Đang tải... (xem toàn văn)
Thông tin quang, các loại cáp cách đo và các thông số kỹ thuật
1 LỜI MỞ ĐẦU Thông tin sợi quang hiện nay đã trở thành môi trường truyền dẫn chủ yếu, để truyền tải hầu hết dung lượng thông tin đường dài trong nước và quốc tế. Kỹ thuật thông tin quang ngày càng sử dụng rộng rãi trong viễn thông, đường truyền số liệu, truyền hình cáp, mạng đường trục quốc gia, đường trung kế, đường cáp thả biển xuyên quốc gia, lien lục địa … Sự phát triển của ngành công nghệ viễn thông sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới các ngành kinh tế, xã hội, khoa học khác… Trên thực tế thông tin quang được ứng dụng rộng rãi và ngày càng phổ biến đã dần thay thế các phương tiện truyền dẫn khác vì truyền tin trong hệ thống sợi quang có những ưu điểm : Khả năng truyền thông tin ( tốc độ dữ liệu ) là rất lớn (chục Tbit/s). Suy hao thấp (0,2 – 0,3 dB/ Km), dải thông rộng, trọng lượng nhẹ, kích thước nhỏ, hoàn toàn cách điện, xuyên âm trong các sợi quang không đáng kể, tính bảo mật cao, khả năng nâng cấp tốc độ cao dễ dàng, vật liệu chế tạo có sẵn nhiều trong tự nhiên. Bên cạnh đó việc truyền thông tin qua hệ thống sợi quang cũng có những hạn chế như: Vấn đề biến đổi quang điện, chỉ truyền được công suất nhỏ cỡ vài mW, tín hiệu ánh sang trong sợi quang bị suy hao và biến dạng làm ảnh hưởng và hạn chế cự ly truyền dẫn và tốc độ tối đa của tuyến, cáp quang cũng có độ bền vật lý kém như dòn dễ gãy bị suy hao khi bị uốn cong. Chính vì những ưu điểm rất nhiều và vượt trội của cáp quang nên trong bài tập tốt nghiệp của mình em xin trình bày về thông tin quang. Đề tài em xin trình bày là : “ THÔNG TIN QUANG, CÁC LOẠI CÁP CÁCH ĐO VÀ CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT”. Trong quá trình tìm hiểu, em đã nhận được sự giúp đỡ rất lớn từ thầy giáo, đại tá - thạc sỹ Nguyễn Duy Chuyên Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy! 2 TÓM TẮT BÀI TẬP TỐT NGHIỆP Bài tập của em gồm 4 chương được tóm tắt như sau: Chương I : KHÁI QUÁT HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG. Chương này giới thiệu lịch sử mô hình ưu nhược điểm của mạng truyền dẫn thông tin quang. Chương II: SỢI QUANG VÀ CÁC LOẠI CÁP QUANG. Chương này giới thiệu về cấu trúc phân loại sợi quang và nguyên lý ánh sang truyền qua sợi quang. Chương III: CÁCH ĐO VÀ CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA CÁP QUANG. Chương này giới thiệu cách đo và các thông số kỹ thuật của sợi quang. 