Bài giảng điện tử thông tin Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy CHƯƠNG 7: CÁC HỆ THỐNG VIỄN THÔNG (5 tiết) PHẦN 1: LÝ THUYẾT (4 tiết) 7.1 Hệ thống điện thoại công cộng (PSTN) 7.1.1 Nguyên lý hoạt động Một sơ đồ khối đơn giản hóa hệ thống vòng cục (còn gọi mạng dịch vụ điện thoại cổ điển đơn giản) mô tả sau Hình 7.1: Hệ thống điện thoại cục đơn giản hóa Trang 102 Bài giảng điện tử thông tin Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy Trạm chuyển mạch cục bo (CO) nối hai bên hội thoại cách tạo kết nối cứng hao vòng cục thích hợp Về kết nối nối tiếp ống nghe ống nói than máy điện thoại với acquy đặt trạm Chuỗi kiện xảy thiết lập gọi cục sau: Bên gọi nhấc máy điện thoại lên, hành động đóng tiếp điểm chuyển mạch dòng điện DC chạy qua đường dây điện thoại người gọi Bên gọi quay số cách quay số xung ấn nút Nếu quay số xung, dòng điện đường dây DC bị ngắt số lần số quay (với tốc độ 10 xung/s) Khi nhận dãy số hoàn chỉnh bên gọi, CO đặt tạo chuông (90V, 20Hz, bật 2s, tắt 4s) vào đường dây tương ứng với số quay Kết làm rung chuông máy điện thoại gọi Khi bên gọi trả lời, dòng điện DC chạy vào đường dây báo hiệu cho CO biết để ngắt tạo chuông nối với qua chuyển mạch CO Dòng điện DC chạy qua đường dây hai bên gọi gọi, có kết nối hai bên Khi người nói, dao động âm làm cho điện trở phần microphone than thay đổi đồng với dao động dòng điện DC điều chế Biến đổi tạo tín hiệu âm AC nối với ống nghe bên Đây hoạt động toàn song công, hai bên nói nghe đồng thời Việc cung cấp cho thuê bao đôi dây riêng tất đường tới CO tốn Trong ứng dụng mà số lượng lớn thuê bao tập trung cách CO khoảng cách giá thành hệ thống giảm đáng kể cách sử dụng thiết bị đầu cuối từ xa (RT – Remote Terminal) Các RT cho phép đặt máy điện thoại CO khoảng cách Hình 7.2: Sơ đồ khối hệ thống điện thoại có đầu cuối từ xa Thiết bị đẩu cuối từ xa RT cung cấp điện áp acquy dòng điện rung chuông cho máy điện thoại thuê bao Đường hai dây mang tín hiệu VF song công đến khỏi thuê bao chuyển sang đường bốn dây mang hai đường đơn (đơn công) phát thu tín hiệu mạch lai (hybrid) Mạch lai biến áp cân (hay Trang 103 Bài giảng điện tử thông tin Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy mạch điện tử tương đương) để tạo nên cách ly tín hiệu phát thu Do tượng tự dao động không xảy tín hiệu phát khuếch đại hồi tiếp qua đường dây thu Tín hiệu thoại VF phát chuyển sang tín hiệu PCM DS-0 ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM) với tín hiệu PCM đến từ thuê bao khác nối vào RT Tín hiệu TDM gửi đường trung kế DS-1 tới CO Tương tự, tín hiệu DS-1 thu từ CO phân kênh giải mã để có âm VF cho thuê bao Hình 7.3: Hệ thống điện thoại có đầu cuối từ xa Đối với gọi đường dài, CO cục chuyển mạch gọi tới đường trung kế nối CO cục với CO xa Các đường trung kế thường mang tín hiệu TDM FDM, TDM thường sử dụng Các lặp chiều sử dụng đường trung kế đường dài Trong hệ thống điện thoại nay, người ta thay chuyển mạch tương tự CO chuyển mạch số Trang 104 Bài giảng điện tử thông tin Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy 7.1.2 Mạng PSTN Việt Nam a Tổng quan cấu trúc phân cấp mạng lưới viễn thông theo ITU Độ phức tạp mạng viễn thông phụ thuộc vào lưu lượng thông tin cần chuyển tải, số lượng node chuyển mạch số lượng liên kết truyền dẫn Do quy mô mạng từ đơn giản đến phức tạp Theo ITU (International Telecommunication Union) mạng viễn thông phân tích thành mạng nội hạt mạng đường trục Hình 7.4: Cấu trúc phân cấp theo ITU Mạng đường trục Mạng đường trục gồm tuyến truyền dẫn đường trục tổng đài chuyển tiếp Các tổng đài chuyển tiếp đóng vai