Chức năng của bộ xen/rẽ quang là tách ra hoặc ghép vào một hoặc vài kênh bước sóng bất kì từ một tuyến nào đó mà không cần phải thực hiện MUX/DMUX hay chuyển đổi O/E/O. cấu trúc chung của OADM như trên hình 2.28.
/v I 4 A2... ... Xi, X2...Xj...X,,.
Hình 2.28: Bộ xen/rẽ quang OADM
OADM là node mạng có vai trò rất quan trọng trong mạng DWDM. Làm cho mạng quang DWDM trở nên linh hoạt và đơn giản hơn nhiều với nhiều cấu hình mạng khác nhau.
về bản chất, công nghệ OADM truy nhập và truy xuất băng tần sẵn có sợi quang mà không cần chuyến đối quang điện. OADM đã trải qua vài thế hệ phát triển khác nhau, mỗi thế hệ đều có những uu điểm và hạn chế.
Loại OADM đơn giản nhất là OADM cố định như trên hình 2.29, kênh quang có thế xen/ rẽ đă được lựa chọn trước bởi thiết bị. OADM loại này đơn giản, độc lập về giao thức, tốc độ bít rõ ràng và giá thành rẻ. Quản lí mạng không cần yêu cầu thiết lập những kênh được xen vào hoặc tách ra từ sợi quang bởi vì mỗi thiết bị đã ấn định trước kênh nào cần xen/rẽ. Suy hao tống của OADM cố định khoảng 4-6 dB. Đối với những mạng có lưu lượng truyền dẫn là thay đối bất thường giữa các node mạng với nhau thì OADM cố định tỏ ra không mềm dẻo và không thích hợp lắm.
Phàn tách quang
Thay thế cho OADM cố định là một cấu hình OADM mới, nó có thế xen/rẽ kênh dựa vào yêu cầu tùng vị trí như trên hình 2.30. OADM mới có thế được điều chỉnh số kênh xen/rẽ bởi phần mềm từ xa. Sự chuyển mạch có thể thực hiện được nhờ hệ thống vi mạch điện tử (MEMs). Hệ thống có thế nâng cấp thêm hoặc bớt số lượng kênh cần xen/rẽ tại OADM.
h
KẴ/T1 ỵlH
l ỵ
r
Khi cấu hình xen/rẽ mọi kênh trong sợi quang lúc đó OADM trở thành MUX/DMUX, cấu hình OADM này dễ dàng cung cấp và đáp ứng mọi dịch vụ.
về bản chất nó vẫn là cấu hình OADM cố định có điều khiển. Suy hao cao khoảng 17 dB nên yêu cầu có bộ cân bằng và bộ khuếch đại. Tuy nhiên, nó là sự cải thiện lớn cho hệ thống truyền dẫn DWDM khoảng cách lớn bởi vì cho phép tái tạo phục hồi một kênh nào đó tại những điểm trung gian. Trong các bộ OADM nguời ta thuờng sử dụng khuếch đại DRA.
Cấu hình OADM động có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong sự phát triển một mạng toàn quang. Nó có thể cung cấp đầy đủ và khá mềm dẻo trong việc xen/rẽ các kênh, cũng như số kênh thêm bổ sung vào. Nó sử dụng công nghệ điều hướng (tunable) bộ lọc và điều hướng laser bằng phưong pháp điều khiển điện và cơ động. OADM này có suy hao nhỏ, như vậy nó không cần sử dụng bộ khuếch đại trong những đoạn truyền dần ngắn.
2.9. Bộ noi chéo quang
Sự phát triển của mạng toàn quang DWDM đòi hỏi định tuyến bước sóng quang động (Dynamic) đế có thể thay đổi cấu hình mạng linh hoạt mà vẫn giữ được bản chất “trong suốt” của mạng. Chức năng này được đảm bảo bằng việc ứng dụng các bộ đấu nối chéo quang (OXC). Định tuyến động cũng giải quyết được vấn đề hạn chế số lượng bước sóng bằng kĩ thuật sử dụng lại bước sóng. Có hai loại oxc là oxc chuyển mạch không gian và oxc định tuyến bước sóng.
