Bù méo tín hiệu sử dụng bộ cân bằng kết hợp FFE và DFE cho hệ thống thông tin quang cự ly ngắn tốc độ cao

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

4
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết giới thiệu việc kết hợp bộ cân bằng lan truyền tới (FFE - Feed Forward Equalizer) và bộ cân bằng phản hồi quyết định (DFE - Decision Feedback Equalizer) để cải thiện chất lượng tín hiệu và tăng cự ly truyền dẫn.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bù méo tín hiệu sử dụng bộ cân bằng kết hợp FFE và DFE cho hệ thống thông tin quang cự ly ngắn tốc độ cao

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 24, Số 1 (2024) BÙ MÉO TÍN HIỆU SỬ DỤNG BỘ CÂN BẰNG KẾT HỢP FFE VÀ DFE CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG CỰ LY NGẮN TỐC ĐỘ CAO Vương Quang Phước Khoa Điện, Điện tử và Công nghệ vật liệu, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Email: vqphuoc@husc.edu.vn Ngày nhận bài: 15/6/2024; ngày hoàn thành phản biện: 18/6/2024; ngày duyệt đăng: 24/6/2024 TÓM TẮT Hệ thống thông tin quang sử dụng phương pháp điều chế cường độ và giải điều chế trực tiếp (IM/DD - Intensity Modulation/Direct Detection) phù hợp cho các ứng dụng cự ly ngắn với yêu cầu đơn giản và chi phí thấp. Tuy nhiên, tương tác giữa tán sắc (CD - Chromatic Dispersion) và giải điều chế trực tiếp gây ra hiện tượng giảm dần công suất, làm méo tín hiệu và giới hạn cự ly truyền dẫn là những thách thức đối với hệ thống IM/DD cự ly ngắn tốc độ cao. Bài báo giới thiệu việc kết hợp bộ cân bằng lan truyền tới (FFE - Feed Forward Equalizer) và bộ cân bằng phản hồi quyết định (DFE - Decision Feedback Equalizer) để cải thiện chất lượng tín hiệu và tăng cự ly truyền dẫn. Các thử nghiệm cho thấy việc sử dụng kết hợp FFE và DFE giúp giảm tỷ lệ lỗi bit và cải thiện hiệu suất truyền thông của hệ thống thông tin quang. Bên cạnh đó, việc điều chỉnh tham số và thuật toán cũng được thảo luận để tối ưu hóa hiệu suất của bộ cân bằng. Từ khóa: Bộ cân bằng FFE, bộ cân bằng DFE, hệ thống thông tin quang, IM/DD 1. TỔNG QUAN Trong những năm gần đây, sự phát triển nhanh chóng của các ứng dụng và dịch vụ băng rộng như Internet of Things, Thực tế ảo tăng cường/Thực tế ảo, Điện toán đám mây và sự mở rộng hạ tầng 5G đã thúc đẩy nhu cầu về các liên kết cự ly ngắn trong các trung tâm dữ liệu. Về cơ bản, các lưu lượng dữ liệu xuất hiện chủ yếu trong các tuyến kết nối cự ly ngắn giữa các máy chủ và trung tâm dữ liệu. Và đây cũng trở thành động lực cho sự phát triển của hệ thống thông tin quang [1], đặc biệt là cho các tuyến quang cự ly ngắn. Khi xét đến các hệ thống truyền dẫn cự ly ngắn sử dụng phương pháp điều chế cường độ và giải điều chế trực tiếp IM/DD, tán sắc (CD) được xem như là yếu tố quan trọng gây ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống. Tán sắc dẫn đến hiện tượng méo tín hiệu, gây ra nhiễu liên ký tự và tăng tỉ lệ lỗi. Bên cạnh đó, sự tương tác giữa tán sắc và giải điều chế trực tiếp gây ra hiệu ứng giảm dần công suất và dẫn đến tín hiệu tách 63
