Tiểu luận " Hệ thống truyền dẫn hữu tuyến và hệ thống thông tin cáp quang "
Trong buổi sơ khai của công nghệ điện thoại, các dây kim loại là môi trường truyền dẫn duy nhất để kết nối các thuê bao trong mạng. Ngày nay, cáp sợi quang và các tuyến vô tuyến khác có dung lượng truyền dẫn cao được sử dụng rộng rãi.
Trong đa số trường hợp, các mạng viễn thông bao gồm một hỗn hợp các phương tiện truyền dẫn khác nhau. Về nguyên lý, chúng có thể được sử dụng cho truyền dẫn cả thông tin tương tự và số. Tuy nhiên, các nhà khai thác không lựa chọn phương tiện...
Phần I : Hệ thống truyền dẫn hữu tuyến GVHD : Cô Nguyễn Thị Hương
----------
TIỂU LUẬN
Hệ thống truyền dẫn hữu tuyến
Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Hương
Họ tên sinh viên :
----------
Nghành điện tử viễn thông -1- Đồ án thực tập
Phần I : Hệ thống truyền dẫn hữu tuyến GVHD : Cô Nguyễn Thị Hương
LỜI NÓI ĐẦU ........................................... 3
HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN HỮU TUYẾN ......................... 4
a. Cáp xoắn đôi ....................................... 6
b.Cáp đồng trục ....................................... 7
2. Sóng vô tuyến ...................................... 9
a.Phổ vô tuyến ........................................ 9
b.Kết nối vô tuyến ................................... 10
c.Vệ tinh ............................................ 11
3. Cáp quang ......................................... 13
Nghành điện tử viễn thông -2- Đồ án thực tập
Phần I : Hệ thống truyền dẫn hữu tuyến GVHD : Cô Nguyễn Thị Hương
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay hệ thống truyền dẫn hữu tuyến trong viễn thông rất đa dạng, từ
truyền dẫn cáp đồng, ống dẫn sóng đến truyền dẫn bằng cáp quang.
Cáp quang đã trở thành phương tiện truyền dẫn hết sức hiệu quả trong các
mạng thuê bao, và ngày càng được nhiều nước sử dụng làm phương tiện truyền
dẫn thông tin của mình bởi nó có chất lượng truyền dẫn tốt hơn hẳn so các hệ
thống truyền dẫn khác - nó còn là phương tiện truyền dẫn an toàn nhất trong mọi
điều kiện. Nó đóng vai trò đa năng truyền dẫn mọi dịch vụ viễn thông có chất
lượng cao đòng bộ và hiện đại như: Truyền số liệu, hội nghị truyền hình, truy nhập
dữ liệu từ xa, dẫn các tạp thông tin đa phương tiện.
Bản báo cáo thực tập của em gồm có 2 phần :
Phần 1 : Hệ thống truyền dẫn hữu tuyến.
Phần 2 : Hệ thống thông tin quang.
Được sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của cô NGUYỄN THỊ HƯƠNG
bản báo cáo tực tập của em đã hoàn thành,tuy nhiên do khả năng có hạn nên
không tránh khỏi sai sót, em kính mong các thầy cô giáo xem xét và góp ý để bản
báo cáo được hoàn thiện hơn..
Nghành điện tử viễn thông -3- Đồ án thực tập
Phần I : Hệ thống truyền dẫn hữu tuyến GVHD : Cô Nguyễn Thị Hương
HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN HỮU TUYẾN
Trong buổi sơ khai của công nghệ điện thoại, các dây kim loại là môi trường
truyền dẫn duy nhất để kết nối các thuê bao trong mạng. Ngày nay, cáp sợi quang
và các tuyến vô tuyến khác có dung lượng truyền dẫn cao được sử dụng rộng rãi.
Trong đa số trường hợp, các mạng viễn thông bao gồm một hỗn hợp các phương
tiện truyền dẫn khác nhau. Về nguyên lý, chúng có thể được sử dụng cho truyền
dẫn cả thông tin tương tự và số. Tuy nhiên, các nhà khai thác không lựa chọn
phương tiện truyền dẫn chỉ dựa trên cơ sở kỹ thuật. Quả thực, khía cạnh kinh tế
cũng có vai trò rất lớn. Sự đầu tư vào mạng trước đây và thời hạn khấu hao của
thiết bị cũng phải được tính đến.
