Khảo sát được tiến hành với các thông số được thiết lập như sau: (i) kênh truyền với tổng chiều dài 1040km gồm 13 chặng, mỗi chặng dài 80km (40 km SSMF và 40 km DCF) được bù tán sắc và suy hao hoàn toàn, trong đó, EDFA có hệ
số nhiễu (noise figure – NF) là 3dB; (ii) hai dạng xung được khảo sát là NRZ- DQPSK và RZ-DQPSK; (iii) công suất phát của laser sẽ được thay đổi sao cho sợi quang hoạt động cả trong vùng tuyến tính (khi công suất thấp) lẫn trong vùng phi tuyến (khi công suất cao). Đối với xung NRZ-DQPSK, ngưỡng phi tuyến là 5mW (khoảng 7dBm), trong khi, đối với dạng xung RZ-DQPSK, ngưỡng này là 10mW (khoảng 10dBm) vì xung NRZ có công suất trung bình cao gấp 2 lần công suất trung bình của xung RZ.
5.2.1. Hệ thống không dùng bộ cân bằng 5.2.1.1. Tín hiệu NRZ-DQPSK
Hình 5.2.1 cho thấy kết quả khảo sát BER theo công suất phát của tín hiệu NRZ-DQPSK ứng với trường hợp không dùng bộ cân bằng.
Hình 5.2.1: BER theo công suất phát đối với xung NRZ-DQPSK khi không dùng bộ cân bằng
Nhận xét: Từ kết quảở Hình 5.2.1, ta có nhận xét sau:
− Trong vùng công suất phát từ -2dBm đến 2dBm, hoạt động của hệ thống có thể đáng tin cậy vì BER đạt từ 10-9 trở xuống.
− 0dBm là mức công suất phát tối ưu cho hệ thống (BER=1e-14).
5.2.1.2. Tín hiệu RZ-DQPSK
Hình 5.2.2 cho thấy kết quả khảo sát BER theo công suất phát của tín hiệu RZ-DQPSK ứng với trường hợp không dùng bộ cân bằng.
Hình 5.2.2: BER theo công suất phát đối với xung RZ-DQPSK khi không dùng bộ cân bằng
Nhận xét: Từ kết quảở Hình 5.2.2, ta có nhận xét sau:
− Trong vùng công suất phát từ 1dBm đến 9dBm, hoạt động của hệ thống có thể đáng tin cậy vì BER đạt từ 10-10 trở xuống.
− 7dBm là mức công suất phát tối ưu cho hệ thống (BER khoảng 1e-41). Hai kết quảở Hình 5.2.1 và 5.2.2 cho thấy, xung RZ-DQPSK cho chất lượng tốt hơn vì:
− BER có thể đạt mức thấp hơn 10-9 rất nhiều (10-41 so với 10-14)
5.2.2. Hệ thống dùng bộ cân bằng 5.2.2.1. Tín hiệu NRZ-DQPSK
Kết quả khảo sát BER theo công suất phát của tín hiệu NRZ-DQPSK khi dùng lần lượt 1 bộ cân bằng bậc đơn vị (1,1): 1 LMS DFE, 1 RLS DFE, 1 Variable step-size LMS DFE, 1 Sign-regressor LMS DFE (Hình 5.2.3) và dùng lần lượt 4 bộ
cân bằng bậc đơn vị (1,1) mắc song song: 4 LMS DFE parrallel, 4 RLS DFE parrallel, 4 Variable step-size LMS DFE parrallel, 4 Sign-regressor LMS DFE parrallel (Hình 5.2.4). Hình 5.2.3 và 5.2.4 được dùng để so sánh hiệu quả của 4 thuật toán LMS, Variable step-size LMS, sign-regressor LMS và RLS.
Hình 5.2.3: BER theo công suất phát của tín hiệu NRZ-DQPSK khi dùng lần lượt 1 bộ cân bằng bậc đơn vị (1,1): 1 LMS DFE, 1 RLS DFE, 1 Variable step-
size LMS DFE, 1 Sign-regressor LMS DFE
Hình 5.2.4: BER theo công suất phát của tín hiệu NRZ-DQPSK khi dùng lần lượt 4 bộ cân bằng bậc đơn vị (1,1) mắc song song: 4 LMS DFE parrallel, 4 RLS DFE parrallel, 4 Variable step-size LMS DFE parrallel, 4 Sign-regressor
Nhận xét: Từ hai Hình 5.2.3 và 5.2.4, ta thấy
− Hệ thống đạt chất lượng BER tốt nhất với các bộ cân bằng dùng thuật toán RLS (đường màu xanh lá cây). Thuật toán này có thể cho BER tốt ngay cả
khi công suất phát vượt ngưỡng tuyến tính (>7dBm).
