Chương Những xu hướng phát triển thơng tin cáp sợi quang 1.1.Mở đầu Ngay từ năm 1960, Laser đời người ta sớm đánh giá tiềm vô to lớn thông tin quang, coi thông tin quang ứng dụng quan trọng Laser Khi có hai hướng nghiên cứu thông tin quang Hướng thứ nghiên cứu thơng tin Laser khí tức dùng khí làm mơi trường truyền dẫn Sau phát hạn chế khắc phục nó, mơi trường truyền dẫn không ổn định, luôn bị ảnh hưởng mây, mưa, tuyết, vật cản.v.v làm cho độ tin cậy thông tin thấp, người ta sớm chuyển hướng nghiên cứu vào thơng tin vũ trụ, môi trường chân không gần suốt tia Laser Có thể nói thơng tin Laser chiếm vị trí hàng đầu thơng tin vũ trụ Hướng nghiên cứu thứ hai thông tin Laser thông tin cáp sợi quang với môi trường truyền dẫn sợi thuỷ tinh Tiền đồ phụ thuộc nhiều vào kết nghiên cứu sợi thuỷ tinh, ta gọi chung sợi quang Sợi quang ống dẫn sóng điện mơi, mặt lý thuyết Hondros Debye nghiên cứu từ năm 1910 Sợi quang gồm lõi thuỷ tinh bọc líp thuỷ tinh có chiết suất nhỏ đề suất chế tạo vào năm 1954 A.C.S.VanHeel H.H.Hopkind N.S.Kapany sử dụng hạn chế để truyền hình ảnh máy nội soi Sự phát minh Laser vào năm 1960 thúc đẩy nhanh chóng việc nghiên cứu chế tạo sợi quang mà mục tiêu chủ yếu nghiên cứu giảm suy hao sợi quang Có thể nói lịch sử phát triển sợi quang lịch sử nghiên cứu giảm thiểu suy hao sợi quang hình 1-1 Năm 1967 suy hao sợi quang lớn khoảng 1000dB/Km Hệ số suy hao xác định sau: Trong đó: L: Chiều dài sợi quang, Km Pout: Công suất cuối sợi quang Pin: Công suất ánh sáng bơm vào sợi quang α: Hệ số suy hao sợi quang, dB/Km Đến năm 1975 chế tạo thành công sợi quang đa thành phần với suy hao 20dB/km Thành công lớn việc nghiên cứu giảm suy hao sợi quang việc chế sợi quang thuỷ tinh silice với suy hao cịn cỡ 0,5dB/Km vào năm 1976-1978 Điều có ý nghĩa định đến lịch sử phát triển thông tin cáp sợi quang (TTCSQ) Suy hao cđa sỵi quang[dB/Km] Với thành tựu đó, năm 1978 hệ thống thơng tin cáp sợi quang lắp đặt Atlanta (Mỹ) với vận tốc 45Mbps cù li 10Km 104 Sợi thuỷ tinh đa phần TiO2, SiO2, GeO2, Al2O3, P2O5, B2O3 103 geO2, Al2 102 Sỵi thủ tinh Silice 10 Năm 1960 1965 1970 1975 1980 Hỡnh 1-1 Quỏ trình nghiên cứu giảm suy hao sợi quang Đến năm 1980 suy hao sợi quang cịn 0,25dB/Km vùng cửa sổ 1550nm sản xuất cách công nghiệp, hệ thống thông tin quang ứng dụng rộng rãi Từ thơng tin cáp sợi quang ln ln chiếm vị trí chiến lược quan trọng việc phát triển hệ thống mạng viễn thông quốc gia quốc tế Ngày với tiến đạt việc chế tạo diode Laser đơn tần thành tựu khuếch đại quang sợi ( EDFAErbium doped fiber amplifier ) công nghệ ghép kênh theo bước sóng, thực hệ thống truyền dẫn với tốc độ tới vài chục Gbps cù li hàng ngàn kilomet Các hệ thống truyền dẫn cáp sợi quang ứng dụng mạng viễn thơng mà cịn ứng dụng hệ thống máy tính, hệ thống truyền dẫn công nghiệp, dân dụng, tầu thuỷ, máy bay.v.v 1.2 Những ưu điểm hệ thống thơng tin cáp sợi quang Hệ thống truyền dẫn cáp sợi quang có ưu điểm sau: Độ rộng băng tần lớn ( khoảng 15 THz vùng cửa sổ 1550nm ) suy hao nhá ( cỡ 0,2 dB/Km bước sóng 1550nm ) cho phép truyền dẫn tốc độ bit cao cự li trạm lặp lớn, nên hệ thống truyền dẫn cáp sợi quang có tính kinh tế cao Tính an tồn bảo mật cao so với hình thức thơng tin khác, thông tin viba, thông tin vệ tinh, thông tin di động thông tin cáp đồng.v.v không bị rị sóng điện từ chơn đất Sợi quang có kích thước nhỏ, gọn, nhẹ khơng bị ăn mịn mơi trường nước, axit, kiềm.v.v có độ bền cao Hệ thống truyền dẫn cáp sợi quang cịn có khả nâng cấp dễ dàng lên tốc độ bít cao cơng nghệ ghép kênh theo bước sóng ( WDM ), khuếch đại sợi quang Tuy hệ thống thông tin cáp sợi quang có số hạn chế: Khơng truyền dẫn nguồn lượng có cơng suất cao, hạn chế mức miliwatt Tín hiệu truyền qua sợi quang bị suy hao tán xạ làm méo dạng tín hiệu làm ảnh hưởng đến độ tin cậy (BER) cự ly truyền dẫn Thiết bị đầu cuối sợi quang có giá thành cao so với hệ thống dùng cáp kim loại 1.3 Các hệ thống truyền dẫn số cáp sợi quang mạng viễn thông 1.3.1 Hệ thống truyền dẫn số cáp sợi quang điều chế cường độ tách sóng trực tiếp IMDD Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền dẫn cáp sợi quang IMDD( Intensity Modulation_Direct Detection biểu din trờn hỡnh 1.2 Các luồng tín hiệu điện Khối