Thiết bị DWDM bao gồm năm loại cấu hỡnh chớnh:
1) Thiết bị ghộp kờnh kết cuối quang (OTM – Optical Terminal Multiplexer) 2) Thiết bị khuếch đại đường truyền (OLA – Optical Line Amplifier)
3) Thiết bị ghộp kờnh xen/rẽ quang (OADM – Optical Add/Drop Multiplexer) 4) Thiết bị tỏi tạo (REG – Regenerator)
5) Thiết bị cõn bằng tớn hiệu quang (OEQ – Optical Equalizer)
Mỗi loại trờn cú một vị trớ và chức năng khỏc nhau trong tổng thể hệ thống (hỡnh 2.6). Do đú, cấu trỳc và cỏc thành phần trong thiết bị cũng khỏc nhau.
Hỡnh 2.6: Vị trớ cỏc loại thiết bị DWDM trong mạng
2.3.2. Thiết bị OTM
OTM là trạm kết cuối của mạng DWDM. Một OTM bao gồm hướng phỏt và hướng thu. Hướng phỏt là hướng từ phớa khỏch hàng (client side) đến phớa mạng (network side). Hướng thu là hướng ngược lại. (hỡnh 2.7).
BA OSC1 F I U PA O M U O D U OTU OTU OTU OTU Hướng phớa (networ k side) Hướng phớa hàng side) OTM
Hỡnh 2.7: Cấu trỳc thiết bị ghộp kờnh kết cuối quang (OTM)
Nguyờn lý hoạt động của thiết bị OTM như sau: Theo hướng phỏt, OTM nhận tớn hiệu từ nhiều luồng tớn hiệu từ phớa khỏch hàng với cỏc giao diện điện hoặc giao diện quang với bước súng khụng chuẩn húa theo DWDM. Cỏc tớn hiệu này được cỏc OTU gom thành cỏc luồng cú tốc độ phự hợp và phỏt trờn cỏc bước súng chuẩn húa DWDM khỏc nhau. Cỏc tớn hiệu từ đầu ra cỏc OTU đưa tới OMU
để ghộp kờnh theo bước súng để phỏt trờn một sợi quang. Tớn hiệu ghộp kờnh trước khi phỏt vào sợi quang được đưa qua BA để khuếch đại đến một mức cụng suất thớch hợp.
Theo hướng thu, OTM nhận tớn hiệu ghộp kờnh đến từ phớa mạng (network side), khuếch đại với tạp õm nhỏ, bự tỏn sắc và đưa đến ODU để tỏch thành cỏc kờnh cú bước súng khỏc nhau. Mỗi kờnh này được đưa đến một OTU để chuyển húa lưu lượng về
Cú hai loại OTU: OTU đơn hướng và OTU song hướng. OTU đơn hướng gồm OTU hướng phỏt và OTU hướng thu như trỡnh bày ở phần trờn. OTU song hướng là kết hợp của OTU hướng thu và hướng phỏt.
Khối giao tiếp quang (FIU) cú chức năng ghộp/ tỏch kờnh tớn hiệu giỏm sỏt quang (OSC) để kờnh
OSC được ghộp vào tớn hiệu ghộp DWDM sau bộ khuếch đại và được tỏch ra trước bộ khuếch đại. Một thiết bị OTM bao gồm cỏc thành phần chớnh sau:
- Cỏc bộ phỏt đỏp quang (OTU) - Bộ ghộp kờnh quang (OMU) - Bộ tỏch kờnh quang (ODU)
- Cỏc bộ khuếch đại quang (OA) bao gồm bộ tiền khuếch đại PA được sử
dụng để khuếch đại với tạp õm thấp cho tớn hiệu cụng suất lớn nhỏ và bộ khuếch
đại tăng cương BA được sử dụng để khuếch đại cho cỏc tớn hiệu cụng suất cao. - Khối giao tiếp kờnh giỏm sỏt quang (OSC), OTM sử dụng loại OSC đơn hướng vỡ OTM chỉ giao tiếp một hướng với mạng.
- Khối giao tiếp quang (FIU): cú chức năng giao tiếp với đường truyền và tỏch/ghộp kờnh OSC.