− Thuật toán LMS cho BER tốt khi công suất phát nằm trong vùng tuyến tính nhưng chất lượng BER lại bị xấu đi rõ rệt khi công suất tăng cao và hệ thống hoạt động không tin cậy khi công suất phát ở lân cận ngưỡng phi tuyến (6dBm cho DFE bậc đơn vị và 7dBm cho 4 DFE mắc song song). Nguyên nhân là do các trọng số của lọc được cập nhật phụ thuộc quá nhiều vào công suất của tín hiệu làm cho yếu tố hiệu chỉnh sai (misadjustment) tăng khi công suất ngày càng tăng.
− Có thể dễ dàng nhận thấy chất lượng của hệ thống khi công suất phát ở mức cao được cải thiện hơn khi dùng các thuật toán LMS cải tiến sign-regressor LMS và variable step size LMS. Sign-regressor LMS hay sign data không phụ thuộc nhiều vào công suất tín hiệu nên có thể làm cho hệ thống hoạt động ổn định ngay cả khi công suất đạt mức cao nhưng nhìn chung BER có được từ thuật toán này là không cao do việc lấy dấu (sign) tín hiệu khi cập nhật trọng số lọc. Đối với thuật toán variable step size LMS, mặc dù các trọng số lọc phụ thuộc vào công suất tín hiệu nhưng bù lại, kích cỡ bước nhảy (step-size) cho mỗi lần cập nhật lại có thể thay đổi được.
Hình 5.2.5 cho thấy kết quả khảo sát BER theo công suất phát của tín hiệu NRZ-DQPSK khi dùng bộ cân bằng. Nhìn chung, ở mức công suất phát thấp, các bộ
cân bằng bậc đơn vị cho chất lượng tốt hơn 4 bộ cân bằng đơn vị này khi được mắc song song xét trên cùng 1 thuật toán, nhưng ở mức công suất tăng cao thì chất lượng của 2 kỹ thuật cân bằng này là như nhau. Nguyên nhân sẽ được giải thích ở mục 5.3-kết quả khảo sát BER theo tán sắc.
Đối với xung dạng NRZ-DQPSK, công suất là không đổi trong suốt chu kì ký tự (symbol) nên công suất phát ảnh hưởng rất nhiều. Hơn nữa, khi công suất phát vượt ngưỡng phi tuyến, hiệu ứng tự điều pha SPM thay đổi pha tín hiệu theo công
suất. Đối với dạng điều chế phụ thuộc vào nhiều vào pha tín hiệu như DQPSK, tác động này lại càng lớn.
Hình 5.2.5: BER theo công suất phát của tín hiệu NRZ-DQPSK khi dùng bộ cân bằng
5.2.2.2. Tín hiệu RZ-DQPSK
Kết quả khảo sát BER theo công suất phát của tín hiệu RZ-DQPSK khi dùng lần lượt 1 bộ cân bằng bậc đơn vị (1,1): 1 LMS DFE, 1 RLS DFE, 1 Variable step- size LMS DFE, 1 Sign-regressor LMS DFE (Hình 5.2.6) và dùng lần lượt 4 bộ cân bằng bậc đơn vị (1,1) mắc song song: 4 LMS DFE parrallel, 4 RLS DFE parrallel, 4 Variable step-size LMS DFE parrallel, 4 Sign-regressor LMS DFE parrallel (Hình 5.2.7). Hình 5.2.6 và 5.2.7 được dùng để so sánh hiệu quả của 4 thuật toán LMS, Variable step-size LMS, sign-regressor LMS và RLS.
