Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến
điện
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 lớp 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 Lớp phủ 23
2.3.2 Lớp vỏ 23
a/ Dạng ống đệm lỏng

2. Cấu trúc hệ thông tin quang 42
3. Mã hoá hệ thông thông tin quang 45
2.7 Thiết kế tuyến thông tin quang 48
1.Yêu cầu 48
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  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  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)
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2 SV: Nguyễn Hữu Anh
Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến
điện
và sự cần thiết của nó 62
2.3 Cấu trúc khung SDH
65
1. Cấu trúc ghép cơ bản 65
2. Cấu trúc khối

88
3.5.4 Mạng vòng tự phục hồi một hướng tự bảo vệ luồng
89
3.5.5 Mạng vòng tự phục hồi một hướng theo đoạn
89
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3 SV: Nguyễn Hữu Anh
Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến
điện
3.5.6 Mạng vòng tự phục hồi hai hướng theo đoạn
89
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 lớp phủ và lớp 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

Bảo vệ theo đường truyền.
Mạng vòng ring tự phục hồi một hướng bảo vệ theo luồng.
Mạng vòng ring tự phục hồi một hướng theo đoạn.
Mạng vòng ring tự phục hồi hai hướng bảo vệ theo đoạn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 5 SV: Nguyễn Hữu Anh
Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến
điện
PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG
TIN QUANG
CHƯƠNG 1: SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN
QUANG.
1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin quang.
 chóng ta đã biết thông tin quang học đã có từ lâu đời. Cho tới thế kỷ 18
thông tin quang học theo nghĩa rộng vẫn chỉ dừng ở mức đèn tín hiệu,
Lịch sử phát triển thông tin quang học được tóm tắt bởi các mốc sau:
Năm 1790 Claude Chappe- kỹ sư người Pháp đã xây dựng một hệ thống điện
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.










Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến
điện
+ Trạm lắp: Khi truyền dẫn trên tuyến truyền dẫn, công suất bị giảm đi, dạng
sóng (độ rông xung) bị dãn ra do nhiều nguyên nhân khác nhau. Vì vậy để truyền
được tín hiệu đi xa cần có trạm lặp. Trặm lặp này có nhiệm vụ khôi phục lại
nguyên dang tín hiệu của nguồn phát và khuếch đại tín hiệu. Sau đó đưa vào tuyến
truyền dẫn tiếp theo. Khi khoảng cách truyền dẫn lớn (cự ly tuyến thông tin lớn)
thì cần thiết có tr ặm lặp.
Tín hiệu Tín hiệu
KĐ
Cáp quang Cáp
quang
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.

- Thiết bị tốn kém.
Nhờ có những ưu nhược điểm trên nên sợi quang đã và đang được sử dụng
rộng rãi trong lĩnh vực thông tin và các mục đích khác.
Chương II. Các thành phần của hệ thống thông tin quang
2.1 Lý thuyết chung về quang dẫn.
2.1.1 Cơ sở quang học.
Sự truyền ánh sáng trên sợi dẫn quang là hiện tượng phản xạ ánh sáng, ánh
sáng dùng trong thông tin quang nằm ở vùng cận hồng ngoại với bước sóng từ
(800 – 1600)nm. Đặc biệt có ba bước sóng thông dụng là: 850nm, 1300nm,
1550nm.
- Vận tốc ánh sáng: C=V.λ.
Trong đó: V là tần số ánh sáng
C là vận tốc ánh sáng.
λ là vận tốc ánh sáng
- Triết suất của môi trường:
n=C/V
Trong đó:
n là triết suất của môi trường
V là tần số ánh sáng
C là vận tốc ánh sáng trong chân không
Vì V<C nên n>1
- Sự phản xạ toàn phần.
Định luật Snell: n
1
Sinα =n
2
Sinβ.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 9 SV: Nguyễn Hữu Anh



>n
2
thì α > β nếu tăng α thì β cũng tăng theo và β luôn lớn hơn α khi β
= 90 tức là song với mặt tiép giáp, thì α được gọi là góc tới hạn α
T
. Nếu tiếp tục
tăng cao cho α>α
T
thì không còn tia khúc xạ mà chỉ còn tia phản xạ hiện tượng
này gọi là hiện tượng phản xạ toàn phần.
Dựa vào định luật Snell ta có thể tính được góc tới hạn α
T
:
Sinα
T
=
1
2
n
n
hay α
T
=artsin
1
2
n
n
2.1.2. Sự truyền ánh sáng trong sợi quang dẫn
Giả sử một tia sáng do một nguồn bên ngoài xâm nhập vào mặt cắt ngang của
sợi quang để làm truyền.

