TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ – VIỄN THÔNG -o0o - BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MÔN HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIÊN LỚP NHÓM HẢI PHÒNG, NĂM 2014 : TS VŨ XUÂN HẬU : ĐOÀN THỊ LÊ : ĐTV52ĐH1 :N02-TH02 MỤC LỤC MỞ ĐẦU Hệ thống thông tin số sử dụng để truyền tin tức từ nơi đến nơi khác So với hệ thống thông tin điện sử dụng hệ thống cáp đồng cổ điển thông tin quang sử dụng hệ thông sợi quang linh kiện phát, thu quang biểu nhiều ưu điểm: Tốc độ truyền dẫn lớn, băng thông rộng, truyền lượng thông tin lớn; sợi quang có kích thước nhỏ, thuận tiện lắp đặt, vận chuyển, chất liệu thủy tinh bền vững với môi trường; tín hiệu truyền sợi quang không bị tác động nhiễu điện trường chẳng hạn máy móc công nghiệp, không bị nhiễu xuyên âm đường truyền, tia nhiễu xạ nên tính bảo mật cao Do ưu điểm mà thông tin quang sử dụng rộng rãi cho mạng điện thoại, truyền số liệu mạng mày tính, truyền thanh, truyền hình… Nội dung thí nghiệm môn Hệ thống thông tin số tập trung chuyên đề Thông tin quang gồm: • Cáp sợi quang • Truyền dẫn cáp quang • Các phương thức đấu nối • Nguồn phát quang Sau nội dung thí nghiệm CHƯƠNG I:HỆ THỐNG THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM TƯƠNG TÁC VỚI MÁY TÍNH 1.1 CẤU TRÚC HỆ THỐNG IPES 1.1.1 Ứng dụng máy tính phòng thí nghiệm Công nghệ máy tính có ảnh hưởng to lớn đến hệ thống sản xuất suốt thập kỷ qua.Các ứng dụng quan trọng máy tính thể nhiều lĩnh vực Cùng với xu hướng ứng dụng máy tính công nghệ ,nhiều hãng sản xuất thiết bị nghiên cứu, thí nghiệm hàng đầu giới phát triển phòng thí nghiệm sở ứng dụng máy tính- Computerizedlab Tiến kỹ thuật lĩnhvực thiết bị nghiên cứu thí nghiệm khái quát qua phát triển ba mô hình thí nghiệm: mô hình thí nghiệm truyền thống (manual: thí nghiệm thủ công),mô hình thí nghiệm có trợ giúp máy tính(computer aided)và mô hình thí nghiệm tương tác với máy tính(computerizedlab) Hình 1.1 Các mô hình thí nghiệm a) Mô hình thí nghiệm truyền thống (hình 1.1 a) b) Môhìnhthínghiệmtrợgiúpmáytính - Computeraided (hình 1.1 b) c) Mô hình thí nghiệm tương tác với máy tính - Computerized lab (hình 1.1 c) Phòng thí nghiệm chuyên ngành điện tử viến thông loại mô hình thí nghiêm tương tác với máy tính.Nó giúp sinh viên nắm rõ lý thuyết học lớp có phần ứng dụng vào thực tế sau 1.1.2 Hệ thống thực hành thí nghiệm tương tác với máy tính-IPES IPES -Interactive Practical Electronics System: hệ thống thí nghiệm, thực hành điện tử tương tác với máy tính, họ sản phẩm hãng ElettronicaVeneta, Italia - hãng sản xuất thiết bị dạy học hàng đầu giới Hình 1.2 Cấu trúc hệ thống IPES Cấu hình hệ thống tương tác máy tính (hình 1.2) bao gồm hai thành phần chính: - Hệ thống phần cứng (bao gồm khối nguồn cung cấp (1), Panel tương