TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÀI BÁO CÁO
TRUYỀN THƠNG QUANG

Sinh viên thực hiện: Khổng Văn Đạt............................18200077
Võ Duy Nhơn...............................18200194
Nguyễn Ngọc Anh Tuấn..............18200279
Phan Minh Huy..............................1720110
Lê Quang Linh...............................1720137

Năm học: 2020 – 2021


LỜI MỞ ĐẦU
Lĩnh vực công nghệ truyền thông ngày càng phát triển và thu hút sự quan
tâm của nhiều bạn trẻ. Hiểu một cách đơn giản ngành công nghệ truyền thông là
ngành học ứng dụng công nghệ trong các lĩnh vực về truyền thông. Mục tiêu của
ngành là trang bị giúp sinh viên vận dụng các kiến thức, kỹ năng về công nghệ
thông tin, kỹ năng về sản xuất, phát triển, quản trị và kinh doanh các sản phẩm
truyền thơng, xây dựng và lập trình các ứng dụng. Ngồi ra ngành học này cịn
nghiên cứu về q trình tổ chức, quản lý cơng việc trong lĩnh vực sản xuất truyền
thông như sản xuất phim điện ảnh, chương trình phát thanh, truyền hình, phim
quảng cáo, multimedia và các thể loại sản phẩm truyền thơng hiện đại khác, q
trình kinh doanh truyền thơng nghe nhìn gồm kinh doanh và marketing phim ảnh,
chương trình, bản quyền nội dung nghe nhìn, thời lượng quảng cáo,… Bên cạnh
đó ngành cơng nghệ truyền thơng cịn liên quan đến thiết kế những sản phẩm mỹ
thuật mang tính ứng dụng trong các lĩnh vực truyền thơng như quảng cáo, truyền
hình, bản tin,… tại các cơ quan báo chí, đài phát thanh, truyền hình, cơng ty quảng
cáo, tổ chức sự kiện, giải trí đa phương tiện và các lĩnh vực giải trí như game, điện

ảnh, hoạt hình,...
Một trong các phương thức truyền thông phổ biến hiện nay là truyền thông
quang. Được phát triển lần đầu tiên vào những năm 1970, sợi quang đã cách mạng
hố ngành cơng nghiệp viễn thơng và đã đóng một vai trị quan trọng trong sự ra
đời của thời đại thơng tin. Nhờ có lợi thế so với việc truyền tải điện, sợi quang đã
thay thế phần lớn truyền thông dây đồng trong mạng lõi trong thế giới phát triển.

2


MỤC LỤC

I.
II.

III.

IV.

V.

Trang
GIỚI THIỆU CHUNG...........................................................................04
Q TRÌNH PHÁT TRIỂN..................................................................05
1. Truyền thơng sử dụng cáp quang đa chế độ(mutimode)...................06
2. Truyền thông sử dụng sợi quang chế độ đơn (single mode)............07
3. Hệ thống ghép kênh theo bước song.................................................07
CÁP QUANG.........................................................................................08
1. Cấu tạo..............................................................................................08
2. Phân loại............................................................................................09

2.1. Phân loại theo mod truyền dẫn.......................................09
2.2. Phân loại theo chỉ số chiết suất......................................10
a. Sợi quang có chiết suất phân bậc .............................10
b. Sợi quang có chiết suất giảm dần ............................10
2.3. Phân loại theo cấu trúc....................................................11
3. Đặc điểm...........................................................................................11
ĐẶC TÍNH CỦA TRUYỀN THƠNG QUANG....................................11
1. Tổng quan hệ thống thơng tin quang................................................11
2. Đặc tính sợi quang ảnh hưởng đến hệ thống.....................................13
3. Đặc điểm của thông tin quang..........................................................15
4. Một số vấn đề cần quan tâm của mạng truyền thông quang............16
4.1. Suy hao do hấp thụ.................................................................17
4.2. Suy hao do tán xạ tán xạ Rayleigh..........................................17
4.3. Tán xạ do sợi bị uốn cong.......................................................18
4.4. Một số nhược điểm khác........................................................18
KẾT LUẬN............................................................................................18

3


I.

GIỚI THIỆU CHUNG

Những thành phần cơ bản của hệ thống truyền thông quang:
Hệ thống truyền thông quang bao gồm các phần tử phát xạ ánh sáng (nguồn
sáng), các sợi quang (môi trường truyền dẫn) và các phần tử thu để nhận ánh sáng
truyền qua sợi quang
Các phần tử sau đây được chọn để sử dụng:
(1) Phần tử phát xạ ánh sáng

a. Điôt Laser (LD)
b. Điôt phát quang (LED)
c. Laser bán dẫn
(2) Sợi quang
a. Sợi quang đa mode chỉ số bước
b. Sợi quang đa mode chỉ số lớp
c. Sợi quang đơn mode
(3) Phần tử thu ánh sáng
a. Điôt quang kiểu thác (APD)
b. Điơt quang PIN (PIN - PD)
Các thành phần chính của một tuyến gồm có khối phát quang, cáp sợi quang
và khối thu quang, trạm lặp.
-Khối phát quang: gồm có mạch điều khiển và nguồn sáng thực hiện
việc điều biến các tín hiệu điện vào thành các bức xạ quang để truyền đi.
Các hệ thông thông tin quang hiện nay đang làm việc theo nguyên lý điều
biến trực tiếp cường độ ánh sáng và tách sóng trực tiếp (IMĐ).
- Cáp sợi quang : gồm các sợi dẫn quang va lớp vỏ bọc xung quanh để
bảo vệ khỏi tác động môi trường bên ngoài.Cáp sợi quang dùng để truyền
ánh sáng.
- Trạm lặp: do tín hiệu truyền dẫn trên đường truyền bị tiêu hao và
méo nên sau một khoảng thời gian nhất định, phải có trạm lặp để khuyếch
đại và tái sinh tín hiệu.
Việc tái sinh tín hiệu quang hiện nay phải trải qua 3 bước:
+ Chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện

4


+ Sửa đổi dạng tín hiệu méo và tái sinh tín hiệu dưới dạng điện
+ Chuyển đổi tín hiệu điện đă tái sinh và khuyếch đại thành tín

hiệu quang để tiếp tục phát đi
-Khối thu : gồm các bộ tách quang, bộ khuếch đại và khơi phục tín
hiệu ở đầu thu, các tín hiệu quang được biến đổi thành các tín hiệu điện
thơng qua bộ tách sóng quang, sau đó được khuếch đại và giải mă trở lại tín
hiệu ban đầu.
II.

QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN.

Năm 1960, việc phát minh ra laser để làm nguồn phát quang đă mở ra một
thời kỳ mới có ý nghĩa rất to lớn trong lịch sử của kỹ thuật thông tin sử dụng dải
tần ánh sáng (1014 – 1015Hz). Các hệ thống thông tin quang thực nghiệm đầu tiên
sử dụng khơng khí làm mơi trường truyền dẫn. Những thực nghiệm ban đầu đă thu
được những kết quả khá khả quan, nhưng do chi phí trong các khâu quá tốn kém,
kinh phí tập trung trong việc sản xuất ra các thiết bị để vượt qua trở ngại về thời
tiết (mưa, sương mù, tuyết…) là quá lớn. Do đó hệ thống thơng tin quang sử dụng
mơi trường truyền dẫn là khơng khí chỉ được ứng dụng trong qn sự và trong
nghiên cứu khoa học.
Cũng trong thời kỳ này, người ta đă phát minh ra sợi dẫn quang và việc sử
dụng sợi dẫn quang làm môi trường truyến dẫn, nhưng độ suy hao sợi quang lúc
này là rất lớn khoảng 1000 db/km nên vẫn chưa được sử dụng trong thực tế.
Trong thập niên 1960,K.C.Kao và G.A. Hockham đã chứng minh tính khả
thi của việc truyền tải thơng tin đã được mã hóa thành các tín hiệu ánh sáng thơng
qua một sợi thủy tinh.Tuy nhiên,việc chế tạo thủy tinh nguyên chất có thể mang
các tín hiệu ánh sáng mà khơng bị thất thốt chỉ thành cơng trong nhưng năm 1970
tại Bell Laboratories. Cuộc cách mạng thông tin sợi quang đă được mở ra. Từ đó
các nhà nghiên cứu khoa học đă không ngừng cố gắng phát minh, các sợi quang
dẫn có suy hao nhỏ lần lượt ra đời.
Ngay sau đó,các sợi đơn quang(single-mode) được phát triển,tỉ lệ thất thoát
ánh sáng ít hơn và hỗ trợ tốc độ dữ liệu cao hơn. Cột mốc tiếp theo đó là sự phát

triển của phương thức ghép kênh theo bước sóng(Wave division multiplexing),tăng
khả năng của các sợi một cách đáng kể. Ghép kênh phân chia theo bước sóng với
mật độ cao (DWDM) là bước tiến triển tiếp theo,làm tăng khả năng của các sợi đến
xấp xỉ một ngàn byte.

5


Năm 1976, hệ thống thông tin quang lần đầu tiên được lắp đặt tại Atlanta
(Mỹ) với cự ly lặp 10km, tốc độ 45 MbPs.
Đầu năm 1980, các hệ thống thông tin tiện sợi quang được phổ biến với mức
sóng làm việc 1300 nm. Ngày nay sợi quang đă đạt đến mức suy hao rất nhỏ, giá
trị suy hao 0,154 db/km tại bước sóng 1550 nm. Giá trị suy hao đă gần đạt tới trị số
lý thuyết cho các sợi đơn mode 0,14 db/km.
1.

Truyền thông sử dụng cáp quang đa chế độ(mutimode).
Một hệ thống truyền thông sử dụng cáp quang đa chế độ được hiển thị trong
hình minh họa 2.1. Đi-ốt phát sáng(LED) hoặc laze bán dẫn được sử dụng cho
những khoảng cách lớn hơn là nguồn sáng ở máy phát.
Để truyền tải bit 1, LED được bật trong suốt khoảng thời gian của chu kỳ
xung ;để truyền tải bit 0, LED được tắt trong suốt khoảng thời gian của chu kỳ
xung.
Việc tách sóng quang vào cuối q trình nhận biến đổi tín hiệu ánh sáng
thành tín hiệu điện.
Các băng tần 800 và 1300 nanomet (nm)được sử dụng cho quá trình truyền.
Tốc độ dữ liệu lên đến 140 Mbps có thể được hỗ trợ bởi các hệ thống truyền
thơng cáp quang.