Hình 5.2.6: BER theo công suất phát của tín hiệu RZ-DQPSK khi dùng lần lượt 1 bộ cân bằng bậc đơn vị (1,1): 1 LMS DFE, 1 RLS DFE, 1 Variable step-
size LMS DFE, 1 Sign-regressor LMS DFE
Hình 5.2.7: BER theo công suất phát của tín hiệu RZ-DQPSK khi dùng lần lượt 4 bộ cân bằng bậc đơn vị (1,1) mắc song song: 4 LMS DFE parrallel, 4 RLS DFE parrallel, 4 Variable step-size LMS DFE parrallel, 4 Sign-regressor
− Ở mức công suất phát thấp, thuật toán LMS cho chất lượng tốt nhất nhưng khi công suất phát ở mức cao, thuật toán này trở nên không còn hiệu quả;
− Các kết quả cho các bộ cân bằng dùng thuật toán còn lại vẫn như trong trường xung NRZ-DQPSK. Trong đó, có thể dễ dàng nhận thấy được sự cải thiện đáng kể về BER của các thuật toán LMS: chúng có thể chịu được mức công suất vượt ngưỡng phi tuyến khoảng hơn 1dBm so với xung dạng NRZ- DQPSK mặc dù xung RZ nhạy với các hiệu ứng phi tuyến [31].
− Các bộ cân bằng dùng thuật toán sign-regressor LMS và variable step-size LMS chịu được mức phi tuyến cao (lớn hơn 13dBm đối với sign-regressor LMS và lớn hơn 12dBm đối với variable step-size LMS).
Hình 5.2.8: BER theo công suất phát của tín hiệu RZ-DQPSK khi dùng bộ cân bằng
Hình 5.2.8 cho thấy kết quả khảo sát BER theo công suất phát của tín hiệu RZ-DQPSK khi dùng bộ cân bằng. Nhìn chung, ở mức công suất phát thấp, 1 bộ
mắc song song khi xét trên cùng 1 loại thuật toán, nhưng ở mức công suất tăng cao thì chất lượng của 2 kỹ thuật cân bằng này ở mức tương đương nhau.
Đối với xung dạng RZ-DQPSK, công suất được phân bố không đều: lớn nhất tại giữa chu kì ký tự (symbol) và giảm dần ở hai bên nên giảm được sự tác động của hiệu ứng phi tuyến vào tín hiệu. Mặc dù pha tín hiệu cũng sẽ bị thay đổi dưới tác động của SPM nhưng mức tác động này là nhỏ hơn so với xung dạng NRZ-DQPSK. Do vậy, xung RZ-DQPSK cho chất lượng tốt hơn xung NRZ-DQPSK.
Hình 5.2.9, 5.2.10 và 5.2.11 biểu diễn các giản đồ đồ mắt của tín hiệu RZ- DQPSK thu được tại kênh I với mức công suất phát đỉnh của laser là 4 dBm. BER thu được từ các giản đồ mắt theo phương pháp tính xác suất như đã được trình bày
ở Chương 2 là: BER=6.7749e-022 khi không dùng bộ cân bằng, BER bằng 0, 0, 0, và 1.0447e-275 lần lượt cho 1 LMS DFE, 1 RLS DFE, 1 Variable step-size LMS DFE, và 1 Sign-regressor LMS DFE; và BER bằng 2.6283e-296, 6.7919e-179, 1.0075e-096, 4.8278e-112 cho lần lượt cho 4 LMS DFE parrallel, 4 RLS DFE parrallel, 4 Variable step-size LMS DFE parrallel, và 4 Sign-regressor LMS DFE parrallel.
(a) (b)
(c) (d)
Hình 5.2.10: Giản đồ mắt của tín hiệu ở kênh I khi lần lượt dùng 1 bộ cân bằng bậc đơn vị (1,1): (a) 1 LMS DFE, (b) 1 RLS DFE, (c) 1 Variable step-size LMS
(a) (b)
(c) (d)
Hình 5.2.11: Giản đồ mắt của tín hiệu ở kênh I khi lần lượt dùng 4 bộ cân bằng bậc đơn vị (1,1) mắc song song (a) 4 LMS DFE parrallel, (b) 4 RLS DFE parrallel, (c) 4 Variable step-size LMS DFE parrallel, (d) 4 Sign LMS DFE
5.3. KẾT QUẢ KHẢO SÁT BER THEO TÁN SẮC
Khảo sát được tiến hành với các thông số được thiết lập như sau: (i) kênh truyền, ngoài 1040km được bù tán sắc và suy hao hoàn toàn như ở mục 5.2, một chặng cuối cùng, được bù tán sắc không hoàn toàn giữa SSMF và DCF, được chèn thêm vào; (ii) hai dạng xung được khảo sát là NRZ-DQPSK và RZ-DQPSK; (iii) công suất phát của laser sẽ được giữ cố định tại mức công suất tối ưu đối với xung NRZ-DQPSK (0dBm) và RZ-DQPSK (7dBm). Chặng cuối được thiết lập như sau: lần lượt cho chiều dài của sợi SSMF tăng dần trong khi chiều dài của sợi DCF được giữ bằng 0 và ngược lại. Khi đó, hệ số tán sắc DSSMF sẽ lớn dần trong khi DDCF = 0 và ngược lại, DDCF sẽ nhỏ dần (vì DDCF âm) trong khi DSSMF = 0.
