Sự xuất hiện của DWDM là một trong những hiện tượng quan trọng và gần đây nhất trong sự phát triển của công nghệ truyền dẫn cáp quang. Hướng dẫn này sẽ giới thiệu các nguyên tắc cơ bản của công nghệ DWDM, chẳng hạn như các thành phần, bộ khuếch đại quang được sử dụng trong hệ thống DWDM, v.v.

Thành phần và hoạt động

DWDM là công nghệ cốt lõi trong mạng truyền tải quang. Các thành phần thiết yếu của DWDM có thể được phân loại theo vị trí của chúng trong hệ thống. Về phía truyền, có các tia laser với bước sóng chính xác và ổn định. Trên liên kết, có sợi quang thể hiện hiệu suất truyền và suy hao thấp trong phổ bước sóng phù hợp, ngoài ra còn có bộ khuếch đại quang khuếch đại phẳng để tăng tín hiệu trong khoảng thời gian dài hơn. Ở phía nhận, có bộ tách sóng quang và bộ tách kênh sử dụng bộ lọc màng mỏng hoặc phần tử nhiễu xạ. Bên cạnh các thành phần này, có thể sử dụng các bộ ghép kênh thêm/thả quang và các thành phần kết nối chéo quang.

Công việc chính của sợi quang là dẫn sóng ánh sáng với độ suy giảm tối thiểu (mất tín hiệu). Sợi đa mode và sợi đơn mode là hai loại sợi quang được sử dụng phổ biến hiện nay. Sợi quang đơn mode có lõi nhỏ hơn nhiều chỉ cho phép một chế độ ánh sáng tại một thời điểm đi qua lõi. Do đó, độ trung thực của tín hiệu được duy trì tốt hơn trong khoảng cách xa hơn và sự phân tán phương thức giảm đi đáng kể. Các yếu tố này quy cho dung lượng băng thông cao hơn so với khả năng của sợi đa mode. Với khả năng mang thông tin lớn và suy hao nội tại thấp, các sợi quang đơn mode được ưu tiên cho các ứng dụng băng thông rộng hơn và khoảng cách xa hơn, bao gồm cả DWDM.

Bộ khuếch đại sợi quang pha tạp Erbium (EDFA)

Bằng cách cho phép mang tải trọng lớn mà DWDM có khả năng truyền qua khoảng cách xa, EDFA là một công nghệ kích hoạt chính. Erbium là một nguyên tố đất hiếm, khi bị kích thích sẽ phát ra ánh sáng có kích thước khoảng 1,54 micromet—bước sóng tổn thất thấp cho các sợi quang được sử dụng trong DWDM. Hình dưới đây cho thấy sơ đồ đơn giản hóa của EDFA. Một tín hiệu yếu đi vào sợi quang pha tạp erbium, trong đó ánh sáng ở bước sóng 980 nm hoặc 1480 nm được đưa vào bằng laser bơm. Ánh sáng được đưa vào này kích thích các nguyên tử erbium giải phóng năng lượng dự trữ của chúng dưới dạng ánh sáng 1550-nm bổ sung. Khi quá trình này tiếp tục đi xuống sợi quang, tín hiệu sẽ phát triển mạnh hơn.

Bộ ghép kênh và bộ tách kênh

Khi các hệ thống DWDM gửi tín hiệu từ nhiều nguồn qua một sợi quang, chúng phải bao gồm một số phương tiện để kết hợp các tín hiệu đến. Điều này được thực hiện với một bộ ghép kênh, lấy các bước sóng quang học từ nhiều sợi quang và hội tụ chúng thành một chùm. Ở đầu nhận, hệ thống phải có khả năng tách các thành phần của ánh sáng để có thể phát hiện chúng một cách kín đáo. Bộ tách kênh thực hiện chức năng này bằng cách tách chùm tia nhận được thành các thành phần bước sóng của nó và ghép chúng vào các sợi riêng lẻ. Việc tách kênh phải được thực hiện trước khi ánh sáng được phát hiện, bởi vì bộ tách sóng quang vốn là thiết bị băng thông rộng không thể phát hiện có chọn lọc một bước sóng duy nhất.

Trong một hệ thống đơn hướng, có một bộ ghép kênh ở đầu gửi và một bộ tách kênh ở đầu nhận được hiển thị trong hình dưới đây. Hai hệ thống sẽ được yêu cầu ở mỗi đầu để liên lạc hai chiều và sẽ cần hai sợi riêng biệt.

Trong một hệ thống hai chiều, có một bộ ghép kênh/bộ tách kênh ở mỗi đầu và giao tiếp qua một cặp sợi quang.

Bộ ghép kênh và bộ tách kênh có thể là thụ động hoặc tích cực trong thiết kế. Thiết kế thụ động dựa trên lăng kính, cách tử nhiễu xạ hoặc bộ lọc, trong khi thiết kế chủ động kết hợp các thiết bị thụ động với bộ lọc có thể điều chỉnh được.

Bộ ghép kênh thêm/thả quang (OADM)

Giữa các điểm ghép kênh và tách kênh trong hệ thống DWDM, có một khu vực tồn tại nhiều bước sóng. Người ta thường mong muốn có thể loại bỏ hoặc chèn một hoặc nhiều bước sóng tại một số điểm dọc theo khoảng này. Bộ ghép kênh thêm/thả quang thực hiện chức năng này. Thay vì kết hợp hoặc tách tất cả các bước sóng, OADM có thể loại bỏ một số trong khi truyền các bước sóng khác. OADM là một phần quan trọng trong việc hướng tới mục tiêu của các mạng toàn quang.

Có hai loại OADM chung. Thế hệ đầu tiên là một thiết bị cố định được cấu hình vật lý để loại bỏ các bước sóng xác định trước cụ thể trong khi thêm các bước sóng khác. Thế hệ thứ hai có thể cấu hình lại và có khả năng tự động lựa chọn bước sóng nào được thêm vào và loại bỏ.

Hoạt động của hệ thống DWDM dựa trên bộ phát đáp

Trong hệ thống DWDM, một bộ phát đáp sẽ chuyển đổi tín hiệu quang của máy khách. Hình ảnh sau đây cho thấy hoạt động từ đầu đến cuối của hệ thống DWDM một chiều.

Các bước sau đây mô tả hệ thống được hiển thị trong hình trên.

1. Bộ phát đáp chấp nhận đầu vào ở dạng laser đơn mode hoặc đa mode tiêu chuẩn. Đầu vào có thể đến từ các phương tiện vật lý khác nhau, các giao thức và loại lưu lượng khác nhau.

2. Bước sóng của mỗi tín hiệu đầu vào được ánh xạ tới bước sóng DWDM.

3. Các bước sóng DWDM từ bộ phát đáp được ghép thành một tín hiệu quang duy nhất và được đưa vào sợi quang. Hệ thống cũng có thể bao gồm khả năng chấp nhận tín hiệu quang trực tiếp đến bộ ghép kênh; các tín hiệu như vậy có thể đến, ví dụ, từ một nút vệ tinh.

4. Bộ khuếch đại sau giúp tăng cường độ của tín hiệu quang khi nó rời khỏi hệ thống (tùy chọn).

5. Bộ khuếch đại quang học được sử dụng dọc theo sợi quang khi cần thiết (tùy chọn).

6. Bộ tiền khuếch đại tăng cường tín hiệu trước khi tín hiệu đi vào hệ thống đầu cuối (tùy chọn).

7. Tín hiệu đến được tách kênh thành các lambda DWDM riêng lẻ (hoặc bước sóng).

8. Các lambda DWDM riêng lẻ được ánh xạ tới loại đầu ra được yêu cầu (ví dụ: sợi quang đơn mode OC-48) và được gửi đi qua bộ phát đáp.