cứ áp dụng kỹ thuật hiện đại , tiên tiến nhất là thoả mãn được yêu cầu thực tế dề ra mà nhiều khi những điều kiện sử dụng cụ thể lại phù hợp với khả năng về kinh tế mới là giải pháp tốt nhất cho bài toán thiết kế đặt ra . Các hệ thống thông tin quang hiện nay đang được ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn là các hệ thống thông tin quang đảm bảo truyền thông tin tốt , dung lượng đủ lớn và giá thành hợp lý . Khi thiết kế hệ thống thông tin quang sợi ta phải chú ý đến điều kiện kinh tế cho phép mà từ đó đưa ra giải pháp kỹ thuật phù hợp nhất như : Sợi quang đơn mode (SM) tốt hơn sợi đa mode (MM) về suy hao và tán sắc nhưng có công nghệ chế tạo phức tạp hơn nên giá thành cao hơn . Nguồn phát quang LED dễ chế tạo , giá thành rẻ hơn nguồn phát quang LD nhưng ánh sáng phát ra là không kết hợp , công suất nhỏ ,còn LD có ưu điểm là phát ra ánh sáng kết hợp , công suất ra lớn hơn , độ rộng đường phổ hẹp hơn . Nguồn thu quang PIN có thiên áp ngược đặt lên nó nhỏ hơn , độ nhạy thấp hơn , giá thành rẻ hơn so với ADP , còn ADP thì có lượng tạp âm cao hơn , độ nhạy cao hơn và nó cho chất lượng thông tin đầu ra tốt hơn Vậy giá thành của một hệ thống thông tin quang sợi là một trong những nhân tố quyết định mà ta cần phải xem xét trong bài toán thiết kế . Như chúng ta đã biết hai thành phố Vinh và Đà Nẵng là hai thành phố rất quan trọng trong việc phát triển trong chiến lược phát triển kinh tế cả nước nói chung và đặc biệt là của miền Trung nói riêng . Tuyến thông tin Vinh – Đà Nẵng khi được xây dựng sẽ đảm bảo thông tin liên lạc giữa các tỉnh , thành phố suốt dọc miền trung đặc biệt là giữa các thành phố lớn như Vinh , TP Huế , TP Đà Nẵng , điều đó có ý nghĩa hết sức quan trọng trong việc nó đảm bảo được một trong những yêu cầu thiết yếu trong quá trình nhằm phát triển kinh tế của vùng đát miền Trung đầy tiềm năng này . Chính vì vậy mà với tuyên thông tin đang thiết kế Vinh – Đà Nẵng chúng ta chọn hệ thống thông tin quang kết hợp ( Coherent ) với những lý do sau : Tính ưu việt hơn so với hệ thống IM/DD Yêu cầu nhiệm vụ thông tin của tuyến hiện nay , cho một thời gian dài và phát triển trong tương lai . Phù hợp với xu hướng phát triển thông tin nói chung và thuận tiện cho việc nâng cấp hệ thống sau này . 2.2.2.Chọn các phần tử trong hệ thống . Việc chọn các phần tử cho hệ thống có sự ràng buộc , liên quan lẫn nhau , khi chế tạo sợi quang người ta đã tối ưu hoá ở từng bước sóng công tác ( tại bước sóng này có sự suy hao và tán sắc nhỏ nhất ) , chọn nguồn phát và thu phải phù hợp với bước sóng và độ nhạy , đồng thời khi lựa chọn phải đáp ứng các yêu cầu về mặt dung lượng thông tin đảm bảo cho hiện tại , lâu dài và dự phòng phát triển trong tương lai ,cũng như về mặt kinh tế .Trên nguyên tắc là phải đạt được các yêu cầu kỹ thuật , phù hợp về giá thành , tức là cần phải có một luận chứng kỹ thuật hợp lý . Căn cứ vào nhiềm vụ thông tin liên lạc hiện nay và trong tương lai , ding lượng của tuyến cần thiết kế là 10 Gb/s . Trên cơ sở chọ dung lượng cho hệ thống và các bước trong phân tích ta chọn các phần tử cơ bản của hệ thống như sau : Bước sóng công tác : λ=1,55μm do đây là bước sóng có khả năng truyền dẫn cự ly xa và tốc độ lớn , các hướng phát triển của thông tin quang hiện nay đều tập trung