Cấu trúc cơ bản của hệ thống thông tin sợi quang Thành phần cơ bản của hệ thống thông tin cáp quang được thể hiện trong Hình 1-1, chủ yếu bao gồm ba phần chính: truyền, thu và hệ thống truyền dẫn cáp quang cơ bản:
(1) Phần truyền: Nguồn thông tin chuyển đổi thông tin người dùng thành tín hiệu điện gốc (tín hiệu băng cơ sở); máy phát điện chuyển đổi tín hiệu băng tần cơ sở thành tín hiệu điều chế phù hợp để truyền kênh (như FM, PFM,PWM); máy phát quang điều chế và chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang.
(2) Phần thu: Bộ thu quang chuyển đổi tín hiệu quang truyền qua sợi quang thành tín hiệu điện; bộ thu điện khôi phục tín hiệu điện thành tín hiệu băng cơ sở; phần chìm thông tin phục hồi thông tin người dùng. Lưu ý: Các đoạn tín hiệu điện trước bộ phát quang và sau bộ thu quang sử dụng cùng công nghệ/thiết bị như truyền thông cáp, chỉ thay thế truyền dẫn cáp bằng “bộ phát quang + đường cáp quang + bộ thu quang”.
(3) Hệ thống truyền dẫn cáp quang cơ bản được chia thành ba phần: bộ phát quang, đường truyền cáp quang và bộ thu quang:
Máy phát quang: Cốt lõi là nguồn sáng (như LED, diode laser bán dẫn, laser DFB, v.v.), cần đáp ứng các yêu cầu như công suất quang đầu ra cao, tần số điều chế cao, vạch quang phổ hẹp và bước sóng ổn định; chức năng của nó là chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang và ghép chúng thành sợi quang.
Đường cáp quang: Gồm sợi quang, các mối nối và đầu nối (thực tế là sử dụng cáp quang); chức năng của nó là truyền tín hiệu quang có độ méo thấp và độ suy giảm thấp. Sợi quang có dạng hình trụ (chiết suất lõi (n_1) > chiết suất vỏ bọc (n_2)), sử dụng phản xạ nội toàn phần để truyền ánh sáng; nó có 3 cửa sổ suy hao-thấp: (0,85\\mu m) (bước sóng ngắn), (1,31\\mu m) (bước sóng dài), (1,55\\mu m) (bước sóng dài); đặc điểm chính là suy hao (đơn vị: dB/km) và độ phân tán (đơn vị: (ps/(km·nm)), ảnh hưởng đến băng thông truyền dẫn).
Bộ thu quang: Cốt lõi là bộ tách sóng quang (chẳng hạn như điốt quang PIN, điốt quang tuyết lở APD), cần đáp ứng các yêu cầu về độ phản hồi cao, độ ồn thấp và tốc độ cao; thông số quan trọng nhất là độ nhạy (phản ánh khả năng thu tín hiệu quang yếu, một chỉ số quan trọng về chất lượng hệ thống); chức năng của nó là chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện và khôi phục tín hiệu gốc.
Phân loại hệ thống thông tin sợi quang Các phương pháp phân loại phổ biến như sau:
(1) Phân loại theo loại tín hiệu truyền dẫn: Chia thành hệ thống truyền thông tương tự sợi quang và hệ thống truyền thông kỹ thuật số sợi quang:
Ưu điểm của hệ thống truyền thông kỹ thuật số cáp quang:
Khả năng chống nhiễu mạnh mẽ và chất lượng truyền tốt (nhiễu chỉ tạo ra lỗi bit khi vượt quá ngưỡng);
Lặp lại tái tạo, khoảng cách truyền dài (loại bỏ tích tụ tiếng ồn);
Cung cấp nhiều dịch vụ với tính linh hoạt cao (dễ triển khai các dịch vụ tích hợp);
Dễ dàng triển khai giao tiếp bảo mật cường độ cao-(bổ sung văn bản gốc và khóa modulo-2);
Sử dụng các mạch kỹ thuật số, dễ tích hợp, thu nhỏ, chi phí thấp và độ tin cậy cao.
Nhược điểm của hệ thống truyền thông kỹ thuật số cáp quang: chiếm băng thông rộng, sử dụng băng thông thấp, thiết bị phức tạp và chi phí tương đối cao.
Đặc điểm của hệ thống truyền thông analog sợi quang: Băng thông chiếm dụng hẹp, mạch đơn giản (không cần chuyển đổi A/D/D/A), giá thấp, phù hợp cho truyền thông khoảng cách-ngắn.
(2) Phân loại theo bước sóng quang và loại sợi: Chia thành hệ thống thông tin sợi quang đa mode bước sóng ngắn và hệ thống thông tin sợi quang bước sóng dài:
Hệ thống đa chế độ bước sóng ngắn: Bước sóng hoạt động khoảng (0,85\\mu m), tốc độ Nhỏ hơn hoặc bằng 34Mbit/s, khoảng cách bộ lặp Nhỏ hơn hoặc bằng 10km.
Hệ thống bước sóng dài (được chia thành 3 loại):
(1,31\\mu m) hệ thống đa chế độ: tốc độ 34/140Mbit/s, khoảng cách bộ lặp ≈20km;
(1,31\\mu m) hệ thống chế độ đơn{1}}: tốc độ 140/565Mbit/s, khoảng cách bộ lặp 30~50km (ở tốc độ 140Mbit/s);
(1,55\\mu m) hệ thống chế độ đơn{1}}: tốc độ Lớn hơn hoặc bằng 565Mbit/s, khoảng cách bộ lặp ≈70km.
(3) Phân loại theo phương pháp ghép kênh số: Chia thành hệ thống Phân cấp kỹ thuật số cận đồng bộ (PDH) và hệ thống phân cấp kỹ thuật số đồng bộ (SDH):
PDH: Mỗi tốc độ bit cấp độ phân cấp có dung sai và không đồng bộ, áp dụng biện pháp tích cực để thực hiện ghép kênh song đồng bộ; tốc độ Nhỏ hơn hoặc bằng 565Mbit/s.
SDH: Thích hợp cho việc truyền mạng điểm-tới-điểm/đa điểm; tốc độ bước sóng đơn có thể đạt tới 2,5Gbit/s, 10Gbit/s.
(4) Classification by transmission rate: Divided into 3 categories: 1) Low-speed systems: rate 2Mbit/s, 8Mbit/s; 2) Medium-speed systems: rate 34Mbit/s, 140Mbit/s; 3) High-speed systems: rate >565Mbit/s.
(5) Phân loại theo phương pháp điều chế: Chia làm 2 loại: 1) Hệ thống điều chế cường độ trực tiếp (điều chế bên trong): Điều chế trong quá trình phát xạ ánh sáng của nguồn sáng; thiết bị đơn giản, chi phí thấp, hiệu suất điều chế cao, nhưng việc mở rộng phổ ảnh hưởng đến việc cải thiện tốc độ. 2) Hệ thống điều chế gián tiếp (điều chế bên ngoài): Sau khi nguồn sáng phát ra ánh sáng, một bộ điều biến được thêm vào đường dẫn đầu ra; tác động tối thiểu lên vạch quang phổ của nguồn sáng, thích hợp cho truyền thông tốc độ cao.
