Báo cáo nghiên cứu khoa học: "SO SÁNH VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG ÁN TRUYỀN DẪN TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANG COHERENCE TỐC ĐỘ BIT CAO"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

132
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo xây dựng mô hình tính toán, so sánh và đánh giá các phương án truyền dẫn có sự phối hợp giữa khuếch đại quang sợi EDFA và máy thu Coherence: PA-OACR, PA-OLCR, BA và LA ở tốc độ nhiều Gbit/s trên cơ sở khảo sát qui luật biến thiên của tỉ số tín hiệu trên nhiễu điện (eSNR) theo khoảng cách truyền dẫn, từ đó xác định hiệu quả của từng phương án. Ngoài ra, trong phương án LA, bài báo cũng đã tìm được vị trí đặt EDFA trên đường truyền sao cho eSNR của máy thu...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo nghiên cứu khoa học: "SO SÁNH VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG ÁN TRUYỀN DẪN TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANG COHERENCE TỐC ĐỘ BIT CAO"

SO SÁNH VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG ÁN TRUYỀN DẪN TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANG COHERENCE TỐC ĐỘ BIT CAO COMPARING AND EVALUATING SIGNAL TRANSFERRING METHODS IN COHERENT FIBER OPTIC COMMUNICATION SYSTEMS AT HIGH BIT - RATE NGUYỄN VĂN TUẤN Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng TÓM T ẮT Bài báo xây dựng mô hình tính toán, so sánh và đánh giá các phương án truyền dẫn có sự phối hợp giữa khuếch đại quang sợi EDFA v à máy thu Coherence: PA-OACR, PA-OLCR, BA và LA ở tốc độ nhiều Gbit/s trên cơ sở khảo sát qui luật biến thiên của tỉ số tín hiệu trên nhiễu điện (eSNR) theo khoảng cách truyền dẫn, từ đó xác định hiệu quả của từng phương án. Ngoài ra, trong phương án LA, bài báo cũng đã tìm được vị trí đặt EDFA trên đường truyền sao cho eSNR của máy thu đạt được giá trị lớn nhất. ABSTRACT Signal transferring methods related to the combination of EDFA and Coherent receiver: PA- OACR, PA-OLCR, BA, LA at high Bit-Rate were compared basing on the relation between eSNR and transferring distance in order to evaluate their effectiveness. In addition, as for LA method, the location of EDFA in the link for achieving the maximum of eSNR at receiver was also determined in this paper. 1. Giới thiệu Khi cự ly truyền dẫn lớn, vượt quá khả năng làm việc của máy thu Coherence thì cần lắp đặt thêm bộ khuếch đại EDFA để bù tổn hao công suất trên đường truyền, kéo dài cự ly truyền dẫn. Tuỳ theo vị trí của EDFA trên đường truyền mà hệ thống Coherence được chia thành 3 phương án lần lượt là khuếch đại phát BA (Boost Amplifier-hình 2), tiền khuếch đại PA (Preamplifier-hình 1) và khuếch đại đường truyền LA (Line Amplifier-hình 3). Trong những năm gần đây đã có nhiều công trình nghiên cứu lý thuyết lẫn thực nghiệm các hệ thống truyền dẫn theo phương án BA [3], [4], theo PA [5] và theo LA [4]. Nhìn chung kết quả đạt được của các công trình này đã khẳng định tiềm năng to lớn trong việc nâng cao hiệu quả của hệ thống bằng các biện pháp phối hợp và khai thác tối đa tính năng khuếch đại của EDFA và độ nhạy vốn dĩ rất cao của máy thu Coherence nhằm nâng cao hơn nữa cự ly truyền dẫn. Ngoài ra, có một số công trình nghiên cứu cả 3 phương án [4]; bước đầu đã đề cập và đánh giá tổng quát ưu nhược điểm của các phương án dựa vào đặc điểm của từng loại. Tuy nhiên việc phân tích, khảo sát cụ thể các phương án nêu trên nhằm trả lời rốt ráo câu hỏi đặt EDFA ở đâu cho hiệu quả cao nhất thì cho đến nay vẫn còn để ngỏ. Lý do là vì câu trả lời chính xác phụ thuộc vào nhiều yếu tố và điều kiện đặt ra ban đầu. Ngoài ra nó còn phụ thuộc vào điều kiện thực tiễn lắp đặt EDFA có thuận lợi cho việc bảo trì bảo dưỡng, cung cấp nguồn bơm và giám sát... Rõ ràng đây là bài toán có nhiều tham số ảnh hưởng đến lời giải nhưng nó có ý nghĩa thực tiễn cao vì kết quả của bài toán cho phép các nhà thiết kế và lắp đặt có được phương án tối ưu cho từng trường hợp cụ thể nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng trong hệ thống Coherence. Nội dung của bài báo nhằm giải quyết vấn đề đang được quan tâm này.
