Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật OFDM trong hệ thống truyền dẫn quang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -o0o Lê Xuân Hòa NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT OFDM TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN QUANG Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Đào Ngọc Chiến Hà Nội – 2010 LỜI CAM ĐOAN Ngoài giúp đỡ bảo tận tình giảng viên TS Đào Ngọc Chiến, luận văn sản phẩm q trình tìm tịi, nghiên cứu trình bày tác giả đề tài luận văn Mọi số liệu, quan điểm, quan niệm, phân tích, kết luận tài liệu nhà nghiên cứu khác trích dẫn theo quy định Vì vậy, tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Hà Nội, tháng 10 năm 2010 Lê Xuân Hòa i MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i BẢNG DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ viii LỜI MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Lịch sử thông tin quang 1.2 Xu hướng phát triển 1.2.1 Giải pháp cho mạng Ethernet 100 Gb/s 1.2.2 Sự xuất mạng cấu hình lại linh động 1.2.3 Truyền dẫn quang điều khiển phần mềm 1.3 Mục tiêu nội dung nghiên cứu 11 1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu 11 1.3.2 Nội dung nghiên cứu 12 Tài liệu tham khảo 13 CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT .17 2.1 Nguyên lý truyền dẫn quang 17 2.1.1 Sơ lược WDM số công nghệ WDM .17 2.1.1.1 Sự đời công nghệ truyền dẫn quang WDM 17 2.1.1.2 Sơ lược WDM 19 2.1.1.3 Một số công nghệ WDM 19 2.1.1.4 Ưu nhược điểm công nghệ WDM 21 2.1.2 Sơ lược mạng quang WDM 22 2.1.3 Cấu trúc mạng quang WDM 23 2.1.3.1 Kiến trúc mạng WDM kiểu lựa chọn quảng bá 23 2.1.3.2 Kiến trúc mạng WDM kiểu định tuyến bước sóng 26 2.1.3.3 Chuyển đổi bước sóng mạng WDM .29 2.1.4 Những hạn chế truyền dẫn mạng WDM 32 2.1.4.1 Ảnh hưởng xuyên nhiễu .32 2.1.4.2 Ảnh hưởng tích lũy tạp âm 34 2.1.4.3 Ảnh hưởng tán sắc 35 2.1.4.4 Ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến 36 2.1.5 Ứng dụng WDM mạng viễn thông 37 2.2 Kỹ thuật OFDM 38 2.2.1 Khái niệm trực giao 38 2.2.2 Phương pháp điều chế đa sóng mang trực giao OFDM 39 2.2.3 Lý thuyết điều chế OFDM .42 2.2.3.1 Bộ điều chế OFDM 42 ii 2.2.3.2 Chuỗi bảo vệ OFDM .45 2.2.4 Điều chế OFDM phép IFFT 47 2.2.4.1 Biến đổi Fourier nhanh .47 2.2.4.2 Thực điều chế OFDM nhờ IFFT .49 2.2.5 Lý thuyết giải điều chế OFDM 51 2.2.6 PAPR .56 2.3 Khả ứng dụng OFDM thông tin quang 60 Tài liệu tham khảo 60 CHƯƠNG III .62 KỸ THUẬT OFDM TRONG THÔNG TIN QUANG 62 3.1 Giới thiệu chung .62 3.2 Kỹ thuật OFDM quang kết hợp 63 3.2.1 Giới thiệu 63 3.2.2 Nguyên lý phương pháp OFDM quang kết hợp .63 3.2.3 Hiệu suất phổ quang CO-OFDM 64 3.2.4 OFDM xuyên kênh XC-OFDM .65 3.2.5 Mơ hình kênh cho CO-OFDM .66 3.2.6 Thiết kế phát quang cho CO-OFDM 69 3.2.6.1 Lựa chọn thiết kế chuyển đổi lên/xuống CO-OFDM .69 3.2.6.2 Phân tích méo hai lần điều chế hai sóng mang 71 3.2.6.3 Thảo luận điểm phân cực khối MZM CO-OFDM 73 3.2.7 Sự bù phi tuyến thu xử lý tín hiệu số CO-OFDM 75 3.2.7.1 Nguyên tắc thu việc giảm thiểu nhiễu pha .75 3.2.7.2 Kết mô thu dựa trình xử lý số 78 3.3 Kỹ thuật OFDM quang tách sóng trực tiếp 81 3.3.1 DDO-OFDM ánh xạ tuyến tính .81 3.3.1.1 SSB-OFDM có bù 83 3.3.1.2 SSB-OFDM quang băng sở 86 3.3.1.3 OFDM có âm RF phụ trợ 86 3.3.1.4 SSB-OFDM ảo 89 3.3.2 DDO-OFDM ánh xạ phi tuyến 91 3.3.2.1 OFDM