3 CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 1.1 Giới thiệu hệ thống thông tin quang 1.1.1 Giới thiệu về lịch sử phát triển Trong tiến trình lịch sử phát triển của nhân loại việc trao đổi thông tin giữa con người với con người đó trở thành một nhu cầu quan trọng ,một yếu tố quyết định giúp phần thúc đẩy sự lớn mạnh tiến bộ của mỗi quốc gia ,cũng như nền văn minh của nhân loại . Cùng với sự phát triển của hệ thống thông tin hữu tuyến và vô tuyến sử dụng môi trường truyền dẫn là dây dẫn kim loại cổ điển (cáp đồng ) và không gian.Thì việc sử dụng ánh sáng như một phương tiện trao đổi thông tin cũng được khai thác có hiệu quả . Cùng với thời gian thông tin quang đã phát triển và ngày càng hoàn thiện với những mốc lịch sử như sau: - Năm 1790 : Clau de Chappe , kĩ sư người Pháp ,đã xây dựng một hệ thống điện báo gồm một chuỗi các tháp với các đèn báo hiệu trên đó. Tin tức vượt qua chặng đường 200km trong vòng 15 phút . - Năm 1870 : John Tyndall nhà vật lý người Anh đó chứng tỏ ánh sáng có thể dẫn được theo vòi nước uốn cong với nguyên lý phản xạ toàn phần . Điều vẫn được áp dụng trong thông tin quang hiện nay . - Năm1880 : Alexander Graham Bell , người Mỹ giới thiệu hệ thống thông tin Photophone . Tiếng nói được truyền đi bằng ánh sáng trong môi trường không khí. Nhưng chưa được áp dụng trong thực tế vì quá nhiều nguồn nhiễu. - Năm 1934: Norman R.French, người Mỹ , nhận bằng sáng chế hệ thống thông tin quang. Sử dụng các thanh thuỷ tinh để truyền dẫn. - Năm 1958: Arthur Schawlour và Charles H Tounes, xây dựng và phát triển. 4 - Năm 1960: Theodor H Maiman đưa laser vào hoạt động . - Năm 1962: Laser bán dẫn và Photodiode bán dẫn được thừa nhận . - Năm 1966: Charles H Kao và Georce A Hoc kham, hai kĩ sư phòng thí nghiệm Stanrdard Telecommunications của Anh , đề xuất dùng sợi thuỷ tinh dẫn ánh sáng . - Năm 1970: Hãng Corning Glass Work chế tạo thành công sợi quang loại SI có suy hao nhỏ hơn 20 [dB/km] ở bước sóng 1310nm. - Năm 1972: Loại sợi GI được chế tạo với độ suy hao 4 [dB/km] - Năm 1983: Sợi đơn mode(SM) được xuất xưởng tại Mỹ 1.1.2 Sơ đồ hệ thống truyền dẫn quang Mạch điều khiển Nguồn phát quang Chuyển đổi tín hiệu Tách sóng quang Phát quang Thu quang Mạch điện Khuếch đại quang Tín hiệu đầu vào Các thiết bị khác Bộ nối Mối hàn Tín hiệu đầu ra Xen kẽ kênh Bù tán sắc 5 Hình 1.1 Các thành phần hệ thống truyền quang Định nghĩa thông tin quang: là một hệ thống truyền tin thông qua sợi quang. Điều này có nghĩa là thông tin được chuyển thành ánh sáng và sau đó ánh sáng được truyền qua sợi quang. Tại nơi nhận nó lại được biến đổi thành thông tin ban đầu. Chức năng của từng bộ phận trong hệ thống thông tin quang: - Bộ biến đổi điện – quang (E/O): Dùng để biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang để truyền trong môi trường cáp quang ( biến đổi xung điện thành xung quang ). Yêu cầu thiết bị E/O biến đổi trung thực ( ánh sáng bị điều biến theo quy luật của tín hiệu điện ). - Bộ biến đổi quang điện (O/E) : Thu các tín hiệu quang bị suy hao và méo dạng trên đường truyền, do bị tán xạ, tán sắc, suy hao bởi cự ly để biến đổi thành các tín hiệu điện và trở thành nguồn tin ban đầu. Yêu cầu độ nhạy máy thu cao, thời gian đáp ứng nhanh, nhiễu nhỏ tiêu thụ năng lượng điện ít. - Các trạm lặp : Được sử dụng khi khoảng cách truyền dẫn lớn. Trạm lặp biến đổi tín hiệu quang thu được thành tín hiệu điện để khuếch đại. Tín hiệu đã được khuếch đại biến đổi thành tín hiệu quang để tiếp tục truyền trên tuyến cáp sợi quang. 