trò cổng vào để tổng đài nội hạt qua tham gia vào mạng truyền dẫn đường trục Tổng đài chuyển tiếp thực đo gọi đường dài quản lý cước đường dài tổng đài nội hạt trực thuộc Để thực tính cước người ta chia đất nước theo vùng hành chính, cước phí tiêu chuẩn đặt theo khoảng cách vùng cước Mạng đường trục phân cấp theo từ đến tầng chuyển mạch tuỳ theo độ lớn vùng lượng tải Mỗi tầng trung tâm chuyển mạch đặt vùng quản trị Các tổng đài cấp đường trục nối với theo hình lưới để đảm bảo an toàn xảy cố Mạng nội hạt Mạng nội hạt bao gồm tổng đài nội hạt, tập trung lưu lượng, đường dây thuê bao, tuyến truyền dẫn trung kế kết nối tổng đài nội hạt Phần kết nối từ đường dây thuê bao đến tổng đài nội hạt gọi mạng truy nhập Trang 105 Bài giảng điện tử thông tin Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy Các gọi nội hạt kết nối qua hay nhiều tổng đài nội hạt, gọi đường dài kết nối thông qua tổng đài nội hạt lên tổng đài chuyển tiếp (transit) mạng đường dài b Cấu trúc mạng viễn thông Việt Nam (VNPT) Cấu trúc mạng lưới viễn thông PSTN Việt Nam chia làm cấp: - Cấp quốc tế bao gồm trạm vệ tinh mặt đất tổng đài chuyển mạch quốc tế - Cấp quốc gia (liên tỉnh) bao gồm tuyến truyền dẫn đường trục, tổng đài chuyển tiếp (transit) quốc gia - Cấp nội tỉnh bao gồm tuyến truyền dẫn nội tỉnh, tổng đài Host, tổng đài vệ tinh tổng đài transit nội tỉnh (tandem) Cấp quốc tế Bao gồm trạm mặt đất thông tin vệ tinh hệ thống Intelsat, Intersputnik tổng đài Gateway AXE-105 chuyển mạch quốc tế Hà Nội, Đà Nẵng, TP.Hồ Chí Minh Mạng chuyển mạch cấp quốc tế gồm trung tâm chuyển mạch tương ứng cho vùng lưu lượng miền Bắc, miền Nam, miền Trung Các nút chuyển mạch quốc tế nối với theo hình lưới để đảm bao tính an toàn xảy cố Mạng truyền dẫn cấp quốc tế gồm có: tuyến cáp quang biển TVH (Thái Lan -Việt Nam - Hồng Kông), đường cáp quang nối nước khu vực Đông Nam Á: Trung Quốc Việt Nam - Lào - Thái lan - Malaysia - Singapore tuyến cáp quang biển SE-MEWE3 nối từ châu Âu sang châu Á Cấp quốc gia (liên tỉnh) Mạng truyền dẫn liên tỉnh gồm tuyến truyền dẫn đường trục Bắc Nam sử dụng mạng Ring cáp quang tốc độ 20Gbps viba số 140Mbps, 622 Mbps, mạng truyền dẫn cáp quang liên tỉnh phía Đông Bắc, Tây Bắc, Tây Nam, Đông Nam Mạng chuyển mạch liên tỉnh tổ chức gồm trung tâm chuyển mạch: vùng mạng miền Bắc, vùng mạng miền Nam, vùng mạng miền Trung Ba trung tâm nối với nối với nút chuyển mạch quốc tế theo hình lưới Trung tâm chuyển mạch liên tỉnh phía Bắc Hà Nội gồm tổng đài chuyển mạch TDM, AXE-10 thực nhiệm vụ xử lý gọi liên tỉnh từ tổng đài Host tỉnh thành phố sau đây: Hà Nội, Hải Phòng, Quảng Ninh, Hải Dương, Hưng Yên, Thái Bình, Hà Tây, Hoà Bình, Sơn La, Lai Châu, Hà Giang, Tuyên Quang, Thái Nguyên, Bắc Cạn, Lào Cai, Yên Bái, Vĩnh Phúc, Phú Thọ, Bắc Ninh, Bắc Giang, Lạng Sơn, Cao Bằng, Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình, Thanh Hoá, Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị, Huế Trung tâm chuyển mạch liên tỉnh phía Nam TP.Hồ Chí Minh gồm tổng đài TDX-10, AXE- 10 xử lý gọi liên tỉnh từ tổng đài Host tỉnh/thành phố sau đây: TP Hồ Chí Minh, Đồng Nai, Sóc Trăng, Trà Vinh, Bạc Liêu, Cà Mau, Bến Tre, Tiền Giang, Bình Dương, An Giang, Cần Thơ, Kiên Giang,, Bình Phước, Đồng Tháp, Long An, Vĩnh Long, Tây Ninh, Vũng Tàu, Lâm Đồng, Khánh Hoà, Bình Thuận, Ninh Thuận, Gia Lai, Kom Tum, Đắc Lắc Trung tâm chuyển mạch liên tỉnh miền Trung Đà Nẵng tổng đài chuyển mạch AXE-10 xử lý gọi liên tỉnh từ tổng đài Host tỉnh/thành phố sau đây: Đà Nẵng, Quảng Nam, Ninh Thuận, Bình Thuận, Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên Huế, Quảng