tương thích 92 3.3.2.2 OFDM cho ứng dụng cáp đơn mode cự li ngắn 94 Tài liệu tham khảo 97 KẾT LUẬN .101 iii BẢNG DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT AM Amplitude Modulation Điều chế biên độ AMO-OFDM Adaptively modulated optical OFDM Điều chế OFDM quang thích nghi ASK Amplitude Shift Keying Khóa dịch biên độ BER Bit error ratio Tỷ số lỗi bit CO-OFDM Coherent Optical OFDM OFDM quang kết hợp CompSSBOFDM Compatible SSB-OFDM SSB-OFDM tương thích DPSK Differential Phase-Shift Keying Khóa dịch pha vi sai DAC/ADC Digital-to-Analog/Analogto-Digital Converter Bộ chuyển đổi số - tương tự/tương DSP Digital Signal Processing Khối xử lý tín hiệu số DFT Discrete Fourier Transform Chuyển đổi Fourier rời rạc DDO-OFDM Direct detection optical OFDM Tách sóng trực tiếp OFDM quang EDFA Erbiumdoped Fiber Amplifier Bộ khuếch đại quang pha tạp EDC Electronic Dispersion Compensation Sự bù phân tán điện tử FDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số FFE Feed-Forward Equalizer Bộ cân chuyển tiếp feed FFT Fast Fourier Transform Chuyển đổi Fourier nhanh FM Frequency Modulation Điều chế tần số FSK Frequency Shift Keying Điều chế dịch tần IM Intensity Modulation Điều chế cường độ ICI Intercarrier Interference Nhiễu liên sóng mang ISI Intersymbol Interference Nhiễu liên ký tự iv tự - số ITU International Telecommunication Union Liên minh viễn thông quốc tế IDFT Inverse DFT DFT ngược IFFT Inverse FFT FFT ngược IPTV Internet Protocal Television Truyền hình Internet LAN Local Area Network Mạng nội LM-DDOOFDM Linearly mapped DDOOFDM DDO-OFDM ánh xạ tuyến tính MZM Mach-Zehnder Modulator Bộ chuyển đổi tuyến tính tín hiệu RF tín hiệu quang NRZ Non-Return-to-Zero Mã hóa khơng trở NDSF Nondispersion-Shifted Fiber Sợi cáp không tán sắc dịch NLM-DDOOFDM Nonlinearly mapped DDOOFDM DDO-OFDM ánh xạ phi tuyến OA Optical Amplifier Bộ khuếch đại quang OTR Optical – to – RF Khối chuyển đổi từ tín hiệu quang xuống tín hiệu RF OADM Optical Add/Drop Modulator Bộ thêm bớt quang OCDM Optical Code Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo mã Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia tần số trực OMUX Optical Multiplex Ghép kênh quang OSNR Optical signal-to-noise ratio Tỷ số tín hiệu/nhiễu quang OTDM Optical Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời gian PC Phase Conjugator Khối kết nối pha PM Phase Modulation Điều chế pha OFDM quang giao quang v PDL Phần tử suy giảm phụ thuộc phân Polarization Dependent Loss cực PMD Polarization Mode Dispersion Sự tán sắc phân cực mode PSK Phase Shift Keying Khóa dịch pha PAPR Peak-to-Average Power Ratio Tỉ số công suất đỉnh công suất QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương QPSK Quaternary Phase-Shift Keying Khóa dịch pha vng góc RZ Return-to-Zero Mã hóa trở RTO RF – to – optical Khối chuyển đổi tín hiệu RF lên tín trung bình hiệu quang Reconfigurable optical add–drop multiplexer Bộ ghép kênh thêm, bớt quang có SCM Subcarrier Multiplexing Ghép kênh đa sóng mang SDR Software-Defined Radio Phát điều khiển phần ROADM thể cấu hình lại mềm SPM Self phase modulation Phương pháp điều chế đồng pha SSB Single Sideband Điều chế đơn biên SDOT Software-Defined Optical Transmission Truyền dẫn quang điều khiển phần mềm SSB-OFDM Single-sideband OFDM OFDM đơn biên TDM Time division multiplexing Ghép kênh phân chia thời gian VSB Vestigial SideBand Biên tần cụt VSSB-OFDM Virtually SSB-OFDM SSB-OFDM ảo WDM Ghép kênh phân chia theo bước Wavelength-Division Multiplexing sóng vi WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access Mạng thông tin thành thị băng rộng XC- OFDM Cross-channel OFDM OFDM xuyên kênh vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Biểu diễn tốc độ liệu/kênh số lượng kênh Hình 1.2: Biểu diễn tăng trưởng lưu lượng truy cập Internet Hình 1.3: Sự kết hợp ROADM mạng quang Hình 1.4: Sơ đồ truyền dẫn quang điều khiển phần mềm SDOT 10 Hình 2.1: Hình vẽ biểu diễn khu vực suy hao thấp sợi quang 17 Hình 2.2: Hình vẽ biểu diễn sợi quang chứa đựng nhiều bước sóng 19 Hình 2.3: Hệ thống DWDM khuếch đại quang 20 Hình 2.4: Hình vẽ mạng Broadcast-and-slect sử dụng kiểu star topology 24 Hình 2.5: Hình vẽ mạng Broadcast-and-slect sử dụng kiểu Bus topology 25 Hình 2.6: Kiến trúc node mạng wavelength routed WDM 27 Hình 2.7: Hình vẽ mạng WDM định tuyến bước sóng 28 Hình 2.8: Hình vẽ thể ràng buộc liên tục bước sóng 29 Hình 2.9: Kiến trúc node có trang bị chuyển đổi bước sóng đầu vào 30 Hình 2.10: Các loại chuyển đổi bước sóng 31 Hình 2.11: Mật độ phổ lượng tín hiệu điều chế đa sóng mang OFDM 39 Hình 2.12: Phổ tín hiệu OFDM 40 Hình 2.13: So sánh kỹ thuật đa sóng mang FDM với OFDM 42 Hình 2.14: Sơ đồ khối điều chế OFDM 43 Hình 2.15: Chèn chuỗi bảo vệ 45 Hình 2.16: Tác dụng chống nhiễu ISI chuỗi bảo vệ 46 Hình 2.17: Khối điều chế OFDM IFFT 50 Hình 2.18: Mơ hình hệ thống truyền tin 51 Hình 2.19: Sơ đồ khối giải điều chế OFDM 52 Hình 2.20: Mô tả tách chuỗi bảo vệ giải điều chế OFDM 53 Hình 2.21: Sơ đồ khối giải điều chế OFDM dùng FFT 56 Hình 2.22: Phương pháp chọn dãy truyền thành phần 59 viii Hình 3.1: Phổ quang kênh CO-OFDM, WDM, XC-OFDM .65 Hình 3.2: Hệ thống CO-OFDM 67 Hình 3.3: Kiến trúc thống CO-OFDM .70 Hình 3.4: Cơng suất đầu thứ nhất, thứ hai, thứ ba hàm số M(dB) .73 Hình 3.5: Hàm chuyển đổi cường độ quang trường quang 74 Hình 3.6: Hệ thống truyền dẫn với kết nối pha đoạn 76 Hình 3.7: Phương pháp Fourier chia nhỏ truyền lan tín hiệu 77 Hình 3.8: Hệ số phẩm chất Q hàm công suất đầu vào 79 Hình 3.9: Dải động OSNR hàm số bước .80 Hình 3.10: Hệ số phẩm chất Q hàm hệ số phi tuyến β với số bước 80 Hình 3.11: Minh họa LM-DDO-OFDM, phổ OFDM quang .83 Hình 3.12: Hệ thống thơng tin quang cự li dài DDO-OFDM 84 Hình 3.13: Hiệu suất hệ thống theo độ nén sóng mang DDO-OFDM có bù 85 Hình 3.14: Hệ số phẩm chất phụ thuộc vào công suất đưa vào 86 Hình 3.15: Phổ quang SSB-OFDM quang băng sở .87 Hình 3.16: Nguyên lý (a) SSB-OFDM băng sở, (b) OFDM-A 88 Hình 3.17: Dạng phổ RF cho RFT-OFDM hai cấu hình OFDM-A OFDM-B 88 Hình 3.18: Độ nhạy BER cho RFT-OFDM-A OFDM-B 89 Hình 3.19: Cấu trúc phát VSSB-OFDM 89 Hình 3.20: Hiệu lỗi bít BER VSSB-OFDM 90 Hình 3.21: So sánh phổ quang NLM-DDO-OFDM SSB-DDO-OFDM .93 Hình 3.22: Phổ quang phổ điện offset SSB-OFDM CompSSB-OFDM 95 Hình 3.23: Độ nhạy OSNR phụ thuộc vào tán sắc 95 Hình 3.24: Thử nghiệm IM-DDO-OFDM 96 Hình 3.25: Một ví dụ cho việc sử dụng dạng điều chế khác 97 ix Công suất (dBm) Phổ quang PIN Tần số quang lên tới 193.1 Thz (Ghz) Hình 3.15: Phổ quang SSB-OFDM quang băng sở Hình 3.16 mơ tả hệ thống RFT-OFDM đề xuất với hai biến thể, OFDM-A OFDM-B Đối với OFDM-A, khoảng hở với bề rộng phổ với độ rộng băng tần OFDM đặt âm RF tín hiệu OFDM Đối với OFDM-B, sóng mang phụ bậc lẻ tỷ lệ âm RF chèn liệu sóng mang phụ bậc chẵn để trống Đối với hai dạng, tín hiệu OFDM điện sau biến đổi Fourier ngược số phức, phần thực phần ảo chia vào hai nhánh điều chế I/Q quang Giả sử bề rộng phổ OFDM tổng cộng B Đối với OFDM-A, âm RF tạo từ sóng mang cách băng OFDM khoảng B/2 Điều tương tự SSB-OFDM có bù Tuy nhiên, OFDM-A không cần đến đổi tần lên RF cần băng tần điện hẹp cho điều chế Dạng phổ sau tách sóng quang mơ tả Hình 3.17 Đối với OFDM-A, méo hai lần điều chế bậc hai rơi vào sóng mang phụ bên khoảng hở, OFDM-B méo hai lần điều chế rơi vào sóng mang phụ chen vào với sóng mang phụ mang liệu Do đó, liệu hai dạng lấy mà không gặp phải biến dạng hai lần điều chế 87 Hình 3.16: Nguyên lý (a) SSB-OFDM băng sở, (b) OFDM-A OFDM-B có âm RF phụ trợ đề xuất, (c) định nghĩa số điều chế quang (OMI), (d) định nghĩa biên độ vector lỗi (EVM) H T., biến đổi Hilbert OFDM-A có âm RF OFDM-B có âm RF Chịm điều chế Tín hiệu nhiễu nhịp Cơng suất RF (dBm) Công suất RF (dBm) Phổ RF sau PD Tần số (Hz) Tần số (Hz) Hình 3.17: Dạng phổ RF cho RFT-OFDM hai cấu hình OFDM-A OFDM-B 88 Hình 3.18 biểu diễn tỉ số lỗi bit BER cho hai dạng hệ thống SSBOFDM băng sở thông thường 10 Gb/s điều chế 8-QAM Đối với sơ đồ RFTOFDM, âm RF tiêu hao 50% công suất quang, SSB-OFDM băng sở, OMI=0,12 Độ nhạy cùa OFDM-A OFDM-B tương đương, dB so với SSB-OFDM băng sở Với đường truyền đơn mode chuẩn 260 km, khơng có điểm bất lợi hai hệ thống RFT-OFDM Hình 3.18: Độ nhạy BER cho RFT-OFDM-A OFDM-B 3.3.1.4 SSB-OFDM ảo SSB-OFDM ảo (Virtually SSB-OFDM: VSSB-OFDM) đề xuất Peng [18] nhằm giảm bớt bề rộng phổ điện điều chế thu giữ ngun độ nhạy thu cao Hình 3.19 mơ tả cấu trúc phát VSSB-OFDM Hình 3.19: Cấu trúc phát VSSB-OFDM 89 Âm RF sóng mang quang đặt sóng mang phụ ngồi bên trái Sóng mang phụ RF coi sóng mang phụ thơng thường, sóng mang phụ mang liệu cộng với sóng mang chuyển vào tín hiệu phức băng sở IFFT Tỷ số cơng suất sóng mang tín hiệu (CSPR) định nghĩa tỷ số sóng mang quang tổng cơng suất sóng mang phụ OFDM Đối với việc đổi tần lên, điều chế ngồi phân cực khơng nhằm giảm thiểu phi tuyến điều chế Tính phi tuyến bậc hai từ phách bên sóng mang phụ mang liệu diode quang gây bất lợi gần giống SSB-OFDM băng sở Để loại bỏ thành phần phi tuyến bậc hai, kỹ thuật triệt tiêu lặp lại thực Peng [18] sau: (1) tín hiệu có méo dạng xử lý dùng để tạo định ban đầu (có khả lỗi); (2) liệu cắt lớp sử dụng để tái tạo lại méo dạng bậc hai; (3) méo dạng tách khỏi tín hiệu gốc, định lặp lại tạo Quy trình lặp lại đạt kết mong muốn Rõ ràng, nhược điểm VSSB-OFDM u cầu phép tính phức tạp Tỷ số lỗi bit cho SSB-OFDM băng sở VSSB-OFDM thể hình 3.20 Có thể thấy tỷ số tín hiệu quang tạp âm (OSNR) BER = 10-3 cho VSSB-OFDM tốt dB so với SSB-OFDM băng sở tối ưu với OMI = 0.12 Độ khuếch đại dB định cho CSPR tối ưu khích thước biểu đồ chòm nhỏ sử dụng VSSB-OFDM Hình 3.20: Hiệu lỗi bít BER VSSB-OFDM 90 3.3.2 DDO-OFDM ánh xạ phi tuyến Loại thứ hai DDO-OFDM DDO-OFDM ánh xạ phi tuyến (nonlinearly mapped OFDM – NLM-DDO-OFDM), có nghĩa khơng có ánh xạ tuyến tính trường điện (OFDM băng sở) trường quang Thay vào đó, NLM-DDO-OFDM nhằm có ánh xạ tuyến tính OFDM băng sở cường độ quang Để thể cách đơn giản, ta giả thiết hình thành NLM-DDO-OFDM từ việc điều chế trực tiếp DFB laser; dạng sóng sau điều chế cho sau: (3.31) (3.32) (3.33) (3.34) Với E(t) tín hiệu OFDM; A(t) P(t) tương ứng biên độ tức thời lượng tín hiệu OFDM quang; ck ký hiệu thơng tin truyền cho sóng mang phụ thứ k; C số dịch tần cho laser DFB điều chế trực tiếp [3]; fIF trung tần tín hiệu OFDM điện cho điều chế; m số điều chế quang; α số tỷ lệ để thiết lập số điều chế m thích hợp nhằm giảm thiểu tạp âm cắt; sB(t) tín hiệu OFDM băng sở Giả sử tán sắc không đáng kể, cường độ dòng phát bằng: (3.35) 91 Phương trình (3.35) cho thấy dịng quang chứa hồn hảo tín hiệu OFDM sB(t) với dịng điện khơng đổi Ta giả sử số điều chế m đủ nhỏ để hiệu ứng cắt khơng đáng kể Phương trình (3.35) cách sử dụng NLM-DDO-OFDM khơng có tán sắc, tín hiệu OFDM khơi phục hồn tồn Sự khác NLM (phi tuyến) LM-DDO-OFDM (tuyến tính) thấy thơng qua quang phổ tương ứng chúng Hình 3.21 mơ tả phổ quang NLM-DDO-OFDM sử dụng phương pháp điều chế trực tiếp laser DFB với hệ số dịch tần C = 1, số điều chế m = 0.3 điều chế OFDM đơn biên có bù (offset SSB-OFDM) Có thể thấy NLMDDO-OFDM có nhiều băng OFDM với độ biến dạng phổ đáng kể Do khơng có ánh xạ tuyến tính từ OFDM băng đến OFDM quang Kết ánh xạ phi tuyến tất yếu có dạng tán sắc xuất đường truyền – chẳng hạn tán sắc ánh sáng, tán sắc phân cực hay tán sắc mode – dịng quang thu khơng thể khơi phục lại tín hiệu OFDM băng tuyến tính Tức là, dạng tán sắc gây tính phi tuyến cho hệ thống NLM-DDO-OFDM Khơng SSB-OFDM, mơ hình kênh cho OFDM điều chế trực tiếp khơng cịn tuyến tính dạng tán sắc quang Do đó, NLM-DDO-OFDM phù hợp cho ứng dụng cự li ngắn cáp đa mode dùng cho mạng LAN Loại OFDM quang quan tâm giá thành rẻ Tiếp theo, ta đề cập đến dạng NLM-DDO-OFDM với lợi ích khác sử dụng phương pháp điều chế OFDM Cần phân biệt DDOOFDM với ứng dụng radio-over-fiber, sợi cáp (fiber) đơn đường truyền cho tín hiệu OFDM cao tần OFDM không dùng để giảm thiểu suy yếu tín hiệu miền quang 3.3.2.1 OFDM tương thích Tương tự VSSB-OFDM, SSB-OFDM tương thích (Compatible SSBOFDM: CompSSB OFDM) đề xuất Schuster [25] nhằm đạt hiệu suất phổ cao so với offset SSB-OFDM Ý tưởng CompSSB-OFDM đặt tín hiệu OFDM vào biên độ tín hiệu 92 Cơng suất (dB) Công suất (dB) Tần số (Ghz) Tần số (Ghz) Hình 3.21: So sánh phổ quang (a) NLM-DDO-OFDM qua laser DBF điều chế trực tiếp (b) SSB-DDO-OFDM điều chế ngồi có bù Hằng số dịch tần C = số điều chế m = 0.3 điều chế trực tiếp trường hợp (a) Bề rộng phổ OFDM hai trường hợp GHz bao gồm 256 sóng mang phụ Nếu bỏ qua đổi tần số lên đến tần số quang sóng mang chính, tín hiệu quang CompSSB-OFDM E(t) biểu diễn sau: (3.36) 93 Trong a(t) tín hiệu OFDM lấy phần thực, nhằm loại bỏ giá trị khơng âm φ(t) có liên hệ với a(t) theo công thức: (3.37) Với H {} biến đổi Hilbert Sắp xếp lại phương trình (3.36): (3.38) Có thể thấy ln(E(t)) tín hiệu đơn biên (SSB), E(t) Dòng quang điện I(t) sau thu quang bình phương bằng: (3.39) Do đó, lấy bậc hai giá trị dòng quang điện I(t) khơi phục lại tín hiệu OFDM a(t) Hình 3.22 minh họa phổ tần tín hiệu quang tín hiệu thu (tín hiệu điện) CompSSB-OFDM so với offset SSB-OFDM Yêu cầu phổ quang phổ điện OFDM tương thích giảm cịn nửa so với offset SSB-OFDM Hình 3.23 thể độ nhạy tỷ số tín hiệu quang nhiễu (OSNR) phụ thuộc vào tán sắc Độ nhạy CompSSB-OFDM vào khoảng dB so với offset SSB-OFDM Điều thành phần chiều làm cho a(t) có giá trị dương làm giảm công suất hiệu dụng cấp cho sóng mang liệu OFDM Thứ hai là, CompSSB-OFDM mã hóa vào biên độ, tín hiệu OFDM quang khơng phải tín hiệu OFDM băng sở, khơng có khả sửa lỗi tán sắc offset SSB-OFDM Như hình 3.23, dung sai tán sắc CompSSB-OFDM bị giới hạn đến × 103 ps/nm, hay xấp xỉ 400 km đường truyền đơn mode, offset SSB-OFDM đạt đến 2000 km đường truyền đơn mode 3.3.2.2 OFDM cho ứng dụng cáp đơn mode cự li ngắn Chúng ta biết DDO-OFDM điều chế trực tiếp hay điều chế cường độ (IM: Intensity Modulation), trường quang tín hiệu OFDM khơng tái 94 lại tín hiệu OFDM băng bản, khơng phù hợp cho đường truyền kéo dài Tuy nhiên, tính đơn giản việc triển khai, lựa chọn hấp dẫn cho đường truyền tầm ngắn không cần khuếch đại với tốc độ 10 Gb/s cao Ứng dụng khảo sát kỹ Tang [26] Tín hiệu phát Tín hiệu tách Hình 3.22: Phổ quang phổ điện offset SSB-OFDM CompSSB-OFDM Hình 3.23: Độ nhạy OSNR phụ thuộc vào tán sắc CompSSB-OFDM offset SSB-OFDM 95 Hình 3.24 mơ tả cấu hình hệ thống Tang nghiên cứu Tín hiệu OFDM lấy giá trị thực sử dụng để điều khiển laser DFB cách trực tiếp Đường truyền đơn mode tiêu chuẩn Đặc trưng hệ thống sử dụng q trình thương lượng phát thu nhằm áp dụng mức độ điều chế khác tùy thuộc vào chất lượng tín hiệu, cịn gọi AMO-OFDM Hình 3.24: Thử nghiệm IM-DDO-OFDM Hình 3.25 thể phân bố điều chế cho 80 km đường truyền sợi cáp không tán sắc dịch (NDSF: Nondispersion-shifted fiber) Có thể thấy sóng mang tần số thấp điều chế 32-QAM sóng mang tần số cao điều chế 16-QAM Bậc điều chế thấp tạo tần số cao kết méo phổ dịch tần tần số cao Điều cho thấy tốc độ 30 Gb/s 40 km đường truyền cáp đơn mode đạt mà khơng cần khuếch đại quang hay phép bù tán sắc 96 Công suất thu (dB) Dạng điều chế Tần số (Ghz) Hình 3.25: Một ví dụ cho việc sử dụng dạng điều chế khác (Trái) Đáp ứng tần số chuẩn hóa 80 km đường truyền NDSF; (trên) Dạng điều chế áp dụng sóng mang phụ; (phải) tỷ số BER tương úng Tài liệu tham khảo [1] Auracher F and Keil R, “Method for measuring the RF modulation characteristics of Mach-Zehnder-type modulators,” Appl Phys Lett 36, 626629 (1980) [2] Agrawal G P, “Nonlinear Fiber Optics” (Acadmic Press, San Diego, 1995) [3] Agrawal G P “Fiber-Optic Communication Systems” 3rded NewYork: Wiley; 2002 [4] Bao H and Shieh W, “Transmission simulation of coherent optical OFDM signals in WDM systems,” Opt Express 15, 4410-4418 (2007) [5] Charlet G, Maaref N, Renaudier J, Mardoyan H, Tran P, and Bigo S, “Transmission of 40Gb/s QPSK with coherent detection over ultra long haul distance improved by nonlinearity mitigation,” European Conference on Optical Communications, paper Th.4.3.6, Cannes, France (2006) 97 [6] Djordjevic I B and Vasic B, “Orthogonal frequency division multiplexing for high-speed optical transmission,” Opt Express 14, 3767–3775 (2006) [7] Ellis A D, and Gunning F C G, “Spectral density enhancement using coherent WDM,” IEEE Photon Technol Lett 17, 504-506 (2005) [8] Gisin N, and Huttner B, “Combined effects of polarization mode dispersion and polarization dependent losses in optical fibers,” Optics Commun 142, 119-125 (1997) [9] Hara S and Prasad S, “Multicarrier Techniques for 4G Mobile Communications” (Artech House, Boston, 2003) [10] Hewitt D.F Orthogonal frequency division multiplexing using baseband optical single sideband for simpler adaptive dispersion compensation In: Opt Fiber Commun Conf., paper no OME7 Anaheim, CA;2007 [11] Jansen S L, van den Borne D, Monsalve C C, Spalter S, Krummrich P.M, Khoe G D, and de Waardt H, “Reduction of Gordon-Mollenauer phase noise by midlink spectral inversion,” IEEE Photon Technol Lett 17, 923–925 (2005) [12] Kolner B H and Dolfi D W, “Intermodulation distortion and compression in an integrated electrooptic modulator,” Appl Optics 26, 3676-3680 (1987) [13] Lowery A J, Du L, and Armstrong J, “Orthogonal frequency division multiplexing for adaptive dispersion compensation in long haul WDM systems,” Optical Fiber Commun Conf., Anaheim, CA, paper PDP39 (2006) [14] Ly-Gagnon D S, Tsukarnoto S, Katoh K, and Kikuchi K, “Coherent detection of optical quadrature phase-shift keying signals with carrier phase estimation,” J Lightwave Technol 24, 12-21 (2006) [15] Mayrock M and Haunstein H, “Impact of Implementation Impairments on the Performance of an Optical OFDM Transmission System,” European Conference on Optical Communications, paper Th3.2.1, Cannes, France (2006) [16] Pan Q, Green RJ Bit-error-rate performance of lightwave hybrid AM/OFDM systems with comparison with AM/QAM systems in the presence of clipping impulse noise IEEE Photon Technol Lett 1996; 8:278–80 98 [17] Peng WR, Wu X, Arbab VR, et al Experimental demonstration of a coherently modulated and directly detected optical OFDM system using an RFtone insertion In: Opt Fiber Commun Conf., paper no OMU2 SanDiego; 2008 [18] Peng W, Wu X, Arbab VR, et al Experimental demonstration of 340 km SSMF transmission using a virtual single sideband OFDM signal that employs carrier suppressed and iterative detection techniques In: Opt Fiber Commun Conf., paper no OMU1 SanDiego; 2008 [19] Roberts K, “Electronic Dispersion Compensation beyond 10 Gb/s” Technical Digest, LEOS Summer Topical Meeting, paper MA2.3 (2007) [20] Shieh W and Athaudage C, “Coherent optical orthogonal frequency division multiplexing” Electron Lett 42, 587-589 (2006) [21] Shieh W, Yi X, Ma Y, and Tang Y, “Theoretical and experimental study on PMD-supported transmission using polarization diversity in coherent optical OFDM systems” Opt Express 15, 9936-9947 (2007) [22] Savory S J, Gavioli G, Killey R I, and Bayvel P, “Electronic compensation of chromatic dispersion using a digital coherent receiver,” Opt Express 15, 2120-2126 (2007) [23] Sano A, Yoshida E, Masuda H, Kobayashi T , Yamada E , Miyamoto Y, Inuzuka F, Hibino Y, Takatori Y, Hagimoto K, Yamada T, and Sakamaki Y, “30 x 100-Gb/s all-optical OFDM transmission over 1300 km SMF with 10 ROADM nodes,” European Conference on Optical Communications, paper PD1.7, Berlin, Germany (2007) [24] Schmidt BJC, Lowery AJ, Armstrong J Experimental demonstrations of 20 Gbit/s direct-detection optical OFDM and 12 Gbit/s with a colorless transmitter In: Opt Fiber Commun Conf., paper no PDP18 SanDiego; 2007 [25] Schuster M, Randel S, Bunge C A, et al Spectrally efficient compatible single – sideband modulation for OFDM transmission with direct detection IEEE Photon Technol Lett 2008; 20: 670–2 99 [26] Tang J M, Lane P M, and Shore K A, “30 Gb/s transmission over 40 km directly modulated DFB laser-based SMF links without optical amplification and dispersion compensation for VSR and metro applications,” Optical Fiber Commun Conf., Anaheim, CA, paper JThB8 (2006) [27] Tang Y, Shieh W, Yi X and Evans R, “Optimum design for RF-to-optical upconverter in coherent optical OFDM systems,” IEEE Photon Technol Lett 19, 483 – 485 (2007) [28] Tang J M, Shore K A Maximizing the transmission performance of adaptively modulated optical OFDM signals in multimode-fiber links by optimizing analog-todigital converters J Lightwave Technol 2007;25:787–98 [29] Tomba L, “The effect of Wiener phase noise in OFDM systems,” IEEE Trans Commun 46, 580-583 (1998) [30] Washburn B R, Diddams S A, Newbury N R, Nicholson J W, Yan M F, and Jorgensen C G, “Phaselocked, erbium-fiber-laser-based frequency comb in the near infrared,” Optics Lett 29, pp 250-252 (2004) [31] Wu S and Bar-Ness Y, “A phase noise suppression algorithm for OFDMbased WLANs,” IEEE Commun Lett 6, pp 535–537 (2002) [32] Watanabe S and Shirasaki M, “Exact compensation for both chromatic dispersion and kerr effect in a transmission fiber using optical phase conjugation,” J Lightwave Technol 14, 243–248 (1996) [33] Yi X, Shieh W, and Ma Y, “Phase noise on coherent optical OFDM systems with 16-QAM and 64-QAM beyond 10 Gb/s,” European Conference on Optical Communications, paper 5.2.3, Berlin, Germany (2007) 100 KẾT LUẬN Trong giới đại ngày nay, kết nối giao diện công nghệ khác trở nên phổ biến Nhu cầu ngày cao loại hình dịch vụ dung lượng lớn, thời gian thực, đòi hỏi phải nghiên cứu tìm tịi nhiều kỹ thuật để đáp ứng yêu cầu Và kỹ thuật OFDM quang khơng nằm ngồi mục đích Nội dung luận văn đề cập cách tổng quan kỹ thuật OFDM áp dụng hệ thống thông tin vô tuyến, nguyên lý truyền dẫn quang việc áp dụng kỹ thuật OFDM vào môi trường truyền dẫn quang Mặc dù sở lý thuyết OFDM đưa từ năm đầu thập kỷ 60 kỷ XX, năm 1990 OFDM trở thành chuẩn nhiều ứng dụng truyền thông không dây có dây Và gần nghiên cứu để ứng dụng truyền thông tin quang Điều phần khơng tương thích rõ ràng phương pháp điều chế OFDM với hệ thống quang thông thường Một số dạng OFDM khắc phục khơng tương thích nhiều cách khác phát triển cho loạt ứng dụng quang Những dạng OFDM phân loại cho phù hợp với ứng dụng quang không dây, sợi quang đơn mode sợi quang đa mode Đối với loại quang không dây, nên sử dụng phương thức điều chế cường độ, hệ thống quang đơn mode đa mode tín hiệu OFDM nên mang tín hiệu miền quang OFDM có số hạn chế bao gồm tỉ số công suất đỉnh cơng suất trung bình cao nhạy với nhiễu pha dịch tần Những vấn đề khắc phục hệ thống truyền thông tin quang OFDM công nghệ đầy hứa hẹn truyền thơng tin quang, chứa đựng nhiều khó khăn Và điều mở nhiều hướng nghiên cứu tương lai 101 ... mà việc nghiên cứu vấn đề liên quan đến thông tin quang 11 nhà khoa học giới quan tâm Một vấn đề kỹ thuật ghép kênh truyền dẫn quang Hiện hệ thống truyền dẫn quang áp dụng kỹ thuật ghép kênh... ghép kênh theo bước sóng WDM; kỹ thuật OFDM hệ thống thông tin vô tuyến Chương 3: Nghiên cứu kỹ thuật OFDM quang bao gồm kỹ thuật OFDM quang kết hợp OFDM quang tách sóng trực tiếp, nhằm phân tích... hiệu ứng quang học phi tuyến nên vấn đề đặt phải tìm phương pháp khắc phục hạn chế phương pháp WDM Trong luận văn tơi xin trình bày việc ứng dụng kỹ thuật OFDM hệ thống truyền dẫn quang Do OFDM