Cấu trúc oxc chuyển mạch không gian gồm N cổng vào, mỗi cổng thu một tín hiệu DWDM chứa M kênh bước sóng như trên hình (2.31). Bộ tách bước sóng sẽ chia tín hiệu thành các bước sóng riêng biệt và phân phối chúng tới M bộ chuyển mạch quang. Đây là các bộ chuyển mạch không gian. Mỗi bộ chuyển mạch thu được N tín hiệu đầu vào có cùng một bước sóng. Một đầu vào và một đầu ra khác của bộ chuyển mạch được thêm vào để cho phép xen/ rẽ các kênh đặc thù. Các bộ chuyển mạch sẽ chuyển các tín hiệu tới đầu ra tương ứng để ghép thành M bước sóng hình thành một đường tín hiệu DWDM. Mỗi oxc như vậy cần N bộ ghép sóng, N bộ tách sóng quang và (N+l) X (N+l) bộ chuyển mạch quang. Bộ chuyển mạch thường được sử dụng là ống dẫn sóng N đầu vào và N đầu ra.
Tách kênh Bộ chuyển mạch Ghép kênh
N ì ' ' n k\ ,Ả2 V..,AM
h
h,h t-ĩbi k\jq y.Ằ\
Added Droppeđ
Hình 2.31: Bộ nối chéo oxc kiểu chuyển mạch Idiông gian
Cấu trúc oxc chuyển mạch theo nguyên tắc chuyển đổi buớc sóng quang. Đầu tiên, mỗi tín hiệu quang từ một sợi đuợc phân chia với số nhánh bằng tống số kênh quang cần lấy ra tại đầu ra nhờ bộ tách. Sau đó chúng đuợc đua tới bộ chuyến mạch quang đế lấy ra tín hiệu cần thiết. Tín hiệu được lựa chọn ra lại tiếp tục qua bộ lựa chọn bước sóng, tách ra được kênh quang yêu cầu để đưa chúng vào đúng bước sóng quang cần ghép đầu ra.
2.10. Các thiết bị bù tán sắc
Bên cạnh suy hao của sợi là một hiệu ứng tán sắc mà giới hạn chính của khoảng cách các trạm lặp trong tuyến thông tin quang. Trễ nhóm là một hiệu ứng chính gây ra bởi tán sắc. Trong truyền dẫn quang hiệu ứng tán sắc tăng tuyến tính với độ dài và độ rộng phô nguôn quang và là nguyên nhân làm méo xung và nhiễu giữa các kí tự.
Thiết bị bù tán sắc đưa ra một mức tán sắc bằng và ngược lại để điều chỉnh sự giãn xung ánh sáng. Hai loại thiết bị bù tán sắc thường dùng là sợi bù tán sắc và cách tử bù tán sắc.
- Sợi bù tán săc
Sợi bù tán sắc (DCF- Dispersion Sompensating Fiber) là loại sợi đặc biệt mà ánh sáng ở vùng bước sóng 1,5 có hệ số tán sắc không âm với khoảng 80
ps/(nm.km). Do đó 1 km sợi DCF có thế bù tán sắc cho 5 km sợi SMF, khi hệ số tán sắc của sợi SMF là 17 ps/(nm.km).
Hệ số tán sắc của sợi DCF cũng thay đổi theo tần số như sợi SMF, do đó không thế có khả năng bù tán sắc tốt nếu dải tần số mở rộng. Suy hao của sợi DCF có trị giá cỡ 0,6 dBm/km và lớn hơn sợi SMF.