tác (2), Module thí nghiệm (3), hộp chứa module thí nghiệm (4), HardLock kết nối phần cứng (Panel tương tác) với máy tính PC qua cổng kết nối LPT - Phần mềm thực hành thí nghiệm tương tác với Module thí nghiệm thông qua Panel tương tác + Khối nguồn cung cấp - PS1-PSU/EV: cung cấp nhiều cấp điện áp chiều cho panel thí nghiệm panel tương tác Bao gồm mạch chỉnh lưu mạch ổn áp mod.BOX/EV Có đèn led để hiển thị điện áp đầu Khối nguồn cung cấp dùng chung cho tất module chế tạo eletronica Veneta & IN.EL.S.P.A Điện áp khối nguồn gồm: Các đầu ra chỉnh lưu, lọc bảo vệ tải qua cầu chì S1: +30VDC/4A; S2: 24VDC/4A; S3: +5VDC/2A; S4: +12VDC/2A, -12VDC/1A Điện áp vào khối nguồn: 115/230Vac,±10%, 50/60Hz + Panel tương tác - Fault Unit: Hệ thống thực thành thí nghiệm tương tác máy tính sử dụng panel tương tác loại SIS3/EV – giao diện phần cứng ghép nối với module thí nghiệm tương tác trực tiếp thông qua điều khiển từ phần mềm cài đặt máy tính điều khiển thông qua chuẩn kết nối song song LPT gắn khóa quyền (HardLock) hãng sản xuất thiết bị nhằm bảo mật thực giao thức điều khiển từ máy tính có cài đặt phần mềm thí nghiệm + Các module thí nghiệm ký hiệu MCMi/EV: Trong “i” số phân biệt nội dung chuyên đề thí nghiệm Để hiểu rõ vấn đề môn Truyền dẫn số liệu thực hành modul MCM40/EV làm rõ lên vấn đề liên quan đến tương tác mô hình nêu 1.1.3 Mô tả panel thí nghiệm MCM40/EV Hình ảnh MCM40/EV sau: Gồm khối sau: Bộ thu tín hiệu tương tự (ANALOG DRIVER) Bộ thu tín hiệu số ( DIGITAL DRIVER) Trộn tín hiệu video/audio.(VIDEO/AUDIO MPX) Điều chế FM (FM MODULATOR) RS232 để thực kết nối với mính tính Giải mã tín hiệu.(DATA DECODER) Chọn lệnh tương ứng (CODE SELECTOR) Bộ dồn kênh(CHANNEL MULTIPLEREX) Bộ tách kênh (CHANNEL DEMULTIPLEREX) Giải điều chế FM (FM DEMODULATOR) Giải điều chế tín hiệu tương tự (ANALOG RECEIVER) Giải điều chế tín hiệu số ( DIGITAL RECEIVER) Bộ tách tín hiệu AUDIO (AUDIO AMP) Bộ tách tín hiệu VIDEO (VIDEO AMP) Các thành phần kêt nối với theo tập để tạo nên mạch hệ thống thông tin cáp sơi quang Module MCM40/EV cấp nguồn điện áp ±12V thông qua đầu nối B cáp nguồn Từ điện áp ±12V lấy điện áp ±5V Đầu nối A phải nối vào khối điều khiển SIS3 Các điện áp cung cấp tín hiệu sử dụng ghép kênh tách kênh TDM đánh đấu đầu nối C (Add-on) Đầu nối sử dụng ứng dụng sau Nội dung thực hành gồm chi tiết sau: Bài 1: Cáp sợi quang Bài 2:Truyền dẫn cáp quang Bài 3:Các phương thức dấu nối COUPLINGS Bài 4: Nguồn phất quang CHƯƠNG II: NỘI DUNG THỰC HÀNH BÀI I:SỢI CÁP QUANG I Mục đích thí nghiệm - Mô tả cấu trúc cáp quang - Mô tả truyền ánh sáng s cáp sợi quang - Khái niệm góc tới hạn độ số II Linh kiện vả thiết bị yêu cầu: - Phần mềm tương tác máy tính IPES - Nguồn cấp PUS/EV - Modul SIS3/EV - Modul thí nghiệm MCM40/EV - Các loại cáp III Nội