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
=
1
2
n
n
và α
min
đảm bảo đIều kiện toàn phần.
Do đó:
NA = sin
θ
max
= n
2
1
-n
2
2

bán kính (khoảng cách từ trục ra). Sự biến thiên triết suất theo bán kính
được biết dưới dạng tổng quát  sau:
n
2
[1-
∆
(r/a)
g
] với
ar
≤
(trong lõi)
n(r) ={
n
1
(1-2
∆
)
1/2
-n
1
(1-
∆
)=n
2
với
r
> a (lớp vỏ)
Trong đó:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 11 SV: Nguyễn Hữu Anh

g =
∞
g=1 g = 2
- Sợi quang có triết suất nhẩy bậc.
Đây là sợi quang có cấu tạo đơn giản nhất với triết suất của lõi và lớp vỏ
khác nhau một cách rõ rệt  hình bậc thang. Các tia sáng từ nguồn quang
phòng cào đầu sợi với góc tới khác nhau sẽ truyền theo các đường khác
nhau.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 12 SV: Nguyễn Hữu Anh
'

+

'

'
  ,,
-%./,0'1&2


,



3

,
!"'45%&%'6&)*7'1&284,9:!;<
Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến
điện

1
không cao.
b/ Dạng dịch độ tán sắc (Hình b):
Độ tán sắc tổng ộng của sợi quang triệt tiêu ở bước sóng gần 1300nm.
Người ta có thể dịch điểm có độ tán sắc triệt tiêu đến bước sóng1550nm bằng cách
dùng sợi quang có dạng triết suất  hình b.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 13 SV: Nguyễn Hữu Anh
!"'45%&%'6&)=;
:'<
Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến
điện
c/ Dạng san bằng tán sắc (Hình c):
Với mục đích làm giảm độ tán sắc của sợi quang trong một khoảng bước
sóng. Chẳng hạn đáp ứng cho kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng người ta dùng
sợi quang có dạng triết suất  hình c.
2.1.4 Sợi đa mode và đơn mode.
• Các thông số của sợi đa mode thông dụng (50/125
µ
m).
- Lõi: có triết suất n
1
= 1,46; đường kính d = 2a = 50
µ
m
(a: bán kính lõi)
- Vỏ: có triết suất n
2
<n
1
: đường kính D = 2b = 125

µ
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
µ
m
- Vỏ: có triết suất n
2
<n
1
: đường kính D = 2b = 125
µ
m.
- Độ chênh lệch triết suất tương đối:

∆
=
1
21
n
nn
−
= 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.

2.2 Các thông số của sợi quang.
2.2.1. Suy hao trong sợi quang.
- Suy hao là tham số hiển thị sự suy giảm năng lượng ánh sáng khi truyền
ánh sáng trong sợi quang.
Khi lan truyền trong sợi quang công suất ánh sáng bị giảm dần theo cù ly
vớiquy luật hàm mũ tương tự  tínhiệu điện. Biểu thức tổng quát của hàm
mũ truyền công suất có dạng.
P(L) = P(1).10
−
Trong đó: P(L): công suất cự ly tính từ đầu sợi.
P(1): công suất đầu sợi (L=0)

α
: hệ số suy hao
- Suy hao của sợi quang được tính theo công thức.
A = log
2
1
P
P
(dB) với P
2
<P
1
.
Trong đó: P
1
: ông suất quang đưa vào đầu sợi quang
P
2

