7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
2.2. Các thành phần của hệ thống thông tin quang DWDM
Mô hình tổng quát hệ thống DWDM đơn hướng được trình bày như sau:
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý DWDM
Bộ phát đáp quang OTU 2.2.1.
OTU (Optical Transponder Unit) là thiết bị được sử dụng để thực hiện sửa dạng tín hiệu. Nó chuyển đổi những tín hiệu của các kênh quang đầu vào ở phía Client side thành các tín hiệu quang chuẩn theo khuyến nghị G.692 của ITU-T để có thể truyền trên hệ thống DWDM. OTU có ba chức
(regenerate). Ngoài ra, OTU còn có các chức năng phụ trợ như giám sát trạng thái và chất lượng tuyến, sửa lỗi... Đặc trưng của OTU là khối phát bước sóng chuẩn DWDM.
Các yêu cầu đối với khối này như sau:
- Nguồn phát tiêu chuẩn: Băng hẹp, không có mode bên, tần số trung tâm ổn định tuân theo khuyến nghị của ITU-T.
- Nguồn phát với khả năng chịu tán sắc cao: nguồn phát phải đảm bảo băng tần đủ hẹp để tín hiệu mức tán sắc khi truyền trong sợi quang đảm bảo yêu cầu của bộ thu.
Bộ phát đáp OTU sửa lỗi có sơ đồ chức năng được trình bày trên hình 2.3.
Hình 2.3. Sơ đồ khối chức năng của OTU
+ Khối phát tín hiệu quang: có chức năng phát tín hiệu quang, có hai loại khối phát tín hiệu quang là khối phát bước sóng chuẩn hóa và khối phát bước sóng không chuẩn hóa. Khối phát tín hiệu quang không chuẩn hóa là khối phát tại giao diện client side, có chức năng phát tín hiệu quang tại bước sóng thích hợp với giao diện mạng ngoài và không theo chuẩn hóa của hệ thống DWDM. Khối phát tín hiệu quang bước sóng chuẩn hóa là khối phát tại giao diện network side, có chức năng phát ra tín hiệu quang nằm trong bộ giá trị bước sóng chuẩn hóa DWDM theo khuyến nghị ITU-T G.692, G.694.1 để phù hợp với bộ ghép kênh theo bước sóng.
+ Khối giám sát chất lượng và byte mào đầu: có chức năng xử lý các thông số chất lượng dịch vụ và giám sát byte mào đầu thu được. Các thông tin sau khi được xử lý được đẩy tới khối điều khiển và truyền thông.
+ Khối điều khiển và truyền thông có hai chức năng: 1) Nhận lệnh từ phần mềm NE và điều khiển các khối chức năng và gửi thông tin phản hồi. 2) Nhận các thông tin từ khối giám sát chất lượng và byte mào đầu, nhận biết tín hiệu báo lỗi từ các khối chức năng trong hệ thống. Sau đó, đưa ra cảnh báo về phần mềm NE và từ đó chuyển về hệ thống quản lý mạng.
+ Khối thu tín hiệu quang: có chức năng thu tín hiệu quang trên dải rộng.
Bộ ghép kênh quang OMU 2.2.2.
OMU nằm ở đầu phát của tuyến DWDM, có vai trò ghép tín hiệu quang để truyền trên cùng một sợi quang. Đôi khi, OMU cũng phục vụ cho mục đích tái tạo tín hiệu hoặc chuyển tiếp tín hiệu.
Hình 2.4 biểu diễn sơ đồ khối chức năng của bộ ghép kênh quang theo bước sóng có thể điều chỉnh công suất từng kênh và có hệ thống giám sát công suất quang tích hợp.
Mỗi bước sóng trên từng kênh riêng biệt được đưa qua bộ ghép bước sóng MUX để ghép thành tín hiệu ghép kênh tổng, tín hiệu ghép tổng tại đầu ra của khối MUX đi qua một bộ chia công suất quang thụ động để tách một phần tín hiệu với công xuất nhỏ đưa tới khối giám sát công suất quang, phần tín hiệu có công xuất lớn được đưa tới lối ra.
Khối giám sát công suất quang làm nhiệm vụ giám sát công suất luồng tổng của tín hiệu đầu ra thông qua phần tín hiệu được tách từ bộ chia. Khối giám sát công suất quang cung cấp một đầu ra giám sát quang, trích từ tín hiệu ghép tổng, để phục vụ cho mục đích đo kiểm. Khối điều khiển và truyền thông làm nhiệm vụ giao tiếp với hệ thống quản lý mạng NMS: nhận lệnh từ NMS, điều khiển các thành phần trong bộ ghép kênh và gửi kết quả giám sát công suất, cấu hình, trạng thái về NMS.
Bộ tách kênh quang ODU 2.2.3.
ODU nằm ở đầu thu của tuyến DWDM, có vai trò tách luồng tín hiệu tách luồng quang ghép kênh tổng thành các kênh bước sóng đơn. Trong mạng DWDM tích hợp, ODU nằm ở biên mạng DWDM. Về phía client, ODU giao tiếp trực tiếp với các mạng khác. Về phía mạng, ODU kết nối với đầu ra các bộ khuếch đại hoặc giao tiếp trực tiếp với khối giao tiếp đường truyền (trong trường hợp tuyến ngắn). Trong mạng DWDM mở, về phía client, ODU kết nối với đầu thu các OTU, về phía mạng, ODU kết nối với đầu ra bộ khuếch đại hoặc giao tiếp trực tiếp với khối giao tiếp đường truyền (trong trường hợp tuyến ngắn). Đôi khi, ODU cũng phục vụ cho mục đích tái tạo tín hiệu hoặc chuyển tiếp tín hiệu.
Hình 2.5 biểu diễn sơ đồ khối chức năng của bộ tách kênh quang theo bước sóng có hệ thống giám sát công suất quang tích hợp.
+ Bộ chia quang giám sát
+ Khối giám sát công suất quang + Khối điều khiển và truyền thông
Hình 2.5. Sơ đồ khối chức năng của bộ tách kênh quang
Luồng tín hiệu ghép kênh tổng đầu vào được đưa qua một bộ chia công suất quang thụ động để tách một phần tín hiệu với công suất nhỏ đưa tới khối giám sát công suất quang, phần tín hiệu có công suất lớn được đưa tới bộ tách quang theo bước sóng để tách thành các kênh bước sóng đơn.
Khối giám sát công suất quang làm nhiệm vụ giám sát công suất luồng tổng của tín hiệu đầu vào thông qua phần tín hiệu được tách từ bộ chia. Khối giám sát công suất quang cung cấp một đầu ra giám sát quang, trích từ tín hiệu ghép tổng, để phục vụ cho mục đích đo kiểm. Khối điều khiển và truyền thông làm nhiệm vụ giao tiếp với hệ thống quản lý mạng NMS: nhận lệnh từ NMS, điều khiển các thành phần trong bộ tách kênh và gửi kết quả giám sát công suất, cấu hình, trạng thái về NMS.
Bộ ghép kênh xen rẽ quang OADM 2.2.4.
mạng DWDM mở, về phía khách hàng, OADM kết nối với OTU, về phía mạng OADM kết nối với bộ khuếch đại quang hoặc khối giao tiếp đường truyền (với tuyến ngắn) theo hai hướng. Với mạng tích hợp, OADM kết nối các kênh bước sóng đơn trực tiếp với khách hàng.
Hình 2.6 biểu diễn sơ đồ khối của một bộ ghép kênh xen rẽ n bước sóng quang, có chức năng điều chỉnh suy hao thêm vào từng kênh. Sơ đồ khối của bộ OADM này bao gồm các khối:
- Khối xen rẽ kênh bước sóng OADM có thể điều khiển suy hao thêm vào từng kênh
- Khối giám sát công suất quang
- Khối điều khiển và truyền thông
Hình 2.6. Sơ đồ khối OADM
Hoạt động của khối OADM như sau: luồng tín hiệu ghép kênh tổng đầu vào được đưa qua bộ chia tách để tách một phần nhỏ tín hiệu cho giám sát. Phần lớn còn lại được đưa đến khối OADM. Trong khối OADM, tín hiệu được đi qua khối tách kênh để tách ra các bước sóng đơn. Các bước sóng đơn xen rẽ được đưa tới đầu ra client side. Các bước sóng còn lại được đi qua các bộ suy hao điều khiển được và đưa tới khối ghép kênh. Khối ghép kênh ghép các bước sóng này với các bước sóng xen rẽ đầu vào client side thành luồng
ghép kênh DWDM tổng. Luồng ghép này được đưa qua bộ tách công suất giám sát và được đưa tới đầu ra client side.
Các khối giám sát công suất quang có nhiệm vụ giám sát công suất quang đầu vào và công suất quang ra khỏi OADM. Tạo các cảnh báo khi công suất tín hiệu quá thấp hoặc quá cao để gửi tới khối điều khiển và truyền thông. OADM cũng có các đầu ra giám sát phục vụ cho mục đích đo kiểm.
Khối điều khiển và truyền thông tiếp nhận thông tin từ các khối khác và tạo cảnh báo gửi tới NMS. Ngoài ra khối điều khiển và truyền thông cũng có chức năng truyền các lệnh điều khiển từ NMS tới các khối trong hệ thống.
Bộ khuếch đại OA 2.2.5.
OA nằm trên tuyến DWDM có nhiệm vụ khuếch đại công suất tín hiệu nhằm tăng khoảng cách truyền dẫn DWDM. Với các hệ thống dùng khuếch đại EDFA thì có ba loại OA: bộ khuếch đại tăng cường (OBA – Optical Booster Amplifier), bộ tiền khuếch đại (OPA – Optical PreAmplifier) và khuếch đại đường OLA (Optical Line Amplifier). Với hệ thống sử dụng khuếch đại Raman thì không phân biệt OPA, OBA và OLA.
Hình 2.7. Vị trí các bộ khuếch đại EDFA
Bộ khuếch đại tăng cường (OBA – Optical Booster Amplifier):Bộ
khuếch đại công suất BA được dùng trực tiếp ngay sau bộ phát quang để tăng cường mức công suất quang.Thiết bị BA không yêu cầu nghiêm ngặt về nhiễu. Các thành phần nhiễu ngoài băng tín hiệu có thể bỏ qua nhờ bộ lọc quang. Ứng dụng của BA chỉ có thể hấp dẫn trong trường hợp các vị trí trung gian với các thiết bị tích cực ngoài ý muốn hoặc không thể tiếp cận được ví dụ
Bộ tiền khuếch đại (OPA – Optical PreAmplifier): Được đặt ở cuối tuyến truyền quang và trước bộ thu quang. Bộ khuếch đại khuếch đại các tín hiệu quang thu được vốn có công suất nhỏ do suy hao trên tuyến truyền nhằm để các tín hiệu quang sau khi khuếch đại có công cuất lớn hơn ngưỡng công suất thu nhỏ nhất của bộ thu.
Bộ khuếch đại đường OLA (Optical Line Amplifier): Các bộ khuếch
đại đường được chèn vào các tuyến truyền có khoảng cách lớn. Các bộ khuếch đại đường truyền có thể thay thế một hoặc toàn bộ các trạm lặp thông thường trong tuyến truyền dẫn.
Khối giám sát kênh quang OSC 2.2.6.
OSC có chức năng giao tiếp kênh giám sát quang đảm bảo liên lạc từ thiết bị đến hệ thống quản lý.
Hình 2.8. Sơ đồ khối giám sát kênh quang
Tín hiệu quang sau khi đã qua bộ coupler chúng được tách một phần (khoảng 10% tín hiệu) và chuyển sang khối OSC để xử lý. Cụ thể ở đây là tín hiệu sẽ được gửi tới cổng RM và các khối chức năng trong board. Sau khi xử lý tín hiệu các thông tin về đường truyền tín hiệu sẽ được phân tích và gửi đến khối board SCC để đưa ra các điều khiển cần thiết. Phần tín hiệu tiếp tục gửi ra ngoài và qua bộ ghép để ghép cùng với tín hiệu đường truyền. Board
SC1/TC1 có thể sử dụng tại các trạm OTM và SC2/TC2 có thể sử dụng trong các trạm OLA hoặc OADM.
Khối bù tán sắc 2.2.7.
Bên cạnh suy hao của sợi, tán sắc cũng là một hiệu ứng giới hạn khoảng cách truyền trong tuyến thông tin quang. Trong truyền dẫn quang, hiệu ứng tán sắc tăng tuyến tính với độ dài và độ rộng phổ nguồn quang và là nguyên nhân gây méo xung. Thiết bị bù tán sắc đưa ra một mức tán sắc bằng và ngược lại để điều chỉnh sự giãn xung ánh sáng.
Sợi bù tán sắc (DCF – Dispersion Compensate Fiber) là loại sợi đặc biệt mà bước sóng của ánh sáng ở vùng cửa sổ 1550 nm có hệ số tán sắc không âm với khoảng 80 ps/(nm.km). Do đó, 1km sợi DCF có thể bù tán sắc cho 5km sợi đơn mode, khi hệ số tán sắc của sợi đơn mode là 17 ps/(nm.km). Hệ số tán sắc của sợi DCF cũng thay đổi theo tần số như sợi SFM, do đó không thể có khả năng bù tán sắc tốt nếu dải tần số mở rộng. Suy hao của sợi DCF có giá trị cỡ 0,6 dBm/km và lớn hơn sợi SMF.
2.3. Các vấn đề kỹ thuật cần quan tâm trong hệ thống DWDM
Trong hệ thống DWDM, cần quan tâm các vấn đề chính sau:
-Suy hao là sự suy giảm cường độ ánh sáng hoặc mất năng lượng ánh sáng, như tín hiệu truyền qua sợi quang.
-Tán sắc ánh sáng là sự lan rộng của các xung ánh sáng khi chúng di chuyển trong sợi quang.
-Phi tuyến là hiệu ứng từ sự tương tác của ánh sáng với chất liệu xung quanh, dẫn đến thay đổi sóng ánh sáng và sự tương tác giữa các sóng ánh sáng.