dung thực hành Trong hệ thống truyền thông truyền thống, thông tin thường mang tín hiệu điện điện từ Nhưng năm gần công nghệ truyền dẫn thông tin thông qua tín hiệu quang phát triển Những thành phần thiết yếu hệ thống hỗ trợ mà mang yins hiệu quang truyền tín hiệu quang từ nguồn tới đích.Chức thể sợi cáp quang Các hệ thống thông tin cáp quang mang lại nhiều ưu điếmo với cáp phương tiện truyền dẫn cáp thông thường là: - Băng thông rộng khả truyền cao - Khả chống nhiễu cao - Không có xạ - Kích thước hỏ - Suy hao thấp điều cho phép liên kết với khoảng cách dài mà không cần khuếch đại trung gian Hình 1.1 Hệ thống thông tin cáp quang Cách thành phần hệ thống: - Cáp sợi quang - Giao diện điện-quang nguồn quang - Bộ tách sóng quang giao diện quang – điện Vật liệu cáp sợi quang phải suốt ánh sáng phát xạ từ nguồn quang bên máy phát Nhưng thuật ngữ cáp quang chung cho tất loại cáp quang làm từ vật liệu khác (thủy tinh, nhựa…) với kích thước hoạt động khác (ví dụ, độ suy hao từ nhỏ 1dB/km) Hình 1.2 Cấu trúc sợi quang với lớp đệm 1.1.1Sợi quang trần Cấu trúc mà cho phép truyền dẫn ánh sáng gọi sợi quang trần bao gồm phần lói phần vỏ bọc • Tuy nhiên quan điểm học, cấu trúc dễ hỏng, để gia cố cho sợi quang , lớp bảo vệ thêm vào tạo gọi cáp sợi quang đơn Nhiều sợi quang đơn cuộn lại với tạo ta cáp quang nhiều sợi 1.1.2 Phần lõi lớp sơn phủ Cáp sợi quang bao gồm lớp vật liệu đồng tâm với đặc tính khác Lớp trung tâm (hạt nhân) cáp gọi lõi, bao gồm ống xilanh vật liệu suốt có chiết suất n 1, lớp vỏ bọc suốt với chiết suất n (n2< n1) xung quanh sát với lõi Kích thước phần lõi phần sơn phủ đồng thời đường kính chúng (dưới dạng µm) phân tách dấu xổ “/” Ví dụ: cáp 50/125 có nghĩa cáp có phần lõi đường kính 50µm phần sơn phủ đường kính 125µm 1.1.3 Các lớp đệm Cấu trúc sợi quang trần dễ bị hỏng, gia cố lớp vỏ khác Thông thường, lớp vỏ bao gồm: Tầng đệm sơ cấp: làm băng nhựa thông epoxy • Tầng đệm trung gian: làm silicon • Tầng đệm thứ cấp: làm nhựa Một lớp phủ sợi quang trần thành phần để chế tạo sợi quang đơn sợi quang đa thành phần 1.4 Sợi quang đơn Hình 1.3 Cấu trúc sợi quang đơn Cấu trúc sợi quang đơn gồm lõi, tầng đệm sơ cấp chúng tạo loại cấu trúc tương ứng: - Cấu trúc lỏng - Cấu trúc chặt Trong tầng thứ nhất, lớp sơn phủ chèn vào ống nhựa bảo vệ Ống điền đầu thành phần nhựa tổng hợp để ngăn không cho nước thấm vào kẹp chặt sợi dây Cấu trúc thường sử dụng vho liên kết truyền thông có khoảng cách dài cho phép di chuyển sợi cáp, co dãn sợi cáp thay đổi nhiệt độ môi trường bù lại Trong loại thứ hai, bảo vệ tốt có thêm xương tăng lực lớp vỏ bọc thép 1.1.5 Sợi cáp quang đa thành phần Sợi quang đa thành phần bao gồm vài sợi quang đến vài trăm sợi quang 1.2 Quá trình truyền ánh sáng cáp sợi quang Để mô tả lan truyền ành sáng cáp