Alcatel là một hãng hàng đầu trong việc cung cấp và xây dựng các hệ thống cáp quang biển trên thế giới. Alcatel cũng đi tiên phong trong nghiên cứu phát triển công nghệ mới trong lĩnh vực thông tin cáp quang biển.
4.1.1.1 Thiết bị đầu cuối trạm cáp
Alcatel đã đưa thế hệ sản phẩm và giải pháp thương mại là dòng đường truyền khuếch đại quang (Optical Amplifiber Line – OAL) dựa trên sử dụng các bộ khuếch đại EDFA trong các bộ lặp. Họ OAL gồm hai loại có các đặc tính sau:
Cự ly hệ thống
Thích hợp cho các hệ thống có cự ly ngắn, trung bình và xa từ các hệ thống không có trạm lặp khoảng 300-450km cho đến hệ thống xuyên đại dương.
Độ sâu
Độ sâu có thể đạt tới 8000m.
Dung lượng
- OALW40: là hệ thống DWDM tốc độ 16x2,5 Gbit/s trên một đôi sợi, tối đa là 8 đôi sợi (100Gbit/s).
- Tera 10: là hệ thống DWDM tốc độ 105x10 Gbit/s trên một đôi sợi, tối đa 8 sợi (8,4 Tbit/s).
Giao diện hệ thống
- OALW40: giao diện giữa hệ thống cáp biển và thiết bị ghép kênh SDH, kèm theo mỗi kênh bước sóng là 2,5 Gbit/s theo chuẩn ITU-T G.707, G.708 và G.709.
- Tera 10: Giao diện giữa hệ thống cáp quang biển và thiết bị ghép kênh SDH, kèm theo cho mỗi kênh bước sóng là 10 Gbit/s theo chuẩn ITU-T G.691.
Chức năng lớp quang
Do sử dụng EDFA và WDM, nên lớp truyền tải quang hoàn toàn ở mức bước sóng (STM-16 hoặc STM-64). Tùy ứng dụng, lọc quang tại bộ rẽ nhánh BU-WDM cho phép kết nối phù hợp với yêu cầu lưu lượng bằng cách thêm/rẽ một hoặc một số bước sóng tại mỗi bộ rẽ nhánh. Việc rẽ bước sóng hoặc rẽ sợi tại bộ rẽ nhánh cho phép có thể có nhiều cấu trúc mạng quang khác nhau.
Ngoài cấu hình đường trục - rẽ nhánh thông thường, hệ thống còn cho phép cấu trúc kiểu rẽ nhánh của nhánh rẽ (cấu trúc này được sử dụng cho Sea-Me-We ở Hồng Kông và Ma Cao)
Chỉ tiêu chất lượng hệ thống
- Chỉ tiêu lỗi: việc sử dụng sửa méo có trước FEC ở thiết bị dầu cuối cho phép chỉ tiêu lỗi tốt hơn ITU-TG.826 trong khi đó vẫn có khoảng lập lớn. Bằng việc chỉ thị số lỗi các lỗi sửa được, FEC cũng cho một phương pháp tiện lợi trong đánh giá quá trình thay đổi dự phòng của hệ thống.
- Độ tin cậy: Việc thiết kế phần thiết bị chìm có độ tin cậy rất cao ở mức có thể xảy ra một lỗi cần phải sửa chữa bằng tàu cáp trong toàn bộ tuổi thọ 25 năm của hệ thống 4 đôi sợi quang có cự ly 5000km.
- Độ khả dụng: Độ khả dụng tùy thuộc vào cơ chế bảo vệ, dự phòng của mạng, tức là dự phòng thiết bị, dự phòng tuyến, bảo vệ vòng ring hoặc sự kết hợp của các biện pháp này. Đối với một tuyến điểm- điểm điển hình dựa vào dự phòng thiết bị, mất liên lạc sẽ nhỏ hơn 10 phút/năm.
Khoảng lặp điển hình
Khoảng lặp điển hình phụ thuộc vào khoảng cách chung của hệ thống cáp cũng như số kênh bước sóng. Trong trường hợp tính tới việc nâng cấp dung lượng hệ thống, thì sẽ phải tính đến số kênh cuối cùng.
Hình 4.1 chỉ ra các giá trị khoảng lặp điển hình (giá trị thực tế phụ thuộc vào các yêu cầu riêng của hệ thống được thiết kế).
Hình 4.1. Khoảng cách lặp điển hình theo thực nghiệm của Alcatel Giám sát tuyến
Hệ thống thông tin cáp quang biển được trang bị một hệ thống giám sát trực tiếp riêng, cho phép tiếp nhận đồng thời đầy đủ thông tin về tình trạng cáp và các bộ khuếch đại trong khi hệ thống đang hoạt động. Việc đo trực tiếp mức công suất vào và ra cũng như các giá trị dòng laser bơm cho phép xác định dễ dàng phần thiết bị hư hỏng. Ngoài ra, hệ thống cho phép xác định chính xác vị trí đứt cáp bằng kĩ thuật EOTDR ( Extended Optical Time Domain Ref-lectoinety).