Hình 2.1 hệ thống truyền thông sử dụng cáp quang đa chế độ

Trong hệ thống sợi đa quang, nó sẽ có 1 đi-ốt phát sáng hoặc laze vào lúc
truyền và bộ tách sóng quang vào lúc nhận.
Các sợi đa quang có hệ số suy giảm 0.5 dB/km. Nếu khoảng cách giữa thiết
bị truyền và thiết bị nhận lớn hơn 10km,sự phục hồi dữ liệu là rất cần thiết và tốn
kém nếu sử dụng cho sự truyền dữ liệu ở những khoảng cách lớn.
Trong sợi quang đa mode,ánh sáng di chuyển theo các phương pháp truyền
phức tạp,và mỗi phương pháp lại có vận tốc khác nhau. Xung nhận được vào cuối
6


quá trình nhận bị biến dạng. Điều này được gọi là q trình phân tán đa phương
thức.
Ưu điểm chính của sợi đa quang là chi phí thấp,vì thế nó được sử dụng như
một phương tiện truyền dữ liệu trên những khoảng cách nhỏ.
2.

Truyền thông sử dụng sợi quang chế độ đơn (single mode)
Hệ thống Truyền thông sử dụng sợi quang chế độ đơn được thể hiện như
trong hình 2.2, bước sóng trong khoảng 1300-1550 nm. Tốc độ truyền dữ liệu của
hệ thống này có thể đạt tới lên tới 1Gbps.
Lợi thế lớn nhất của sợi đơn quang (single mode) là làm giảm việc mất mát
dữ liệu và vì vậy, cứ sau khoảng 40km, ta mới cần thiết lắp đặt một bộ tái tạo lại
tín hiệu. Một thiết bị phát tia laser được sử dụng tại đầu truyền và một bộ tách sóng
quang (photodetector) nằm ở đầu nhận.
Sự phát triển của tia laser và bộ tách sóng quang cũng như là sự thành công
trong việc tạo ra sợi thủy tinh thuần khiết là những lý do chính giúp làm tăng tốc
độ truyền dữ liệu và làm giảm tỉ lệ mất mát dữ liệu.

Hình 2.2 Hệ thống truyền thơng sử dụng sơi quang chế độ đơn
3.


Hệ thống ghép kênh theo bước sóng.
Phương pháp ghép kênh quang theo bước sóng (WDM) tăng cường khả
năng của một sợi quang. Như trong hình 2.3, tín hiệu tương ứng với các nguồn
khác nhau được truyền qua các sợi ở các bước sóng khác nhau.
Ở đầu tiếp nhận, bộ demultiplexer sẽ phân cách các bước sóng khác nhau, và
các tín hiệu ban đầu thu được. Lên đến 16 hoặc 32 bước sóng có thể được ghép lại
với nhau. Sự phát triển tiếp theo là phân chia sóng dày đặc, trong đó 256 bước
sóng có thể được ghép và gửi đi trên một sợi đơn. Hệ thống này có thể thiết lập
được tốc độ truyền dẫn cao hơn 1Tbit/s.

7


Hình 2.3 Phương pháp ghép kênh quang theo bước sóng
Trong sự ghép kênh phân chia sóng, các tín hiệu tương ứng với các nguồn
khác nhau được truyền ở các bước sóng khác nhau. Vì thế,năng suất của các sợi
vừa đặt có thể tăng lên đáng kể.
Vấn đề duy nhất đối với sợi quang chế độ đơn là cần phải lắp đặt một bộ tái
tạo hiệu tín hiêu sau khoảng 40km. Sự phát triển của bộ khuếch đại quang học ̣ đã
xóa bỏ sự cần thiết cho tái tạo tín hiệu tốn kém, dẫn đến tiết kiệm chi phí rất lớn
cho việc sử dụng sợi quang để truyền thông khoảng cách rất dài.

Hình 2.4 Sự truyền dữ liệu quang học với bộ khuếch đại quang học
Các băng tần khác nhau được sử dụng trong sợi quang chế độ đơn trong
bảng 2.5
Bảng 2.5 Băng tần truyền dữ liệu được sử dụng trong quang chế độ đơn

Băng tần C(dải bước song 1530-1565 nm) và băng tần L(dải bước
sóng1565-1625 nm) hiện tại đang được sử dụng trong sự truyền dữ liệu của sợi

quang chế độ đơn (single mode) vì sự có sẵn của các bộ khuếch đại quang học. Sự
phát triển sản xuất sợi quang, khuếch đại Raman, v..v sẽ hướng đến sự sử dụng các
băng tần khác trong tương lai.
III.

CÁP QUANG.
8


1.

Cấu tạo:
Cáp quang là một loại cáp viễn thông làm bằng thủy tinh hoặc nhựa,
sử dụng ánh sáng để truyền tín hiệu.
Cáp quang gồm các phần sau:
• Core (lõi): Trung tâm phản chiếu của sợi quang nơi ánh sáng đi.
• Cladding (áo): Vật chất quang bên ngoài bao bọc lõi mà phản xạ ánh
sáng trở lại vào lõi.
• Buffer coating (vỏ bọc): Lớp phủ dẻo bên ngoài bảo vệ sợi khơng bị
hỏng và ẩm ướt.
• Strength Materriel: Thành phần này được các hãng sản xuất cáp sợi
quang thêm vào theo từng chủng loại cụ thể để tăng cường sự chắc chắn của
cáp nhằm hạn chế tối đa lực cơ học có thể tác độ lên sợi cáp quang.
• Strength member là lớp chịu nhiệt, chịu kéo căng, thường làm từ các
sợi Kevlar
• Jacket: Hàng trăm hay hàng ngàn sợi quang được đặt trong bó gọi là
Cáp quang. Những bó này được bảo vệ bởi lớp phủ bên ngoài của cáp được
gọi là jacket
2.


