Đồ án Nghiên cứu, thiết kế tuyến thông tin cáp quang Vinh – Đà Nẵng

C¸c khuyÕt tËt khi ghÐp nèi sîi quang DÞch chuyÓn ngang(a);DÞch chuyÓn gãc(b);DÞch chuyÓn däc trôc (c) Suy hao ghép nối quang sợi quang và linh kiện thu – phát quang : điều kiện để ghép ánh sáng từ nguồn phát quang vào sợi quang được xác định bằng khẩu độ số NA . Khi so sánh các đặc điểm của LED và LD thì khi ghép vào sợi quang LD có đặc điểm về suy hao tốt hơn ngay cả khi sử dụng thấu kính để tập trung ánh sáng . Còn với các loại sợi quang khác nhau , nếu có NA lớn thì sợi MM có suy hao lớn hơn sợi SM vì chùm sáng của MM bị trải rộng . c. Các loại sợi quang . - Sợi SI-MM : truyền dẫn nhiều mode , tán sắc mode và tán sắc vật liệu lớn , độ rộng băng thông nhỏ , có tích số B.L nhỏ ( khoảng 10 ÷ 20 Mb/s-Km ) . Vì vậy nó sử dụng trong các hệ thống truyền dẫn tốc độ nhỏ , cự ly ngắn . - Sợi GI-MM : có tán sắc mode nhỏ , tán sắc vật liệu bằng 0 tại λ = 1,3µm , độ rộng băng truyền lớn hơn sợi SI-MM , có tích số B.L lớn ( khoảng 2000 Mb/s-Km ) . Dùng trong hệ thống truyền dẫn tốc độ trung bình , cự ly trung bình cho cả hai bước sóng 0,85μm và 1,3µm . - Sợi SI-MM : không tán sắc mode , chủ yếu là tán sắc vật liệu và cấu trúc . Ở bước sóng lớn hơn 1μm thì sợi làm việc ở chế đọ đơn mode . Sợi có tán sắc và suy hao rất nhỏ , băng truyền lớn , tích B.L đạt hàng trăm ( Gb/s-Km) .Tại λ =1,55μm sợi có suy hao rất nhỏ , thường được chế tạo có tán sắc dịch chuyển để sợi có tán sắc bằng 0 ở λ = 1,55µm . Được sử dụng cho truyền dẫn đường dài , tốc độ lớn . Nếu sử dụng laze đơn mode thì tán sắc rất nhỏ , phát huy được tối đa ưu điểm của sợi đơn mode . d. Các phương pháp ghép nối sợi quang . + Phương pháp lồng ống ( thường được dùng ở mối ghép cố định ) : dùng ống thuỷ tinh được gia công chính xác về kích thước trong ứng với sợi quang cần ghép nối ( hình 1.15 ) . Ống lông 1 đầu có dạng hình côn để dễ đưa sợi quang 4 vào , trên thân ống có lỗ 2 để đổ dung dịch liên kết 3 . Hình 1.15.Ghép nối sợi quang bằng phương pháp ống lồng + Phương pháp ổ cắm ( được dùng cho các sợi quang bằng chất dẻo , hình 1.16 ) Các sợi quang 2 được lồng vào các ống kim loại 3 , các ống kim loại này lại được lắp vào cặp ổ cắm 4 của cụm ghép . Khi đưa hai nửa của ổ cắm vào nhau , các sợi quang 2 từ hai phía được đưa tới tiếp xúc với nhau . Hình 1.16.Ghép nối bằng phương pháp ổ cắm . + Ghép bằng khớp cơ khí tĩnh : Sợi quang 1 được lồng vào ống chất dẻo 2 , ống chất doe này có gân bên trong và có khe chứa dung dịch liên kết , đườn kính trong của ống vừa bằng kích thước sợi quang . Hai sơi jquang khi ghép vào với nhau phải có một khe hở 3 để chứa dung dịch liên kết . Toàn bộ ống chất dẻo 2 được bảo vệ bằng khớp cơ khí 4,5. Hình 1.17.Khớp cơ khí + Ghép nối bằng nẹp cơ khí Dùng một số nẹp cơ khí bọc quanh mối ghép 2 sợi quang ( thanh nẹp để dọc theo sợi quang ) , sau đó đổ dung dịch phối hợp chiết suất , rồi mối ghép được bọc trong ống nhựa co nhiệt , đây là loạ ống nhựa chuyên dụng , nó sẽ co lại khi bị nung nóng nhằm ôm chặt mối ghép . + Nối sợi quang bằng phương pháp hàn Dùng lửa hồ quang hoặc laze để hàn hai sợi quang với nhau , nó bao gồm các khâu sau : Hiệu chỉnh để hai đầu dây đồng trục n»m c¸ch nhau khoảng vài mm (a) Dùng lửa hồ quang làm mềm hai đầu sợi quang (b) Đưa hai đầu sợi quang vào tiếp xúc trực tiếp với nhau , trong khi vẫn nung hai đầu dây đó bằng hồ quang (c) Hoàn thiện quá trình hàn (d) Hình 1.18.Hàn sợi quang + Ghép nối bằng khớp cơ khí cơ động Trong kỹ thuật nhiều lúc cần sự ghép hai sợi quang chắc chắn tin cậy trong một thời gian nào đó , vì vậy người ta đã chế tạo loại khớp ghép nối cơ khí có thể tháo lắp . Tại đầu sợi quang 1 phải bóc bỏ một đoạn vỏ bảo vệ ( khoảng 40 mm) sau đó lồng chúng vào các đai cơ khí 6 và giữ ở đấy nhờ các ống chạn 2 và 9 (chúng có lỗ để bơm keo gắn chặt 2 và 3 ) . Như vậy chỉ cần có ốc liên kết 7 , có thể liên kết hai sợi quang với nhau . Hình 1.19.Khớp nối cơ khí động : Chuẩn bị đầu sợi quang để ghép nối (a) , nối sợi ưuang (b) . phần sợi quang có bọc bảo vệ ; 2- các ống chặn ; 3- lỗ bơm keo gắn ; 4- ống lồng thuỷ tinh ; 5- Sợi quang ; 6- đai cơ khí ; 7-ốc liên kết . 1.4.3.2.Cáp sợi quang . Trong thực tế người ta không để một sợi cáp đơn lẻ mà tổ hợp lại thành cáp sợi quang . Một dây cáp quang bên trong có nhiều sợi quang . Cấu trúc cáp quang phải thoả mãn các yêu cầu chính là : Bảo vệ sợi quang trước tác động về cơ , lý ,hoá học của điều kiện bên ngoài . Các dặc tính truyền dẫn của sợi quang phải ổn định . Khả năng lắp đặt , vận hành , bảo dưỡng , sửa chữa sợi quang dễ dàng . Có ký hiệu để dễ phân biệt khi sử dụng Cáp quang được chia thành rất nhiều loại , song hiện nay sử dụng chủ yếu là loại cáp có cấu trúc cổ điển và loại trục có rãnh a . Một số loại cáp điển hình : Cáp băng dẹt: để cáp chứa được nhiều sợi quang người ta ghép các sợi lên từng băng dẹt làm bằng chất dẻo , các băng được xếp chồng lên nhau trong khe răng lược hoặc trong lõi của vỏ cáp , vỏ bọc và chất gia cường của cáp có thể là kim loại hoặc nhựa , sợi tổng hợp . Hình 1.19 Cáp lõi có khe răng lược : loại cáp này có độ bền cao , các sợi quang được bố trí trong các khe của lõi cáp cho nên rất ổn định , tránh được sự uốn cong của sợi quang . Hình 1.20 Cáp thả lỏng trong ống : ở loại cáp này sợi quang được đặt trong ống có chứa chất độn mềm , tuỳ theo số lượng sợi mà ống có đường kính khác nhau . Vỏ bọc của loại cáp này có thể làm bằng kim loại hoặc chất dẻo có độ bền cao . Hinh 1.21 Cáp treo : cáp treo được dùng ở nhiều nơi khác nhau , ở mạng thuê bao vùng nông thôn , vùng có nhiều ao hồ đầm lầy . Yêu cầu cáp treo phải có độ bền cơ học chụi được tải trọng của bản thân nó và gió bão . Loại cáp nhẹ tự treo không cần dây treo đi kèm , còn loại có trọng lượng lớn phải có dây treo để chống kéo dãn , biến dạng cáp .Vỏ bọc ngoài của cáp phải chống đỡ được sự phá hoại của môi trường , các loại gặm nhấm . Hình 1.22. Cáp biển : loại cáp này dùng trong hệ thống thông tin xuyên đại dương , giữa các nước hoặc giữa đất liền với các đảo xa , các công trình trên biển . Cáp có dung lượng truyền lớn , cự ly xa . Các sợi quang trong cáp là các sợi đơn mode làm việc ở các bước sóng 1300nm và 1500nm .Cáp được gia cường có độ bền vững cơ học