Trong phần này, chúng ta sẽ nghiên cứu các phương tiện truyền dẫn sau:
Cáp đồng
Sóng vô tuyến
Cáp sợi quang
Nghành điện tử viễn thông -4- Đồ án thực tập
Phần I : Hệ thống truyền dẫn hữu tuyến GVHD : Cô Nguyễn Thị Hương
Thông tin Thông tin
Thông tin số tương tự tương tự Thông tin số
1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1
A/D A/D
Ghép kênh Ghép kênh Giải ghép Giải ghép
thời gian tần số kênh tần số kênh thời gian
Mã đường Giải mã
Điều chế Giải điều chế
Vô tuyến
Cáp đồng
Ghép kênh Giải ghép kênh
bước sóng R bước sóng
Cáp quang
Hình 1 Tổng quan về các phương thức truyền dẫn
Tất cả các phương thức không cần thiết cho tất cả các loại thông tin, chẳng hạn về
mặt truyền dẫn, một cuộc gọi nội hạt có thể được minh hoạ như trong hình 2.
Thông tin tương tự Thông tin tương tự
Cáp đồng
Hình 2. Truyền dẫn của một cuộc gọi điện thoại nội hạt
Nghành điện tử viễn thông -5- Đồ án thực tập
Phần I : Hệ thống truyền dẫn hữu tuyến GVHD : Cô Nguyễn Thị Hương
1. Cáp đồng
Cáp kim loại (thường là cáp đồng) vẫn tạo nên một phần rất lớn trong mạng
viễn thông, đặc biệt là phần mạng kết nối đến thuê bao. Có hai kiểu cáp kim loại
chính: cáp xoắn và cáp đồng trục. Ngoài ra, dây trần (dây không cách điện) cũng
được sử dụng tại các vùng nông thôn. Cáp xoắn và cáp đồng trục được sử dụng cho
cả truyền dẫn số và tương tự, dây trần chỉ được sử dụng cho những kết nối tương
tự 3,1kHz.
a. Cáp xoắn đôi
Dạng cáp xoắn đôi đơn giản nhất được sử dụng trong nhà. Cáp này chỉ có 2
dây dẫn đấu nối telephone tới ổ cắm trên tường. Tại tổng đài các nhà khai thác có
nhiều sự lựa chọn hơn, chẳng hạn 2, 10, 50 100 hay 500 đôi. Cáp xoắn được sử
dụng chủ yếu trong mạng truy nhập giữa thuê bao và tổng đài, và -trong một
chừng mặc nào đó- nó được sử dụng trong mạng trung kế giữa các tổng đài.
Cáp xoắn được phát triển trước tiên cho các kết nối tương tự. Một phần lớn
của mạng cáp hiện nay vẫn sử dụng cáp được cách điện bằng giấy. Nhựa là vật liệu
cách điện tốt hơn, do nó không nhạy cảm với độ ẩm và có độ suy hao thấp hơn tại
những tần số cao hơn. Bởi vậy, cáp xoắn sản xuất ngày nay đều được cách điện
bằng nhựa. Phần lớn mạng cáp xoắn đôi được chôn dưới đất.
Vỏ
Vỏ cách ly
Đôi sợi
Hình 3. Mặt cắt của cáp xoắn đôi
Nghành điện tử viễn thông -6- Đồ án thực tập
Phần I : Hệ thống truyền dẫn hữu tuyến GVHD : Cô Nguyễn Thị Hương
Thông thường, vật liệu dẫn điện là đồng, và các dây dẫn được sản xuất theo
một số các đường kính tiêu chuẩn - thông thường là 0.4, 0.5, 0.6 và 0.7mm. Các
dây dẫn trong cáp được xoắn với nhau để tạo nên các đôi dây (hai dây dẫn) hay
bốn dây. Suy hao tính theo km phụ thuộc vào đường kính dây dẫn và tần số.
Pair
Quad
Quad
Hình 4. Cáp xoắn đôi và hai kiểu 4 dây
Lõi cáp thường được bọc bởi một hay nhiều lớp giấy hoặc băng nhựa để giữ
các đôi cáp lại với nhau và để bảo vệ cáp. Vỏ cáp có thể làm bằng nhựa hoặc kim
loại (chì hoặc nhôm) hay một hỗn hợp nhựa và các lá kim loại. Với sự lựa chọn vật
liệu thích hợp, vỏ bọc có thể hoạt động như lá chắn chống lại các nhiễu điện và từ
truờng. Để bảo vệ cáp khỏi các hư hại cơ khí, vỏ được bọc bằng các sợi thép hoặc
bằng các băng quấn xung quanh vỏ.
