Cấu trỳc của OADM bao gồm tỏch kờnh, phần tử lọc cú điều khiển tỏch xen và phần tử ghộp kờnh. Trong phần tử tỏch kờnh khụng cú nghĩa là tất cả kờnh bước súng trờn sợi đến đều phải tỏch kờnh, thường ở điểm nỳt OADM dựng bộ tỏch kờnh để tỏch ra bước súng cần thiết (λa), đồng thời ghộp bước súng (λa) qua bộ ghộp kờnh lờn sợi quang truyền dẫn đi. Khi dựng cỏc phương ỏn
khỏc nhau để tỏch kờnh và ghộp kờnh thỡ nú tạo ra cỏc kết cấu OADM khỏc nhau.
Hiện nay cú nhiều phương ỏn OADM, nhưng về tổng quỏt chia làm hai loại :
• Kết cấu trựng lặp
• Kết cấu khụng trựng lặp
Kết cấu trựng lặp chủ yếu dựng linh kiện khụng nguồn là bộ ghộp tỏch kờnh và bộ lọc cố định, điểm nỳt tỏch ghộp một và nhiều bước súng cố định, tức là định tuyến của điểm nỳt đó được xỏc định, loại này thiếu linh hoạt, nhưng độ tin cậy cao và khụng cú trễ.
Kết cấu khụng trựng lặp dựng khoỏ quang, bộ lọc cú điều khiển … cú thể điều tiết bước súng động đường thoại tỏch nhập của điểm nỳt OADM. Kết cấu này phức tạp, cú trễ nhưng cú thể phõn phối tài nguyờn bước súng của mạng hợp lý.
Cỏc phương ỏn cơ bản của OADM cú một số hỡnh thức sau :
• Bộ tỏch súng, phần tử chuyển mạch khụng gian và bộ ghộp súng • Phần tử phối ghộp, phần tử lọc súng và bộ tỏch súng
• Dựa vào bộ lọc cú điều chỉnh thanh quang (AOTF). • Dựa vào bộđịnh tuyến lưới quang bước súng (WGM)
Bộ tỏch súng, phần tử chuyển mạch khụng gian và bộ ghộp súng
Trong phương ỏn này bộ tỏch kờnh cú thể là loại dựng cỏc bộ lọc màng mỏng hoặc loại cỏch tử dóy ống dẫn súng (AWG). Phần tử chuyển mạch khụng gian sử dụng khoỏ quang hoặc ma trận khoỏ quang, bộ ghộp bước súng cú thể là bộ ghộp kờnh hoặc bộ phối ghộp như hỡnh 1.20.
Do đú mức độ xuyờn nhiễu của toàn bộ OADM là do bộ tỏch kờnh quyết định. Hiện nay bộ tỏch kờnh cú thể làm cho độ cỏch li đạt tới 0,8nm/25dB trở lờn, do đú thoả món yờu cầu của hệ thống.
Hỡnh 1.21 OADM dựa vào bộ ghộp kờnh và ma trận khoỏ
Phần tử phối ghộp, phần tử lọc súng và bộ ghộp súng
Kết cấu OADM loại này đơn giản, những linh kiện sử dụng dễ tỡm. Trong kết cấu này phần tử phối ghộp thường là (Coupler) hoặc bộ quay vũng quang (Optical Circulator) …phần tử lọc súng cú lưới quang (FBG), cỏc bộ lọc như loại F-P… bộ ghộp súng là bộ ghộp phổ thụng hoặc bộ ghộp kờnh. Tớnh năng của phương ỏn này phụ thuộc chủ yếu vào bộ lọc. Linh kiện hiện nay cú độ cỏch li của lưới sợi quang cao hơn 20dB/ 0,8nm, tớnh năng cỏch li của khoang F-P tốt hơn cú thểđạt 40dB/ 0,8nm. Hỡnh 1.22 là một vớ dụ cụ thể.
