Trong máy phát quang Coherent cổ điển, bộ điều chế tín hiệu sử dụng các kỹ thuật điều chế nhƣ ASK, FSK, PSK..., sóng laser phát ra ánh sáng liên tục có tần số
góc ωs (= 2πfs). Ở bộ dao động nội của máy thu, laser phát ra ánh sáng có tần số góc ωLO, nếu ωs = ωLO thì ta có kiểu tách sóng homodyne, ngƣợc lại ta có kiểu tách sóng heterodyne. Dĩ nhiên nếu ở máy phát sử dụng dạng điều chế FSK thì ở máy thu khơng sử dụng tách sóng homodyne.
- Es(t) = As cos(ωst + ϕs), (2.6)
- ELO(t) = ALO cos(ωLOt + ϕLO). (2.7)
Cơng suất của tín hiệu quang tại đầu vào photodiode [10]:
√ , (2.8)
với ωIF = ωs – ωLO là tần số góc của tín hiệu trung tần, Ps và PLO là cơng suất của tín hiệu quang và cơng suất của tín hiệu LO (Ps ≪ PLO), R là đáp ứng của photodiode. Dòng điện thu đƣợc sau photodiode [11]:
√ . (2.9)
Với tách sóng homodyne: ωIF = 0 ⇒ √ . (2.10)
Nếu pha của LO đƣợc khóa với pha của tín hiệu thì ϕs = ϕLO và dịng tín hiệu homodyne: √ . Ta nhớ lại rằng, dịng tín hiệu sau photodiode trong tách sóng trực tiếp (cơng thức 2.4) đƣợc cho bởi I(t) = R.|e(t)|2
= R.Ps(t), Ps(t) là công suất tín hiệu quang trƣớc photodiode. Nếu coi cơng suất tín hiệu quang trung bình là ̅ thì cơng suất tín hiệu điện trung bình (sau photodiode) đƣợc nhân lên với một hệ số 4PLO/ ̅ khi sử dụng tách sóng homodyne, và mức tăng có thể vƣợt quá 20 dB [10]. Nhƣ vậy khi LO có cơng suất đủ lớn ta có thể tăng mức tín hiệu thu đƣợc mà khơng cần bộ tiền khuếch đại, do đó giảm đƣợc nhiễu trong bộ thu quang. Tách sóng Coherent có thể làm tăng độ nhạy của máy thu lên 20 dB so với tách sóng trực tiếp.
Một số hạn chế của hệ thống Coherent cổ điển:
Tần số và pha của laser máy phát phải rất ổn định. Cần có kỹ thuật nhƣ ổn định nhiệt độ của laser ở nhiệt độ thấp 10-2 – 10-3
K để đảm bảo độ ổn định tần số trong khoảng 10-20GHz/K. Điều này đã hạn chế sự phát triển thông tin quang Coherent trong một thời gian dài.
Đồng bộ pha giữa LO của máy thu và máy phát trong trƣờng hợp homodyne rất khó thực hiện, yêu cầu LO phải có độ ổn định tần số cao và mạch OPLL (vịng khóa pha quang) phải có băng thơng đủ lớn để điều chỉnh những sai lệch về tần số và pha giữa laser phát và thu.
Tín hiệu điều chế pha chịu ảnh hƣởng của CD nhiều hơn so với tín hiệu điều chế cơng suất do CD gây sai pha tuyến tính.
Tín hiệu điều chế pha chịu ảnh hƣởng lớn của tính chất phi tuyến của sợi quang thông qua hiệu ứng tự điều chế pha (SPM) và điều chế pha chéo (XPM).
2.2.2 Máy thu trong hệ thống Coherent hiện đại:
Để khắc phục những hạn chế nêu trên, ngƣời ta đã nghiên cứu các kỹ thuật điều chế mới hiệu quả hơn, cùng với đó là chế tạo máy thu Coherent hiện đại với những tính năng tiên tiến.
LO 90o PD1 PD2 PD3 PD4 Tín hiệu thu Đa dạng pha IQ(t) II(t) Giải mã Đánh giá pha Equalizer Phục hồi clock ADC Tín hiệu đã đƣợc giải điều chế