DSpace at VNU: Phương pháp tính công suất bù Ber thiết kế hệ thống truyền tín hiệu M-QAM qua tuyến thông tin cáp sợi quang.

TAP CHỈ KHOA HỌC ĐHQGHN, KHTN & CN, T xx, sỏ' 2004 P H Ư Ơ N G P H Á P TÍNH CƠNG S U Â T B Ù B E R T H IẺ T KÊ CÁC HỆ T H Ố N G TR Ư Y ỂN TÍN H IỆ U M-QAM QU A T U Y Ê N TH Ô N G TIN CÁP SỢ I Q U A N G Lê T r u n g T h n h Khoa Điện- Điện tủ, Trường Đại học Giao thơng-Vận tải Hà Nội Tóm tắt: Trong báo đưa khái niệm mối vể công suất bù BER ( APbfr ) cho việc th iết k ế hệ thống truyền tín hiệu M-QAM qua tuyến thơng tin quang hai trường hợp hệ thơng sử dụng tách sóng PIN APD Các kết tính tốn, so sánh mơ với hệ thơng có sơ" mức điều chế khác Bài báo số mức điều chế M tăng hiệu suất sử dụng băng thông tăng APber lại tăng theo hệ thống dùng tách sóng PIN có lợi m ặt quỹ công su ấ t dùng tách sóng APD Đặt v ân đề Việc thiết kê hệ thôVig thông tin quang đặc biệt hệ thơng thơng tin quang SDH phải dựa vào chuẩn khuyến nghị ITƯ-T [2] Tuy nhiên, tham sô BER- tham số thê chất lượng hệ thống chưa quy chuấn nhà thiết kế có thê chọn B E R = 10 10 h o ặ c BER = 10 12 D o v ậ y n ó ả n h h n g k h ô n g n h ỏ đ ế n q u t r ì n h t h i ế t k ế t u y ế n thông tin quang [1] Trong cơng trình [1] [2] đưa khái niệm phương pháp tính tốn cơng suất bù BER ( APber ) Với phương pháp ta có thê tính tốn thiết kế hệ thơng truyền dẫn cáp sợi quang bảo đám giá trị BER theo yêu cầu Các kết tích hợp vào phần mềm thiết kê hệ thông thông tin quang BK Optic 3.0 trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tuy nhiên, kết dừng lại việc tính tốn cho hệ thơng thơng tin quang điều biến cường độ, tách sóng trực tiếp (IM-DD); dạng tín hiệu sử dụng RZ NRZ Do hệ thông thông tin quang truyền tín hiệu M-QAM kết q khơng áp dụng Bài báo đưa phương pháp tính cơng suất bù BER truyền tín hiệu M-QAM qua hệ thông thông tin quang, với kết đạt cho phép nhà thiết k ế hệ thôYig nâng cấp đến giá trị BER theo yêu cầu Tính tỷ sô c ô n g s u ấ t só n g m an g tạp âm (CNR) sau tá ch s ó n g q u an g Hệ thống thơng tin quang truyền tín hiệu M-QAM hình [5]: 65 Lê T ru n g T h n h 66 Phơtòdiot SQ B*’| dùti l lừ ô i Ỷ Thu Tui hWu M QAM Hình Hệ thống truyền tín hiệu M- QAM qua sợi quang nguồn Laser dùng loại Laser Điơt (LD), tách sóng quang PIN APD Đê tính cơng su ất bù BER, trước h ết ta phải tính CNR sau tách sóng quang, CNR sau tách sóng quang xác định theo cơng thức [3-5]: 2x2 CNR = ( 1) t ot đó: m sơ" điều chế quang, Is =9íPs dòng phơtơ sau tách sóng quang; 9?,PS tương ứng đáp ứng công suất quang đầu vào tách sóng quang; a^ot tổng cơng suất tạp âm sau tách sóng quang, tính cho hai trường hợp dùng APD PIN sau: ơLtti = e f l s + Id)MỈpdFBb + 2eEựL+ 4kT^/R, cho hệ thống dùng APD (2) Ọ c c- - Tinh voi rroi tap arn o - Hnh gan dung ổ 10 -2 10 •5 10 •10 BER BER Hình So sánh tính gần với tạp àm thác lũ tính đến ảnh hưởng nguồn tạp ảm (APD) Tạp ch í Khoa học Đ H Q G H N , K H T N & C N , T.xx, S ô '3 ,2 00 Lê T ru n g Thành 70 Hình so sánh giá trị cơng suất bù BER tính xấp xỉ cho hai hệ thơng sử dụng tách sóng PIN APD; hình so sánh cho trường hợp tính đến tác động nguồn tạp âm lên hệ thống Từ đồ thị ta có nhận xét giá trị công su ất bù BER hệ thơng dùng tách sóng APD ln ln lớn hệ thơng dùng tách sóng PIN Mặc dù dùng APD dòng phơtơ sau tách sóng lớn so với PIN nhân lên hệ sô' nhân thác ( M apd) APD Tuy nhiên, bù lại tạp âm tạo sau tách sóng APD lại tảng lên theo M apd, làm cho giá trị cơng suất bù BER lớn so vối PIN Do thực tê hệ thông thơng tin quang tốc độ cao tách sóng PIN thường sử dụng rộng rãi APD 32-QAM 64- QAM 10 I IX UJ m £j Ĩ5 (/ỉ O ) r— o ố BER BER Hình So sánh thu PIN APD tính gắn 64- QAM 32 - Q AP./1 _J° - Thu PIN - - Thu PIN — Thu APD 01 Ly m ũD U) cn S e ŨL U mi JỊJ D 16 c / Thu £PD o 10 -2 10 10 10 ô 10 -2 10 -5 10 10 BER BER Hình So sánh thu PIN APD tính đến nguồn tạp âm Môi quan hệ công suất bù BER hệ sô" nhân thác M apd APD cho hệ thơng có số mức điều chế khác thể hình Từ kết mơ ta có nhận xét hệ số’ nhân APD tăng APb er tăng theo tương ứng Tuy nhiên Mapd tăng đến giá trị đủ lớn giá trị cơng suất bù BER APber h ầu không tăng đạt đến bão hoà Từ kết th u được, thiết k ế tuyến thơng tin quang nhà thiết kế chọn phơtơđiốt APD có giá trị M apd tối ưu đủ lớn (cho dòng phơtơ sau tách sóng lớn) đê giá trị cơng su ất bù nhỏ (để giảm nhỏ quỹ công s u ấ t tuyến), ta chon giá trị ưu hệ số’nhân APD » 90 Tạp chí Khoa học Đ H Q G H N K tỉT N & C N T.xx S ổ 0 Phươim pháp lính cơnc suất hù her thiết kế 71 Hình mơ phụ thuộc công suất bù vào hệ số nhân APD cho hệ thông 64-QAM với giá trị BER khác Kết mô cho thấy yêu cầu chất lượng truyền dẫn cao (BER nhỏ) cơng suất bù BER có giá trị lớn Đồng thời ta củng có nhận xét tương tự giá trị công su ất bù BER tăng theo M apd Ví dụ ta yêu cầu tăng chất lượng truyền dẫn từ BER = 10~5 lên BER = 10-8 , M a p d = 40 cần công su ấ t bù xấp xỉ 2dB M apd = 70 cần cơng suất bù có giá trị lớn hơn, xấp xỉ 2,4dB 64- QAM 35 cn ễ 26 - ° — 40 He so nhan c u a APD M apd 50 60 70 80 B E R = le -5 den B E R = le -8 B E R = 1e-5 den B E R = 1e-9 E R = 1e-5 cten B E R = 1e-10 90 100 110 120 He so nhan c u a APO M apd Hình Quan hẻ cơng sưất bù va hệ số nhân APD (BẼRtừ 10 5đến |(T S) Hình Quan hệ còng suất bù hệ số nhản APD (hệ thống 64-QAM) Tuy nhiên M apd tăng đến giá trị cơng su ất bù khơng tăng theo đạt đến giá trị bão hồ Điều giải thích sau: M apcỊ tăng dòng phơtơ sau tách sóng quang tăng làm cho tỷ số cơng su ất sóng mang tạp âm CNR sè tăng theo Đồng thời k h iM apd tăng đến giá trị CNR khơng tăng theo lúc tạp âm thác lũ tăng tỷ lệ vỏi M apd, giá trị công su ất bù RER đạt đến giá trị bão hồ BER BER Hình 10 Sư phụ thuỏc cống suất bù vào BER với hệ thống có tốc bit khác (tách sóng PIN) Tạp Khoa học D H Q G H N K / f l 'N & C N T.xx, So 2004 Hình 11 Sự phụ thuộc công suất bủ vào BER với hệ thống có tốc độ bit khác (tách sóng APD) 72 Lc T ru n g Thành Hình 10 11 so sánh giá trị công suất bù phụ thuộc vào BER cho hệ thơng có tốc độ bit khác Ta thấy tóc độ bit truyền dẫn tăn g lên giá trị cơng suất bù BER tàng theo tương ứng hai trường hợp hệ thơng dùng tách sóng PIN hay APD Có k ết tốíc độ bit truyền dẫn tăng băng tần điện Be thu tăng làm cho tổng công su ất tạp âm tăng lên, CNR sau tách sóng quang sẻ giảm K ết lu ậ n Bài báo đưa phương pháp tính tốn cơng su ất bù BER cho việc thiết kê hệ thơng truyền tín hiệu M-QAM qua tuyến thơng tin quang Các kết tính tốn, mơ so sánh máy tính cho hai hệ thơng sử dụng tách sóng PIN APD Kết cho phép nhà thiết k ế hệ thông thông tin quang nâng cấp hệ thông có lên chất lượng truyền dẫn cao hơn, đáp ứng với yêu cầu truyền dẫn băng thông rộng ngày Đồng thời đặc biệt hữu ích thiết kê hệ thơng truyền tín hiệu truyền hình sơ" điều chế QAM M mức qua tuyến thông tin quang Ngồi kết đạt mỏ rộng, áp dụng việc thiết kế, nâng cấp hệ thơng thơng tin quang ghép kênh theo sóng mang phụ SCM (Subcarrier Multiplexing) nghiên cứu triến khai rộng rãi hệ thông thông tin quang tóc độ cao ngày TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Đức Hân, Lê Trung Thành, Phương pháp tính cơng suất bù BER hệ thông thông tin sợi quang, Tạp chí Khoa học, chuyên san KHTN, ĐHSP Hà Nội, No.4(2003), pp.29-35 Trần Quốc Dũng, Lê Văn Hải, Phương pháp tính cơng suất bù BER cho thiết kế hệ thống thơng tin quang, Tạp chí Bưu viễn thơng, Chun san cơng trình nghiên cứu-triển khai viễn thông CNTT, Sô'4, tháng 11(2000), tr 20-23 Roberto Sabella, Performance analysis of wireless broadband systems employing optical fiber links, IEEE Transactions on communications, vol.47, No.5, May (1999), pp.715-721 Kanno, Katsuyoshi, Fiber optic subcarrier multiplexing video transport employing multilevel QAM, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol.8, Sep (1990), p p 1313-1319 Shi Q, Performance limits on M-QAM transmission in hybrid multichannel AM/QAM fiber optic system, IEEE photonics technology Letters, Vol.5, Dec (1993), pp 1452-1455 Bernard Sklar, Digital Communications, Prentice Hall, 1998 Tạp chí Khoa học Đ H Q G H N , K ir i'N & C N T.xx, So 0 Phươnu pháp tính cỏng suất hù bcr thiết kế "} VNU JOURNAL OF SCIENCE, Nat., ScL & Tech., T.xx, N03, 2004 A NEW METHOD OF BER COMPENSATIVE POWER CALCULATION FOR DESIGNING M-QAM SIGNALS TRANSMISSION SYSTEMS OVER OPTIC- FIBER COMMUNICATIONS SYSTEMS Le T r u n g Thanh Ha Noi University o f Transport an d Com m unications This paper proposes a new method of BER Compensative Power for designing MQAM signals transm ission fiber-optic communications systems The results have been calculated, compared and simulated with different param eters of the system Tap (lú Khoa học ĐHQGHN KirrN & CN, T.xx, Sô'3, 2004 ... sóng quang sẻ giảm K ết lu ậ n Bài báo đưa phương pháp tính tốn cơng su ất bù BER cho việc thiết kê hệ thơng truyền tín hiệu M-QAM qua tuyến thơng tin quang Các kết tính tốn, mơ so sánh máy tính. .. biệt hữu ích thiết kê hệ thơng truyền tín hiệu truyền hình sơ" điều chế QAM M mức qua tuyến thơng tin quang Ngồi kết đạt mỏ rộng, áp dụng việc thiết kế, nâng cấp hệ thông thông tin quang ghép kênh... T.xx So 2004 67 Phương pháp tính cơng suất bù bcr thiết kế [dB] APber - (6) tx Ptx PtxNew cơng suất phát ứng với giá trị ban đầu BER, BER = BER0 giá trị BER, BER = BER^ Ta nhận xét phương trình