Posted on 5th Aug 2013 @ 11:05 AM

Cơ bản về cáp quang | Cấu tạo của cáp quang, Các đặc điểm, phân loại cáp 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.

 

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)

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.

 

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.

 

 

 

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.

 

Tight-buffer thường dùng trong nhà (indoor), bao bọc khít sợi cáp quang (như cáp điện), giúp dễ lắp đặt khi thi công

 

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.

   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

 

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.

 

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.

 

c. Bộ chuyển đổi (Converter): Tính hiệu ánh sáng sẽ được bộ chuyển đổi chuyển thành tính hiệu điện trước khi vào Router.

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.

 

e. Đầu nối: Là nơi kết nối các thiết bị truyền nhận quang. Thường có hai dạng Vuông hoặc Tròn

 

f. Dây nhãy quang (Patchcord): Kết nối giữa hộp phối quang và bộ chuyển đổi là 2 dây nhãy quang qua 4 đầu nối.

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:

Xem thêm về các loại đường truyền kết nối internet:

Internet là gì?

  Internet là một hệ thống mạng toàn cầu nhằm kết nối hệ thống máy tính, server trên thế giới lại với nhau, tạo thành một hệ thống mạng máy tính, nơi người ta có thể trao đổi, tương tác thông tin qua lại với nhau trên phạm vi toàn thế giới.

Hệ Internet Dial-up là gì?

 Để kết nối các máy tính trên toàn thế giới, một nước, một vùng hay khu vực lại với nhau, thì cần thiết lập một hệ thống cơ sở hạ tầng viễn thông, để việc truyền thông giữa các máy tính được thực hiện. Tuy nhiên trong giai đoạn đầu, không rễ gì để thực hiện nhanh trong việc này, người ta mới nghĩ đến việc sử dụng mạng điện thoại có sẵn để thực hiện kết nối máy tính với nhau nhờ card module data mở rộng.

Việc kết nối thông qua mạng điện thoại người ta gọi là hệ thống dial-up. tuy nhiên mạng điện thoại vốn là để thiết kế cho truyền giọng nói, âm thanh, nên tốc độ truyền rất thấp, chỉ vài chục đến trăm kBps.

 Ngày nay, vẫn tồn tại loại hình dịch vụ này, người ta dùng nó để kết nối trong trường hợp để dùng tạm, cấp thiết không có hệ thống khác thay thế.

Hệ thống kết nối Internet qua đường truyền ADSL là gì?

  Nhu cầu làm việc với máy tính đòi hỏi cần phải có băng thông lớn hơn cho các ứng dụng như truyền files dữ liệu, chat, emails... Tuy nhiên, việc xây dựng cơ sở hạ tầng viễn thông không thể rễ dàng thực hiện được trong một sớm một chiều, vì vậy người ta nghĩ ngay đến việc sử dụng cáp điện thoại làm nền cho việc mở rộng mạng máy tính băng thông rộng.

  Qua quá trình nghiên cứu, đào sâu vào nhu cầu thực tế, các nhà khoa học viễn thông phát triển chuẩn truyền thông ADSL - Chuẩn truyền thông băng rộng. một chuẩn thông dụng nhất hiện nay trên thế giới, hiện nay có tới trên 70% ( hiện chúng tôi chưa có con số cụ thể) thuê bao trên thế giới dùng chuẩn này kết nối.

  ADSL là chuẩn kết nối về điện, mục đích của nó là dùng để kết nối các máy tính ở xa lai với nhau, khoảng cách có thể lên tới trên 5km, với băng thông kết nối đủ phục vụ nhu cầu truyền files, emails, chat... ADSL là chuẩn bất đối xứng có nghĩa là tốc độ download và upload không bằng nhau ví dụ bạn nghe nhà mạng nói: tốc độ kết nối là 3M, đọc là 3 Mê (phiên dịch cho rễ hiểu), người nói ngầm ám chỉ tốc độ download là 3 Mbps (tức 3 Mega bit trong 1 giây), thông thường tốc độ upload ở vào khoảng 512 kbps. Chuẩn này được thiết kết chủ yêu cho người sử dụng phổ thông. không yêu cầu tốc độ upload cao. Chuẩn ADSL có băng thông download vào khoảng 1M đến 4M. Hiện nay người ta còn phát triển thêm chuẩn ADSL 2+ tốc độ download có thể lên tới 8M