1.2 Ư u như ợ c đ i ể m c ủ a hệ t hố n g t h ô ng tin q u a ng Ưu điểm - Suy hao thấp. Suy hao thấp cho phép khoảng cách lan truyền dài hơn. Nếu so sánh với cáp đồng trong một mạng, khoảng cách lớn nhất đối với cáp đồng được khuyến cáo là 100 m, thì đối với cáp quang khoảng cách đó là 2000 m. Một nhược điểm cơ bản của cáp đồng là suy hao tăng theo tần số của tín hiệu. Điều này có nghĩa là tốc độ dữ liệu cao dẫn đến tăng suy hao công suất và giảm khoảng cách lan truy ề n thực tế. Đối với cáp quang thì suy hao không thay đổi theo tần số của tín h ệ u. - Dải thông rộng. Sợi quang có băng thông rộng cho phép thiết lập hệ thống truyền dẫn số tốc độ cao. Hiện nay, băng tần của sợi quang có thể lên đến hàng THz. 6 - Trọng lượng nhẹ. Trọng lượng của cáp quang nhỏ hơn so với cáp đồng. Một cáp quang có 2 sợi quang nhẹ hơn 20% đến 50% cáp Category 5 có 4 đôi. Cáp quang có trọng lượng nhẹ hơn nên cho phép lắp đặt dễ dàng hơn . - Kích thước nhỏ. Cáp sợi quang có kích thước nhỏ sẽ dễ dàng cho việc thiết kế mạng chật h ẹ p về không gian lắp đặt cáp. - Không bị can nhiễu sóng điện từ và điện công nghiệp - Tính an toàn. Vì sợi quang là một chất điện môi nên nó không dẫn đi ệ n. - Tính bảo mật. Sợi quang rất khó trích tín hiệu. Vì nó không bức xạ năng lượng điện từ nên không thể bị trích để lấy trộm thông tin bằng các phương tiện điện thông thường như sự d ẫ n điện bề mặt hay cảm ứng điện từ, và rất khó trích lấy thông tin ở dạng tín hiệu quang. - Tính linh hoạt. Các hệ thống thông tin quang đều khả dụng cho hầu hết các dạng thông tin số liệu, thoại và video. Nhược điểm - Vấn đề biến đổi Điện-Quang. Trước khi đưa một tín hiệu thông tin điện vào sợi quang, tín hiệu điện đó phải được biến đổi thành sóng ánh sáng. - Dòn, dễ gẫy. Sợi quang sử dụng trong viễn thông được chế tạo từ thủy tinh nên dòn và dễ g ẫ y. Hơn nữa kích thước sợi nhỏ nên việc hàn nối gặp nhiều khó khăn. Muốn hàn nối cần có thi ế t bị chuyên dụng. - Vấn đề sửa chữa. Các quy trình sửa chữa đòi hỏi phải có một nhóm kỹ thuật viên có kỹ n ă ng tốt cùng các thiết bị thích hợp. - Vấn đề an toàn lao động. Khi hàn nối sợi quang cần để các mảnh cắt vào lọ kín để tránh đâm vào tay, vì không có phương tiện nào có thể phát hiện mảnh thủy tinh trong cơ thể. Ngoài ra, không được nhìn trực diện đầu sợi quang hay các khớp nối để hở phòng ngừa có ánh sáng truyền trong sợi chiếu trực tiếp vào mắt. Ánh sáng sử 7 dụng trong hệ thống thông tin quang là ánh sáng hồng ngoại, mắt người không cảm nhận được nên không thể điều tiết khi có nguồn năng lượng này và gây nguy hại cho mắt. 1.3 Kết luận - Với đặc tính suy hao thấp, băng thông rộng, kích thước