5.3.1. Hệ thống không dùng bộ cân bằng 5.3.1.1. Tín hiệu NRZ-DQPSK
Hình 5.3.1 cho thấy kết quả khảo sát BER theo tán sắc của tín hiệu NRZ- DQPSK khi không dùng bộ cân bằng.
Hình 5.3.1: BER theo tán sắc của tín hiệu NRZ-DQPSK khi không dùng bộ cân bằng.
− Khi không dùng bộ cân bằng, chiều dài bù tán sắc chênh lệch lớn nhất mà hệ
thống còn hoạt động tin cậy là khoảng 800 m. So với lý thuyết khi dùng công thức 1052 . D L D B = [9] với D là hệ số tán sắc (= 17ps/nm.km), B là tốc độ bit (= 100Gb/s), thì chiều dài tán sắc LD đạt 600m. Điều này cho thấy hệ thống được xây dựng tốt.
5.3.1.2. Tín hiệu RZ-DQPSK
Hình 5.3.2 cho thấy kết quả khảo sát BER theo tán sắc của tín hiệu RZ- DQPSK khi không dùng bộ cân bằng.
Hình 5.3.2: BER theo tán sắc của tín hiệu RZ-DQPSK khi không dùng bộ cân bằng.
Nhận xét: từ Hình 5.3.2, ta thấy
− Khi không dùng bộ cân bằng, chiều dài bù tán sắc chênh lệch lớn nhất mà hệ
thống còn hoạt động tin cậy là khoảng 1600 m.
− Rõ ràng, xung RZ-DQPSK chịu được tán sắc tốt hơn xung NRZ-DQPSK.
− Trong thực hành, khi BER tiến đến 1e-15 hay 1e-18 là coi như lỗi tự do (error free) nên những BER nhỏ dưới 1e-15 là có thể coi như tương đương.
5.3.2. Hệ thống dùng bộ cân bằng 5.3.2.1. Tín hiệu NRZ-DQPSK 5.3.2.1. Tín hiệu NRZ-DQPSK
Kết quả khảo sát BER theo tán sắc của tín hiệu NRZ-DQPSK khi dùng lần lượt 1 bộ cân bằng bậc đơn vị (1,1): 1 LMS DFE, 1 RLS DFE, 1 Variable step-size LMS DFE, 1 Sign-regressor LMS DFE (Hình 5.3.3) và dùng lần lượt 4 bộ cân bằng bậc đơn vị (1,1) mắc song song: 4 LMS DFE parrallel, 4 RLS DFE parrallel, 4 Variable step-size LMS DFE parrallel, 4 Sign-regressor LMS DFE parrallel (Hình 5.3.4). Hình 5.3.3 và 5.3.4 được dùng để so sánh hiệu quả của 4 thuật toán LMS, Variable step-size LMS, sign-regressor LMS và RLS.
Hình 5.3.3: BER theo tán sắc của tín hiệu NRZ-DQPSK khi dùng lần lượt 1 bộ cân bằng bậc đơn vị (1,1): 1 LMS DFE, 1 RLS DFE, 1 Variable step-size LMS
DFE, 1 Sign-regressor LMS DFE
Nhận xét: Từ hai Hình 5.3.3 và 5.3.4, ta thấy
− Đối với các thuật toán RLS, hệ thống hoạt động đáng tin cậy với chiều dài bù tán sắc chênh lệch lớn nhất lớn hơn 360km.
