- 8 CHƯƠNG 1: TẠO CÁC TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ QUANG VỚI. - 9 1.2 Tạo tín hiệu quang. - 9 1.3 Định dạng điều chế với xung đầu vào là mã NRZ. - 11 1.4 Các định dạng điều chế với xung đầu vào là mã RZ. - 15 CHƯƠNG 2: CÁC TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG TÍN HIỆU TRONG TRUYỀN DẪN QUANG. - 38 3.2 Các định dạng điều chế dựa trên RZ và NRZ trong các hệ thống WDM long-haul tốc độ cao. - 38 3.2.2 Các tác động trên truyền dẫn sợi quang đối với điều chế RZ và NRZ. - 40 3.3 So sánh RZ và NRZ trong các hệ thống WDM đơn kênh 40 Gb/s. - 43 3.3.1 So sánh các định dạng điều chế dựa trên RZ và NRZ. - 62 3.4 So sánh RZ và NRZ trong các hệ thống WDM đa kênh tốc độ 40 Gb/s. - 76 3.4.1 Hệ thống WDM 8x40 Gb/s dựa trên định dạng điều chế NRZ. - 76 3.4.2 Hệ thống WDM 8x40 Gb/s dựa trên định dạng điều chế RZ. - Thuật ngữ viết tắt STT Ký hiệu Thuật ngữ Ý nghĩa 1 BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bit 2 DCF Dispersion Compensating Fiber Sợi quang bù tán sắc 3 DD Direct Detection Dò trực tiếp 4 DFB Distributed Feedback Phản hồi phân tán 5 DGD Differential Group Delay Trễ nhóm sai khác 6 DR Dynamic Range Khoảng động 7 DMUX Demultiplexer Bộ giải ghép kênh 8 DSF Dispersion Shifted Fiber Sợi dịch chuyển tán sắc 10 DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng mật độ cao 11 EAM Electro Absorption Modulator Bộ điều chế hấp thụ điện tử 12 EDFAE Erbium Doped Fiber Amplifier Bộ khuếch đại quang sợi pha tạp Erbium 13 EOP Eye Opening Penalty Lỗi mở mắt 14 ER Extinction Ratio 15 ETDM Electrical Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời gian miền điện 16 FBG Fiber Bragg Grating Cách tử quang sợi Bragg 17 FP Fabry Perot Buồng cộng hưởng Fabry Perot 18 FWHM Full Width Half Maximum 19 GVD Group Velocity Dispersion Tán sắc vận tốc nhóm IL Insertion Loss Suy hao chèn 21 IM Intensity Modulation Điều chế cường độ 22 ISI Inter Synbol Interference Nhiễu liên ký tự 23 ITU International Telecommunication Union Liên minh viễn thông quốc tế 24 LPF Low Pass Filter Bộ lọc thông thấp 25 MAN Metro Area Network Mạng khu vực Metro 26 MUX Multiplexer Bộ ghép kênh 27 MZI Mach Zehnder Interferometer Giao thoa kế Mach Zehnder 28 MZM Mach Zehnder Modulator Bộ điều chế Mach Zehnder 29 NF Noise Figure 30 NRZ Non-Return to Zero 31 NZDSF Non Zero Dispersion Shifted Fiber Sợi dịch tán sắc khác 0 32 OSNR Optical Signal Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên nhiễu quang33 PMD Polarozation Mode Dispersion Bù tán sắc mode phân cực 34 RSP Receiver Sensitivity Penalty Lỗi độ nhạy thu 35 RZ Return to Zero 36 SOA Semiconductor Optical Amplifier Bộ khuếch đại quang bán dẫn 37 SPM Self Phase Modulation Điều chế tự pha 38 SSMF Standard Single Mode Fiber Sợi quang đơn mode tiêu chuẩn 