b.Cáp đồng trục
Cáp đồng trục được sử dụng trong các hệ thống đa kênh tương tự (FDM) và số
(TDM), các mạng truyền số liệu cục bộ, mạng cáp TV và làm ống dẫn sóng cho
anten. Cáp bao gồm một hoặc nhiều ống đồng trục, bên trong mỗi ống gồm một
dây dẫn và được bọc bằng một dây dẫn bên ngoài có dạng hình ống. Các ống đồng
trục có dung lượng truyền dẫn rất lớn (10800 kênh thoại trên một hệ thống đa kênh
tương tự). Trong mạng trung kế, các ống đồng trục này được sử dụng theo từng
đôi, ống truyền dẫn theo một hướng. Ngày nay, cáp đồng trục không được còn
Nghành điện tử viễn thông -7- Đồ án thực tập
Phần I : Hệ thống truyền dẫn hữu tuyến GVHD : Cô Nguyễn Thị Hương
được lắp đặt trong phần trung kế của mạng viễn thông. Nó đang được thay thế bởi
cáp sợi quang. Tuy nhiên một phần vẫn được sử dụng cho cáp TV- cáp đồng trục
có thể được sử dụng trong phần truy cập của mạng băng rộng trong tương lai.
Hình 5. Cáp đồng trục
Sợi dẫn hình ống bên ngoài có chức năng bảo vệ: không xảy ra giao thoa qua
lại giữa các tín hiệu của những ống liền nhau.
Thông thường, sợi dẫn bên trong là sợi dẫn bằng đồng đặc, hình tròn xoay.
Sợi dẫn bên ngoài được làm bằng lá đồng. Sự cách điện tốt nhất giữa giữa các sợi
dẫn là không khí, nhưng người ta thường sử dụng nhựa. Sợi dẫn bên trong phải
luôn ở chính giữa của ống, nó định định vị bởi các vòng đệm nhựa hoặc thông qua
việc nén nhẹ các ống nhựa ở các khoảng nhất định. Để nâng cao chất lượng ở tần
thấp, các băng thép có thể được quấn xung quanh ống.
Hình 6. Cáp đồng trục với các vòng đệm nhựa
Một vài ứng dụng yêu cầu cáp đồng trục linh hoạt. Cáp này có sợi dẫn bên
trong gồm nhiều dây và sợi dẫn bên ngoài gồm nhiều dây xoắn lại. Thông thường,
vật liệu cách điện là nhựa.
Nghành điện tử viễn thông -8- Đồ án thực tập
Phần I : Hệ thống truyền dẫn hữu tuyến GVHD : Cô Nguyễn Thị Hương
2. Sóng vô tuyến
Vô tuyến là môi trường truyền dẫn có rất nhiều lĩnh vực áp dụng, và là môi
trường cung cấp cho người dùng sự mềm dẻo cực kỳ (chẳng hạn, điện thoại kéo
dài). Vô tuyến có thể được sử dụng cục bộ, liên châu lục cho cả thông tin cố định
lẫn di động giữa các nút mạng hoặc giữa những người sử dụng và các nút mạng.
Trong phần này, ta sẽ đề cập đến liên kết vô tuyến và những kết nối vệ tinh.
a.Phổ vô tuyến
Phổ vô tuyến, từ 3kHz đến 300GHz là một dải của phổ sóng điện từ (tần số hồng
ngoại, sóng ánh sáng, tia cực tím, X-quang và các dải tần số khác). Phổ vô tuyến
được chia thành 8 dải tần như hình 14, từ VLF (tần số cực thấp) tới EHF (tần số
cực cao).
VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF
Tần số Tần số Tần số Tần số Tần số Tần số Tần số Tần số F[Hz]
rất thấp thấp Trung bình cao rất cao cực cao siêu cao siêu siêucao
3K 30K 300K 3M 30M 300M 3G 30G 300G
Hình 7. Dải tần của phổ vô tuyến
Sự lan truyền sóng vô tuyến phụ thuộc vào tần số của nó. Sóng vô tuyến với tần số
dưới 30 MHz bị phản xạ tại các lớp khác nhau của tầng khí quyển và tại mặt đất,
nhưng có thể được sử dụng cho thông tin trên biển, điện báo và telex. Với tần số
này dung lượng bị giới hạn tới hàng chục hoặc hàng trăm bit/s.
Trên 30MHz, là những tần số quá cao nên không bị phản xạ tại tầng điện ly.