quang ta xét với cáp quang chiết suất bậc Trong loại cáp quang này, chiết suất trải qua biến đổi bước lõi lớp sơn phủ sau trì không đổi toàn lõi Hai loại cáp quang khác là: cáp quang đơn mode cáp quang chiết suất gradien Sự lan truyền ánh sáng bên cáp quang phân tích cách xấp xỉ với định luật quang hình Những định luật ánh sáng lan truyền thông qua phản xạ mà tia sáng trải qua miền có chiết suất khác ( lõi lớp sơn phủ) Giả sử rằng: N0=1 : chiết suất môi trương không gian tự ( không khí) N1 : chiết suất lõi N2 : chiết suất lớp sơn phủ Hình 1.4 Sự truyền ánh sáng cáp quang Tia sáng từ không khí vào lõi với góc tới θ so với trục cáp quang Tia sáng bị khúc xạ bề mặt không khí-lõi vào lõi với góc θ khác so với θ0 theo định luật Snell: n0.sinθ0= n1.sinθ1 Sự lan truyền tia sáng bên cáp quang phụ thuộc vào góc tới tới bề mặt phân tách lõi-lớp phủ Nếu góc nhỏ giá trị xác định θ c (góc tới hạn), tia sáng không bị khúc xạ mà bị phản xạ toàn phần sau lan truyền, tia sáng gọi tia chủ đạo Ngược lại, mà tới bề mặt lõi-lớp phủ với góc tới vượt θc bị khuc xạ phần, lượng không gian nhỏ sau số lần phản xạ Sự khúc xạ bề mặt lõi-lớp phủ tuân theo định luật Snell Góc tới hạn tia bị khúc xạ với góc 00 so với trục cáp quang Giả sử rằng: 900 – θ1: góc tới bề mặt lõi-lớp phủ 900 – θ2: góc khúc xạ Áp dụng định luật Snell: n1.sin(900 – θ1) = n2.sin(900 – θ2) θ2=0, ta có n1.sin(900-θc) = n2.sin(900)=n2 Từ ta có Cos(θc) = n2/n1 Hình 1.5 Hiện tượng khúc xạ khúc xạ cáp quang a- θ1>θc có khúc xạ b- θ1=θc tia khúc xạ song song với bề mặt lõi- lớp phủ c- θ1[...]... sơn phủ)  NA: 0.35  Góc tới hạn: 20o  Băng thông: 20MHz.km 4 Sợi quang số 4  Dài: 3m  Loại: thủy tinh, chiết suất gradient  Đường kính: 50/125µm (Lõi/Lớp sơn phủ)  NA: 0.2  Góc tới hạn: 11o  Băng thông: 600MHz.km 5 Sợi quang số 5  Dài: 3m  Loại: thủy tinh, đơn mode  Đường kính: 10/125µm (Lõi /Lớp sơn phủ)  Băng thông: >5GHz.km II Nội dung thí nghiệm Câu hỏi 1: Tán xạ toàn phần chủ yếu do:... NGUỒN PHÁT QUANG (OPTICAL SOURCES) I.Giới thiệu 1 Mục đích thí nghiệm - Mô tả các đặc tính hoạt động và các tham số của LED và Diode laser được sử dụng làm nguồn quang để truyền dẫn 2 Linh kiện và thiết bị thí nghiệm Phần mềm IPES - Module cấp nguồn PSU/EV - Module để gắn các module thí nghiệm MU/EV - Module điều khiển tạo lỗi SIS3/EV - Module thí nghiệm MCM40 - Đồng hồ vạn năng II Lý thuyết Nguồn quang... 