trêng §¹i Häc B¸ch Khoa Hµ Néi
Khoa §iÖn Tö – ViÔn Th«ng
Tæng quan vÒ hÖ thèng th«ng tin
quang sö dông c«ng nghÖ WDM

Gi¸o Viªn Híng DÉn :
Sinh Viªn Thùc HiÖn :
Líp :
Hµ Néi.
Hệ thống thông tin quang sử dụng công nghệ WDM
Mục lục
Trang
Chơng I Tổng quan về hệ thống thông tin
quang WDM
1.1. Giới thiệu chung về thông tin quang:
Thông tin quang là một hệ thống truyền tin thông qua sợi quang. Điều đó có
nghĩa là thông tin đợc chuyển thành ánh sáng và sau đó ánh sáng đợc truyền qua sợi
quang. Tại nơi nhận nó lại đợc biến đổi trở lại thành thông tin ban đầu.
2
Hệ thống thông tin quang sử dụng công nghệ WDM
Trong thời kì hiện nay, lợng thông tin trao đổi trong các hệ thống thông tin tăng
lên rất nhanh. Thế giới đang chứng kiến sự phát triển nhảy vọt cha từng thấy của
mạng máy tính toàn cầu Internet, kéo theo đó là sự ra đời của các ứng dụng và dịch
vụ mới trên nền tảng Internet. Số ngời sử dụng Internet ngày càng đông, nhu cầu
truyền tải dữ liệu cũng theo đó tăng lên. Do đó yêu cầu đặt ra là phải tạo ra đợc mạng
lới có băng thông lớn, có tốc độ đờng truyền cao, tin cậy và có chi phí hợp lý.
Mạng thông tin quang ra đời đã đáp ứng đợc nhu cầu trên. Mạng thông tin
quang với các u điểm nổi bật nh dung lợng truyền dẫn lớn, tốc độ truyền tải nhanh,
hoạt động ổn định và kinh tế, đã dần thay thế cho các mạng l ới thông tin truyền
thống. Tuy nhiên băng thông quang rất lớn (khoảng 100Ghz-Km) sẽ rất hao phí nếu
chỉ dùng cho ứng dụng đơn lẻ. Vì vậy một yêu cầu đặt ra là phải ghép nhiều kênh

giữa hai điểm cần hai sợi quang.
4
MUX
Tx1
Tx2
Txn
DE-
MUX
Rx1
Rx2
Rxn
.
.
.
.
.
.
Phát tín hiệuGhép tín hiệu
EDFA
EDFA
Tách tín hiệu Thu tín hiệu

1
,
2
,
3
,,
n


MUX
Rx1
Rx2
Rxn
.
.
.
.
.
.
Phát tín hiệuGhép tín hiệu
EDFA
EDFA
Tách tín hiệu Thu tín hiệu

1
,
2
,
3
,,
n

1
,
2
,
3
,,
n

thức truyền dẫn thông tin khác sợi quang có những u điểm nổi bật nh có băng thông
lớn, độ suy hao truyền dẫn thấp. Thêm vào đó, chúng có thể sử dụng để thiết lập các
đờng truyền dẫn nhẹ, không có hiện tợng xuyên âm giữa các sợi quang với nhau và
không chịu các tác động của sóng điện từ.
Trớc hết vì sợi quang có băng thông lớn nên có thể truyền một khối lợng thông
tin lớn nh cấc tín hiệu âm thanh, dữ liệu, và các tín hiệu hỗn hợp thông qua một hệ
thống có cự ly dến 100Ghz-Km.
Thứ hai, sợi quang nhỏ, nhẹ và không có xuyên âm. Do vậy chúng có thể đợc
lắp đặt dễ dàng ở các địa điểm mà không cần lắp thêm các đờng ống và cống cáp.
Thứ ba, do sợi quang đợc chế tạo từ các chất điện môi nên chúng không chịu
ảnh hởng bởi can nhiễu của sóng điện từ và các xung điện tử. Do đó chúng có thể đ-
ợc lắp đặt cùng với cáp điện lực (điều này có ý nghĩa kinh tế rất lớn) và dùng trong
các môi trờng có điện từ trờng cao.
Thứ t, do nguyên liệu chủ yếu để sản xuất sợi quang là cát (silicat-SiO
2
) và chất
dẻo nên có giá thành thấp.
Thêm vào đó sợi quang còn có độ an toàn, bảo mật cao, tuổi thọ dài và khả
năng đề kháng với môi trờng tốt.
2.2. Cáp sợi quang:
Sợi quang là những dây nhỏ, dẻo truyền ánh sáng nhìn thấy đợc và các tia hồng
ngoại. Một sợi quang gồm có một lõi hình trụ đợc bao quanh bởi một lớp vỏ. Cả
phần lõi và vỏ có chỉ số khúc xạ xấp xỉ 1,45. Để ánh sáng có thể phản xạ một cách
hoàn toàn trong lõi thì chiết suất của lõi phải lớn hơn chiết suất của vỏ một chút. Do
7
Hệ thống thông tin quang sử dụng công nghệ WDM
vậy trong quá trình sản xuất sợi, một số tạp chất đợc đa vào trong lõi hoặc vỏ, các
nguyên liệu nh Germani hoặc Photpho làm tăng chỉ số khúc xạ của SiO
2
đợc dùng