nhỏ, nhẹ, không bị can nhi ễ u sóng điện từ và điện công nghiệp làm cho sợi quang được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như l ĩ nh vực viễn thông: viễn thông đường dài, viễn thông quốc tế sử dụng cáp quang vượt đại dương, mạng trung kế, mạng nội hạt thuê bao; lĩnh vực công nghiệp: đường truyền tín hiệu điều khiển tự động trong hệ thống tự động, công nghiệp dệt; lĩnh vực y học; lĩnh vực quân sự. Sợi quang chỉ có thể truyền tín hiệu dưới dạng ánh sáng nên các nguồn tín hiệu điện được chuyển thành ánh sáng bằng cách sử dụng LED hoặc LASER. Quá trình này được xử lý và diễn ra ở đầu phát, và được gọi là bộ phát quang. Tín hiệu quang này được ghép vào sợi và truyền đến bộ thu quang. Sau khi đến đầu thu, các tín hiệu này được chuyển trở lại thành tín hiệu điện thông qua linh kiện PIN ho ặ c APD. Mặc dù sợi quang có suy hao thấp nhưng tín hiệu vẫn bị suy yếu, do đó đôi lúc trên h ệ thống cũng cần bộ lặp quang, còn gọi trạm tiếp v ậ n. Với tiềm năng về băng thông nên hệ thống truyền dẫn sợi quang đã và đang phát tri ể n trong hệ thống truyền dẫn số đường dài, tốc độ cao từ hàng trăm Mega bit/s đến hàng Tera bit/s nhờ sử dụng công nghệ ghép kênh theo bước sóng quang WDM. 8 CHƯƠNG 2 SỢI QUANG VÀ CÁC LOẠI CÁP QUANG 2.1 CẤU TRÚC TỔNG THỂ CÁC LOẠI CÁP SỢI QUANG Cáp sợi quang gồm phần lỏi và phần vỏ. Phần lỏi có phần tử gia cường các ống đệm hoặc các khối đệm. Các sợi dây đồng dùng cho cáp nguồn, các phần đệm và chất đều đầy. Cấu trúc cụ thể của phần lõi được trình bày chi tiết trong các mục trên đây . Phần vỏ cáp có cấu trúc khác nhau tuỳ từng loại cáp. Nói chung, phần vỏ cáp gồm các phần tử sau đây: vỏ PE thứ nhất bao bọc bên ngoài lõi cáp dài khoãng 1mm, vừa làm chức năng chống ẩm, vừa đóng vai trò lớp cách điện( nếu cáp có dây cấp nguồn ) tiếp theo là lớp chống ẩm và chống gặm nhấm bằng băng nhôm tráng nhựa hai mặt ( hình 3.5) loại này được dùng cho cáp cống, hoặc băng thép mạ kẽm gợn sóng để gia cường cho cáp chôn ( hìng 3.6.) ngoài cùng là lớp vỏ bọcPE dài khoãng 1,5mm÷1,9mm. Vỏ PE ngoài cùng Lõi cáp Băng nhôm tráng nhựa 2 mặt Chất điền dầy Lõi cáp Băng thép mã kẽm 9 Vỏ PE ngoài cùng Hình 2.2Cấu trúc vỏ cáp Hình 2.3Cấu trúc vỏ cáp chôn Ngăn cách không cho nước thấm theo chiều dọc như cáp đứt hoặc để ngoài trời . Hợp chất điều đầy phải có các thành phần không gây hại cho các phần tử khác của cáp , có hệ số dản nở thấp và không làm phình vỏ PE . Một lớp keo dính nóng chảy bọc quanh lõi cáp vừa làm lớp chắn , vừa dính lõi cáp với vỏ cáp. Nếu không yêu cầu chống nước thấm dọc vỏ cáp , chẳng hạn cáp trong nhà thì không cần điều đầy lõi . Để bảo vệ các phần tử bện trong lõi cáp, chỉ cần quấn một vài lớp mỏng bằng các băng plastic. Việc nhận dạng nhờ các sợi chỉ đặt song song với trục cáp và phía ngoài phần tử bện. Chẳng hạn cáp Siemens có màu xanh lá cây – trắng - đỏ – trắng và cáp của Siecor là đỏ - đỏ - xanh lá cây đen. Nếu khách hành yêu cầu thì đặt một băng giấy giữa vỏ và lõi cáp rộng khoãng 6mm có đánh dấu chiều dài theo mét liên tục. 2.1.1.Cấu trúc cáp chôn. Các yêu cầu và đặc tính của cáp chôn trực tiếp đơn giản hơn cáp cống và đặc tính cần bổ sung một lớp vỏ kim loại để tránh rủi ro khi đào bới. Lớp bảo vệ có thể là lớp thép có gợn sóng hoặc lớp dây thép ngoài cùng là vỏ bảo vệ Plastie. 