CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG KHỐI XỬ LÝ MÀO ĐẦU DỰA TRÊN KỸ THUẬT
4.2 MÔ HÌNH CẤU TRÚC KHỐI XỬ LÝ MÀO ĐẦU TOÀN QUANG DỰA TRÊN MPPM (MPPM-HP)
4.2.2 Các khối chức năng con trong MPPM-HP
4.2.2.1 Khối tách định thời (CEM)
Hình 4.4 đưa ra sơ đồ của CEM gồm 2 chuyển mạch SMZ nối tầng, chuyển mạch SMZ được sử dụng là chuyển mạch SMZ với xung điều khiển không cân bằng và coupler không đối xứng đã được đề xuất trong chương 2 của luận án. Gói tin đến được đưa trực tiếp vào SMZ-1 sau khi được làm trễ một khoảng TSW/2. Hai phiên bản gói đến được khuếch đại (GCP), một không làm trễ và một được làm trễ một khoảng TSW, lần lượt đưa vào các xung điều khiển CP1 và CP2. Các tín hiệu điều khiển và gói
vào ở trạng thái phân cực trực giao (nhờ bộ PC), được đưa đến SMZ và được tách riêng nhờ bộ tách tia phân cực (PBS) tại đầu ra SMZ.
Khi không có các xung điều khiển CP (CP1 và CP2) ở các vị trí (b) và (d) thì SMZ-1 sẽ ở trạng thái cân bằng (cả pha và hệ số khuếch đại của SOA là giống nhau) dẫn đến không có tín hiệu ở cổng đầu ra (e).
Khi có các xung điều khiển CP thì SMZ-1 sẽ ở trạng thái không cần bằng và bộ trễ quang có độ trễ bằng TSW, thì tín hiệu đầu vào sẽ xuất hiện ở cổng đầu ra (e).
Thời gian trễ TSW được chọn nhỏ hơn một chu kỳ bit Tb, nên chỉ tách ra bit định thời nhờ sử dụng SMZ-1.
Hình 4.4: Tách định thời dựa trên 2 chuyển mạch SMZ nối tầng [26],[41].
Gói tin đến gồm có một xung định thời ở đầu như hình 4.5. Khi xung thứ nhất (xung định thời) của các xung điều khiển CP đến, hệ số khuếch đại của các SOA trong SMZ-1 sẽ giảm xuống. Tuy nhiên, vì cả hai xung điều khiển CP được khuếch đại chứa các bít ngẫu nhiên 0 và 1, nên hệ số khuếch đại SOA bắt đầu hồi phục trong khoảng bit 0 vì không có mặt các xung điều khiển CP. Các bit 1 liên tiếp trong các xung điều khiển CP lại tạo ra cửa sổ chuyển mạch (SW) dư mới, nên cho phép nó
xuất hiện ở đầu ra của SMZ-1 theo sau bit định thời được tách, như ở vị trí (e). Tuy nhiên, cường độ của các bit 1 dư này nhỏ hơn cường độ của bit định thời tách do thời gian hồi phục hệ số khuếch đại SOA là lớn hơn nhiều so với Tb trong các mạng tốc độ cao (nghĩa là, Tb khoảng ps) dẫn đến là quá trình khuếch đại trong cửa sổ chuyển mạch (SW) dư nhỏ.
Hình 4.5: Dạng ghép thời gian và mã nhị phân gói quang với xung định thời (1 bit), mào đầu (5 bit) và tải trọng.
Để nén các tín hiệu dư ở đầu ra của SMZ-1 và đạt được CR (Contrast Ratio) cao hơn, sẽ sử dụng một SMZ nối tầng (SMZ-2 với SMZ-1). Các tín hiệu định thời được tách từ SMZ-1 được sử dụng trong SMZ-2 với cấu hình đầu vào/ điều khiển giống như trong SMZ-1 ngoại trừ chọn các công suất điều khiển/ đầu vào khác nhau.
Các xung điều khiển CP (ở điểm (f) và (h)) trong SMZ-2 sẽ tạo ra một cửa sổ chuyển mạch (SW) chính để tách xung định thời với cường độ cao tại đầu ra của SMZ-2. Lưu ý là do các tín hiệu dư có cường độ nhỏ xuất hiện ở các cổng đầu vào (ở (g)) và cổng điều khiển của SMZ-2, nên hệ số khuếch đại của cửa sổ chuyển mạch (SW) chính sẽ lớn hơn nhiều so với hệ số khuếch đại của các cửa sổ chuyển mạch (SW) dư mới được tạo ra. Kết quả là cường độ của tín hiệu dư tại đầu ra CEM, như vị trí (i), sẽ giảm so với xung định thời được tách.
