Tổng quan về công nghệ DWDM và các thành phần hệ thống DWDM
Viễn thông sử dụng rộng rãi các kỹ thuật quang học trong đó sóng mang thuộc về miền quang cổ điển. Điều chế sóng cho phép truyền tín hiệu tương tự hoặc kỹ thuật số lên đến một vài gigahertz (GHz) hoặc gigabits mỗi giây (Gbps) trên sóng mang có tần số rất cao, thường là 186 đến 196 THz. Trong thực tế, bitrate có thể được tăng thêm, sử dụng một số sóng mang đang lan truyền mà không có tương tác đáng kể trên một sợi đơn. Rõ ràng là mỗi tần số tương ứng với một bước sóng khác nhau. Ghép kênh phân chia bước sóng dày đặc (DWDM) được dành riêng cho khoảng cách tần số rất gần. Blog này giới thiệu về công nghệ DWDM và các thành phần hệ thống DWDM. Hoạt động của từng thành phần được thảo luận riêng lẻ và toàn bộ cấu trúc của một hệ thống DWDM cơ bản được hiển thị ở cuối blog này.
Giới thiệu về Công nghệ DWDM
Công nghệ DWDM là một phần mở rộng của mạng quang. Các thiết bị DWDM (gọi tắt là bộ ghép kênh hoặc Mux) kết hợp đầu ra từ một số máy phát quang để truyền qua một sợi quang. Ở đầu thu, một thiết bị DWDM khác (gọi tắt là demultiplexer hoặc DeMux) tách các tín hiệu quang kết hợp và truyền từng kênh đến một máy thu quang. Chỉ có một sợi quang được sử dụng giữa các thiết bị DWDM (theo hướng truyền). Thay vì yêu cầu một sợi quang trên mỗi cặp máy phát và máy thu, DWDM cho phép một số kênh quang chiếm một sợi cáp quang duy nhất. Như được hiển thị bên dưới, bằng cách áp dụng công nghệ Gaussian AAWG chất lượng cao, FOCC DWDM Mux / Demux cung cấp tổn thất chèn thấp (điển hình 3,5dB) và độ tin cậy cao. Với cấu trúc được nâng cấp, các bộ ghép kênh và bộ tách kênh DWDM này có thể giúp cài đặt dễ dàng hơn.
Một lợi thế chính của DWDM là giao thức và bitrate độc lập. Các mạng dựa trên DWDM có thể truyền dữ liệu trong IP, ATM, SONET, SDH và Ethernet. Do đó, các mạng dựa trên DWDM có thể mang các loại lưu lượng khác nhau ở các tốc độ khác nhau trên một kênh quang. Truyền giọng nói, email, video và dữ liệu đa phương tiện chỉ là một số ví dụ về các dịch vụ có thể được truyền đồng thời trong các hệ thống DWDM. Các hệ thống DWDM có các kênh ở bước sóng cách nhau 0,4nm.
DWDM là một loại Ghép kênh phân chia tần số (FDM). Một tính chất cơ bản của ánh sáng nói rằng các sóng ánh sáng riêng lẻ có bước sóng khác nhau có thể cùng tồn tại độc lập trong một môi trường. Laser có khả năng tạo ra các xung ánh sáng với bước sóng rất chính xác. Mỗi bước sóng riêng của ánh sáng có thể đại diện cho một kênh thông tin khác nhau. Bằng cách kết hợp các xung ánh sáng có bước sóng khác nhau, nhiều kênh có thể được truyền qua một sợi đồng thời. Hệ thống sợi quang sử dụng tín hiệu ánh sáng trong dải hồng ngoại (bước sóng 1 mm đến 400nm) của phổ điện từ. Tần số ánh sáng trong phạm vi quang học của phổ điện từ thường được xác định bằng bước sóng của chúng, mặc dù tần số (khoảng cách giữa lambdas) cung cấp nhận dạng cụ thể hơn.
Các thành phần hệ thống DWDM
Một hệ thống DWDM thường bao gồm năm thành phần: Bộ phát / thu quang, Bộ lọc DWDM Mux / DeMux, Bộ ghép kênh thêm / thả quang (OADM), Bộ khuếch đại quang, Bộ phát quang (Bộ chuyển đổi bước sóng).
