II ứng dụng khuếch đại quang sợi vào hệ thống ghép kênh quang
5. Các thiết bị quang cơ bản trong hệ thống WDM có sử dụng EDFA
5.2 Thiết bị đấu nối chéo quang (OX C Optical Crossconnect)
Trong mạng thông tin quang sử dụng công nghệ SDH thì DXC là một thiết bị cơ bản của tuyến. Nhiệm vụ của DXC là thực hiện liên kết, nối chéo các luồng số đồng bộ, nhằm thực hiện việc phân h−ớng ngay ở trong thiết bị. Các DXC có dung l−ợng lớn hơn và hoạt động mềm dẻo hơn ADM.
Cũng giống nh− DXC, OXC là một module thiết bị kết nối chéo quang quan trọng của mạng quang hoá hoàn toàn. OXC là một kết cấu chuyển mạch động, với nhiệm vụ kết nối bất cứ sợi quang nào của M sợi đầu vào với bất kỳ sợi quang quang nào của N sợi đầu ra trong hệ thống WDM. OXC sẽ đóng vai trò vừa là một thiết bị định tuyến b−ớc sóng quang, vừa là thiết bị chuyển mạch bảo vệ mạng quang, và đặc biệt quan trọng là kết nối giữa các vòng Ring... Tín hiệu vào Tín hiệu ra λ1, λ1, Ma trận λ1 λ1 λ λ
Có hai loại OXC chính là loại OXC định tuyến theo b−ớc sóng (Wavelength routing - OXCR) và OXC có khả năng chuyển đổi b−ớc sóng (Wavelength translating - OXCT).
Các OXCR hoạt đông theo nguyên tắc tách các b−ớc sóng quang từ các tín hiệu quang đầu vào rồi chuyển mạch không gian (chuyển mạch sợi quang) ,sau đó ghép các b−ớc sóng lại (không có sự chuyển đổi b−ớc sóng). Mỗi tín hiệu quang tới đ−ợc đ−a qua một bộ tách sóng để tách riêng các b−ớc sóng khác nhau. Bộ chuyển mạch quang có suy hao và nhiễu nhỏ sẽ kết nối với các b−ớc sóng quang tới các vị trí mong muốn tại đầu vào của bộ ghép b−ớc sóng để ghép các b−ớc sóng này tới các sợi quang đầu ra. Tr−ớc khi ghép thì mỗi b−ớc sóng sẽ hải đi qua một bộ cân bằng công suất PE (Power Equalization) để điều chỉnh công suất cho mỗi b−ớc sóng tới giá trị thích hợp tr−ớc khi qua bộ ghép b−ớc sóng. Còn ta sử dụng loại OXCT là để có thể tận dụng đ−ợc tối đa quĩ b−ớc sóng quang (ví dụ 16 b−ớc sóng). Nh− vậy nếu thực hiện phân phối một cách hợp lý thì mỗi b−ớc sóng không chỉ sử dụng cho một tuyến truyền dẫn mà có thể sử dụng cho một tuyến khác: nghĩa là trên cùng một sợi quang ta có thể sử dụng nhiều b−ớc sóng khác nhau cho các đoạn truyền dẫn khác nhau. Tuy nhiên không phải tại tất cả các nút mạng đều có nhu cầu chuyển đổi b−ớc sóng, nên để khai thác hiệu quả và kinh tế hơn ta có thể kết hợp sử dụng cả hai loại thiết bị OXCT và OXCR trong mạng. OXCT hoạtđộng theo nguyên tắc chuyển mạch có chuyển đổi b−ớc sóng quang. Đầu tiên, mỗi tín hiệu quang tới đ−ợc phân chia với số nhánh bằng tổng số kênh quang cần lấy lại tại đầu ra nhờ bộ tách (splitter). Sau đó chúng đ−ợc đ−a tới các bộ chuyển mạch quang để lấy ra tín hiệu quang cần thiết. Tín hiệu quang đ−ợc chọn ra lại tiếp tục qua bộ lựa chọn b−ớc sóng, tách ra đ−ợc các kênh theo yêu cầu để đ−a vào đúng b−ớc sóng quang cần ghép ở đầu ra.