- Khối điều khiển hệ thống và truyền thụng (SCC): cú chức năng điều khiển hoạt động của hệ thống và liờn lạc với hệ thống quản lý
- Khối bự tỏn sắc (DCM) cú chức năng bự tỏn sắc sợi quang nhằm hạn chế tỏn sắc - Khối cấp nguồn: cấp nguồn nuụi cho thiết bị
Ngoài ra, tựy vào yờu cầu của nhà khai thỏc và yờu cầu thiết kế tuyến, OTM cú thể cú cỏc khối chức năng sau:
- Bộ khuếch đại Raman (RPU- Raman Pump amplifier Unit): được sử dụng để
khuếch đại với tạp õm rất nhỏ đểđảm bảo chất lượng tớn hiệu. RPU được sử dụng với cỏc tuyến cú khoảng cỏch lớn để giảm yờu cầu tỏi tạo tớn hiệu.
- Khối đồng bộ: cú chức năng xử lý về đồng bộ, được sử dụng khi mạng DWDM đảm nhận vai trũ đồng bộ trong hệ thống.
- Khối phõn tớch phổ: được sử dụng để giỏm sỏt phổ tớn hiệu. Khối phõn tớch phổđược kết nối với cổng giỏm sỏt (monitor) trờn thiết bị tỏch và ghộp kờnh.
- Khối điều khiển suy hao: khối này thường được tớch hợp vào OMU để đảm bảo cõn bằng cụng suất giữa cỏc kờnh
- Khối điều khiển cụng suất tự động: được sử dụng để điều khiển cụng suất thớch ứng với thay đổi của đường truyền.
2.3.3. Thiết bị OLA
Thiết bị khuếch đại đường truyền (OLA) cú chức năng khuếch đại tớn hiệu quang hai hướng và để bự lại suy hao của liờn kết quang nhằm tăng khoảng cỏch truyền dẫn khụng cần tỏi tạo. Cấu trỳc thiết bị OLA được biểu diễn trờn hỡnh 2.8.
LA LA DCF Mặt hướng đụng Mặt hướng tõy F I U F I U DCF OLA
Hỡnh 2.8: Cấu trỳc thiết bị khuếch đại đường truyền (OLA)
Tại OLA, kờnh OSC cũng được ghộp vào tớn hiệu sau bộ khuếch đại và
được tỏch ra trước bộ khuếch đại. OSC được tỏch ghộp tại FIU. OLA sử dụng khối giao tiếp OSC hai hướng.
Tại OLA, khối bự tỏn sắc (DCM) cú thể được sử dụng để hạn chế tỏn sắc. DCM được đặt vào giữa cỏc tầng khuếch đại của một bộ khuếch đại hoặc giữa hai bộ khuếch đại.
Thiết bị OLA bao gồm cỏc thành phần chớnh sau:
- Bộ khuếch đại đường (OA) hoặc cú thể thay thế bằng bộ tiền khuếch đại OPA và bộ khuếch đại tăng cường (OBA).
- Khối giao tiếp kờnh giỏm sỏt quang (OSC), OTM sử dụng loại OSC song hướng vỡ OTM giao tiếp hai hướng với mạng.
- Khối giao tiếp quang (FIU): cú chức năng giao tiếp với đường truyền và tỏch/ghộp kờnh OSC.
- Khối điều khiển hệ thống và truyền thụng (SCC): cú chức năng điều khiển hoạt động của hệ thống và liờn lạc với hệ thống quản lý
- Khối bự tỏn sắc (DCM) cú chức năng bự tỏn sắc sợi quang nhằm hạn chế
tỏn sắc.
- Khối cấp nguồn: cấp nguồn nuụi cho thiết bị
Ngoài ra, tại OLA cú thể sử dụng bộ khuếch đại Raman, khối phõn tớch phổ
và khối điều khiển cụng suất tựđộng.