 Tương ứng với chuẩn ADSL còn có VDSL, VDSL2+ đây là chuẩn bất đối xứng tốc độ cao 100M/75M - Download/upload trong phạm vi dưới 300m, GHDSL, GHDSL 2+ là chuẩn đỗi xứng cự ly truyền có thể lên tới 7km tốc độ đạt được theo chuẩn GHDSL 2+ tối đa là 22.8M

Hệ thống internet cáp quang , hệ kết nối Internet qua đường truyền cáp quang hay hệ FTTH là gì?

 Chuẩn ADSL là chuẩn tương đối thành công trong việc kết nối mạng Internet băng rộng, tuy nhiên, nhu cầu của xã hội về truyền tín hiệu Video, chat IP, video conference, IPTV, truyền files dung lượng lớn, VPN,... ngày càng tăng với tốc độ cao. Lúc này đòi hỏi về băng thông là điều không thể tránh khỏi, do băng thông của ADSL quá thấp để dùng cho các ứng dụng trên.

Cáp quang có hai ưu điểm vượt trội: thứ nhất là khoảng cách truyền lớn, thứ hai là băng thông lớn. Khoảng cách truyền lớn thích hợp cho việc phát triển thuê bao viễn thông. Băng thông lớn để chạy tốt mọi yêu cầu và ứng dụng hiện tại.

Cáp quang ngay lập tức được sử dụng cho ứng dụng này. Vấn đề còn lại là phải dùng chuẩn gì để kết nối hệ thống. Chúng tôi xin nhấn mạnh là cáp quang là môi trường truyền thông chứ không phải là chuẩn truyền thông. Nó giống như truyền điện dùng cáp điện, cáp điện thoại truyền tín hiệu thoại, cáp quang là môi trường truyền tín hiệu quang.

Bản chất chuẩn truyền thông sử dụng cho FTTH là chuẩn Ethernet hay IEEE 802 .xx, từ việc phát triển của chuẩn này, mà người ta ứng dụng nó trong truyền thông kết nối máy tính với nhau.

Ngoài ra, khác với chuẩn ADSL thông dụng hiện nay đường truyền cáp quang sử dụng Ethernet lại cho tốc độ download và upload bằng nhau, phương án đối xứng, việc thông tin hai chiều giờ đây trở lên dễ dàng hơn với tốc độ ngang nhau, người sử dụng có thể dùng video chat, video conference rất thuận tiện mà không bị giật màn hình.

Tốc độ của internet cáp quang thì khỏi phải bàn, bạn muốn bao nhiêu? 8 Mbps, 12M, 16M, 24M, 30M, hay cao hơn? xin trả lời ngay là mọi tốc độ trong giải trên, thậm trí kết nối cao nhất trên thế giới có thể đạt con số 1Gbps.

Thông thường hiện nay ở Việt nam các ISP thường giới hạn băng thông của khách hàng truy cập nhằm tiết kiệm tài nguyên băng thông nên băng thông truy cập mạng phổ biến là 12M, 16M, 24M, 28M, 30M, 36M và tất nhiên giá cả sẽ phân phối theo băng thông.

 Hệ thống internet cáp quang hay hệ thống FTTX, FTTH thực chất chỉ là phần truy cập của mạng internet, phần này chứa phẩn tử truy cập mạng qua cáp quang, phần còn lại của hệ thống mạng hầu như không có gì thay đổi so với hệ thống trước đó là ADSL, chính vì vậy băng thông kết nối quốc tế vẫn không có gì thay đổi, hoặc nếu có thay đổi là do nhà cung cấp đã nâng băng thông của mình nên. Như vậy, nếu bạn là đơn vị đa quốc gia muốn thiết lập một đường truyền băng thông cỡ 12M, ... thì cũng không nên lựa chọn một trong các gói dịch vụ FTTx trên, bởi thực chất hệ thống này chỉ phục vụ trong phạm vi Việt nam