NGHIÊN cứu hệ THỐNG THÔNG TIN QUANG GHÉP bước SÓNG mật độ CAO DWDM

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG MẬT ĐỘ CAO DWDM,NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG MẬT ĐỘ CAO DWDM,NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG MẬT ĐỘ CAO DWDM,NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG MẬT ĐỘ CAO DWDM

I TỔNG QUAN DWDM

1.1 Khái niệm

Ghép kênh theo bước sóng (WDM) là công nghệ ghép nhiều kênh có bước sóng khác nhau để truyền đi trên cùng một sợi quang Các bộ ghép và tách kênh được sử dụng là các thiết bị quang thụ động Ghép kênh theo bước sóng hoàn toàn trong suốt đối với dữ liệu được truyền Vì thế, tốc độ và chuẩn dữ liệu của các kênh được ghép không cần phải giống nhau

Cấu trúc tổng quát của một tuyến WDM đơn hướng, n kênh như hình 1.1.

Hình 1.1: Cấu trúc tổng quát của WDM và phổ của tín hiệu ghép

Các luồng thông tin cần truyền được đưa tới khối phát của từng kênh Các khối này làm nhiệm

vụ phát đáp với bước sóng khác nhau Đầu ra của các khối phát được đưa tới bộ ghép kênh theo bước sóng để ghép thành một luồng tổng được khuyếch đại và phát lên sợi quang Trên đường truyền, có thể đặt các bộ khuyếch đại nhằm đảm bảo về công suất để tăng khoảng cách truyền Tại đầu thu, tín hiệu này được khuyếch đại để tín hiệu đủ lớn và được đưa tới bộ tách kênh theo bước sóng để tách thành các kênh tương tự như đầu phát Các kênh bước sóng riêng được đưa tới

các khối phát tương ứng để chuyển từng kênh thành các luồng tín hiệu riêng tương ứng với phía phát.

Hiện tại, có hai hệ thống ghép kênh theo bước sóng được biết là hệ thống ghép kênh theo bước sóng mật độ cao (DWDM – Dense Wavelength Division Mutiplexing) và hệ thống ghép kênh theo bước sóng thô (CWDM – Coarse Wavelength Division Mutiplexing)

Bảng 1-1: Phân chia băng tần quang

DWDM là một công nghệ ghép kênh theo bước sóng với số bước sóng lớn trong một băng tần hạn chế Hệ thống ghép kênh DWDM hiện tại hoạt động ở băng C hoặc băng L (bảng 1-1), dung lượng 32 hoặc 40 kênh , khoảng kênh 0,4 nm và tốc độ tới 10G Các bước sóng được chuẩn hóa theo khuyến nghị ITU-T G.692 (bảng 1-2) Hiện tại, hệ thống DWDM đã nghiên cứu thử nghiệm với dung lượng kênh được nâng đến 40G hoặc số lượng kênh được nâng đến 80

Bảng 1-2: Bước sóng chuẩn hóa DWDM theo khuyến nghị ITU-T G.692

Hệ thống CWDM được phát triển nhằm đáp ứng các ứng dụng dung lượng nhỏ để giảm chi phí đầu tư CWDM là hệ thống ghép kênh bước sóng với mật độ kênh thấp, yêu cầu xử lý băng tần không cao Số kênh của CWDM nhỏ hơn hoặc bằng 18 với khoảng kênh 20nm (tương đương khoảng 2,5 THz) , dung lượng một kênh đến 10G, bước sóng theo khuyến nghị ITU-T G.694.2 Bước sóng của CWDM được phân bổ như hình 1.2.

Hình 1.2: Bước sóng của CWDM

1.2 Động lực phát triển

Sự tăng nhanh yêu cầu về dung lượng, khoảng cách và sự đa dạng về định dạng truyền tin làm cho các hệ thống ghép kênh theo thời gian (TDM) và việc tăng số lượng sợi quang không đáp ứng được Trong khi, dung lượng của một sợi quang rất lớn thì các hệ thống truyền dẫn quang TDM, với một tín hiệu quang trên mỗi sợi quang, chỉ khai thách một phần nhỏ trong băng tần rộng lớn của sợi quang Do đó, đã nảy sinh nhu cầu cần một hệ thống có khả năng tăng dung lượng truyền dẫn trên một sợi quang bằng cách tận dụng băng thông rộng của sợi, tăng khoảng cách truyền dẫn và đáp ứng đồng thời nhiều định dạng thông tin Đây là động lực phát triển hệ thống ghép kênh theo bước sóng WDM

Hệ thống WDM cho phép tăng dung lượng truyền dẫn trên một sợi quang, mà không tăng tốc

độ xung, bằng cách tận dụng băng thông rộng của sợi quang Có thể ghép các luồng số liệu có tốc độ và định dạng khác nhau Do đó, hệ thống đáp ứng được các yêu cầu kể trên.

1.3 Ứng dụng

1.3.1 Các kiểu mạng DWDM

DWDM có hai kiểu ứng dụng: kiểu mạng mở và mạng tích hợp.

Kiểu mạng DWDM mở hoạt động với mọi loại giao diện quang đầu cuối Hệ thống này sử dụng công nghệ chuyển đổi bước sóng để chuyển đổi tín hiệu quang từ bước sóng của luồng tín hiệu cần truyền sang bước sóng quy chuẩn trong hệ thống Các tín hiệu quang từ các thiết bị đầu

cuối khác nhau sau khi được chuyển đổi thành các bước sóng khác nhau phù hợp hệ thống theo khuyến nghị ITU-T được đưa tới bộ ghép để ghép thành tín hiệu DWDM

Hình 1.3: Hệ thống DWDM mở

Hệ thống DWDM tích hợp không sử dụng công nghệ chuyển đổi bước sóng Hệ thống DWDM tích hợp được thiết kế để hoạt động cùng với một số mạng khác như SDH, Ethernet, Các giao diện quang từ thiết bị thuộc các mạng được tích hợp phải có bước sóng chuẩn hóa DWDM và được kết nối trực tiếp vào bộ tách ghép kênh của hệ thống DWDM.

- Mạng nội vùng (Metropolitan)

Sử dụng các hệ thống DWDM khoảng cách trung bình để kết nối giữa các điểm tập trung lưu lượng trong một vùng Các mạng metro cũng được xây dựng dạng hình vòng hoặc hình lưới để tăng khả năng bảo vệ lưu lượng.

1.3.3 Ứng dụng tại Viettel

Mạng DWDM được sử dụng tại đường trục Bắc Nam, đường trục quốc tế, các mạng liên tỉnh

và nội hạt Hà Nội, TP.Hồ Chí Minh Hệ thống DWDM hiện đang được sử dụng là hệ thống tích hợp với hai loại giao diện cơ bản là SDH STM-N (N=16, 64) và GE (10G, 1G), phục vụ truyền tải lưu lượng từ mạng SDH và mạng IP của Viettel

Mạng trục Quốc gia với dung lượng 70G (sử dụng 7 bước sóng) sử dụng cáp trục 1C và 2B Trong đó trên trục 1C có 20 node truyền dẫn sử dụng thiết bị của hãng ECI (V01 đến V20) Trục 2B có 24 node trạm (T01 đến T24) sử dụng thiết bị của hãng ZTE Hai đường trục 1C và 2B tạo thành mạng hình chuỗi (chain) bảo vệ 1+1 cho dịch vụ Bắc – Nam

Mạng lõi của Hà Nội có 06 node mạng dung lượng 30G (sử dụng 03 bước sóng) với chức năng truyền tải lưu lượng cho các vòng ring SDH Lưu lượng trên mạng lõi DWDM Hà Nội gồm có lưu lượng mạng nội thành, mạng ngoại thành và mạng khách hàng Thiết bị sử dụng trên mạng

là của hãng Hauwei.

Mạng lõi Hồ Chí Minh có 06 node mạng, dung lượng 30G (sử dụng 03 bước sóng) với chức năng truyền tải lưu lượng cho các vòng ring SDH Thiết bị sử dụng trên mạng là của hãng Huawei.

Trong tương lai Viettel sẽ triển khai DWDM ở tất cả các mạng liên tỉnh Mạng DWDM phía bắc ngoài chức năng truyền tải lưu lượng cho các tỉnh phía bắc còn đảm bảo cho lưu lượng đi quốc tế Dung lượng mạng dự kiến là 100G (sử dụng 10 bước sóng) Mạng DWDM đường trục

sử dụng 4 tuyến cáp (1B, 1C, 2B và 1D) với dung lượng dự kiến 100G Mạng DWDM trong mạng lõi Hà Nội và Hồ Chí Minh.

1.4 Ưu điểm của DWDM

Hệ thống DWDM có các ưu điểm sau:

1.4.1 Dung lượng cực lớn

Băng thông truyền dẫn của sợi quang thông thường được sử dụng rất lớn Nhưng, tỷ lệ sử dụng của các hệ thống đơn bước sóng vẫn rất thấp Bằng cách sử dụng công nghệ DWDM, dung lượng truyền dẫn trên mỗi sợi quang được tăng lên rất nhiều lần mà không cần tăng tốc độ bit.

1.4.2 Trong suốt đối với tốc độ bit và khuôn dạng dữ liệu

Các hệ thống DWDM được xây dựng trên cơ sở ghép và tách các tín hiệu quang theo bước sóng và việc ghép tách này độc lập với tốc độ truyền dẫn và phương thức điều chế Vì thế, các hệ thống này trong suốt đối với tốc độ dữ liệu và khuôn dạng dữ liệu Vì thế, có thể truyền các tín hiệu với các đặc điểm truyền dẫn khác hẳn nhau, có thể tổng hợp và tách các tín hiệu điện khác nhau bao gồm các tín hiệu số và các tín hiệu tương tự, các tín hiệu PDH và các tín hiệu SDH,.v.v.