Phân loại:

2.1 Phân loại theo mod truyền dẫn
• Multi mode:
Đa mode (multi mode) còn chia làm 2 loại, đó là step mode và grade
mode. Step mode thì chiết suất từ lõi đến vỏ giảm dần, nhưng theo từng nấc,
cịn grade mode thì giảm liên tục và tốt hơn step mode. Dĩ nhiên việc dùng
đa mode (multi mode) thì còn phụ thuộc nhiều yếu tố như là giá thành, các
thiết bị đầu cuối (thiết bị ghép kênh quang).
Sợi đa mode (multi mode) có đường kính lõi lớn hơn đơn mode
(single mode) (khoảng 6-8 lần), có thể truyền được nhiều mode sóng trong
lõi.
Multimode graded index (chiết xuất liên tục): Lõi có chỉ số khúc xạ
giảm dần từ trong ra ngồi cladding. Các tia gần trục truyền chậm hơn các
tia gần cladding. Các tia theo đường cong thay vì zig-zag. Các chùm tia hội
tụ tại điểm, vì vậy xung ít bị méo dạng.
Multimode stepped index (chiết xuất bước): Lõi lớn (100 micromet),
các tia tạo xung ánh sáng có thể đi theo nhiều đường khác nhau trong lõi:
thẳng, zig-zag…tại điểm đến sẽ nhận các chùm tia riêng lẻ, vì vậy xung dễ
9


bị méo dạng. Sợi đa mode (multi mode) có thể truyền cùng lúc nhiếu ánh
sáng với góc anpha khác nhau.
• Single mode
Lõi nhỏ (8 micromet hay nhỏ hơn), hệ số thay đổi khúc xạ thay đổi từ
lõi ra cladding ít hơn multimode. Các tia truyền theo phương song song trục.
Xung nhận được hội tụ tốt, ít méo dạng.
Sợi quang đơn mode (single mode) hay sợi quang đa mode (multi
mode) đều chỉ truyền một tín hiệu (là dữ liệu mà ta cần truyền). Muốn

truyền nhiều dữ liệu từ các kênh khác nhau, ta phải dùng đến công nghệ
WDM (truyền nhiều bước sóng trên cùng một sợi quang).
Sợi đơn mode (single mode) chỉ có thể truyền 1 ánh sáng với 1 bước
sóng nhất định. Do sợi quang là vật liệu truyền thông tin dựa trên định luật
phản xạ ánh sáng. Tia sáng khi đi từ mơi trường có chiết suất cao qua mơi
trường chiết suất thấp thì khơng đi thẳng (hay cịn gọi là tán xạ) mà sẽ phản
xạ lại. Do đó, khi ánh sáng mang thông tin, sẽ được truyền đi mà khơng bị
suy hao gì cả (vì nó cứ chạy lịng vịng trong đó, phản xạ bên này, rồi phản
xạ bên kia. Sợi quang đơn mode (single mode) thì lõi có chiết suất là một
hằng số và chiết suất của vỏ cũng là 1 hằng số. Khi đó ánh sáng sẽ truyền đi
theo đường ziczac trong sợi quang (độ lệch pha của tín hiệu khi đó sẽ đáng
kể).
 Sợi đa mode (multi mode) là công nghệ tiên tiến hơn, chiết suất từ lõi
ra đến vỏ sẽ giảm từ từ (nhưng vẫn đảm bảo một tỉ số chiết suất để ánh sáng
chỉ phản xạ chứ khơng tán xạ), khi đó thì ánh sáng sẽ đi theo đường cong, độ
lệch pha sẽ ít hơn nhiều so với hình ziczac của loại đơn mode (single mode).
2.2. Phân loại theo chỉ số chiết suất
Việc phân loại sợi dẫn quang phụ thuộc vào sự thay đổi thành phần
chiết suất của lõi sợi, được chia làm ba loại sợi quang thơng dụng như sau:
a.
Sợi quang có chiết suất phân bậc (Sợi SI: Step-Index):
Đây là loại có chỉ số chiết suất đồng đều ở lõi sợi và khác nhau
rõ rệt với chiết suất lớp vỏ phản xạ. Các tia sáng từ nguồn sáng truyền vào
sợi quang với góc tới khác nhau sẽ truyền theo những đường truyền khác
nhau, tức là truyền cùng vận tốc nhưng thời gian đến cuối sợi sẽ khác nhau.
Do đó khi đưa một xung ánh sáng vào đầu sợi do hiện tượng tán sắc ánh
sáng nên cuối sợi nhận được một xung ánh sáng rộng hơn. Loại sợi này có
độ tán sắc lớn nên khơng thể truyền tín hiệu số tốc độ cao và cự ly quá dài.
10



b.
Sợi quang có chiết suất giảm dần (Sợi GI: GradienIndex):
Sợi GI có phân chiết suất hình Parabol, chỉ số chiết suất của lõi
khơng đều nhau, mà nó thay đổi một cách liên tục giảm dần từ tâm lõi ra
ranh giới phân cách lõi - vỏ, nên tia sáng truyền trong lõi bị uốn cong dần.
Độ tán sắc của GI nhỏ hơn nhiều so với sợi SI
2.3.

3.

Phân loại theo cấu trúc
• Sợi thủy tinh.
• Sợi lõi thủy tinh vỏ chất dẻo.
• Sợi thủy tinh nhiều thành phần.
• Sợi chất dẻo.