10 2 3 4 5 6 10 9 8 7 1 Hình 2.4.Mặt cắt ngang cáp chôn trực tiếp 2.1.2.Cấu trúc cáp treo. Có cáp tự treo và cáp có dây treo bên ngoài. Cáp treo chịu ứng suất cơ và nhiệt cao. Loại cáp này phải đảm bảo cường độ căng cao cho sợi an toàn. Chính vì vậy sợi dây treo được cấu tạo từ nhiều sợi thép bện với nhau gôm 7 sợi. Trung tâm của các ống đệm lỏng một sợi có phần từ gia cường bằng thép một lớp lá nhôm mạ kẽm bao bọc bên ngoài các ống đệm chống ẩm ngoài cùng là lớp bảo vệ PE (hình số 8) Sîi quang PhÇn tö gia cêng B¨ng nh«m Vá PE h×nh sè 8 D©y thÐp treo [...]... tuyn thụng tin quc t Do si ny suy hao thp nờn chiu di khong lp rng Khi thit k cỏc tuyn cỏp quang bin Phi m bo tin cy cao, c tớnh c hc v truyn dn n nh trong sut thi gian s dng ti a l 25 nm Cỏp ca cỏc nh sn xut khỏc nhau cú cu trỳc khỏc nhau chỳt ớt nhng u cú cu trỳc c bn nh(hỡnh 3.9 ) Lõi có rãnh Vỏ PE cách điện Sợi Sợi Phần tử Trung tâm ống kim loại Phần tử gia cường Chất điền đầy Băng kim loại Vỏ Plastic... an ton khi o cho c thit b v con ngi 29 3.4 CC THễNG S CA SI QUANG 3.4.0.Gii thiu cu trỳc tng th v si quang Cu trỳc ca si quang nh (hỡnh2.0), gm mt lừi thu tinh hỡnh tr trũn v v thu tinh bao quanh lừi Lừi thu tinh dựng truyn ỏnh sỏng, cũn v thu tinh cú tỏc dng to ra phn x ton phn ti lp tip giỏp lừi v v Mun vy ch s khỳc x hay gi l chit sut ca lừi phi ln hn chit sut ca v 2a d lừi v Hỡnh 3.4.0.Cu trỳc... phi c lm sch trc khi o 28 - Cỏc thit b o phi s dng cho qui trỡnh o nghim thu tuyn thụng tin quang phi c qua kim chun hoc c c quan cú thm quyn cp nghnh cho phộp - Trc khi tin hnh o th, phi kim tra li thit b hot ng ca thit b o, nu cú vn nghi ng thỡ khụng c phộp s dng thit b o ú - Phi m bo cỏc iu kin o trc khi tin hnh o cn kim tra cỏc iu kin v mụi trng ni lp t cỏc thit b , cỏc iu kin v nhit , m khụng... cui) cht gel lm phự hp vi chit sut :cho b ni chuyn quang trn 3.1.1.Xỏc nh tn hao ca dõy nhy: Trc khi tin hnh o si quang, cn kim tra tn hao ca tong dõy nhy Cỏc giỏ tr tn hao ny c so sỏnh vi cỏc bn ghi hoc cỏc tiờu k thut ca nh sn xut thỡ cú th xỏc nh c cỏc dõy nhy hng Chỳ ý: Cn lm sch tt c cỏc b ni trc khi tin hnh o Quy trỡnh o: 1 Bt mỏy o cụng sut v ngun sỏng o, ch cho chỳng m khi n nh Nu s dng cỏc ngun... Phn x Khi ỏnh sỏng truyn qua cỏc khe khụmg khớ ti cỏc v trớ si hng hoc qua Connector v n cui si , gp mt phõn cỏch gia si thu tinh v khụng khớ s phn x ( phn x Fresnel ) vi h s phn x ( Reflection Coefficint) R= Trong ú : ( n1 n0 ) 2 ( n1 + n0 ) 2 (4.5) n1 : chit xut ca si thu tinh no : chit xut ca khụng khớ Vi n1 = 1,5 v no = 1 thỡ : R = 0,04 = 4% ( hay 14 dBm ) iu ú cú ngha l mt phõn cỏch ( hoc ... quang Nú c thc hin nh l mt phn ca vic kim tra nghim thu cui cựng , hoc bt c lỳc no cn o suy hao tuyn Do suy hao tuyn si quang bin i theo bc súng hot ng , nờn vic kim tra ny cn c tin hnh s dng cựng mt bc súng vi thit b thụng tin quang s dng si dn quang ú Nu thit b quang hot ng bc súng 1300nm thỡ mỏy o cng c t kim tra bc súng1300nm ).Thit b o Sau õy l nhng thit b cn o cho hu ht cỏc phộp o s dng mỏy... hao ca hai b ni cng thờm vo tn hao ca mt kt ni 3.1.2.o si quang Phộp o tn hao bng mỏy o cụng sut cn c thc hin trờn tt c cỏc tuyn si quang xỏc nh tn hao ton tuyn Thụng tin ny c s dng xỏc nh qu tuyn quang v d tr quang ca tuyn Cú th tin hnh vic o th ny theo hai kiu: kiu ni vũng tr li v kiu u cui - ti - u cui 16 Kiu u cui ti - u cui chớnh xỏc hn, nhng cn hai ngi thc hin Cũn kiu ni vũng tr li cho mt... c).Cỏc dng chit sut khỏc: Cú hai dng chit sut SI v GI c dựng ph bin Ngoi ra cũn cú mt s dng chit sut khỏc nhm ỏp ng nhu cu c bit nh : *Dng chit sut lp bc ; ( Hỡnh 3.4.9a ) Trong k thut ch to si quang, mun thu tinh cú chit sut ln phi tiờm nhiu tp cht vo, iu ny lm tng suy hao Dng gim chit sut lp bc nhm m bo chờnh lch chit sut nhng cú chit sut lừi n1 khụng cao *Dng dch tỏn sc : ( Hỡnh 3.4.9b ) Nh s... o: 1 Bt mỏy o cụng sut v ngun sỏng o, ch cho chỳng m khi n nh Nu s dng cỏc ngun sỏng laser, cn phi m bo rng nú vn cha c bt cho n khi tt c cỏc si n ngun sỏng nú ó c kt ni Lm sch tt c cỏc b ni trc khi tin hnh o 2 Chuyn mỏy o cụng sut quang sang ch ( hay thang o )dBm Ni mỏy o ny vi dõy nhy cú cht lng cao ó chun b trc ( nh trỡnh by trong (hỡnh4.1a) nhn c cụng sut ngun sỏng tham chiu dBm ( Ptham chiu(dBm)).Gớa... thit b u cui ca khỏch hng, cỏp trong nh cng cú c tớnh nh cỏp ngoi tri s cỏp ti thiu l 1 hoc ti a l 6, cỏc si c t trong ng m cht cng kớnh ngoi bộ v khong 3,5mm cỏp cú phn t gia cng phi kim loi bng thu tinh hoc si aramid, v PVC dy 0,9mm v khú bt la Vỏ PVC Phần tử gia cường Vỏ PVC Phần tử gia cường ống đệm chặt một sợi ống đệm chặt một sợi Phần tử trung tâm Hỡnh 2.8.Cu trỳc cỏp trong nh 13 CHNG III: . trúc phân loại sợi quang và nguyên lý ánh sang truyền qua sợi quang. Chương III: CÁCH ĐO VÀ CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA CÁP QUANG. Chương này giới thiệu cách đo và các thông số kỹ thuật của sợi. tập tốt nghiệp của mình em xin trình bày về thông tin quang. Đề tài em xin trình bày là : “ THÔNG TIN QUANG, CÁC LOẠI CÁP CÁCH ĐO VÀ CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT”. Trong quá trình tìm hiểu, em đã nhận. cêng èng ®Öm chÆt mét sîi 13 CHƯƠNG III: CÁCH ĐO VÀ CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA CÁP QUANG. 3.1.GIỚI THIỆU VỀ MÁY ĐO SUY HAO Khi đo suy hao sợi quang bằng máy đo được sử dụng để xác định chính xác