- Cách tử Brarg
Sử dụng cách tử Bragg (BFG) là một lựa chọn khác đế bù tán sắc. Thiết bị này cho suy hao thấp. Tuy nhiên nó hoạt động ở mode phản xạ và do đó cần dùng Circulator quang hoặc coupler quang đế tách tín hiệu đầu vào và đầu ra. Hiện tại dải băng tần bù tán sắc mới chỉ vài trăm GHz với một BFG (hẹp hơn so với DCF). Băng thông có thế rộng hơn nếu sử dụng các tử dài hoặc cách tử thay thế. Nhung việc phải thay thêm Circulator quang hoặc coupler quang là một trở ngại.
2.1 L Bộ thu quang
Bộ thu quang DWDM cũng tương tự như bộ thu quang ở các hệ thống đon kênh. Chúng thực chất là các photodiode (PD), thực hiện chức năng cơ bản là biên đôi tín hiệu quang thu được thành tín hiệu điện. Bộ thu quang phải đảm bảo được yêu cầu tốc độ lớn, độ nhạy thu cao và bước sóng hoạt động thích hợp. Hai loại photodiode được sử dụng chủ yếu là photodiode PIN và photodiode thác APD. Sau đây em chỉ xin giới thiệu sơ qua về hai loại photodiode trên.
2.11.1. Photodiode PIN
Cấu tạo:
Nguyên tắc biến đổi quang - điện của PIN dựa vào nguyên lí biến đổi quang- điện của lớp tiếp giáp p-n được phân cực ngược, cấu trúc cơ bản và phân bố điện trường của PIN như hình 2.32.
+ Một lóp tiếp giáp gồm 2 bán dẫn tốt là p+ và N+ làm nền, ở giữa có một lóp mỏng bán dần chủ yếu loại N hay một lóp tự' dẫn ĩ (Intrisic).
+ Trên bề mặt lớp bán dẫn p+ là lớp điện cực vòng (ở giữa đê cho ánh sáng thâm nhập vào miền I).
+ Đồng thời trên lóp bán dần p+ có phủ lóp mỏng chất chống phản xạ để tránh tôn hao ánh sáng vào.
+ Điện áp phân cực ngược để cho diode không có dòng điện (chỉ có thể có một dòng điện ngược rất nhỏ gọi là dòng tối).
Nguyên lí hoạt động:
Khi các photon đi vào lớp p+ có mức năng lượng lớn hơn độ rộng của dải cấm, sẽ sinh ra trong miền p+, I, N+ của PIN - Photodiode các cặp điện tử lỗ và lồ trống (chủ yếu ở lớp I).
Các điện tử và lỗ trống trong miền I vừa được sinh ra bị điên trường mạnh hút về hai phía (điện tử về phía N+ vì có điện áp dương, lỗ trống về miền p+ vì có điện áp âm).
Mặt khác, các điện tử mới sinh ra trong miền p+ khuếch tán sang miền I nhờ gradien mật độ tiếp giáp P+I, rồi chạy về phía N+ vì có điện áp dương và lỗ trống mới sinh ra trong miền N+ khuếch tán sang miền ĩ nhờ gradien mật độ tại tiếp giáp N+ĩ, rồi chạy về phía miền p+ vì có điện áp âm.
Tất cả các phần tử này sinh ra ở mạch ngoài của PIN-photodiode một dòng điện và trên tải một điện áp.
Có một số điện tử và lồ trống không tham gia vào quá trình tạo ra dòng điện ngoài, vì chúng được sinh ra ở miền p+ và N+ ở cách xa các lớp tiếp giáp P+N và N+I không được khuếch tán vào miền I (do khoảng cách xa hơn dộ dài khuếch tán của động tử thiếu số), nên chúng lại được tái hợp với nhau trong các miền p+ và N+.
E
Trong trường hợp lí tưởng, mỗi photon chiếu vào PIN-photodiode sẽ sinh ra một cặp điện tử lỗ trống và giá trị trung bình của dòng điện ra tỉ lệ với công suất chiếu vào. Nhưng thực tế không phải như vậy, vì một phần ánh sáng bị tổn thất do phản xạ bề mặt.