Ngãi, Bình Định, Phú Yên, Khánh Hoà, Kom Tum, Gia Lai Đắc Lắc Cấp nội tỉnh Trang 106 Bài giảng điện tử thông tin Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy Từ trung tâm tỉnh đến trung tâm huyện tỉnh, thành phố số hoá hoàn toàn truyền dẫn lẫn chuyển mạch Các tổng đài chuyển mạch nội tỉnh (Host) gồm nhiều chủng loại khác nhiều hãng viễn thông cung cấp Alcatel, NEC, Siemens, Kerea, Bosch,… Các tổng đài nội tỉnh nối với mạch vòng quang kết nối trực tiếp với tổng đài transit quốc gia Ở tỉnh, đặc biệt vùng miền núi, tổng đài cấp huyện thường tổng đài độc lập, tổng đài cấp huyện không nối trực tiếp với tổng đài chuyển tiếp (transit) quốc gia, mà nối tới tổng đài chuyển mạch nội tỉnh, tổng đài nội tỉnh kết nối lên tổng đài chuyển tiếp (transit) quốc gia Mạng truyền dẫn nội tỉnh truyền dẫn cáp quang viba có dung lượng từ 2Mbps đến 34Mbps, thực kế hoạch cáp quang hoá thông tin nội hạt nhiều tỉnh thành phố nước Hình 7.5: Cấu trúc mạng PSTN Việt Nam Hệ thống thông tin vệ tinh 7.2.1 Tổng quan Thông tin vệ tinh : truyền tín hiệu từ nơi đến nơi khác thông qua trạm trung gian gọi vệ tinh Thông tin vệ tinh ứng dụng rộng rãi : thông thoại, truyền số liệu, truyền hình, thông tin di động… 7.2 Đặc điểm Thông tin vệ tinh : + Có khả đa truy nhập + Vùng phủ sóng rộng + Ổn định cao, có khả cao thông tin băng rộng + Có thể ứng dụng thông tin di động + Hiệu kinh tế cao thông tin cự ly lớn , xuyên lục địa Trang 107 Bài giảng điện tử thông tin Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy + Tuy nhiên , thời gian trễ lớn gây cảm giác chậm pha , tiếng dội Tần số làm việc vệ tinh chọn cho suy hao phải đạt cực tiểu (vùng “cửa sổ tần số” nằm khoảng đến 10 GHz ) : + Suy hao không gian tự + Hấp thụ không khí + Suy hao qua tầng điện ly + Suy hao mưa  Do nay, Việt Nam nước phát triển , người ta chủ yếu sử dụng băng C vùng tần số GHz GHz cho phát thu Với tần số phát thu sau đây: - Đường lên (phát mặt đất – vệ tinh ) : ft = 5.925 đến 6.425 GHz - Đường xuống ( vệ tinh – mặt đất ) : fR = 3.70 đến 4.20 GHz - Băng thông cho chiều : B = 500 MHz  Do tần số thu phát cách nên cho phép tách sóng thu phát có mức công suất hoàn toàn khác anten Ngoài người ta sử dụng băng khác với cặp tần số sau : - Băng Ku : 14 GHz / 11GHz , băng thông 500MHz - Băng Ka : 30 GHz / 20 GHz , băng thông 3500 MHz Tuy nhiên suy hao sóng lớn dải 7.2.2 Các dạng quỹ đạo vệ tinh yếu tố đặc trưng chúng  Hình 7.6 Hệ thống vệ tinh gồm hai loại : + Vệ tinh quỹ đạo thấp : chuyển động khác chu kỳ quay trái đất + Vệ tinh địa tĩnh: 1>Vệ tinh địa tĩnh bao gồm hệ thống nhiều vệ tinh ( tối thiểu vệ tinh quỹ đạo định ) làm nhiệm vụ truyền thông tin toàn trái đất Mỗi vệ tinh "treo " độ cao định trái đất, để lực ly tâm lực hướng tâm Trang 108 Bài giảng điện tử thông tin Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy bay theo quỹ đạo với vận tốc góc với trái đất quay xung quanh trục nó.Vì “treo” cố định nên antenna từ trái đất điều chỉnh hướng theo trái đất xoay xung quanh trục 2> Quỹ đạo vệ tinh phải thỏa điều kiện định luật Kepler : +Quỹ đạo vệ tinh phải nằm mức xích đạo để vệ tinh không di chuyển lệch hướng + Quỹ đạo vệ tinh phải tròn để tốc độ vệ tinh không thay đổi +Bán kính quỹ đạo vệ tinh phải đạt 42000 km (tính từ tâm trái đất) Vậy chu kỳ quay vệ tinh có thời gian với trái đất tức 23 56 phút Đặt vệ tinh quay kinh tuyến với nơi mà phủ sóng khoảng cách thu ngắn nên tiêu hao qua không gian tự sóng điện từ thấp Vì bắc bán cầu antenna thu hướng phía nam,ở nam bán cầu hướng ngược lại ,còn xích đạo hướng thẳng đứng 3> Một vệ tinh có antenna phát tia sóng rộng phủ 1/3 