Bù méo tín hiệu sử dụng bộ cân bằng kết hợp FFE và DFE cho hệ thống thông tin quang … sóng có thể chứa các rãnh tần số, giới hạn khoảng cách truyền dẫn của hệ thống thông tin sợi quang [2]. Để hạn chế các nhược điểm này và nâng cao tốc độ/cự ly truyền dẫn cho hệ thống, một số kỹ thuật cân bằng khác nhau dựa trên xử lý tín hiệu số đã được nghiên cứu cho các hệ thống thông tin quang tầm ngắn trong những năm qua. Xét về các yêu cầu của hệ thống cự ly ngắn, bộ cân bằng lan truyền tới FFE [3] có thể được xem là một giải pháp hiệu quả để bù cho các suy hao tuyến tính gây ra bởi hiện tượng giới hạn băng thông và tán sắc, tuy nhiên thực tế triển khai đã chỉ ra FFE lại không hiệu quả trong việc xử lý hiện tượng giảm dần công suất – một hiện tượng không thể tránh khỏi trong các hệ thống IM/DD đó là hiện tượng. Để giải quyết vấn đề này, bộ cân bằng phản hồi quyết định DFE [3] đã được nghiên cứu và triển khai, tuy nhiên, DFE dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu, có thể bị lỗi lan truyền và hoạt động không ổn định. Vì vậy, bài báo này trình bày thiết kế và ứng dụng bộ cân bằng cho hệ thống thông tin quang cự ly ngắn tốc độ cao bằng cách kết hợp sử dụng FFE và DFE. Mục đích là tận dụng ưu điểm của cả hai bộ cân bằng và khắc phục các nhược điểm của bộ cân bằng truyền thống, nhằm bù méo tuyến tính và cải thiện chất lượng tín hiệu cho hệ thống một cách hiệu quả. Phần còn lại của bài báo này được tổ chức như sau: Phần 2 trình bày vắn tắt về kỹ thuật IM/DD, hiệu ứng giảm dần công suất và kỹ thuật cân bằng sử dụng kết hợp FFE/DFE. Phần 3 đưa ra mô hình mô phỏng hệ thống thông tin sử dụng kỹ thuật IM/DD với điều chế PAM4 cho truyền dẫn cự ly ngắn. Phần này cũng thực hiện khảo sát nhằm làm rõ vai trò của bộ cân bằng trong việc cải thiện chất lượng hệ thống; bên cạnh đó, một số tham số chính của bộ cân bằng cũng được đánh giá để làm rõ. Cuối cùng, phần 4 đưa ra các kết luận. 2. MỘT SỐ KỸ THUẬT XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ CHO HỆ THỐNG IM/DD 2.1. Hệ thống thông tin quang sử dụng IM/DD Hình 1. Minh họa về một hệ thống thông tin quang sử dụng kỹ thuật IM/DD. Hệ thống quang sử dụng IM/DD là một trong những công nghệ truyền thông thông tin quang phổ biến. Nhìn chung, đây là một lựa chọn hấp dẫn cho các ứng dụng thông tin quang cự ly ngắn thỏa mãn yêu cầu đơn giản và chi phí thấp, mặc dù có những hạn chế về tốc độ và hiệu suất so với các phương pháp phức tạp hơn [4]. Về cơ bản, hệ thống IM/DD được mô tả như trong Hình 1. Ở phía thu, bộ điều chế thực hiện điều chỉnh cường độ của tín hiệu quang. Công nghệ này có thể sử dụng với nhiều định dạng điều chế khác nhau như NRZ, QAM, CAP [5], DMT [6] hay PAM. 64
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 24, Số 1 (2024) Tuy nhiên, xét về khía cạnh độ phức tạp khi triển khai cũng như năng lượng tiêu thụ, PAM4 vẫn là một lựa chọn tối ưu hơn [7] và đây là định dạng được sử dụng trong quá trình thực hiện các nghiên cứu khảo sát. Tại phía thu, tín hiệu quang được nhận bởi một thiết bị tách sóng trực tiếp, thường là một photodiode PIN/APD, có thể sử dụng kết hợp với các bộ khuếch đại TIA để tăng độ nhạy thu. Thiết bị này nhận tín hiệu quang và chuyển đổi nó thành tín hiệu theo luật bình phương (Square law). 