5.3 Bộ chuyển đổi b−ớc sóng (WC - Wavelength Conversion)
Các bộ chuyển đổi b−ớc sóng đ−ợc sử dụng trong mạng WDM nhằm nâng cao dung l−ợng, khả năng khôi phục hỏng hóc và độ phức tạp của mạng. Nói chung, rễ dàng nhận thấy rằng trong một mạng toàn tải và với số l−ợng các b−ớc sóng định tr−ớc, các bộ chuyển đổi b−ớc sóng không cung cấp dung l−ợng cao hơn một cách đáng kể. Tuy nhiên chúng có khả năng định rõ các b−ớc sóng trên từng tuyến hoặc trên các mạng con cơ sở do đó có thể thoả mãn nhu cầu về b−ớc sóng trên toàn bộ mạng.
Bộ chuyển đổi b−ớc sóng sẽ đ−ợc đặt ở các nút mạng nơi mà chúng có thể hoạt động với b−ớc sóng đầu vào cố định và b−ớc sóng đầu ra thay đổi hoặc b−ớc sóng đầu vào thay đổi còn b−ớc sóng đầu ra cố định. Chỉ trong các tr−ờng hợp đặc biệt mới cần thiết các b−ớc sóng đầu vào và đầu ra thay đổi đồng thời. Một bộ chuyển đổi với b−ớc sóng đầu ra cố định đơn giản hơn là bộ chuyển đổi với b−ớc sóng đầu ra thay đổi, nh−ng các phần khác của bộ chuyển mạch lại có độ phức tạp hơn.
Có 3 đ−ờng quang đã đ−ợc thiết lập đó là đ−ờng từ C tới A ở b−ớc sóng
λ1, đ−ờng từ C tới B ở b−ớc sóng λ2, và đ−ờng từ E tới D ở b−ớc sóng λ1. Để tạo ra một đ−ờng quang, chúng ta qui định là tất cả các kết nối trong đ−ờng quang đó chỉ sử dụng cùng một b−ớc sóng nh− nhau. Qui định này đ−ợc biết
Demux Mux Demux Mux
Sợi quang đầu vào Sợi quang đầu ra OXCR OXCT Bộ chuyển đổi b−ớc sóng Hình 2.12 OXCR và OXCT
nh− là một sự bắt buộc tính liên tục của b−ớc sóng. Sự bắt buộc này đặc biệt hay với mạng định tuyến theo b−ớc sóng trong mạng chuyển mạch kênh, ở đó các cuộc gọi chỉ gặp trở ngại khi không có khả năng tiếp thu ở bất kỳ đ−ờng kết nối trong tuyến đã đ−ợc chỉ định cho cuộc gọi đó. Xem xét ví dụ trong hình 3.12(a). Hai đ−ờng quang đã đ−ợc hình thành trên mạng: (i) giữa nút 1 và nút 2 ở b−ớc sóng λ1, và giữa nút 2 và nút 3 ở b−ớc sóng λ2. Bây giờ giả sử cần phải thiết lập một đ−ờng quang giữa nút 1 với nút 3. Việc thiết lập một đ−ờng quang này xem ra là không thể mặc dù có một b−ớc sóng rỗi trên mỗi kết nối dọc theo tuyến từ nút 1 tới nút 3. Lý do là vì các b−ớc sóng có thể sử dụng đ−ợc trên hai kết nối lại khác nhau. Vì vậy, mạng định tuyến theo b−ớc sóng có lẽ phải chấp nhận một trở ngại lớn giống nh− trong mạng chuyển mạch kênh.
Loại bỏ sự bắt buộc tính liên tục của b−ớc sóng một cách rễ ràng, nếu chúng ta có thể chuyển đổi dữ liệu đến ở một b−ớc sóng nào đó trên đ−ờng kết nối sang một b−ớc sóng khác tại nút trung gian và tiếp tục b−ớc sóng đó ở các đ−ờng kết nối tiếp theo. Kỹ thuật mang tính khả thi trong thực tế và đ−ợc nhắc đến đó là kỹ thuật chuyển đổi b−ớc sóng. Trong hình 3.15(b), một bộ chuyển
Nút 1 Nút 2 Nút 3
λ1
λ2
λ1
λ2
(a) Không sử dụng bộ chyển đổi b−ớc sóng
Nút 1 Nút 2 Nút 3 λ1 λ2 λ1 λ2 (b) Có sử dụng bộ chuyển đổi b−ớc sóng
đổi b−ớc sóng tại nút 2 đ−ợc sử dụng để chuyển đổi dữ liệu từ λ2 sang λ1. Giờ đây một đ−ờng quang nối giữa nút 1và nút 3 có thể đ−ợc thiết lập nhờ việc sử dụng b−ớc sóng λ2 trên kết nối từ nút 1đến nút 2, và sau đó sử dụng b−ớc sóng
λ1 để nối với nút 3 từ nút 2. L−u ý rằng một đ−ờng quang đơn lẻ ở trong mạng có chuyển đổi b−ớc sóng có thể sử dụng một b−ớc sóng khác trên mỗi đ−ờng kết nối trong tuyến của nó. Vì vậy, bộ chuyển đổi có thể làm tăng hiệu quả trong mạng nhờ việc giải quyết các b−ớc sóng mâu thuẫn trên tuyến quang.