Cấu hình cơ bảN
Mỗi hệ thống gồm có các thành phần chìm như cáp, bộ lặp, bộ rẽ nhánh và các thành phần thiết bị trạm cáp: Thiết bị đầu cuối đường truyền phần dưới biển (SLTE), thiết bị cấp nguồn PFE, thiết bị SDH hoặc ATM Switch, IP Router, và thiết bị quản lý mạng đi kèm.
Thiết bị đầu cuối đường truyền cáp biển SLTE
Hình 4.2. Cấu hình của thiết bị SLTE OALW4 của Alcatel
Thiết bị thực hiện các chức năng:
- Xử lý các luồng tín hiệu 2,5Gbit/s giao tiếp với mạng nội địa bao gồm sửa méo trước FEC, xử lý overhead cho phép truyền đi trên hệ thống cáp biển.
- Khuếch đại tín hiệu quang và bù tán sắc (sử dụng sợi DCF) để truyền trên cáp biển.
- Ghép và tách kênh bước sóng WDM và khuếch đại quang để truyền trên hệ thống cáp biển.
- Ghép tín hiệu của hệ thống giám sát và vênh nghiệp vụ.
Bộ cấp nguồn PFE
Thiết bị PFE có các loại thiết bị khác nhau cung cấp điện áp dải từ 2,5 kV tới 10 kV. Bộ nguồn được thiết kế theo khối gồm các bộ biến đổi 2,5 kV để có thẻ tạo ra các cấp điện áp khác nhau và cấp bảo vệ dự phòng khác nhau. Nó gồm các trang bị đảm bảo an toàn và có tải giả cho mục đích đo thử:
- Nguồn cấp thường là cực âm (-) với cực kia dương (+) được nối đất hệ thống chính là đáy biển.
- Hai trạm cáp ở hai đầu cuối của trục cáp chính sử dụng PFE điện áp cao -10 kV và +10 kV để cấp nguồn cho các bộ lặp trên trục cáp chính, dòng cấp là 1,3A.
- Tại mỗi PFE có thể tiếp nối đất hệ thống, trong trường hợp cần thiết (như sự cố thiết bị, sự cố chập cáp) để PFE ở đầu kia cấp nguồn cho trục chính.
- PFE ở nhánh rẽ có điện áp 2,5 kV để cấp nguồn cho các bộ lặp của nhánh rẽ. Trong trường hợp này, BU sẽ tiếp đất hệ thống.
- Trong trường hợp tuyến cáp trên trục chính bị đứt thì PFE ở đầu kia cùng PFE nhánh rẽ sẽ cấp nguồn cho phần còn lại của hệ thống. Khi đó, bộ rẽ nhánh BU phải có chức năng chuyển mạch nguồn. Thiết bị PFE của Alcatel có một số chỉ tiêu sau đây:
+ Dòng cấp nguồn: 1,3A ± 1%. > Độ phân giải: ± 0,1%. > Điện áp ra: 0 tới 10 kV.
> Phương thức cấp: Đẳng dòng hoặc đẳng cấp. > Điện áp vào: 42 V – 60 VDC.
4.1.1.2. Bộ lặp
Bộ lặp AOL của Alcatel sử dụng bộ EDFA phù hợp cho các hệ thống cáp quang biển nhiều kênh WDM. Bộ lặp có các khả năng :
- 2,5Gbit/s đến 10Gbit/s trên một đôi sợi (một kênh)
- Tốc 40 Gbit/s trên một đôi sợi cho hệ thống 10 Gbit/s (60 kênh). - Tới 8 đôi sợi trên một hệ thống 2,5 Gbit/s (cực dại 4,8 Gbit/s). - Mỗi bộ EDFA phục vụ cho một đôi sợi quang.
Bộ lặp được thiết kế rất gọn và là một trong những loại nhỏ gọn nhất trên thị trường. Hình 4.3 mô tả sơ đồ khối tổng quát của bộ lặp.
Tùy ứng dụng, yêu cầu hệ số tạp âm thấp và công suất cao ra cao tại đầu ta của bộ lặp có thể sử dụng chế độ bơm kết hợp tần số bao gồm 980nm và 1480nm (như hình 4.3b).
Độ bằng phẳng của hệ số khuếch đại của mỗi bộ EDFA được kiểm soát chặt chẽ bằng bộ lọc quang cân bằng khuếch đại lặp ngay trong mạch của bộ lọc kèm với EDFA. Việc điều chỉnh công suất ra của mỗi bộ EDFA được thực hiện qua các kênh điều khiển từ xa, cho phép có thể thêm bước sóng để nâng cấp hệ thống.
Hệ thống được trang bị hệ thống giám sát cho phép đo trực tiếp mức công suất vào và ra cũng như dòng laser bơm cho phép xác định hư hỏng dễ dàng. Ngoài ra, bộ lặp cho phép xác định sự cố đứt cáp bằng OETDR.
4.1.1.3. Bộ rẽ nhánh (BU)
Bộ BU được sử dụng trong các hệ thống cáp quang biển khi cần có nhiều điểm cập bờ. Việc kết nối có thể thực hiện ở tín hiệu quang mà không phải chuyển đổi sang tín hiệu điện. Có ba loại kết nối quang tùy theo yêu cầu: Thêm/rẽ sợi, thêm/rẽ kênh và thêm/rẽ sợi và kênh. Hai loại sau sử dụng trong hệ thống WDM.
- Thêm/rẽ WDM: bộ rẽ nhánh WDM thực hiện thêm/rẽ tín hiệu quang như chỉ ra trên hình 4.4a.
Hình 4.4. Thêm/rẽ tín hiệu và điều khiển, giám sát và xác định sự cố của BU
Các bộ EDFA cũng giống như trong bộ lặp nhưng có thêm chức năng để thực hiện điều khiển tách kênh. Các bộ cách tử sợi và Circulator (phần tử thụ động) kèm với EDFA cho phép các bước sóng riêng được lọt qua từ hướng tới đến hướng khác với khả năng thêm/rẽ tín hiệu từ một đôi sợi.
- Điều khiển, giám sát và xác định sự cố: Việc điều khiển và giám sát bộ các EDFA được thực hiện bằng một tín hiệu tới BU từ thiết bị SLTE và SSE ở trạm cáp. Việc xác định vị trí sự cố có thể thực hiện bằng kĩ thuật EOTDR, như hình 4..4b.
Đối với nhiều hệ thống, việc định hướng sợi đơn giản thường được áp dụng bằng cách thêm và rẽ sợi quang, đi kèm với thiết bị đầu cuối trạm cáp tương ứng. Trong trường hợp này BU không cần khuếch đại EDFA và tín hiệu điều khiển.
Bộ rẽ nhánh BU sẽ thực hiện định tuyến dòng cấp nguồn khi cần thiết và chịu toàn bộ điện áp đường dây, kể cả xung điện có thể xảy ra khi cáp bị đứt (xem hình 4.5).
Hình 4.5. Chuyển mạch cấp nguồn của BU
Việc điều khiển chuyển mạch được thực hiện đơn giản bằng việc sử dụng dòng cấp nguồn của thiết bị DFE (không cần tín hiệu điều khiển).
4.1.1.4. Cáp biển
Alcatel đã phát triển dòng cáp quang biển DALC4 và cho các hệ thống có lặp, kế thừa những kinh nghiệm từ các dòng cáp biển trước đây. Cáp được thiết kế dựa trên ống thép thống nhất, có thể chứa đến 16 đôi sợi quang. Trong điều kiện không chịu lực kéo, đảm bảo tuổi thọ cao. Phần giữa của cáp là cấu trúc đơn vị sợi, trong đó các sợi quang được đặt trong một ống thép và được bảo vệ bằng một chất dầu chống
lại sự xâm nhập của nước và hydro. Ống dẫn phức hợp có cấu trúc đơn giản vì sợi được bảo vệ bằng sợi thép rất chắc được bọc bằng một ống đồng được bọc bằng các sợi thép. Cáp được bọc bằng vật liệu chống nước. Ống dẫn phức hợp được cách điện bằng Polyethylene mật độ cao. Vỏ cách điện cũng dùng để chống trầy xước. Cấu trúc này được dùng ở các vùng biển sâu (cáp trọng lượng nhẹ LW).
Cáp OALC4 có thể dùng ở độ sâu của nước từ 0 đến 8000m cho loại 1,6 Ω/km. Cáp có bọc sắt sử dụng cấu trúc LW và thêm phần bảo vệ phù hợp với điều kiện tự nhiên của đáy biển. Cáp OALC4 có các loại khác nhau về bảo vệ cơ khí dùng cho những ứng dụng khác nhau tùy thuộc địa hình đáy biển: LW, LWP, SA, DA và RA. Bảng 4.1 thống kê các thông số cơ khí của các loại cáp thuộc dòng OALC4 của Alcatel.
Bảng 4.1. Các thông số của cáp OALC4 của Alcatel
Chỉ tiêu Đơn vị LW LWP SA SAL DA RA Lực căng nhất thời danh định kN 50 50 200 250 400 450 Lực căng khai thác danh định kN 30 30 150 200 300 200 Lực căng lâu dài danh định kN 20 20 100 150 200 150 Lực căng cuối cùng kN 70 70 280 370 560 370 Đường kính ngoài Mm 17 23 28 31 46 46 Trọng lượng trong không khí Kg/m 0,5 0,75 2.0 2.6 7.5 7,4 Trọng lượng dưới nước Kg/m 0,27 0,33 1,4 1,8 5,7 5,6