ghép kênh Bộ biến đổi E/O Bộ điều ển Thiết bị đầu cuối tuyến Nguồn quang Các luồng tín hiệu điện Bộ biến đổi O/E Cáp quang Trạm lặp Cáp quang Khuếch đại Khôi phục tín hiệu Khối tách kênh Thiết bị đầu cuối tuyến Hỡnh 1.2 S cấu trúc hệ thống thông tin cáp sợi quang Trong hệ thống IM-DD, người ta dùng tín hiệu điện dạng số tương tựđể điều chế cường độ xạ nguồn quang nhờ biến đổi điện quang E/O đầu thu qua biến đổi quang-điện O/E tín hiệu điện tách trực tiếp từ công suất quang thu Các hệ thống thông tin cáp sợi quang sử dụng áp dụng cơng nghệ Hệ thống IM-DD có ưu điểm đơn giản công nghệ nguồn quang, sợi quang thu quang không yêu cầu cao thông số, chế độ hoạt động, độ rộng phổ, ổn định tần số, ổn định nhiệt độ, phân cực ánh sáng v.v truyền dẫn tốc độ bít cao( lớn 2,5Gbps) hệ thống có nhiều hạn chế, độ nhạy thu bị giảm mạnh nên cự ly khoảng lặp nhỏ Các hệ thống thông tin cáp sợi quang truyền dẫn tốc độ bit cao dùng tiêu chuẩn phân cấp số đồng SDH ( Synchronous Digital Hierarchy ) tốc độ 155 Mbps, 622 Mbps, 2500Mbps 10Gbps Nhờ sử dụng khuếch đại quang sợi (EDFA) mà cự ly tuyến truyền dẫn quang với tốc độ 2,5Gbps đất liền đạt tới 120 ÷ 150 Km Với hệ thống cáp quang biển, thực tuyến 2,5Gbps với cự ly 10.000Km, sử dụng 199 khuếch đại quang sợi EDFA Một hệ thống thông tin cáp sợi quang gồm khối sau: Khối ghép /tách kênh ( MUX/DEMUX ) nhằm ghép nguồn tín hiệu có tốc độ thấp PDH( Plesiochronous Digital Hierarchy ), 2Mbps, 34Mbps,140Mbps thành luồng tín hiệu có tốc độ cao ( cấp sở SDH 155Mbps ) ngược lại Khối phát gồm có mạch điều khiển, nguồn quang để biến tín hiệu điện thành tín hiệu quang truyền vào sợi quang Các hệ thống thơng tin quang ( Coherence ) kết hợp lại áp dụng nguyên lý điều pha, điều tần điều chế phân cực tín hiệu quang Cáp sợi quang để truyền tín hiệu quang Trạm lặp ( Repeater ), khuếch đại quang tuyến có cự ly lớn Khối thu quang gồm có photodiode để biến tín hiệu quang thành tín hiệu điện, khối khuếch đại khơi phục tín hiệu Có thể hệ thống hố q trình phát triển hệ thống thông tin cáp sợi quang qua bốn hệ sau: Thế hệ 1: Sử dụng sợi quang đa mode chiết suất bậc (MM-SIMultimodal-Step Index ), hoạt động vùng bước sóng 850nm Linh kiện phát thu thường sử dông LED ( Light Emitting Diode ) photodiode PIN, cù ly truyền ngắn, tốc độ thấp Thế hệ 2: Sử dụng sợi quang đa mode loại GI, hoạt động bước sóng 850nm 1300nm Nhờ sử dụng diode Laser phát vùng bước sóng có độ rộng phổ nhỏ nên hệ thống làm việc tốc độ bit cao cự ly lớn đạt tới hàng vài chục kilomet Thế hệ 3: Sử dụng sợi quang đơn mode ( Single mode-SI ) hoạt động bước sóng 1300nm Do sợi quang đơn mode có băng tần lớn nhiều so với sợi quang đa mode nên hệ thống TTCSQ hệ thứ truyền với tốc độ hàng trăm Mbps qua cù ly không cần trạm lặp lên tới 100Km Thế hệ 4: Sử dụng sợi quang đơn mode, hoạt động bước sóng 1550nm Ở hệ thống người ta bắt đầu sử dụng diode Laser đơn mode có độ rộng phổ hẹp diode Laser hồi tiếp phân bố DFB ( Distributed Feed Back ) cho phép truyền dẫn tốc độ 2,5Gbps qua cù ly 120 ÷ 150 Km khơng cần trạm lặp.Sự phân chia hệ mơ tả hình 1-3 HƯ thống thông tin quang Coherent-Ghép WDM &khuếch đại quang sợi 1000 DFBLD-InGaAsAp 1550nm 100 1300nm (FPLDGeAPD) 1300nm 1550nm 850nm 10 Khoảng lặp (Km) Sợi đa mode Sợi đơn mode Sợi SDF 100 0.01 0.1 10 Hình 1.3 Các hệ phát triển hệ thống thông tin cáp sợi quang Tèc ®é bÝt (Gbit /s) Hiện để cao tốc độ bit cự ly truyền dẫn người ta tận dụng khai thác hệ thứ cách sử dụng khuếch đại quang sợi EDFA công nghệ ghép kênh theo bước sóng (WDM) Hướng nghiên cứu cạnh tranh mạnh mẽ với hướng nghiên cứu thông tin quang kết hợp ( Coherence ) hệ thống sử dụng công nghệ không phức tạp lại đạt hiệu cao 1.3.2 Hệ thống thông tin quang kết hợp ( Coherence ) Đã từ nhiều năm nay, người ta tiến hành nghiên cứu nhằm cao tốc độ cự ly truyền dẫn theo hướng thông tin quang kết hợp, mà chủ yếu nâng cao độ nhạy thu ứng dụng công nghệ ghép kênh theo tần số( FDMFrequency Division Multiplexing ) Các ưu điểm bật hệ thống thơng tin quang Coherence hình 1-4 so với hệ thống IM-DD là: Cải thiện đáng kể độ nhạy thu từ 15 ÷ 30dB Điều cho phép tăng cự ly truyền dẫn không trạm lặp tới 100Km ( Hình 1-5 ) Nâng cao lựu truyền dẫn nhờ khả sử dụng kỹ thuật ghép kênh theo tần sè FDM Với kỹ thuật FDM, ta sử dụng băng thơng tới 20.000GHz bước sóng 1300 ÷ 1600nm, tương đương với khả truyền dẫn 120 triệu kênh thoại đôi sợi quang Tín hiệu vào Diode laser Điều chế Bộ khuếch đại quang Cáp sợi quang Khối phát Điều khiển phân cực Khối thu quang Bộ dao động nội Mạch trung tần Khuếch đại giải điều chế Tín hiệu Hình Sơ đồ ngun lý hệ thống thơng tin quang coherent Hình 1.5 Đồ thị biểu diễn quan hệ độ nhạy thu tốc độ bit theo sơ đồ thu khác 1.4 Những xu hướng phát triển thơng tin cáp sợi quang Các nghiên cứu thông tin cáp sợi quang tập trung vào hai mục tiêu là: Năng cao tốc độ truyền dẫn tăng cự li khoảng lặp Các hướng phát triển thơng tin cáp sợi quang tóm lược sau: Sử dụng cơng nghệ ghép kênh theo bước sóng Sơ đồ hệ thống ghép kênh theo bước sóng mơ tả hình 1-6 Trong hệ thống WDM người ta thường sử dụng diode Laser DFB DBR nguồn quang nã có độ rộng phổ hẹp cỡ 0,1nm Khoảng cách kênh chọn phụ thuộc vào độ ổn định nhiệt thường vào khoảng 2nm Trong khoảng từ 1545.6nm đến 1570.6nm, người ta ghép 18 kênh Nếu kênh truyền tốc độ 2,5Gbps tương đương với 30240 kênh thoại hệ thống truyền 500.000 kênh thoại đôi sợi quang Hiện thực tế người ta thực hệ thống WDM truyền tốc độ 40Gbps cách ghép WDM 16 luồng tốc độ 2,5Gbps Về cự ly trạm lặp tùy thuộc vào độ khuếch đại EDFA đạt tới 120 Km, khuch i 20dB ữ 30dB Các nguồn quang với c¸c b íc sãng kh¸c ≈ λ MUX Tíi thu quang Sợi quang đơn mode -10 18 =1561nm λ=1527nm C«ng suÊt quang (dBm) λ DEMU X 2nm -20 -30 -40 -50 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Hình 1.6 Sơ đồ hệ thống ghép kênh theo bước sóng λ[nm] Cũng cần nói thêm EDFA đóng vai trị quan trọng hệ thống WDM Do EDFA quan tâm nghiên cứu hoàn thiện mà hướng chủ yếu làm phổ khuếch đại vấn đề tạp âm EDFA Hệ thống thông tin quang ghép kênh theo tần số FDM biểu diễn hình 1-7 S1 MIX 1550nm ∆f LASER External Modulation FIBER OPTIC CABLE OPTICAL DETECTOR Optical PLL ∆f POWER DIVISION MIX f2 Sn S1 f1 COMBINDER MIX f1 S2 MIX MIX f2 MIX fn S2 Sn fn Hình 1.7 Sơ đồ hệ thống ghép kênh theo tần số Khả truyền dẫn hệ thống FDM lớn nhiều so với hệ thống WDM Khoảng cách kênh hệ thống FDM yêu cầu khoảng 5GHz, tương đương với 0,04nm bước sóng 1550nm khoảng cách kênh ghép theo WDM yêu cầu khoảng 250GHz Ở dải sóng ( 1500-1600 nm) ta sử dụng băng tần 12500GHz để truyền Băng tần chia thành 2500 kênh, kênh cách 5GHz Nếu kênh truyền tốc độ 2,5GHz ta truyền dung lượng tương 30x20x2500 =75,6 triệu kênh thoại đôi sợi quang 1.5 Phát triển công nghệ TTCSQ Việt Nam Với chủ trương tiến thẳng vào công nghệ đại, sử dông công nghệ số đồng thời chủ trương cáp quang hố tồn quốc nên thời gian ngắn hồ vào mạng viễn thơng quốc tế phục vụ đắc lực cho công đổi nước ta Đó chủ trương sáng tạo, đắn ngành Bưu điện Việt Nam Công nghệ truyền dẫn cáp sợi quang bắt đầu tuyến cáp quang Hà Nội - Nội Bài 30km, tốc độ 34Mbps thực vào năm 1989 đến năm 1994 chóng ta xây dựng tuyến cáp quang đường trục Bắc - Nam dài 1700Km, tốc độ 34Mbps sử dụng cơng nghệ PDH Đến chóng ta sử dụng sang công nghệ SDH nâng lên tốc độ 2,5 Gbps dự kiến nâng lên 20 Gbps năm tới Đến tuyến nhánh nối từ Hà Nội tãi tỉnh phía Băc, từ Đà nẵng tỉnh miền trung thành phố Hồ Chí Minh tỉnh phía Nam hồn thành Kết hợp với tuyến cáp quang đường điện 500Kv chóng ta nối thành bốn vòng Ring tốc độ 2,5Gbps Hệ thống mạng nội hạt ngoại vi thành phố lớn Hà Nội, Hải Phòng, Đà Nẵng, Thành phố Hồ Chí Minh thành phố khác cáp quang hố sử dụng cơng nghệ SDH Chóng ta bước thực cáp quang hố tồn quốc Việc nghiên cứu tính tốn thiết kế kỹ thuật cơng trình thơng tin sợi quang địi hỏi phải nắm chất tượng vật lý cấu kiện điện tử quang học sử dụng hệ thống, hiểu rõ tính kỹ thuật thiết bị vận hành hệ thống Trên sở phải xây dựng phương pháp tính tốn thiết kế hệ thống thơng tin cáp sợi quang cách khoa học tối ưu, viết phần mềm thiết kế hệ thống mục tiêu luận án Nhiệm vụ đề luận án cụ thể thực tiễn nhằm góp phần làm chủ cơng trình thơng tin quang từ xây dựng dự án, thiết kế kỹ thuật, thi công viết phần mềm khai thác quản lý Đó mong muốn nguyện vọng thiết tha góp phần xây dựng phát triển lớn mạnh ngành 1.6 Cấu trúc nội dung luận án Nội dung luận án nghiên cứu phương pháp tính tốn