Khả năng thâm nhập của ánh sáng vào sâu các lớp bán dẫn thay đối theo bước sóng. Vì vậy, lớp p+ không được quá đầy, miền I dầy thì hiệu suất lượng tử càng lớn, vì xác suất tạo ra các cặp điện tử lỗ trống tăng lên theo độ dày của miền này và do đó các photon có nhiều khả năng tiếp xúc với các nguyên tử hon. Tuy nhiên, trong truyền dẫn số độ dài của xung ánh sáng đưa vào phải đủ lớn hơn thời gian trôi Td cần thiết để các phần tủ’ mang điện chạy qua vùng trôi có độ rộng d của miền I. Do đó, miền I không được quá rộng vì tốc độ bít sẽ bị giảm đi.
Khi bước sóng ánh sáng tăng thì khả năng tạo ra dòng điện ngược tăng lên, do vậy yêu cầu của PIN phải có bước sóng hoạt động tới hạn tránh hiện tượng xuyên âm kênh.
2.11.2. APD
cấu tạo: Cấu tạo của APD cơ bản giống như PĨN-Photodiode. Ngoài ra trong APD còn có một lớp bán dẫn yếu p được xen giữa lớp I và lớp N+. Bên trái lóp I bị giới hạn bởi lớp p+, còn bên phải lớp I bị giới hạn bởi tiếp giáp PN+.
Điện áp phân cực ngược đặt vào APD rất lớn, tới hàng trăm vôn. Điện trường thay đồi theo các lớp được chỉ ra bởi hình 2.33. Trong vùng I, điện trường tăng chậm, nhưng trong tiếp giáp PN+ điện trường tăng rất nhanh. Lớp tiếp giáp PN+ là miền thác, ở đây xảy ra quá trình nhân điện tử.
Nguyên lí hoạt động:
Sản phâm (PEC)
• NTT801AA: GMD loại 1 • NTT801BA: GMD loại 2 Mô tả
• Các đầu cuối GMD hoặc GMD dựa trên OADM • Đầu cuối: trên một trạm
• Mặc định là khe số 4 Tham số
quang
• Nhóm DEMUX cắm thêm suy hao 7dB(loại 1), 4dB(loại 2)
• Nhóm MUX suy hao thụ động 7dB(loại 1), 4dB(loại 2) Nhóm MƯX/DEMƯX suy hao thụ động, Kiểm tra PM bằng đồ thị
• 14dB(loại 1), 7.2dB(loại 2)
• Mồi lối vào bộ bộ hợp kênh có eVOA với khoảng thay đôi là 15db
• Đầu vào ra quang Tham số
osc
• Giao diện quang 1510nm • Tx: ldBm(EOL)
• Rx:-36dBm ( độ nhạy EOL), OdBM ( quá tải) • Dữ trữ tối đa : 34dB Chiều cao • Sâu: 10.90 in (276.9mm) • Cao 3.38 in (85mm) • Rộng: 15.88in (405.8 mm) Trọng Lượng • 201bs(9.08kg) Công suất Mã sản phẩm (PEC)• NTT839AA
Mô tả • 1 môdun cho các bộ khuếch đại
• Mặc định là khe số 4 Tham số osc • Giao diện quang 15 lOnm
• Tx: ldBm(EOL)
• Rx:-36dBm ( độ nhạy EOL), OdBM ( quá tải) • Dữ trữ tối đa : 34dB
Chiều cao
• Sâu: 10.90 in (276.9mm) • Cao 3.38 in (85mm)
Do APD được đặt một điện áp phân cực ngược rất lớn, tới hàng trăm vôn, cho nên cường độ điện trường ở miền điện tích không gian tăng lên rất cao. Do đó, khi các điện tử trong miền I di chuyển đến miền thác PN+ chúng được tăng tốc, va chạm vào các nguyên tử giải phóng ra các cặp điện tử và lỗ trống mới, gọi là sự ion hóa do va chạm. Các phần tử thứ cấp này đến lượt mình lại tạo ra sự ion hóa do va chạm thêm nữa, gây nên hiệu ứng quang thác và làm cho dòng điện tăng đáng kể.
Thông qua hiệu ứng quang thác này mà với cùng một số lượng photon tới, APD giải phóng ra các điện tử nhiều hơn rất nhiều lần so với PIN-Photodiode.
2.12. Tìm hiên một sô thiết hị sử dụng
2.12.1. Hệ thống truyền dẫn quang CPL
- Đặc diêm kiên trúc cơ bản của CPL
CPL là một thiết bị cải tiến trong hệ thống quang của Nortel, bao gồm LH1600 và OM5000 OMX. CPL có kiến trúc môđun cho phép hệ thống phù hợp với các ứng dụng mạng Metro, mạng quốc gia, Long Haul. Kiến trúc môđun không sử dụng mô hình “backplane”. Cùng với đó là hệ thống điều khiển phân tán cho phép hệ thông đáp ứng được nhanh chóng với sự thay đôi của mạng.
Có cấu trúc môdun bao gồm:
+ Các môdun tối ưu hoá cho các ứng dụng mạng lưới như mạng Metro, mạng quốc gia, các ứng dụng Long Haul.
+ Moodun CMD 100 Ghz: 2,5G & 10G, 36Ằ,, dải băng tần c, khuyếch đại lên tới 600km.
+ Phiên bản 1 - chỉ có NDSF.
+ Có các loại sợi quang khác, hoặc cấu hình hỗn hợp: OPNET rất linh hoạt mềm dẻo.
+ Các khe Slot card độc lập sử dụng chung backplane. + Ket nối băng thông mềm dẻo.
+ Cải thiện chức năng điều khiến và quản lý. + Hệ thống điều khiển phân tán.
+ Tự động tối ưu công suất đường truyền.
62
- Khôi câu trúc cơ bản của CPL
+ Nhóm Mux/DeMux (GMD)
GMD là môđun cung cấp khả năng hợp/phân kênh bước sóng và có giao diện tới hệ thống khuyếch đại đường. GMD hỗ trợ tất cả các nhóm bước sóng (từ 1 tới 9). Mỗi nhóm bao gồm 8 bước sóng được ghép qua kênh Mux/DeMux (CMD4, SCMD4 hoặc SCMD 8).
Có 2 loại GMD: loại 1 và loại 2. về chức năng 2 loại GMD này giống nhau. Chỉ khác nhau là ở loại 1 có thêm 1 công nâng cấp, trong khi loại 2 không có cổng nâng cấp. GMD hồ trợ cổng kiểm tra quang và cổng eVOA trên các cổng họp kênh lối vào GMD cũng như bộ điều khiển và cung cấp khả năng giao tiếp với các node CPL khác hoặc các phần tử trong node. GMD có thế lưu giữ thông tin liên quan đến quản lý mạng, cấu hình, giao tiếp, tối ưu và điều khiển. GMD cũng hỗ trợ đưa lên cảnh bảo chuẩn giám sát từ xa. GMD có khả năng điều khiển 9 CMD và 2 bộ khuếch đại, thêm vào đó GMD cung cấp chó kênh dịch vụ quang ngoài băn (OSC). Cung cấp Ethernet trên SONET[l].
Bảng 2.2: Các thông số kỹ thuật của GMD
63
+ Môdun kênh dịch vụ quang kép (DOSC)
Môdun DOSC cung cấp khả năng điều khiến giá (bao gồm các bộ khuêch đại đường), osc giao tiếp qua Ethernet trên SONET tốc độ 155Mbps.
Chức năng của DOSC điều khiển giao tiếp với các thành phần lớp quang của bộ khuếch đại đường. DOSC có khả năng lưu dữ thông tin trên mạng, cấu hình, giao tiếp, điều khiển. DOSC đưa ra cảnh báo chuẩn và hồ trợ giám sát xa.
osc 0SC 1 11n (Port osc 2 In (Port 2)
osc 2 Out (Port 2)
Hình 2.34: Chúc năng của môdun DOSC Bảng 2.3: Các thông số kỳ thuật của DOSC