Những dải tần VHF và UHF được sử dụng cho TV, quảng bá và điện thoại di động
thuộc vào nhóm này. Những tần số trên 3GHz chịu suy hao nghiêm trọng gây ra
Nghành điện tử viễn thông -9- Đồ án thực tập
Phần I : Hệ thống truyền dẫn hữu tuyến GVHD : Cô Nguyễn Thị Hương
bởi vật cản (như toà nhà), bởi vậy yêu cầu phải có “tầm nhìn thẳng” giữa máy phát
và thu. Hệ thống liên kết vô tuyến thường sử dụng những tần số giữa 2 và 40 GHz
và những hệ thống vệ tinh thường sử dụng tần số giữa 2 và 14 GHz. Dung lượng
được sử dụng vào khoảng 10-150Mb/s.
b.Kết nối vô tuyến
Trong các kết nối vô tuyến, truyền dẫn bị ảnh hưởng theo chuỗi các máy phát và
máy thu vô tuyến. Liên kết vô tuyến được sử dụng cho tương tự cũng như số.
Hình 8. Kết nối vô tuyến
Tại các khoảng cách nhất định, tín hiệu được nhận và được chuyển tiếp đến
trạm liên kết kế tiếp. Xem hình 8. Trạm liên kết có thể là chủ động hoặc thụ động.
Một trạm liên kết chủ động khuếch đại hoặc tái tạo lại tín hiệu còn trạm liên kết
thụ động thông thường bao gồm hai anten parabol kết nối trực tiếp mà không hề
khuếch đại tín hiệu điện giữa chúng.
Mỗi liên kết vô tuyến cần 2 kênh vô tuyến, mỗi kênh cho một hướng. Cần có
khoảng cách vài MHz giữa tần số phát và thu. Anten parabol và ống dẫn sóng
giống hệt nhau và được sử dụng cho cả hai hướng.
Nghành điện tử viễn thông -10- Đồ án thực tập
Phần I : Hệ thống truyền dẫn hữu tuyến GVHD : Cô Nguyễn Thị Hương
Khoảng cách giữa các trạm được gọi là chiều dài hấp phụ thuộc công suất phát,
kiểu anten và khí hậu cũng như tần số. Tần số sóng mang càng cao, khoảng cách
càng ngắn. Chẳng hạn, hệ thống 2GHz có khoảng cách xấp xỉ 50km và 18GHz có
khoảng cách khoảng 5-10km.
c.Vệ tinh
Các hệ thống vệ tinh giống như hệ thống vô tuyến, chỉ khác nhau là trạm chuyển
tiếp trung gian chuyển động theo quỹ đạo xung quanh trái đất thay việc thiết lập cố
định trên mặt đất. Xem hình 9. Vệ tinh vẽ nên quỹ đạo Polar(cực) hoặc là địa tĩnh.
Vệ tinh cực có quỹ đạo đi qua các cực ở độ cao khoảng 1000km và được sử dụng
cho mục đích dự báo thời tiết và quân sự.
Nghành điện tử viễn thông -11- Đồ án thực tập
Phần I : Hệ thống truyền dẫn hữu tuyến GVHD : Cô Nguyễn Thị Hương
Hình 9. Hệ thống vệ tinh
Vệ tinh được sử dụng cho viễn thông được phóng theo quỹ đạo địa tĩnh trên
mặt phẳng xích đạo ở độ cao khoảng 35,800km so với mặt đất. Thời gian bay một
vòng quanh quỹ đạo khoảng 24h và do trái đất tự quay nên dường như vệ tinh
đứng yên so với đất. Xấp xỉ 1/3 bề mặt trái đất được bao phủ bởi một anten với bức
xạ toàn cầu. Tuyến vệ tinh được sử dụng trong viễn thông quốc tế cũng như liên
tỉnh. Sử dụng liên lục địa giúp giảm được cáp quang chôn dưới biển.
Đặc tính truyền dẫn của tuyến vệ tinh là tuyệt hảo và giảm được phiền phức.
Tuy nhiên, khoảng cách quá dài giữa trạm mặt đất và vệ tinh gây ra độ trễ 240ms,
làm ảnh hưởng tới thông tin thoại và có thể gây tiếng vọng với thời gian truyền
sóng khoảng 0,5giây.
Intelsat (Hiệp hội vệ tinh viễn thông quốc tế) được thành lập với mục tiêu hỗ
trợ tài chính, phát triển và điều hành hệ thống vệ tinh viễn thông thương mại toàn
cầu. Ngày nay Intelsat, đã có hơn 100 nhà khai thác, chịu trách nhiệm phóng, khai
thác các vệ tinh. Các nhà khai thác riêng (hoặc hiệp hội các nhà khai thác) quản lý
các trạm mặt đất. Tuy nhiên Intelsat chịu trách nhiệm đối với một vài trạm mặt đất
mà yêu cầu các vệ tinh điều khiển và giám sát.