thiết kế hệ thống truyền dẫn cáp sợi quang Luận án bố cục thành chương Chương 1: nêu tổng quan xu hướng phát triển hệ thống thơng tin cáp sợi quang Chương 2: Nghiên cứu sợi quang nhằm nêu ảnh hưởng chủ yếu môi trường truyền dẫn đến tín hiệu ánh sáng truyền sợi quang Chương 3: Nghiên cứu thiết kế tối ưu hệ thống truyền dẫn cáp sợi quang viết phần mềm thiết kế Dùa vào phân tích loại tạp âm khuếch đại quang sợi EDFA, với hệ số khuếch đại G>10 dB cần phải kể đến loại tạp âm trội tạp âm nhiệt Phương pháp tính tốn tính đến loại tạp âm kiểu mắc khuếch đại Còng cần lưu ý kết tính tốn cho líp truyền dẫn hệ thống thơng tin cáp sợi quang 5.6 Kết luận Trong chương nghiên cứu hệ thống thông tin quang đồng SDH Trên sở yêu cầu hệ thống, quy chuẩn, khuyến nghị ITU-T quy định tiêu chuẩn ngành Bưu điện Việt nam TCN, luận án có đóng góp sau Trên sở thống kê phân tích thơng số kỹ thuật thiết bị viễn thông hãng sản xuất lớn Alcatel, Siemens, ECI, Fujitsu Nortel Telecom luận án phát rằng: Mặc dù có quy chuẩn ITU-T giao diện quang ứng với mã khác thông số kỹ thuật thiết bị SDH hãng lại khác mã, có thông số chênh lệch nhâu tới 10 lần Điều cho thấy coi thiết bị mã phải xây dựng phương pháp tính tốn thiết kế hệ thống dùa giao diện quang thiết bị cụ thể Luận án xây dựng khái niệm công suất bù ∆PBER phương pháp tính tốn tìm giá trị ∆PBER từ bảo đảm thiết kế hệ thống với giá BER theo yêu cầu Điều giúp thiết kế nâng cấp hệ thống nhằm nâng cao độ tin cậy hệ thống gần tạp âm nhiệt Luận án xây dựng tốn thiết kế hệ thống thơng tin quang đồng SDH, có tốn tìm khoảng cách trạm lặp lớn cho mét Card, tìm khoảng cách trạm lặp lớn cho nhóm Card tốn thiết kế tuyến hệ thống thơng tin quang đồng SDH Trên sở phương pháp tính tốn thiết kế xây dựng, luận án viết phần mềm thiết kế hệ thống thông tin quang đồng SDH, mang tên BKOPTIC 3.0 Đã dùng phần mềm tính tốn thiết kế mơ số hệ thống thơng tin quang, có hệ thống thơng tin quang quốc gia gồm vòng Ring Kết phù hợp với số liệu thiết bị mạng Luận án khảo xát định lượng kiểu đặt khuếch đại quang sợi dùng làm BA, LA PA Đã xây dựng phương pháp tính tỷ số SNR cho trường hợp đưa so sánh định lượng eSNR, cự ly truyền cơng suất tách sóng quang Luận án phân tích dánh giá loại tạp âm khuếch đại BA, LA PA xây dựng phương pháp xác định cơng suất bù PBER cho trường hợp Từ giúp nhà thiết kế hệ thống truyền dẫn quang xác định xác quỹ cơng suất BER hệ thống LỜI CẢM ƠN Trước hết, xin chân thành cảm ơn PGS.TS Đỗ Xuân Thụ PGS.TS Nguyễn Minh Hiển định hướng khoa học phương pháp nghiên cứu thời gian làm luận văn thạc sỹ trình nghiên cứu để hồn thành luận án Tơi vơ biết ơn Bố mẹ anh chị động viên, giúp đỡ q trình hồn thành bảo vệ luận án Tôi xin trân trọng cảm ơn chuyên gia nhà khoa học giành thời gian đọc góp ý cho luận án Tôi xin chân thành cảm ơn trường ĐHBK Hà nội đặc biệt trung tâm đào tạo bồi dưỡng sau đại học giúp đỡ, tạo nhiều điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học cao học chuyển tiếp nghiên A cứu sinh trình nghiên cứu, hồn thành bảo vệ luận án Trần Quốc Dũng TỪ VIẾT TẮT SMSR DH SLED ELED SLM BH DFB DBR VCSEL LPF PIN APD SCLA EDFA FDF NA ASE LAN PON CO HDT OLT ODT ONU PS PC OI SDH SONET OC STS STM OAM MLM SLM ORL BA LA PA APD Att Side mode suppression ratio Double Hecterojunction Surface Light Emitting Diode Edge Light Emitting Diode Single lateral Mode Buried Heterojunction Distributed Feed back Distributed Bragg Reflector Vertical Cavity Surface Emitting Laser Low-pass Electrical Fiber P-type Instrinsic N-type Avanlanche Photodiode Semiconductor Laser Amplifier Erbium Doped Fiber Amplifier Erbium Dope Fiber Numberical Aperture AmplifedSspontaneous Emission Local Area Network Passive optical Network Central Office Host Digital Terminal Optical line Terminal Optical Distance Terminal Optical Network Unit Power Spliter Power Combiner Optical Isolator Synchronous Sigital Hierachy Synchronous optical Network Optical Carrier Synchronous Transport Signal Synchronous Transport Mode Operation Administrator Maintenance Multilongitridinal Mode Singlelongitridinal Mode Boot Amplifier Line Amplifier Pre-Amplifier Avalanche Photodiode Attenuator BER DCF DD E/O SNR LD LED NA NRZ OA OAR O/E OFA PDH PON RIN RMS RZ SE Bit Error Rate Dispersion Compendation Fiber Direct Detect Electronical-Optical converter Signal Noise Ratio Laser Diode Light Emitting Diode Numerical Aperture No Return Zero Optical Amplifier Optical Amplifier Reciever Optical-Electronical converter Optical Fiber Amplifier Plesynchronous Digital Hierachy Passive Optical Network Relative Intensity Noise Root Mean Square Return Zero Spontaneous Emission MỤC LỤC Chương Những xu hướng phát triển thơng tin cáp sợi quang 1.1.Mở đầu 1.2 Những ưu điểm hệ thống thông tin cáp sợi quang 1.3 Các hệ thống truyền dẫn số cáp sợi quang mạng viễn thông 1.3.1 Hệ thống truyền dẫn số cáp sợi quang điều chế cường độ tách sóng trực tiếp IMDD 1.3.2 Hệ thống thông tin quang kết hợp ( Coherence ) 1.4 Những xu hướng phát triển thông tin cáp sợi quang 1.5 Phát triển công nghệ TTCSQ Việt Nam 1.6 Cấu trúc nội dung luận án Chương Nghiên cứu méo dạng tín hiệu ánh sáng truyền sợi quang 2.1 Những tham số sợi quang 2.1.1 Mode tán xạ mode 2.1.1.1 Mode sợi quang tròn – Phương pháp quang học sóng 2.1.1.2 Mode sợi quang dẹt – Phương pháp quang hình 2.1.2 Sù truyền dẫn ánh sáng sợi quang tròn đơn mode 2.2 Tán xạ sợi quang 2.2.1 Tán xạ dẫn sóng: 2.2.2 Tán xạ vật liệu: 2.2.3 Tán xạ mode 2.2.4 Mối quan hệ tán xạ, độ rộng băng tần tốc độ truyền dẫn 2.2.5 Quan hệ tán xạ tốc độ truyền dẫn 2.3 Suy hao sợi quang 2.3.1 Hệ số suy hao sợi quang 2.3.2 Phổ suy hao sợi quang 2.5 Kết luận Chương Thiết kế tối ưu tuyến truyền dẫn cáp sợi quang 3.1 Các cấu kiện tuyến truyền dẫn cáp sợi quang 3.1.1 Nguồn quang 3.1.1.1.Tính phi tuyến đặc tuyến cơng suất - dòng bơm 3.1.1.2Băng tần nguồn quang 3.1.1.3.Tạp âm nguồn quang 3.1.1.4.Sự phụ thuộc vào nhiệt độ già hoá 3.1.1.5.Hiệu ứng chirp Laser 3.1.1.6.Độ rộng phổ xạ nguồn quang 3.1.1.7.Phân loại diode Laser sử dụng 3.1.1.8.Tính định hướng nguồn quang 3.1.2 Bộ tách sóng quang thu quang 3.1.2.1 Bộ tách sóng photodiode PIN 3.1.2.2.Bộ tách sóng dùng photodiode thác lũ APD 3.1.2.3.Tỷ số tín hiệu tạp âm độ nhạy thu quang 3.1.2.4.Tỷ sè bit lỗi độ nhạy thu 3.1.3 Bé thu sử dụng khuếch đại sợi quang 3.1.3.1 Cấu trúc khuếch đại quang sợi 3.1.3.2.Hệ số khuếch đại khuếch đại quang sợi EDFA 3.1.3.3.Phổ khuếch đại EDFA 3.1.3.4 Tạp âm khuếch đại EDFA 3.1.3.4.Phạm vi ứng dụng EDFA thông tin quang 3.2 Xây dựng toán thiết kế tối ưu tuyến truyền dẫn quang theo linh kiện 3.2.1 Yêu cầu toán thiết kế 3.2.1.1 Thiết kế tuyến thông tin cáp sợi quang đòi hỏi nhiều định phải dùa vào yêu cầu toán đặt cho nhà thiết kế: 3.2.1.2 Từ điều kiện trên, người ta phải tính tốn xác định phần tử hệ thống như: 3.2.1.3 Với tốc độ bit thấp 3.2.2 Phương pháp tính tốn thiết kế tuyến TTCSQ 3.2.2.1 Đặt vấn đề: 3.2.2.2.Thiết kế theo quỹ công suất 3.2.2.3 Thiết kế theo quỹ thời gian 3.2.2.4 Đáp ứng quang điện 3.2.2.5 Tạp âm BER 3.2.2.6.Tính SNR theo BER 3.2.2.7 Độ nhạy máy thu: 3.2.2.8.Tối ưu theo giá thành tuyến 3.2.2.9 Các bước thiết kế 3.3 Phạm vi ứng dụng phần mềm thiết kế BKOPTIC2.1: 3.3.1 Phạm vi ứng dụng phần mềm 3.3.2 Một thí dụ việc sử dụng phần mềm thiết kế BKOPTIC2.1 3.4 Kết luận Chương thiết kế mạng truy nhập thuê bao 4.1 Các giải pháp cải tiến mạng truy nhập thuê bao cáp đồng 4.1.1.Giải pháp phân tán tổng đài 4.1.2.Giải pháp mạch vòng thuê bao( Digital Loop Carrier ) 4.1.3 Giải pháp sử dụng lợi dây 4.2 Phương pháp tính tốn thiết kế mạng truy nhập thuê bao 4.2.1 Phântích thiết kế mạng truy nhập thuê bao cáp đồng 4.2.2.Thiết kế tối ưu tuyến cáp đồng 4.2.2.1.Đặt vấn đề 4.2.2.2.Nội dung thiết kế 4.2.2.3.Các số liệu tính tốn 4.2.2.4.Kết luận 4.3 Thiết kế mạng truy nhập thuê bao cáp sợi quang 4.3.1 Tổ chức mạng truy nhập thuê bao cáp quang 4.3.1.1 Sợi quang đến vùng dân cư FTTC(Fiber to the curb ) 4.3.1.2 Sợi quang đến nhà FTTB ( Fibre To The Building ) 4.3.1.3 Sợi quang đến tận nhà FTTH ( Fibre To The Home ) 4.3.2 Các thiết bị thụ động 4.3.3 Phương pháp tính tốn thiết kế hệ thống truyền dẫn mạng truy nhập thuê bao cáp quang 4.3.3.1 Tính tốn quỹ cơng suất 4.3.3.2 Lưu đồ thuật toán thiết kế tối ưu hệ thống truyền dẫn mạng truy nhập thuê bao cáp quang 4.4 Kết luận Chương Phương pháp tính toán thiết kế hệ thống truyền dẫn quang đồng SDH 5.1 Hệ thống truyền dẫn quang đồng SDH 5.1.1 Hệ thống truyền dẫn quang đồng SONET SDH 5.1.2 Những đặc điểm hệ thống truyền dẫn quang đồng SDH 5-2 Xây dựng toán thiết kế hệ thống truyền dẫn quang đồng SDH 5.2.1 Những đặc điểm việc tính tốn thiết kế hệ thống truyền dẫn quang đồng SDH 5.2.1.1 Những khuyến nghị ITU-T 5.2.1.2 Sự chênh lệch thông số thiết bị hãng sản xuất 5.2.1.3 Tham sè BER 5.2.2 Phân tích thơng số Card giao diện quang 5.2.2.1 Các thông số chung 5.2.2.2 Các thông số đầu phát 5.2.2.3 Thông số giao diện hai điểm S R 5.2.2.4 Thông số giao diện đầu thu 5.3 Q trình tìm xây dựng thơng số tuyến truyền dẫn quang đồng SDH 5.3.1 Các yêu cầu thông số tuyến 5.3.2 Phân tích quỹ thời gian tuyến 5.3.3 Thiết lập tính tốn quỹ cơng suất tuyến 5.3.4 Công suất bù BER tính tốn BER tuyến 5.3.4.1 Tìm SNR biết BER 5.3.4.2 Tìm giá trị cơng suất bù ∆PBER 5.3.5 Bài toán tìm BER biết SNR 5.4 Các toán thiết kế 5.4.1 Xác định khoảng cách trạm lặp lớn cho mét Card 5.4.2 Tìm khoảng cách trạm lặp cho nhóm Card 5.4.3 Thiết kế tuyến hệ thống TTCSQ theo Card SDH 5.4.4 Phần mềm thiết kế hệ thống TTCSQ đồng SDH-BKOptic 3.0 5.5 Sử dụng tối ưu khuếch đại quang sợi BA, LA, PA truyền dẫn quang 5.5.1 Đặt vấn đề 5.5.2 Tính tốn loại tạp âm 5.5.2.1 Tạp âm lượng tử 5.2.2 Tạp âm nhiệt 5.5.2.3 Tạp âm phách 5.5.3 Tính tỷ số tín hiệu tạp âm 5.5.4 Kết tính tốn thảo luận 5.5.5 Phương pháp tính tốn cơng suất bù BER cho hệ thống truyền dẫn sử dụng khuyếch đại quang sợi EDFA 5.5.5.1 Tỷ số tín hiệu tạp âm khuếch đại 5.5.5.2 Tính tốn công suất ∆PBER 5.6 Kết luận Phụ lục Kết tính toán thiết kế tối ưu hệ thống CSC phần mềm BKOptic2.1 Phụ lục Kết tính tốn thiết kế tuyến truyền dẫn mạng truy nhập thuê bao BKOptic.1.2 Phụ lục Kết tính tốn thiết kế hệ thống TTCSQ Bắc nam phần mềm BKOptic3.0 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt Trần Quốc Dũng, Lê Văn Hải, Tính tốn thiết kế tuyến truyền dẫn quang đồng SDH, Tạp chí Khoa học – Cơng nghệ, Trung tâm KHTN - CNQG, No 4/2000 tập 38, Tr.20÷27 Trần Quốc Dũng, Lê Văn Hải, Phương pháp xác định tỷ số lỗi bit tính tốn thiết kế truyền dẫn quang Tạp chí Khoa học – Cơng nghệ, trung tâm KHTN – CNQG No 6/2000 tập 38 Tr.1 ÷ Trần Quốc Dũng, Bùi Việt Khôi, Mô ảnh hưởng tán xạ suy hao truyền dẫn quang Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, Trung tâm KHTN CNQG, No 1/2000, tập 38, Tr.56 ÷ 62 Trần Đức Hân, Trần Văn Quyền, Trần Quốc Dũng, Lùa chọn tối ưu thiết bị cho hệ thống thơng tin quang, tuyển tập Hội nghị VTĐT tồn quốc lần thứ ba, 10/1990, Tr.264 ÷ 266 Trần Quốc Dũng, Trần Đức Hân, Nguyễn Minh Hiển, Đỗ Xuân Thụ, Lê Văn Hải, Xây dựng phần mềm thiết kế hệ thống truyền dẫn quang đồng SDH, tuyển tập Hội nghị Khoa học 45 năm ĐHBKHN, 11/2001, tr.13 ÷ 19 Trần Quốc Dũng, Trần Đức Hân, Nguyễn Vũ Sơn, Lê Văn Hải, Phương pháp tính tốn tối ưu khuếch đại quang sợi EDFA, Tuyển tập Hội nghị Khoa học 45 năm ĐHBKHN, 10/2001, Tr.27 ÷ 31 Trần Quốc Dũng, Trần Cảnh Dương, Trần Đức Hân, Dương Quốc Hồng, Tối ưu hố việc sử dơng khuếch đại quang sợi EDFA truyền dẫn quang, Tuyển tập Hội nghị Khoa học, 45 năm ĐHBKHN, 10/2001, Tr.91 ÷ 96 Trần Quốc Dũng, Trần Đức Hân, Nguyễn Minh Hiển, Bùi Việt Khôi, Đỗ Xuân Thụ, Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp Bộ, B96 - 28 - TĐ 06, 1997 Trần Quốc Dũng, Trần Đức Hân, Nguyễn Minh Hiển, Đỗ Xuân Thụ, Bùi Viết Khơi, Nghiên cứu mơ méo dạng tín hiệu truyền qua sợi quang, Thông báo Khoa học trường Đại học, Bé giáo dục-Đào tạo chuyên đề Điện - Điện tử - Tù động hố, 1997, Trang 16 ÷ 24 10.Trần Quốc Dũng, Trần Đức Hân, Nguyễn Minh Hiển, Bùi Việt Khôi, Đỗ Xuân Thụ, Báo cáo tổng kết đề tài cấp Bộ, B99-28-TĐ-51, ĐHBKHN, 2001 11.Trần Quốc Dũng, Trần Đức Hân, Nguyễn Minh Hiển, Thiết kế tự động phân hệ thống thơng tin cáp sợi quang, Tạp chí Khoa học Công nghệ trường Đại học, No 13/1997, tr ÷ 12.Trần Quốc Dũng, Nghiên cứu phương pháp thiết kế tối ưu hệ thống thông tin quang, Luận văn tốt nghiệp cao học, ĐHBKHN, 1997 13.Đinh Văn Hoàng, Trần Đức Hân, Nguyễn Duy Hùng, Nguyễn Văn Quyền, Trần Quốc Dũng, Vai trò tham sè động học hoạt động không dừng Laser DFB ngăn Tuyển tập Hội nghị Khoa học 45 năm ĐHBKHN, 10/2001, Tr.148 ÷ 153 14.Trần Đức Hân, Trần Quốc Dũng, Thiết kế tối ưu tuyến thông tin cáp sợi quang, Tuyển tập Hội nghị Khoa học 49 năm ĐHBKHN, 1996, Tr.39 ÷ 42 15 Trần Đức Hân, Trần Quốc Dũng, Tính tốn hệ thống thơng tin quang, Tuyển tập Hội nghị VTĐT toàn quốc lần thứ 6, 10/1996, Tr.86 ÷ 90 16.Trần Đức Hân, Nguyễn Minh Hiển, Cơ sở kỹ thuật Laser, NXB Giáo dục, 1999 17.Trần Đức Hân, Cơ sở thơng tin cáp sợi quang, giáo trình cao học, ĐHBKHN, 1999 18.Trần Đức Hân, Phí Hồ Bình, Kỹ thuật thơng tin quang, Giáo trình cao học, ĐHBK Hà nội, 1996 19.Vũ Văn San, Hoàng Văn Võ, Kỹ thuật thông tin quang, Nguyên lý bản, Công nghệ tiên tiến, NXB Khoa học – Kỹ thuật, 1997 20.Hoàng ứng Huyền, Kỹ thuật thông tin qunag, TCBĐ, 1993 21.Trần Hông Quân, Hệ thống Thông tin quang, Nhà xuất Khoa học – kỹ thuật, 1994 22.Vũ Văn San, Nâng cao độ nhạy thu để giải phóng băng tần sợi quang, Luận án TSKT, Học viện BCVT, 2000 Tiếng Anh 23.Tran Quoc Dung, Tran Duc Han, Nguyen Minh Hien Bui Viet Khoi, Do Xuan Thu, An approch of Automatical Optical fibre subsystem Design, Asiapacific Symposium on Information and Telecommunication Technologies, APSITT “ 97, Section 13, pp.13.5.1 ÷ 13.5.4 24.Tran Quoc Dung, Le Van Hai A method of BER calculation for designing optical telecommunication systems Post-Telecommuincation Journal, Special issue, Research and Development on telecommunication and information technologies No4-10-2000, pp 2023 25.Tran Quoc Dung, Le Van Hai, Design of the SDH Optical fibre transmission system software, Special issue, Post-Telecom munication Journal, Research and Development on telecom munication and Information Technology, No 5/3/2001, pp 54 ÷59 26.Tran Quoc Dung, Vu Van San, Le Van Hai, Design calculation for Optical communication systems, the 25th Asian-Info-Communications conference, Shangai, Apr.2001, pp.369 ÷ 375 27.Yasuharu Suematsu, Kenchi Iga, Introduction to optical fibre Communications, John Wiley &Son, 1982 28 Robert M.Gagliardia, Sherman Katp, Optical Communications, John Wiley & Son, 1995 29.Robert G.Winch, Telecom munication transmission systems, McGrawHill,1992 30.D.M.Spirit, M.J.O’Mahony, High capacity Optical Transmisson Explained 31 Ira Jacob, Optical Fibre Communication Technology and System Overview fibre and Electrooptics Resaerch center Virginia Polytechnique institute and State university, Virginia, USA, 32 Gowind P Agrawal, Modern Optical Communication systems, Institute of Optics, University of Rochester, Rochester, Newyork, USA 33.G.P Agrawal, Fibre Optics Communications, John Wiley & Son, Interscience publication, United state of America, 1997 34 ITU-T, Rec.G652, Characteristics of a single mode optical fibre cable, 1993 35 ITU-T, Rec.G653, Characteristics of a dispersion shifted single mode optical fibre cable, 1993 36 ITU-T Rec.G957, Optical interfaces for equipment and systems relating to the synchronous digital hierarchy, July, 1994 37.ITU-T, Draft Rec.G.013, Application related aspects of optical fibre amplifier devices and sybsystems, Jan, 1996 38 ITU-T, Rec G,663, Application related aspects of optical fibre amplifier devices and sybsystems Nov.1996 39.ITU-T Draft new Rec G691, Optical Interfaces for single chanel SDH systems with optical fibre amplifiers, Nov.1996 and revised draft, Dec.1997 40.Ferderick C.Allard, Fibre optic Handbook for Engineers and scientists, Mc Graw-Hill Internatinal Edition, 1990 41 Gerd Keiser, Optical fibre Communication, second Edition, Mc GrawHill International, 1991 42 Win van Etten and Jan van Der Plaats, Fundamentals of Optical fibre communication, prentice Hall, 43.John M.seniver, Optical fibre communication Principles and Pratice, second edition, prentice Hall, 1992 44 John Gowar, Optical communication systems, second edition, Prentice Hall, 1993 45.Pierre Lecoy, Telecommunications Optiques, Hermes, 1992 46 Robert J.Hoss, Fibre Optic communications Design Handbook, Prentice Hall Englewood Cliffo, New Jersey, 1990 47.S.Stein, and J.Jones, Modern Communications principles, Mc GrawHill, Newyork, 1995 48 William B.Jones, Introduction to optical fibre communication systems, Holt, Texas A & M University, 1998 49 Blackie, Optical fibre, Lasser and Amplifiers British Telecommunication Reserarch Lab Ipswich 50 Instructor Group of NTT, network planning 1995 51 Geert Morthier Patrich Vankwikelberge, Handbook of Distributed Feedback Laser Diodes, Artech House, Inc.Boston, London, 1997 52 Denis J.G.Mestdargh, Fundamental of multiacces Optical fibre networks, Artech House, Boston, London, 1995 53 J.Wilson, J.F.B Hawkes, Optoelectronics An introductron, Prentice Hall, 1988 54.T.E.Sale, Vertical cavity surface Emitting Laser, Department of Electronic and Electrical Engineering University of Sheffield.UK, Research studies press Ltd, John Willey & Son inc 55 Masayuki Murata, The volution of the US teleccommunication 56 Biswanath Mukherjce, Optical communication Networks Mc GrawHill, 1997 57.Max Ming Kang Liu, Principles and Applications of Optical Communications, IRWIN, 1996 58.Grahan Town, Optical Fiber systems, Department of Electrical Engineering University of Sydney 59.John E Midwinter, Photonics in switching, Volume 1, Background and component, Harcourt Brace & company Publishers, Academic Press.Inc 60.Hitoshi Kawaguchi and Lip syanf Hidayat, Analysis of all-optical clock extraction using self pulsating Laser diodes, Electron Letter, Vol.131890(1995) NHỮNG CƠNG TRÌNH Đà CÔNG BỐ Tran Quoc Dung, Tran Duc Han, Nguyen Minh Hien Bui Viet Khoi, Do Xuan Thu, An approch of Automatical Optical fibre subsystem Design, Asiapacific Symposium on Information and Telecommunication Technologies, APSITT “ 97, Section 13, pp.13.5.1 ÷ 13.5.4 Tran Quoc Dung, Le Van Hai A method of BER calculation for designing optical Telecommuincation telecommunication Journal, Special systems issue, Post- Research and Development on telecommunication and information technologies No4-10-2000, pp 20-23 Tran Quoc Dung, Le Van Hai, Design of the SDH Optical fibre transmission system software, Special issue, Post-Telecom munication Journal, Research and Development on telecom munication and Information Technology, No 5/3/2001, pp 54 ÷59 Tran Quoc Dung, Vu Van San, Le Van Hai, Design calculation for Optical communication systems, the 25th Asian-Info- Communications conference, Shangai, Apr.2001, pp.369 ÷ 375 Trần Quốc Dũng, Lê Văn Hải, Tính tốn thiết kế tuyến truyền dẫn quang đồng SDH, Tạp chí Khoa học – Cơng nghệ, Trung tâm KHTN - CNQG, No 4/2000 tập 38, Tr.20÷27 Trần Quốc Dũng, Lê Văn Hải, Phương pháp xác định tỷ số lỗi bit tính tốn thiết kế truyền dẫn quang Tạp chí Khoa học – Cơng nghệ, trung tâm KHTN – CNQG No 6/2000 tập 38 Tr.1 ÷ Trần Quốc Dũng, Bùi Việt Khôi, Mô ảnh hưởng tán xạ suy hao truyền dẫn quang Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, Trung tâm KHTN CNQG, No 1/2000, tập 38, Tr.56 ÷ 62 Trần Quốc Dũng, Trần Đức Hân, Nguyễn Minh Hiển, Thiết kế tự động phân hệ thống thông tin cáp sợi quang, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ trường Đại học, No 13/1997, tr ÷ Trần Đức Hân, Trần Văn Quyền, Trần Quốc Dũng, Lùa chọn tối ưu thiết bị cho hệ thống thơng tin quang, tuyển tập Hội nghị VTĐT tồn quốc lần thứ ba, 10/1990, Tr.264 ÷ 266 10.Trần Quốc Dũng, Trần Đức Hân, Nguyễn Vũ Sơn, Lê Văn Hải, Phương pháp tính tốn tối ưu khuếch đại quang sợi EDFA, Tuyển tập Hội nghị Khoa học 45 năm ĐHBKHN, 10/2001, Tr.27 ÷ 31 11 Đỗ Xuân Thụ, Trần Quốc Dũng Sử dông khuếch đại quang sợi EDFA truyền dẫn quang, Tạp chí Khoa học công nghệ trường đại học công nghệ 36/2002, tr 12 Đinh Văn Hoàng, Trần Đức Hân, Nguyễn Duy Hùng, Nguyễn Văn Quyền, Trần Quốc Dũng, Vai trò tham số động học hoạt động không dừng Laser DFB ngăn Tuyển tập Hội nghị Khoa học 45 năm ĐHBKHN, 10/2001, Tr.148 ÷ 153 13 Đỗ Xn Thụ, Trần Quốc Dũng Phương pháp tính tốn BER hệ thống truyền dẫn sử dụng khuếch đại quang sợi EDFA, Thông báo khoa học trường đại học, Bộ giáo dục Đào tạo N /2002, tr ... thực hệ thống truyền dẫn với tốc độ tới vài chục Gbps cù li hàng ngàn kilomet Các hệ thống truyền dẫn cáp sợi quang ứng dụng mạng viễn thông mà ứng dụng hệ thống máy tính, hệ thống truyền dẫn. .. hệ thống truyền dẫn cáp sợi quang viết phần mềm thiết kế Chương 4: Nghiên cứu thiết kế hệ thống truyền dẫn mạng truy nhập thuê bao sử dụng cáp đồng cáp sợi quang Chương5: Nghiên cứu phương pháp. .. li truyền dẫn chất lượng truyền dẫn (tham sè BER) hệ thống thông tin cáp sợi quang Những kết nghiên cứu đóng góp việc xây dựng thơng số thiết kế tốn thiết kế hệ thống TTCSQ Chương Thiết kế tối