trát đất thực tế có tia phủ sóng hẹp để tăng mức tín hiệu 4> Đối với Việt Nam anten thu phải hướng phía nam xác định điểm có tín hiệu trục nam -bắc ,sau quay theo hướng đông tây để thu vệ tinh cụ thể Có nhiều vệ tinh quỹ đạo, anten thu số vệ tinh lọt vào "khoảng thấy" 7.2.3 Cấu trúc hệ thống thông tinh vệ tinh Vệ tinh gồm có phần sau : anten, repeater, điều khiển đo lường từ xa, nguồn cho vệ tinh a) Repeater : Một vệ tinh gồm nhiều repeater giống phân bố dải băng thông 500MHz Mỗi repeater khuếch đại mức tín hiệu khoảng 100 dB chuyển từ tần số sóng mang chiều lên sang tần số sóng mang chiều xuống SSB Khuếch đại LNA Khuếch đại công suất cao anten anten Dao động nội Hình 7.7 b) Điều khiển đo từ xa : + Điều khiển độ lợi repeater + Chỉnh hướng tính anten, quỹ đạo vệ tinh Trạm mặt đất Chọn vị trí trạm mặt đất : a Tầm nhìn vệ tinh rõ hai chân trời b Tránh nhiễu loại sóng vi ba mặt đất c Tránh vùng có cuờng độ dòng điện lớn… Cấu hình trạm mặt đất : Trang 109 Bài giảng điện tử thông tin Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy Gồm phần sau: phần thông tin, phần nghiệp vụ, phần nguồn, phần nhà trạm Phần thông tin gồm: a Anten b Khuếch đại nhiễu thấp LNA c Khuếch đại công suất cao d Các biến đổi tần số phát thu e Bộ điều chế giải điều chế f Thiết bị sóng mang đầu cuối g Thiết bị điều khiển giám sát LNA Bộ đổi tần xuống Bộ khuếch đại IF Bộ gải điều chế Dao động nội Hệ thống feeder Thiết bị đa truy nhập anten Dao động nội HPA Bộ đổi tần lên Bộ khuếch đại IF Bộ điều chế Hình 7.8 Máy phát công suất cao: Do cực ly lớn nên máy phát có công suất cao tốt khoảng vài trăm W đến vài chục KW Linh kiện sử dụng : + Đèn sóng chạy TWT + Klystron + FET Hai dạng cấu hình máy phát công cao: + Khuếch đại đồng thời nhiều sóng mang (băng rộng) + Khuếch đại nhiều sóng mang Khuếch đại nhiễu thấp Do tín hiệu thu từ vệ tinh nhỏ nên cần khuếch đại lên mức đủ lớn để giải khuếch đại, đảm bảo chất lượng tín hiệu Tạp âm sinh máy thu thường biểu thị : F = (S/N đầu vào khuếch đại) / (S/N đầu khuếch đại) Trong thông tin vệ tinh người ta sử dụng nhiệt tạp âm thay cho hệ số tạp âm F Công suất tạp âm điện trở là: Pn = kTB với k = 1,38 10 –23 J/0K ; T = 273 + 0C ; B = băng thông Trang 110 Bài giảng điện tử thông tin Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy 7.2.4 Truyền dẫn tín hiệu truyền hình qua vệ tinh Các tín hiệu TV chất lượng quảng bá chuyển tiếp qua vệ tinh nhờ phát đáp đơn (dải thông 36MHz), phát đáp sử dụng cho tín hiệu TV Quá trình thực cách điều chế tín hiệu hỗn hợp dải thông 4.5MHz, 5.5MHz, 6.5MHz vào sóng mang FM – 6GHz Tín hiệu hình hỗn hợp gồm có tín hiệu video Tới vệ tinh Tín hiệu video hỗn hợp vào (dải thông 15kHz) + Tín hiệu audio vào (dải thông 15kHz) Máy phát FM fc = 6GHz (f)video = 10.5MHz (f)sc = 2MHz Bộ tạo sóng mang phụ FM fsc = 6.8MHz f = 75kHz đen trắng, tín hiệu sóng mang phụ màu tín hiệu đồng Tín hiệu âm chuyển tiếp qua phát đáp cách điều tần vào sóng mang phụ 6.8GHz ghép kênh phân chia theo tần số với tín hiệu video tổng tợp Tín hiệu băng rộng thu điều chế tần số máy phát Hình 7.9 Độ lệch đỉnh tín hiệu video hỗn hợp 10.5MHz độ lệch đỉnh sóng mang phụ 2MHz, độ lệch đỉnh toàn f = 12.5MHz Dải thông băng sở xấp xỉ B = 6.8MHz Dải thông truyền dẫn là: BT = 2(f+B) = 38.6MHz Dải thông phát đáp 36MHz chấp nhận 7.2.5 Đa truy nhập tín hiệu liệu điện thoại qua vệ tinh Mỗi repeater với dải thông 36 MHz , thông tin chiều trạm trạm khác., số trạm mặt đất nhiều số repeater vệ tinh nên để sử dụng hiệu repeater người ta lập trình đa truy xuất Có ba phương thức đa truy nhập : a Đa truy nhập phân chia tần số (FDMA) b