Đặc điểm:
Ưu điểm:
• Độ suy hao truyền dẫn thấp (cự ly trên 50km mới cần bộ lặp)
• Băng thơng lớn
• Chúng có thể sử dụng để thiết lập các đường truyền dẫn nhẹ
và mỏng (nhỏ)
• Khơng có xun âm với các đường sợi quang bên cạnh
• Khơng chịu ảnh hưởng của nhiễu cảm ứng sóng điện từ
• Tốc độ cao (>10Gb/s).
• Có độ an tồn, bảo mật cao.
• Tuổi thọ dài.
• Có thể triển khai trong nhiều địa hình khác nhau.
• Khơng bị rị rỉ tín hiệu và dễ kéo dài khi cần.

• Độ tổn hao thấp nên cần ít repeater.
• Dễ lắp đặt và bảo dưỡng.
• Dung lượng lớn
Nhược điểm:
• Chi phí lắp đặt cao
• Khó đấu nối
• Khó sửa chữa nếu bị đứt cáp
• Khó thể lắp đặt theo những đường gấp khúc.

IV.

ĐẶC TÍNH CỦA TRUYỀN THƠNG QUANG
11


1.

Tổng quan hệ thống thông tin quang:
Để thiết lập một hệ thống truyền dẫn hợp lý, việc lựa chọn môi trường
truyền dẫn, phương pháp truyền dẫn và phương pháp điều chế/ ghép kênh
phải được xem xét trước tiên. Cho đến nay thì khơng gian được sử dụng một
cách rộng rãi cho thơng tin vơ tuyến, cịn cáp đối xứng và cáp đồng trục cho
thông tin hữu tuyến phương pháp truyền dẫn hiện đang sẵn có dựa trên việc
sử dụng cáp quang.
Sự điều chế sóng mang quang của hệ thống truyền dẫn quang hiện nay
được thực hiện với sự điều chế theo mật độ vì các ngun nhân sau:
(1) Sóng mang quang, nhận được từ các phần tử phát quang hiện có,
khơng đủ ổn định để phát thơng tin sau khi có sự thay đổi về pha và độ
khuyếch đại và phần lớn khơng phải là các sóng mang đơn tần. Đặc biệt các
điốt phát quang đều không phải là nhất qn và vì vậy có thể coi ánh sáng

đại loại như tiếng ồn thay vì sóng mang. Do đó,chỉ có năng lượng là cường
độ ánh sáng tức thời được sửdụng.
(2) Hiện nay, các Laser bán dẫn được chế tạo đã có tính nhất qn
tuyệt vời và do đó có khảnăng cung cấp sóng mang quang ổn định.Tuy
nhiên, cơng nghệ tạo phách - Một công nghệ biến đổi tần số cần thiết để điều
chếpha - còn chưa được phát triển đầy đủ.
(3) Nếu một sóng mang đơn tần có tần số cao được phát đi theo cáp
quang đa mode - điều mà có thể xử lý một cách dễ dàng - thì các đặc tính
truyền dẫn thay đổi tương đối phức tạp và cáp quang bị dao động do sự giao
thoa gây ra bởi sự biến đổi mode hoặc do phản xạ trong khi truyền dẫn và
kết quả là rất khó sản xuất một hệthống truyền dẫn ổn định.
Vì vậy, trong nhiều ứng dụng, việc sử dụng phương pháp điều chế
mật độ có khả năng sẽ được tiếp tục.
Đối với trường hợp đều chế quang theo mật độ(IM) có rất nhiều
phương pháp để biến đổi tín hiệu quang thơng qua việc điều chế và ghép
kênh các tín hiệu cần phát.
Phương pháp phân chia theo thời gian (TDM) được sử dụng một cách
rộng rãi khi ghép kênh các tín hiệu như số liệu, âm thanh điều chế xung mã
PCM (64kb/s) và số liệu video digital. Tuy nhiên, trong truyền dẫn cự ly
ngắn, của các tín hiệu video băng rộng rãi cũng có thể sử dụng phương pháp
truyền dẫn analog.
Phương pháp điều chế mật độ số DIM – phương pháp truyền các kênh
tín hiệu video bằng IM - và phương pháp thực hiện điều chế tần số (FM) và
12


điều chế tần số xung (PFM) sớm để tăng cự ly truyền dẫn có thể được sử
dụng cho mục tiêu này.
Ngoài TDM và FDM, phương pháp phân chia theo bước sóng (WDM)
-phương pháp điều chế một số sóng mang quang có các bước sóng khác