39 WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng 40 XPM Cross Pha Modulation Điều chế xuyên pha Danh mục hình vẽ Hình 1.1 : Các nguyên tắc điều chế tín hiệu quang. - 9 Hình 1.2 : Tạo tín hiệu điều chế quang 40 Gb/s với xung đầu vào NRZ. - 13 Hình 1.3 : Tín hiệu điều chế quang 40 Gb/s với xung đầu vào NRZ. - 14 Hình 1.4 : Tạo tín hiệu điều chế quang 40 Gb/s với xung đầu vào RZ. - 16 Hình 1.5 : Tín hiệu điều chế quang 40 Gb/s với xung đầu vào RZ. - 19 Hình 2.1 : Ước lượng BER. - 20 Hình 2.2 : Xấp xỉ PDF. - 22 Hình 2.3 : Xác định lỗi độ nhạy thu. - 25 Hình 2.4 : Đo Q. - 27 Hình 2.5 : Định nghĩa DR. - 27 Hình 2.6 : OSNR Hình 2.7: OSNR vs. - 29 Hình 2.8: Méo biểu đồ mắt gây bởi những ảnh hưởng khác nhau trên đường truyền quang. - 31 Hình 2.9 : Các tham số mở mắt. - 32 Hình 2.10 : So sánh các phương pháp EOP với hiệu năng truyền dẫn khác nhau. - 34 Hình 2.11 : Mối liên hệ giữa các tiêu chuẩn đánh giá. - 35 Hình 3.1: BER vs. - 39 Hình 3.2 : Biểu đồ mắt RZ và NRZ qua 80 km sợi SMF hệ số tán sắc 16 ps/nm.km. - 41 Hình 3.3- Global paramaters Hình 3.4 – Các tham số của RZ Generator. - 45 Hình 3.5 – Các tham số sợi quang SSMF. - 46 Hình 3.6 – Các tham số sợi quang bù tán sắc DCF. - 48 Hình 3.7- Sơ đồ mô phỏng điều chế RZ sử dụng bù sau, tốc độ 1 kênh 40 Gb/s, khoảng cách 500km. - 50 Hình 3.8- Phổ tín hiệu phát điều chế RZ 40 Gb/s. - 51 Hình 3.9 - Phổ tín hiệu thu điều chế RZ 40 Gb/s. - 51 Hình 3.10 - Biểu đồ mắt điều chế RZ 40 Gb/s. - 52 Hình 3.11- Sơ đồ mô phỏng điều chế NRZ sử dụng bù sau, tốc độ 1 kênh 40 Gb/s, khoảng cách 250km. - 53 Hình 3.12- Phổ tín hiệu phát điều chế NRZ 40 Gb/s. - 54 Hình 3.13 - Phổ tín hiệu thu điều chế NRZ 40 Gb/s. - 54 Hình 3.14 - Biểu đồ mắt điều chế NRZ 40 Gb/s. - 55 Hình 3.15 – Biểu diễn Q max theo P đối với điều chế RZ, 40 Gb/s kênh đơn, bù sau, khoảng cách 500km. - 59 Hình 3.16 – Biểu diễn Q max theo P đối với điều chế NRZ, 40 Gb/s kênh đơn, bù sau, khoảng cách 250km. - 62 Hình 3.17- Sơ đồ mô phỏng điều chế RZ sử dụng bù trước, tốc độ 1 kênh 40 Gb/s, khoảng cách 250km. - 63 Hình 3.18-Phổ tín hiệu phát điều chế RZ 40 Gb/s bù trước. - 64 Hình 3.19- Phổ tín hiệu thu điều chế RZ 40 Gb/s bù trước. - 64 Hình 3.20- Biểu đồ mắt điều chế RZ 40 Gb/s bù trước. - Hình 3.21 – Biểu diễn Q max theo P đối với điều chế NRZ, 40 Gb/s kênh đơn, bù trước, khoảng cách 250km. - 65 Hình 3.22 – Kết quả so sánh giữa bù trước và bù sau đối với hệ thống 40 Gb/s đơn kênh, điều chế RZ, khoảng cách 250km. - 75 Hình 3.23 : Sơ đồ mô phỏng hệ thốngWDM 8 x 40 Gb/s điều chế với xung đầu vào NRZ. - 76 Hình 3.24: Biểu đồ mắt kênh 1 và kênh 8 với xung đầu vào NRZ. - 77 Hình 3.25 – Biểu diễn Q max theo P đối với điều chế NRZ,WDM 8 x 40 Gb/s, bù sau, khoảng cách 250km. - 80 Hình 3.26 – Biểu diễn Eye Height theo P đối