Đa truy nhập phân chia thời gian (TDMA) c Đa truy nhập trải phổ (CDMA) Phân loại theo phân phối kênh : + Phân phối trước + Phân phối theo nhu cầu Đa truy nhập phân chia tần số (FDMA): a Dùng n sóng mang tải tin dải băng repeater Trang 111 Bài giảng điện tử thông tin Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy b Mỗi sóng mang dùng cho trạm mặt đất để phát lên vệ tinh vệ tinh phát tất sóng mang đến trạm lại c Trạm mặt đất thu n sóng mang , giải điều chế tách riêng kênh tinh có đích trạm Một trạm mặt đất gồm điều chế FM, mạch phát nhiều thu giải điều chế FM Đặc điểm: sử dụng rộng rãi, thiết bị đơn giản, không cần điều khiển đồng Repeater Phát f1, f2, f3 Thu f4, f5, f6 Phát f5 Thu f2 Phát f4 Thu f1 Phát f6 Thu f3 Hình 7.10 Đa truy nhập phân chia thời gian (TDMA): a Sử dụng sóng mang điều chế số PSK b Phát gói xung tuần hoàn có đồng từ trạm mặt đất c Tổ chức phát gói xung đến vệ tinh theo trình tự thời gian không chồng lên d Mỗi gói xung đánh dấu đoạn tin đầu có ghi nơi xuất phát nơi đến e Vệ tinh thu nhập gói xung tần số phát sau phát xuống tất trạm mặt đất tần số thu Đặc điểm : Giữ nguyên công suất phát cho kênh, tỷ số S/N, cần đồng cao Thời gian bảo vệ Từ trạm chuẩn Từ trạm A Từ trạm C Từ trạm B Từ trạm D Một khung f1 f2 f3 f4 Hình 7.11 Trang 112 f5 f6 Từ trạm chuẩn Bài giảng điện tử thông tin Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy Đa truy nhập trải phổ (CDMA): a Điều chế PSK mã tốc độ cao b Điều chế PSK lần thứ hai thành tín hiệu tổng hợp c Trãi phổ tín hiệu phát băng tần mã tốc độ cao chiếm giữ d Phía thu trãi phổ nguợc lại sử dụng mã giống bên phát e Tín hiệu trạm repeater có vị trí thời gian tần số 7.3 Hệ thống thông tin sợi quang 7.3.1 Tổng quan 1/ Thông tin sợi dẫn quang : Khác với thông tin hữu tuyến vô tuyến loại thông tin sử dụng môi trường truyền dẫn tương ứng dây dẫn không gian Thông tin sợi dẫn quang hệ thống truyền tin thông qua sợi dẫn quang Trong môi trường thông tin chuyển thành ánh sáng sau ánh sáng truyền qua sợi dẫn quang Tại nơi nhận, ánh sáng đuợc biến đổi thành tín hiệu điện ban đầu 2/ Sợi dẫn quang : Trong kỹ thuật thông tin sợi dẫn quang, sợi dẫn quang môi trường truyền dẫn ánh sáng dải bước sóng từ 0,8m đến 1,6m 3/ Cấu tạo sợi dẫn quang : Sợi dẫn quang chủ yếu bao gồm lớp : + Tâm sợi quang giữa, truyền dẫn ánh sáng + Bao quanh tâm sợi lớp vỏ (cladding) để ánh sáng truyền lan tâm Thông thường để ánh sáng phản xạ cách hoàn toàn tâm chiết suất tâm lớn chiết suất vỏ từ 0,1% đến 2% + Lớp vỏ bọc bên bảo vệ sợi quang khỏi bị ẩm ăn mòn, đồng thời cách ly khỏi bị sức nén xuyên tâm ứng suất khác cáp sợi quang Lớp bọc Vỏ sợi Tâm sợi Hình 7.12: Cấu trúc cáp sợi quang 4/ Phân loại sợi dẫn quang : Có hai loại sợi dẫn quang : loại đơn mode (single mode) loại đa mode (multi mode) a/ Sợi đa mode (multi mode) : Sợi đa mode sợi truyền hàng trăm, ngàn tia sáng có góc tới giao diện tâm/vỏ sợi dẫn quang khác qua Số mode ánh sáng tối đa (các đường ánh sáng) sợi dẫn quang xác định sau : N V  2an1   .    Với V >> 2.024 Trang 113 Bài giảng điện tử thông tin Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy Trong : a : Bán kính tâm n1 : Chiết suất tâm n  n2  n1 n2 : Chiết suất vỏ  : Bước sóng ánh sáng * Có hai loại sợi đa mode : Sợi chiết suất nhảy bậc sợi chiết suất thay đổi dần a1/ Sợi có chiết suất nhảy bậc : Là sợi dẫn quang mà lớp tâm sợi lớp vỏ có chiết suất khác đồng Tại mặt phân cách tâm-vỏ có thay đổi đột ngột chiết suất Lớp bọc sợi dẫn quang chiết suất nhảy bậc Vỏ n2 n1 Tâm n Vỏ Các tia sáng Hình 7.13: Sự lan truyền ánh sáng sợi quang chiết suất bậc a2/ Sợi có chiết