1.4.3 Bảo vệ đầu tư tối đa trong quá trình nâng cấp hệ thống

Trong quá trình mở rộng và phát triển mạng, có thể mở rộng dung lượng mà không cần xây dựng lại hệ thống cáp quang mà chỉ cần thay thế các bộ thu phát quang Hơn nữa, việc tăng thêm dịch vụ mới và dung lượng mới được thực hiện đơn giản bằng cách tăng thêm bước sóng.

1.4.4 Khả năng linh hoạt, tiết kiệm và và độ tin cậy cao

So với các mạng truyền thống sử dụng phương thức TDM điện, mạng DWDM có cấu trúc cực

kỳ đơn giản và các lớp mạng được phân tách rõ ràng Lớp thấp nhất của mạng là lớp toàn quang tính từ đầu vào bộ ghép tới đầu ra bộ tách kênh bước sóng bao gồm các bộ khuyếch đại , bù tán sắc và các thành phần ở trên đoạn đường truyền Lớp này là được xây dựng cố định với từng mạng và có chi phí rất thấp Lớp dịch vụ mức cao hơn bao gồm các bộ phát đáp quang Các bộ phát đáp quang làm nhiệm vụ gom các dữ liệu cần truyền và phát đáp tại các bước sóng chuẩn hóa của hệ thống Việc thay đổi dung lượng, thêm bớt dịch vụ được thực hiện bằng cách thay đổi hoặc thêm bớt các bộ phát đáp Do đó, mạng DWDM đáp ứng tốt về khả năng linh hoạt và tiết kiệm chi phí Do đặc điểm trong suốt với tín hiệu truyền nên độ tin cậy của mạng cao hơn hẳn so với các mạng TDM

1.4.5 Tương thích với chuyển mạch quang hoàn toàn

Theo dự đoán, có thể thực hiện được mạng chuyển mạch hoàn toàn quang trong tương lai, việc

xử lý như xen/rẽ và kết nối của tất cả các dịch vụ viễn thông có thể được thực hiện bằng cách thay đổi và điều chỉnh các bước sóng tín hiệu quang Vì vậy, DWDM là công nghệ cơ sở để thực hiện mạng hoàn toàn quang Hơn nữa, các hệ thống DWDM có thể tương thích với các mạng hoàn toàn quang trong tương lai Hoàn toàn có thể thực hiện mạng hoàn toàn quang trong suốt và

có độ tin cậy cao trên cơ sở hệ thống DWDM hiện tại.

Tài liệu tham khảo

[1] A Zarifkar ( azarifkar@itrc.ac.ir ), Components for DWDM Systems, Iran Telecommunication

Research Center (ITRC) Optical Communications Group

[2] DWDM primer, Fujitsu, 21/5/2004

[3] Đỗ Văn Việt Em, Kỹ thuật thông tin quang 2, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, Hà

Nội, 2007

[4] Fiber Types in Gigabit Optical Communications, Cisco, 04/2008

[5] OptiX OSN 6800 Product Description V100R003_01, Huawei Technology,

[6] WDM Principle ISSUE1.1, Huawei Technology

HỆ THỐNG DWDM – CHƯƠNG II: NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG

Tóm tắt

Phần này đưa ra mô hình tổng quan, nguyên lý hoạt động và các tiêu chuẩn tham chiếu của một

hệ thống DWDM Một hệ thống DWDM bao gồm phần cứng là các thiết bị trên mạng và phần mềm để quản lý, giám sát và điều khiển các phần tử mạng Mỗi phần tử DWDM bao gồm các subrack được lắp trên rack, mỗi subrack bao gồm các card điều khiển, card xử lý, card giao diện, card nguồn

2.1 Mô hình hệ thống và nguyên lý hoạt động

Mô hình tổng quát hệ thống DWDM được trình bày trong hình 2.1 Mô hình này biểu diễn một

hệ thống DWDM mở, đơn hướng gồm đầu phát , trạm khuếch đại và bù tán sắc trung gian và đầu thu Hệ thống ghép n kênh bước sóng, từ λ1 đến λn

Tại đầu phát, các luồng tín hiệu đầu vào được đưa đến các bộ phát đáp (OTU) khác nhau, từ OTU1 đến OTUn Giao diện đầu vào OTU là các giao diện dịch vụ truyền dẫn như SDH, PDH,

FE, GE, Nhiệm vụ của các bộ phát đáp là nhận và gom tín hiệu cần truyền từ đầu vào và phát lại trên các bước sóng chuẩn hóa của hệ thống DWDM, từ λ1 đến λn Đầu ra từ các OTU được đưa đến bộ ghép kênh theo bước sóng OMU OMU làm nhiệm vụ ghép các tín hiệu tại các bước sóng khác nhau thành một luồng tín hiệu ghép tổng DWDM Tín hiệu ghép này được đưa đến bộ khuếch đại tăng cường (BA) để khuếch đại tới công xuất thích hợp để phát vào sợi quang Trên đường truyền có đặt các bộ khuếch đại đường (LA) để đảm bảo về công suất Ngoài ra, trên đường truyền cũng có đặt các sợi bù tán sắc (DCF) để hạn chế tán sắc Bộ bù tán sắc thường được chèn vào giữa các tầng khuếch đại của một bộ khuếch đại hoặc chèn vào giữa hai bộ khuếch đại liên tiếp.

Tại đầu thu, vì tín hiệu có công suất rất nhỏ nên được đưa vào bộ tiền khuếch đại (PA) để khuếch đại công suất với tạp âm rất thấp để đảm bảo chất lượng tín hiệu Bộ bù tán sắc (DCF) được chèn vào giữa các tầng khuếch đại để bù tán sắc Tín hiệu sau khi khuếch đại và bù tán sắc được đưa đến bộ tách kênh (ODU) để tách thành các kênh bước sóng đơn, từ λ1 đến λn Tín hiệu

bước sóng đơn được đưa đến các bộ phát đáp tương ứng để chuyển đến giao diện đầu ra của hệ thống (SDH, FE, GE, ).

Trong hệ thống DWDM, hệ thống quản lý được truyền qua kênh giám sát quang (OSC) Kênh giám sát thường có tốc độ 2Mbit/s Có hai kiểu OSC: OSC trong băng và OSC ngoài băng Với kiểu OSC trong băng, kênh giám sát quang được ghép vào dữ liệu người dùng và được truyền cùng với tín hiệu người dùng Kênh giám sát được ghép tách tại OTU

Với kiểu OSC ngoài băng, kênh giám sát quang được truyền bằng một kênh bước sóng độc lập với dữ liệu người dùng Trong trường hợp này, kênh OSC có thể truyền bằng một bước sóng DWDM trên băng C hay băng L hoặc truyền bằng kênh bước sóng trong băng S Kênh OSC có tốc độ thấp nên yêu cầu chất lượng truyền dẫn không cao, do đó, quỹ đường truyền rất lớn Ngoài ra, OSC luôn kết cuối tại các trạm bất kỳ nên khoảng cách không lớn và vì thế, không cần phải khuếch đại và bù tán sắc Do kênh OSC thường hoạt động trên băng S, yêu cầu chất lượng truyền không cao và cũng để đảm bảo thông suốt kênh quản lý trong cả trường hợp hỏng các thành phần thiết bị DWDM (MUX, DEMUX, bộ khuếch đại, ) nên kênh OSC được ghép vào tín hiệu tổng tại vị trí sau bộ khuếch đại và được tách ra tại vị trí trước bộ khuếch đại Hệ thống DWDM trên hình 2.1 sử dụng chế độ OSC ngoài băng, kênh OSC hoạt động tại bước sóng λOSC trên băng S.

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý DWDM

Một hay nhiều hệ thống quản lý phần tử EMS được kết nối với các thiết bị DWDM để tạo thành một mạng quản lý Mạng quản lý thường là mạng IP và các thiết bị DWDM cũng như các EMS, NMS đóng vai trò là các node mạng EMS kết nối trực tiếp đến một phần tử DWDM, thường bằng giao diện Fast Ethernet Kênh truyền thông tin quản lý giữa các phần tử DWDM là kênh OSC EMS quản lý các phần tử trực thuộc nó bao gồm: cấu hình, nhận cảnh báo và xem thông tin cấu hình EMS xem các phần tử mạng là các đối tượng rời rạc NMS quản lý toàn mạng

và xem các phần tử mạng là các đối tượng nằm trong hệ thống liên kết NMS quản lý mạng thông qua các EMS

Các hệ thống DWDM tích hợp cũng hoạt động với nguyên lý này Tuy nhiên, với hệ thống DWDM tích hợp, các luồng tín hiệu từ mạng được tích hợp đã được chuẩn hóa về bước sóng DWDM, hệ thống không cần sử dụng OTU.

Trên thực tế, hệ thống DWDM được xây dựng là hệ thống hai hướng Mô hình tổng quát của hệ thống DWDM hai hướng được trình bày trên hình 2.2 Mỗi thiết bị OTM đều có một bộ ghép và tách kênh OTU giao tiếp về hai phía, mỗi phía đều có đầu thu và đầu phát Hướng giao tiếp với các luồng thông tin cần truyền gọi là client side hay còn gọi là local side Hướng giao tiếp về phía mạng DWDM gọi là line side hay còn gọi là network side.

