Hình 2.4 (a) Chức năng của bộ ghép kênh quang xen kẽ bit.
(b) Chức năng của bộ ghép kênh quang đan xen gói. Bốn luồng dữ liệu giống nhau được ghép trong cả hai trường hợp. Trong (b), kích thước gói được hiển thị là 3 bit chỉ cho mục đích minh họa; trong thực tế, các gói lớn hơn nhiều và có kích thước khác nhau. Lưu ý rằng trong cả hai trường hợp, dữ liệu phải được nén kịp thời.
2.2.1 xen kẽ bit
Đầu tiên chúng ta sẽ nghiên cứu cách ghép kênh xen kẽ bit được minh họa trong Hình 2.4 (a) có thể được thực hiện về mặt quang học như thế nào. Thao tác này được minh họa trong Hình 2.5. Chuỗi xung tuần hồn được tạo ra bởi một tia laser bị khóa chế độ sẽ được phân tách và một bản sao được tạo cho mỗi luồng dữ liệu được ghép kênh. Quá trình tạo xung cho luồng dữ liệu thứ i, i = 1, 2, ..., n, bị trễ bởi iτ. Độ trễ này có thể đạt được bằng cách truyền xung truyền qua độ dài thích hợp của sợi quang. Vì vận tốc của ánh sáng trong sợi silica là khoảng 2 × 108 m / s, 1 mét sợi cung cấp độ trễ khoảng 5 ns. Do đó, các luồng xung bị trễ sẽ khơng bị thay đổi theo thời gian. Dịng xung khơng bị trễ được sử dụng cho các xung tạo khung. Mỗi dòng dữ liệu được sử dụng để điều chế bên ngồi dịng xung tuần hồn bị trễ thích hợp. Các đầu ra của bộ điều chế bên ngồi và dịng xung đóng khung được kết hợp để thu được dịng TDM quang học xen kẽ bit. Mức cơng suất của các xung đóng khung được chọn cao hơn rõ ràng so với mức của các xung dữ liệu. Điều này sẽ trở nên hữu ích trong việc phân kênh, như chúng ta sẽ thấy. Trong trường hợp mạng quảng bá có cấu
23
trúc liên kết hình sao, phép tốn kết hợp được thực hiện một cách tự nhiên bởi bộ ghép hình sao
Hình 2. 5: Một bộ ghép kênh quang để tạo dòng TDM xen kẽ bit được thể hiện trong Hình 2.4 (a).
Hoạt động phân kênh tương ứng được minh họa trong Hình 2.6. Đầu vào được ghép kênh được chia thành hai luồng bằng cách sử dụng bộ ghép 3 dB. Nếu luồng thứ j từ luồng ghép kênh được trích xuất, thì một trong các luồng này bị trễ j τ. Hoạt động phân ngưỡng được thực hiện trên luồng bị trễ để trích xuất các xung tạo khung. Các xung đóng khung được ghép với công suất cao hơn các xung khác để tạo điều kiện cho hoạt động phân ngưỡng này. Lưu ý rằng do độ trễ gây ra, các xung đóng khung được trích xuất trùng với các xung trong luồng không bị trễ tương ứng với luồng dữ liệu được phân kênh. Phép toán AND logic giữa dịng xung đóng khung và dịng xung ghép kênh được sử dụng để trích xuất dịng thứ j. Đầu ra của cổng AND logic là một xung nếu, trong một khoảng thời gian xung, cả hai đầu vào đều có xung; đầu ra khơng có xung khác.
24
Hình 2. 6: Bộ phân kênh quang để trích xuất một trong các kênh được ghép kênh từ luồng TDM xen kẽ bit
2.2.2 xen kẽ gói
Xem xét cách thực hiện hoạt động xen kẽ gói tin trong Hình 2.4 (b). Thao tác này được minh họa trong Hình 2.7 (a). Như trong trường hợp xen kẽ bit, một dòng xung hẹp tuần hồn được điều chế bên ngồi bởi dịng dữ liệu. Nếu khoảng bit là T, khoảng cách giữa các xung liên tiếp cũng là T. Bằng cách nào đó, chúng ta phải đưa ra một lược đồ để giảm khoảng thời gian giữa các xung liên tiếp xuống τ, tương ứng với tín hiệu ghép kênh tốc độ cao hơn. Điều này có thể được thực hiện bằng cách chuyển đầu ra của bộ điều chế bên ngồi qua một loạt các giai đoạn nén. Nếu kích thước của mỗi gói là l bit, đầu ra đi qua k = log l2 các giai đoạn nén. Trong giai đoạn nén đầu tiên, các bit 1, 3, 5, 7, ... bị trễ T - τ. Trong giai đoạn nén thứ hai, các cặp bit (1, 2), (5, 6), (9, 10) ,. . . bị trễ 2 (T - τ). Trong giai đoạn nén thứ ba, các bit (1, 2, 3, 4), (9, 10, 11, 12) ,. . . bị trễ 4 (T - τ). Giai đoạn nén thứ j được thể hiện trên Hình 2.7 (b). Mỗi giai đoạn nén bao gồm một cặp bộ ghép 3 dB, hai bộ khuếch đại quang bán dẫn (SOA) được sử dụng làm công tắc bật-tắt và một đường trễ. Giai đoạn nén thứ j có đường trễ là giá trị j 1
2 (T − τ) để chỉ ra rằng độ trễ mà xung i, i = 1, 2, ..., l gặp phải khi đi qua giai đoạn nén thứ k là (2k −i) (T −τ) . Kết hợp với thực tế là các xung đầu vào cách nhau theo thời gian T, điều này ngụ ý rằng xung i xuất hiện ở đầu ra tại thời điểm (2k - 1) (T - τ) + (i - 1) τ. Do đó các xung đầu ra cách nhau một khoảng thời gian là τ.
25
Hoạt động phân kênh tương đương với “giải nén” gói tin. Về nguyên tắc, điều này có thể được thực hiện bằng cách chuyển gói nén qua một tập hợp các giai đoạn giải nén tương tự như giai đoạn nén được thể hiện trong Hình 2.7 (b). Một lần nữa, số giai đoạn được yêu cầu sẽ là k = log(l), trong đó l là độ dài gói tính bằng bit. Tuy nhiên, các công tắc bật-tắt được yêu cầu trong cách tiếp cận này phải có thời gian chuyển đổi theo thứ tự của độ rộng xung τ, làm cho cách tiếp cận này không thực tế đối với các giá trị nhỏ của τ được quan tâm trong mạng chuyển mạch gói quang tử.
(a) Gói tin đi qua k giai đoạn nén, trong đó 2k là lũy thừa nhỏ nhất của hai
gói khơng nhỏ hơn chiều dài gói l tính bằng bit.
(b) Xem chi tiết giai đoạn nén j .