với điều chế NRZ,WDM 8 x 40 Gb/s, bù sau, khoảng cách 250km. - 80 Hình 3.27: Sơ đồ mô phỏng hệ thống WDM 8x 40Gb/s điều chế với xung đầu vào RZ. - 81 Hình 3.28: Biểu đồ mắt kênh 1 và kênh 8 với xung đầu vào RZ. - 82 Hình 3.29 – Biểu diễn Q max theo P đối với điều chế RZ,WDM 8 x 40 Gb/s, bù sau, khoảng cách 250km. - 85 Hình 3.30 – Biểu diễn Eye Height theo P đối với điều chế RZ WDM 8 x 40 Gb/s, bù sau, khoảng cách 250km. - 85 Danh mục bảng biểu Bảng 1 - Hệ thống WDM đơn kênh 40 Gb/s sử dụng phương thức điều chế RZ, có bù tán sắc bằng phương pháp bù sau, truyền dẫn qua khoảng cách 500 km Bảng 2 - Hệ thống WDM đơn kênh 40 Gb/s sử dụng phương thức điều chế NRZ, có bù tán sắc bằng phương pháp bù sau, truyền dẫn qua khoảng cách 250 km Bảng 3 - Hệ thống WDM đơn kênh 40 Gb/s sử dụng phương thức điều chế RZ, có bù tán sắc bằng phương pháp bù sau, truyền dẫn qua khoảng cách 250 km Bảng 4 - Hệ thống WDM đơn kênh 40 Gb/s sử dụng phương thức điều chế RZ, có bù tán sắc bằng phương pháp bù trước, truyền dẫn qua khoảng cách 250 km Bảng 5- Hệ thống DWDM 8x40 Gbps, sử dụng điều chế với xung đầu vào NRZ…………...78 Bảng 6- Hệ thống DWDM 8x40 Gb/s sử dụng định dạng điều chế với xung đầu vào RZ Lời nói đầu Mục tiêu của luận văn này là tập trung vào việc tìm hiểu các dạng điều chế quang dựa trên xung đầu vào là các mã NRZ và RZ, đồng thời so sánh về ưu nhược điểm và ứng dụng của chúng trong truyền dẫn quang DWDM tốc độ kênh 40 Gb/s. - Sử dụng phần mềm mô phỏng Optisystem 7.0 của hãng Optiwave để mô phỏng hệ thống DWDM, luận văn đi đến đánh giá ảnh hưởng của tán sắc, phi tuyến đối với chất lượng tín hiệu và hiệu năng hệ thống dựa trên các định dạng điều chế với xung đầu vào là các mã NRZ và RZ khác nhau. - Phân chia các định dạng điều chế thành 2 nhóm – với xung đầu vào là các mã NRZ và RZ - khả năng của chúng chống lại các ảnh hưởng truyền dẫn tuyến tính và phi tuyến được nghiên cứu trong truyền dẫn đơn kênh và đa kênh, chỉ ra rằng việc thực hiện các định dạng điều chế với xung đầu vào là mã NRZ cung cấp khả năng chống lại tán sắc tốt hơn, nhưng gặp phải những vấn đề giới hạn về phi tuyến mạnh hơn. - Các định dạng điều chế với xung đầu vào là mã RZ được đặc trưng bởi độ nhạy đối với tán sắc dư và khả năng chống lại tán sắc đáng kể. - Những hạn chế trong kênh mạnh mẽ được chỉ ra khi những giới hạn truyền dẫn nổi trội đặc biệt trong các định dạng điều chế với xung đầu vào là mã RZ được đặc trưng bởi sự tương tác mạnh mẽ của các xung liên tiếp trong chuỗi bit, do sự mở rộng nhanh của các xung quang ngắn ở tốc độ 40 Gb/s. - Ảnh hưởng này là do tác động lẫn nhau của SPM-GVD, trở nên hiển nhiên ở cả 2 nhóm điều chế ở công suất kênh lớn. - Vì vậy, lượng bù tán sắc trước phù hợp phụ thuộc vào định dạng điều chế được sử dụng. - Về cơ bản, các định