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 TẮT Bài báo xây dựng mô hình tính toán, so sánh đánh giá phương án truyền dẫn có phối hợp khuếch đại quang sợi EDFA máy thu Coherence: PA-OACR, PA-OLCR, BA LA tốc độ nhiều Gbit/s sở khảo sát qui luật biến thiên tỉ số tín hiệu nhiễu điện (eSNR) theo khoảng cách truyền dẫn, từ xác định hiệu phương án Ngoài ra, phương án LA, báo tìm vị trí đặt EDFA đường truyền cho eSNR máy thu đạt giá trị lớn ABSTRACT Signal transferring methods related to the combination of EDFA and Coherent receiver: PAOACR, 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 Giới thiệu Khi cự ly truyền dẫn lớn, vượt khả làm việc máy thu Coherence cần lắp đặt thêm khuếch đại EDFA để bù tổn hao công suất đường truyền, kéo dài cự ly truyền dẫn Tuỳ theo vị trí EDFA đường truyền mà hệ thống Coherence chia thành phương án khuếch đại phát BA (Boost Amplifier-hình 2), tiền khuếch đại PA (Preamplifier-hình 1) khuếch đại đường truyền LA (Line Amplifier-hình 3) Trong năm gần có nhiều công trình nghiên cứu lý thuyết lẫn thực nghiệm hệ thống truyền dẫn theo phương án BA [3], [4], theo PA [5] theo LA [4] Nhìn chung kết đạt công trình khẳng định tiềm to lớn việc nâng cao hiệu hệ thống biện pháp phối hợp khai thác tối đa tính khuếch đại EDFA độ nhạy cao máy thu Coherence nhằm nâng cao cự ly truyền dẫn Ngoài ra, có số công trình nghiên cứu phương án [4]; bước đầu đề cập đánh giá tổng quát ưu nhược điểm phương án dựa vào đặc điểm loại Tuy nhiên việc phân tích, khảo sát cụ thể phương án nêu nhằm trả lời rốt câu hỏi đặt EDFA đâu cho hiệu cao để ngỏ Lý câu trả lời xác phụ thuộc vào nhiều yếu tố điều kiện đặt ban đầu Ngoài phụ thuộc vào điều kiện thực tiễn lắp đặt EDFA có thuận lợi cho việc bảo trì bảo dưỡng, cung cấp nguồn bơm giám sát Rõ ràng toán có nhiều tham số ảnh hưởng đến lời giải có ý nghĩa thực tiễn cao kết toán cho phép nhà thiết kế lắp đặt có phương án tối ưu cho trường hợp cụ thể nhằm nâng cao hiệu sử dụng hệ thống Coherence Nội dung báo nhằm giải vấn đề quan tâm 2 Xây dựng mô hình tính toán tỉ số tín hiệu nhiễu phương án Vì có hai loại máy thu liên quan đến mạch tiền khuếch đại OACR OLCR đề cập [1], [2] nên riêng PA, xét phương án PA-OACR PA-OLCR sau: A Phương án PA-OACR: (hình 1) PTX , PS' , PS , d : Lần lượt công suất Laser diode, công suất vào EDFA, máy thu Coherence khoảng cách truyền dẫn,  f [dB / km] ,  [lần]: tổn hao công suất km sợi quang toàn tuyến  PS PS' Máy phát PTX Máy thu G Laserdiode Cohence d, f EDFA Hình Mô hình tính toán hệ thống truyền dẫn Cohence theo phương án PA-OACR Tỉ số eSNR máy thu PA-OACR xác định sau: eSNR PA  OACR  ( e )  PTX P LO G (h ) (1) e ( e ) B e ( P LO   GP TX  h  m t n sp ( G  1) B o )  P LO n sp ( G  1) B e h h KTB e ( e ) 4  PTX n sp G ( G  1) B e  ( e ) m t n sp2 ( G  1) B e B o   h RL  Các tham số khác (1) định nghĩa [1], [2] B Phương án PA-OLCR: Tương tự báo xác định eSNR PAOLCR cách thay đổi vai trò PS PLO cho nhau: eSNR PA  OLCR  ( e ) (h  ) (2)  PTX P LO G e ( e ) B e ( GP LO   PTX  h  m t n sp ( G  1) B o )  P LO n sp G ( G  1) B e h h KTB e ( e ) 4  PTX n sp ( G  1) B e  ( e ) m t n sp2 ( G  1) B e B o   h RL  C Phương án BA:  PTX EDFA Máy phát Laserdiode PS G P Máy thu Cohence d, f Hình Mô hình tính toán hệ thống truyền dẫn Cohence theo phương án BA eSNR BA  ( e )  P TX P LO G (h  ) e ( e ) B e ( P LO   GP TX  h  m t n sp  ( G  ) B o )   P LO n sp ( G  ) B e h h KTB e ( e )   P TX n sp G ( G  ) B e  ( e ) m t n sp2  ( G  ) B e B o   h RL  (3) D Phương án LA: 1 Máy phát Laserdiode 2 EDFA PS PTX G Máy thu Cohence d2 d1 Hình Mô hình tính toán hệ thống truyền dẫn Cohence theo phương án LA eSNR LA  ( e )  PTX P LO G (h ) (4) e ( e ) B e ( PLO   GP TX  h  m t n sp  ( G  1) B o )   PLO n sp ( G  1) B e h h KTB e ( e )  4  PTX n sp G ( G  1) B e  ( e ) m t n sp2  22 ( G  1) B e B o  h RL  So sánh tính hiệu phương án Để kết so sánh có tính thực tiễn cao khoảng cách truyền dẫn chọn d  100km [3], [4] Các máy thu đưa vào khảo sát loại PSK đồng tần tốc độ Rb=10Gbit/s chúng có độ nhạy thu cao thích hợp với tốc độ bít cao Các giá trị tham số lại giả thiết sau: Be  10GHz, B o  10nm, NF  4dB,   0.95, R L  50 Công suất đưa vào sợi quang phương án BA chọn +12.5dBm để tránh tượng phi tuyến sợi làm suy giảm đặc tính hệ thống Công suất từ nguồn phát phương án BA LA chọn -1.5 dBm Bước đầu chọn G=14dB để máy thu phương án PA hoạt động điều kiện nhiễu phách tránh tượng phi tuyến phương án BA, sau tăng giá trị G=25dB riêng cho trường hợp LA để thấy tác dụng tăng khoảng cách truyền dẫn 50 50 TØ sè tÝn hiÖu trªn nhiÔu [dB] BA:G=14dB 40 PSK  Ho 45 Rb  10Gb / s TØ sè tÝn hiÖu trªn nhiÔu [dB] PA-OACR:G=14dB 45   0.95 35 PA-OLCR:G=14dB 30 25 LA:G=14dB 20 15 10 00 PA-OACR:G=14dB BA:G=14dB 40 35 PA-OLCR:G=14dB 30 25 LA:G=25dB LA:G=14dB 20 15 DD 15 00 25 00 Cù ly tru yÒn dÉn [km] Hình Quan hệ eSNR d PAOACR, PA-OLCR, BA, LA với Rb=10 Gbit/s 10 100 Coherence 150 200 250 300 Cù ly truyÒn dÉn cña c¸c ph­¬ng ¸n [km] Hình eSNR d PA-OACR, PA-OLCR BA, LA, Coherence DD với Rb=10 Gbit/s Trước tiên EDFA phương án LA giả thiết đặt máy phát máy thu 4 Kết mô thảo luận Từ kết mô hình biểu diễn mối quan hệ eSNR d PAOACR, PA-OLCR, BA, LA với Rb=10 Gbit/s rút kết luận sau đây: + Cùng khoảng cách truyền dẫn >150 km cho trước eSNR phương án PAOACR, BA LA xấp xĩ nhau, với điều kiện 10dB150km Bài báo tiến hành tính toán mô với giá trị khác G từ (15-30) dB nhận kết tương tự 25 d1=0.5d 20 d1=0.7d 15 d1=0.8d 10 100 d1=0.9d 150 200 250 300 Cù ly truyÒn dÉn p ¸n LA[km] Hình Đồ thị eSNR theo d phg án LA + Từ suy với giá trị tiêu biểu EDFA G=(15-30)dB đặt EDFA cách máy phát khoảng d  ( 0.1  0.5 )d cho tỉ số tín hiệu nhiễu gần tốt khoảng cách truyền dẫn d >150 km Việc chọn cụ thể vị trí đặt EDFA khoảng phụ thuộc vào địa hình thực tế lắp đặt thuận tiện cho việc vận hành, bảo trì, bảo dưỡng sau 5 Kết luận Trên sở phân tích tính toán mô phỏng, báo xác định phương án truyền dẫn tối ưu nhằm nâng cao chất lượng hệ thống trường hợp cụ thể tương ứng với yếu tố ban đầu điều kiện đặt tốc độ bit, cự ly truyền dẫn, công suất tối đa đưa vào sợi quang để tránh hiệu ứng phi tuyến sợi, hệ số khuếch đại đặc tính nhiễu khuếch đại EDFA Bài toán ứng dụng hiệu công tác thiết kế lắp đặt vận hành mạng nhằm nâng cao chất lượng tín hiệu truyền dẫn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Tuấn, "Máy thu khuếch đại quang Coherence: Giải pháp tối ưu tỉ số tín hiệu nhiễu điện tốc độ 10Gbít/s hệ thống thông tin quang", Tạp chí Khoa học Công nghệ, số 30+31/2001, trang 26-32 (Tạp chí trường Đại học: Hà Nội, Đà Nẵng, Thủ Đức, TPHCM, Bưu Viễn thông) [2] Nguyễn Văn Tuấn “Nâng cao tỉ số tín hiệu nhiễu điện (eSNR) tốc độ cao giải pháp sử dụng máy thu OLCR hệ thống thông tin sợi quang”, Tạp chí Khoa học Công nghệ trường đại học Kỹ thuật (Hà Nội, Đà Nẵng, Thủ Đức, TPHCM, Thái Nguyên, Bưu 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 12291230, 15th 9, 1988  ...  So sánh tính hiệu phương án Để kết so sánh có tính thực tiễn cao khoảng cách truyền dẫn chọn d  100km [3], [4] Các máy thu đưa vào khảo sát loại PSK đồng tần tốc độ Rb=10Gbit/s chúng có độ. .. Nguyễn Văn Tuấn “Nâng cao tỉ số tín hiệu nhiễu điện (eSNR) tốc độ cao giải pháp sử dụng máy thu OLCR hệ thống thông tin sợi quang , Tạp chí Khoa học Công nghệ trường đại học Kỹ thuật (Hà Nội,... chất lượng hệ thống trường hợp cụ thể tương ứng với yếu tố ban đầu điều kiện đặt tốc độ bit, cự ly truyền dẫn, công suất tối đa đưa vào sợi quang để tránh hiệu ứng phi tuyến sợi, hệ số khuếch