cao , chịu được sức căng , áp lực của nước ở đáy đại dương , vỏ cáp chống được ẩm ướt , chống được sức căng , áp lực của nước ở đáy đại dương , chống được sức tàn phá của môi trường nước biển . b. Nối , lắp đặt cáp quang : Trong quá trình phát triển mạng thông tin quang , phải tổ chức lắp đặt thông tin quang .Cáp quang được lắp đặt ở dưới nước , dưới đất , theo kênh chuyên dụng . Trong khi lắp đặt phải đạt được các yêu cầu : Có khả năng chống ẩm cao Chịu được các tác động cơ khí mà không bị gãy , đứt , hoặc bị chen ép vỡ . Các phương pháp thường dùng là : + Dùng khung : dùng khung cơ khí để làm giá đỡ cho các mối hàn các sợi quang là phương pháp được áp dụng khá phổ biến . Khung có số thanh dọc 4 bằng số sợi trong một cáp quang . Trên mỗi thanh có gá một mối nối . Hình 1.19-b cho phép mối nối không bị lực kéo dọc sợi quang làm hỏng , đồng thời giữ được vị trí ổn định cho từng sợi quang riêng biệt . Toàn bộ khung có gắn các sợi quang được đặt trong ống bảo vệ bằng vật liệu chịu nhiệt 5 , tránh được sự xâm nhập của bụi bẩn , ẩm , đảm bảo an toàn cho các mối nối Hình 1.19.Khung đỡ các mối nối cáp quang + Dùng thanh chịu lực : các sơi quang trong cáp quang được nối với nhau theo một trong những phương pháp đã nêu ở trên , sau đó phải tiến hành nối hai sợi cáp với nhau . Để đảm mối ghép toàn người ta dùng các thanh 5 đóng vai trò giữ cố định cự ly giữa hai ống bảo vệ 3 đồng thời là thanh chịu lực kéo chủ yếu khi lắp đặt cáp quang . Để chống ẩm cho các mối nối người ta bọc chúng trong ống đầu nối 8 và gia cường bằng đai 2 ( để bảo vệ các mối nối không bị gãy , vỡ ) đồng thời đổ keo gắn kín 4 vào chỗ tiếp giáp . Hình 1.20.Ghép nối cáp quang bằng phương pháp dùng thanh chịu lực . + Dùng hộp hoặc giá định hình : có thể xếp các sợi quang tấm , sau đó từng sợi được nối với nhau từng đoi một theo một trật tự nhất định . Tuỳ theo số lượng sợi quang trong mỗi cáp người ta xếp chúng vào các hộp nhựa và đóng kín ( hình 1.21) . Cũng có thể dùng phương pháp đặt các sợi quang lẻ 1 vào khe ( nơi tiếp xúc của hai nửa hình trụ ) trên tấm 2 , sau đó để các tấm chặn này vào hộp băng nhựa và đóng kín . CHƯƠNG II . THIẾT KẾ ,THI CÔNG TUYẾN CÁP QUANG VINH – ĐÀ NẴNG . 2.1.Yêu cầu thiết kế . Tuyến cáp quang Vinh – Đà Nẵng với tổng chiều dài là 485 Km , là tuyến thông tin quan trọng trong quá trình phát triển kinh tế nói chung của đất nước và đặc biệt là khu vực miền Trung . Với lí do đó mà chúng ta cần phải đặt ra những yêu cầu kĩ thuật cần đạt được là : a.Tổn hao trong sợi quang thấp nhất . Tín hiệu quang truyền trong sợi quang từ vị trí phát đến vị trí thu bị suy giảm biên độ theo dạng hàm mũ . Nếu công suất trung bình đầu vào sợi quang là PP , sợi quang có độ dài L thì công suất trung bình đầu ra sợi quang PT được tính như sau : PT= Pp.exp(-α.L) ( 2.1) Trong đó : α là đại lượng đặc trưng của sợi quang gọi là hệ số suy hao riêng , nó còn là suy hao trên 1 Km sợi quang . Trong khi tính toán thiết kế tuyến , ngoài suy hao sợi quang ta còn phải xét tới suy hao từ các mối hàn , các bộ nối và còn dự phòng suy hao cho sợi quang trên 1 Km chiều dài của sợi . Suy hao trung bình của sợi quang trên 1 Km sợi là αs trong thiết kế được tính như sau : αs= αF + αM + ( 2.2) Trong đó : αs là suy hao trung bình của sợi quang do nhà sản xuất đặt ra αM là suy hao dự phòng cho sợi quang αh là suy hao các mối hàn trên toàn tuyến . Khi ta đã biết được quỹ công suất Pb thì độ dài tối đa của sợi quang được tính như sau : Lmax= (2.3) Khi thiết kế ta luôn mong sao L đạt cực đại , vì vậy PT sẽ là công suất trung bình nhỏ nhất ở đầu vào máy thu với tốc độ bit truyền B mong muốn . Mà : PT = Np . γ . h. B (2.4) Trong đó : Np là số photon trung bình trên bit H là hằng số Planck γ là tần số sóng ánh sáng nên L sẽ giảm theo hàm logarit khi B tăng . Từ thực tế ta thấy : Với bước sóng λ= 0,85μm : thì L không vượt quá 40 Km với mọi giá trị của B .Đối với yêu cầu B100 Mb/s thì người ta không sử dụng bước sóng này . Với bước sóng λ=1,3µm : thì có thể đạt L vượt 100 Km khi B<1Gb/s do có ảnh hưởng của suy hao lớn . Nên sử dụng loại sợi SM để có thể đạt L lớn hơn . Với bước sóng λ=1,55µm : thì có thể đạt L> 200 Km khi B tới 5 Gb/s , với tốc độ bit B lớn hơn thì L giảm rất nhanh do ảnh hưởng của tán sắc sợi quang . Nên sử dụng loại sợi SM để đạt được L lớn hơn , nếu có sợi SM tán sắc dịch chuyển thì cả B và L cùng được nâng lên nhiều . b.Giới hạn về độ tán sắc sợi quang . Đối với giới hạn về độ tán sắc thì tích B.L là một đại lượng dùng để đánh giá khi thiết kế tuyến thông tin quang . Tán sắc gây ra cho tuyến thông tin quang bao gồm tán sắc mode (TMODE) , tán sắc vật liệu ( TMAT) và tán sắc cấu trúc . Còn đối với sợi đơn mode thì không có TMODE mà chỉ có TMAT và tán sắc cấu trúc gọi là tán sắc màu . Tán sắc tổng cộng của tuyến sợi quang được tính : T2s = T2CHR + T2MODE (2.5) Ở đây : TCHR ≈ TMAT = D.L.∆λ (2.6) TMODE = (2.7) Trong đó : L là độ dài tuyến sợi quang BL là dải thông giới hạn bởi tán sắc mode D là hệ số tán sắc của 1 Km sợi quang ∆λ là độ rộng phổ nguồn quang Với các loại sợi đa mode khác nhau ( SI , GI ) thì cách tính cách tính tương ứng theo công thức : (2.8) Độ tán sắc của tuyến làm giới hạn về khoảng cách truyền dẫn L và tốc độ bit B . Mỗi loại sợi quang khi tốc độ bit tăng quá một ngưỡng nào đó thì do ảnh hưởng của tán sắc mà L giảm rất nhanh . Do ảnh hưởng của tán sắc mode có giá trị L và B rất nhỏ hơn sợi đơn mode , ảnh hưởng của tán sắc còn càng được giảm nữa nếu sử dụng sợi đơn mode dịch tán sắc khi này cự ly truyền dẫn L và tốc độ bit B đạt giá trị lớn . c. Tạp âm là thấp nhất Tạp âm trong các linh kiện thu quang được thể hiện dưới dạng dòng điện tạp âm . Các nguồn tạp âm của linh kiện thu quang là : Tạp âm nhiệt : Là tạp âm gây ra do điện trở tải của diode thu quang cũng như trở kháng vào của bộ khuyếch đại . Tạp âm nhiệt It phụ thuộc vào nhiệt độ , băng tạp âm , điện trở tải theo công thức I2t = Trong đó : K: là hằng số Boltzman T: nhiệt độ tuyệt đối , độ K B: bề rộng băng , đơn vị Hz R: điện trở tải , đơn vị Ohm Tạp âm nhiệt của máy thu quang còn phụ thuộc vào hệ số tạp âm của bộ khuyếch đại . Tạp âm lượng tử : Do biến động ngẫu nhiên năng lượng của các photon đạp vào diode thu quang . dòng tạp âm lượng tử Iq được tính bởi : Iq2 = 2.e.R.Popt.B = 2.e.Iph . B Tạp âm dòng tối : Dòng điện nhiễu do các diode thu quang phát ra khi không có ánh sáng chiếu vào cũng gây nên tạp âm thăng giáng . Tạp âm do dòng tối được tính bởi công thức : I2q = 2.e.iD .B Trong đó : iD là dòng tối của diode phát quang . 