ĐỀ TÀI CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN CÁP QUANG
I. Lời Cảm ƠnII. Giới Thiệu Chung về hệ thống thông tin quang.
Năm 1966, Charles Kuen Kao và George Hockman, hai kỹ
sư trẻ tại Phòng thí nghiệm chuẩn viễn thông (Anh), đã công bố khám phá mới đầy
hứa hẹn về khả năng của sợi quang - những sợi thủy tinh hoặc nhựa trong suốt,
linh hoạt và mỏng hơn một sợi tóc.
Đến năm 1970, Corning Glass Works, hãng sản xuất gốm
sứ và thủy tinh của Mỹ, lần đầu tiên sản xuất thành công sợi cáp quang thành
phẩm có thể sử dụng để truyền dữ liệu tốc độ cao và sao đó đã được các công ty
viễn thông triển khai sử dụng.
Tuy nhiên phải đến những năm 90 với sự bùng nổ của
internet đã khiến công nghệ cáp quang được ứng dụng rộng rãi và trở nên không
thể thiếu trong việc truyền tải dữ liện. Cáp quang là cơ sở của Internet và
Wi-Fi. Hiện nay, mọi doanh nghiệp với mạng LAN đều sử dụng nó. Mọi người cũng
nhờ đến cáp quang mỗi khi gửi e-mail, tin nhắn SMS, ảnh, video và các file dữ
liệu khác.
Và mọt thực tế cho thấy, truyền dẫn quang đang dần thay thế truyền dẫn đồng. Bằng chứng là các nhà cung cấp mạng hiện nay đang dần thay thế cáp đồng sang cáp quang. Ngay cả gói cước thấp nhất hiện nay cũng được sử dụng cáp quang. Còn các nhà khai thác viễn thông không giây cũng tích cực cải thiện tuyến truyền dẫn, xây dựng các trạm 3G phát triển lên 3.5G và 4G trong tương lai gần.
1. Cấu tạo của cáp quang
Cáp quang có cấu tạo gồm dây dẫn trung tâm là sợi thủy
tinh hoặc plastic đã được tinh chế nhằm cho phép truyền đi tối đa các tín hiệu
ánh sáng. Sợi quang được tráng một lớp lót nhằm phản chiếu tốt các tín hiệu ánh
sáng và hạn chế sự gẫy gập của sợi cáp quang.
Sợi cáp quang được cấu tạo từ ba thành phần chính:
Lõi (core)
Hình 1
Lớp phản xạ ánh sáng (cladding)
Lớp vỏ bảo vệ chính (primary coating hay còn gọi
coating, primary buffer).
Core được làm bằng sợi thủy tinh hoặc plastic dùng
truyền dẫn ánh sáng. Bao bọc core là cladding – lớp thủy tinh hay plastic –
nhằm bảo vệ và phản xạ ánh sáng trở lại core. Primary coating là lớp vỏ nhựa
PVC giúp bảo vệ core và cladding không bị bụi, ẩm, trầy xước.
Hình 2
Hai loại cáp quang phổ biến là GOF (Glass Optical
Fiber) – cáp quang làm bằng thuỷ tinh và POF (Plastic Optical Fiber) – cáp quang
làm bằng plastic. POF có đường kính core khá lớn khoảng 1mm, sử dụng cho truyền
dẫn tín hiệu khoảng cách ngắn, mạng tốc độ thấp. Trên các tài liệu kỹ thuật,
bạn thường thấy cáp quang GOF ghi các thông số 9/125µm, 50/125µm hay
62,5/125µm, đây là đường kính của core/cladding; còn primary coating có đường
kính mặc định là 250µm.
Hình 3
Bảo vệ sợi cáp quang là lớp vỏ ngoài gồm nhiều lớp
khác nhau tùy theo cấu tạo, tính chất của mỗi loại cáp. Nhưng có ba lớp bảo vệ
chính là lớp chịu lực kéo (strength member), lớp vỏ bảo vệ ngoài (buffer) và
lớp áo giáp (jacket) – tùy theo tài liệu sẽ có tên gọi khác nhau. Strength
member là lớp chịu nhiệt, chịu kéo căng, thường làm từ các sợi Kevlar. Buffer
thường làm bằng nhựa PVC, bảo vệ tránh va đập, ẩm ướt. Lớp bảo vệ ngoài cùng là
Jacket. Mỗi loại cáp, tùy theo yêu cầu sử dụng sẽ có thêm các lớp jacket khác
nhau. Jacket có khả năng chịu va đập, nhiệt và chịu mài mòn, bảo vệ phần bên
trong tránh ẩm ướt và các ảnh hưởng từ môi trường.
Có hai cách thiết kế khác nhau để bảo vệ sợi cáp quang
là ống đệm không chặt (loose-tube) và ống đệm chặt (tight buffer).
Loose-tube thường dùng ngoài trời (outdoor), cho phép
chứa nhiều sợi quang bên trong. Loose-tube giúp sợi cáp quang “giãn nở” trước
sự thay đổi nhiệt độ, co giãn tự nhiên, không bị căng, bẻ gập ở những chỗ cong.
Hình 4
Tight-buffer thường dùng trong nhà (indoor), bao bọc
khít sợi cáp quang (như cáp điện), giúp dễ lắp đặt khi thi công.
Hình5
2. Phân loại cáp quang
2. Phân loại cáp quang
Cáp quang Singlemode (SM) có đường
kính core khá nhỏ (khoảng 9µm), sử dụng nguồn phát laser truyền tia sáng xuyên
suốt vì vậy tín hiệu ít bị suy hao và có tốc độ khá lớn. SM thường hoạt động ở
2 bước sóng (wavelength) 1310nm, 1550nm.
Hình 6
Cáp quang Singlemode truyền được dữ
liệu với khoảng cách không giới rất xa, được các đơn vị viễn thông sử dụng để
truyền dữ liệu trong hệ thống của họ. Hiện nay các dịch vụ viễn thông hiện nay
được rất đông đảo người dân sử dụng nên các nhà cung cấp dịch vụ liên tục phải
mở rộng hệ thống truyền dẫn quang của họ để có thể đáp ứng nhu cầu của khách
hàng, do vậy đã làm cho cáp quang Singlemode trở nên rất phổ dụng, hạ thành hạ
đi rất nhiều.
Cáp quang Multimode (MM) có đường
kính core lớn hơn SM (khoảng 50µm, 62.5µm). MM sử dụng nguồn sáng LED (Light
Emitting Diode) hoặc laser để truyền tia sáng và thường hoạt động ở 2 bước sóng
850nm, 1300nm; MM có khoảng cách kết nối và tốc độ truyền dẫn nhỏ hơn SM.
Cáp quang Multimode hiện nay được sử
dụng rộng rãi trong các ứng dụng truyền dữ liệu với khoảng cách ≤ 5Km, thường
được các doanh nghiệp, cơ quan sử dụng trong các hệ thống mạng nội bộ, truyền
thông trong công nghiệp
Hình7
MM có hai kiểu truyền: chiết xuất bước (Step index) và chiết xuất liên tục (Graded index). Các tia sáng kiểu Step index truyền theo nhiều hướng khác nhau vì vậy có mức suy hao cao và tốc độ khá chậm. Step index ít phổ biến, thường dùng cho cáp quang POF. Các tia sáng kiểu Graded index truyền dẫn theo đường cong và hội tụ tại một điểm. Do đó Graded index ít suy hao và có tốc độ truyền dẫn cao hơn Step index. Graded index được sử dụng khá phổ biến.
Truyền dẫn tín hiệu trên cáp quang có hai dạng đơn
công (simplex) và song công (duplex). Simplex truyền tín hiệu chỉ 1 chiều.
Duplex có thể truyền nhận tín hiệu 1 chiều bán song công (half-Duplex) hoặc cả
2 chiều song công toàn phần (full-Duplex) Duplex ở cùng thời điểm tùy theo cách
cấu hình.
3. Ưu điểm của cáp quang
Dung lượng lớn
Kích thước và trọng lượng nhỏ do đó
dễ dàng lắp đặt
Không bị nhiễu bởi các tín hiện
điện, điện từ hoặc thậm chí cả bức xạ ánh sáng
Tính cách điện do được làm từ thủy
tinh, không chứa vật chất dẫn điện nên rất an toàn khi sử dụng trong các môi
trường đòi hỏi tính an toàn cao
Tính bảo mật cao do không thể bị
trích để lấy trộm thông tin bằng các phương tiện điện thông thường
Độ tin cậy cao do 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
Tính linh hoạt do 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 còn nhiều nữa
Dễ dàng nâng cấp khi chỉ cần thay thế thiết bị thu phát quang còn hệ thống cáp
sợi quang vẫn có thể được dữ nguyên.
4. FTTH là gì? Internet cáp quang là gì?
Internet cáp quang (FTTH) là dịch vụ viễn thông băng
thông rộng bằng cáp quang được nối đến tận nhà để cung cấp các dịch vụ tốc độ
cao như điện thoại, Internet tốc độ cao và TV. Bằng cách triển khai cáp quang
đến tận nhà khách hàng, tốc độ mạng sẽ nhờ vậy mà tăng lên gấp bội phần.
Internet cáp quang là cách gọi khác của
FTTH, FTTH là cụm từ viết tắt của thuật ngữ Fiber-To-The-Home. Là dịch vụ truy
cập Internet hiện đại nhất với đường truyền dẫn hoàn toàn bằng cáp quang đến
địa chỉ thuê bao. Mạng cáp quang được đưa đến địa chỉ thuê bao giúp khách hàng
sử dụng được đa dịch vụ trên mạng viễn thông chất lượng cao, kể cả dịch vụ truyền
hình giải trí.
Ưu điểm
của FTTH
- Đường truyền có tốc độ ổn định; tốc độ truy cập Internet cao.
- Không bị suy hao tín hiệu bởi nhiễu điện từ, thời tiết hay chiều dài cáp.
- An toàn cho thiết bị, không sợ sét đánh lan truyền trên đường dây.
- Nâng cấp băng thông dễ dàng mà không cần kéo cáp mới.
So sánh ADSL với FTTH
Tốc độ upload của FTTH vượt qua ngưỡng của chuẩn
ADSL2+ (1Mbps) hiện tại và có thể ngang bằng với tốc độ download. Vì vậy thích
hợp với việc truyền tải dữ liệu theo chiều từ trong mạng khách hàng ra ngoài
internet. Độ ổn định và tuổi thọ cao hơn dịch vụ ADSL do không bị ảnh hưởng bởi
nhiễu điện, từ trường; Khả năng nâng cấp tốc độ (download/upload) dễ dàng.
Bên cạnh các ứng dụng như ADSL, FTTH còn
có thể cung cấp Triple Play Services (dữ liệu, truyền hình, thoại), với ưu thế
băng thông vượt trội, FTTH sẵn sàng cho các ứng dụng đòi hỏi băng thông cao,
đặc biệt là truyền hình độ phân giải cao (HDTV) yêu cầu băng thông lên đến vài
chục Mbps, trong khi ADSL không đáp ứng được. Độ ổn định ngang bằng như dịch vụ
internet kênh thuê riêng Leased-line nhưng chi phí thuê bao hàng tháng thấp hơn
vài chục lần.
4. Các thành phần cơ bản khi đấu nối
a. Đường dây cáp quang: Dẫn
từ tủ cáp quang gần nhất về nhà bạn. Đường dây này phải đạt tiêu chuẫn không
gấp khúc (gãy), tại một điểm uốn phải có độ cong tiêu chuẫn.
Hình 8
b. Hộp phối quang (OPTICAL DISTRIBUTION FRAME) :
Cuối đường dây cáp quang vào nhà bạn và trước các
thiết bị khác là nơi lắp đặt hộp phối quang. Thông thường sử dụng là hộp phối
quang treo.
Hình9
c. Bộ chuyển đổi (Converter): Tính
hiệu ánh sáng sẽ được bộ chuyển đổi chuyển thành tính hiệu điện trước khi vào
Router.
Hình10
d. Router: router
thường có 2 cổng ký hiệu WAN và LAN. Cổng WAN được kết nối đến Bộ chuyển đổi
bằng cáp đồng qua đầu nối RJ45. Cổng LAN được kết nối đến Switch cũng bằng cáp
đồng qua RJ45.
Hình11
e. Đầu nối: Là nơi
kết nối các thiết bị truyền nhận quang. Thường có hai dạng Vuông hoặc Tròn
Hình12
f. Dây nhảy quang (Patchcord): Kết nối giữa hộp phối quang và bộ chuyển đổi là 2
dây nhãy quang qua 4 đầu nối.
hình 13
g. Cáp đồng và đầu nối RJ45: Kết nối giữa ngõ ra bộ chuyển đổi và ngõ vào WAN
của Modem, giữa ngõ ra LAN của Modem và ngõ vào của Switch.
5. Sơ đồ đấu nối: Hình