).
- Sự hấp thụ Ion OH: Do các Ion còn lại trong sợi quang sau khi chế tạo đã
hấp thụ ánh sáng. Mức độ hấp thụ năng lượng ánh sáng nhiều hay Ýt cũng phụ
thuộc vào bước sóng ánh sáng truyền trong sợi quang. Đặc biệt độ hấp thụ tăng vọt
ở các bước sóng gần 950nm, 1240nm, 1400nm.  vậy độ Èm cũng là một nguyên
nhân gây ra suy hao của sợi quang.
- Sự hấp thụ ở vùng cực tím và hồng ngoại: Do vùng ánh sáng cực tím và
hồng ngoại hấp thụ ánh sáng mà bản thân ánh sáng truyền trong sợi quang năm
trong vùng hồng ngoại và cận cực tím. Mức độ hấp thụ năng lượng ánh sáng cũng
phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng truyên trong sợi quang.
b/. Suy hao do tán sắc (Hình 1).
- Do tán xạ Rayleigh: Hiện tượng này xẩy ra do sợi quang sau khi chế tạo
có những chỗ không đồng nhất cho nên khi ánh sáng truyền trong sợi
quang gặp những chỗ gây ra tán xạ Rayleigh. Khi kích thước của vùng
không đồng nhất bằng 1/10
λ
thì chúng trở thành những nguồn, điểm để
tán xạ. Các tia sáng truyền qua các điểm này sẽ toả ra nhiều hướng, chỉ
còn một phần năng lượng ánh sáng tiếp tục truyền theo hướng cũ, phần
còn lại truyền theo hướng khác.
- Độ suy hao của tán xạ Rayleigh tỉ lệ nghịch với luỹ thừa bậc 4 của bước
sóng (
λ
-4
) nên giảm rất nhanh về phia bước sóng dài nhưng nó ảnh
hưởng đáng kể ở bước sóng ngắn.
- ở bước sóng 850nm suy hao do tán xạ Rayleigh của sợi silicon khoảng từ
1 đến 2 dB ở
λ
= 1300nm suy hao là 0,3dB/km. Còn ở




3
α:.TF<

Q33R3333333S33Q33



3
α:.TF<

b/. §é hÊp thô OH
α:.,F<α:.,F<
Q33R3333333S33Q33
33
3

3U
3U3

FU!462(#V"#$6
2(6
2("
Q33R3333333S33Q33
33
3

3U

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.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 19 SV: Nguyễn Hữu Anh
G
G
G
G
G
G
G
G
G
3

3W
3 3 3
3
S3 P3 Q3
3
[:<>
>?!46.6064]K6,%[


L


)
mà cos
θ
1
- sin
θ
c
=
2
1
n
n
nên
2
2
1
1
Cn
Ln
t =
Thời gian truyền của tia 2:
C
Ln
n/C
L
V
d
t
1
1

1
Trong đó:
2
21
n
nn
−
=∆
độ chênh lệch chiết suất.
Thời gian chênh lệch trên mỗi loại sợi cũng chính là độ giản xung do tán sắc
mode.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 20 SV: Nguyễn Hữu Anh
L
θ






Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến
điện
∆−=
∆
=
C
n
2
t
D

+ 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.
Tán sắc do vật liệu được xác định bởi:
2
2
mod
)(
λ
λλ
d
nd
C
mD
e
−==
)(n
λ
: triết suất lõi sợi.
Độ tán sắc chất liệu cho biết mức độ giãn xung của mỗi mm bề rộng nguồn
quang qua mỗi km sợi với đơn vị là PS/nm. Km.
Ở bước sóng 850mm độ tán sắc M = 90
÷
120PS/nm. Km.
Ở bước sóng 1300mm tán sắc vật liệu bằng tán sắc ống dẫn sóng ngược dẫn
nên
M =0.
Ở bước sóng 155mm thì M = 20PS/nm. Km.
+ Tán sắc ống dẫn sóng: là hiện tượng do phân bố năng lượng ánh sáng trong
sợi

R

GS
GR
G
.':!FUI<

 
 33
Q33
L#^
L
_
L
,`
La
3
PP3
3WY
%&E_%\6&)
Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến
điện
Có tác dụng bảo vệ sợi quang.
- Chống lại sự xâm nhập của hơi nước.
- Tránh xước gây nên vết nứt.
- Giảm ảnh hưởng vì uốn cong.
Vật liệu có thể là Epoxyrylate, polyrethanes ethylen - Vinyl - Cicetate chiết
suất lớp phủ lớn hơn triết suất lớp bọc sát lõi sợi. Lớp phủ này được nhuộm màu và
thêm các vòng đánh dấu.
Thông thường đường kính lớp phủ thứ nhất là 250

một lớp vỏ ôm sát lớp . Phương pháp này làm giảm đường kính của lớp vỏ do đó
giảm kích thước và trọng lượng của cáp, song sợi quang lại chịu ảnh hưỏng trực
tiếp khi cáp bị kéo căng, để giảm ảnh hưởng này người ta chèn thêm một lớp đệm
mềm ở giữa lớp phủ và lớp 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
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 24 SV: Nguyễn Hữu Anh
3WY
!)
L_
L
L#^
WWS:<
!)
L_
è
-2K\
Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến
điện
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  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 .