2.2.Chọn hệ thống thông tin quang và các phần tử trong hệ thống . 2.2.1.Chọn hệ thống thông tin quang . Khi thiết kế bất kỳ một tuyến thông tin nào ta cũng phải quan tâm đến yếu tố giá thành . Giá thành tuyến quyết định đến các giải pháp kỹ thuật cụ thể . Điều này cho thấy rằng không phải cứ áp dụng kỹ thuật hiện đại , tiên tiến nhất là thoả mãn được yêu cầu thực tế dề ra mà nhiều khi những điều kiện sử dụng cụ thể lại phù hợp với khả năng về kinh tế mới là giải pháp tốt nhất cho bài toán thiết kế đặt ra . Các hệ thống thông tin quang hiện nay đang được ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn là các hệ thống thông tin quang đảm bảo truyền thông tin tốt , dung lượng đủ lớn và giá thành hợp lý . Khi thiết kế hệ thống thông tin quang sợi ta phải chú ý đến điều kiện kinh tế cho phép mà từ đó đưa ra giải pháp kỹ thuật phù hợp nhất như : Sợi quang đơn mode (SM) tốt hơn sợi đa mode (MM) về suy hao và tán sắc nhưng có công nghệ chế tạo phức tạp hơn nên giá thành cao hơn . Nguồn phát quang LED dễ chế tạo , giá thành rẻ hơn nguồn phát quang LD nhưng ánh sáng phát ra là không kết hợp , công suất nhỏ ,còn LD có ưu điểm là phát ra ánh sáng kết hợp , công suất ra lớn hơn , độ rộng đường phổ hẹp hơn . Nguồn thu quang PIN có thiên áp ngược đặt lên nó nhỏ hơn , độ nhạy thấp hơn , giá thành rẻ hơn so với ADP , còn ADP thì có lượng tạp âm cao hơn , độ nhạy cao hơn và nó cho chất lượng thông tin đầu ra tốt hơn Vậy giá thành của một hệ thống thông tin quang sợi là một trong những nhân tố quyết định mà ta cần phải xem xét trong bài toán thiết kế . Như chúng ta đã biết hai thành phố Vinh và Đà Nẵng là hai thành phố rất quan trọng trong việc phát triển trong chiến lược phát triển kinh tế cả nước nói chung và đặc biệt là của miền Trung nói riêng . Tuyến thông tin Vinh – Đà Nẵng khi được xây dựng sẽ đảm bảo thông tin liên lạc giữa các tỉnh , thành phố suốt dọc miền trung đặc biệt là giữa các thành phố lớn như Vinh , TP Huế , TP Đà Nẵng , điều đó có ý nghĩa hết sức quan trọng trong việc nó đảm bảo được một trong những yêu cầu thiết yếu trong quá trình nhằm phát triển kinh tế của vùng đát miền Trung đầy tiềm năng này . Chính vì vậy mà với tuyên thông tin đang thiết kế Vinh – Đà Nẵng chúng ta chọn hệ thống thông tin quang kết hợp ( Coherent ) với những lý do sau : Tính ưu việt hơn so với hệ thống IM/DD Yêu cầu nhiệm vụ thông tin của tuyến hiện nay , cho một thời gian dài và phát triển trong tương lai . Phù hợp với xu hướng phát triển thông tin nói chung và thuận tiện cho việc nâng cấp hệ thống sau này . 2.2.2.Chọn các phần tử trong hệ thống . Việc chọn các phần tử cho hệ thống có sự ràng buộc , liên quan lẫn nhau , khi chế tạo sợi quang người ta đã tối ưu hoá ở từng bước sóng công tác ( tại bước sóng này có sự suy hao và tán sắc nhỏ nhất ) , chọn nguồn phát và thu phải phù hợp với bước sóng và độ nhạy , đồng thời khi lựa chọn phải đáp ứng các yêu cầu về mặt dung lượng thông tin đảm bảo cho hiện tại , lâu dài và dự phòng phát triển trong tương lai ,cũng như về mặt kinh tế .Trên nguyên tắc là phải đạt được các yêu cầu kỹ thuật , phù hợp về giá thành , tức là cần phải có một luận chứng kỹ thuật hợp lý . Căn cứ vào nhiềm vụ thông tin liên lạc hiện nay và trong tương lai , ding lượng của tuyến cần thiết kế là 10 Gb/s . Trên cơ sở chọ dung lượng cho hệ thống và các bước trong phân tích ta chọn các phần tử cơ bản của hệ thống như sau : Bước sóng công tác : λ=1,55μm do đây là bước sóng có khả năng truyền dẫn cự ly xa và tốc độ lớn , các hướng phát triển của thông tin quang hiện nay đều tập trung cho bước sóng này nhờ ưu điểm của nó so với các bước sóng công tác thấp hơn . Cáp quang : * Chọn sợi quang : việc chọn sợi quang phù hợp được thực hiện sau khi đã chọn bước sóng công tác . Sợi quang là môi trường truyền dẫn tín hiệu từ máy phát đến máy thu quang . Căn cứ vào B,L ch trước chọn sợi quang đơn mode SM hay đa mode GI cho phù hợp . Khi B< 100MB/s và L< 20Km ta chọn sợi GI , còn đối với tốc độ bit cao , cự ly lớn ta chọn sợi SM thường hay sợi SM tán sắc dịch chuyển . Sợi quang đa mode GI dùng cho bước sóng λ=0,85μm và λ=1,3μm đồng thời các thiết bị quang đa mode thường rẻ hơn đơn mode . Sợi quang đơn mode dùng cho các bước sóng dài từ 1,3÷1,6μm , có giá thành đắt hơn sợi quang đa mode GI cho nên khi tiêu chuẩn B , L được thoả mãn người ta chọn sợi GI để giảm giá thành hệ thống . Ở hệ thống này do ta đã chọn bước sóng công tác là λ= 1,55 μm nên ta chọn sợi quang là sơi đơn mode thì thích hợp nhất .Mặc dù giá thành sợi đơn mode có đắt hơn sợi đa mode chiết suất biến đổi nhưng ngày nay với sự phát triển của công nghệ chế tạo thì giá thành ngày càng được giảm xuống * Chọn cáp quang : Sợi quang là thành phần chủ yếu của cáp quang . Sau khi đã chọn được loại sợi quang cho hệ thống ta cần chọn loại cáp quang cho thích hợp . Căn cứ để chọn cáp quang là : Dung lượng kênh thông tin yêu cầu và dự trữ có thể cho tương lai Điều kiện địa hình sử dụng cho tuyến . Giá thành các loại cáp quang cung ứng trên thị trường Số lượng lõi sợi của cáp quang được chọn căn cứ vào dung lượng kênh thông tin yêu cầu và nhu cầu có thể cho tương lai . Để đảm bảo độ tin cậy người ta sử dụng 4 sợi cho các vấn đề có thể xảy ra , để thay thế hoặc chuyển đổi và 2 sợi quang bảo dưỡng nghiệp vụ . Căn cứ vào đặc thù của tuyến ta sẽ chọn cáp treo , cáp chôn trực tiếp , cáp đặt trong ống cống , cáp ngầm có chất độn và các lớp vỏ bọc và gia cường sao cho phù hợp với mục đích sử dụng nhằm bảo vệ cáp an toàn , làm việc ổn định , lâu dài .Từ những căn cứ trên ta chọn cáp của Pháp do hãnh Alcatel chế tạo , loại cáp sử dụng là cáp chôn trực tiếp . Cáp quang có 24 sợi quang đơn mode , trong số đó có 18 sợi quang đơn mode dịch tán sắc được chế tạo cho bứoc sóng 1,55 μm ,6 sợi quang còn lại là loại sợi đặc biệt dùng khi ta ghép kênh theo bước sóng (WDM) ,trên mỗi sợi có thể truyền tối đa 40 bước sóng khác nhau khi ghép kênh và khi này dung lượng tối đa của tuyến lên tới 40 × 10 = 400 Gb/s . Đây là dự phòng cho tương lai khi dung lượng thông tin truyền dẫn lớn , còn trong giai đoạn hiên jtại thì chúng ta chưa cần thiết phải ghép kênh theo bước sóng vì với dung lượng 10 Gb/s thì ta vẫn chưa dung hết được . Các thông số cơ bản của sợi quang và cáp quang là : suy hao sợi quang αF= 0,2 dB/s , hệ số tán sắc D=5 ps/Km , chiều dài sợi cáp cơ bảm là LF= 4 Km .Căn cứ vào địa hình của tuyến mà các laọi cáp được chọn và triển khai là + Cáp ngoài trời : ống đệm có nhiều chất nhờn , vỏ PE , gia cường bằng thép không có thành phần chịu lực . + Cáp tự treo : ống đệm nhiều sợi có chất nhờn , hai lớp gia cường dây thép , có vỏ bảo vệ PE . + Cáp trong nhà : sử dụng ở hộp kết nối cuối cáp và phối tuyến có đệm chặt và vỏ bảo vệ PVC . c.Máy phát quang : Máy phát quang có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu từ dạng điện thành dạng quang để phát vào sợi quang . Phần tử cơ bản nhất của nó là nguồn phát quang hay bộ biến đổi điện – quang . Nguồn phát quang sử dụng diode phát quang LED hay diode laze LD . Diode laze LD có đặc tính ưu việt hơn nhưng đắt hơn LED , LD thường được dùng trong các hệ thống truyền dẫn số tốc độ cao , đường dài vì nó có khả năng tăng độ dài trạm lặp và băng tần do công suất phát xạ tương đối lớn , độ rộng phổ hẹp , đáp ứng nhanh khi lấy việc giảm chi phí cho số lượng trạm lặp đường dây bù vào giá thành cao của linh kiện phát quang sử dụng trong hệ thống . Trên góc độ phù hợp với sợi quang đơn mode (SM) thì LD chiếm ưu thế hơn và sẽ được sử dụng rộng rãi trong tương lai . Đặc điểm của LED và LD được nêu trong bảng sau : Thông số kiểu nguồn Mức công suất ra Độ rộng phổ Độ tuyến tính Tốc độ hoạt động Giá thành Ứng dụng LD Lớn Hẹp Tốt Nhanh Cao Truyền dẫn số đường dài tốc độ cao LED Nhỏ Rộng Tốt Chậm Thấp Truyền dẫn số đường trung ,ngắn và tốc đo thấp. Bảng 2.4.Đặc điểm của 2 linh kiện phát quang thông dụng Như đã phân tích , tuyến thông tin của ta dài , qua nhiều trạm lặp nên đòi hỏi máy phát công suất lớn , độ rộng phổ hẹp , tốc độ điều chế lớn và thời gian tăng trưởng nhỏ . Từ các điều kiện trên ta chọn máy phát laọi laze đơn mode DFB của hãng Lightscape (Isarel), máp phát được modul hoá tren một khối , ký hiệu của thiết bị là XDM-1000 kiểu A. Các thông số của thiết bị như sau : bước sóng công tác λ= 1,55μm , độ rộng phổ tín hiệu phát ∆λ= 0,05 nm , thời gian tăng trưởng máy phát Trp= 40 ps , công suất quang khi ghép vào sợi là 12 dBm. d.Máy thu quang . Sau khi đã chọn được bước sóng công tác λ , kết hợp BER theo yêu cầu ta có thể chọn tiếp linh kiện thu quang và xác định độ nhạy máy thu làm tiền đề để tính quỹ công suất ở phần sau . Máy thu quang có chức năng biến đổi tín hiệu quang thu được từ sơi quang để chuyển thành tín hiệu điện và khôi phục thông tin đã phát . Tham số cơ bản của máy thu quang trong thiết kế tuyến là độ nhạy máy thu và thời gian tăng trưởng của nó . Độ nhạy PT  là công suất quang trung bình nhỏ nhất cần thiết đặt tại đầu vào máy thu để đảm bảo tỷ số công suất tín hiệu trên tạp âm (S/N) hay tỷ số lỗi bit BER quy định ở đầu ra của nó . Trong tuyến thông tin quang sợi người ta quy định BER = 10-9 hoặc nhỏ hơn . Vậy độ nhạy máy thu quang phụ thuộc vào BER và là hàm của tốc độ bit B . Độ nhạy máy thu quang được xác định chủ yếu bởi khối đầu cuối ( front-end) của nó . Khối này bao gồm tách sóng dùng photodiode PIN hay diode quang thác ADP và bộ khuyếch đại dạng trở kháng cao . Các loại tạp bên trong máy thu như tạp bắn ( tạp lượng tử ) , tạp nhiệt , tạp khuếch đại làm bộ giới hạn độ nhạy máy thu quang . Giới hạn lý thuyết độ nhạy máy thu quang được gọi là giới hạn lượng tử . Người ta có thể chọn một trong hai linh kiện thu quang có nhiều đặc tính thích hợp là diode PIN hoặc ADP . Đặc điểm và ứng dụng của hai loại linh kiện này như bảng sau : Thông số linh kiện Tốc độ hoạt động Độ nhạy Giá thành Ứng dụng PIN Chậm Khá Tốt Thấp Thường dùng cho mạng thuê bao và mạng tốc độ thấp ADP Nhanh Tốt Cao Thường dùng cho mạng tốc độ cao Khi dùng PIN kết hợp với mạch tiền khuếch đại có linh kiện tranzitor trường sẽ cải thiện đáng kể tỷ số S/N từ đó nâng cao độ nhạy máy thu . Máy thu tương ứng trong hệ thống này là của hãng Lightscape là loại máy thu đồng bộ với dạng điều chế FSK , ứng với máy phát XDM-1000 kiểu A ta có máy thu XDM-1000 kiểu A với các thông số như sau : bước sóng công tác λ= 1,55 μm , độ nhạy máy thu PT=-28 dBm ứng với tỷ số lỗi bit BER = 10-12 , ngưỡng của tín hiệu khi thu vào là -6 dBm , thơig gian tăng trưởng máy thu TrT= 40 ps e.Khoảng lặp. vì tuyến mang nhiệm vụ rất quan trọng nên tại các điểm đặt trạm lặp ta không dùng các trạm lặp truyền thống ( trạm lặp trực tiếp và gián tiếp ) mà ta sử dụng luôn các trạm thu phát tạo thành các nút mạng . Đây là một hướng mới nhằm phục vụ cho nhu cầu và yêu cầu trao đổi thông tin trong tương lai , phát triển tuyến thành mô hình mạng phân bố ( mạng quảng bá ) . Tuỳ vào điểm nút làquan trọng hay không mà nút đó có cấu hình lớn ( khả năng ghép kênh , xen rẽ nhánh , cho chuyển tiếp lớn ..) hay nhỏ . Quỹ công suất tuyến cho phép chúng ta đánh giá kết quả của bài toán thiết kế với các tham số đã chọn như các phần trên phải đảm bảo cho tuyến làm việc tin cậy an toàn trong mọi thời gian hoạt động với chất lượng BER quy định . Độ dài khoảng lặp tuyến L(km) phải thoả mãn điều kiện quỹ công suất như sau : Las ≤ 10.lg - αc - M (2.10) Trong đó : Pp , PT là công suất phát và độ nhạy máy thu quang αc là suy hao bộ nối connector của sợi quang M là độ dự phòng cho tuyến có tính đến phạt công suất Do nguồn tạp khác ngoài máy thu , độ lệch định thời , sự già hoá của các linh kiện và các suy hao khác , nên M thường được chọn cỡ từ 6÷8 dB Tính toán theo lý thuyết Ta có độ dài khoảng lặp được tính theo quỹ công suất dự trữ sau : Lmax = (2.11) PP : là công suất máy phát ghép vào sợi quang ( bao gồm cả hệ số ghép tín hiệu vào sợi quang ) theo thông số máy phát ta có PP = 12 dBm . PT : là độ nhạy máy thu ứng với tỷ số lỗi bit BER = 10-12 , theo thông số của máy thu ta có PT= -28 dBm . MS : dự trữ công suất của tuyến , ta chọn MS = 6dB . : suy hao bộ nối ( conector) ở đầu phát và đầu thu , mỗi bộ nối có suy hao 1 dB/bộ ,tính chung cho hai đầu phát và thu là α =2 dB . : suy hao sợi quang trên 1Km chiều dài của sợi , theo thông số của sợi quang ta có α = 0,2 dB/Km . : suy hao do một mối hàn sợi quang , nó có gia trị trong khoảng 0,05 ÷ 0,2 dB , ở đây ta lấy trung bình α = 0,1 dB cho một mối hàn . LF : chiều dài một sợi cáp quang cơ bản , ta có LF = 4 Km . Thay các giá trị trên vào (3.1) ta được : Lmax = Km (2.12) Vậy với các thiết bị và tham số đã chọn thì ta tìm được khoảng lặp tối đa là Lmax=144,2 Km. Tính toán trên thực tế của tuyến Tuyến thông tin cáp quang Vinh – Đà Nẵng với tổng chiều dài 485 Km , khi chọn vị trí các nút trạm của tuyến ta phải chú ý là khoảng cách giữa hai nút trạm gần nhau phải đảm bảo nhỏ hơn khoảng cách cực đại theo tính toán (142,2Km). Dựa theo những yêu cầu trên và áp dụng vào thức tế ta chọn các vị trí đặt các nút trạm trên toàn tuyến như sau : 1.Vinh – Đồng Hới: 90 Km 2.Đồng Hới - Quảng Bình : 100 Km 3. Quảng Bình - Quảng Trị : 98Km 4. Quảng Trị - Thừa Thiên Huế :96 Km 5. Thừa Thiên Huế - TP Đà Nẵng : 101Km Theo cách bố trí trên thì khoảng cách xa nhất của hai nút trạm trong tuyến là 101Km , bây giờ ta đi tính các chỉ tiêu cụ thể đảm bảo cho khoảng lặp 101Km trên như sau : Suy hao trên sợi quang trong toàn tuyến là : 0,2 × 101 = 20,2 (dB) Cứ 4 Km có một mối hàn , suy hao do hàn nối là : 0,1 × (101/4) = 2,525 (dB) Suy hao do dự trữ là : MS = 6 (dB) Suy hao do bộ nối ở hai đầu là : 2 (dB) Vậy suy hao tổng cộng toàn tuyến là : 20,2 + 2,525 + 6 + 2 = 30,725 (dB) Như vậy mức công suất tới đầu thu là : 12- 30,725 = -18,725 (dBm) Ta thấy , mức công suất tối thiểu ở đầu vào máy thu là -18,725 dBm , mà máy thu của ta có độ nhạy tạiBER = 10-12 là PT =-28 dBm cho tốc độ B = 10 Gb/s ở bước sóng công tác λ=1,55μm nên hệ thống sẽ làm việc tin cậy ngay tại khoảng lặp lớn nhất này . Như vậy khoảng lặp 120 Km là đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật đề ra cho tuyến khi hoạt động g.Tính toán quỹ thời gian tăng trưởng . Việc xét quỹ thời gian tăng trưởng nhằm đảm bảo chắc chắn cho hệ thống thông tin thiết kế làm việc tin cậy ở tốc độ bit đã đặt ra . Bởi vì có thể xảy ra các trường hợp là các thành phần riêng lẻ của hệ thống thông tin đều có độ rộng băng tần vượt quá tốc độ bit trên song toàn bộ vẫn không có khả năng làm việc ở tốc độ bit này . Chúng ta hiểu thời gian tăng trưởng của bất kỳ hệ tuyến tính nào là khoảng thời gian cần thiết Tr mà trong đó đáp ứng của hệ này là từ 10÷90% giá trị lối ra cuối cùng của nó khi giá trị lối vào nhảy bậc ( hàm dạng bậc thang ) . Thời gian tăng trưởng Tr và độ rộng băng tần của hệ có quan hệ với nhau theo công thức là : Tr= (2.13) Ở đây ∆f là độ rộng băng của hệ , nó ứng với tần số tại đó hàm truyền có giá trị bằng 1/2 giá trị cực đại . Như chúng ta đã biết độ rộng băng với tốc độ bit của hệ phụ thuộc vào dạng tín hiệu cần truyền , dạng NRZ thì ∆f = B/2 và với dạng RZ thì ∆f = B . Mỗi thành phần của hệ thống thông tin quang có thời gian tăng trưởng riêng của mình nên thời gian tăng trưởng của toàn bộ hệ thống được tính theo công thức : T2rH = T2rP + T2rS + T2rT (2.14) Các thời gian tăng trưởng thành phần TP , TS phải đáp ứng được điều kiện Tr≤ Tr max = (2.15) Là thời gian tăng trưởng chung của toàn hệ thống ( TrH) phải nhỏ hơn thời gian tăng trưởng cực đại Tmax ( Tmax được tính luông qua công thức trên nhờ dạng mã đường truyền tương ứng sử dụng trong tuyến ) . Theo điều kiện trên về quỹ thời gian tăng trưởng của tuyến với B là tốc độ bit của tuyến , với tuyến đang thiết kế có tốc độ bit B=10Gb/s . Dạng tín hiệu truyền dẫn trong hệ thống là NRZ nên ta có : TrH ≤ (2.16) Thiết bị có máy phát loại laze đơn mode , có độ rộng phổ ∆λ=0,05nm , sợi quang là loại sợi đơn mode có hệ số tán sắc D=5ps/Km.nm . Theo công thức tính tán sắc trong sợi quang là : T2s = T2CHR + T2MODE (2.17) Mà sợi quang ta sử dụng là sợi quang đơn mode nên TMODE =0 . Kết hợp điều này và các biểu thức ta có : TS = TCHR = TMAT = D.L.∆λ= 5×120×0,05=30(ps). (2.18) Theo thông số của máy phát và máy thu thì ta có : TrP=40ps, TrT=40ps.Áp dụng công thức tính thời gian tăng trưởng toàn tuyến ta có : T2rH = T2rP + T2rS + T2rT = 402 + 302 + 402 = 4100 → TrH = 64 (ps) So sánh với TrH vừa tìm được với điều kiện trên thì ta thấy hệ thống thông tin quang thiết kế đảm bảo được quỹ thời gian tăng trưởng của toàn tuyến . h.Quỹ công suất của hệ thống . Như ta đã biết , khi tín hiệu quang truyền từ máy phát tới máy thu sẽ bị suy hao về mặt công suất .Nhằm đảm bảo cho tín hiệu quang có công suất đủ lớn tại điểm thu để máy thu làm việc với độ tin cậy với mức BER yêu cầu thì ta phải xét tới quỹ công suát của hệ thống . Trong hệ thống ta có : PP = PT + CL + MS (2.19) Trong đó : + PP là công suất trung bình đầu vào + PT là công suất trung bình tối thiểu ở máy thu + CL là tổn hao công suất trong kênh truyền + MS là độ dự trữ công suất của hệ thống Mục đích của MS là để bù lại những thiệt hại có thể có về mặt công suất do nhiều nguyên nhân , bao gồm tổn hao do phạt công suất các loại , do sựu già hoá của laze hoặc photodiode , các tiêu hao phát sinh trong quá trình làm việc ,thông thường thì nó từ 6÷8 dB . Còn tổn hao công suất CL là toàn bộ tổn hao có thể có trên đường truyền từ vị trí phát tới vị trí thu kể cả ở các bộ nối , mối nối , mối hàn . Nó được tính như sau : CL= αF.L + αC +αH = L.αS (2.20) Trong đó : αF là tổn hao trung bình ở 1 Km sợi quang αS là tổn hao trung bình sợi quang αc là tổn hao các bộ nối αh là tổn hao các mối hàn 2.3.Thi công , lắp đặt . 2.3.1. Vị trí các trạm đầu cuối và bố trí khoảng lặp Tuyến cáp quang Vinh – Đà Nẵng có tổng chiều dài là 485 Km . Trạm đầu tiên đặt tại TP Vinh chạy dọc theo trục đường sắt Bắc – nam đi tới trạm cuối cùng đặt tại A91 TP Đà Nẵng . Dựa vào kết quả tính toán khoảng lặp và cách bố trí các nút trạm như ở phần trên đã trình bày ta có bảng bố trí như sau TP Vinh Đồng Hới Tỉnh Quảng Bình Tỉnh Quảng Trị TP Huế TP Đà Nẵng Từ Vinh (Km) 0 90 100 98 96 101 Khoảng lặp (Km) 0 90 100 98 96 101 Loại trạm ĐC TL TL TL TL ĐC Bảng 2.1.Sơ đồ bố trí các trạm đầu cuối và nút trạm . 2.3.2.Các biện pháp đặt cáp trong thi công . a. Các quy định chỉ tiêu kỹ thuật của thiết kế chôn cáp . Trong thi công tuyến thì khi đặt cáp phải chú ý thực hiện đúng các chỉ tiêu kỹ thuật của việc chôn cáp như sau : Chỉ tiêu về độ sâu của đường cáp chôn : Loại đất Đồng , ruộng , lề đường Hè Đường ô tô Đường đá Đường liền tảng Nội tỉnh Liên tỉnh Chôn sâu (m) 1,1 ÷ 1,2 0,7 ÷0,9 0,7 ÷ 0,9 1,1 ÷ 1,2 0,7 0,5 Bảng 3.2.Chỉ tiêu về độ sâu đường cáp chôn. Độ dự trữ cáp : Độ dài dự trữ cáp chôn xấp xỉ 2 % tổng chiều dài của tuyến . Dự trữ hố nối : 20 m/hố Dự trữ trong trạm : 20m/ trạm Dự trữ cáp tại cầu : 20 m/hố ( nếu cầu dài có hai hố đầu cầu ). Dự trữ cáp trong cống : 20m/hố Khoảng cách của tuyến cáp chôn với đường sắt : Cáp chôn song song trong hành lang an toàn dọc theo tuyến đường sắt Bắc – Nam , độ chôn cáp là 1,2 m . b.Các biện pháp đặt cáp cụ thể . * Cáp chôn trực tiếp trong đất : Nếu cáp quang đi dọc theo đường sắt hoặc đường bộ ở những khu vực bằng phẳng không có tác động của ngoại cảnh thì cáp được chôn trực tiếp ở dưới đất ở độ sâu 1,2m. Quy cách chôn cáp thể hiện trên hình 2.1 dưới đây . Hình 2.1.Đào rãnh và chôn cáp trực tiếp . Cách chôn cáp như sau : người ta đào rãnh sâu 1,2m sau đó dải lớp cát đầu tiên 10 cm , đặt cáp trên lớp cát này và thêm một lớp cát thứ hai 10 cm sau đó thêm một lớp gạch thẻ 20×20×5 cm rồi mới lấp đất đầm chặt . Đặt cáp trong ống sắt Φ100 : Ở những nơi đại hình phức tạp ( qua vùng đất nhiều đá sỏi ) khi treo cáp dọc theo gầm cầu , vượt đường sắt , đường bộ thì cáp được luồn voà trong ống nhựa PVC Φ 34 sau đó lại luồn vào trong ống sắt Φ 100 như sau : Hình 2.2.Đặt cáp trong ống sắt Φ100 . Cáp luồn trong cống bể : Hình 2.3.Đặt cáp trong cống bể . Khi cáp đi trong thành phố , thị xã thì cáp được luồn trong cống bể . Việc thi công đào rãnh để đặt cống bể và đặt cáp được thể hiện ở hình 3.3. Yêu cầu cho đáy rãnh phải bằng phẳng và đầm chặt sau đó mới tiến hành đặt ống Φ100 . Ống Φ100 trước khi đặt phải được vệ sinh sạch sẽ , đoạn nối phải được hàn kín bằng keo dán ống nhựa . Trước khi đặt cáp vào trong ống Φ100 thì phải đặt cáp trong ống nhựa Φ34 . Xây bể cáp : Bể cáp thường được xây ở các vị trí : nhập trạm , dọc đường cống cứ 80m lại phải xây bể cáp , cáp qua cầu thì hai bên cầu phải xây bể cáp . Độ cao của mặt bể bằng mặt hè đường thoe đúng quy cách của các địa phương . Bể cáp xây nhằm đảm bảo thuận lợi cho việc luồn cáp trong ống , đồng thời là việc dự trữ cáp khi cần thiết . Để đảm bảo an toàn tránh súc vật cắn cáp phải dùng lưới thép ( 10m × 10m ) bịt kín các lỗ cống , còn phần cáp trong bể thì dùng các băng thép bịt kín chống các loại gậm nhấm phá vỏ cáp . 2.4. Lắp đặt , đo đạc , kiểm tra tuyến thông tin . 2.4.1.Quy trình lắp đặt một tuyến thông tin quang trên đất liền . 1. Hoàn chỉnh thiết kế kỹ thuật của hệ thống sợi quang và xác định các đặc tính cơ bản của thiét kế bao gồm : - Xác định chính xác tuyến cáp sợi quang , bảo đảm nó đáp ứng tất cả các chỉ tiêu lắp đặt . Có được giấy phép lắp đặt ở nơi yêu cầu dọc tuyến cáp . - Xác định loại sợi quang sử dụng : đa mode ( chiết suất nhảy bậc hay chiết suất biến đổi đều ) hoặc đơn mode . - Bảo đảm rằng cáp và các thiết bị được thết kế phù hợp với môi trường lắp đặt . Chọn cáp trong nhà hay ngoài trời với chất liệu vỏ chống cháy thích hợp . - Xác định loại bộ nối của sợi quang và quy trình lắp đặt chúng . - Xác định các vị trí trên hiện trường và yêu cầu lắp đặt cho các dây nhẩy , các dây đuôi lợn , các bảng nối , các bộ nối , các bộ mang sông . 2. Đề ra các yêu cầu về an toàn cho tuyến cáp . 3. Chuẩn bị đầy đủ các thiết bị phục vụ cho việc lắp đặt và công tác đo , kiểm tra và định ra quy trình lắp đặt chúng . 4. Đặt mua cáp sợi quang và tất cả các thiết bị yêu cầu như thiết kế và cho đủ thời gian chuyển hàng . 5. Khi nhận được cáp , hãy kiểm tra các cuộn cáp trước khi lắp đặt . 6. Chuẩn bị tuyến cho cáp quang đi qua và đào rãnh , lắp các ống dẫn , các ống ngoài , các ống con bên trong … theo đúng yêu cầu kỹ thuật . 7. Lắp đặt cáp theo yêu cầu của thiết kế kỹ thuật . 8. Hàn tất cả các đoạn cáp rời lại với nhau theo yêu cầu và đo kiểm tra toàn bộ tuyến cáp . 9. Kết cuối cáp treo bảng nối hoặc các bảng măng sông thích hợp , hoàn thành việc lặp đặt và đo thử cáp . 10. Đo kiểm tra toàn bộ tuyến sợi quang 11. Lắp đặt các thiết bị kết cuối quang với tuyến sợi quang , các modem , ccs bộ ghép kênh ...tại các trạm . Kiểm tra , nghiệm thu trước khi hoà mạng . 12. Nối các thiết bị đầu cuối quang với tuyến sợi quang và đo thử các thông số ( BER hoặc tương đương ) , kiêmt tra nghiệm thu hệ thống . 13. Ghi lại tất cả các chi tiết lắp đặt theo yêu cầu . 14. Chuẩn bị kế hoạch bảo dưỡng và sửa chữa . 2.4.2.Đo kiểm tra chất lượng tuyến thông tin đã thiết kế . Trong quá trình lắp đtj tuyến sợi quang cũng như khi lắp đặt xong toàn tuyến cần phải dùng các máy đo chuyên dụng như OTDR , máy đo công suất …để kiểm tra , đo thông tuyến và nghiệm thu . Các thiết bị quang sau khi lắp đặt xong phải kiểm tra hoà mạng . Sau khi nghiệm thu tuyến cáp quang , thiết bị quang mới phải tiến hành đo kiểm tra nghiệm thu cả hệ thống thông tin quang . Máy đo OTDR ( Opitical Time Domain Reflectormecter ) . Thiết bị đo phản xạ quang OTDR là một công cụ quan trọng trong việc thực hiện đánh giá quá trình mức độ suy giảm , tổn hao , tính đồng nhất , các tổn hao do hàn , nối , phát hiện lỗi và tìm độ dài sợi quang . Thiết bị OTDR được xây dựng trên cơ sở tín hiệu bị phản xạ và tán xạ trong sợi quang quay lại phía nguồn phát . Sơ đồ khối đơn giản của OTDR được cho ở hình vẽ 2.4 Hình 2.4.Các bộ phận chính trong OTDR. Máy OTDR gồm 5 bộ phận cơ bản sau : Một nguồn sáng laze công suất cao Một bộ chia ghép Một bộ tách sóng Mạch điện tử làm trung bình tín hiệu Một giao diện với bộ nối . Nguyên lý Nguồn sáng laze tạo ra một xung ánh sáng hẹp , xung này đi qua bộ ghép để đến cáp đang được đo . Tại mỗi điểm dọc theo sợi quang có một lượng rất nhỏ của xung ánh sáng này bị phân tán trở lại . Phần ánh sáng bị phân tán trở lại truyền lan về máy OTDR và được cho qua bộ ghép tới bộ tách sóng . Bộ tách sóng tạo ra một tín hiệu điện có cường độ theo thời gian thể hiện khoảng cách từ một vị trí ánh sáng bị phân tán tới OTDR . Mạch điện tử làm trung bình tín hiệu tại một giá trị trung bình của tín hiệu này theo chiều dài tuyến cáp . Giả thiết có một nguyên nhân gây ra tổn hao trong cáp , nguyên nhân đó có thể là một bộ nối , một mối hàn , một chỗ bị uốn cong , hoặc do tín hiệu bị suy hao trên sợi quang . Cường độ ánh sáng trở về máy OTDR từ trước khi có nguyên nhân gây tổn hao nói trên bằng cách đo sự khác nhau giữa hai cường độ ánh sáng do chúng ta có thể xác định được tổn hao của bộ nối . Kiểm tra cáp sợi quang . Trong một lần lắp đặt cần 3 lần kiểm tra cáp sợi quang . Đó là kiểm tra cuộn cáp trước khi lắp đặt , kiểm tra sau khi hàn nối trong quá trình lắp đặt và kiểm tra nghiệm thu tuyến cáp hoàn chỉnh đã lắp đặt . Kiểm tra cuộn cáp : Sau khi cáp được chuyển từ nhà sản xuất cần kiểm tra xem có thiếu xót của nhà sản xuất hoặc cáp có bị hụt , hại do vận chuyển hay không . Không nên lắp đặt cáp khi nó chưa qua cuộc kiểm tra này . Kiểm tra cuộn cáp bằng máy OTDR như ở hình 2.5 dưới đây : Hình 2.5.Kiểm tra cáp sợi quang . Quy trình đo kiểm tra : Nới lỏng một đầu tự do của cáp ra khỏi cuộn cáp . Bóc đầu cáp đó để lộ ra toàn bộ sợi quang bên trong . Bóc và làm sạch từng sợi quang . Sửu dụng một bộ chuyển đổi sợi quang trần , nối một máy đo OTDR với từng sợi quang và ghi lại các hiển thị của máy đo OTDR .Tất cả các dị thường phải báo cáo ngay . Mỗi sợi quang không được có các dị thường và không có các mối hàn nhìn thấy được trên máy . Sau khi tất cả các sợi quang của cáp đã ®­îc kiểm tra xong , cắt bỏ các sợi quang thõng rời , dán đầu cáp lại để tránh bụi và ẩm vào cáp và sau đó buộc chặt cáp vào cuộn . Kiểm tra khi hàn trong lắp đặt : Sau khi hàn nối các sợi quang của cáp , trước khi lắp đặt cần cố định các hộp mối hàn , khi đội thợ hàn vẫn còn ở hiện trường , cần kiểm tra các mối hàn vừa thực hiện và chiều dài cáp đã lắp đặt như hình vẽ 2.6 dưới đây . Từng sợi quang của cáp được kiểm tra ở tất cả các bước song công tác theo hai chiều . Hình 2.6.Kiểm tra suy hao hàn nối sợi quang . Quy trình kiểm tra : Hai nhóm đo dùng máy đo OTDR liên lạc bằng vô tuyến với nhau chuẩn bị hai đầu cáp cách xa nhau cho cuộc kiểm tra . Xác định thứ tự cần kiểm tra và bắt đầu kiểm tra Từng sợi được đo kiểm tra theo hướng nhất định sau đó kiểm tra theo hướng ngược lại . Ghi lại các số liệu cần thiết . Lập thành bảng tổn hao hoặc tăng ích mối hàn cũng như tổn hao toàn bộ cáp tại từng bước sóng công tác đo được nhờ máy đo OTDR ở hai đầu cáp , sau đó tính giá trị trung bình để có tổn hao toàn bộ các mối hàn . Xác định các mối hàn tiêu chuẩn để hàn lại ngay . Tâta cả các dị thường gây ra một tổn hao lớn hơn các chỉ tiêu kỹ thuật cần phải báo cáo ngay để xử lý . Các đoạn cáp mới lắp đặt không được có các điểm dị thường ( có tổn hao lớn hơn quy định ) xác định để không có sợi quang nào gãy trong cáp . Sau khi toàn bộ các sợi và các mối hàn đã được kiểm tra cho kết quả đáp ứng yêu cầu của các chỉ tiêu chất lượng kỹ thuật mới được lắp đặt cố định chắc chắn ở hộp măng sông và cáp Đo kiểm tra nghiệm thu : Khi công việc lắp đặt hoàn chỉnh , sợi quang đã sẵn sàng nối với thiết bị quang vẫn cần một cuộc nghiệm thu cuối cùng để đảm bảo tuyến cáp quang đáp ứng các chỉ tiêu kỹ thuật về quỹ tổn hao công suất của tuyến quang . Quy trình kiểm tra dưới đây thực hiên trên toàn bộ chiều dài mỗi sợi quang : Nối máy đo OTDR với một đầu của tuyến sợi quang . Toàn bộ tuyến được quét , hiển thị trên máy đo OTDR , kết quả được lưu giữ lại . Nối nguồn sáng vào một máy đo công suất rồi nối chúng với tuyến quang . Đo công suất quang đối với từng sợi quang tại tất cả các bước sóng công tác . Một máy đo tổn hao trở về ( phản xạ ngược ) được nối với tuyến quang để lưu lại công suất phản xạ của các sợi quang tại hai đầu cuối của thiết bị . Các chỉ tiêu nghiệm thu cảu các sợi quang cần đáp ứng với thông số kỹ thuật Tổn hao tối đa : Lcáp[km] . αf [dB/ km] + αo[dB/km] .N Trong đó : + Lcáp[km] : là chiều dài cáp tính băng Km . + αf[ dB/km] : là tổn hao chỉ tiêu của sợi quang của nhà sản xuất trên 1 Km ở bước sóng công tác. + αo [ dB/km ] : là tổn hao tối đa trên đầu mối hàn trên đoạn cáp kiểm tra . Suy hao trung bình trên 1 Km sợi quang tại bước sóng công tác : Tổn hao trung bình = Tổn hao tối đa của một mối hàn : đối với mối hàn cơ khí thì tổn hao nhỏ hơn 0,5 dB còn đối với mối hàn hồ quang thì tổn hao nói chung nhỏ hơn 0.1 dB đối với sợi SM và 0,2 dB đối với sợi GI . Tổn hao kết nối tối đa : nói chung thường nhỏ hơn 1,5 dB . Với kết nối tối đa thì tổn hao của nó có thể ≤ 0,5 dB . Đo cáp sợi quang . Đo cáp sợi quang có thể sử dụng các thiết bị đo như : bộ đo công suất , máy đo phản xạ ...Sử dụng bộ đo công suất cho phép ta xác định đựợc mức suy hao trên toàn bộ chiều dài khoảng đo của sợi quang song không cho các tham số để đánh giá chất lượng của các vị trí trên suốt chiều dài của sợi . Mặt khác trong quá trình đo phải hợp đồng để thao tác trên hai đầu sợi quang , điều này gây khó khăn trong khâu tổ chức do với cự ly dài , không có phương tiện để liên lạc hợp đồng . Đo bằng máy đo phản xạ ngược theo thời gian OTDR cho phép thực hiện phép đo lần lựot ở từng đầu của sợi quang (để có thể xác định chính xác chất lượng của sợi quang phải thực hiện đo ở hai đầu của sợi ) . Các bước đo kiểm tra chất lượng của sợi quang được thực hiện như sau : Chuẩn bị đo : + Đầu nối cấp nguồn cho máy đo bằng Adapter ( chú ý : sử dụng đúng bộ nguồn nắn của máy đo để tránh ngược cực nguồn hoặc sai điện áp sử dụng ) nếu ở nơi không có điện thì phải nạp đầy cho ắc quy của máy đo . + Chuẩn bị dây Pathcord ( hoặc Pigtail nếu đo cáp ngoài hiện trường ) phải kiểm tra và vệ sinh đầu connector của Pigtail xem có bị xước , bẩn không . + Chuẩn bị dụng cụ đấu nối cơ khí ( khía chữ V ) hoặc máy hàn ( nếu kiểm tra cáp ngoài hiện trường chưa đưa vào ODF ) . + Đặt các tham số của máy đo cho phù hợp với tham số của cáp : cự ly , bước sóng , độ rộng xung …Đối với tuyến cáp chưa chắc chắn độ dài của tuyến thì đặt cự ly đo ở chế độ tự động , sau khi đo thử xác định lại cự ly thực để đặt lại cự ly với cự ly thực tập của cáp . Thực hành đo : + Nối máy với cáp cần đo , trên cơ sở các tham số đã dặt , ấn phím RUN/STOP chờ cho máy thực hiện phép đo xong ta có thể đọc các tham số như : độ dài , suy hao trên toàn tuyến , suy hao tại các mối nối và cho hiển thị các sự kiện ( các điểm sợi có khuyết tật …) bằng cách đưa Market A và B về hai bên điểm cần kiểm tra , ngoài ra có thể sử dụng phương pháp ZOOM và kiểm tra bằng chế độ 5 điểm . + Ghi kết quả đo vào thư mục đặt truớc trong bộ nhớ của máy hoặc vào đĩa mềm . + Sau khi ghi kết quả xong , chuyển sang đo các sợi tiếp theo với các tham số đã đặt trong máy đo . Kết thúc đo : + Kiểm tra lại kết quả đo của tất cả các sợi đã ghi trong bộ nhớ hoặc đĩa mềm , nếu thấy các thông số không đạt yêu cầu đã đề ra thì phải có biện pháp khắc phục kịp thời như hàn lại các mối nối , thay lại các connector hoặc có thể là thay một đoạn cáp nào đó khi đoạn cáp đó không đạt các chỉ tiêu kỹ thuật . + Có thể đọc và in kết quả đo bằng máy tính có cài đặt chương trình xử ký kết quả đo do OTDR. + Đấu nối lại trạng thái như sợi ban đầu , tắt nguồn máy đo , tháo dây đo , vệ sinh máy đo cẩn thận tránh để bụi bẩn vào đầu nối máy đo . Đo kiểm tra thông tuyến . Nghiệm thu thông tuyến để phát hiện và loại trừ các khuyết tật của thiết bị trong quá trình mang tải , điều chỉnh các thông số thích hợp chuẩn bị cho các thiết bị hoà mạng . Thời gian chạy thử có tải của toàn tuyến thường là 24 giờ liên tục . Đới với cấu hình điểm - điểm phải đo thông tuyến từ trạm gốc tới trạm cuối , còn đối với cấu hình Ring phải đo thông tuyến cả hai chiều . Khi nghiệm thu thông tuyến cần phải đánh giá toàn bộ các phần của hệ thống bao gồm các thiết bị quang , xen rẽ , trạm lặp , các sợi quang ...và sự kết nối giữa các thành phần này . Hai phép đo thường thực hiện đánh giá chất lượng hệ thống là đo BER và đo ngưỡng máy thu theo sơ đồ hình 2.7 sau Hình 2.7.§o kiÓm tra th«ng tuyÕn c¸p quang Quy trình đo như sau : Ghi lại chỉ tiêu do nhà sản xuất đưa ra về BER đối với hệ thống digital. Đấu nối cấu hình thiết bị để đo BER như hình , sử dụng day nhảy tại thiết bị thu quang rồi nối vào máy đo công suất quang . Đo quang công suất hoạt động trung bình tính bằng dBm đối với giá trị BER đã đo của hệ thống . Nối lại dây nhảy với máy thu quang . Đưa thêm bộ tổn hao vào tuyến thu quang cho đến khi BER giảm tới các chỉ tiêu kỹ thuật tối thiểu của nhà sản xuất . Tháo dây nhảy của máy thu rồi nối nó với một máy đo công suất quang . Đo công suất trung bình thu được ứng với giá trị BER tối thiểu trên . Đó chính là ngưỡng công suất quang của máy thu quang cần kiểm tra . Hãy so sánh nó với chỉ tiêu kỹ thuật của nhà sản xuất . Lượng dư quàn là tổng suy hao đơn vị dB được đưa vào tuyến quang để làm giảm giá trị BER xuống đến chỉ tiêu kỹ thuật của nhà sản xuất . KẾT LUẬN Trong khoảng thời gian hơn một tháng được sự hướng dẫn tận tình của Thầy giáo - Đại tá - Thạc sĩ Nguyễn Duy Chuyên chúng tôi đã hoàn thành đồ án với tiêu đề “ Nghiên cứu , thiết kế tuyến thông tin quang Vinh – Đà Nẵng” . Đồ án được chia thành hai phần chính là : Chương I : Tổng quan về hệ thống thông tin quang . Trên cơ sở giới thiệu mô hình một hệ thống thông tin quang , chúng tôi đã đi sâu tìm hiểu về các thiết bị trong hệ thống , đặc biệt chú ý tới các chi tiết quan trọng như : đầu thu , phát tín hiệu quang , dây cáp quang và các phương pháp nối sợi quang . Từ đó làm cơ sở cho việc hình dung đầy đủ một tuyến thông tin cáp quang và những công việc cần thực hiện khi xây dựng nó . Chương II : Sau khi nêu lên các yêu cầu cần đạt được khi thiết kế một tuyến cáp quang , đồ án đã đi sâu vào khâu chọn từng thành phần các thiết bị trong hệ thống thông tin như : cáp , máy thu , phát quang ...đồng thời đã tính sơ bộ khoảng lặp , quỹ thời gian tăng trưởng và quỹ công suất của hệ thống . Đồ án cũng đã dành một phần cho nội dung thi công , lắp đặt cũng như đo kiểm từng phần riêng biệt và của toàn tuyến . Trong thời gian làm đồ án chúng tối đã nhận được sự chỉ bảo tận tình và rất hiệu quả của thầy giáo Nguyễn Duy Chuyên . Cho phép chúng tôi bày tỏ sự biết ơn chân thành và sâu sắc đối với thầy . MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 1 CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 3 1.1.Sơ lược về lịch sử phát triển của thông tin quang 3 1.1.1.Lịch sử phát triển của thông tin quang 3 1.1.2.Xu hướng phát triển của thông tin quang trong tương lai 4 1.2.Hệ thông thông tin quang 5 1.2.1.Mô hình hệ thống thông tin quang 5 1.2.2.Hệ thống thông tin quang IM/DD 6 a.Sơ đồ khối chức năng của hệ thống 6 b.Thiết bị đầu cuối phát quang 6 c. Thiết bị đầu cuối thu quang 7 d. Trạm lặp 7 1.2.3.Hệ thống thông tin quang Coherent 8 a.Sơ đồ khối chức năng của hệ thống thông tin Coherent 8 b.Máy phát quang 9 c.Máy thu quang 9 1.2.4.Ưu nhược điểm của hệ thống thông tin quang 10 a.Ưu điểm 10 b.Nhược điểm 10 1.3.Cấu hình hệ thống thông tin quang 10 1.3.1.Thiết bị ghép kênh 10 1.3.2.Thiết bị đầu cuối 12 1.3.3.Thiết bị ghép/tách quang 14 1.3.4.Thiết bị lặp đường dây 15 1.4.Linh kiện thu , phát quang , sợi quang và cáp quang 16 1.4.1.Linh kiện phát quang 16 1.4.2.Linh kiện thu quang 20 a.Cấu trúc , nguyên lý hoạt động của linh kiện thu quang 20 b.Photodiode PIN 21 c.Diode quang thác ADP 23 d.Các tham số cơ bản của diode quang 24 1.4.3.Sợi quang và cáp quang 25 1.4.3.1.Sợi quang 25 a. Khái niệm 25 b.Sự suy hao ánh sáng trong sợi quang 25 c.Các loại sợi quang 27 d.Các phương pháp ghép nối sợi quang 27 1.4.3.2.Cáp sợi quang 30 a.Một số loại cáp quang 30 b.Nối , lắp đặt cáp quang 32 CHƯƠNG 2.THIẾT KẾ ,THI CÔNG TUYẾN CÁP QUANG VINH – ĐÀ NẴNG 2.1.Yêu cầu thiết kế 35 a. Tổn hao trong sợi quang thấp nhất 35 b. Giới hạn về độ tán sắc trong sợi quang 36 c. Tạp âm thấp nhất 37 2.2.Chọn hệ thống thông tin quang và các phần tử trong hệ thống 38 2.2.1.Chọn hệ thống thông tin quang 38 2.2.2.Chọn các phần tử trong hệ thống 39 a. Bước sóng công tác 39 b. Cáp quang 39 c. Máy phát quang 41 d. Máy thu quang 42 e. Khoảng lặp 43 g. Tính toán quỹ thời gian tăng trưởng 45 h. Quỹ công suất của hệ thống 46 2.3.Thi công , lắp đặt 47 2.3.1. Vị trí các trạm đầu cuối và bố trí khoảng lặp 47 2.3.2 . Các biện pháp đặt cáp trong thi công 48 a.Các quy định chỉ tiêu kỹ thuật của thiết kế chôn cáp 48 b. Các biện pháp đặt cáp cụ thể 48 2.4.Lắp đặt , đo đạc , kiểm tra tuyến thông tin 50 2.4.1.Quy trình lắp đặt một tuyến thông tin quang trên đất liền 50 2.4.2.Đo kiểm tra chất lượng tuyến thông tin đã thiết kế 51 a.Máy đo OTDR 51 b.Kiểm tra cáp sợi quang 52 c. Đo cáp sợi quang 55 d. Đo kiểm tra thông tuyến 56