Hình 2.2: Hệ thống DWDM hai hướng

Hình 2.3 biểu diễn các cách giao tiếp giữa hệ thống DWDM với các dịch vụ khác Với hệ thống DWDM mở, sử dụng các bộ phát đáp (OTU) để nhận, gom các luồng thông tin của các dịch vụ khác nhau để phát trên các bước sóng chuẩn hóa của DWDM Như vậy, các dịch vụ ngoài giao tiếp với hệ thống DWDM bằng giao diện quang mở của hệ thống Với hệ thống DWDM tích hợp, các luồng số liệu cần truyền từ mạng kết hợp đã được chuẩn hóa bước sóng nên có thể kết nối trực tiếp với khối tách ghép kênh Vì thế các lớp dịch vụ ngoài giao tiếp trực tiếp với lớp DWDM

Hệ thống DWDM tích hợp có chi phí thấp hơn do không phải sử dụng OTU Hệ thống DWDM

mở có ưu điểm là khả năng linh hoạt tốt hơn.

Hình 2.3: Giao tiếp giữa DWDM với các dịch vụ khác

Các giao diện trực tiếp tới lớp DWDM là các giao diện quang tại bước sóng chuẩn hóa của hệ thống ghép kênh theo bước sóng DWDM Các giao diện từ các dịch vụ khác tới giao diện quang

mở là các giao diện điện hoặc giao diện quang tại bước sóng không chuẩn hóa DWDM Khối giao diện quang mở có thể thực hiện một số chức năng bổ xung như ghép kênh miền điện, sửa lỗi, đồng bộ lại, tái tạo xung,

2.2 Các tiêu chuẩn cho hệ thống DWDM

2.2.1 Các khuyến nghị ITU-T

Bảng 2-1 liệt kê các khuyến nghị ITU-T áp dụng cho mạng DWDM, bao gồm các khuyến nghị đối với tần số hoạt động, quản lý mạng, cấu trúc hệ thống; các khuyến nghị đối với bộ tách ghép kênh, bộ khuyếch đại, bộ phát đáp; các khuyến nghị về phân cấp số và giao diện với các mạng khác như PDH, SDH,

Bảng 2-1: Các khuyến nghị ITU-T áp dụng cho DWDM

Khuyến

nghị

G.692 Optical interfaces for multichannel systems

with optical amplifiers

Các giao diện quang cho hệ thống đa kênh có các bộ khuếch đại quang G.694.1 Spectral grids for WDM applications:

DWDM frequency grid Các lưới phổ cho các ứng dụng WDW: lưới tần số DWDM G.694.2 Spectral grids for WDM applications:

CWDM frequency grid Các lưới phổ cho các ứng dụng WDW: lưới tần số CWDM G.696.1 Intra-Domain DWDM applications Ứng dụng DWDM nội vùng

G.702 Digital hierarchy bit rates Các tốc độ bít phân cấp số

nghị

G.703 Physical/electrical characteristic of

hierarchical digital interfaces

Đặc điểm vật lý/điện của các giao diện

số phân cấp G.704 Synchronous frame structures used at 1544,

requirements that are common to multiple

transport technologies

Các yêu cầu đối với chức năng quản lý thiết bị áp dụng chung cho các công nghệ đa truyền tải

G.775 Loss of signal (LOS) and alarm indication

signal (AIS) defect detection and clearance

criteria

Tiêu chuẩn phát hiện và xóa bỏ lỗi mất tín hiệu (LOS) và tín hiệu chỉ thị cảnh báo (AIS)

G.773 Protocol suites for Q-interfaces for

management of transmission systems

Bộ giao thức cho giao diện Q dùng trong quản lý hệ thống truyền dẫn G.774 1

G.774 2

G.774 3

G.774 4

G.774 5

Synchronous Digital Hierarchy (SDH)

management information model for the

network element view

Mô hình thông tin quản lý SDH sử dụng cho hiển thị phần tử mạng

G.783 Characteristics of Synchronous Digital

Hierarchy (SDH) equipment functional

G.798 Characteristics of optical transport network

hierarchy equipment functional blocks

Đặc điểm của các khối chức năng thiết

bị theo phân cấp mạng truyền tải quang

G.803 Architectures of transport networks based on

the Synchronous Digital Hierarchy (SDH)

Kiến trúc của các mạng truyền tải trên

cơ sở phân cấp số đồng bộ (SDH) G.808.1 The generic functional models,

characteristics and processes associated with

various linear protection schemes for

connectionoriented layer networks

Các mô hình chức năng tổng quát, đặc tính và quá trình kết hợp với các phương thức bảo vệ tuyến tính khác nhau áp dụng cho các mạng

G.813 Timing characteristics of SDH equipment

slave clocks (SEC) Đặc điểm định thời của các đồng hồ phụ thuộc trong thiết bị SDH kiểu.

nghị

G.823 The control of jitter and wander within

digital networks which are based on the

2048kbit/s hierarchy

Điều khiển rung và trôi pha trong các mạng số trên cơ sở phân cấp 2 kbit/s

G.824 The control of jitter and wander within

digital networks which are based on the

1544kbit/s hierarchy

Điều khiển rung và trôi pha trong các mạng số trên cơ sở phân cấp

1544kbit/s G.825 The control of jitter and wander within

digital networks which are based on the

Synchronous Digital Hierarchy (SDH)

Điều khiển rung và trôi pha trong các mạng số trên cơ sở phân cấp SDH

G.826 Error performance parameters and

objectives for international, constant bit rate

digital paths at or above the primary rate

Các tham số và mục tiêu chất lượng đối với lỗi cho các đường truyền số quốc tế có tốc độ cố định tại bằng hoặc trên tốc độ cơ sở

G.831 Management capabilities of transport

networks based on the Synchronous Digital

G.842 Cooperation of the SDH network protection

G.872 The functional architecture of optical

transport networks using the modelling

methodology described in ITU-T Rec

G.873.1 The APS protocol and protection switching

operation for the linear protection schemes

for the Optical Transport Network at the

Optical Channel Data Unit (ODUk) level

Giao thức APS và hoạt động chuyển mạch bảo vệ áp dụng cho bảo vệ tuyến tính ứng dụng trong mạng truyền tải quang tại mức đơn vị số liệu kênh quang (ODUk)

G.874 Management aspects of the Optical

Transport Network Element containing

transport functions of one or more of the

layer networks of the optical transport

network.

Vấn đề quản lý của phần tử mạng truyền tải quang bao gồm các chức năng truyền tải của một hay nhiều mạng phân lớp của mạng truyền tải quang

G.957 Optical interfaces of equipments and

systems relating to the synchronous digital

hierarchy

Các giao diện quang của các thiết bị và

hệ thống liên quan đến phân cấp số đồng bộ

G.691 Optical interfaces for single channel

STM-64 and other SDH systems with optical

amplifiers

Các giao diện quang cho kênh đơn STM-64 và các hệ thống SDH khác có khuếch đại quang

nghị

G.692 Optical interfaces for multichannel systems

with optical amplifiers

Các giao diện quang cho hệ thống đa kênh có khuếch đại quang

G.693 Optical interfaces for intra-office systems Các giao diện quang cho hệ thống nội

đài G.697 Optical monitoring for DWDM systems Giám sát quang cho các hệ thống

DWDM G.671 Transmission characteristics of optical

components and subsystems

Đặc tính truyền dẫn của các thành phần quang và các phân hệ G.959.1 Physical layer inter-domain interface (IrDI)

specifications for optical networks which

may employ wavelength division

multiplexing (WDM)

Đặc tính kỹ thuật của giao diện nội vùng lớp vật lý của các mạng quang có thể triển khai ghép kênh theo bước sóng (WDM)

G.975 Forward error correction for submarine

management network

Nguyên lý áp dụng cho một mạng quản lý viễn thông

G.661 Definition and test methods for the relevant

generic parameters of optical fiber

amplifiers

Định nghĩa và phương pháp đo kiểm các tham số đặc tính chung của các bộ khuếch đại quang

G.662 Generic characteristics of optical fiber

amplifier devices and subsystems

Các đặc điểm chung của các thiết bị và phân hệ khuếch đại sợi quang

G.663 Application related aspects of optical fiber

amplifier devices and sub-systems

Ứng dụng liên quan đến các vấn đề về thiết bị và phân hệ khuếch đại sợi quang

G.664 Optical safety procedures and requirements

for optical transport systems

Các thủ tục và yêu cầu về an toàn quang cho các hệ thống truyền tải quang

G.665 Definitions and Test Methods for Generic

Characteristics of Raman Amplifiers and

Raman Amplified Subsystems

Các định nghĩa và phương pháp đo kiểm cho các đặc tính tổng quát của bộ khuếch đại Raman và các phân hệ khuếch đại Raman

2.2.2 Các tiêu chuẩn IEEE

Các tiêu chuẩn IEEE áp dụng cho giao diện Ethernet được liệt kê trong bảng 2-2.

Bảng 2-2: Các tiêu chuẩn IEEE

IEEE Std

802.3

Carrier sense multiple access with collision detection (CSMA/CD) access method and physical layer specification

Đa truy nhập theo cảm biến đường truyền với có chế phát hiện xung đột (CSMA/CD): phương thức truy nhập

và chi tiết kỹ thuật lớp vật lý IEEE 802.3z Media Access Control (MAC)

parameters, physical Layer, repeater and management parameters for 1000 Mb/s operation

Các tham số điều khiển truy nhập môi trường (MAC), lớp vật lý, các tham

số bộ lặp và quản lý cho hoạt động

1000 Mb/s IEEE802.3a

e

Media Access Control (MAC) parameters, physical Layer, and management parameters for 10Gb/s operation

Các tham số điều khiển truy nhập môi trường (MAC), lớp vật lý và các tham

số quản lý cho hoạt động 10Gb/s

2.2.3 Các tiêu chuẩn an toàn laser

Các tiêu chuẩn về an toàn đối với nguồn laser được liệt kê trong bảng 2-3.