2.2. Hiện tượng giảm dần công suất ở hệ thống IM/DD Trong hệ thống IM/DD, tín hiệu truyền bị méo dưới tác động của tán sắc, dẫn đến dải trên và dải dưới sai khác với nhau, và dưới tác động của việc tách sóng trực tiếp sử dụng luật bình phương thì tạo thành các rãnh tần số, hiện tượng này được gọi là hiện tượng giảm dần công suất. Hình 2a là mô phỏng lý thuyết biểu thị đáp ứng cường độ mô phỏng của hệ thống PAM4 28 Gbaud cho các khoảng cách truyền khác nhau [8]. Có thể thấy rõ rằng số lượng rãnh quang phổ thay đổi khi khoảng cách truyền tăng lên. Hiện tượng này được nhóm tác giả mô tả lại trong Hình 2b. (a) (b) Hình 2. Minh họa về hiệu ứng giảm dần công suất (power fading) do sự tương tác giữa tán sắc và tách sóng trực tiếp. (a) Đáp ứng cường độ hiển thị hiệu ứng giảm dần công suất [8]. (b) Mô phỏng lại phổ tần số của tín hiệu PAM4 25 Gbaud sau 50 km truyền dẫn. 2.3. Bộ cân bằng DFE và mô hình kết hợp FFE và DFE Như đã trình bày, hiện tượng giảm dần công suất này không thể bù được bằng việc sử dụng bộ cân bằng FFE [9]. Một kỹ thuật cân bằng khác là DFE [10] đã được đề xuất để giải quyết hiện tượng trên. Không giống như FFE, đầu vào của DFE là tín hiệu sau khi đi qua bộ quyết định như trong Hình 3. 65
Bù méo tín hiệu sử dụng bộ cân bằng kết hợp FFE và DFE cho hệ thống thông tin quang … Hình 3. Cấu trúc của bộ cân bằng DFE. Hình 4. Mô hình kết hợp bộ cân bằng FFE và DFE. Trong trường hợp DFE, tín hiệu trước khi quyết định được tính [10] 𝑛−1 𝑧(𝑘) = 𝑟(𝑘) − ∑ ℎ 𝑙 𝛿(𝑘 − 𝑙) (1) 𝑙=0 với 𝑟(𝑘) là tín hiệu đến, 𝛿(𝑘) là tín hiệu sau bộ quyết định và là ngõ vào của DFE giúp xác định độ sai lệch 𝑒(𝑘) và ℎ là đáp ứng của bộ cân bằng. Về cơ bản, bộ cân bằng DFE có thể bù các rãnh tần số bằng cách chèn vào thêm các cực tại các vị trí rãnh. Tuy nhiên, đầu vào của DFE được lấy từ bộ quyết định trực tiếp nên có thể bị lỗi lan truyền và không ổn định. Mặt khác, DFE không xử lý hoàn hảo cho 2 phía của nhiễu liên ký tự. Do đó, lựa chọn tốt nhất để triển khai thực tế là sự kết hợp giữa FFE và DFE, và mô hình kết hợp được đề xuất trong Hình 4. Với tín hiệu được ghép kết hợp bởi 2 bộ cân bằng FFE và DFE đặt liền kề. Theo đó, ngõ ra của bộ cân bằng FFE sẽ được đưa vào bộ cân bằng DFE để tiếp tục xử lý. Cả 2 bộ cân bằng FFE và DFE có thể được tối ưu bằng các thuật toán như Least Mean Square (LMS) hay Recursive Least Square (RLS) với độ sai lệch 𝑒(𝑘) có thể được sử dụng chung để cập nhật trọng số cho cả 2 bộ lọc 𝐻1 (𝑧) và 𝐻2 (𝑧). 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Mô hình đánh giá Hình 5 trình bày một hệ thống điển hình cho các ứng dụng thông tin quang cự ly ngắn dựa trên kỹ thuật IM/DD. Ban đầu, dữ liệu gốc được tạo ra từ một chuỗi nhị phân ngẫu nhiên và sau đó được ánh xạ thành các ký tự PAM4. Sau khi được lấy mẫu với tốc độ lấy mẫu là q=8, tín hiệu được xử lý bằng cách sử dụng định dạng xung RC (raised cosine) với hệ số cuộn là 0.1 để tối ưu hóa về hiệu suất phổ. Tín hiệu này sau đó được đưa vào bộ chuyển đổi số sang tương tự DAC để thu được tín hiệu điện trong miền tần số cơ sở. Các tín hiệu đầu ra từ DAC sau đó được khuếch đại thông qua một mạch điều khiển tuyến tính và sau đó được đưa vào một bộ điều chế để tạo ra tín hiệu quang PAM4. 66
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 24, Số 1 (2024) Hình 5. Mô hình khảo sát hệ thống IM/DD tầm ngắn sử dụng PAM4. Sau đó tín hiệu được chuyển đến sợi quang, ở đây, hệ thống sử dụng sợi quang đơn mode SSMF (Standard Single-Mode Fiber) ở bước sóng 1510 nm với hệ số tán sắc (CD) 17.6 ps/nm/km. Tại máy thu, tín hiệu được tách sóng trực tiếp bằng bộ tách sóng PIN với độ nhạy R=0.7 A/W. Để cải thiện độ nhạy của máy thu, một bộ khuếch đại TIA (transimpedance amplifier) được sử dụng để khuếch đại tín hiệu điện. Sau khi xử lý bằng bộ chuyển đổi tương tự sang số ADC, tín hiệu được lấy mẫu xuống với tỉ lệ 1 mẫu/ký tự để đưa vào các bộ cân bằng. Ở đây, nghiên cứu thực hiện khảo sát hệ thống với các trường hợp chỉ sử dụng FFE và sử dụng kết hợp FFE và DFE để đánh giá được mức độ cải thiện của hệ thống. Cuối cùng, sau khi ánh xạ ngược các ký tự PAM4 về bit, hệ thống thực hiện tính toán tỷ lệ lỗi bit (BER) và đưa ra dữ liệu nhận được. Để có thể tham chiếu khi thực hiện đánh giá, các thông số khởi tạo của hệ thống được thiết lập như sau: Bảng 1. Thiết lập khởi tạo các thông số cho hệ thống được khảo sát Các thông số của hệ thống khảo sát N Số lượng bit dữ liệu 107 bit Baudrate Tốc độ truyền ký tự 50 GBaudps PTx/Rx Công suất truyền/nhận 0 dBm (~1mW) BW Băng thông 3 dB của máy phát/thu 25 GHz λ Bước sóng quang 1510 nm D Hệ số tán sắc 17.6 ps/nm/km R Hệ số chuyển đổi quang điện 0.7 A/W 3.2. Đánh giá hệ thống IM/DD sử dụng PAM4 với bộ cân bằng kết hợp 3.2.1. Thông số đánh giá và thiết lập hệ thống Chất lượng của hệ thống được đánh giá thông qua tỉ lệ lỗi bit BER. Tỷ số lỗi bit (BER) được xác định tại bộ thu, là tỷ số giữa số bit thu bị lỗi trên tổng số bit được phát đi trong một khoảng thời gian xác định. BER được xác định thông qua công thức sau: Số bit lỗi 𝐵𝐸𝑅 = (2) Tổng số bit truyền đi 67
Bù méo tín hiệu sử dụng bộ cân bằng kết hợp FFE và DFE cho hệ thống thông tin quang … Tuy nhiên, trong các đồ thị biểu diễn tỷ lệ lỗi bit (BER), người ta thường sử dụng biểu đồ logarit của BER (log(BER)) giúp phân biệt rõ ràng các mức thay đổi giá trị nhỏ, hiển thị dữ liệu một cách trực quan và hiệu quả hơn. 3.2.2. Đánh giá vai trò của bộ cân bằng đến hệ thống Trước hết, để đánh giá vai trò của bộ cân bằng trong hệ thống, các thử nghiệm được tiến hành trong ba trường hợp: không sử dụng bộ cân bằng, sử dụng bộ cân bằng FFE, và sử dụng kết hợp FFE và DFE. Hình 6. Đánh giá chất lượng của hệ thống thông qua tỉ lệ lỗi bit BER trong 3 trường hợp: Không sử dụng bộ cân bằng, sử dụng bộ cân bằng FFE và sử dụng bộ cân bằng kết hợp FFE - DFE. Hình 6 mô tả chất lượng của hệ thống dựa trên tỉ lệ lỗi bit BER. Dựa vào hình vẽ, có thể dễ dàng nhận thấy BER có xu thế tăng dần khi tán sắc tổng của hệ thống tăng lên. Cũng có thể nhận thấy, trường hợp có sử dụng bộ cân bằng FEE và kết hợp FFE+DFE cho kết quả tốt hơn trong trường hợp không sử dụng kỹ thuật DSP nào. Trường hợp sử dụng bộ cân bằng kết hợp FFE và DFE cho kết quả tốt nhất. Chi tiết hơn, khi xét trong trường hợp B2B (back-to-back) thì sử dụng FFE/DFE giúp giảm BER của hệ thống khoảng 10 lần. Xét tại ngưỡng FEC = 3.8*10-3, nếu khống sử dụng kỹ thuật DSP bù méo nào, thì hệ thống đạt giới hạn tại mức tán sắc tổng xấp xỉ 30 ps/nm (~ 1.5 km truyền dẫn), trong khi sử dụng bộ cân bằng FFE, mức giới hạn này có thể được nâng lên gần gấp đôi tại mức tán sắc tổng 60 ps/nm và gần gấp 4 lần (~125 ps/nm) nếu sử dụng bộ cân bằng FFE và DFE kết hợp. Như vậy, tại cùng một ngưỡng tỉ lệ lỗi bit với việc sử dụng kết hợp thêm bộ cân bằng DFE, khoảng cách truyền dẫn của hệ thống đã được cải thiện rõ rệt. Quan sát thêm trong Hình 7, nhận thấy rằng phổ tín hiệu xuất hiện các rãnh trong trường hợp (a) và (b), và đã được cải thiện rõ rệt trong trường hợp sử dụng bộ cân bằng DFE (c). Việc chèn thêm các cực tại các rãnh tần số của phổ tín hiệu quang được thực hiện bởi DFE giúp làm phẳng phổ tín hiệu thu, trong khi đó FFE đã không thực hiện tốt 68
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 24, Số 1 (2024) được quá trình này. Việc cải thiện khiếm khuyết của FFE trong việc xử lý hiện tượng giảm dần công suất cũng nguyên nhân giúp cải thiện hiệu suất của hệ thống truyền dẫn quang được xét trong trường hợp trên. (a) (b) (c) Hình 7. Phổ tín hiệu xét trong các trường hợp: (a) trước khi thực hiện kỹ thuật cân bằng, (b) được xử lý bởi bộ cân bằng FFE, (c) được xử lý bởi bộ cân bằng kết hợp FFE+DFE. 3.2.3. Điều chỉnh và tối ưu hóa tham số Để có đánh giá cụ thể hơn, các thông số của bộ cân bằng cũng được khảo sát: số lượng tap dùng cho lan truyền tới (feed-forward tap), số lượng tap dùng cho quá trình phản hồi (feedback tap), 2 thuật toán LMS và RLS cũng được khảo sát trong nghiên cứu này. Hình 8. Khảo sát bộ cân bằng với các số lượng tap lan truyền tới khác nhau. Trong nội dung này, đầu tiên số lượng các tap sử dụng cho việc lan truyền tới sẽ được khảo sát với các số lượng là bội số của 5 và giới hạn ở 100 tap. Hình 8 thực hiện các khảo sát với 2 thuật toán LMS (đường nét đứt) và RLS (đường nét liền) tại mức tán sắc tổng 120 ps/nm (xấp xỉ 6.5 km truyền dẫn, ngưỡng giới hạn của hệ thống đã trình bày ở khảo sát trước), nhận thấy rằng việc thay đổi số lượng feed-forward tap có ảnh hưởng đến hiệu quả của bộ cân bằng. Khi tăng số lượng tap lên, tỉ lệ BER có xu hướng giảm mạnh ở giai đoạn đầu, đạt tối ưu ở 10 tap, và giá trị BER gần như không thay đổi khi 69
Bù méo tín hiệu sử dụng bộ cân bằng kết hợp FFE và DFE cho hệ thống thông tin quang … tăng số lượng tap lên. Ở trường hợp sử dụng thuật toán LMS, sự bất ổn định của bộ cân bằng đã xảy ra khi sử dụng với số lượng tap lớn hơn 85. Có thể nhận thấy rằng, với hệ thống cự ly ngắn sử dụng IM/DD 100 Gbps PAM4 được thiết lập ban đầu, thì chỉ cần với 10 feed-forward tap thì hệ thống đã đạt được hiệu suất tốt nhất trong khi vẫn đảm bảo được độ đơn giản và mức độ tiêu thụ năng lượng. Hình 9. Khảo sát bộ cân bằng với số lượng các tap phản hồi khác nhau. Hình 9 mô tả về các trường hợp khảo sát bộ cân bằng khi thay đổi lượng feedback tap khác nhau, các trường hợp trên được đánh giá với số lượng tap thay đổi từ 1 đến 10. Nhìn chung, khi tăng số lượng tap phản hồi thì tỉ lệ lỗi BER của hệ thống có xu hướng giảm xuống. Với 1 feedback tap, trong cả 2 trường hợp sử dụng thuật toán LMS và RLS cho kết quả tệ nhất. Đối với thuật toán LMS thì khi sử dụng nhiều feedback tap hơn, tỉ lệ lỗi bit gần như không thay đổi. Xét thuật toán RLS thì khi tăng số lượng feedback tap, giá trị BER của hệ thống dao động liên tục xung quanh giá trị 1.5*10-5, và đạt các đỉnh tại 5 tap và 8 tap tương ứng với các mức BER tương ứng 9*10-6 và 7.17*10-6. Tổng kết lại, có thể nhận thấy rằng việc sử dụng kết hợp FFE và DFE đã nâng cao hiệu suất của hệ thống so với trường hợp chỉ sử dụng FFE riêng lẻ. Xét về tính đơn giản và công suất tiêu thụ, việc sử dụng 10 tap lan truyền cho FFE và 5 tap hồi tiếp cho DFE đã đủ để cải thiện hiệu suất truyền dẫn của hệ thống 100 Gbps PAM4 so với chỉ sử dụng FFE, tại cùng một ngưỡng tỉ lệ lỗi bit. Về thuật toán sử dụng cho bộ cân bằng, LMS phù hợp với các ứng dụng có tài nguyên hạn chế nhưng có tốc độ hội tụ chậm. Trong khi đó, RLS phức tạp hơn nhưng lại có tốc độ hội tụ nhanh và hiệu suất cao trong các môi trường thay đổi nhanh chóng. Do đó, việc lựa chọn thuật toán phù hợp cần dựa trên hoàn cảnh cụ thể khi triển khai. 70
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 24, Số 1 (2024) 4. KẾT LUẬN Bài báo này đã trình bày về hệ thống thông tin quang tầm ngắn và một số thách thức cũng như các vấn đề gây ra méo tín hiệu trong hệ thống. Nội dung bao gồm việc thiết kế và khảo sát sử dụng kết hợp bộ cân bằng FFE và DFE trong hệ thống thông tin quang IM/DD cự ly ngắn tốc độ cao sử dụng định dạng điều chế bậc cao PAM4. Bộ cân bằng kết hợp này đã cải thiện đáng kể hiệu suất của hệ thống, thể hiện hiệu quả trong việc bù đắp méo tuyến tính do tán sắc của kênh truyền và khắc phục hiện tượng giảm dần công suất. Điều này được thể hiện rõ ràng qua sự cải thiện tỉ lệ lỗi bit (BER) và tăng giới hạn cự ly truyền dẫn. Trong quá trình thiết kế bộ lọc, các yếu tố quan trọng như độ dài bộ lọc và thuật toán tối ưu đã được khảo sát và đánh giá. Tổng kết lại, việc sử dụng bộ cân bằng kết hợp FFE và DFE cho hệ thống IM/DD tầm ngắn đã phần nào giải quyết được vấn đề méo tín hiệu và cải thiện chất lượng tín hiệu của hệ thống. Một hướng phát triển khác có thể xem xét là giải quyết các vấn đề liên quan đến méo phi tuyến (như Chirp và nhiễu trộn bốn bước sóng FWM) cùng với một số kỹ thuật cân bằng phi tuyến khác như VNLE hoặc bộ cân bằng dựa trên học máy. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Plant, D.V.; Morsy-Osman, M.; Chagnon, M. Optical communication systems for datacenter networks. In Proceedings of the Optical Fiber Communications Conference (OFC), Los Angeles, CA, USA, 19–23 March 2017; pp. 1–47. [2] H. Zhou et al., “Recent advances in equalization technologies for short reach optical links based on PAM4 modulation: A review,” Appl. Sci. 9, 2342 (2019). [3]. Proakis, J.G.; Manolakis, D.G. Digital Signal. Processing: Principles, Algorithms and Applications, 4th ed.; Pearson Education: London, UK, 2007. [4] T. Wettlin, T. Rahman, J. Wei, S. Calabrò, N. Stojanovic, and S. Pachnicke, “Comparison of PAM Formats for 200 Gb/s Short Reach Transmission Systems,” in Proc. OFC, San Diego, USA, 2020. [5] M. I. Olmedo, T. Zuo, J. B. Jensen, Q. Zhong, X. Xu, S. Popov and I. T. Monroy, “Multiband Carrierless Amplitude Phase Modulation for High Capacity Optical Data Links,” in Journal of Lightwave Technology, vol. 32, no. 4, pp. 798-804, Feb.15, 2014. [6] J. Wei, N. Stojanovic, L. Zhang, S. Calabrò, T. Rahman, C. Xie and G. Charlet., “Experimental comparison of modulation formats for 200 G/λ IMDD data centre networks,” presented at ECOC, Dublin, Ireland, 2019. [7] Zhong, K.; Zhou, X.; Gui, T.; Tao, L.; Gao, Y.; Chen, W.; Man, J.; Zeng, L.; Lau, A.P.T.; Lu, C. Experimental study of PAM4, CAP-16, and DMT for 100 Gb/s short reach optical transmission systems. Opt. Express 2015, 2, 1176–1189. [8] Rath, R.; Clausen, D.; Ohlendorf, S.; Pachnicke, S.; Rosenkranz, W. Tomlinson–Harashima Precoding for Dispersion Uncompensated PAM-4 Transmission with Direct-Detection. J. Lightw. Technol. 2017, 18, 3909–3917. 71
Bù méo tín hiệu sử dụng bộ cân bằng kết hợp FFE và DFE cho hệ thống thông tin quang … [9] Haykin, S.S. Adaptive Filter Theory, 5th ed.; Pearson Education: Hamilton, ON, Canada, 2005. [10] Proakis, J.G. Digital Communications, 4th ed.; The McGraw-Hill Companies: San Diego, CA, USA, 2008. SIGNAL DISTORTION COMPENSATION USING COMBINED FFE AND DFE EQUALIZERS FOR HIGH-SPEED SHORT-RANGE OPTICAL COMMUNICATION SYSTEM Vuong Quang Phuoc Faculty of Electrical, Electronic and Material Technology, University of Sciences, Hue University Email: vqphuoc@husc.edu.vn ABSTRACT Along with the simplicity and low cost, optical communication systems based on Intensity Modulation and Direct Detection (IM/DD) are ideal for short-range applications. However, the chromatic dispersion (CD) and direct detection (DD) interaction causes power fading and signal distortion and limits transmission distance, creating challenges for high-speed short-range IM/DD systems. This paper presents the application of a Feed Forward Equalizer (FFE) and a Decision Feedback Equalizer (DFE) to improve signal quality and increase transmission distance. Experiments show that combining FFE and DFE reduces the bit error rate (BER) and improves the communication performance of the optical information system. Additionally, parameter tuning and algorithm optimization are discussed to enhance the equalizer's performance. Keywords: FFE equalizer, DFE equalizer, optical communication system, IM/DD. Vương Quang Phước sinh ngày 14/08/1990 tại Thừa Thiên Huế. Năm 2013, ông tốt nghiệp kỹ sư chuyên ngành Điện tử viễn thông, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế. Năm 2018, ông nhận bằng thạc sĩ chuyên ngành Kỹ thuật Điện tử tại Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng. Hiện nay, ông đang công tác tại Khoa Điện, Điện tử và Công nghệ vật liệu, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế. Lĩnh vực nghiên cứu: Hệ thống thông tin quang, mạng máy tính, Trí thông minh nhân tạo (AI). 72