suất thay đổi dần : Là loại sợi dẫn quang có chiết suất tâm sợi thay đổi từ cực đại tâm sợi giảm dần đến cực tiểu chiết suất vỏ sợi Chiết suất vỏ đồng Lớp bọc sợi dẫn quang chiết suất thay đổi dần n2 Vỏ n1 n1 Tâm n n2 Các tia sáng Vỏ Hình 7.14: Sự lan truyền ánh sáng sợi dẫn quang có chiết suất thay đổi dần b/ Sợi đơn mode (single mode) : Là sợi dẫn quang truyền lan mode ánh sáng (một đường tia sáng tâm Trang 114 n Bài giảng điện tử thông tin Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy sợi quang) Loại có nhờ giảm đường kính tâm đến kích thước mà cho phép mode ánh sáng lan truyền Hình 7.15: Sự lan truyền ánh sáng sợi dẫn quang đơn mode 5/ Các đặc tính suy hao sợi dẫn quang : Cự ly thiết bị tái tạo ( Repeater ) loại thiết bị phát thu xác định đặc tính suy hao sợi quang Các nguyên nhân suy hao sợi quang bao gồm hấp thụ, tán xạ, phát xạ chỗ cong ghép nối sợi dẫn quang 6/ Ghép nối sợi dẫn quang : Sợi dẫn quang ghép nối phương pháp hàn cố định phương pháp ghép nối tạm thời ( loại cáp quang ghép nối vào tháo ) 7.3.2 Suy hao tín hiệu truyền sợi quang Một thông số quan trọng thiết kế thông tin sợi quang suy hao tín hiệu truyền sợi quang Điều có nghĩa công suất truyền sợi quang bị giảm dần theo cự ly với quy luật hàm số mũ tín hiệu điện truyền môi trường khác Việc tính toán khoảng cách lặp đường truyền dẫn sợi quang phụ thuộc vào thông số suy hao đường truyền Biểu thức gần cho công suất truyền dẫn sợi quang: Pz  P0 10   z 10 đó: P0 – công suất đầu sợi (z = 0) Pz – công suất cự ly z  - hệ số suy hao (dB/km) = A(dB)/L(km) = 10lg(Pvào/Pra)/L Các nguyên nhân suy hao:  Sự hấp thụ tạp chất kim loại sợi thủy tinh  Sự hấp thụ ion OH Sự suy hao tán xạ  Suy hao sợi bị uốn cong Một số tiêu kỹ thuât sợi quang đơn mode Thông số Đường kính lõi Đường kính bề mặt sợi Độ méo bề mặt sợi Đường kính lớp phủ Kích thước vết Độ lệch tâm Bước sóng cắt hiệu dụng mode Sai số số khúc xạ Bước sóng tán sắc không Tán sắc cực đại 1310 nm  20 nm Tán sắc 1550 nm Đường kính trường mode Giá trị 8.7  1.3m 125  1.3m  2 250  15m  0.5m  1m 1130 – 1270 nm 0.3  0.5  1310 nm danh định 3.5 ps/nm – km 17  ps/nm – km 9.8  1m Trang 115 Bài giảng điện tử thông tin Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy Suy hao 1310 nm Cực đại 0.5 dB/km Suy hao 1550 nm Cực đại 0.4 dB/km Đặc tuyến suy hao sợi quang có khác nhau, tồng quát có ba vùng bước sóng có suy hao nhỏ gọi ba cửa sổ suy hao Cửa sồ thứ có bước sóng 850nm xem bước sóng có suy hao thấp sợi quang chế tạo giai đoạn đầu Suy hao trung bình bước sóng từ – dB/km Ngày bước sóng dùng suy hao chưa phải thấp Cửa sổ thứ hai bước sóng 1300 Suy hao bước sóng tương đối thấp, khoảng 0.4 – 0.5 dB/km Đặc biệt bước sóng độ tán sắc thấp nên sử dụng rộng rãi Cửa sổ thứ ba bước sóng 1550nm, nay, suy hao bước sóng thấp nhất, 0.2dB/km Trong sợi quang bình thường, độ tán sắc bước sóng lớn so với bước sóng 1300nm Nhưng với loại sợi phân bố chiết suất đặc biệt giảm độ tán sắc bước sóng 1550nm Lúc đó, sử dụng cửa sổ thứ ba có lợi hai điểm: suy hao thấp độ tán sắc bé 7.3.3 Hệ thống thông tin sợi quang 1/ Hệ thống truyền dẫn ANALOG : ĐẦU VÀO Tiền điều chế SỢI DẪN QUANG BIẾN ĐỔI ĐIỆN/ QUANG BIẾN ĐỔI QUANG/ ĐIỆN ĐẦU RA GIẢI ĐIỀU CHẾ Cấu trúc hệ thống truyền dẫn ANALOG 2/ Hệ thống truyền dẫn DIGITAL : SỢI DẪN QUANG ĐẦU VÀO MÃ HÓA BIẾN ĐỔI QUANG/ ĐIỆN BIẾN ĐỔI ĐIỆN/ QUANG ĐẦU RA GIẢI MÃ Hình 7.16: Cấu trúc hệ thống truyền dẫn DIGITAL 3/ Cấu trúc hệ thống thông tin sợi dẫn quang : a/ Phần phát : Bộ mã hóa hay điều chế , để chuyển đổi tin tức thành dạng tín hiệu phù hợp trước đưa đến chuyển đổi điện thành quang Bộ chuyển