Bảng 2-3: Các tiêu chuẩn an toàn đối với laser

Safety of laser products - Part 1:

Equipment classification, requirements and user’s guide

An toàn cho các sản phẩm laser – Phần 1: Phân loại, các yêu cầu và hướng dẫn cho người dùng.

2.3 Cấu trúc thiết bị

2.3.1 Cấu trúc phần cứng

Về phần cứng, thiết bị DWDM được thiết kế theo cấu trúc phân tách khối chức năng Thiết bị bao gồm khung giá (subrack) và các khối chức năng Khung giá thiết bị được gắn trên tủ thiết bị (rack) Các khối chức năng bao gồm các khối (Modul) và các bo mạch chức năng (board) hay còn gọi là card chức năng.

Hình 2.4: Thành phần phần cứng

Hình 2.4 là hình ảnh ví dụ về tủ thiết bị, khung giá thiết bị và bảng mạch chức năng Tủ rack thường được sử dụng là tủ theo chuẩn ETSI rộng 600mm, sâu 300mm, cao 2200mm hoặc 2600mm Tủ rack làm bằng tấm kim loại kín, với cửa phía mặt trước để thao tác Subrack có các kích thước chiều rộng chuẩn là 19 inchs hoặc 21 inchs, chiều sâu nhỏ hơn 300 mm và chiều cao tùy theo nhà sản xuất Trên rack có hệ thống phân phối nguồn nuôi DC và hệ thống đèn cảnh báo cho các thiết bị nằm trên rack.

Cấu tạo subrack và bảng mạch chức năng tùy theo nhà sản xuất, tuy nhiên đều có bố trí tương

tự như trên hình 2.9 Subrack là một khung với các khe trượt và hệ thống chân cắm để lắp bảng mạch chức năng Phía dưới có khe để đi dây Khối nguồn có thể bố trí dưới dạng một card chức năng hoặc gắn liền với subrack ở vị trí trên cùng

Cấu trúc bảng mạch chức năng bao gồm mặt trước, thân card và hệ thống lỗ cắm tại mặt sau Mặt trước bao gồm ký hiệu tên card, các giao diện tín hiệu, đèn cảnh báo và công tắc điều khiển Khối DCM là một đoạn sợi quang tán sắc ngược chiều với sợi quang đường truyền được đặt trong khối hộp độc lập với subrack thiết bị và được gắn trên rack.

Có chức năng ghép các tín hiệu tại các bước sóng đơn chuẩn hóa theo hệ thống DWDM thành luồng tín hiệu ghép kênh theo bước sóng.

3) Bộ tách kênh theo quang (ODU)

Có chức năng ghép các tín hiệu tại các bước sóng đơn chuẩn hóa theo hệ thống DWDM từ luồng tín hiệu ghép kênh theo bước sóng.

4) Bộ ghép kênh xen rẽ quang (OADM)

Có chức năng xen/rẽ các tín hiệu tại các bước sóng đơn chuẩn hóa theo hệ thống DWDM vào/từ luồng tín hiệu ghép kênh theo bước sóng.

5) Bộ khuếch đại quang (OAU)

Có chức năng khuếch đại công suất tín hiệu quang

6) Bộ điều khiển hệ thống và truyền thông

Có chức năng điều khiển cấu hình toàn hệ thống, xử lý cảnh bảo hệ thống, giao tiếp với hệ thống quản lý

7) Khối giao tiếp kênh giám sát quang (OSC)

Có chức năng giao tiếp kênh giám sát quang đảm bảo liên lạc từ thiết bị đến hệ thống quản lý 8) Khối bù tán sắc (DCM)

Có chức năng bù tán sắc sợi quang để hạn chế tán sắc.

Các khối chức năng bổ xung của thiết bị DWDM bao gồm:

9) Khối điều khiển công suất tự động

Có chức năng điều khiển suy hao tự động hoặc nhân công bằng cách chèn suy hao điều khiển được để thích ứng với sự thay đổi của đường truyền.

10) Khối bảo vệ quang

Có chức năng kết nối bảo vệ lưu lượng mức quang.

11) Khối cân bằng tín hiệu quang

Bao gồm cân bằng công suất các kênh và cân bằng tán sắc các kênh.

* Nguyên lý hoạt động

Các chức năng và hoạt động của các lớp trong hệ thống như sau:

Phần mềm bảng mạch: phần mềm bảng mạch điều khiển trực tiếp các mạch chức năng Trong bảng mạch tương ứng, nó thực hiện một chức năng chuyên biệt của phần tử mạng như được định nghĩa trong các khuyến nghị ITU-T và chức năng cảnh báo Phần mềm bảng mạch hỗ trợ phần mềm NE quản lý bảng mạch.

Phần mềm NE: phần mềm NE quản lý, giám sát và điều khiển các hoạt động của bảng mạch bên trong NE Nó cũng trợ giúp NMS để làm dễ dàng hơn cho việc quản lý tập trung qua mạng WDM Theo khuyến nghị ITU-T M.3010, phần mềm NE đặt tại lớp quản lý đơn vị trong mạng quản lý viễn thống, thực hiện chức năng phần tử mạng (NEF – Network Element Function), chức năng điều phối từng phần và chức năng hệ điều hành (OS) tại lớp đơn vị mạng Chức năng truyền thông số liệu (DCF – Data Communication Function) cung cấp kênh truyền thông giữa

NE và các thiết bị khác (gồm NM và các NE khác) Phần mềm NE gồm các khối chức năng sau:

Hình 2.5: Kiến trúc phần mềm hệ thống

1) Hệ điều hành đa nhiệm thời gian thực:

Phần mềm phần tử DWDM yêu cầu hệ điều hành đa nhiệm thời gian thực để quản lý tài nguyên dùng chung và hỗ trợ các chương trình ứng dụng Nó cách ly các chương trình ứng dụng với bộ

xử lý và cung cấp một ứng dụng môi trường thực thi chương trình, độc lập với phần cứng bộ xử lý.

2) Khối truyền thông với cấp thấp hơn:

Khối truyền thông với cấp thấp hơn là khối giao diện giữa phần mềm NE và phần mềm bảng mạch Theo giao thức truyền thông tương ứng, chức năng truyền thông giữa phần mềm NE và phần mềm bảng mạch được thực hiện nhằm trao đổi thông tin và bảo dưỡng thiết bị Qua thông tin với cấp thấp hơn, các lệnh điều khiển và bảo dưỡng bảng mạch từ phần mềm NE được gửi tới các bảng mạch Mặt khác, trạng thái, cảnh báo và các sự kiện thực thi của bảng mạch tương ứng được thông báo tới phần mềm NE.

3) Khối quản lý thiết bị:

Khối quản lý thiết bị là phần nhân của phần mềm NE trong việc thực hiện quản lý phần tử mạng Nó bao gồm bộ phận quản lý (administrator) và bộ phận đại diện (agent) Bộ phận quản lý

có thể gửi các lệnh điều hành quản lý mạng và nhận các sự kiện Bộ phận đại diện có thể đáp ứng các lệnh điều hành quản lý mạng gửi bởi bộ phận quản lý, thực hiện các hoạt động của đối tượng được quản lý và gửi lên các sự kiện để thay đổi trạng thái của đối tượng được quản lý.

4) Khối truyền thông với lớp cao hơn

Khối truyền thông với lớp cao hơn trao đổi thông tin quản lý giữa hệ thống quản lý mạng và phần tử mạng và giữa các phần tử mạng với nhau Nó bao gồm khối truyền thông mạng (network communication module), khối truyền thông nối tiếp (serial communication module) và khối truyền thông ECC (ECC communication module).

5) Khối quản lý cơ sở dữ liệu:

Khối quản lý cơ sở dữ liệu là một bộ phận tổ chức của phần mềm NE Nó bao gồm hai phần độc lập: dữ liệu và chương trình Dữ liệu, được tổ chức theo khuôn dạng của cơ sở dữ liệu, bao gồm cơ sở dữ liệu mạng, cơ sở dữ liệu cảnh bảo, cơ sở dữ liệu chất lượng và cơ sở dữ liệu thiết

bị Chương trình có chức năng quản lý và truy nhập dữ liệu trong cơ sở dữ liệu.

Hệ thống quản lý mạng:

Hệ thống quản lý mạng được chia làm hai phần: hệ thống quản lý phần tử (EMS) và hệ thống quản lý mạng (NMS) EMS bao gồm cấu hình, quản lý sai lỗi, chất lượng, bảo mật, đồ hình, các báo cáo chất lượng của từng NE và quản lý hệ thống Thông tin quản lý được lưu trong cơ sở dữ liệu EMS quản lý NE Đối với EMS, NE các thực thể rời rạc độc lập NMS bao gồm cấu hình, quản lý sai lỗi, chất lượng, bảo mật, đồ hình, các báo cáo chất lượng của NE và tuyến, quản lý hệ thống NMS được kết nối với các EMS để quản lý các toàn mạng bao gồm các NE và các liên kết, các tuyến, kênh Đối với NMS, NE là các thực thể có liên kết trong một hệ thống NMS biểu diễn thông tin về mạng, các công cụ điều khiển, giám sát, truy vấn dưới dạng giao diện người dùng đồ họa (GUI) Khai thác viên tương tác với mạng bằng NMS EMS và NMS có thể nằm tách biệt trên hai hệ thống máy tính hoặc nằm trên cùng một hệ thống máy tính.

