Bài giảng Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin quang

Bài giảng Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin quang tập trung trình bày một số khái niệm và kiến thức tổng quan về hệ thống thông tin quang sợi. Mời các bạn cùng tìm hiểu và tham khảo nội dung thông tin tài liệu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin quangChương 1 Tổng quan hệ thống thông tinquang Một hệ thống thông tin truyền dẫn thông tin từ một nơi này đến một nơi kháccách nhau chỉ vài km tới hàng chục ngàn km. Thông tin thường được mang bởi mộtsóng mang sóng điện từ mà tần số có thể biến đổi từ một vài MHz tới hàng trămTHz. Các hệ thống thông tin quang sử dụng các tần số cao lên tới hàng trăm THztrong vùng nhìn thấy hoặc hồng ngoại gần của phổ sóng điện từ. Trong các hệ thốngthông tin quang thì các hệ thống quang sợi sử dụng sợi quang để truyền thông tinchiếm chủ yếu. Các hệ thống này đã được sử dụng rộng rãi từ 1980 và đã tạo nêncuộc cách mạng trong viễn thông. Và chính công nghệ quang sợi cùng với vi điện tửđã mở ra kỷ nguyên công nghệ thông tin từ những năm 1990. Trong chương đầutiên của bài giảng này chúng tôi sẽ trìn bày một số khái niệm và kiến thức tổng quanvề hệ thống thông tin quang sợi. Các chương tiếp theo sau sẽ đi vào chi tiết từngthành phần cơ bản trong hệ thống thông tin quang.1.1 Lịch sử phát triển thông tin quang Thông tin quang là kỹ thuật truyền thông tin bằng ánh sáng và từ xa xưa conngười đã sử dụng phương thức này để báo tin cho nhau ở khoảng cách xa. Tuynhiên sự phát triển các hệ thống thông tin liên lạc trước 1980 đều dựa trên cơ chếtruyền dẫn điện và trải qua quá trình phát triển từ điện báo, điện thoại cho đến cápđồng, viba số.Theo thời gian những thay đổi về mặt kỹ thuật công nghệ tạo ra sựtăng trưởng nhanh về năng lực truyền dẫn thông tin. Năng lực của một hệ thốngthông tin được đánh giá qua tích tốc độ bit và khoảng cách (B.L), trong đó B là tốcđộ bit và L là khoảng cách truyền dẫn giữa thiết bị lặp. Việc ra đời các hệ thốngtruyền dẫn quang sự tăng mạnh về năng lực truyền dẫn mở ra thời kỳ mới cho hệthống mạng viễn thông. Những phát triểncủa thông tin quang có được bắt nguồn từnhững nỗ lực nghiên cứu tiên phong về nguồn quang laser bán dẫn từ trước năm1960 và chế tạo sợi quang thủy tinh có suy hao nhỏ những năm 1960-70. Trong đónổi bật phải kể đến những nghiên cứu đột phá của GS. Charles K. Kao, người đã 1đoạt giải Nobel vật lý năm 2009 cho công trình chế tạo sợi quang dùng cho thôngtin quang. Hình 1-1 Sự tăng trưởng về tích tốc đô-khoảng cách BL trong khoảng thời gian 1850 đến 2000. Mỗi dấu tròn đen đánh dấu sự xuất hiện của một công nghệ mới. Kết quả nghiên cứu Kết quả hệ thống thương mại hóa Hình 1-2 Sự tăng trưởng về dung lượng của các hệ thống thông tin quang được thực hiệnsau năm 1980. Các đường chấm chỉ ra sự tăng trưởng theo dạng gần hàm mũ về tốc độ bit ở cả hai hệ thống nghiên cứu và hệ thống thương mại. Giai đoạn nghiên cứu các hệ thống thông tin sợi quang đã bắt đầu khoảngnăm 1975. Hình 1-2 cho thấy sự tăng dung lượng hệ thống thông tin quang đượcthực hiện từ sau 1980 qua một số giai đoạn phát triển. Các sản phẩm hệ thốngthương mại thường đi sau giai đoạn nghiên cứu và phát triển mất khoảng vài năm.Quá trình phát triển mạnh mẽ của hệ thống được thực hiện trên 25 năm từ 1975 đếnnăm 2000 có thể được phân thành một số thế hệ rõ rệt. Hình 1-3 cho thấy sự tăng về 2tích BL theo thời gian được xác định qua các thí nghiệm được tiến hành khác nhau.Đường thẳng tương ứng với sự tăng gấp đôi về tích BL mỗi năm. Mỗi thế hệ, BLtăng mạnh ở thời kỳ đầu sau đó bắt đầu bão hòa khi công nghệ đạt được độ chín củanó. Mỗi thế hệ mới đem lại sự thay đổi cơ bản giúp cải thiện tốt hơn hiệu năng củahệ thống. Thế hệ đầu tiên của các hệ thống sợi quang hoạt động gần 0,8 µm và sử dụngcác nguồn laser bán dẫn GaAs. Các hệ thống này được thương mại hóa năm 1980hoạt động tại tốc độ 45 Mb/s và cho phép khoảng cách lặp chỉ khoảng 10 km. Tuylà thế hệ thông tin quang đầu tiên nhưng hiệu năng của hệ thống đã cao hơn nhiềuso với các hệ thống truyền dẫn cáp đồng truyền thống thời đó. Hình 1-3 Sự tăng về tích BL trong giai đoạn 1975 đến 2000 qua một số thế hệ hệ thống thông tin quang. Các ký hiệu khác nhau mô tả cho các thế hệ kế tiếp nhau. Khoảng cách lặp có thể được tăng lên đáng kể khi hệ thống sợi quang hoạtđộng tại vùng bước sóng gần 1,3 µm mà ở đó suy hao của sợi nhỏ hơn 1 dB/km.Thêm nữa các sợi quang lúc đó có đặc tính tán sắc nhỏ nhất trong vùng bước sóngnày. Do đó đã có nhiều nỗ lực trong việc phát triển các laser và các linh kiện thubán dẫn InGaAsP hoạt động gần 1,3 µm. Thế hệ các hệ thống thông tin sợi quangthứ hai đã trở nên sẵn sang vào đầu thập kỷ 1980, nhưng tốc độ bít của các hệ thốngban đầu bị giới hạn dưới 100 Mb/s vì tán sắc trong các sợi đa mode. Giới hạn nàyđ ...