3 CÁC PHƯƠNG THỨC ĐẤU NỐI 3.1 Mục đích thí nghiệm - Mô tả phương thức thường được sử dụng để dấ nối 2 thành phần của một hệ thống cáp quang: các đầu nối và các điểm đấu nối đồng nhất - Mô tả những nguyên nhân gây ra mất công suất tại các điểm đấu nối - Nghiên cứu đặc tính của các đấu nối cáp quang 3.2 Linh kiện và thiết bọ thí ngiệm - Phần mềm IPES - Modul thí nghiệm MCM40 - Modul cấp nguồn 22 - Modul... quang mà phụ thuộc vào hình dạng của cùng sợi quang và phụ thuộc vào xu hướng của chiết suát 2.1.1 Tần số chuẩn hóa Sự truyền sóng với các mode có thể được diễn giải tốt hơn nếu tần số chuẩn hóa V và tần số cắt của một mode được định nghĩa - Tần số chuẩn hóa V là thông số bao gồm tất cả các biến số chính mà sự truyền sóng phụ thuộc vào đó là bước sóng của năng lượng tỏa ra, bán kính lõi, các chiết... diode laser Vì thế điều chế laser trực tiếp với tín hiệu điện có thể dẫn đến sự xây dựng các hệ thống thông tin cáp quang Ví dụ, xét một quá trình truyền dẫn một tín hiệu số Trong trường hợp này, laser được phân cực với dòng phân cực I B có giá trị nằm quanh dòng ngưỡng I TH Dòng điều khiển xung IP do tín hiệu số, nhận giá trị nhỏ nhất và giá trị lớn nhất tương ứng với giá trị nhỏ nhất và lớn nhất của... quang Trong sợi quang thủy tinh, nguyên nhân chính của suy hao do hấp thụ và suy hao do tán xạ Kết hợp các suy hao đó ta sẽ có được đường cong suy hao bên trong Hình 2.6 Đường cong đặc trưng suy hao của sợi quang thủy tinh đơn mode 1.6 Băng thông Băng thông của sợi quang liên quan trực tiếp đến hiện tượng tán xạ Hiệu ứng của tán xạ có thể được mô tả theo thời gian hoặc tần số Trong thực tế, trễ tán... 3.4 Phần thí nghiệm a, Sự suy hao của sợi quang - Tháo tất cả các jump, đặt tất cả các chuyển mạch S ở vị trí OFF, nối modul với các khối cấp nguồn PSU - Nối J7c – J9b – J10b – J11 – J12b.Để mạch bố trí theo yêu cầu - Sơ đồ này bao gồm có LED và các photodiode ở dải sóng 660nm Ngoài ra một tín hiệu thay đổi liên tục 0/1 được đưa tới cổng vào của tín hiệu số (TP20) - Nối LED thông qua photodiode thông. .. hệ không gây ra sự suy giảm công suất quang? A Kết nối hợp nhất với một lương suy hao nhở khoảng 0.5dB B Các mắt xích thông qua việc đấu nối C Đấu nối cơ khí 29 D Đấu nối hợp nhất với một lượng suy giảm khoảng 0.5dB Câu 8 Phần nào được sử dụng trong hệ thống? A Thông qua việc đấu nối B Thông qua vị trí đặt C Kết nối cơ khí Câu 9 Việc đấu nối nào sau đây không được sử dụng trong sợi quang? A SMA B BNC... 1330nm Truyền tín hiệu số và dữ liệu tốc độ cao (Gb/s) trên khoảng cách xa ( ...MỤC LỤC MỞ ĐẦU Hệ thống thông tin số sử dụng để truyền tin tức từ nơi đến nơi khác So với hệ thống thông tin điện sử dụng hệ thống cáp đồng cổ điển thông tin quang sử dụng hệ thông sợi quang... điểm mà thông tin quang sử dụng rộng rãi cho mạng điện thoại, truyền số liệu mạng mày tính, truyền thanh, truyền hình… Nội dung thí nghiệm môn Hệ thống thông tin số tập trung chuyên đề Thông tin. .. dung thí nghiệm CHƯƠNG I:HỆ THỐNG THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM TƯƠNG TÁC VỚI MÁY TÍNH 1.1 CẤU TRÚC HỆ THỐNG IPES 1.1.1 Ứng dụng máy tính phòng thí nghiệm Công nghệ máy tính có ảnh hưởng to lớn đến hệ thống