Máy phát / thu quang
Các bộ phát được mô tả như các thành phần DWDM vì chúng cung cấp các tín hiệu nguồn sau đó được ghép kênh. Các đặc tính của máy phát quang được sử dụng trong các hệ thống DWDM rất quan trọng đối với thiết kế hệ thống. Nhiều máy phát quang được sử dụng làm nguồn sáng trong hệ thống DWDM. Các bit dữ liệu điện đến (0 hoặc 1) kích hoạt điều chế luồng ánh sáng (ví dụ: đèn flash = 1, không có ánh sáng = 0). Laser tạo ra các xung ánh sáng. Mỗi xung ánh sáng có bước sóng chính xác (lambda) được biểu thị bằng nanomet (nm). Trong một hệ thống dựa trên sóng mang, một luồng thông tin kỹ thuật số được gửi đến một thiết bị lớp vật lý, với đầu ra là nguồn sáng (đèn LED hoặc laser) có giao tiếp với cáp quang. Thiết bị này chuyển đổi tín hiệu số đến từ dạng điện (electron) sang dạng quang (photon) (chuyển đổi điện sang quang, EO). Các điện và số 0 kích hoạt một nguồn sáng nhấp nháy (ví dụ: ánh sáng = 1, ít hoặc không có ánh sáng = 0) ánh sáng vào lõi của sợi quang. Chuyển đổi EO là không ảnh hưởng đến giao thông. Định dạng của tín hiệu số cơ bản là không thay đổi. Các xung ánh sáng truyền qua sợi quang bằng phương pháp phản xạ nội toàn phần. Ở đầu thu, một cảm biến quang khác (photodiode) phát hiện các xung ánh sáng và chuyển đổi tín hiệu quang trở lại thành dạng điện. Một cặp sợi thường kết nối bất kỳ hai thiết bị (một sợi truyền, một sợi nhận).
Các hệ thống DWDM yêu cầu các bước sóng ánh sáng rất chính xác để hoạt động mà không bị biến dạng liên kênh hoặc nhiễu xuyên âm. Một số laser riêng lẻ thường được sử dụng để tạo các kênh riêng lẻ của hệ thống DWDM. Mỗi laser hoạt động ở bước sóng hơi khác nhau. Các hệ thống hiện đại hoạt động với khoảng cách 200, 100 và 50 GHz. Các hệ thống mới hơn hỗ trợ khoảng cách 25 GHz và khoảng cách 12,5 GHz đang được nghiên cứu. Nói chung, các bộ thu phát DWDM (DWDM SFP, DWDM SFP +, DWDM XFP, v.v.) hoạt động ở tốc độ 100 và 50 GHz có thể được tìm thấy trên thị trường hiện nay.
Bộ lọc DWDM Mux / DeMux
Nhiều bước sóng (tất cả trong dải 1550nm) được tạo bởi nhiều máy phát và hoạt động trên các sợi khác nhau được kết hợp trên một sợi bằng bộ lọc quang (bộ lọc Mux). Tín hiệu đầu ra của bộ ghép kênh quang được gọi là tín hiệu tổng hợp. Ở đầu thu, bộ lọc thả quang (bộ lọc DeMux) tách tất cả các bước sóng riêng của tín hiệu tổng hợp ra các sợi riêng lẻ. Các sợi riêng lẻ vượt qua các bước sóng phân tách đến càng nhiều máy thu quang. Thông thường, các thành phần Mux và DeMux (truyền và nhận) được chứa trong một vỏ bọc duy nhất. Các thiết bị Mux / DeMux quang có thể bị động. Các tín hiệu thành phần được ghép kênh và phân tách quang học, không phải bằng điện tử, do đó không cần nguồn điện bên ngoài. Hình dưới đây là hoạt động DWDM hai chiều. N xung ánh sáng của N bước sóng khác nhau được mang bởi N sợi khác nhau được kết hợp bởi Mux DWDM . Các tín hiệu N được ghép vào một cặp sợi quang. Một DeMux DWDM nhận tín hiệu tổng hợp và tách từng tín hiệu thành phần N và truyền từng tín hiệu đến một sợi. Mũi tên tín hiệu truyền và nhận đại diện cho thiết bị phía khách hàng. Điều này đòi hỏi phải sử dụng một cặp sợi quang; Một để truyền, một để nhận.
Bộ ghép kênh thêm / thả quang
Bộ ghép kênh thêm / thả quang (tức là OADM) có chức năng "Thêm / Thả" khác, so với Mux / DeMuxfilters. Đây là một con số cho thấy hoạt động của OADM 1 kênh. OADM này được thiết kế để chỉ thêm hoặc giảm tín hiệu quang với bước sóng cụ thể. Từ trái sang phải, tín hiệu tổng hợp đến được chia thành hai thành phần, thả và truyền qua. OADM chỉ giảm luồng tín hiệu quang màu đỏ. Luồng tín hiệu bị rơi được truyền đến bộ thu của thiết bị khách. Các tín hiệu quang còn lại đi qua OADM được ghép với một luồng tín hiệu bổ sung mới. OADM thêm một luồng tín hiệu quang màu đỏ mới, hoạt động ở cùng bước sóng với tín hiệu bị rơi. Luồng tín hiệu quang mới được kết hợp với tín hiệu truyền qua để tạo thành tín hiệu tổng hợp mới.
OADM được thiết kế để hoạt động ở bước sóng DWDM được gọi là DWDM OADM , trong khi hoạt động ở bước sóng CWDM được gọi là CWDM OADM . Cả hai đều có thể được tìm thấy trên thị trường bây giờ.
Bộ khuếch đại quang
Bộ khuếch đại quang tăng cường biên độ hoặc thêm mức tăng cho tín hiệu quang truyền trên sợi bằng cách kích thích trực tiếp các photon của tín hiệu có thêm năng lượng. Chúng là những thiết bị "trong sợi". Bộ khuếch đại quang khuếch đại tín hiệu quang qua một phạm vi bước sóng rộng. Điều này rất quan trọng đối với ứng dụng hệ thống DWDM. Bộ khuếch đại sợi pha tạp Erbium (EDFA) là loại bộ khuếch đại quang trong sợi được sử dụng phổ biến nhất. EDFA được sử dụng trong các hệ thống DWDM đôi khi được gọi là EDDM EDFA, so với các EDFA được sử dụng trong các hệ thống CATV hoặc SDH. Để mở rộng khoảng cách truyền của hệ thống DWDM của bạn, bạn có thể lấy tất cả các loại Bộ khuếch đại quang trong Fiberstore, bao gồm DWDM EDFA, CATV EDFA, SDH EDFA, EYDFA và Bộ khuếch đại Raman, v.v. (Đây là hình minh họa hoạt động của một EDDM DWDM.)
Bộ phát sóng (Bộ chuyển đổi bước sóng)
Bộ phát đáp chuyển đổi tín hiệu quang từ bước sóng tới này sang bước sóng khác phù hợp với các ứng dụng DWDM. Bộ tiếp sóng là bộ biến đổi bước sóng Quang-Điện-Quang (OEO). Một bộ phát đáp thực hiện thao tác OEO để chuyển đổi bước sóng ánh sáng, do đó một số người gọi chúng là "OEO". Trong hệ thống DWDM, bộ phát đáp chuyển đổi tín hiệu quang của máy khách thành tín hiệu điện (OE) và sau đó thực hiện các chức năng 2R (Reamplify, Reshape) hoặc 3R (Reamplify, Reshape và Retime). Hình dưới đây cho thấy hoạt động transponder hai chiều. Một bộ phát đáp được đặt giữa thiết bị khách và hệ thống DWDM. Từ trái sang phải, bộ phát đáp nhận được luồng bit quang hoạt động ở một bước sóng cụ thể (1310nm). Bộ phát đáp chuyển đổi bước sóng hoạt động của dòng bit đến thành bước sóng tuân thủ ITU. Nó truyền đầu ra của nó vào một hệ thống DWDM. Về phía nhận (phải sang trái), quá trình được đảo ngược. Bộ phát đáp nhận được dòng bit tuân thủ ITU và chuyển đổi tín hiệu trở lại bước sóng được sử dụng bởi thiết bị khách.
Các bộ phát đáp thường được sử dụng trong các hệ thống WDM (2,5 đến 40 Gbps), bao gồm không chỉ các hệ thống DWDM, mà cả các hệ thống CWDM. Fiberstore cung cấp các bộ phát đáp WDM khác nhau (bộ chuyển đổi OEO) với các cổng mô-đun khác nhau (SFP sang SFP, SFP + sang SFP +, XFP sang XFP, v.v.).
Các thành phần hệ thống DWDM hoạt động như thế nào cùng với công nghệ DWDM
Vì hệ thống DWDM bao gồm năm thành phần này, làm thế nào để chúng hoạt động cùng nhau? Các bước sau đây đưa ra câu trả lời (bạn cũng có thể thấy toàn bộ cấu trúc của hệ thống DWDM cơ bản trong hình bên dưới):
Sử dụng công nghệ DWDM, các hệ thống DWDM cung cấp băng thông cho lượng lớn dữ liệu. Trên thực tế, công suất của các hệ thống DWDM đang tăng lên khi các công nghệ tiến bộ cho phép khoảng cách gần hơn, và do đó số bước sóng cao hơn. Nhưng DWDM cũng đang vượt ra ngoài giao thông để trở thành nền tảng của mạng toàn quang với việc cung cấp bước sóng và bảo vệ dựa trên lưới. Chuyển đổi ở lớp quang tử sẽ cho phép sự tiến hóa này, cũng như các giao thức định tuyến cho phép các đường dẫn ánh sáng đi qua mạng theo cách tương tự như các mạch ảo hiện nay. Với sự phát triển của các công nghệ, các hệ thống DWDM có thể cần các thành phần tiên tiến hơn để phát huy lợi thế lớn hơn.