nhau thành các tín hiệu điện khác nhau và sau đó có thể truyền chúng qua
một sợi cáp quang cũng đang được sử dụng.
Hơn nữa, khi truyền nhiều kênh thông qua cáp quang, một số lượng
lớn các dữ liệu có thể được gửi đi nhờ gia tăng số lõi cáp sau khi đã ghép các
kênh trên. Phương pháp này được gọi là ghép kênh SDM.
Hệ thống truyền dẫn quang có thể được thiết lập bằng cách sử dụng
hỗn hợp TDM/FDM, WDM và SDM. Chúng ta có thể thấy rằng hệ thống
truyền dẫn quang cũng tương tự như phương pháp truyền dẫn cáp đôi và cáp
đồng trục truyền thống, chỉ có khác là nó biến đổi các tín hiệu điện thành tín
hiệu quang và ngược lại tại đầu thu.
Phương pháp truyền dẫn analog có thể được tiến hành chỉ với một bộ
khuyếch đại tạo điều kiện để phía thu nhận được mức ra theo yêu cầu bằng
cách biến đổi các tín hiệu điện thành các tín hiệu quang và ngược lại. Khi sử
dụng phương pháp điều chế PCM thì mọi chức năng giải điều chế tương ứng
với nó cần được gán cho phía thu.
Cho tới đây, chúng ta đã mô tả các chức năng cơ bản của hệ thống
truyền dẫn quang. Ngồi những phần đã trình bày ở trên, hệthống hoạt động
thực tế cịn có thêm một mạch ổn định đầu ra của các tín hiệu quang cần
phát, một mạch AGC để duy trì tính đồng nhất của đầu ra tín hiệu điện ở
phía thu và một mạch để giám sát mỗi phía.
2.

Đặc tính sợi quang ảnh hưởng đến hệ thống:
Các sợi quang có khả năng truyền những lượng lớn thông tin. Với
công nghệ hiện nay trên hai sợi quang có thể truyền được đồng thời 60.000
cuộc đàm thoại. Một cáp sợi quang (có đường kính ngồi 2 cm) có thể chứa
được khoảng 200 sợi quang, sẽ tăng được dung lượng đường truyền lên
6.000.000 cuộc đàm thoại. So với các phương tiện truyền dẫn bằng dây
thông thường, một cáp lớn gồm nhiều đơi dây có thể truyền được 500 cuộc
đàm thoại. một cáp đồng trục có khả năng với 10.000 cuộc đàm thoại và một

tuyến viba hay vệ tinh có thể mang được 2000 cuộc gọi đồng thời.
•
Kích thước và trọng lượng nhỏ: so với một cáp đồng có
cùng dung lượng cáp sợi quang có đường kính nhỏ hơn và khối lượng
nhẹ hơn nhiều. Do đó dễ lắp đặt chúng hơn, đặc biệt ở những vị trí có
13


sẵn dành cho cáp (như trong các đường ống đứng trong các tịa nhà), ở
đó khoảng khơng là rất ít.
•
Khơng bị nhiễu điện truyền dẫn bằng sợi quang không bị
ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ (EMI) hay nhiễu tần số vơ tuyến (RFI)
và nó khơng tạo ra bất kỳ sự nhiễu nội tại nào. Sợi quang có thể cung
cấp một đường truyền “sạch" ở những môi trường khắc nghiệt nhất.
Các công ty điện lực sử dụng cáp quang, dọc theo các đường dây điện
cao thế để cung cấp đường thông tin rõ ràng giữa các trạm biến áp.
Cáp sợi quang cũng khơng bị xun âm. Thậm chí dù ánh sáng bị bức
xạ ra từ một sợi quang thì nó khơng thể thâm nhập vào sợi quang khác
được.
•
Tính cách điện: sợi quang là một vật cách điện. Sợi thủy
tinh này loại bỏ nhu cầu về các dịng điện cho đường thơng tin. Cáp
sợi quang làm bằng chất điện mơi thích hợp khơng chứa vật dẫn điện
và có thể cho phép cách điện hồn tồn cho nhiều ứng dụng. Nó có
thể loại bỏ được nhiễu gây bởi các dòng điện chạy vòng dưới đất hay
những trường hợp nguy hiểm gây bởi sự phóng điện trên các đường
dây thơng tin như sét hay những trục trặc về điện. Đây thực sự là một
phương tiện an toàn thường được dùng ở nơi cần cách điện.
•

Tính bảo mật: sợi quang cung cấp độ bảo mật thơng tin
cao. Một sợi quang khơng thể bị trích để lấy trộm thông tin bằng các
phương tiện điện thông thường như sự dẫn điện trên bề mặt hay cảm
ứng điện từ, và rất khó trích để lấy thơng tin ở dạng tín hiệu quang.
Các tia sáng truyền lan ở tâm sợi quang và rất ít hoặc khơng có tia nào
thốt khỏi sợi quang đó. Thậm chí nếu đã trích vào sợi quang được rồi
thì nó có thể bị phát hiện nhờ kiểm tra công suất ánh sáng thu được tại
đầu cuối. Trong khi các tín hiệu thơng tin vệ tinh và viba có thể dễ
dàng thu để giải mã được.
•
Độ tin cậy cao và dễ bảo dưỡng :sợi quang là một
phương tiện truyền dẫn đồng nhất và không gây ra hiện tượng phađinh. Những tuyến cáp quang được thiết kế thích hợp có thể chịu
đựng được những điều kiện về nhiệt độ và độ ẩm khắc nghiệt và thậm
chí có thể hoạt động ở dưới nước. Sợi quang có thời gian hoạt động
lâu, ước tính trên 30 năm đối với một số cáp. Yêu cầu về bảo dưỡng
đối với một hệ thống cáp quang là ít hơn so với yêu cầu của một hệ
thống thơng thường do cần ít bộ lặp điện hơn trong một tuyến thông
tin; trong cáp không có dây đồng, là yếu tố có thể bị mịn dần và gây
14


ra mất hoặc lúc có lúc khơng có tín hiệu; và cáp quang cũng không bị
ảnh hưởng bởi sự ngắn mạch, sự tăng vọt điện áp nguồn hay tĩnh điện.
•
Tính linh hoạt: các hệ thống thông tin quang đều khả
dụng cho hầu hết các dạng thông tin số liệu, thoại và video. Các hệ
thống này đều có thể tương thích với các chuẩn RS.232, RS422, V.35,
Ethernet, Arcnet, FDDI, T1, T2, T3, Sonet, thoại 2/4 dây, tín hiệu
E/M, video tổng hợp và cịn nhiều nữa.
•

Tính mở rộng: các hệ thống sợi quang được thiết kế thích
hợp có thể dễ dàng được mở rộng khi cần thiết. Một hệ thống dùng
cho tốc độ số liệu thấp, ví dụ T1 (I 544 Mb/s) có thể được nâng cấp
trở thành một hệ thống tốc độ số liệu cao hơn, OC-12 (622 Mb/s),
bằng cách thay đổi các thiết bị điện tử. Hệ thống cáp sợi quang có thế
vẫn được giữ ngun như cũ.
•
Sự tái tạo tín hiệu: cơng nghệ ngày nay cho phép thực
hiện những đường truyền thông bằng cáp quang dài trên 70 km trước
khi cần tái tạo tín hiệu, khoảng cách này cịn có thể tăng lên tới 150
km nhờ sử dụng các bộ khuếch đại laze. Trong tương lai, cơng nghệ
có thể mở rộng khoảng cách này lên tới 200 km và có thể 1000 km.
Chi phí tiết kiệm được do sử dụng ít các bộ lắp trung gian và việc bảo
dưỡng chúng có thể là khá lớn. Ngược lại, các hệ thống cáp điện
thơng thường cứ vài km có thể đã cần có một bộ lặp.
•
Tín hiệu ánh sáng : Khơng giống tín hiệu điện trong cáp
đồng, tín hiệu ánh sáng từ sợi quang không bị nhiễu với những sợi
khác trong cùng cáp. Điều này làm cho chất lượng tín hiệu tốt hơn.
•
Sử dụng điện nguồn ít hơn : Bởi vì tín hiệu trong cáp
quang giảm ít, máy phát có thể sử dụng nguồn thấp hơn thay vì máy
phát với điện thế cao được dùng trong cáp đồng.
•
Hiệu số : cáp quang lý tưởng thích hợp để tải thơng tin
dạng số mà đặc biệt hữu dụng trong mạng máy tính.
•
Khơng cháy : Vì khơng có điện xun qua cáp quang, vì
vậy khơng có nguy cơ hỏa hạn xảy ra.
3.


Đặc điểm của thông tin Quang
Cùng với thông tin hữu tuyến và vô tuyến, các loại thông tin sử dụng
môi trường truyền dẫn tương ứng là dây dẫn kim loại và không gian. Thông
tin quang sử dụng môi trường truyền dẫn là sợi quang. ở đây tín hiệu được
15


biến đổi thành ánh sáng và được truyến qua cáp sợi quang tới nơi nhận và
được biến đổi trở thành tín hiệu ban đầu.
Vai trị của kênh thơng tin sợi quang là truyền dẫn những tín hiệu
quang từ đầu phát qua bộ chuyển đổi tới kênh dẫn bằng sợi quang đến đầu
thu mà không bị méo dạng hoặc sai lệch. Như vậy các thiết bị đầu cuối
quang đă có sự biến đổi tín hiệu điện thành tín thiệu quang và ngược lại.
Hệ thống thơng tin quang có nhiều ưu điểm so với các hệ thống sử
dụng cáp đồng trục và vơ tuyến do đặc tính sau của cáp sợi quang.
Suy hao truyền dẫn thấp (0,35 – 0,4 db/km ở bước sóng 1300
nm - và 0,2 – 0,25 db/km ở bước sóng 1550 nm)
Độ rộng băng thơng lớn ( vào khoảng 15Thz ở bước sóng 1300
- nm và 1500 nm)
Kích thước nhỏ, trọng lượng thấp
Không ảnh hưởng của điện từ trường bên ngoài
Cách điện
Kinh tế : nguyên liệu để sản xuất sợi quang là thạch anh dồi dào
hơn nhiều so với kim loại, tiêu tốn vật liệu trên sản phẩm thấp. Bên cạnh đó
các linh kiên thu và phát sợi quang trong hệ thống thơng tin quang có nhiều
ưu điểm.
Có khả năng điều chế tốc độ cao nên ứng dụng rất hiệu quả
Trong truyền dẫn tốc độ cao và thông tin băng rộng
Kích thước nhỏ, hiệu suất biến đổi quang điện cao

Khả năng phát xạ công suất quang lớn, máy thu có độ nhạy cao
nên thơng tin dài
Các ưu điểm nổi bật nhất của phương thức thông tin quang so với các
phương thức thông tin khác.
Ưu điểm về dung lượng
Ưu điểm về chất lượng tín hiệu
Ưu điểm về điều kiện bảo dưỡng, tác động môi trường tuổi thọ
Bên cạnh những ưu điểm ưu điểm cũng có một số nhược điểm sau:
Đương kính sợi nhỏ, trọng lượng nhỏ dẫn đến khó đấu nối
Cần có đường dây, các đương dây cấp nguồn cho tiếp phát
Cần có phương thức chỉnh lơi mới (cáp)
Tuy nhiên với những ưu điểm trên hệ thống thông tin quang coi là hệ
thống triển vọng nhất trong mạng truyền thông tin và được áp dụng rộng răi
trên thực tế.
16


4.

Một số vấn đề cần quan tâm của mạng truyền thơng quang
Có 3 yếu tố cơ bản của sợi quang ảnh hưởng đến khả năng của các hệ
thống thông tin quang, bao gồm:
• Suy hao
• Tán sắc
• Hiện tượng phi tuyến xảy ra trong sợi quang
Tuy nhiên, đối với các hệ thống khác nhau thì mức độ ảnh hưởng của
các yếu tố này cũng khác nhau.
Ví dụ: • Đối với các hệ thống cự ly ngắn, dung lượng thấp thì yếu tố
chủ yếu cần quan tâm là suy hao.
• Đối với các hệ thống tốc độ cao, cự ly tương đối lớn thì yếu

tố chủ yếu cần quan tâm là suy hao và tán sắc.
• Đối với các hệ thống cự ly dài và dung lượng rất lớn thì ngồi
2 yếu tố trên cần phải xem xét đến các hiệu ứng phi tuyến.
4.1.

Suy hao do hấp thu.
Hấp thu do tạp chất kim loại: các tạp chất trong thuỷ tinh là một
trong những nguồn hấp thụ năng lượng ánh sáng.
Các tạp chất thường gặp là sắt (Fe), đồng (Cu). Mangan (Mn),
chronium (Ci), nikel (Ni) Mức độ hấp thụ của chúng phụ thuộc vào từng loại
tạp chất, và nồng độ tạp chất, bước sóng ánh sáng truyền qua nó.
Để có được sợi quang có độ suy hao dưới 1dB/km cần phải có
thuỷ tinh thật tinh khiết và nồng độ tạp chất không quá.
- Ngay cả khi sợi quang được chế tạo bằng bạch kim có độ tinh
khiết cao thì sự hấp thụ vẫn xảy ra. Bản thân thuỷ tinh tinh khiết cũng hấp
thụ ánh sáng trong vùng cực tím và hồng ngoại, độ hấp thụ thay đổi theo
bước sóng. Sự hấp thụ trong vùng hồng ngoại gây trở ngại cho khuynh
hướng sử dụng các bước sóng dài trong thơng tin quang.
4.2.

Suy hao do tán xạ tán xạ Rayleigh
Khi sóng điện từ truyền trong môi trường điện gặp những chỗ
không đồng nhất sẽ gây ra hiện tượng tán xạ. Những chỗ không đồng nhất
trong sợi quang do cách sắp xếp của các phần tử thuỷ tinh, các khuyết tật
của sợi như bọt khí, các vết nứt...
Khi kích thước của vùng khơng đồng nhất vào khoảng 1/10
bước sóng thì chúng trở thành những nguồn điểm để tán xạ.
17



Các tia sáng truyền qua những chỗ không đồng nhất này sẽ toả
ra nhiều hướng. Chỉ một phần năng lượng ánh sáng truyền qua hướng cũ,
phần còn lại truyền theo hướng khác, thậm chí truyền ngược về phía nguồn
quang.
Tán xạ do mặt phân cách giữa lõi và lớp bọc không hồn hảo
khi tia sáng truyền đến những chỗ khơng hồn hảo giữa lõi và lớp vỏ bọc, tia
sáng sẽ bị tán xạ và lúc đó tia sáng sẽ có nhiều tia phản xạ với các góc phản
xạ khác nhau. Những tia góc phản xạ nhỏ hơn góc tới hạn sẽ khúc xạ ra lớp
vỏ bọc và bị suy hao dần.
4.3.

Tán xạ do sợi bị uốn cong
Vi uốn cong : khi sợi quang bị chèn ép tạo ra những chỗ uốn
cong nhỏ thì suy hao của sợi cũng tăng. Sự suy hao này xuất hiện do tia sáng
bị lệch trục khi đi qua những chỗ vi uốn cong đó.
Một cách chính xác hơn, sự phân bố thường bị sáo trộn khi đi
qua những chỗ vi uốn cong và dẫn tới sự phản xạ năng lượng ra khỏi lõi sợi.
Đặc biệt sợi đơn mode rất nhạy với những chỗ vi uốn cong nhất là bước
sóng dài
Uốn cong : khi sợi bị uốn cong với bán kính uốn cong càng nhỏ
thì suy hao càng tăng. Dĩ nhiên không thể tránh khỏi được việc uốn cong sợi
quang trong quá trình chế tạo và lắp đăt.
Song nếu giữ cho bán kính uốn cong lớn hơn một bán kính tổi
thiểu cho phép sự suy hao do uốn cong khơng đáng kể. Bán kính tối thiểu do
nhà sản xuất đề nghị, thông thường từ 30mm đến 50 mm.
4.4.

Một số nhược điểm khác
Tuy nhiên bên cạnh những mặt ưu điểm đó cũng có những
nhược điểm nhất định nào đó:

Việc đấu nối sợi quang khó thực hiện hơn các loại khác.
Việc cấp nguông cho các trạm lặp ở xa khó khăn.
Khơng truyền được mã lưỡng cực.
Những nhược điểm này đã và đang được khắc phục bởi nên
khoa học và công nghệ tiên tiến ngày càng hiện đại. Sự truyền dẫn thơng tin
quang đang trở thành phương pháp có triển vọng hiệu quả kinh tế nhất hiện
nay.

18


IV. KẾT LUẬN
- Nhờ sự hình thành và phát triển của hệ thống truyền thơng mà q trình
truyền thơng tin ngày nay cải thiện rất nhiều so với trước.

Tài liệu tham khảo: Optical communication - iZito Wiki

19


20