cho bước sóng này nhờ ưu điểm của nó so với các bước sóng công tác thấp hơn . Cáp quang : * Chọn sợi quang : việc chọn sợi quang phù hợp được thực hiện sau khi đã chọn bước sóng công tác . Sợi quang là môi trường truyền dẫn tín hiệu từ máy phát đến máy thu quang . Căn cứ vào B,L ch trước chọn sợi quang đơn mode SM hay đa mode GI cho phù hợp . Khi B< 100MB/s và L< 20Km ta chọn sợi GI , còn đối với tốc độ bit cao , cự ly lớn ta chọn sợi SM thường hay sợi SM tán sắc dịch chuyển . Sợi quang đa mode GI dùng cho bước sóng λ=0,85μm và λ=1,3μm đồng thời các thiết bị quang đa mode thường rẻ hơn đơn mode . Sợi quang đơn mode dùng cho các bước sóng dài từ 1,3÷1,6μm , có giá thành đắt hơn sợi quang đa mode GI cho nên khi tiêu chuẩn B , L được thoả mãn người ta chọn sợi GI để giảm giá thành hệ thống . Ở hệ thống này do ta đã chọn bước sóng công tác là λ= 1,55 μm nên ta chọn sợi quang là sơi đơn mode thì thích hợp nhất .Mặc dù giá thành sợi đơn mode có đắt hơn sợi đa mode chiết suất biến đổi nhưng ngày nay với sự phát triển của công nghệ chế tạo thì giá thành ngày càng được giảm xuống * Chọn cáp quang : Sợi quang là thành phần chủ yếu của cáp quang . Sau khi đã chọn được loại sợi quang cho hệ thống ta cần chọn loại cáp quang cho thích hợp . Căn cứ để chọn cáp quang là : Dung lượng kênh thông tin yêu cầu và dự trữ có thể cho tương lai Điều kiện địa hình sử dụng cho tuyến . Giá thành các loại cáp quang cung ứng trên thị trường Số lượng lõi sợi của cáp quang được chọn căn cứ vào dung lượng kênh thông tin yêu cầu và nhu cầu có thể cho tương lai . Để đảm bảo độ tin cậy người ta sử dụng 4 sợi cho các vấn đề có thể xảy ra , để thay thế hoặc chuyển đổi và 2 sợi quang bảo dưỡng nghiệp vụ . Căn cứ vào đặc thù của tuyến ta sẽ chọn cáp treo , cáp chôn trực tiếp , cáp đặt trong ống cống , cáp ngầm có chất độn và các lớp vỏ bọc và gia cường sao cho phù hợp với mục đích sử dụng nhằm bảo vệ cáp an toàn , làm việc ổn định , lâu dài .Từ những căn cứ trên ta chọn cáp của Pháp do hãnh Alcatel chế tạo , loại cáp sử dụng là cáp chôn trực tiếp . Cáp quang có 24 sợi quang đơn mode , trong số đó có 18 sợi quang đơn mode dịch tán sắc được chế tạo cho bứoc sóng 1,55 μm ,6 sợi quang còn lại là loại sợi đặc biệt dùng khi ta ghép kênh theo bước sóng (WDM) ,trên mỗi sợi có thể truyền tối đa 40 bước sóng khác nhau khi ghép kênh và khi này dung lượng tối đa của tuyến lên tới 40 × 10 = 400 Gb/s . Đây là dự phòng cho tương lai khi dung lượng thông tin truyền dẫn lớn , còn trong giai đoạn hiên jtại thì chúng ta chưa cần thiết phải ghép kênh theo bước sóng vì với dung lượng 10 Gb/s thì ta vẫn chưa dung hết được . Các thông số cơ bản của sợi quang và cáp quang là : suy hao sợi quang αF= 0,2 dB/s , hệ số tán sắc D=5 ps/Km , chiều dài sợi cáp cơ bảm là LF= 4 Km .Căn cứ vào địa hình của tuyến mà các laọi cáp được chọn và triển khai là + Cáp ngoài trời : ống đệm có nhiều chất nhờn , vỏ PE , gia cường bằng thép không có thành phần chịu lực . + Cáp tự treo : ống đệm nhiều sợi có chất nhờn , hai lớp gia cường dây thép , có vỏ bảo vệ PE . + Cáp trong nhà : sử dụng ở hộp kết nối cuối cáp và phối tuyến có đệm chặt và vỏ bảo vệ PVC . c.Máy phát quang : Máy phát quang có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu từ dạng điện thành dạng qu._.