2.3.4. Thiết bị OADM
Thiết bị OADM được sử dụng để xen rẽ một số kờnh của luồng ghộp kờnh tổng, cỏc kờnh cũn lại được truyền thẳng qua thiết bị. Hai thiết bị OTM kết nối theo kiểu đấu lưng (back-to-back) cũng tương đương với một thiết bị OADM. Việc thiết lập cỏc kờnh chuyển thẳng được thực hiện bằng cỏch đấu nhảy từđầu ra ODU của thiết bị này đến đầu vào kờnh tương ứng của OMU của thiết bị kia. Cỏc kờnh xen/rẽ được thiết lập tương tự như thiết bị OTM. Hỡnh 2.9 biểu diễn sơ đồ
Hỡnh 2.9: Cấu trỳc thiết bị ghộp kờnh xen/rẽ quang (OADM)
Nguyờn lý hoạt động của OADM như sau: Tớn hiệu ghộp DWDM tổng từ
hướng tõy đến được khuếch đại và bự tỏn sắc sau đú đưa qua bộ OADM thứ nhất. Tại bộ OADM này, cỏc kờnh cú bước súng xỏc định λa/d1, λa/d2, ...λa/dn được tỏch ra và đi vào cỏc OTU xen rẽ hướng tõy tương ứng để chuyển đến thiết bị
phớa khỏch hàng. Cỏc kờnh cũn lại đi tiếp tới bộ OADM thứ hai. Tại bộ
OADM này, cỏc kờnh bước súng λa/d1, λa/d2, ...λa/dn từ OTU xen rẽ hướng đụng tương ứng được ghộp bổ xung vào để tạo ra tớn hiệu ghộp tổng và được phỏt lờn sợi quang hướng phớa đụng. Hướng ngược lại được thực hiện tương tự. Như vậy, cỏc OTU xen rẽ lưu lượng hướng đụng sẽ kết nối với cỏc kờnh bước súng được xen rẽ
của tớn hiệu hướng đụng. Cỏc OTU xen rẽ lưu lượng hướng tõy sẽ kết nối với cỏc kờnh bước súng xen rẽ của tớn hiệu hướng đụng. Cỏc kờnh bước súng cũn lại được lưu thụng thẳng từ hướng đụng sang hướng tõy và ngược lại.
So với OTM, thiết bị OADM cú một cặp ghộp kờnh xen rẽ OADM thay vỡ bộ ghộp và bộ tỏch kờnh. Thiết bị OADM sử dụng khối giao tiếp OSC hai hướng do cú hai hướng liờn kết với mạng. Ngoài ra, cỏc thành phần cũn lại cũng tương tự
như OTM.
Hiện nay, OADM cú hai loại: OADM cố định (FOADM – Fix OADM) và OADM cấu hỡnh lại được (ROADM – Reconfigurable OADM). Với thiết bị
OADM, cỏc kờnh xen rẽ là cố định về bước súng và hướng kết nối vào mạng. Với thiết bị ROADM, bước súng và hướng kết nối của cỏc kờnh xen rẽ cú thể cấu hỡnh tựy ý. Thiết bị ROADM cú kết nối nhiều hướng vào mạng. Do đú, cỏc kờnh bước súng được thiết lập rất linh hoạt.
2.3.5. Thiết bị REG
Việc sử dụng OLA và DCM cú thể tăng khoảng cỏch truyền dẫn khụng cần tỏi tạo nhờ vào việc đảm bảo về cụng suất và hạn chế tỏn sắc. Tuy nhiờn, với khoảng cỏch rất xa, cỏc nhõn tố như tỏn sắc, suy hao, nhiễu quang, cỏc hiệu ứng phi tuyến, tỏn sắc phõn cực mode sẽ ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn. Cỏc
ảnh hưởng này cú tớnh tớch lũy. Vỡ thế, cần tỏi tạo lại tớn hiệu ban đầu để loại bỏ
cỏc ảnh hưởng này. Thiết bị REG cú chức năng 3R: tỏi tạo dạng xung (reshaping), định thời lại (re-timing) và phỏt lại (regenerating) để cải thiện chất lượng tớn hiệu và tăng khoảng cỏch truyền dẫn. Hỡnh 2.10 biểu diễn sơđồ cấu trỳc của một thiết bị REG.
Nguyờn lý hoạt động của thiết bị REG như sau: tớn hiệu đến từ hướng đụng, sau khi được khuếch đại và bự tỏn sắc, được đưa đến ODU để tỏch hoàn toàn thành cỏc kờnh bước súng đơn. Cỏc kờnh này được đưa đến OTU REG tương
ứng. OTU cú chức năng khụi phục thành luồng số ban đầu và phỏt lại tại bước súng tương tự nhưđầu vào. Cỏc kờnh đầu ra của cỏc OTU REG lại được ghộp lại như cũ tại OMU, được khuyếch đại và phỏt vào sợi quang hướng tõy. Hướng ngược lại từ tõy sang đụng được thực hiện tương tự. Như vậy, sau thiết bị REG, tớn hiệu đó được khụi phục lại như ban đầu. OTU REG cũng cú chức năng sửa lỗi như OTU thụng thường.