2.4 Cấu hình thiết bị

2.4.1 Phân loại cấu hình thiết bị

Thiết bị DWDM bao gồm năm loại cấu hình chính:

1) Thiết bị ghép kênh kết cuối quang (OTM – Optical Terminal Multiplexer)

2) Thiết bị khuếch đại đường truyền (OLA – Optical Line Amplifier)

3) Thiết bị ghép kênh xen/rẽ quang (OADM – Optical Add/Drop Multiplexer)

4) Thiết bị tái tạo (REG – Regenerator)

5) Thiết bị cân bằng tín hiệu quang (OEQ – Optical Equalizer)

Mỗi loại trên có một vị trí và chức năng khác nhau trong tổng thể hệ thống (hình 2.6) Do đó, cấu trúc và các thành phần trong thiết bị cũng khác nhau

Hình 2.6: Vị trí các loại thiết bị DWDM trong mạng

Phần sau đây sẽ trình bày cấu trúc và thành phần của từng loại thiết bị.

2.4.2 Thiết bị OTM

OTM là trạm kết cuối của mạng DWDM Một OTM bao gồm hướng phát và hướng thu Hướng phát là hướng từ phía khách hàng (client side) đến phía mạng (network side) Hướng thu là hướng ngược lại (hình 2.7).

FIU: Fiber Interface Unit – Khối giao tiếp quangOSC1: bộ giám sát kênh quang đơn hướng

Hình 2.7: Cấu trúc thiết bị ghép kênh kết cuối quang (OTM)

Nguyên lý hoạt động của thiết bị OTM như sau: Theo hướng phát, OTM nhận tín hiệu từ nhiều luồng tín hiệu từ phía khách hàng với các giao diện điện hoặc giao diện quang với bước sóng không chuẩn hóa theo DWDM Các tín hiệu này được các OTU gom thành các luồng có tốc độ phù hợp và phát trên các bước sóng chuẩn hóa DWDM khác nhau Các tín hiệu từ đầu ra các OTU đưa tới OMU để ghép kênh theo bước sóng để phát trên một sợi quang Tín hiệu ghép kênh trước khi phát vào sợi quang được đưa qua BA để khuếch đại đến một mức công suất thích hợp Theo hướng thu, OTM nhận tín hiệu ghép kênh đến từ phía mạng (network side), khuếch đại với tạp âm nhỏ, bù tán sắc và đưa đến ODU để tách thành các kênh có bước sóng khác nhau Mỗi

kênh này được đưa đến một OTU để chuyển hóa lưu lượng về phía đầu thu phù hợp với giao diện thiết bị phía khách hàng tương ứng.

Có hai loại OTU: OTU đơn hướng và OTU song hướng OTU đơn hướng gồm OTU hướng phát và OTU hướng thu như trình bày ở phần trên OTU song hướng là kết hợp của OTU hướng thu và hướng phát.

Khối giao tiếp quang (FIU) có chức năng ghép/ tách kênh tín hiệu giám sát quang (OSC) để kênh OSC được ghép vào tín hiệu ghép DWDM sau bộ khuếch đại và được tách ra trước bộ khuếch đại.

Một thiết bị OTM bao gồm các thành phần chính sau:

- Các bộ phát đáp quang (OTU)

- Bộ ghép kênh quang (OMU)

- Bộ tách kênh quang (ODU)

- Các bộ khuếch đại quang (OA) bao gồm bộ tiền khuếch đại PA được sử dụng để khuếch đại với tạp âm thấp cho tín hiệu công suất lớn nhỏ và bộ khuếch đại tăng cương BA được sử dụng để khuếch đại cho các tín hiệu công suất cao.

- Khối giao tiếp kênh giám sát quang (OSC), OTM sử dụng loại OSC đơn hướng vì OTM chỉ giao tiếp một hướng với mạng.

- Khối giao tiếp quang (FIU): có chức năng giao tiếp với đường truyền và tách/ghép kênh OSC.

- Khối điều khiển hệ thống và truyền thông (SCC): có chức năng điều khiển hoạt động của hệ thống và liên lạc với hệ thống quản lý

- Khối bù tán sắc (DCM) có chức năng bù tán sắc sợi quang nhằm hạn chế tán sắc

- Khối cấp nguồn: cấp nguồn nuôi cho thiết bị

Ngoài ra, tùy vào yêu cầu của nhà khai thác và yêu cầu thiết kế tuyến, OTM có thể có các khối chức năng sau:

- Bộ khuếch đại Raman (RPU- Raman Pump amplifier Unit): được sử dụng để khuếch đại với tạp âm rất nhỏ để đảm bảo chất lượng tín hiệu RPU được sử dụng với các tuyến có khoảng cách lớn để giảm yêu cầu tái tạo tín hiệu.

- Khối đồng bộ: có chức năng xử lý về đồng bộ, được sử dụng khi mạng DWDM đảm nhận vai trò đồng bộ trong hệ thống.

- Khối phân tích phổ: được sử dụng để giám sát phổ tín hiệu Khối phân tích phổ được kết nối với cổng giám sát (monitor) trên thiết bị tách và ghép kênh.

- Khối điều khiển suy hao: khối này thường được tích hợp vào OMU để đảm bảo cân bằng công suất giữa các kênh

- Khối điều khiển công suất tự động: được sử dụng để điều khiển công suất thích ứng với thay đổi của đường truyền.

2.4.3 Thiết bị OLA

Thiết bị khuếch đại đường truyền (OLA) có chức năng khuếch đại tín hiệu quang hai hướng và

để bù lại suy hao của liên kết quang nhằm tăng khoảng cách truyền dẫn không cần tái tạo Cấu trúc thiết bị OLA được biểu diễn trên hình 2.8.

LA: Line Amplifier – Bộ khuếch đại đường truyềnOSC2: bộ giám sát kênh quang song hướng

Hình 2.8: Cấu trúc thiết bị khuếch đại đường truyền (OLA)

Tại OLA, kênh OSC cũng được ghép vào tín hiệu sau bộ khuếch đại và được tách ra trước bộ khuếch đại OSC được tách ghép tại FIU OLA sử dụng khối giao tiếp OSC hai hướng.

Tại OLA, khối bù tán sắc (DCM) có thể được sử dụng để hạn chế tán sắc DCM được đặt vào giữa các tầng khuếch đại của một bộ khuếch đại hoặc giữa hai bộ khuếch đại.

Thiết bị OLA bao gồm các thành phần chính sau:

- Bộ khuếch đại đường (OA) hoặc có thể thay thế bằng bộ tiền khuếch đại OPA và bộ khuếch đại tăng cường (OBA).

- Khối giao tiếp kênh giám sát quang (OSC), OTM sử dụng loại OSC song hướng vì OTM giao tiếp hai hướng với mạng.

- Khối giao tiếp quang (FIU): có chức năng giao tiếp với đường truyền và tách/ghép kênh OSC.

- Khối điều khiển hệ thống và truyền thông (SCC): có chức năng điều khiển hoạt động của hệ thống và liên lạc với hệ thống quản lý

- Khối bù tán sắc (DCM) có chức năng bù tán sắc sợi quang nhằm hạn chế tán sắc.

- Khối cấp nguồn: cấp nguồn nuôi cho thiết bị

Ngoài ra, tại OLA có thể sử dụng bộ khuếch đại Raman, khối phân tích phổ và khối điều khiển công suất tự động.

2.4.4 Thiết bị OADM

Thiết bị OADM được sử dụng để xen rẽ một số kênh của luồng ghép kênh tổng, các kênh còn lại được truyền thẳng qua thiết bị Hai thiết bị OTM kết nối theo kiểu đấu lưng (back-to-back) cũng tương đương với một thiết bị OADM Việc thiết lập các kênh chuyển thẳng được thực hiện bằng cách đấu nhảy từ đầu ra ODU của thiết bị này đến đầu vào kênh tương ứng của OMU của thiết bị kia Các kênh xen/rẽ được thiết lập tương tự như thiết bị OTM Hình 2.9 biểu diễn sơ đồ cấu trúc của một thiết bị ghép kênh xen/rẽ quang

FIU: Fiber Interface Unit – Đơn vị giao diện quang OSC2: bộ giám sát kênh quang song hướng

Hình 2.9: Cấu trúc thiết bị ghép kênh xen/rẽ quang (OADM)

Nguyên lý hoạt động của OADM như sau: Tín hiệu ghép DWDM tổng từ hướng tây đến được khuếch đại và bù tán sắc sau đó đưa qua bộ OADM thứ nhất Tại bộ OADM này, các kênh có bước sóng xác định λa/d1, λa/d2, λa/dn được tách ra và đi vào các OTU xen rẽ hướng tây tương ứng để chuyển đến thiết bị phía khách hàng Các kênh còn lại đi tiếp tới bộ OADM thứ

hai Tại bộ OADM này, các kênh bước sóng λa/d1, λa/d2, λa/dn từ OTU xen rẽ hướng đông tương ứng được ghép bổ xung vào để tạo ra tín hiệu ghép tổng và được phát lên sợi quang hướng phía đông Hướng ngược lại được thực hiện tương tự Như vậy, các OTU xen rẽ lưu lượng hướng đông sẽ kết nối với các kênh bước sóng được xen rẽ của tín hiệu hướng đông Các OTU xen rẽ lưu lượng hướng tây sẽ kết nối với các kênh bước sóng xen rẽ của tín hiệu hướng đông Các kênh bước sóng còn lại được lưu thông thẳng từ hướng đông sang hướng tây và ngược lại.