Một trong những vệ tinh của Intelsat là Intelsat VI, có 80000 kênh thoại.
Nghành điện tử viễn thông -12- Đồ án thực tập
Phần I : Hệ thống truyền dẫn hữu tuyến GVHD : Cô Nguyễn Thị Hương
3. Cáp quang
Trong những năm 1870,Tyndall, một người Anh đã chỉ ra rằng ánh sáng có
thể được dẫn qua kiểu vòi phun nước. Vào cuối thế kỷ 19, Graham Bell đã thiết kế
ra điện thoại quang. Chính sự khó khăn trong việc tìm các nguồn sáng thích hợp đã
khiến cho kỹ thuật này đưa vào sử dụng chậm mất 100 năm. Cuộc thử nghiệm đầu
tiên với cáp quang diễn ra vào năm 1975 và cho tới 1980, các hệ thống thương mại
đã mở ra cho lưu lượng thoại.
Các đặc tính đặc biệt của sợi quang đã làm cho nó trở thành một phương tiện
truyền dẫn cực kỳ quan trọng trong mạng viễn thông. Cáp quang được sử dụng
chủ yếu cho truyền dẫn số ở các mạng đô thị và các tuyến đường dài. Nó có dung
lượng truyền dẫn rất lớn. Ngày nay, có nhiều hệ thống với tốc độ vài Gb/s, chẳng
hạn tốc độ 2,5Gb/s tương đương với xấp xỉ 32000 cuộc gọi ở tốc độ 64kb/s. Các
giới hạn là ở thiết bị đầu cuối.
Cáp quang bao gồm một số sợi thuỷ tinh có đường kính nhỏ. Xem hình 11.
Những sợi thuỷ tinh đó rất trong và có thể nhìn vào bên trong sợi. Trong thực tế,
ánh sáng hồng ngoại được truyền xuyên suốt sợi. Sợi Plastic là một sự lựa chọn về
sợi thuỷ tinh cho truyền dẫn với những khoảng cách ngắn khoảng 100m. Sợi
Plastic rẻ hơn nhưng có suy hao cao hơn.
Vỏ bọc thứ cấp 1mm
Vỏ bọc sơ cấp 250m
Vỏ 125m
Lõi 10m
Hình 11. Sợi quang
Nghành điện tử viễn thông -13- Đồ án thực tập
Phần I : Hệ thống truyền dẫn hữu tuyến GVHD : Cô Nguyễn Thị Hương
Sợi gồm có một lõi thuỷ tinh với một lớp vỏ bọc bằng thuỷ tinh bao quanh.
Lõi có chỉ số khúc xạ cao hơn lớp vỏ bọc và được làm bằng thạch anh nguyên chất.
Thông thường đường kính của lớp bọc là 125m. Đường kính lõi đối với các loại
sợi là khác nhau, thông thường là 8, 10 hay 50m.
Hình 12 cho biết cách sắp xếp trong cáp quang. Nó có một lớp vỏ bọc chính
có khả năng bảo vệ chống lại hơi nước, hoá chất và một lớp bọc thứ cấp lỏng hay
nịt chặt.
Lớp vỏ bọc sơ cấp 250m
Lớp bọc thứ cấp lỏng 2,4mm
Dây gia cường
Lõi có rãnh bằng polyethylene, 10mm
Chất làm đầy
Chất làm đầy
Hình 12 : Cáp quang với 36 sợi
Cáp quang có một lõi gia cường được làm bằng thép hoặc nhựa, chống lại
lực kéo căng và uốn cong. Hơn nữa, cáp còn có chất làm đầy để cố định các sợi,
chống lại nước và uốn cong. Vỏ bọc cáp được làm bằng nhựa, thường là
polythylen. Số lượng sợi trong cáp khác nhau, phụ thuộc vào ứng dụng thực tế, cáp
có thể có hàng nghìn sợi.
Trong tương lai hệ thống truyền dẫn cáp quang sẽ phát triển vượt bậc, là một
trong những hệ thống truyền dẫn tiên tiến, tốc độ cao, dung lượng lớn, đáp ứng
được nhu cầu của người sử dụng.
Nghành điện tử viễn thông -14- Đồ án thực tập
Phần I : Hệ thống truyền dẫn hữu tuyến GVHD : Cô Nguyễn Thị Hương
Nghành điện tử viễn thông -15- Đồ án thực tập