đổi điện quang nhằm đóng mở phần tử phát xạ ánh sáng diode laser hay diode phát quang để phản ứng với tín hiệu số đầu vào, điều chế cường độ ánh sáng chuyển đổi dòng tín hiệu IE đầu vào thành sóng quang có công suất quang tương ứng POE đầu Trang 116 Bài giảng điện tử thông tin Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy Sợi dẫn quang truyền dẫn sóng ánh sáng từ máy phát đến máy thu (có thể hàng mươi số không cần phục hồi ) b/.Phần thu : Bộ chuyển đổi quang thành điện nhận công suất quang thu POR chuyển ngược lại thành dòng điện IR Bộ giải mã hay giải điều chế chuyển đổi tín hiệu điện thu trở lại dạng tín hiệu nguyên thủy 4/ Những thành phần hệ thống truyền dẫn quang : Hệ thống truyền dẫn quang bao gồm phần tử phát xạ ánh sáng (nguồn phát sáng), sợi dẫn quang (môi trường truyền dẫn) phần tử thu để nhận ánh sáng truyền qua sợi dẫn quang Các phần tử sau thường sử dụng : a/ Phần tử phát xạ ánh sáng : + Diode phát quang (LED) + Diode Laser (LD) b/ Sợi dẫn quang : + Sợi dẫn quang đa mode chiết suất bậc + Sợi dẫn quang đa mode chiết suất thay đổi dần + Sợi dẫn quang đơn mode c/.Phần tử thu ánh sáng : + Diode quang PIN (PIN-PD) + Diode quang thác (APD) Các phần tử cấu lựa chọn bước sóng cần dùng phải xem xét cách cẩn thận thiết kế hệ thống truyền dẫn quang Dải suy hao thấp sợi quang vùng bước sóng nhạy quang phần tử thu ánh sáng cần phải ý 5/ Mô hình thiết kế hệ thống truyền dẫn quang digital : Sợi dẫn quang Thông tin Thiết bị ghép kênh Mạch phát quang Bộ phục hồi Thông tin Thiết bị tách kênh Mạch thu quang Sợi dẫn quang Hình 7.17: Hệ thống thông tin quang Chất lượng truyền dẫn hệ thống truyền dẫn digital đánh gía hệ số Bit lỗi Trang 117 Bài giảng điện tử thông tin Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy PHẦN 2: BÀI TẬP (1 tiết) Thông tin vệ tinh ? Vẽ sơ đồ khối tổng quát nêu nhiệm vụ khối hệ thống ? Trình bày ưu điểm khuyết điểm thông tin vệ tinh ? Hãy nêu tần số làm việc phương thức điều chế sử dụng thông tin vệ tinh ? Trình bày cấu tạo sợi dẫn quang ? Thế sợi đơn mode, đa mode ? Nêu ưu, khuyết điểm chúng? Vùng ánh sáng có bước sóng dùng cho sợi quang hệ thống thông tin sợi dẫn quang Sợi dẫn quang có ưu, khuyết điểm so với môi trường truyền dẫn khác? Hãy cho biết ưu điểm hệ thống truyền dẫn sợi dẫn quang Digital so với hệ thống truyền dẫn sợi dẫn quang Analog Phân tích lan truyền ánh sáng sợi dẫn quang (Đơn mode, Đa mode) Trang 118 [...]... repeater có cùng vị trí cả về thời gian và tần số 7. 3 Hệ thống thông tin sợi quang 7. 3.1 Tổng quan 1/ Thông tin sợi dẫn quang : Khác với thông tin hữu tuyến và vô tuyến các loại thông tin sử dụng các môi trường truyền dẫn tương ứng là dây dẫn và không gian Thông tin sợi dẫn quang là một hệ thống truyền tin thông qua sợi dẫn quang Trong môi trường này thông tin được chuyển thành ánh sáng và sau đó ánh sáng... phần tử thu ánh sáng cũng rất cần phải được chú ý 5/ Mô hình thiết kế hệ thống truyền dẫn quang digital : Sợi dẫn quang Thông tin Thiết bị ghép kênh Mạch phát quang Bộ phục hồi Thông tin Thiết bị tách kênh Mạch thu quang Sợi dẫn quang Hình 7. 17: Hệ thống thông tin quang Chất lượng truyền dẫn của một hệ thống truyền dẫn digital được đánh gía bằng hệ số Bit lỗi Trang 1 17 Bài giảng điện tử thông tin Biên... đổi tin tức thành dạng tín hiệu phù hợp trước khi đưa đến bộ chuyển đổi điện thành quang Bộ chuyển đổi điện quang nhằm đóng mở các phần tử phát xạ ánh sáng của diode laser hay diode phát quang để phản ứng với các tín hiệu số đầu vào, điều chế cường độ ánh sáng và chuyển đổi dòng tín hiệu IE đầu vào thành một sóng quang có công suất quang tương ứng POE ở đầu ra Trang 116 Bài giảng điện tử thông tin. .. bé 7. 3.3 Hệ thống thông tin sợi quang 1/ Hệ thống truyền dẫn ANALOG : ĐẦU VÀO Tiền điều chế SỢI DẪN QUANG BIẾN ĐỔI ĐIỆN/ QUANG BIẾN ĐỔI QUANG/ ĐIỆN ĐẦU RA GIẢI ĐIỀU CHẾ Cấu trúc hệ thống truyền dẫn ANALOG 2/ Hệ thống truyền dẫn DIGITAL : SỢI DẪN QUANG ĐẦU VÀO MÃ HÓA BIẾN ĐỔI QUANG/ ĐIỆN BIẾN ĐỔI ĐIỆN/ QUANG ĐẦU RA GIẢI MÃ Hình 7. 16: Cấu trúc hệ thống truyền dẫn DIGITAL 3/ Cấu trúc hệ thống thông tin. .. 1 17 Bài giảng điện tử thông tin Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy PHẦN 2: BÀI TẬP (1 tiết) 1 Thông tin vệ tinh là gì ? Vẽ sơ đồ khối tổng quát và nêu nhiệm vụ của từng khối trong hệ thống ? 2 Trình bày các ưu điểm và khuyết điểm của thông tin vệ tinh ? 3 Hãy nêu tần số làm việc và phương thức điều chế được sử dụng trong thông tin vệ tinh ? 4 Trình bày cấu tạo của sợi dẫn quang ? Thế nào là sợi đơn mode,.. .Bài giảng điện tử thông tin Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy b Mỗi sóng mang dùng cho một trạm mặt đất để phát lên vệ tinh và vệ tinh phát tất cả các sóng mang đến các trạm còn lại c Trạm mặt đất thu n sóng mang , giải điều chế và tách riêng các kênh tinh có đích là trạm đó Một trạm mặt đất gồm một bộ điều chế FM, một mạch phát... Bước sóng tán sắc không Tán sắc cực đại tại 1310 nm  20 nm Tán sắc tại 1550 nm Đường kính trường mode Giá trị 8 .7  1.3m 125  1.3m  2 250  15m 5  0.5m  1m 1130 – 1 270 nm 0.3  0.5  1310 nm danh định 3.5 ps/nm – km 17  2 ps/nm – km 9.8  1m Trang 115 Bài giảng điện tử thông tin Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy Suy hao tại 1310 nm Cực đại 0.5 dB/km Suy hao tại 1550 nm Cực đại 0.4 dB/km Đặc... (single mode) : Là sợi dẫn quang chỉ truyền lan một mode ánh sáng (một đường đi của tia sáng ở tâm Trang 114 n Bài giảng điện tử thông tin Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy sợi quang) Loại này có được là nhờ giảm đường kính tâm đến một kích thước mà nó chỉ cho phép một mode ánh sáng lan truyền Hình 7. 15: Sự lan truyền ánh sáng trong sợi dẫn quang đơn mode 5/ Các đặc tính suy hao của sợi dẫn quang : Cự ly... Giữ nguyên công suất phát cho mỗi kênh, tỷ số S/N, nhưng cần sự đồng bộ cao Thời gian bảo vệ Từ trạm chuẩn Từ trạm A Từ trạm C Từ trạm B Từ trạm D Một khung f1 f2 f3 f4 Hình 7. 11 Trang 112 f5 f6 Từ trạm chuẩn Bài giảng điện tử thông tin Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy 3 Đa truy nhập trải phổ (CDMA): a Điều chế PSK bởi mã tốc độ cao hơn b Điều chế PSK lần thứ hai thành tín hiệu tổng hợp c Trãi phổ tín hiệu... ) 7. 3.2 Suy hao tín hiệu truyền trong sợi quang Một trong những thông số quan trọng khi thiết kế thông tin sợi quang là sự suy hao tín hiệu truyền trong sợi quang Điều đó có nghĩa là công suất truyền trong sợi quang bị giảm dần theo cự ly với quy luật hàm số mũ như tín hiệu điện truyền trong các môi trường khác Việc tính toán khoảng cách của các bộ lặp trên đường truyền dẫn sợi quang phụ thuộc vào thông ... Ổn định cao, có khả cao thông tin băng rộng + Có thể ứng dụng thông tin di động + Hiệu kinh tế cao thông tin cự ly lớn , xuyên lục địa Trang 1 07 Bài giảng điện tử thông tin Biên soạn Ths Nguyễn... Hình 7. 17: Hệ thống thông tin quang Chất lượng truyền dẫn hệ thống truyền dẫn digital đánh gía hệ số Bit lỗi Trang 1 17 Bài giảng điện tử thông tin Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy PHẦN 2: BÀI TẬP... quang hoá thông tin nội hạt nhiều tỉnh thành phố nước Hình 7. 5: Cấu trúc mạng PSTN Việt Nam Hệ thống thông tin vệ tinh 7. 2.1 Tổng quan Thông tin vệ tinh : truyền tín hiệu từ nơi đến nơi khác thông