Hỡnh 1.22 OADM dựa trờn lưúi sợi quang và khoỏ
Phương ỏn trong hỡnh 1.22 là kết cấu OADM dựng phổ biến hiện nay, tớn hiệu đầu vào WDM đi qua khoỏ định tuyến, đưa vào lưới quang. Lưới quang của mỗi đường chuẩn ứng với một bước súng, bước súng bị lưới quang phản xạ
sẽ đi qua bộ quay vũng để tỏch ra, đi vào mang tại chỗ, những tớn hiệu WDM khỏc qua lưới quang và bộ quay vũng ghộp súng với tớn hiệu bước súng của điểm nỳt tại chỗ, tiếp tục truyền dẫn lờn phớa trước.
Hỡnh 1.23 OADM dựng bộ lọc khoang F-P
Phương ỏn trong hỡnh 1.23 là kết cấu OADM dựng bộ lọc khoang F-P. Tớn hiệu vào WDM sau khi đi qua bộ lọc khoang F-P, bước súng cần thiết được tỏch ra đi vào nỳt nội hạt, cỏc bước súng khỏc bị phản xạ rồi tiếp tục truyền dẫn trờn đường trục. Cỏc dịch vụ từđiểm nỳt tại chỗ đến đường trục sẽ sử sụng bước súng ghộp vào giống bước súng tỏch ra. Trong phương ỏn này cú ưu điểm nổi bật là bộ lọc khoang F-P cú thể điều chỉnh liờn tục, nờn cú thể căn cứ vào nhu cầu để nhập tỏch ra cỏc bước súng bất kỳ nhưng nú lại khụng ổn định về nhiệt.
OADM dựa trờn AOTF
Bộ lọc cú điều chỉnh thanh quang (AOTF) cú đặc tớnh tốt, nhưng phạm vi điều chỉnh rộng, tốc độđiều chỉnh nhanh và độ cỏch li cao.., nhưng nú nhạy cảm với hiệu ứng phõn cực đõy chớnh là một hạn chế lớn
Hỡnh 1.24 OADM dựa vào AOTF
Kết cấu hỡnh 1.24 tớn hiệu bước súng quang nhập vào thẳng gúc với hướng phõn cực của tớn hiệu quang cựng bước súng với tớn hiệu WDM vào, sau khi
chỳng đi vào AOTF, tớn hiệu đưa vào WDM qua bộ tỏch chựm phõn cực (PBS) chia thành mode TM và mode TE rồi đi vào phần tử chuyển đổi mode (thường là tinh thể LiNbO3) do đoạn súng õm thanh chọn tần số f điều khiển, tiến hành điều chỉnh chọn tần số f tương ứng với cỏc bước súng cần tỏch ra. Nếu bước súng λ1 điều chỉnh chọn tần số tương ứng khi tớn hiệu WDM đi qua phần tử mode thỡ mode TE và mode TM của bước súng quang λ1 phỏt sinh chuyển đổi, mode TE biến thành mode TM và mode TM biến thành mode TE. Qua một λ1 PBS phớa sau rồi từđầu dõy tỏch ra đưa về sở tại, những bước súng khỏc của WDM khụng phỏt sinh biến đổi mode, từ đầu ra đưa ra sợi quang và bước súng nhập vào thụng qua phần tử chuyển đổi mode cũng từ đầu ra đưa ra sợi quang. Hiện nay tốc độ của OADM dựa vào AOTF cú thể đạt đến cấp microgiõy, ở bước súng 1550nm cú thểđiều chỉnh băng tần định tuyến lớn nhất đạt 25nm, độ cỏch li giữa súng gần nhau đạt 35dB/ 0,8nm. Mức rũ bước súng đi qua nhỏ hơn -30dB.
Kết cấu hỡnh 1.25 là biến thể đơn giản của phương ỏn này, bước súng ở đường thoại nhập tỏch là cố định, khụng điều chỉnh được. Độ cỏch li đối với bước súng lõn cận (1550nm) là trờn 22 dB/ 0,8nm, mức rũ tớn hiệu bước súng đi qua nhỏ hơn -30dB.
Hỡnh 1.25 OADM dựa vào PBS và FBG
OADM đựa trờn bộ định tuyến lưới quang bước súng (WGR)
WGR là bộđịnh tuyến bước súng hỡnh lưới quang, cú hai chiều, một chiều vào là tỏch kờnh, một chiều vào là ghộp kờnh.