2. Xây dựng mô hình tính toán và tỉ số tín hiệu trên nhiễu của các phương án Vì có hai loại máy thu liên quan đến mạch tiền khuếch đại là OACR và OLCR như đã đề cập [1], [2] nên riêng trong PA, xét 2 phương án là PA-OACR và PA-OLCR như sau: A. Phương án PA-OACR: (hình 1) PTX , PS' , PS , d : Lần lượt là công suất ra Laser diode, công suất vào của EDFA, của máy thu Coherence và khoảng cách truyền dẫn,  f [dB / km] ,  [lần]: lần lượt là tổn hao công suất trên 1 km sợi quang và trên toàn tuyến.  PS PS' Máy phát PTX Máy thu G Laserdiode Cohence d, f EDFA Hình 1. Mô hình tính toán hệ thống truyền dẫn Cohence theo phương án PA-OACR Tỉ số eSNR của máy thu trong PA-OACR được xác định như sau: ( e ) 2 (1)  PTX P LO G 2 (h ) 2  eSNR PA  OACR e 2 ( e ) 2  B e ( P LO   GP TX  h  m t n sp ( G  1) B o )  4 P LO n sp ( G  1) B e 2 h h ( e ) 2 4 KTB e   PTX n sp G ( G  1) B e  2 ( e ) 2 m t n sp ( G  1) 2 B e B o  2 4 h RL Các tham số khác trong (1) được định nghĩa như trong [1], [2]. B. Phương án PA-OLCR: Tương tự bài báo cũng xác định được eSNR trong PA- OLCR bằng cách thay đổi vai trò của PS và PLO cho nhau: ( e ) 2 (2)  PTX P LO G 2 (h  ) 2  eSNR PA  OLCR e 2 ( e ) 2  B e ( GP LO   PTX  h  m t n sp ( G  1) B o )  4 P LO n sp G ( G  1) B e 2 h h ( e ) 2 4 KTB e   PTX n sp ( G  1) B e  2 ( e ) 2 m t n sp ( G  1) 2 B e B o  2 4 h RL C. Phương án BA:  PTX EDFA PS Máy phát Máy thu G P Laserdiode Cohence d, f Hình 2. Mô hình tính toán hệ thống truyền dẫn Cohence theo phương án BA ( e ) 2 (3)  P TX P LO G 2 (h  ) 2  eSNR BA e 2 ( e ) 2  B e ( P LO   GP TX  h  m t n sp  ( G  1 ) B o )  4  P LO n sp ( G  1 ) B e 2 h h ( e ) 2 4 KTB e   2 P TX n sp G ( G  1 ) B e  2 ( e ) 2 m t n sp  2 ( G  1 ) 2 B e B o  2 4 h RL
D. Phương án LA: 1 2 EDFA PS PTX Máy phát Máy thu G Laserdiode Cohence d2 d1 Hình 3. Mô hình tính toán hệ thống truyền dẫn Cohence theo phương án LA ( e ) 2  PTX P LO G 2 (4) (h ) 2  eSNR LA e 2 ( e ) 2  B e ( PLO   GP TX  h  m t n sp  2 ( G  1) B o )  4  2 PLO n sp ( G  1) B e 2 h h ( e ) 2 4 KTB e   2 PTX n sp G ( G  1) B e  2 ( e ) 2 m t n sp  2 ( G  1) 2 B e B o  2 2 4 h RL 3. So sánh tính hiệu quả của các phương án Để kết quả so sánh có tính thực tiễn cao thì khoảng cách truyền dẫn được chọn d  100km [3], [4]. Các máy thu đưa vào khảo sát là loại PSK đồng tần tốc độ Rb=10Gbit/s vì chúng có độ nhạy thu cao nhất và thích hợp với tốc độ bít cao. Các giá trị của các tham số còn lại được giả thiết như sau: Be  10GHz, B o  10nm, NF  4dB,   0.95, R L  50 Công suất đưa vào sợi quang trong phương án BA được chọn bằng +12.5dBm để tránh hiện