=
1
.
8
Sợi quang
Lớp bọc đầu tiên
(Silicon đặc biệt)
Tầng cản bit lỗi
(Silicon)
Lớp bọc thứ 2
(Nilon)
Lớp bọc thứ 2
(Nilon)
Tầng cản bit lỗi
Lớp bọc đầu tiên
Phần cốt lõi
Sợi quang
Hệ thống thông tin quang sử dụng công nghệ WDM
Theo định luật Snell : n
1
.sin
1
= n
2
.sin
2
.
Khi góc tới
1
tăng lên, góc khúc xạ

* Nh vậy điều kiện để xảy ra phản xạ toàn phần là:
- Các tia sáng phải đi từ môi trờng chiết quang hơn (có chiết suất lớn hơn) sang
môi trờng kém chiết quang hơn (có chiết suất nhỏ hơn).
- Góc tới của tia sáng phải lớn hơn góc tới hạn.
Các định luật phản xạ và khúc xạ ánh sáng ở trên là nguyên lý cơ bản áp dụng
cho việc truyền tín hiệu ánh sáng trong sợi dẫn quang, ở sợi dẫn quang, các tín hiệu
ánh sáng đợc truyền dựa vào hiện tợng phản xạ toàn phần bên trong.
2.3.2. Truyền ánh sáng trong sợi dẫn quang:
Để dễ tiếp cận với nguyên lý truyền ánh sáng trong sợi quang, ta hãy xét về cơ
cấu lan truyền ánh sáng trong sợi dẫn quang đa mode có chỉ số chiết suất phân bậc,
9
n
1
n
2

1

1r

2
Hệ thống thông tin quang sử dụng công nghệ WDM
vì kích thớc của lõi loại sợi này lớn hơn nhiều so với bớc sóng ánh sáng chúng ta
đang xét tới. Để đơn giản ta chỉ xét 1 tia sáng đặc trng.
Có 2 loại tia có thể truyền trong sợi dẫn quang là các tia kinh tuyến và các tia
nghiêng (minh hoạ hình vẽ ). Tia kinh tuyến là các tia xác định các mặt phẳng
kinh tuyến với trục sợi. Nh vậy có 2 loại tia kinh tuyến : tia biên là tia tồn tại
trong lõi sợi và truyền theo hớng dọc theo trục lõi sợi, tia ngoài biên là tia bị khúc
xạ ra ngoài lõi sợi. Các tia nghiêng có số lợng nhiều gấp bội lần tia kinh tuyến, nó
không xác định một mặt phẳng đơn thuần nào, mà các tia này truyền theo từng đoạn

min
để tạo ra hiện tợng phản xạ toàn phần
bên trong đợc xác định : sin
min
= n
2
/n
1
. (2.1)
Nh vậy mọi tia sáng khi chạm vào ranh giới 2 môi trờng với góc <
min
sẽ bị
khúc xạ ra ngoài lõi sợi và bị suy hao ở lớp vỏ phản xạ. Điều kiện của phơng trình
(2.1) sẽ bị ràng buộc với góc vào (góc tiếp nhận) lớn nhất
0,max
theo biểu thức sau :
n.sin
0,max
= n
1
.sin
c
= (n
1
- n
2
) (2.2)
Với
c
là góc tới hạn. Do vậy , các tia có góc vào

c
mới lan truyền dọc theo sợi.
2.4. Các vấn đề cơ bản về truyền dẫn:
2.4.1. Suy hao trong sợi quang:
Trong thực tế, cự ly truyền dẫn của các tuyến thông tin cáp quang thờng là dài
hoặc rất dài. Do đó việc tính toán đến suy hao sợi đóng một vai trò hết sức quan
trọng trong thiết kế hệ thống. Trên một tuyến thông tin quang, các suy hao ghép nối
11