So với OTM, thiết bị OADM có một cặp ghép kênh xen rẽ OADM thay vì bộ ghép và bộ tách kênh Thiết bị OADM sử dụng khối giao tiếp OSC hai hướng do có hai hướng liên kết với mạng Ngoài ra, các thành phần còn lại cũng tương tự như OTM.

Hiện nay, OADM có hai loại: OADM cố định (FOADM – Fix OADM) và OADM cấu hình lại được (ROADM – Reconfigurable OADM) Với thiết bị OADM, các kênh xen rẽ là cố định về bước sóng và hướng kết nối vào mạng Với thiết bị ROADM, bước sóng và hướng kết nối của các kênh xen rẽ có thể cấu hình tùy ý Thiết bị ROADM có kết nối nhiều hướng vào mạng Do

đó, các kênh bước sóng được thiết lập rất linh hoạt.

2.4.5 Thiết bị REG

Việc sử dụng OLA và DCM có thể tăng khoảng cách truyền dẫn không cần tái tạo nhờ vào việc đảm bảo về công suất và hạn chế tán sắc Tuy nhiên, với khoảng cách rất xa, các nhân tố như tán sắc, suy hao, nhiễu quang, các hiệu ứng phi tuyến, tán sắc phân cực mode sẽ ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn Các ảnh hưởng này có tính tích lũy Vì thế, cần tái tạo lại tín hiệu ban đầu để loại bỏ các ảnh hưởng này Thiết bị REG có chức năng 3R: tái tạo dạng xung (reshaping) , định thời lại (re-timing ) và phát lại (regenerating) để cải thiện chất lượng tín hiệu và tăng khoảng cách truyền dẫn Hình 2.10 biểu diễn sơ đồ cấu trúc của một thiết bị REG.

Nguyên lý hoạt động của thiết bị REG như sau: tín hiệu đến từ hướng đông, sau khi được khuếch đại và bù tán sắc, được đưa đến ODU để tách hoàn toàn thành các kênh bước sóng đơn Các kênh này được đưa đến OTU REG tương ứng OTU có chức năng khôi phục thành luồng số ban đầu và phát lại tại bước sóng tương tự như đầu vào Các kênh đầu ra của các OTU REG lại được ghép lại như cũ tại OMU, được khuyếch đại và phát vào sợi quang hướng tây Hướng ngược lại từ tây sang đông được thực hiện tương tự Như vậy, sau thiết bị REG, tín hiệu đã được khôi phục lại như ban đầu OTU REG cũng có chức năng sửa lỗi như OTU thông thường.

Hình 2.10: Cấu trúc thiết bị tái tạo (REG)

Nguyên lý khuyếch đại, bù tán sắc và tách ghép OSC của thiết bị REG cũng tương tự như các loại thiết bị còn lại.

Thiết bị REG tương đương với hai thiết bị OTM đấu lưng với các OTU tái tạo thay vì OTU thông thường và các khối giao tiếp OSC là hai hướng Các thành phần của REG cũng tương tự như thiết bị OTU ngoài các điểm khác biệt này Thiết bị REG có thể có chức năng OADM nếu

sử dụng OTU thường để xen rẽ một số kênh trên hệ thống.

OPE: Optical Power Equalizer

Hình 2.11: Thiết bị OPE

Thiết bị OPE có sơ đồ chức năng là một OLA được bổ xung thêm khối cân bằng công suất (OPE) vào giữa các tầng khuếch đại của bộ khuếch đại đường truyền hoặc giữa hai bộ khuếch đại liên tiếp Thiết bị OPE có chức năng của một OLA cộng với chức năng cân bằng công suất giữa các kênh Khối OPE trong thiết bị OPE có chức năng làm cân bằng công suất của tất cả các kênh trong tín hiệu tổng DWDM Thiết bị OPE cũng bao gồm tất cả các thành phần như OLA và

có thêm khối OPE.

DE: Dispersion equaliser – Cân bằng tán sắc

Hình 2.11: Thiết bị DE

Thiết bị DE có sơ đồ chức năng là một OLA được bổ xung thêm khối cân bằng tán sắc (DE) vào giữa các tầng khuếch đại của bộ khuếch đại đường truyền hoặc giữa hai bộ khuếch đại liên tiếp Thiết bị DE có chức năng của một OLA cộng với chức năng cân bằng tán sắc giữa các kênh Khối DE trong thiết bị DE có chức năng làm cân bằng tán sắc của tất cả các kênh trong tín hiệu tổng DWDM Thiết bị DE bao gồm tất cả các thành phần như OLA và có thêm khối DE Có thể

sử dụng kết hợp khối OPE và khối DE trong một thiết bị để tạo thành một thiết bị OEQ có ba chức năng: khuếch đại, cân bằng công suất và cân bằng tán sắc.

Từ viết tắt

CWDM Coarse Wavelength Division

Mutiplexing

Ghép kênh lỏng theo bước sóng

DWDM Dense Wavelength Division

Mutiplexing

Ghép kênh mật độ cao theo bước sóng

OADM Optical Add Drop Multiplexer Bộ ghép kênh xen rẽ quang

OSC Optical Supervision Channel Kênh giám sát tín hiệu quang

PDH Plesiochronous Digital Hierarchy Phân cấp cận đồng bộ số

REG Regeneration Khối phát lặp

STM-N Synchronous Transport Module-N Khối truyền dẫn đồng bộ cấp N

WDM Wavelength Division Mutiplexing Ghép kênh theo bước sóng

Tài liệu tham khảo

[1] A Zarifkar ( azarifkar@itrc.ac.ir ), Components for DWDM Systems, Iran Telecommunication

Research Center (ITRC) Optical Communications Group

[2] DWDM primer, Fujitsu, 21/5/2004

[3] Đỗ Văn Việt Em, Kỹ thuật thông tin quang 2, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, Hà

Nội, 2007

[4] Fiber Types in Gigabit Optical Communications, Cisco, 04/2008

[5] OptiX OSN 6800 Product Description V100R003_01, Huawei Technology,

[6] WDM Principle ISSUE1.1, Huawei Technology

và phát lại (regenerate) Ngoài ra, OTU còn có các chức năng phụ trợ như giám sát trạng thái và chấtlượng tuyến, sửa lỗi,

Đặc trưng của OTU là khối phát bước sóng chuẩn DWDM Các yêu cầu đối với khối này như sau:

- Nguồn phát tiêu chuẩn: Băng hẹp, không có mode bên, tần số trung tâm ổn định tuân theo khuyếnnghị của ITU-T

- Nguồn phát với khả năng chịu tán sắc cao: nguồn phát phải đảm bảo băng tần đủ hẹp để tín hiệu mứctán sắc khi truyền trong sợi quang đảm bảo yêu cầu của bộ thu

3.1.2 Phân loại

Tùy vào công nghệ chế tạo, chức năng hoạt động, dịch vụ đầu cuối, mà có thể chia OTU ra thànhnhiều loại khác nhau Về phía nhà khai thác mạng, có thể phân loại OTU theo các tiêu chí như sau:

- Phân loại theo chức năng sửa lỗi: Có hai loại sau:

1) OTU không có chức năng sửa lỗi: OTU không có chức năng sửa lỗi, chỉ đơn thuần làm nhiệm vụtruyền tải, chuyển đổi tín hiệu

2) OTU có chức năng sửa lỗi: ngoài chức năng chuyển đổi tín hiệu, OTU còn có sửa lỗi FEC (ForwardError Correction) nhằm giảm lỗi bit OTU sửa lỗi có 3 loại

+ OTU có chức năng sửa lỗi bằng FEC thông thường

+ OTU có chức năng sửa lỗi bằng AFEC (Advance FEC – FEC cải tiến)

+ OTU có chức năng sửa lỗi bằng EFEC (Enhance FEC – FEC tăng cường)

- Phân loại theo dịch vụ đầu cuối: Có hai loại phổ biến sau:

1) OTU hỗ trợ dịch vụ SDH phía đầu cuối ở các tốc độ STM-1/4/16/64

2) OTU hỗ trợ dịch vụ Ethernet, chủ yếu là hỗ trợ dịch vụ 1Giga Ethernet, 10 Giga Ethernet

- Phân loại theo vị trí trong hệ thống: Có hai loại:

1) OTU kết cuối: là các OTU chuyển đổi từ chuẩn tín hiệu mạng ngoài và chuẩn tín hiệu trong hệ thốngDWDM để kết cuối kênh DWDM OTU kết cuối nằm ở biên giữa hệ thống DWDM và mạng ngoài phíakhách hàng

2) OTU tái tạo: là các nằm bên trong hệ thống DWDM, đóng vai trò tái tạo tín hiệu để cải thiện khoảngcách truyền dẫn

- Phân loại theo cấu tạo: bao gồm hai loại:

1) OTU song hướng: là OTU hoạt động cả hai chiều thu phát trên mỗi giao diện client side và networkside

2) OTU đơn hướng: là OTU chỉ hoạt động theo một hướng Có hai loại là OTU hướng phát: thu tín hiệutại client side và phát tại network side và OTU hướng thu: thu tín hiệu tại network side và phát tại clientside