dạng điều chế với xung đầu vào là mã RZ thể hiện tốt hơn các định dạng điều chế với xung đầu vào là mã NRZ trong truyền dẫn đơn kênh 40 Gb/s, và những ưu điểm về truyền dẫn của định dạng điều chế với xung đầu vào là mã RZ trở nên rõ ràng hơn khi khoảng cách truyền dẫn tăng lên. - Tuy nhiên, với truyền dẫn WDM đa kênh tốc độ 40 Gb/s khoảng cách lớn thì định dạng điều chế với xung đầu vào là mã NRZ lại thể hiện rõ những ưu điểm của mình. - Xem xét các phương pháp điều chế dựa trên ASK truyền thống, tối ưu hóa các thiết lập hệ thống được thực hiện trong kênh đơn 40 Gb/s, các đường truyền WDM và DWDM, cho phép so sánh giữa việc ứng dụng các dạng mã đường truyền khác nhau vào điều chế trong truyền dẫn quang về mặt khoảng cách truyền dẫn và hiệu suất phổ cực đại có thể đạt được. - ở đó các dạng điều chế truyền thống dựa trên ASK được trình bày để cho thấy khả năng nâng cao hiệu năng của các đường truyền dẫn 40 Gb/s, việc tạo tín hiệu và các đặc tính truyền dẫn của các phương pháp truyền dẫn khác nhau trong DWDM. - Phần 2: chương 3 đi vào việc tìm hiểu, mô phỏng các hệ thống truyền dẫn quang dựa trên tốc độ bit kênh 40 Gb/s bao gồm mô phỏng hệ thống kênh đơn và DWDM 40 Gb/s để từ đó phân tích, kết luận việc ứng dụng mã đường truyền nào là phù hợp để điều chế tín hiệu quang, cần sử dụng mô hình bù tán sắc nào là hợp lý đối với hệ thống này. - CHƯƠNG 1: TẠO CÁC TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ QUANG VỚI CÁC MÃ ĐƯỜNG TRUYỀN KHÁC NHAU 1.1 Giới thiệu Trong chương này sẽ tìm hiểu việc tạo các tín hiệu quang, trong đó sẽ tập trung vào các định dạng điều chế sử dụng điều chế biên độ của sóng mang quang dựa trên xung vào là các mã đường truyền khác nhau, bởi tầm quan trọng của chúng trong các hệ thống truyền dẫn quang ngày nay. - Chương này cũng giới thiệu việc tạo và các đặc tính truyền dẫn của các dạng điều chế truyền thống. - 1.2 Tạo tín hiệu quang Hình 1.1 Các nguyên tắc điều chế tín hiệu quang Việc tạo tín hiệu của các hệ thống truyền dẫn quang có thể hiểu là việc điều chế nguồn laser với tín hiệu nhị phân điện. - Theo đó, chúng ta đang nói về điều chế tín hiệu quang và các dạng điều chế. - Trường điện phức được điều chế cho bởi: {}0. - Từng tham số này có thể được điều chế bởi tín hiệu băng gốc nhị phân điện q(t. - (1.2) Về cơ bản, phụ thuộc vào tham số tín hiệu được điều chế , chúng ta có thể phân biệt thành. - ASK - PSK - FSK - PolSK Trong phạm vi tìm hiểu của luận văn này, chúng ta sẽ chỉ đề cập đến phương pháp điều chế ASK. - ASK: được biết đến là OOK, là kỹ thuật điều chế cường độ tín hiệu mang. - Tín hiệu được biểu diễn như sau . - (1.3) Điều chế ASK được đặc trưng bởi tỉ lệ giữa các mức tín hiệu ở các trạng thái On (marks) và Off (spaces) được gọi là ER: ER = 2120AA (1.4) Giá trị của ER phụ thuộc vào việc tiếp cận được sử dụng cho việc tạo tín hiệu, điều chế trực tiếp hoặc gián tiếp nguồn laser. - Trong trường hợp điều chế gián tiếp, ER bị giới hạn bởi ER của bộ điều chế gián tiếp. - Các dạng điều chế dựa trên ASK được đặc trưng bởi việc tạo và dò tín hiệu đơn giản, và do đó tất cả các hệ thống truyền dẫn quang được triển khai hiện nay sử dụng các dạng điều chế dựa trên ASK. - Phạm vi tìm hiểu của luận văn này cũng sẽ là các hệ thống truyền dẫn quang với các dạng điều chế dựa trên ASK khác nhau. - Do việc sử dụng các phương thức điều chế khác nhau cho việc tạo các dạng này, chúng có các dạng tín hiệu khác nhau (như dựa trên mã RZ hay NRZ) và đặc tính phổ khác nhau, tạo ra các “hành vi” truyền dẫn khác nhau. - 1.3 Định dạng điều chế với xung đầu vào là mã NRZ Một sự phân loại cơ bản của các dạng điều chế dựa trên ASK khác nhau có thể được thực hiện theo hình dạng của xung quang. - Tất cả các dạng điều chế có thể được chia thành ba nhóm. - dựa trên NRZ - dựa trên RZ - các dạng điều chế mới Trong phần này sẽ giới thiệu các định dạng điều chế với xung đầu vào là mã NRZ. - Định dạng điều chế sử dụng xung đầu vào NRZ được áp dụng phần lớn trong các hệ thống truyền dẫn quang ngày nay. - Chuỗi xung điện tử, điều khiển bộ điều chế gián tiếp, được tạo ra bởi NRZ coder. - Việc tạo tín hiệu quang của các xung NRZ được minh họa ở hình 1.2 13. - Hình 1.2 : Tạo tín hiệu điều chế quang 40 Gb/s với xung đầu vào NRZ Ánh sáng của CW (Continuous Wave) bơm được điều chế gián tiếp trong bộ điều chế Mach- Zehnder Modulator MZM LiNbO3. - MZM được điều khiển ở điểm cầu phương của hàm truyền đạt công suất bộ điều chế với tín hiệu NRZ điện. - Việc tạo các xung NRZ cũng có thể được thực hiện với bộ điều chế hấp thụ điện tử EAM. - Nhược điểm của EAM là ER khá nhỏ ( khoảng 10 dB) và chirp nội bộ điều chế. - Dạng sóng và phổ tín hiệu của các xung quang NRZ 40 Gb/s được chỉ ra ở hình 1.3. - Hình 1.3 : Tín hiệu điều chế quang 40 Gb/s với xung đầu vào NRZ a) Phổ quang miền tần số b) Phổ quang miền thời gian Một tiêu chuẩn đối với độ rộng xung là duty cycle (duty ratio). - Trong trường hợp NRZ, duty cycle bằng 1 (Hình 1.3b), chỉ ra mép tín hiệu cực dốc của các xung NRZ. - Chirp được quan sát thấy ở hình 1.3b thực ra được gây ra bởi CW-pump chirp, tỉ lệ với độ rộng phổ laser. - Độ rộng phổ ở công suất -30 dBm của phổ quang NRZ 40 Gb/s bằng 60 GHz (Hình 1.3a). - Băng thông compact của các xung quang được tạo ra thể hiện một đặc tính điều chế quan trọng , chi phối những ảnh hưởng của các hiệu ứng truyền dẫn khác nhau như GVD và ISI. - 1.4 Các định dạng điều chế với xung đầu vào là mã RZ Phần này sẽ đề cập đến việc tạo các tín hiệu dựa trên định dạng điều chế với xung đầu vào là mã RZ.
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt