Phương pháp điều chế quang M-QAM sử dụng một bộ điều chế Mach -Zehnder điện cực kép

Kỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ QUANG M-QAM SỬ DỤNG MỘT BỘ<br /> ĐIỀU CHẾ MACH-ZEHNDER ĐIỆN CỰC KÉP<br /> Nguyễn Đức Nhân1*, Nguyễn Tiến Dũng2<br /> Tóm tắt: Một phương pháp điều chế tín hiệu quang M-QAM sử dụng chỉ một bộ<br /> điều chế Mach-Zehnder điện cực kép được đề xuất trong bài báo này. Nguyên lý<br /> hoạt động và cấu trúc bộ phát theo phương pháp đề xuất đã được trình bày và khảo<br /> sát thông qua mô phỏng dựa trên Simulink. Các kết quả mô phỏng thu được đã cho<br /> thấy khả năng hoạt động thích ứng của phương pháp cho các bậc điều chế QAM<br /> khác nhau. Sự ảnh hưởng của quá trình lượng tử hóa đến tính khả thi trong triển<br /> khai thực tế của phương pháp đã được phân tích.<br /> Từ khóa: Hệ thống truyền tải quang, Định dạng điều chế tiên tiến, Bộ điều chế Mach-Zehnder.<br /> <br /> 1. MỞ ĐẦU<br /> Nhu cầu về băng thông ngày càng tăng mạnh đòi hỏi các hệ thống truyền tải quang cần<br /> sử dụng tài nguyên bước sóng quang một cách hiệu quả hơn. Để đáp ứng được yêu cầu<br /> mới này, các định dạng điều chế tiên tiến như điều chế khóa dịch pha kết hợp với kỹ thuật<br /> thu kết hợp số và ghép kênh phân chia theo phân cực đã được quan tâm nghiên cứu phát<br /> triển trong những năm gần đây [1,2]. Khi yêu cầu sử dụng hiệu suất phổ lớn hơn thì việc<br /> sử dụng kỹ thuật điều chế QAM bậc cao là lựa chọn tốt nhất trong hệ thống. Do vậy, các<br /> kỹ thuật điều chế quang M-QAM đã được chú ý nghiên cứu áp dụng trong nâng cao hiệu<br /> suất phổ và dung lượng truyền tải của mạng [3,4]. Ngoài ra, mạng truyền tải quang đang<br /> hướng đến một cấu trúc linh hoạt và mềm dẻo trong việc cấp phát băng thông hay còn<br /> được gọi là mạng quang “mềm dẻo” EON [5]. Trong cấu trúc mạng này các bộ thu phát<br /> quang được đòi hỏi có khả năng hoạt động thích ứng cả về tốc độ và định dạng điều chế và<br /> đây cũng là thách thức khó khăn cho nghiên cứu thiết kế bộ phát quang.<br /> Trong các phương pháp điều chế quang tín hiệu M-QAM được đề xuất có thể được<br /> phân thành hai loại chính đó là loại phương pháp sử dụng tín hiệu điện kích thích nhị phân<br /> hai mức [3,6,7] và loại phương pháp sử dụng tín hiệu đa mức [4,6,8]. Trong loại phương<br /> pháp đầu tiên bộ phát quang sẽ có cấu trúc bộ điều chế quang phức tạp và đòi hỏi một cấu<br /> trúc riêng biệt cho mỗi bậc điều chế. Để đơn giản hóa cấu trúc bộ điều chế quang thì loại<br /> phương pháp thứ hai dùng bộ điều chế IQ là lựa chọn phổ biến nhất hiện nay. Tuy vậy bộ<br /> điều chế IQ vẫn có cấu trúc phức tạp hơn so với bộ điều chế cường độ Mach-Zehnder dẫn<br /> đến chi phí và kích thước bộ phát lớn hơn.<br /> Từ yêu cầu đặt ra đối với bộ phát quang sử dụng điều chế QAM cho hiệu suất sử dụng<br /> phổ tần cao nhưng có cấu trúc bộ điều chế đơn giản để giảm kích thước và chi phí kết hợp<br /> với khả năng thích ứng các bậc điều chế khác nhau, một phương pháp điều chế mới dựa trên<br /> loại phương pháp sử dụng tín hiệu kích thích đa mức sẽ được đề xuất trong bài báo này.<br /> Phương pháp điều chế đề xuất này sử dụng chỉ một bộ điều chế Mach-Zehnder điện cực kép<br /> được dựa trên ý tưởng của tác giả Ho trong [8] nhưng có chế độ hoạt động khác để đảm bảo<br /> hiệu năng hoạt động của hệ thống. Hoạt động của phương pháp và tính khả thi trong triển<br /> khai sẽ được chứng minh qua mô phỏng và so sánh với phương pháp của Ho để thấy hiệu<br /> quả hơn trong quá trình điều chế QAM khi sử dụng cùng một bộ điều chế Mach-Zehnder.<br /> Cấu trúc của bài báo được chia làm ba phần chính trong đó mục 2 trình bày về cấu trúc<br /> bộ phát và nguyên lý điều chế quang QAM sử dụng chỉ một bộ điều chế Mach-Zehnder<br /> điện cực kép. Mô hình mô phỏng và các kết quả thu được để đánh giá và phân tích sẽ được<br /> trình bày trong mục 3. Kết quả cũng cho thấy mức độ khả thi và phạm vi sử dụng của<br /> <br /> <br /> <br /> 34 N.Đ. Nhân, N.T. Dũng “Phương pháp điều chế quang M-QAM… điện cực kép.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> phương pháp đề xuất cũng như sự hiệu quả hơn so với phương pháp của Ho. Mục cuối<br /> cùng là một số kết luận rút ra của bài báo.<br /> 2. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ QUANG M-QAM<br /> 2.1. Cấu trúc bộ phát quang M-QAM<br /> VB1<br /> Bộ khuyếch đại điện<br /> DSP IC<br /> <br /> VD1<br /> Bộ mã hóa DAC<br /> <br /> V1 Tín hiệu<br /> Bộ tạo chuỗi M-QAM<br /> xung RZ DD-MZM<br /> Chuỗi bít<br /> dữ liệu vào Nguồn laser<br /> V2<br /> DAC VD2<br /> <br /> VB2<br /> VBi – Điện áp định thiên của bộ MZM (i = 1,2.)<br /> VDi – Điện áp dữ liệu<br /> Vi – Điện áp kích thích bộ MZM<br /> <br /> Hình 1. Cấu trúc bộ phát quang tín hiệu M-QAM sử dụng một<br /> bộ MZM điện cực kép.<br /> Cấu trúc bộ phát quang M-QAM đề xuất sử dụng chỉ một bộ điều chế MZM điện cực<br /> kép (DD-MZM) được cho thấy trong hình 1. Bộ phát bao gồm một bộ DD-MZM, bộ mã<br /> hóa cùng bộ chuyển đổi số sang tương tự (DAC), các bộ khuyếch đại công suất, nguồn<br /> laser cung cấp sóng mang quang liên tục và bộ tạo chuỗi xung RZ tùy chọn khi muốn sử<br /> dụng mã đường RZ. Khối mã hóa thực hiện sắp xếp và chuyển đổi chuỗi bít đầu vào tùy<br /> theo bậc điều chế M thành các mức tín hiệu kích thích cho hai điện cực độc lập của DD-<br /> MZM. Mỗi từ mã n bít (2n = M) được chuyển đổi thành một mức xác định tại mỗi cổng<br /> đầu ra điện áp kích thích. Quá trình chuyển đổi này được tính toán trong miền số bởi một<br /> chip DSP khả lập trình để cho phép lập trình tính toán lại các mức và số lượng mức khi<br /> bậc điều chế thay đổi. Các mức sau khi được xác định bởi bộ mã hóa sẽ được chuyển đổi<br /> sang tín hiệu tương tự nhờ bộ DAC. Bộ khuyếch đại điện sử dụng để hiệu chỉnh mức điện<br /> áp phù hợp với mức điện áp kích thích của bộ DD-MZM. Tại bộ điều chế DD-MZM, các<br /> mức điện áp kích thích 2 điện cực là độc lập nhau bao gồm 2 thành phần: thành phần một<br /> chiều là điện áp định thiên cho điện cực (VB) và thành phần xoay chiều là điện áp dữ liệu<br /> tới từ bộ chuyển đổi DAC (VD).<br /> 2.2. Nguyên lý điều chế<br /> Xét hoạt động của bộ điều chế DD-MZM ở trạng thái tĩnh, hai nhánh của bộ điều chế<br /> sẽ được kích thích bởi 2 điện áp độc lập V1 và V2. Trường điện đầu ra bộ điều chế Eo đặc<br /> trưng cho mỗi ký hiệu điều chế sẽ là:<br /> E o  E i exp j V1 V   exp  j V 2 V  2<br /> (1)<br />  E i exp j V D1  V B1  V   exp j V D 2  V B 2  V  2<br /> trong đó. V là điện áp nửa sóng là mức điện áp cần thiết để gây ra sự dịch pha bằng  của<br /> bộ điều chế DD-MZM, Ei là trường điện đầu vào bộ điều chế được tách thành 2 phần bằng<br /> nhau và trải qua sự biến đổi pha độc lập trên 2 nhánh tương ứng của bộ điều chế, VB1 và<br /> VB2 là các mức điện áp định thiên tại hai điện cực tương ứng (như đã đề cập ở trên VB1 =<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 41, 02 - 2016 35<br />  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> V/2, VB2 = -V/2), VD1 và VD2 là các mức điện áp đầu ra bộ DAC sau khi được xác định từ<br /> bộ mã hóa.<br /> Đối với tín hiệu điều chế QAM có M mức mỗi ký hiệu si được mã hóa cho n bít (M =<br /> n<br /> 2 ) có thể được biểu diễn trong không gian pha ở dạng số phức như sau:<br /> si  ai  jbi  ri e ji<br /> (2)<br /> ri  ai2  bi2 và i  tan 1 bi ai  , i  0,1,..., M  1<br /> trong đó, ai, bi là các giá trị các thành phần đồng pha (I) và vuông pha (Q) chuẩn hóa của<br /> ký hiệu tương ứng nằm trong dải {1, 3,..., M-1}, ri là biên độ chuẩn hóa và i là góc<br /> pha của ký hiệu (-  i < ). Từ các công thức (1)-(2), trường điện đầu ra bộ điều chế<br /> được viết lại dưới dạng chuẩn hóa đặc trưng cho một ký hiệu điều chế như sau:<br />   <br />  <br /> Eo  amax e j 1  e j 2  R1  R2 với Ri  amax e j i i = 1, 2 (3)<br /> ở đây, amax = max{a0, a1,..., aM-1}. Nó được lưu ý rằng cách lựa chọn amax này khác với lựa<br /> chọn của Ho trong [8] và sẽ ảnh hưởng đến tính toán các mức điện áp kích thích bộ điều<br /> chế đề cập sau đây. Thêm nữa, trong phương pháp của Ho không sử dụng điện áp định<br /> thiên ban đầu giống như phương pháp đề xuất ở bài báo này. Từ (2) và (3) có thể thấy<br /> vector trường đặc trưng cho một ký hiệu bất kỳ trên biểu đồ chòm sao có thể được hình<br /> thành từ phép cộng 2 vector thành phần R1 và R2 như được minh họa ví dụ trong biểu đồ<br /> chòm sao 16-QAM ở hình 2. Vì hai điện cực được định thiên tại điểm /2 tương ứng nên<br /> mức điện áp kích thích sẽ tỉ lệ với độ lệch pha giữa vector thành phần và vector định thiên<br /> ban đầu (góc i). Cụ thể các mức điện áp cho ký hiệu si sẽ được xác định:<br /> V D1  V  i1  và V D 2  V  i 2  với i = 1, 2, …, M-1 (4)<br /> Lưu đồ chi tiết tính toán các mức điện áp này được cho thấy trong hình 2. Trong lưu đồ<br /> trên tùy theo bậc điều chế, các từ mã sẽ được sắp xếp thành các ký hiệu dạng chuẩn hóa<br /> gồm 2 thành phần đồng pha (ai) và vuông pha (bi). Sau đó các thành phần vector ký hiệu<br /> được tính theo các công thức (4) và góc giữa vector ký hiệu và các vector thành phần là i<br /> có thể được xác định bởi:<br />  i  cos 1 ri 2a max  với i = 1, 2, …, M-1 (5)<br /> Tùy thuộc vào góc pha vector ký hiệu để tính các thành phần lệch pha. Nếu i   2<br /> thì các thành phần lệch pha và góc lệch pha i được tính bởi:<br />    i   i và    i   i với i = 1, 2, …, M-1 (6)<br />  i1      2 và  i 2      2 (7)<br /> còn trong trường hợp ngược lại các thành phần lệch pha sẽ là:<br /> *  sgn i .  i   i  và *  sgn i .  i   i  (8)<br />  i1     2 và  i 2     2<br /> *<br /> <br /> *<br />  (9)<br /> trong đó, sgn được gọi là hàm dấu. Và các mức điện áp kích thích dễ dàng được xác định<br /> bởi công thức (4). Như vậy, dựa trên phương pháp điều chế trình bày ở trên, bất kỳ bậc<br /> điều chế M-QAM nào đều có thể thực hiện được. Mỗi điểm chòm sao đặc trưng cho một<br /> ký hiệu sẽ được xác định bởi một cặp điện áp kích thích ở 2 điện cực của bộ điều chế DD-<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 36 N.Đ. Nhân, N.T. Dũng “Phương pháp điều chế quang M-QAM… điện cực kép.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> MZM. Phương pháp này vừa cho phép đơn giản cấu trúc bộ phát quang trong khi vẫn có<br /> khả năng điều chế thích ứng ở các bậc khác nhau.<br /> <br /> V1 Q<br /> S4 S8<br /> S0 S12<br /> VB1<br /> <br /> S5 S9<br /> S1 S13<br /> i<br /> S6 S10 I<br /> S2 S14<br /> i<br /> <br /> VB2 V2<br /> S3 S15<br /> S7 S11<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2. Mô tả nguyên lý và lưu đồ tính mức điện áp kích thích tại hai điện cực<br /> bộ điều chế MZM điện cực kép cho một ký hiệu bất kỳ.<br /> 3. MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN<br /> 3.1. Mô hình mô phỏng<br /> Để chứng minh và đánh giá hiệu quả của phương pháp điều chế quang M-QAM đề<br /> xuất, một mô hình mô phỏng hệ thống truyền dẫn quang M-QAM được xây dựng dựa trên<br /> nền tảng Simulink theo sơ đồ cấu trúc cho trong hình 1 gồm hai thành phần quan trọng là<br /> bộ điều chế DD-MZM và bộ mã hóa. Hình 3 cho thấy mô hình bộ điều chế MZM điện cực<br /> kép được xây dựng trong Simulink.<br /> DD-MZM Data Modulator u<br /> <br /> Complex to<br /> Scope7 Magnitude-Angle1 Optical RZ<br /> Time scope1<br /> Optical RZ pulse<br /> phase modulated<br /> carrier arm 1<br /> 2 double 1 Dif f erential data Out1<br /> V1 Y branch combine<br /> Data Type Conversion1 Gain<br /> Re(u)<br /> biasing v oltage<br /> <br /> Complex to<br /> Phase Modulator 1 Real-Imag Optical RZ<br /> 1 Time scope<br /> Optical<br /> Carrier 1<br /> Vbias<br /> 1/2 Optical<br /> arm2<br /> M-QAM<br /> Cổng sóng<br /> Add |u|<br /> quang CW Optical RZ pulse<br /> phase modulated<br /> u<br /> Optical RZ<br /> Time scope3<br /> carrier arm 2 Complex to<br /> 3 double 1 Magnitude-Angle<br /> Dif f erential data Out1<br /> V2<br /> Data Type Conversion2 Gain1 Optical RZ<br /> biasing v oltage Time scope2<br /> <br /> Phase Modulator 2<br /> Ts:[0 0], C:0, D:[0]<br /> 2 điện áp kích 2 nhánh dịch pha của<br /> Vbias<br /> thích đầu vào -1/2<br /> arm1<br /> bộ điều chế MZM<br /> Probe<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Sơ đồ cấu trúc bộ điều chế MZM điện cực kép xây dựng trong Simulink.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 41, 02 - 2016 37<br />  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> Chi tiết bộ mã hóa xây dựng trong Simulink được cho thấy trong hình 4 bao gồm các<br /> khối sắp xếp ký hiệu (Mapping) thực hiện chuyển đổi từ mã bít nhị phân thành ký hiệu<br /> chuẩn hóa gồm 2 thành phần I và Q đầu ra, khối mã hóa trước (Precoding) chuyển đổi các<br /> thành phần I, Q thành các mức điện áp chuẩn hóa tương ứng theo lưu đố tính toán trong<br /> hình 2, và khối DAC chuyển đổi mức điện áp được tính thành các mức lượng tử tương ứng<br /> tùy theo độ dài bit chuyển đổi. Tùy thuộc độ dài nb bit của bộ DAC, sai số lượng tử cực đại<br /> do quá trình lượng tử hóa gây ra sẽ là /2 với   2Vmax M q  2Vmax 2 nb làm sai lệch<br /> vị trí chòm sao ra khỏi vị trí lý tưởng dẫn đến suy giảm hiệu năng hệ thống.<br /> Data Mapper for M-QAM Modulation<br /> <br /> <br /> [data]<br /> Data Time scope1<br /> Goto<br /> <br /> <br /> I In1 Out1 In1 Out1 2<br /> <br /> In1 V2<br /> Bernoulli<br /> b3<br /> Binary Q In2 Out2 In2 Out2 1<br /> Bernoulli Binary Buffer1 V1<br /> Generator Mapping Pre-coding DAC<br /> <br /> <br /> Tạo chuỗi Khối sắp xếp Khối mã hóa trước Khối chuyển đổi DAC<br /> nhị phân<br /> ngẫu nhiên Bit to Integer Data Time scope<br /> Converter<br /> <br /> Bit to Integer<br /> Converter<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 4. Mô hình bộ mã hóa (Encoder) trong Simulink.<br /> Các tín hiệu quang M-QAM được giải điều chế qua bộ thu kết hợp số. Thành phần bộ<br /> thu kết hợp và các thành phần khác để xây dựng thành hệ thống truyền dẫn quang trong<br /> Simulink có thể được tham khảo trong [9,10].<br /> 3.2. Kết quả mô phỏng và bình luận<br /> Dựa trên mô hình mô phỏng xây dựng các bậc điều chế M-QAM khác nhau hoạt động<br /> tại tốc độ 40 Gbit/s đã được khảo sát trên cùng một bộ phát quang để cho thấy khả năng<br /> điều chế thích ứng của phương pháp đề xuất. Hình 5 cho thấy hiệu năng của hệ thống M-<br /> QAM với các bậc điều chế khác nhau trong giới hạn của nhiễu quang thể hiện qua tham số<br /> tỉ số tín hiệu trên nhiễu quang (OSNR). Ở đây tham số OSNR được xác định tại độ rộng<br /> băng tần quang tham chiếu là 0,1 nm (hay 12,5 GHz).<br /> 4-QAM Ideal<br /> -2 4-QAM DAC 2bit<br /> 10<br /> 16-QAM Ideal<br /> 16-QAM DAC 4bit<br /> 16-QAM DAC 5bit<br /> -4 64-QAM Ideal<br /> 10 64-QAM DAC 6bit<br /> 64-QAM DAC 7bit<br /> BER<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> -6<br /> 10<br /> <br /> <br /> <br /> -8<br /> 10<br /> <br /> <br /> <br /> -10<br /> 10<br /> 5 10 15 20 25 30<br /> OSNR (dB)<br /> <br /> <br /> Hình 5. Hiệu năng của các hệ thống điều chế QAM khác nhau có xét đến ảnh<br /> hưởng của độ dài bít của bộ DAC so với lý tưởng.<br /> Kết quả thu được cũng phản ánh sự tác động mạnh của nhiễu quang lên các tín hiệu<br /> QAM có bậc điều chế cao. Để xác định phạm vi ảnh hưởng của quá trình lượng tử hóa<br /> <br /> <br /> 38 N.Đ. Nhân, N.T. Dũng “Phương pháp điều chế quang M-QAM… điện cực kép.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> cũng như điều kiện hoạt động của phương pháp khi triển khai thực tế, hiệu năng của các hệ<br /> thống điều chế QAM khác nhau đã được khảo sát trong điều kiện độ dài bít của bộ DAC<br /> thay đổi. Kết quả khảo sát thu được thể hiện trong Hình 5 cho thấy tác động của quá trình<br /> lượng tử hóa càng lớn khi mức điều chế tăng lên. Ngoại trừ trường hợp 4-QAM, các<br /> trường hợp điều chế QAM bậc cao đều cho thấy sự suy giảm hiệu năng tại độ dài bít DAC<br /> tối thiểu (nb = n).<br /> Mức bù công suất phụ thuộc vào độ dài bít DAC tại ngưỡng BER = 10-9 được cho thấy<br /> trong Hình 6. Kết quả cho thấy để mức bù nhỏ hơn 1 dB thì độ dài bít nb phải lớn hơn độ dài<br /> từ mã n ít nhất 1 bít ngoại trừ trường hợp 4-QAM. Đối với điều chế 4-QAM sự ảnh hưởng<br /> của quá trình lượng tử hóa không đáng kể có thể bỏ qua là do độ lệch các mức điện áp giữa<br /> hai điện cực kích thích luôn bằng nhau và bằng V/2. Kết quả cũng chỉ ra mức độ khả thi để<br /> triển khai phương pháp điều chế đề xuất trong thực tế vì các bộ chuyển đổi ADC/DAC hoạt<br /> động ở tốc độ trên 50GHz có độ phân giải 8 bít hiện đều đã sẵn có trên thị trường.<br /> 10 4-QAM<br /> 16-QAM<br /> 9 64-QAM<br /> <br /> 8<br /> <br /> 7<br /> Penalty (dB)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 6<br /> <br /> 5<br /> <br /> 4<br /> <br /> 3<br /> <br /> 2<br /> <br /> 1<br /> <br /> 0<br /> 2 3 4 5 6 7 8 9<br /> Number of bits of DAC<br /> <br /> <br /> Hình 6. Mức bù công suất so với lý tưởng khi thay đổi độ dài bít của bộ DAC<br /> của các hệ thống điều chế QAM khác nhau.<br /> Phương pháp đề xuất cũng được kiểm tra so sánh với phương pháp của Ho đề xuất<br /> trong [8] do cùng sử dụng một bộ DD-MZM. Trong điều kiện cùng bộ DAC độ dài bit<br /> giống nhau, phương pháp đề xuất trong bài báo này cho thấy hiệu năng tốt hơn như thể<br /> hiện qua đường cong hiệu năng của hệ thống cho 2 trường hợp 4-QAM sử dụng bộ DAC 2<br /> bit và 16-QAM sử dụng bộ DAC 5 bit thể hiện trong Hình 7.<br /> 4-QAM Proposed<br /> -2 4-QAM Ho's method<br /> 10<br /> 16-QAM Proposed<br /> 16-QAM Ho's method<br /> <br /> -4<br /> 10<br /> BER<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> -6<br /> 10<br /> <br /> <br /> <br /> -8<br /> 10<br /> <br /> <br /> <br /> -10<br /> 10<br /> 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22<br /> OSNR (dB)<br /> <br /> <br /> Hình 7. Hiệu năng của các hệ thống M-QAM theo phương pháp đề xuất (chấm<br /> tròn) so với phương pháp của Ho (chấm vuông) trong cùng điều kiện sử dụng<br /> bộ DAC giống nhau.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 41, 02 - 2016 39<br />  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> Sự cải thiện hiệu năng này có thể được giải thích là do các mức điện áp được tính theo<br /> phương pháp đề xuất có dải giá trị biến đổi nhỏ hơn nhờ sự định thiên ban đầu và lựa chọn<br /> biên độ vector ban đầu so với các mức được tính theo phương pháp của Ho. Nhờ đó với<br /> cùng số lượng mức lượng tử giống nhau nhưng sai số lượng tử trong phương pháp đề xuất<br /> trong bài báo này nhỏ hơn nên bị ảnh hưởng ít hơn qua đó cải thiện được hiệu năng của hệ<br /> thống so với phương pháp của Ho. Tại ngưỡng BER = 10-9, phương pháp đề xuất có thể<br /> cải thiện được khoảng 2 dB trong trường hợp 4-QAM và 1 dB trong trường hợp 16-QAM.<br /> 4. KẾT LUẬN<br /> Bằng việc sử dụng chỉ một bộ điều chế quang Mach-Zehnder điện cực kép phổ biến,<br /> một phương pháp điều chế tín hiệu quang M-QAM đã được đề xuất và chứng minh qua<br /> mô hình mô phỏng. Theo phương pháp đề xuất mỗi vị trí chòm sao đặc trưng cho ký hiệu<br /> đều có thể được tạo thành từ một cặp mức điện áp kích thích phù hợp. Thông qua mô<br /> phỏng, các ảnh hưởng của giới hạn mức lượng tử có thể chấp nhận được khi số bít phân<br /> giải của bộ DAC nhiều hơn số bít cần mã hóa trên một ký hiệu là một bít. Trong dải bậc<br /> điều chế từ 64 trở xuống, số bít phân giải của bộ DAC cần chỉ là 8 cho thấy tính khả thi<br /> khi triển khai trong thực tế. Thêm nữa kết quả mô phỏng cũng cho thấy sự cải thiện hiệu<br /> năng của hệ thống sử dụng phương pháp đề xuất so với phương pháp của Ho với cùng loại<br /> bộ điều chế quang sử dụng.<br /> Lời cảm ơn: Tác giả cảm ơn sự tài trợ về kinh phí của Học viện Công nghệ BCVT cho<br /> nghiên cứu này thuộc đề tài nghiên cứu mã số 15-2015-HV-VT1.<br /> <br /> <br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. P. J. Winzer, "High-Spectral-Efficiency Optical Modulation Formats," IEEE<br /> Journal of Lightwave Technology, Vol. 30 (2012), pp. 3824-3835.<br /> [2]. Kikuchi,"Digital coherent optical communication systems: fundamentals and<br /> future prospects," IEICE Electronics Express, Vol. 8 (2011), pp. 1642-1662.<br /> [3]. H. Y. Choi, and I. Morita, "Optical transmitter for 320-Gb/s PDM-RZ-16QAM<br /> generation using electrical binary drive signals," Optics Express, Vol. 20, pp.<br /> 28772-28778, 2012.<br /> [4]. B. C. T. K. A. Sano et al, "102.3-Tb/s (224 x 548-Gb/s) C- and extended L-band<br /> all-raman transmission over 240 km using PDM-64QAM single carrier FDM with<br /> digital pilot tone," in OFC/NFOEC (2012), p. PDP5C.3.<br /> [5]. P. Layec et al, "Elastic Optical Networks: The Global Evolution to Software<br /> Configurable Optical Networks," Bell Labs Technical Journal, Vol. 18 (2013), pp.<br /> 133-151.<br /> [6]. K. M. Seimetz, "Transmitter design," in High-order modulation for optical fiber<br /> transmission: Springer, 2009.<br /> [7]. A. C. T. Sakamoto, and T. Kawanishi, "50-Gb/s 16 QAM by a quad-parallel Mach-<br /> Zehnder modulator," in Proc. ECOC, 2007, p. PDP2.8.<br /> [8]. K. P. Ho, Cuei, H.W,, "Generation of arbitrary quadrature signals using one dual-<br /> drive modulator," IEEE Journal of Lightwave Technology, Vol. 23 (2005), pp.<br /> 764–770.<br /> [9]. L. N. Binh, “Optical fiber communications systems: Theory and practice with<br /> Matlab and Simulink models” CRC Press, 2010.<br /> [10]. N. Nguyen and L. N. Binh, "Demultiplexing Techniques of 320 Gb/s TDM-DQPSK<br /> Signals: A Comparison by Simulation," Proc of the IEEE International Conference<br /> on Communication Systems, Singapore, (2010).<br /> <br /> <br /> 40 N.Đ. Nhân, N.T. Dũng “Phương pháp điều chế quang M-QAM… điện cực kép.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> ABSTRACT<br /> ADAPTIVE MODULATION FOR M-QAM SIGNALS USING ONLY A DUAL-DRIVE<br /> MACH-ZEHNDER MODULATOR<br /> A scheme to generate the optical quadrature amplitude modulation (QAM)<br /> signals using only one dual-drive Mach-Zehnder modulator is proposed. The<br /> principle of operation and the structure of transmitter based on the proposed<br /> method have been presented and demonstrated by simulation. The simulated results<br /> show that the proposed scheme provides the transmission systems with the ability to<br /> generate the different order M-QAM sigals. The influence of quantization on the<br /> feasibility of the method has been investigated.<br /> Keywords: Optical transmission system, Advanced modulation formats, Mach-Zehnder modulator.<br /> <br /> Nhận bài ngày 10 tháng 01 năm 2016<br /> Hoàn thiện ngày 2 tháng 02 năm 2016<br /> Chấp nhận đăng ngày 22 tháng 02 năm 2016<br /> <br /> 1<br /> Địa chỉ: Khoa Viễn thông 1 – Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông;<br /> 2<br /> Khoa Công nghệ tự động – Đại học Điện lực.<br /> *<br /> Email : nhannd@ptit.edu.vn<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 41, 02 - 2016 41<br />