3.1.3 Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động

* OTU kết cuối song hướng không có chức năng sửa lỗi FEC

- Sơ đồ khối:

Bộ phát đáp OTU bao gồm các khối thu quang, khối phát quang, khối giám sát chất lượng và byte màođầu, khối điều khiển và truyền thông Sơ đồ khối bộ phát đáp được mô tả trên hình 3.1 Về phía kháchhàng (client side), OTU giao tiếp với thiết bị thuộc mạng ngoài sử dụng dịch vụ DWDM Về phía mạng(network side), OTU kết nối với bộ tách/ghép kênh

Hình 3.1.1: Sơ đồ khối chức năng của OTU không có FEC

Giao diện client side của OTU tùy thuộc vào mạng ngoài kết nối với DWDM để sử dụng dịch vụ ghépkênh bước sóng Giao diện client side là giao diện SDH STM-16/64/ , GE,.v.v Client side là giao diệnquang với bước sóng chưa chuẩn hóa DWDM, trường hợp hiếm là giao diện điện STM-1, FE, 1GE OTUthực hiện gom các luồng lưu lượng thành một luồng số tổng có tốc độ phù hợp với thiết kế của hệ thốngDWDM chuyển tới giao diện network side Giao diện network side của các OTU là các giao diện quangtại các bước sóng khác nhau trong tập các bước sóng chuẩn hóa DWDM theo khuyến nghị ITU-T G.692

và G.694.1 Các khuyến nghị này đưa ra lưới phổ với khoảng cách cố định giữa các kênh, là 100GHz (hệthống 40 bước sóng), 50 G (với hệ thống 80 bước sóng), Trong bộ phát đáp song hướng không sửa lỗiFEC, chức năng các khối như sau:

+ Khối thu tín hiệu quang: có chức năng thu tín hiệu quang trên dải rộng

+ Khối phát tín hiệu quang: có chức năng phát tín hiệu quang, có hai loại khối phát tín hiệu quang làkhối phát bước sóng chuẩn hóa và khối phát bước sóng không chuẩn hóa Khối phát tín hiệu quang khôngchuẩn hóa là khối phát tại giao diện client side, có chức năng phát tín hiệu quang tại bước sóng thích hợpvới giao diện mạng ngoài và không theo chuẩn hóa của hệt thông DWDM Khối phát tín hiệu quang bướcsóng chuẩn hóa là khối phát tại giao diện network side, có chức năng phát ra tín hiệu quang nằm trong bộgiá trị bước sóng chuẩn hóa DWDM theo khuyến nghị ITU-T G.692, G.694.1 để phù hợp với bộ ghépkênh theo bước sóng

+ Khối giám sát chất lượng và byte mào đầu: có chức năng xử lý các thông số chất lượng dịch vụ vàgiám sát byte mào đầu thu được Các thông tin sau khi được xử lý được đẩy tới khối điều khiển và truyềnthông

+ Khối điều khiển và truyền thông: có hai chức năng: 1) Nhận lệnh từ phần mềm NE và điều khiển cáckhối chức năng và gửi thông tin phản hồi 2) Nhận các thông tin từ khối giám sát chất lượng và byte màođầu, nhận biết tín hiệu báo lỗi từ các khối chức năng trong hệ thống Sau đó, đưa ra cảnh báo về phầnmềm NE và từ đó chuyển về hệ thống quản lý mạng.

- Nguyên lý hoạt động

Theo hướng phát, luồng thông tin từ mạng ngoài phía khách hàng cần truyền được đưa vào khối thu tínhiệu quang của giao diện client side để khôi phục luồng thông tin ban đầu Luồng tin thu được tiếp tụcđược chuyển đến khối phát bước sóng chuẩn hóa để chuyển hóa thành tín hiệu quang có bước sóng chuẩnhóa DWDM phù hợp với bộ ghép kênh bước sóng

Theo hướng thu, tín hiệu quang bước sóng chuẩn hóa từ bộ tách kênh bước sóng quang được đưa đếnkhối thu tín hiệu quang giao diện network để khôi phục luồng thông tin ban đầu Luồng thông tin thuđược tiếp tục được chuyển đến khối phát bước sóng không chuẩn hóa của giao diện client side để chuyểnthành tín hiệu quang phù hợp với thiết bị mạng ngoài

Khối giám sát chất lượng và mào đầu đọc và phân tích phần mào đầu của các dòng tín hiệu khôi phụcđược để nhận biết trạng thái và chất lượng đường truyền Thông tin này được chuyển đến đến khối điềukhiển và truyền thông Các lỗi phát sinh trong quá trình hoạt động của các khối chức năng cũng đượcthông báo đến khối điều khiển và truyền thông Khối điều khiển và truyền thông có hai chức năng: điềukhiển hoạt động của các khối và gửi thông tin về cấu hình, trạng thái, các phản hồi về phần mềm NE định

kỳ và theo yêu cầu

* OTU kết cuối song hướng có chức năng sửa lỗi FEC

- Sơ đồ khối:

Bộ phát đáp OTU sửa lỗi có sơ đồ chức năng được trình bày trên hình 3.2 Chức năng các khối thuquang, các khối phát quang và khối điều khiển truyền thông tương tự như OTU không sửa lỗi Khối sửalỗi và giám sát có hai chức năng: 1) Sửa lỗi FEC, 2) Giám sát chất lượng và mào đầu

Hình 3.1.2: Sơ đồ khối chức năng của OTU có FEC

- Nguyên lý hoạt động

Theo hướng phát, luồng thông tin từ mạng ngoài phía khách hàng cần truyền được đưa vào khối thu tínhiệu quang của giao diện client side để khôi phục luồng thông tin ban đầu Luồng tin thu được tiếp tụcđược chuyển đến khối sửa lỗi và giám sát mào đầu để tính toán bit dư và chèn thêm mã hóa FEC vàoluồng tín hiệu Luồng tín hiệu đầu ra được đưa đến khối phát bước sóng chuẩn hóa để chuyển hóa thànhtín hiệu quang có bước sóng chuẩn hóa DWDM phù hợp với bộ ghép kênh bước sóng

Theo hướng thu, tín hiệu quang bước sóng chuẩn hóa từ bộ tách kênh bước sóng quang được đưa đếnkhối thu tín hiệu quang giao diện network để khôi phục luồng thông tin ban đầu Luồng thông tin thuđược tiếp tục được chuyển đến khối sửa lỗi và giám sát để sửa lỗi bằng phương thức FEC Luồng tin saukhi được sửa lỗi được đưa đến khối phát bước sóng không chuẩn hóa của giao diện client side để chuyểnthành tín hiệu quang phù hợp với thiết bị mạng ngoài

Khối sửa lỗi và giám sát đọc và phân tích phần mào đầu của các dòng tín hiệu khôi phục được để nhậnbiết trạng thái và chất lượng đường truyền Thông tin này được chuyển đến đến khối điều khiển và truyềnthông Các lỗi phát sinh trong quá trình hoạt động của các khối chức năng cũng được thông báo đến khốiđiều khiển và truyền thông Khối điều khiển và truyền thông có 2 chức năng: điều khiển hoạt động củacác khối và gửi thông tin về cấu hình, trạng thái, các phản hồi về phần mềm NE định kỳ và theo yêu cầu

* Các loại OTU khác

Phần trên đã trình bày về sơ đồ chức năng và nguyên lý hoạt động của OTU kết cuối hai hướng có vàkhông có chức năng sửa lỗi Phần sau sẽ trình bày về các loại OTU còn lại trên cơ sở tham chiếu các loạiOTU đã trình bày ở trên

- OTU đơn hướng:

OTU đơn hướng bao gồm hai loại OTU hướng phát và OTU hướng thu Các khối chức năng của OTUđơn hướng bao gồm:

+ Khối thu tín hiệu quang

+ Khối phát quang bước sóng chuẩn hóa DWDM (với OTU hướng phát) hoặc khối phát quang bướcsóng không chuẩn hóa (với OTU hướng thu)

+ Khối giám sát chất lượng và mào đầu với OTU không sửa lỗi hoặc khối sửa lỗi và giám sát với OTU

có chức năng sửa lỗi

+ Khối điều khiển và truyền thông

Cấu trúc khối chức năng và nguyên lý hoạt động của OTU đơn hướng tương tự hướng tương đương củaOTU song hướng

- OTU tái tạo:

OTU tái tạo có cấu trúc và nguyên lý hoạt động tương tự như OTU kết cuối ngoại trừ việc hai đầu OTUtái tạo đều là network side nên các khối phát quang đều là khối phát bước sóng chuẩn hóa DWDM

3.1.4 Các kỹ thuật và công nghệ cơ sở

3.1.4.1 Bộ phát quang

Các bộ phát quang là các LASER bán dẫn (Light Amplication by Stimulate Emission of Radiation).Hoạt động của Laser gồm 3 quá trình, đó là hấp thụ photon, phát xạ tự phát, và phát xạ kích thích Ba quátrình này được mô tả ở sơ đồ hai mức năng lượng đơn giản (hình 3) Ở đây, E1 là năng lượng trạng tháinền (đất) và E2 là năng lượng trạng thái kích thích Theo định luật Planck thì sự chuyển dịch giữa haitrạng thái này có liên quan tới quá trình hấp thụ hoặc phát xạ của các photon có năng lượng:

hv12 = E2 – E1 (3-1-1)Bình thường, hệ thống ở trạng thái nền (đất) Khi một photon có năng lượng hv12 tác động vào hệ thốngthì một điện tử ở trạng thái E1 có thể hấp thụ năng lượng photon và được kích thích lên trạng thái E2 (hình3.3a) Vì đây là trạng thái không bền vững nên điện tử sẽ nhanh chóng quay lại trạng thái ban đầu (hình3.3b), vì thế phát ra một photon có năng lượng hv12 Điều này xảy ra mà không có sự kích thích bên ngoàinào và được gọi là phát xạ tự phát Phát xạ này đẳng hướng, có pha ngẫu nhiên và xuất hiện như một đầu

a) Laser Fabry-Perot (FP):

Laser khoang cộng hưởng FP cấu tạo gồm 3 lớp bán dẫn: lớp AlGaAs loại P, tiếp xúc với lớp kim loạicực dương; lớp AlGaAs loại N, tiếp xúc với lớp kim loại cực âm và lớp hoạt tính GaAs loại P Hai đầulớp hoạt tính có gắn gương phản xạ hoàn toàn và một phần (hình 3.4)

Hình 3.1.4: Laser Fabry-Perot (FP)

Nguyên lý hoạt động của laser FP như sau: khi có dòng điện chạy qua laser, các điện tử tại vùng hoạttính sẽ chuyển từ trạng thái bền E1 lên trạng thái kích thích E2 Các điện tử ở trạng thái mức năng lượngcao khi hết thời gian tồn tại (10-4s) sẽ trở lại trạng thái bền và phát ra một photon hv12 Các photon nàyphát ra sẽ tiếp tục kích thích các phân tử có trạng thái năng lượng cao khác là phát sinh các photon phát

xạ kích thích Dòng photon này phản xạ qua lại trong khối hoạt tính Khi đạt được góc tới gương phản xạ

đủ lớn thì các sóng ánh sáng thỏa mãn điều kiện sóng dừng sẽ có năng lượng đủ lớn để phát ra ngoài.Laser diode có khoang cộng hưởng F-P tạo ra nhiều mode dọc không mong muốn Trái lại, laser đơnmode chỉ tạo ra một mode dọc chính, còn các mode bên bị loại bỏ nên được sử dụng để làm nguồn quangcho hệ thống WDM Các loại laser đơn mode phổ biến là laser phân bố phản hồi (DFB), laser phản xạBragg phân bố (DBR) và laser điều chỉnh bước sóng

Cấu tạo khoang của các bộ phát quang DFB, DBR khác với bộ phát quang F-P Nguyên lý cơ bản củachúng dựa trên nguyên lý phản xạ Bragg

b) Nguyên lý nhiễu xạ Bragg

Cách tử Bragg là một tấm thủy tinh có các hốc (khe) có khoảng cách đều là A Khi có ánh sáng chiếuvào cách tử Các khe trở thành nguồn sáng thứ cấp tán xạ theo tất cả các hướng Giả sử ánh sáng tới cógóc là θ, xét hướng tán xạ có góc α (hình 3.1.5)

Hình 3.1.5: Nguyên lý của cách tử nhiễu xạ Bragg

Nếu sai pha giữa các tia phản xạ 1, 1’ và 1’’ là bội số nguyên lần của λn, tức là:

A(sinθ + sinα) = mλn (3-1-2)

thì sẽ xảy ra hiện tượng giao thoa với cường độ sóng kết hợp cực đại

Với:

m: là số nguyên, thông thường m = 1

λn: là bước sóng trong môi trường vật liệu, λn = λB/n (1-2)

n : là chiết suất vật liệu

λB: là bước sóng trong không gian tự do, còn gọi là bước sóng Bragg

θ, α: góc tia tới và hướng tán xạ, quy định bên phải trung trực là góc dương

Công thức (1-1) là điều kiện hướng tán xạ Bragg có cường độ sóng kết hợp cực đại Như vậy nếu chiếuánh sáng gồm nhiều bước sóng vào cách tử theo hướng θ thì theo hướng α, ánh sáng bước sóng λn cócường độ cực đại

c) Bộ phát quang DFB

DFB gồm một cách tử (còn gọi là lưới nhiễu xạ) có cấu trúc chu kỳ đặt cạnh lớp hoạt tính gây ra phảnhồi ánh sáng suốt cả chiều dài khoang cộng hưởng để loại bỏ các mode không mong muốn Hình 3.6 thểhiện mặt cắt dọc của loại laser này

Hình 3.1.6: Mặt cắt dọc của laser DFB

Khi có dòng điện vào bộ phát quang, các điện tử và lỗ trống trong lớp hoạt tính tái hợp, bức xạ ra cácphoton ánh sáng Các photon này sẽ tán xạ tại cách tử, giống như hình 1.2, chỉ khác là α = π/2 Lúc nàycác tia tới và tia phản xạ ngược chiều nhau và công thức (1-2) trở thành:

A = mλn/2 (3-1-3)

Những tín hiệu nào có bước sóng thoả mãn công thức trên mới được phản hồi mạnh Công thức (1-3)gọi là điều kiện phản hồi phân tán

So với bộ phát quang F-P, DFB có 2 ưu điểm sau:

d) Bộ phát quang DBR

Laser DBR có cấu trúc tương tự laser DFB, chỉ khác là với DBR, cách tử nhiễu xạ được đặt bên ngoàikhoang cộng hưởng Với cấu trúc như vậy, khoang laser và khoang cách tử nhiễu xạ Bragg tách biệt nhau.Hình 3.7 thể hiện mặt cắt của loại laser này.

e) Bộ phát quang có cơ cấu điều chỉnh ngoài khoang

Người ta thực hiện mạ trên mặt cắt ở phía sau của khoang cộng hưởng một màng tăng thấu (AR), sau đó

ở ngoài đưa vào bộ lọc có thể điều chỉnh để tạo thành bộ phát quang có thể điều chỉnh ở ngoài khoang.Hình 3.8 mô tả cấu tạo bộ phát quang này

Hình 3.1.8: Bộ phát quang có điều chỉnh ngoài khoang cộng hưởng

Các tia sáng đi qua màng tăng thấu, qua thấu kính biến thành chùm tia sáng song song đập vào cách tử

ở đây cách tử sẽ đóng vai trò gương phản xạ kiêm bộ lọc băng hẹp Nếu ta quay cách tử thì có thể điều

chỉnh thô bước sóng quang đầu ra Còn nếu ta điều chỉnh khoảng cách gương thì có thể tinh chỉnh đượcbước sóng quang đầu ra.

Ưu điểm chính của loại phát quang này là độ rộng phổ phát cực hẹp và có thể điều chỉnh bước sóngtrong phạm vi rộng Còn nhược điểm chính là tốc độ điều chỉnh thấp, thể tích tương đối lớn, độ ổn định

về cơ không cao

nghèo đi vào lớp p, điện tử từ vùng nghèo đi vào lớp n tạo thành dòng khuyếch tán và chúng trở thành các

hạt tải điện đa số trong các vùng này Khi điện tử đi tới điện cực bên phải hình 3.9a, dưới tác dụng củanguồn phân cực ngược buộc nó phải đi qua mạch ngoài để tạo thành dòng tách quang Các điện tử quamạch ngoài và đi tới điện cực bên trái hình 3.9a, đi vào vùng p, tái hợp với lỗ trống ở vùng này Như vậy

đã duy trì được trung hoà điện tích

a) Photodiode PIN

Bộ tách sóng bán dẫn được sử dụng thông dụng nhất là Photodiode PIN Cấu trúc cơ bản củaPhotodiode PIN gồm các vùng p và n đặt cách nhau bằng một lớp tự dẫn i rất mỏng Để thiết bị hoạtđộng, thì cần phải cấp một điện áp ngược để vùng bên trong (nội tại) rút hết các hạt mang Khi đó sự tậptrung hạt mang n và p là nhỏ không đáng kể so với sự tập trung tạp chất trong vùng này

Khi có ánh sáng đi vào Photodiode, quá trình xảy ra sẽ như sau Nếu một photon trong chùm ánh sángtới mang một năng lượng hv lớn hơn hoặc ngang bằng với năng lượng dải cấm của vật liệu bán dẫn trongphotodiode, thì photon có thể kích thích điện tử từ vùng hoá trị sang vùng dẫn Quá trình sẽ làm phát ra

các cặp điện tử – lỗ trống mà đôi khi được gọi là hạt mang quang, (hình 3.10).

Hình 3.1.10: Sơ đồ vùng năng lượng của photodiode PIN

Thông thường, bộ tách sóng quang được thiết kế sao cho các hạt mang này chủ yếu được phát ra tạivùng trôi (vùng nghèo), nơi mà hầu hết ánh sáng tới bị hấp thụ Sự có mặt trường điện cao trong vùng trôilàm cho các hạt mang tách nhau ra và được thu nhận qua tiếp giáp có thiên áp ngược Điều này làm tăngluồng dòng ở mạch ngoài, với một luồng dòng điện sẽ ứng với nhiều cặp hạt mang được phát ra Luồng

dòng này được gọi là dòng photon.

Vì các hạt mang tích điện chảy qua vật liệu, cho nên một số các cặp điện tử - lỗ trống sẽ tái kết hợp vàrồi biến mất Bình thường, các hạt mang tích điện di chuyển với cự ly Ln đối với điện tử và Lp đối với lỗ

trống Cự ly này được gọi là Độ dài khuếch tán Thời gian cần thiết để cho một điện tử hoặc lỗ trống tái hợp được gọi là tuổi thọ hạt mang và được mô tả bằng các đại lượng n và p tương ứng Quan hệ giữatuổi thọ và độ dài khuếch tán như sau: