Bộ thu quang coherrent bao gồm hai thành phần cơ bản: (1) bộ tách sĩng quang kết hợp (coherent optical detector) và (2) bộ xử lý tín hiệu OFDM ở miền điện. Bộ tách sĩng quang kết hợp cĩ nhiệm vụ tách tín hiệu quang thu được thành hai thành phần tương ứng I/Q, sau đĩ chuyển đổi hai thành phần này thành tín hiệu điện. Bộ xử lý tín hiệu OFDM ở phía thu này cĩ nhiệm vụ giải điều chế tín hiệu OFDM sau đĩ cân bằng tín hiệu trước khi đưa vào bộ giải điều chế để khơi phục tín hiệu như ban đầu. Hình 4.14 mơ tả cấu trúc bộ thu quang được xây dựng trong mơ phỏng.
Hình 4.14 Mơ hình bộ thu – Receiver coherrent RX
Bộ chuyển đổi quang-điện
Mơ hình bộ chuyển đổi quang-điện Optical Coherent Receiver được xây dựng như Hình 4.15. Trong đĩ, bộ dao động nội LO đĩng vai trị tạo ra tần số dao động nội bằng với tần số Lazer bên phát. Phương pháp tách sĩng được sử dụng là phương pháp tách sĩng tích hợp.
bằng sử dụng 2 photo-detector sẽ làm tăng độ lợi 3 dB so với tách sĩng chỉ dùng 1 photo-detector [1].
Hình 4.15 Bộ chuyển đổi quang điện – optical coherrent receiver
Hình 4.16 Bộ nhận cân bằng – Balanced Receiver
Mơ hình giải điều chế tín hiệu OFDM trong miền RF
Sau khi đã tách ra được hai thành phần I/Q ở miền điện từ sĩng mang quang tới nhờ các photo-diode, tín hiệu phức nhận được sẽ được chuyển về dạng số tương ứng nhờ bộ lọc cosine ở phía thu. Sau đĩ, tín hiệu số được chuyển đổi từ nối tiếp sang song song nhờ bộ buffer và mỗi symbol được buffer sẽ bao gồm 320 mẫu rời rạc. Từng
symbol như vậy sẽ được đưa vào bộ giải điều chế tín hiệu OFDM ở miền điện. Hình 4.17 mơ tả bộ xử lý tín hiệu OFDM ở phía thu.
Hình 4.17 Bộ xử lý tín hiệu OFDM – OFDM Rx
Tín hiệu sau khi qua bộ buffer sẽ được giải điều chế OFDM. Bộ giải điều chế tín hiệu OFDM được mơ phỏng như Hình 4.18. Từng symbol 320 mẫu rời rạc sẽ được loại bỏ khoảng bảo vệ nhờ bộ remove cyclic prefix (RCP), symbol sau khi qua bộ RCP sẽ cịn 256 mẫu và được đưa vào bộ biến đổi FFT. Ngõ ra bộ FFT chính là 256 điểm rời rạc trong miền tần số. Thực hiện thuật tốn cân bằng kênh tín hiệu tại ngõ ra trên dựa vào những đặc điểm về ảnh hưởng của kênh truyền đối với hệ thống. Cuối cùng, các giá trị này được giải điều chế ánh xạ chịm sao nhờ bộ IQ demapper, trả về dữ liệu tương ứng với bên phát. Hình 4.20 là chịm sao của bên phát và bên thu tương ứng.
Hình 4.19 Phần thực và ảo của tín hiệu ngõ ra bộ giải điều chế tín hiệu OFDM
Hình 4.20 Giản đồ chịm sao tương ứng với phía phát và phía thu 4.2. Kết quả mơ phỏng
Chương này trình bày các kết quả khảo sát việc ứng dụng bộ điều chế và giải điều chế 16 QAM 4R vào hệ thống CO-OFDM. Ngồi ra, đề tài cịn khảo sát ảnh hưởng của cơng suất đặt vào sợi quang và so sánh tỷ lệ lỗi BER theo khoảng cách truyền dẫn của hai dạng điều chế 4QAM và 16QAM.
4.2.1. Hệ thống CO-OFDM sử dụng phương pháp điều chế 16QAM 4R tốc độ 100Gb/s 100Gb/s
Tốc độ nguồn: 100Gb/s.
Khối OFDM: Số sĩng mang con là 256. Chiều dài khoảng bảo vệ là 1/4 chiều dài symbol OFDM. Vậy chiều dài tổng cộng một Symbol OFDM là 320 điểm rời rạc.
Kênh truyền quang: Kênh truyền quang được mơ hình hĩa dựa trên tính chất của sợi đơn mode chuẩn SMF G655 của IEEE với 2 thơng số cơ bản cần quan tâm là độ suy hao 0.2dB/Km, độ tán sắc DSMF 4ps/nm.km. Chiều dài sợi quang là 160 Km khơng cĩ sử dụng sợi quang bù tán sắc DCF.
Hình 4.22 Giản đồ mắt tại phía thu
Nhìn vào hai giản đồ trên ta cĩ thể thấy hệ thống đã cĩ thể truyền được tốc độ 100Gb/s trên 1 mode của kênh truyền quang mà khơng cần sợi bù tán sắc như các hệ thống trước đây. Với việc sử dụng bộ điều chế và giải điều chế 16QAM 4R vào hệ thống, băng thơng hệ thống đã cĩ thể tăng lên gấp đơi so với hệ thống dùng bộ điều chế 4QAM trước đây.
BER của mơ hình trên là 2,447e-4. Kết quả này cĩ thể chấp nhận được với hệ thống truyền dẫn tốc độ cao và chưa sử dụng các thuận tốn sửa lỗi tiên tiến. Các hệ thống CO-OFDM hồn chỉnh cĩ sử dụng các thuật tốn sửa lỗi tiên tiến sẽ giúp BER của hệ thống giảm xuống mức cho phép.
4.2.2. Khảo sát tỷ lệ lỗi BER của hệ thống theo cơng suất đầu vào ở tốc độ 100Gb/s sử dụng bộ điều chế 16QAM dụng bộ điều chế 16QAM
Cơng suất đặt vào sợi quang là một số quang trọng cần phải chú ý khi thiết kế một hệ thống thơng tin quang. Nếu cơng suất đặt vào sợi quang nhỏ thì tín hiệu truyền đi dễ bị nhiễu đặc biệt là phương pháp điều chế 16QAM 4R cĩ tới 4 mức biên độ khác nhau nên khi xảy ra nhiễu những tín hiệu cĩ mức biên độ nhỏ sẽ bị tác động nhiều nhất nên rất khĩ xác định ở bộ giải mã gây nên việc giải mã sai. Để tránh việc nhiễu tín hiệu cĩ mức biên độ nhỏ ta phải tăng cơng suất phát vào sợi quang nhưng nếu cơng suất đưa vào quá lớn sẽ làm cho tín hiệu vượt ngưỡng phi tuyến, khi đĩ tín hiệu truyền
đi khơng chỉ bị ảnh hưởng bởi suy hao và tán sắc mà nĩ cịn bị ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến trên sợi quang.
Hình 4.23 Khảo sát BER dựa trên cơng suất đầu vào sợi quang
Hình 4.23 đã cho ta thấy mối liên hệ giữa cơng suất đặt vào sợi quang và tỷ lệ lỗi BER tương ứng. Khi tín hiệu cịn ở trong vùng tuyến tính, cơng suất đầu vào sợi quang thay đổi khơng ảnh hưởng nhiều đến kết quả của hệ thống. Nhưng khi cơng suất vượt ngưỡng tuyến tính thì tín hiệu xấu đi một cách nhanh chĩng và chất lượng hệ thống giảm xuống rõ rệt xuống dưới mức 10^-3 khiến cho các hệ thống sửa lỗi khơng thể phục hồi tín được hiệu được.
Hình 4.24 Khảo sát BER theo khoảng cách của hai phương pháp điều chế 4QAM và 16QAM
Đề tài khảo sát hệ thống CO-OFDM hoạt động ở tốc độ 100Gb/s. Ta khảo sát chiều dài sợi quang thay đổi từ 80Km – 400Km. Nhìn vào hình 4.24 ta cĩ thể thấy ở cùng 1 khoảng cách và tốc độ truyền dẫn, hệ thống sử dụng bộ điều chế 4QAM cho tỷ lệ lỗi BER thấp hơn so với hệ thống sử dụng bộ điều chế 16QAM. Khi khoảng cách truyền dẫn ngày càng xa với hệ thống khơng cĩ sử dụng sợi bù tán sắc DCF thì tỷ lệ lỗi BER của hai hệ thống trên gần như tương đương nhau. Như vậy, ta cĩ thể sử dụng phương pháp điều chế đa mức cho hệ thống nhằm giảm băng thơng và tăng tốc truyền dẫn trên kênh truyền.
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Trong chương này, đề tài đi vào tổng kết các kết quả đã đạt được và đánh giá các kết quả đã đạt được. Đồng thời, đề tài đưa ra một số hướng nghiên cứu để cĩ thể phát triển tiếp.
5.1. Kết luận
Qua quá trình thực hiện, đề tài đã hồn thành được mục tiêu đề ra là thiết kế bộ điều và giải điều chế 16QAM 4R và ứng dụng khối này vào hệ thống CO-OFDM. Ngồi ra, đề tài đã thực hiện mơ phỏng hệ thống CO-OFDM tương đối hồn chỉnh bằng cơng cụ Matlab Simulink 7.5.
Hệ thống CO-OFDM hồn chỉnh mà đề tài xây dựng cĩ tốc độ bit đạt 100Gb/s với hệ thống truyền dẫn dài 160 km, đây tốc độ bit trên một bước sĩng mà hiện nay các hệ thống truyền quang đang hướng đến nhằm nâng cấp hệ thống quang hiện nay đang được triển khai.
Đề tài đã khảo sát được việc phải sử dụng phương pháp điều chế đa mức trong trường hợp muốn giảm băng thơng và tăng tốc độ truyền dẫn của hệ thống.
Tuy nhiên, đề tài vẫn cịn nhiều vấn đề cịn thiếu sĩt. Hiện tại trên thế giới chưa cĩ một đề tài nào khảo sát phương pháp điều chế mà đề tài thiết kế nên gây nhiều khĩ khăn trong việc kiểm tra hiệu quả và tính thực tế của bộ điều chế và giải điều chế trên. 5.2. Hướng phát triển
Do đề tài tương đối rộng và mới mẻ nên một số điểm của đề tài vẫn chưa thực hiện được. Đề tài chưa cho thấy việc sử dụng hiệu quả phương pháp điều chế 16QAM 4R so với phương pháp điều chế 16QAM Rectangular trong trường hợp tán sắc trong sợi quang được giảm xuống đáng kể trong một số chuẩn cáp quang mới. Kênh truyền quang được mơ phỏng trong đề tài là kênh truyền đơn mode nên chưa cho thấy được hiệu quả về băng thơng của hệ thống khi sử dụng bộ điều chế đa mức. Đề tài chưa đưa
(2) Nâng cao tốc độ truyền dẫn bằng cách đưa kỹ thuật ghép kênh theo bước sĩng quang vào hệ thống.
(3) Đưa vào hệ thống các kỹ thuật sửa lỗi kênh tiên tiến nhằm nâng cao hơn nữa tốc độ cũng như cự ly truyền dẫn của hệ thống.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] TS. Vũ Văn San, Hệ thống thơng tin quang, NXB Bưu điện, Hà Nội, 2008. [2] ThS. ĐẶNG LÊ KHOA, luận văn thạc sĩ Thực hiện hệ thống OFDM trên phần cứng, Khoa ĐT-VT, ĐH KHTN Tp HCM, 2009
[3] ThS. Nguyễn Anh Vinh, luận văn thạc sĩ Cân bằng tín hiệu điện ở đầu thu trong các hệ thống truyền dẫn quang đường dài, Khoa ĐT-VT, ĐH KHTN Tp HCM, 2009
[4] Govind P.Agrawal, Fiber-optic communications system (3rd), A John wiley & Sons Inc Publication, 2002
[5] William Shieh & Ivan Djordjevic, OFDM for Optical Communications, Elsevier Inc, 2010
[6] Ramjee Prasad, OFDM for Wireless CommunicationsSystems, Artech House Inc. London, 2000
[7] L.Hanzo, M.Munster, B.J.Choi and T.Keller, OFDM and MC-CDMA for Broadband Multi-user Communications, WLANs and Broadcasting, 2002
[8] TS. Nguyễn Văn Đức, Lý thuyết và các ứng dụng của kỹ thuật OFDM, NXB Khoa học và kỹ thật, Hà Nội, 2006.
[9] Govind P.Agrawal, Nonlinear Fiber optics, New York, July, 2006
[10] T.L.Huynh, L.N.Binh, K.K.Pang, and L.Chan,"Photonic MSK transmitter models using linear and nonlinear phase shaping for non-coherent long-haul optical transmission.", Technical report-ECSE Monash University, 2005.