− Đối với các thuật toán loại LMS, hệ thống chịu đựng được tán sắc trong phạm vi ngắn hơn: với LMS là 280km, với variable step-size LMS là 310km và v i sign-regressor LMS là 330km.
Hình 5.3.4: BER theo tán sắc của tín hiệu NRZ-DQPSK khi dùng lần lượt 4 bộ cân bằng bậc đơn vị (1,1) mắc song song: 4 LMS DFE parrallel, 4 RLS DFE parrallel, 4 Variable step-size LMS DFE parrallel, 4 Sign-regressor LMS DFE
parrallel
So sánh giữa hiệu quả của việc dùng 1 bộ cân bằng bậc đơn vị với 4 bộ cân bằng bậc đơn vị được chỉ ra ở Hình 5.3.5. Hình này là hình vẽ được tổng hợp từ hai Hình 5.3.3 và 5.3.4. Hình 5.3.5 cho thấy kết quả khảo sát BER theo tán sắc của tín hiệu NRZ-DQPSK khi dùng bộ cân bằng.
Nhìn chung, 1 bộ cân bằng bậc đơn vị cho chất lượng tốt hơn 4 bộ cân bằng bậc đơn vị mắc song song khi xét trên cùng một thuật toán. Tuy nhiên, mức độ tán sắc mà hệ thống chịu được đối với 2 kỹ thuật này là như nhau. Nguyên nhân là do khi DFE được dùng thì thành phần hồi tiếp có nhiệm vụ loại bỏ phần méo của kí tự
hiện tại dựa vào kí tự được tách ra trước đó, nhưng khi 4 DFE mắc song song được dùng thì thành phần hồi tiếp này sẽ loại phần méo (nếu có) của kí tự hiện tại dựa vào kí tự trước kí tự hiện tại 4 kí tự thay vì là kí tự kề trước đó. Đây là giải thích chung cho lý do tại sao chất lượng của bộ cân bằng đơn lại tốt hơn bộ cân bằng dùng kỹ thuật song song.
Hình 5.3.5: BER theo tán sắc của tín hiệu NRZ-DQPSK khi dùng bộ cân bằng 5.3.2.1. Tín hiệu RZ-DQPSK
Hình 5.3.6: BER theo tán sắc của tín hiệu RZ-DQPSK khi dùng lần lượt 1 bộ cân bằng bậc đơn vị (1,1): 1 LMS DFE, 1 RLS DFE, 1 Variable step-size LMS
Hình 5.3.7: BER theo tán sắc của tín hiệu RZ-DQPSK khi dùng lần lượt 4 bộ cân bằng bậc đơn vị (1,1) mắc song song: 4 LMS DFE parrallel, 4 RLS DFE parrallel, 4 Variable step-size LMS DFE parrallel, 4 Sign-regressor LMS DFE
parrallel
Kết quả khảo sát BER theo tán sắc của tín hiệu RZ-DQPSK khi dùng lần lượt 1 bộ cân bằng bậc đơn vị (1,1): 1 LMS DFE, 1 RLS DFE, 1 Variable step-size LMS DFE, 1 Sign-regressor LMS DFE (Hình 5.3.6) và dùng lần lượt 4 bộ cân bằng bậc đơn vị (1,1) mắc song song: 4 LMS DFE parrallel, 4 RLS DFE parrallel, 4 Variable step-size LMS DFE parrallel, 4 Sign-regressor LMS DFE parrallel (Hình 5.3.7). Hình 5.3.6 và 5.3.7 được dùng để so sánh hiệu quả của 4 thuật toán LMS, Variable step-size LMS, sign-regressor LMS và RLS.
Nhận xét: Từ hai Hình 5.3.6 và 5.3.7, ta thấy
− Đối với các thuật toán RLS, hệ thống hoạt động đáng tin cậy với chiều dài bù tán sắc chênh lệch lớn nhất lớn hơn 360km.
− Đối với các thuật toán loại LMS, hệ thống chịu đựng được tán sắc trong phạm vi ngắn hơn: với LMS là 280km, với variable step-size LMS là 320km và với sign-regressor LMS là 353km.
So sánh giữa hiệu quả của việc dùng 1 bộ cân bằng bậc đơn vị với 4 bộ cân bằng bậc đơn vị được chỉ ra ở Hình 5.3.8. Hình này là hình vẽ tổng hợp của 2 Hình