Kết cấu hỡnh 1.26 lấy WGR NxN, thứ tự bước súng tỏch kờnh ra được ở đầu ra cú quan hệ với đầu vào. Tớn hiệu WDM giả sử cú N bước súng tương ứng với WGR, thứ tự sắp xếp đặt đầu dõy vào ra là 1~N, bước súng tỏch kờnh của đầu dõy ra 1~N là λ λ1 N. Khi đi vào đầu thứ 2 , bước súng tỏch kờnh được ở đầu dõy ra 1~N là λN, λ λ1 N, do đú đầu vào WGR dựng khoỏ quang để chọn
đầu vào khỏc nhau cho tớn hiệu WDM, từ đú quyết định bước súng tỏch ra để thực hiện điều chỉnh OADM. Tớn hiệu ghộp vào và đi qua tiến vào WGR B dựng phương thức ghộp kờnh hợp bước súng thành tớn hiệu WDM, qua khoỏ chọn đi đến đầu ra sợi quang.
Hỡnh 1.26 OADM dựa vào WGR
1.2.3.9 Bộ nối chộo quang OXC
OXC cú hai chức năng chớnh :
• Chức năng nối chộo của kờnh quang • Chức năng ghộp tỏch đường tại chỗ
Chức năng này cú thể làm cho kờnh quang nào đú tỏch ra để vào mạng địa phương hay sau khi trực tiếp đưa vào DXC của lớp SDH thụng qua biến đổi quang, do quang điện trong DXC sẽ xử lý. Đồng thời cho phộp kờnh quang ở địa phương nhập vào và ghộp kờnh truyền đến đầu ra của đường kết nối. Khi đỏnh giỏ kết cấu của OXC cần xột đến cỏc chỉ tiờu sau:
- Trợ giỳp kờnh bước súng hay kờnh bước súng ảo - Đặc tớnh nghẽn - Tớnh modun của kết nối - Tớnh modun của bước súng - Khả năng phỏt quảng bỏ - Giỏ thành a. Phõn tớch và so sỏnh kết cấu OXC
Hai loại chuyển mạch thường dựng trong mođun chuyển mạch quang OXC
• Chuyển mạch chia thời gian • Chuyển mạch chia bước súng
Linh kiện thực hiện chuyển mạch chia thời gian là cỏc loại khoỏ quang, chỳng hoàn thành chức năng chuyển mạch từđầu vào đến đầu ra trong miền thời gian. Linh kiện thực hiện chuyển mạch bước súng là cỏc bộ chuyển đổi bước súng, chỳng cú thể chuyển đổi tớn hiệu từ bước súng này sang bước súng khỏc, thực hiện chuyển mạch trờn miền bước súng. Ngoài ra trong mođun chuyển mạch cũn sử dụng rộng rói bộ chọn bước súng (như cỏc loại lọc quang cú thể điều chỉnh và bộ tỏch kờnh). Nú hoàn thành trộn tớn hiệu WDM một hoặc nhiều tớn hiệu bước súng đi qua và lọc đi những tớn hiệu cú bước súng khỏc. Cỏc tổ hợp khỏc nhau của linh kiện cú thể tạo thành cỏc kết cấu OXC khỏc nhau. Tuỳ theo chức năng định tuyến do linh kiện nào thực hiện là chớnh mà cú thể chia làm hai loại lớn :
- OXC dựa trờn chuyển mạch chia khụng gian - OXC dựa trờn chuyển mạch chia bước súng
Hiện nay đó cú rất nhiều loại kết cấu OXC, hơn nữa do tớnh thay đổi lẫn nhau của linh kiện chung cũn cú thể biến hoỏ thành nhiều loại kết cấu khỏc.
b. Kết cấu OXC dựa trờn chuyển mạch khụng gian
Dựa vào ma trận khoỏ quang khụng gian và bộ ghộp / tỏch kờnh chia bước súng của kết cấu OXC
Cả hai kết cấu OXC hỡnh 1.27 dựa vào ma trận khoỏ quang và bộ ghộp tỏch kờnh chia bước súng. Chỳng dựng bộ tỏch kờnh để tỏch tớn hiệu WDM về khụng gian, sau đú sử dụng ma trận khoỏ quang chuyển mạch khụng gian. Sau khi hoàn thành chuyển mạch khụng gian cỏc tớn hiệu bước súng được ghộp kờnh lờn đường kết nối ra, kết cấu loại này khụng cú khả năng phỏt quảng bỏ.
Theo hỡnh 1.27 giả thiết điểm nỳt cú Nf đường kết nối vào ra. Mỗi đường kết nối ghộp kờnh cựng một nhúm M bước súng, dung lượng chuyển mạch của ma trận khoỏ quang khụng gian là NxN ( N > Nr ). Mỗi ma trận khoỏ quang cú N- Nf đầu dõy dựng cho chức năng luồng đi /đến tại chỗ và nối với DXC
Kết cấu (a) cú tớnh mođun bước súng nhưng khụng cú tớnh mođun đường kết nối. Cũn kết nối (b) khụng cú tớnh mụđun bước súng và đường kết nối nhưng nú hỗ trợ kờnh bước súng ảo.
Hỡnh 1.27 Kết cấu OXC dựa trờn ma trận khoỏ quang và bộ tỏch/ghộp kờnh chia
bước súng
Kết cấu OXC dựa trờn ma trận khoỏ khụng gian và bộ lọc cú điều chỉnh
Cú hai kết cấu chung sử dụng bộ phối ghộp và bộ lọc cú điều chỉnh để hoàn thành chức năng phõn tỏch về mặt khụng gian tớn hiệu WDM đưa vào. Qua ma trận khoỏ quang khụng gian và bộ biến đổi bước súng và bộ phối ghộp kờnh để ghộp hai súng lại.
Hỡnh 1.28 (b) Kết cấu OXC cú ma trận khoỏ khụng gian và bộ lọc cú điều chỉnh
c. Kết cấu OXC dựa vào chuyển mạch chia bước súng
Kết cấu OXC chuyển mạch bước súng nhiều cấp dựa vào bộ ghộp cỏch tử ống đẫn súng AWGM (Arayed Waveguide Grating Multiplexer).
Một cấu trỳc AWGM do ụng Wen De Zhang đề xuất năm 1996 như hỡnh
1.29. Kết cấu này lợi dụng đặc tớnh của bộ ghộp kờnh AWGM, kết nối cỏc cấp của bộ biến đổi bước súng nhiều cấp khỏc nhau, thực hiện chuyển mạch kờnh quang hoàn toàn trờn miền bước súng. Một bộ ghộp kờnh AWGM cú thể đồng thời thực hiện chức năng ghộp kờnh chia bước súng và tỏch kờnh, ghộp nhiều bước súng cú bội số nguyờn trong khoảng phổ tự do đến đầu ra. Trong hỡnh vẽ bộ biến đổi bước súng 1x1 do một bộ tỏch kờnh, M bộ biến đổi bước súng và một bộ phối ghộp tạo thành, hoàn thành biến đổi M bước súng đầu vào thành một bước súng nào đú trong R bước súng nội bộ.
Khi R ≥ [(2M-1)/N]*N thỡ kết cấu này cú thể thực hiện đấu nối chộo kờnh ảo thành nhiều kiểu tuyệt đối khụng nghẽn, ([x] biểu thị lớn hơn hoặc bằng số nguyờn nhỏ nhất của x).
Hỡnh 1.29 Kết cấu OXC dựa vào 3 cấp biến đổi bước súng của bộ ghộp kờnh
AWGM
Kết cấu này cú tớnh mụđun bước súng, khụng cú tớnh mụđun đường kết nối và khụng cú khả năng phỏt quảng bỏ.
Kết cấu OXC hoàn dựa trờn chuyển mạch bước súng
Năm 1996 R. Sabella và E. Lannene đề suất một kiểu kết cấu trợ giỳp kờnh bước súng ảo như hỡnh 1.30. Trong kết cấu này cú tớn hiệu WDM trong đường kết nối vào đầu tiờn nú được bộ biến đổi bước súng chuyển hoỏ thành MN bước súng nội bộ khỏc nhau. Sau đú đưa đến MN đường nhỏnh thụng qua một bộ phối ghộp lớn, qua bộ lọc cú điều chỉnh chọn ra một bước súng cần thiết, bộ biển đổi bước súng chuyển thành bước súng bờn ngoài cần thiết để ghộp kờnh cựng với bước súng khỏc đưa lờn đường kết nối ra.
1.2.3.10 Chuyển mạch khụng gian
Cỏc ma trận chuyển mạch khụng gian được sử dụng trong cỏc thiết bị OADM và OXC. Cỏc thiết bị này dựa vào hoạt động cơ học bao gồm motor, điện tử tĩnh hoặc ỏp điện làm lệch cỏc vi gương cho chuyển mạch cỏc tớn hiệu quang. Do yờu cầu chuyển động cơ học của phần tử chuyển mạch thời gian đạt được dải khỏ rộng từ 30ms đến 500ms. Thiết bị dẫn súng tạo tỏc dụng của nhiệt năng hoặc hiệu ứng quang- điện là cú thời gian chuyển mạch tương đối nhanh, bảng 1.1 bao gồm cỏc đặc tớnh của cỏc ma trận chuyển mạch khỏc nhau.
Cụng nghệ Cơ học Nhiệt Cơ-quang
Sự kớch thớch Motor Mirror Electro- static Polyme Thermal Kớch cỡ 64x64 100x100 8x8 64x64 16x16 8x8 27x27 8x8 8x8
Suy hao xen 2 2 4 8 8 8
Thời gian chuyển mạch (ms) 500 30 40 2 2 < 2 Sự cỏch ly cỏc kờnh (dB) 60 60 60 50 40 30
Bảng 1.1 Tớnh chất của thiết bị ma trận chuyển mạch quang
a. Cỏc chuyển mạch cơ bản
Chuyển mạch quang phõn chia theo khụng gian
Khoỏ quang khụng gian (SOS – Space Optical Switch) là khoỏ cơ bản nhất trong chuyển mạch quang. Nú cú thể trực tiếp tạo thành phần tử chuyển mạch thời gian và phần tử chuyển mạch bước súng. Khoỏ quang khụng gian cú thể chia làm hai loại: sợi quang và loại khụng gian.
Loại khoỏ quang cơ bản là loại sợi quang, đầu vào và đầu ra cú hai sợi quang, cú thể hỡnh thành hai trạng thỏi kết nối là kết nối song song và kết nối chộo nhau.
Khoỏ quang 2x2 trong hỡnh 1.31 (a) và (b) là loại khoỏ quang kiểu ống dẫn súng, nhờđiều khiển bờn ngoài để thay đổi chiết suất của sợi để chọn đầu ra. Tiến hành điều khiển hiệu suất khỳc xạ do điện ỏp bờn ngoài đưa vào hỡnh thành
điện trường (khoỏ quang kiểu điện quang), hoặc thụng qua sợi đốt núng (khoỏ quang kiểu nhiệt quang). Loại khoỏ quang này khi chuyển mạch tớn hiệu, ngoài tổn hao của bản thõn nú để chuyển mạch, tất cả cụng suất tớn hiệu đến sợi quang đầu ra sẽ lóng phớ đi một nửa năng lượng, từ đú dẫn đến tổn hao phụ, mà số đường chuyển mạch càng nhiều thỡ tổn hao càng lớn. Dựng bộ khuếch đại quang làm khoỏ quang kiểu giao diện cú thể giải quyết vấn đề này. Nhưng khi quỏ nhiều khoỏ khụng gian nối với nhau thành bộ chuyển mạch lớn, thỡ bộ khuếch đại quang gõy ra hiện tượng bức xạ và làm băng thụng hẹp lại. Loại khoỏ hỡnh
1.31 (c) cú khả năng truyền quảng bỏ, điều này rất cú lợi khi cung cấp dịch vụ quảng bỏ. Ngoài ra cú loại khoỏ quang cơ khớ thường dựng, cú ưu điểm là tổn hao nhỏ, độ cỏch ly cao làm việc ổn định tin cậy… nhưng tốc độ khoỏ tương đối chậm
Giao diện quang
a) Khoỏ quang 2 x 2 b) Khoỏ quang 1 x 2 c) Khoỏ quang kết nối song song kết nối chộo khụng gian Hỡnh 1.31 Phưong ỏn thực hiện khoỏ quang khụng gian
Chuyển mạch quang phõn chia theo thời gian
Chuyển mạch quang chia thời gian là phõn phối thời gian tại đầu ra cho