OTU REG OTU REG OTU REG OTU REG O D U O M U O M U O D U Mặt Hướng đụng Mặt Hướng tõy DCF DCF OSC2 BA BA BA BA F I U F I U REG
Hỡnh 2.10: Cấu trỳc thiết bị tỏi tạo (REG)
Nguyờn lý khuyếch đại, bự tỏn sắc và tỏch ghộp OSC của thiết bị REG cũng tương tự như cỏc loại thiết bị cũn lại.
Thiết bị REG tương đương với hai thiết bị OTM đấu lưng với cỏc OTU tỏi tạo thay vỡ OTU thụng thường và cỏc khối giao tiếp OSC là hai hướng. Cỏc thành phần của REG cũng tương tự như thiết bị OTU ngoài cỏc điểm khỏc biệt này. Thiết bị
REG cú thể cú chức năng OADM nếu sử dụng OTU thường để xen rẽ một số
kờnh trờn hệ thống.
2.3.6. Thiết bị OEQ
Cỏc ứng dụng khoảng cỏch rất xa (ELH – extra long haul) khụng cần trạm lặp thường gặp phải cỏc vấn đề như sau:
- Tớch lũy tớnh khụng cõn bằng của phổ tăng ớch của bộ khuyếch đại quang và phổ suy hao sợi quang gõy ra sự khụng cõn xứng giữa cụng suất quang và tỷ số
- Độ dốc tỏn sắc của DCM khụng phự hợp hoàn toàn với sợi quang nờn tất cả cỏc bước súng khụng được bự hoàn toàn và tỏn sắc tại đầu thu khụng đỏp ứng
được yờu cầu của hệ thống.
Thiết bị OEQ được sử dụng với ứng dụng ELH nhằm làm cõn bằng tốt hơn về cụng xuất và bự tỏn sắc giữa cỏc kờnh. Thiết bị OEQ gồm hai loại: cõn bằng cụng suất quang (OPE – Optical Power Equalizer) (hỡnh 2.11) và cõn bằng tỏn sắc (DE – Disperson Equalizer) (hỡnh 2.12).
BA BA OPE OPE DCF DCF OSC2 Mặt hướng đụng Mặt hướng tõy F I U F I U OPE Hỡnh 2.11: Thiết bị OPE
Thiết bị OPE cú sơ đồ chức năng là một OLA được bổ xung thờm khối cõn bằng cụng suất (OPE) vào giữa cỏc tầng khuếch đại của bộ khuếch đại đường truyền hoặc giữa hai bộ khuếch đại liờn tiếp. Thiết bị OPE cú chức năng của một OLA cộng với chức năng cõn bằng cụng suất giữa cỏc kờnh. Khối OPE trong thiết bị
OPE cú chức năng làm cõn bằng cụng suất của tất cả cỏc kờnh trong tớn hiệu tổng DWDM. Thiết bị OPE cũng bao gồm tất cả cỏc thành phần như OLA và cú thờm khối OPE.
Hỡnh 2.12: Thiết bị DE
Thiết bị DE cú sơ đồ chức năng là một OLA được bổ xung thờm khối cõn bằng tỏn sắc (DE) vào giữa cỏc tầng khuếch đại của bộ khuếch đại đường truyền hoặc giữa hai bộ khuếch đại liờn tiếp. Thiết bị DE cú chức năng của một OLA cộng với chức năng cõn bằng tỏn sắc giữa cỏc kờnh. Khối DE trong thiết bị DE cú chức năng làm cõn bằng tỏn sắc của tất cả cỏc kờnh trong tớn hiệu tổngDWDM. Thiết bị DE bao gồm tất cả cỏc thành phần như OLA và cú thờm khối DE. Cú thể sử dụng kết hợp khối OPE và khối DE trong một thiết bị để tạo thành một thiết bị OEQ cú ba chức năng: khuếch đại, cõn bằng cụng suất và cõn bằng tỏn sắc.
CHƯƠNG III: CÁC CƠ SỞ CễNG NGHỆ CỦA CÁC
THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG
3.1. Cỏc kỹ thuật và cụng nghệ cơ sở của OTU 3.1.1. Bộ phỏt quang
Cỏc bộ phỏt quang là cỏc LASER bỏn dẫn (Light Amplication by Stimulate Emission of Radiation). Hoạt động của Laser gồm 3 quỏ trỡnh, đú là hấp thụ photon, phỏt xạ tự phỏt, và phỏt xạ kớch thớch. Ba quỏ trỡnh này được mụ tả ở sơ đồ hai mức năng lượng đơn giản (hỡnh 3.1). Ở đõy, E1 là năng lượng trạng thỏi nền (đất) và E2 là năng lượng trạng thỏi kớch thớch. Theo định luật Planck thỡ sự chuyển dịch giữa hai trạng thỏi này cú liờn quan tới quỏ trỡnh hấp thụ hoặc phỏt xạ của cỏc photon cú năng lượng:
hv12 = E2 – E1. (3-1-1) Bỡnh thường, hệ thống ở trạng thỏi nền (đất). Khi một photon cú năng lượng hv12 tỏc động vào hệ thống thỡ một điện tửở trạng thỏi E1 cú thể hấp thụ năng lượng photon và được kớch thớch lờn trạng thỏi E2 (hỡnh 3.1.3a). Vỡ đõy là trạng thỏi khụng bền vững nờn điện tử sẽ nhanh chúng quay lại trạng thỏi ban đầu (hỡnh 3.1.3b), vỡ thế phỏt ra một photon cú năng lượng hv12. Điều này xảy ra mà khụng cú sự kớch thớch bờn ngoài nào và được gọi là phỏt xạ tự phỏt. Phỏt xạ
này đẳng hướng, cú pha ngẫu nhiờn và xuất hiện như một đầu ra Gaussian băng hẹp.
Photon cũng cú thể được sinh ra khi điện tử chuyển dịch xuống từ mức kớch thớch tới mức nền nhờ cú sự kớch thớch bờn ngoài (hỡnh 3.1.c). Nếu một photon cú năng lượng hv12 tỏc động vào phõn tử trong khi điện tử vẫn cũn ở trạng thỏi kớch thớch của nú, thỡ điện tử sẽ được kớch thớch ngay lập tức để rơi xuống trạng thỏi nền và phỏt ra photon cú năng lượng hv12. Photon được phỏt ra này cú pha là pha của photon tới, và sự bức xạởđõy được gọi là phỏt xạ kớch thớch.
Hỡnh 3.1 : Cỏc quỏ trỡnh hấp thụ và bức xạ photon
Ởđiều kiện cõn bằng nhiệt, mật độ cỏc điện tửđược kớch thớch là rất nhỏ, cho nờn hầu hết cỏc photon tới trờn hệ thống đều bị hấp thụ, và phỏt xạ kớch thớch hầu như khụng cú. Phỏt xạ kớch thớch sẽ vượt qua được sự hấp thụ chỉ khi nào tớch luỹ ở trờn trạng thỏi kớch thớch lớn hơn ở trạng thỏi bền. Điều này được gọi là nghịch đảo tớch luỹ. Vỡ đõy khụng phải là điều kiện cõn bằng cho nờn nghịch
đảo tớch luỹ được thực hiện bằng kĩ thuật bơm. Trong Laser bỏn dẫn, nghịch
đảo tớch luỹ được tiến hành bằng cỏch phun cỏc điện tử vào trong vật liệu tại tiếp điểm thiết bị để lấp cỏc trạng thỏi năng lượng thấp hơn vựng dẫn. Phần dưới đõy trỡnh bày về cỏc loại laser sử dụng trong DWDM:
a) Laser Fabry-Perot (FP):
Laser khoang cộng hưởng FP cấu tạo gồm 3 lớp bỏn dẫn: lớp AlGaAs loại P, tiếp xỳc với lớp kim loại cực dương; lớp AlGaAs loại N, tiếp xỳc với lớp kim loại cực õm và lớp hoạt tớnh GaAs loại P. Hai đầu lớp hoạt tớnh cú gắn gương