Chức năng của bộ chuyển đổi b−ớc sóng là chuyển đổi dữ liệu trên b−ớc sóng vào thành một b−ớc sóng khác ở đầu ra giữa (trong số) N b−ớc sóng của hệ thống (xem hình 3.13). Trong hình vẽ này và trong suốt phần này, đ−ợc λS
biểu thị b−ớc sóng tín hiệu đầu vào; λC là b−ớc sóng đã đ−ợc chuyển đổi; λP là b−ớc sóng bơm; fS là tần số vào; fC là tần số đã đ−ợc chuyển đổi; fP là tần số bơm; và CW (continuous wave) là sóng duy trì (không đ−ợc điều chế) đ−ợc tạo ra nh− một tín hiệu bơm.
Một bộ chuyển đổi b−ớc sóng lý t−ởng sẽ có các đặc tính sau:
•Trong suốt đối với các tốc độ bít và dạng tín hiệu (điển hình là IM- NRZ)
•Tốc độ chuyển đổi b−ớc sóng nhanh (ở 10Gbit/s phù hợp với hầu hết các hệ thống hiện nay)
•Sửa dạng tín hiệu (cần thiết do các phần tử trong mạng quang đều có thể làm sai dạng tín hiệu)
Bộ chuyển đổi b−ớc sóng
λS λC
Hình 2.14Chức năng của bộ chuyển đổi b−ớc sóng C=1,2,....N S=1,2,....N
•Xếp tầng các bộ chuyển đổi (nối nhiều tầng sẽ cần thiết trong nhiều mạng quang)
•Nhiễu tần số của các tín hiệu chuyển đổi nhỏ để có thể truyền dẫn qua khoảng cách điển hình là 50-100km.
•Chuyển đổi đ−ợc cả ở b−ớc sóng ngắn và b−ớc sóng dài.
•Tiêu thụ ít công suất điện
•Làm việc ở mức công suất quang vừa phải.
•Có thể cho b−ớc sóng đầu vào và đầu ra ở cùng một b−ớc sóng (không sử dụng bộ chuyển đổi b−ớc sóng).
•Không nhạy cảm với tín hiệu phân cực đầu vào.
•Quá trình thực hiện đơn giản.
Các công nghệ chuyển đổi b−ớc sóng bao gồm 4 loại: -Bộ chuyển đổi quang điện
-Bộ chuyển đổi laser. -Bộ chuyển đổi coherent.
-Bộ chuyển đổi dựa vào các cổng điều khiển quang.
Ngoài ra ta còn có bộ chuyển đổi b−ớc sóng Trasponder: nhiệm vụ của Transponder là chuyển đổi giao diện G.957 thành giao diện phù hợp với việc ghép b−ớc sóng là G.692. 10. Tx G.957 O/E/O Transponde S(G.957 S(G.692
Cấu hình (a) phù hợp với tất cả các nguồn phát quang thoả mãn G.957 trong hai vùng cửa sổ sóng 1310nm và 1550nm.
-Cấu hình (b) có thể lựa chọn không dùng Ttransponderr trong tr−ờng hợp nguồn phát quang có giao diện phù hợp G.692 tại b−ớc sóng cần ghép.
Ưu điểm:
-Giao diện quang mở, có thể tiếp nhận nhiều dạng tín hiệu khác nhau thoả mãn G.957 gồm cả giao diện quang cửa sổ thứ 1310nm và 1550nm.
-Có thể cung cấp các dịch vụ mới nh− IP và ATM.
Nh−ợc điểm:
-Cần phải biến đổi O/E/O (3R) để định dạng lại tín hiệu quang cho phù hợp với G.692 nên giá thành cao.
-Làm tăng yêu cầu về bảo d−ỡng, giảm độ tin cậy vì số l−ợng bộ phát quang tăng lên cũng nh− cần có bộ chuyển đổi 3R.
-Ch−a có sản phẩm th−ơng mại cho tốc độ 10Gbit/s -Thêm các chức năng quản lý riêng cho Transponder.