tượng phi tuyến trong sợi có thể làm suy giảm đặc tính hệ thống. Công suất ra từ nguồn phát trong 2 phương án BA và LA được chọn như nhau và bằng -1.5 dBm. Bước đầu chọn G=14dB để máy thu trong phương án PA hoạt động ở điều kiện nhiễu phách và tránh hiện tượng phi tuyến trong phương án BA, sau đó sẽ tăng giá trị G=25dB riêng cho trường hợp LA để thấy được tác dụng tăng khoảng cách truyền dẫn của nó. 50 50 PSK  Ho PA-OACR:G=14dB 45 45 PA-OACR:G=14dB Rb  10Gb / s TØ sè tÝn hiÖu trªn nhiÔu [dB] TØ sè tÝn hiÖu trªn nhiÔu [dB] BA:G=14dB BA:G=14dB 40 40   0.95 35 35 PA-OLCR:G=14dB 30 PA-OLCR:G=14dB 30 LA:G=25dB 25 25 LA:G=14dB LA:G=14dB 20 20 15 15 Coherence DD 10 10 100 150 200 250 300 1 00 15 0 2 00 25 0 3 00 Cù ly truyÒn dÉn cña c¸c ph¬ng ¸n Cù ly tru yÒn dÉn [km] [km] Hình 4. Quan hệ giữa eSNR và d của PA- Hình 5. eSNR và d của PA-OACR, PA-OLCR OACR, PA-OLCR, BA, LA với Rb=10 Gbit/s BA, LA, Coherence và DD với Rb=10 Gbit/s Trước tiên EDFA trong phương án LA giả thiết là được đặt giữa máy phát và máy thu.
4. Kết quả mô phỏng và thảo luận Từ kết quả mô phỏng trong hình 4 biểu diễn mối quan hệ giữa eSNR và d của PA- OACR, PA-OLCR, BA, LA với Rb=10 Gbit/s có thể rút ra những kết luận sau đây: + Cùng một khoảng cách truyền dẫn >150 km cho trước eSNR của 3 phương án PA- OACR, BA và LA xấp xĩ nhau, với điều kiện 10dB
Để minh hoạ điều này bài báo đã khảo sát sự thay đổi đặc tuyến eSNR theo khoảng cách tương ứng với các giá trị khác nhau của NF như trên đồ thị hình 6. Việc khảo sát ảnh hưởng của hệ số khuếch đại G đến eSNR trong phương án LA được thể hiện trong hình 7. Bài báo tiếp tục tiến hành thay đổi các vị trí đặt EDFA để trả lời câu hỏi đặt EDFA ở đâu thì hiệu quả sử dụng cao nhất. PinFIBER  12.5dBm PTX PS Máy phát Máy thu LaserDiod Coherence d2 d1 EDFA Hình 8. Sơ đồ khối hệ thống theo phương án LA để xác định vị trí EDFA có eSNR lớn nhất Để bài toán sát thực tiễn bài báo lấy số liệu theo thực nghiệm đã được Norimatsu và các đồng nghiệp của ông [3] đã tiến hành cho một hệ thống truyền dẫn PSK đồng tần tốc độ Rb=10Gbit/s, bước sóng làm việc 1554nm. Từ thực nghiệm, công suất đưa vào sợi quang được chọn là PinFIBER  12.5dBm để tránh hiện tượng phi tuyến xảy ra trong sợi làm giảm đặc tính hệ thống. Các thông số khác được chọn là G  20dB, NF  4dB,   0.95, B e  10GHz . Kết quả tính toán trên hình 9 biểu diễn mối quan hệ giữa eSNR theo các vị trí khác nhau của EDFA trên đường truyền. Từ đây ta rút ra các kết luận như sau: + Khi EDFA đặt càng gần máy phát (d1 càng 50 nhỏ) thì eSNR càng tăng vì lúc đó công suất d1=0.1d PSK  Ho 45 nhiễu quang ASE ở đầu ra EDFA càng bị d1=0.2d Rb  10Gb / s TØ sè tÝn hiÖu trªn nhiÔu [dB] giảm trên đường truyền, trong khi đó công 40   0.95 suất quang truyền từ máy phát đến máy thu G  20dB 35 vẫn không đổi, nghĩa là eSNR tăng. 30 + Trên đồ thị, các đường cong ứng với 25 d1=0.5d d 1  0.5d gần trùng nhau khi d>150km. Bài báo cũng đã tiến hành tính toán mô 20 d1=0.7d phỏng với các giá trị khác của G từ (15-30) dB thì cũng nhận được kết quả tương tự. 15 d1=0.8d + Từ đây suy ra với giá trị tiêu biểu của 10 EDFA G=(15-30)dB đặt EDFA cách máy 5 d1=0.9d phát một khoảng d 1  ( 0.1  0.5 )d đều cho tỉ 0 số tín hiệu trên nhiễu gần như tốt nhất khi 100 150 200 250 300 khoảng cách truyền dẫn d >150 km. Việc chọn cụ thể vị trí đặt EDFA trong Cù ly truyÒn dÉn trong p. ¸n LA[km] khoảng này chỉ còn phụ thuộc vào địa hình Hình 9. Đồ thị eSNR theo d trong phg án LA thực tế lắp đặt và thuận tiện cho việc vận hành, bảo trì, bảo dưỡng về sau.
5. Kết luận Trên cơ sở phân tích và tính toán mô phỏng, bài báo đã xác định được các phương án truyền dẫn tối ưu nhằm nâng cao chất lượng hệ thống trong các trường hợp cụ thể tương ứng với yếu tố ban đầu và điều kiện đặt ra như tốc độ bit, cự ly truyền dẫn, công suất tối đa đưa vào sợi quang để tránh hiệu ứng phi tuyến trong sợi, hệ số khuếch đại và đặc tính nhiễu của bộ khuếch đại EDFA... Bài toán có thể được ứng dụng hiệu quả trong công tác thiết kế lắp đặt và vận hành mạng nhằm nâng cao chất lượng tín hiệu truyền dẫn. TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Tuấn, "Máy thu khuếch đại quang Coherence: Giải pháp tối ưu tỉ số tín [ 1] hiệu trên nhiễu điện tại tốc độ 10Gbít/s trong hệ thống thông tin quang", Tạp chí Khoa học và Công nghệ, số 30+31/2001, trang 26-32 (Tạp chí các trường Đại học: Hà Nội, Đà Nẵng, Thủ Đức, TPHCM, Bưu chính Viễn thông). Nguyễn Văn Tuấn “Nâng cao tỉ số tín hiệu trên nhiễu điện (eSNR) ở tốc độ cao bằng [ 2] giải pháp sử dụng máy thu OLCR trong hệ thống thông tin sợi quang”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ các trường đại học Kỹ thuật (Hà Nội, Đà Nẵng, Thủ Đức, TPHCM, Thái Nguyên, Bưu chính Viễn thông) số 46+47 năm 2004, trang 59-63. [ 3] Norimatsu, S., et al., "10Gbit/s Optical PSK Homodyne Transmission Experiments using External Cavity DFB LDs ", Electronics Letters, 26(1990)10, 648-649. [ 4] Sadakuni Shimada, Coherent lightwave communication technology, Chapman & Hall, 1995. [ 5] B. Glance, G. Elsenstein, et al., "Sensitivity of an optical heterodyne receiver in presence of an optical preamplifier," Electronics Letters, Vol.24, No.19, pp. 1229- 1230, 15th 9, 1988.