Mở đầu
Phần I: Tổng quan về hệ thống thông tin quang
Chương I: Sơ lược về hệ thống thông tin quang 6
1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin quang 6
1.2 Cấu trúc của hệ thống thông tin quang 7
1.3 Ứng dụng và ưu nhược điển của hệ thống thông tin quang 8
Chương II: Các thành phần của hệ thống thông tin quang
quang
2.1 Lý thuyết chung về quang dẫn 9
2.1.1 Cơ sở quang học 9
2.1.2 Sự truyền ánh sáng trong sợi quang dẫn 10
2.1.3 Các dạng phân bố chiết suất trong sợi quang 11
a/ Dạng giảm triết suất líp vỏ bọc
b/ Dạng dịch độ tán sắc.
c/ Dạng san bằng tán sắc
2.1.4 Sợi đơn mode và sợi đa mode 14
2.2 Các thông số của sợi quang 15
2.2.1 Suy hao trong sợi quang 15
2.2.2 Các nguyên nhân gây suy hao 15
a/ Suy hao do hấp thụ
b/ Suy hao do tán sắc
c/ Suy hao do uốn cong
2.2.3 Tán sắc 19
a/ Địng nghĩa tán sắc
b/ Các nguyên nhân gây tán sắc
2.3 Cấu trúc sợi quang 22
2.3.1 Líp phủ 23
2.3.2 Líp vá 23
a/ Dạng ống đệm lỏng
b/ Dạng đệm khí
c/ Dạng băng dẹt

2.Tính toán thiết kế 49
3.Ví dụ tính toán 52
Phần II: Công nghệ truyền dẫn SDH
ChươngI: Sơ lược về công nghệ truyền dẫn 55
1.1 Kỹ thuật điều chế xung mã 55
1.1.1 Cấu hình cơ bản của tuyến truyền tin PCM 55
1.1.2 Cơ sở lý thuyết PCM 56
a/ Lấy mẫu
b/ Lượng tử hoá
c/ Mã hoá
1.2Thuật TDM và tiêu chuẩn ghép kênh ở Việt Nam 58
1.2.1 Khái niệm về thông tin nhiều kênh 58
1.2.2 Ghép kênh nhóm sơ cấp và tiêu chuẩn ghép kênh ở Việt Nam 58
1.2.3 Hệ thống PCM cấp I 59
ChươngII: Công nghệ truyền dẫn SDH 61
2.1 Công nghệ ghép kênh cấp cao PDH
(Pleosynchronous Digital Hierarchy) 61
2.2 Định nghĩa SDH(Synchrônous Digital Hierarchy)
và sự cần thiết của nã 62
2.3 Cấu trúc khung SDH
65
1. Cấu trúc ghép cơ bản 65
2. Cấu trúc khối
67
a/ Container C
b/ Container ảo
c/ Cấu trúc các VC
d/ Đơn vị luồng TU
e/ Nhóm đơn vị luồng TU
f/ Các đơn vị quản lý TU

3.6 Mạng ring trong ba vùng ứng dụng của ALCATEL 90
Kết luận
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN
• Đồ án của em chia làm 2 phần
- Phần I: Tổng quan về hệ thông tin quang.
- Phần II: Công ghệ truyền dẫn SDH.
• Trong phần I gồm có 2 chương:
- Chương I: Sơ lược về hệ thông thông tin quang.
Ở chương này em nghiên cứu lịch sử phát thiển của hệ thông tin quang,
cấu trúc hệ thống này và các ứng dụng và ưu nhược điểm của nó.
- Chương II: Các thành phần của hệ thông tin quang.
Chương II em nghiên cưu về lý thuyết trung về truyên dẫn
+ Các thông số của sợi quang bao gồm:
Suy hao trong sợi quang
Các nguyên nhân gây suy hao
Tán sắc
+ Cấu trúc của sợi quang gồm líp phủ và líp vỏ
+ Các linh kiên biến đổi quang gồm có các yêu cầu kĩ thuật của linh kiện
biến đổi quang, nguồn quang và tách sóng quang.
+ Hàn nối sợi quang: Các yêu cầu kĩ thuật của mối nối
+ Hệ thống thông tin quang gồm có cấu trúc hệ thống thông tin quang và
mã hoá hệ thống thông tin quang.
+ Thiết kế tuyến thông tin: tính toán thiết kế và ví dụ để tính toán.
• Phần II: gồm có 3 chương
- Chương 1: Sơ lược về công nghệ truyền dẫn.
Trong chương này em nghiên cứu
+ Kỹ thuật điều chế xung mã gồm cấu hình cơ bản của tuyến truyền tin
PCM và cơ sở lý thuyết PCM
+ Thuật TDM và tiêu chuẩn ghép kênh ở Việt Nam: ghép kênh nhóm sơ
cấp và hệ thống PCM cấp 1.

báo quang. Hệ thống này gồm một chuỗi các tháp với các đèn báo hiệu di động
trên đó. Tốc độ thông tin được truyền với hệ thống này khoảng 15 phót cho cù ly
200km.
Năm 1870 John Tyndall- nhà vật lý người Anh, đã chứng minh ánh sáng có thể
truyền được theo ống nước uốn cong. Việc truyền ánh sáng trong ống nước uốn
cong là sự ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần.
Năm 1880 Alexander Graham Bell người Mỹ giới thiệu hệ thống điện thoại
quang, trong hệ thống này, ánh sáng mang điện năng được truyền qua môi trường
không khí. Nhưng vì môi trường không khí có nhiều nguồn gây nhiễu nên thực tế
hệ thống này chưa được sử dụng.
Năm1934 Noman R.Funch- kỹ sư người Mỹ dùng các thanh thuỷ tinh làm môi
trường truyền dẫn ánh sáng trong thông tin quang.
Năm 1960 Theodor H.Maiman đưa laze vào hoạt động và đã thành công.
Năm 1962 laze bán dẫn và photodiode bán dẫn hoàn thiện.
Năm1966 Charles H. KaoVà George A. Hockhan người Anh dùng sợi thuỷ
tinh để truyền dẫn ánh sánh. Sợi thuỷ tinh được chế tạo lúc này có sự suy hao quá
lớn( δ ≅ 1000dB/km).
Năm 1970 hãng Corning Glass Works chế tạo thành công sợi quangcó chiết
suất bậc với suy hao nhỏ hơn 20dB/km.
Năm 1983 sợi quang đơn mốt được sản suất tại Mỹ. Ngày nay sợi quang đơn
mốt được sử dụng rộng rãi. Độ suy hao của loại sợi này chỉ còn khoảng 0.2dB/km
ở bước sóng 1550nm.
1.2 Cấu trúc của hệ thông tin quang.
Trặm lặp trên đường truyền
Tín hiệu ra
Biến đổi Biến đổi
Sơ đồ tuyến truyền quang dẫn
- Theo sơ đồ hệ thống ta có:
+ Nguồn tín hiệu ban đầu: Tiếng nói, Fax, Camera
+ Phần tử điện xử lý nguồn tin tạo ra tín hiệu đưa vào hệ thống.

E
O
E
Sơ đồ khối trặm lặp
1.3. ứng dụng và ưu nhược điểm của hệ thống thông tin quang.
• Những ứng dụng của sợi quang.
- Sợi quang được ứng dụng trong thông tin và một số mục đích khác.
- Vị trí Sợi quang trong mạng thông tin hiện nay.
+ Mạng đường trục xuyên quốc gia.
+ Đường trung kế.
+ Đường cáp thả biển xuyên lục địa ( Xuyên Quốc Gia).
+ Đường số liệu.
+ Mạng truyền hình.
• Ưu điểm
- Suy hao truyền dẫn rất nhỏ so với truyền thông tin qua đây kim loại nên
số trặm lặp giảm.
- Sợi quang được chế tạo từ nguyên liệu chính là thạch anh hay nhựa tổng
hợp nên nguồn nguyên liệ rất rồi dào và rẻ tiền dẫn đến giảm được giá
thành.
- Sợi quang có đường kính nhỏ, trọng lượng nhẹ.
- Sợi quang có tính bảo mật trong thông tin cao, không chịu ảnh hưởng
nhiễu điện từ trường bên ngoài.
- Tính cách điện cao, không gây chập cháy.
- Dễ lắp đặt, bảo dưỡng, uốn cong.

2
Sinβ.
Ta có quan hệ giữa tia phản xạ với tia khúc xạ và tia tới.
• Góc phản xạ bằng góc tới.
α=α’
*Góc khúc xạ được xác định theo định luật Snell.
n
1
Sinα =n
2
Sinβ.
Trong đó: n
1
: chiết suất môi trường 1
n
2
: chiết suất môi trường 2
Tia khóc x¹
1’
Tia ph¶n x¹
1’
Tia tíi
n
2
n
1
3
2
1’’
Sù ph¶n x¹ vµ khóc x¹ ¸nh s¸ng

k
tia tới mặt cắt sẽ bị khúc xạ tạo nên góc khúc xạ β. Sù phản xã toàn phần
chỉ xẩy ra với những tia có góc tới θ < θ
max
.
Sin của góc tới hạn này được gọi là khẩu độ số.
NA = Sinθ
max.
áp dụng công thức Snell để tính NA.
Tại điểm A ta có:
n
k
sinθ
max
= n
1
sin90.
Mà n
k
là chiết suất không khí(n
1
=1).
Để dảm bảo đIều kiện phản xạ toàn phần theo định luật Snell thì:
Sinα
min
= và α
min
đảm bảo đIều kiện toàn phần.
Do đó:
NA = sin

max
sẽ bị khúc quang
không thể truyền đi được xa.
2.1.3 Các dạng phân bố triết suất trong sợi quang.
• Sợi quang có cấu trúc chung bao gồm một lõi bằng thuỷ tinh có triết suất
lớn hơn và một líp vỏ cũng bằng thuỷ tinh có triết suất lớn hơn. Triết suất
của líp vỏ không đổi còn triết suất của lõi nói chung thay đổi theo bán
kính (khoảng cách từ trục ra). Sự biến thiên triết suất theo bán kính được
biết dưới dạng tổng quát nh sau:
n
2
[1- (r/a)
g
] với (trong lõi)
n(r) ={
n
1
(1-2 )
1/2
-n
1
(1- )=n
2
với > a (líp vỏ)
Trong đó:
n
1
: triết suất lớn nhất của lõi.
n
2

1
không đổi mà chiều dài đường truyền khác nhau trên cùng một
chiều dài sợi. Điều này dẫn tới một hiện tượng khi đưa xung ánh sáng hẹp vào đầu
sợi lại nhận được một xung ánh sánh rộng hơn ở cuối sợi. Đây là hiện tượng tán
sắc do độ tán sắc lớn nên sợi SI không thể truyền tín hiệu số tốc độ cao qua cù ly
dài được.
- Sợi quang có triết suất giảm dần (GI: Graded-Index).
Sợi GI có dạng phân bố triết suất lõi hình parabol, vì triết suất lõi thay đổi
một cách liên tục nên tia sáng truyền trong lõi bị uốn cong.
n
2
n
1

Đường truyền của các tia sáng trong sợi GI cũng không bằng nhau nhưng
vận tốc truyền cũng thay đổi theo. Các tia truyền xa trục có đường truyền ngắn
n
2
b
n
1
a
0
a
b
Sù truyÒn ¸nh s¸ng trong sîi quang cã triÕt suÊt nhÈy bËc (SI)
Sù truyÒn ¸nh s¸ng trong sîi GI
n(r)
nhất vì triết suất ở trục là ngắn nhất. Độ tán sắc của sợi GI nhỏ hơn nhiều so với
sợi SI.

H×nh c
§ êng tuyÕn ¸nh s¸ng
MÆt c¾t triÕt suÊt
d
a/ Sîi SI-MM

n
1
n
2
Kích thước sợi dây mode theo tiêu chuản CCITT (50/125 m).
*Sợi đơn mode (SM: single Mode).
Các thốngố của sợi SM thông dụng là:
- Lõi: có triết suất n
1
= 1,46; đường kính d = 2a = 9 đến 10 m
- Vỏ: có triết suất n
2
<n
1
: đường kính D = 2b = 125 m.
- Độ chênh lệch triết suất tương đối:
= = 0,003=0,3%
Khi giảm kích thước lõi để chỉ có một mode sóng cơ bản truyền được trong
sợi thì được gọi làđơn mode. Trong sợi tryền một mode sóng nên độ tán sắc do
nhiều đường truyền bằng không và sợi đơn mode có dạng phân bố triết suất nhẩy
bậc.
Độ tán sắc của sợi đơn mode rất nhỏ, Đặc biệt ở bước sóng =1300nm độ tán
sắc của sợi đơn mode rất thấp (~0). Do đó dải thông của sợi đơn mode rất rộng.
Song vì kích thước lõi sợi đơn mode quá nhỏ nên đòi hỏi kích thước của các linh

.
Trong đó: P
1
: ông suất quang đưa vào đầu sợi quang
P
2
: Công suất quang đưa vào cuối sợi quang
- Suy hao trung bình trên 1km sợi quang theo công thức:

α = (dB/Km)
Trong đó: A: Suy hao sợi quang [dB]
L: Chiều dài sợi quang [Km]
2.2.2. Các nguyên nhân gây suy hao.
a/. Suy hao do hấp thụ. (Hình a,b,c).
P
1
=P(1) P
2
=P(L)
L
Z
C«ng suÊt truyÒn trªn sîi quang
- Sự hấp thụ kim loại: Các tạp chất kim loại trong thuỷ tinh là một trong
những nguồn hấp năng lượng ánh sáng. Các tạp chất kim loại trong sợi
quang hấp thụ ánh sáng thường gặp là Cu, Fe, Mn, Cr, Ni……
- Mức độ hấp thụ ánh sáng nhiều hay Ýt phụ thuộc loại tạp chất, lượng tạp
chất và bước sóng ánh sáng truyền trong sợi quang. Để có được sợi quang có độ
suy hao dưới 1dB/km cần phải có thuỷ tinh thật tinh khiết với nồng độ tạp chất
không quá một phần tỷ (10
-9

do không thoả mãn điều kiện phản xạ toàn phần.
c/. Suy hao do uốn cong (Hình 2).
Những chỗ uốn cong nhỏ thì suy hao của sợi quang lớn do tia sáng tự lệch
trục, sự phân bố thường bị sáo trộn khi đi qua những chỗ tự uốn cong nhỏ
dẫn tới sự phát xạ năng lượng ra khỏi lõi sợi quang.
600
500 600 800 1000 1200 1400 1600
0

c/. §é hÊp thô cña c¸c t¹p chÊt kim lo¹i
α(dB/km)
nm
500
400
300
200
100600 800 1000 1200 1400 1600
3
2
1
0
α(dB/km)
nm
600 800 1000 1200 1400 1600
3
2
1

H1: Suy hao do t¸n x¹ Rayleigh
1
3
5
2

2.2.3. Tán sắc.
a. Định nghĩa tán sắc.
Độ tán sắc tổng cộng của sợi quang ký hiệu D, đơn vị giây (s) được tính bằng:
Trong đó: T T
i
là độ rộng xung vào
T
o
là độ rộng xung ra
- Độ tán sắc do chất liệu người ta đánh giá trên mỗi km sợi ứng với mỗi mm
của bề rộng phổ của nguồn quang, lúc đó đơn vị tính là PS/Km.Km.
- Độ tán sắc qua mỗi Km sợi tính bằng đơn vị us/Km hoặc PS/Km.
b. Các nguyên nhân gây tán sắc.
- Tán sắc Mode: chỉ xuất hiện ở sợi damode. Các thành phần ánh sáng lan
truyền nhờ các mode riêng rẽ với thời gian khác nên có sự chênh lệch thời gian,
-
-
-
-
-
-
-
-
-

/V.
(Với V là vận tốc ánh sáng truyền trong lõi sợi V = C/n
1
)
mà cos
1
- sin
c
= nên
Thời gian truyền của tia 2:

Thời gian chênh lệch giữa 2 đường truyền là:
Trong đó: độ chênh lệch chiết suất.
Thời gian chênh lệch trên mỗi loại sợi cũng chính là độ giản xung do tán sắc
mode.
Đối với sợi có chiết suất giảm dần GI độ giãn xung do tán sắc mode nhỏ hơn
so với SI.
L
n
2
n
1
2
1
Độ dẫn xung qua mỗi khối lượng sợi hay độ tán sắc mode:
- Tán sắc thể: gồm có tán sắc vật liệu và tán sắc ống dẫn sóng. Tán sắc thể
còn gọi là tán sắc bước sóng.
+ Tán sắc vật liệu: là hiện tượng do ánh sáng truyền trong sợi quang không
phải là đơn sắc mà là đa sắc. Mỗi bước sóng khác nhau sẽ có chiết suất khác cho
nên vận tốc truyền khác.

-
-
-
-
-
-
0
4
8
12
-4
-8
-12
dchr (PS/nm.Km)
12
1 2
1300
1600
Líp vá
Líp
phñ
Líp
bäc
Lâi
10 m
15 m250 m
0,9 m
T¸n s¾c cña c¸c lo¹i sîi
- Chống lại sự xâm nhập của hơi nước.
- Tránh xước gây nên vết nứt.

tiếp khi cáp bị kéo căng, để giảm ảnh hưởng này người ta chèn thêm một líp đệm
mềm ở giữa líp phủ và líp vỏ. Hình thức này gọi là cấu trúc đệm tổng hợp. Sợi
quang có vỏ đệm khít và đệm tổng hợp thường được dùng làm cáp đặt trong
nhà
Cấu trúc sợi quang có vỏ đệm tổng hợp
0,9nm
Sîi
Líp phñ
Líp ®Öm
Líp vá
1,2 1,4 (mm)
Sîi
Líp phñ
èng ®Öm
ChÊt gel
c. Dạng băng dẹt
Cấu trúc băng dẹt cũng là một dạng vỏ đệm khít nhưng bọc nhiều sợi quang
thay vì một sợi. Số sợi trong băng có thể đến 12, bề rộng của mỗi băng tuỳ thuộc
vào số sợi trong băng.
Nhược điểm: Có nhược điểm giống nh cấu trúc đệm khít, tức là sợi quang
chịu ảnh hưởng trực tiếp khi cáp bị kéo căng.
Cấu trúc băng dẹt.
2.4. Các linh kiện biến đổi quan
2.4.1. Khái niệm chung về biến đổi quang.
Linh kiện biến đổi quang được đặt ở 2 đầu sợi quang .
- Linh kiện biến đổi từ tín hệu điện sang tín hệu quang, được gọi là nguồn
quang linh kiện này có nhiệm vụ phát ra áp suất có công suất tỷ lệ với dòng chạy
của nó.
- Linh kiện biến đổi tín hệu quang thành tín hệu điện gọi là linh kiện thu
quang nó tạo ra dòng điện có cường độ tỷ lệ với công suất quang chiếu vào nó.

c. Nguyên lý chung.
Các linh kiện biến đổi quang điện -> điện quang dùng trong thông tin quang
hiện nay là các linh kiện bán dẫn. Bán dẫn có 2 mức
+ Mức hóa trị
+ Mức dẫn điện.
Do đó năng lượng của điện tử chia làm 3 vùng
+ Vùng dẫn điện
+ Vùng cấm
Eg
E
Ec
Ev