Chất lượng của các SMZ được đánh giá qua tham số CR. Để khảo sát CR của CEM sử dụng phần mềm OptiSystem để mô phỏng, các tham số của khối CEM và SOA được chọn như trong bảng 4.1. Gói phát gồm các xung Gausian cho các bit định thời và tải trọng. Băng bảo vệ gói khoảng 0.4 ns để hồi phục hệ số khuếch đại SOA.
Hệ số khuếch đại của mô hình SOA được giả thiết là độc lập phân cực. Hình 4.6(a) biểu thị các gói tại đầu vào của CEM. Xung định thời sau khi tách và các tín hiệu dư ở đầu ra của SMZ-1 được đưa ra trên hình 4.6(b) với các giá trị GCP = 9dB và TSW = 6ps. Trong tập các xung dư trải ra một vài khoảng bit, do các SW dư có hệ số khuếch
Mào đầu Ckl (Header) Tải trọng
(Payload)
đại nhỏ hơn của SMZ-1. CR đạt được là khoảng 5dB. Hình 4.6(c) đưa ra xung định thời tách cường độ cao tại đầu ra của SMZ-2 (đầu ra của CEM). CR được cải thiện rất nhiều bằng khoảng 18dB. Như vậy, các tín hiệu dư đã được loại bỏ nhờ sử dụng các SMZ nối tầng.
Bảng 4.1: Các tham số của CEM.
Tham số Các giá trị
Tốc độ bit dữ liệu đầu vào Chu kỳ bit- Tb
Băng bảo vệ gói
Công suất (đỉnh) xung dữ liệu Độ rộng xung dữ liệu- FWHM
Bước sóng quang - (tương ứng tần số quang f) Độ rộng cửa sổ chuyển mạch quang- TSW
Hệ số khuếch đại bộ khuếch đại của SMZ-1 - GCP
Suy hao SMZ-2 Chiều dài SOA – LSOA
Chiều rộng SOA – WSOA
Chiều cao SOA – HSOA
Hệ số giam hãm -
Suy hao tán xạ ống dẫn sóng - α Hệ số khuếch đại vi phân - Ag
Mật độ hạt mang tại điểm truyền qua - N0
Hệ số mở rộng đường phổ - LEF
Hệ số tái kết hợp - RA
Hệ số tái kết hợp - RB
Hệ số tái kết hợp - RC
Mật độ hạt mang ban đầu- Ni Dòng bơm DC hiệu dụng - Ip
80 Gbit/s 12,5 ps 0.4 ns 0 dBm 3 ps
1554nm (193.05 THz) 6 ps
9 dB 12 dB
500 x 10-6 m 3x 10-6 m 80 x 10-6 m 0,2
40×102 m-1 2,8×10-20 m2 1,4×1024 m-3 4
1,43 × 10-8 s-1 1 × 10-16 m3s-1 3 × 10-41 m6s-1 3×1024 m-3 0,15 A
Đối với SMZ-1 với GCP= 3dB thì CR nhận được là nhỏ nhất (<5,9 dB). CR sẽ được cải thiện khi tăng giá trị GCP và tăng công suất đỉnh xung gói đầu vào. Tuy nhiên, khi tăng GCP lớn hơn 21 dB thì CR không được cải thiện nhiều lắm (chỉ đạt được xấp xỉ 11 dB). Đối với CEM, rõ ràng CR được cải thiện đáng kể khi tăng GCP
và tăng công suất đỉnh xung gói đầu vào. CR đạt được giá trị lớn nhất khoảng 27,9 dB nếu GCP và công suất đỉnh xung gói tương ứng bằng 15dB và 1mW. Tuy nhiên, nếu tăng GCP (>21 dBm) hoặc năng lượng đầu vào thì sẽ làm cho CR giảm đi.
(a)
(b) (c)
Hình 4.6: (a) Các gói dữ liệu đầu vào, (b) xung định thời tách tại đầu ra SMZ-1, (c) xung định thời tách tại đầu ra SMZ-2 với tín hiệu dư đã được khử.
Tỉ số CR phụ thuộc vào công suất đỉnh của xung gói đầu vào với các giá trị GCP khác nhau cho SMZ-1 và khối CEM như đưa ra trên hình 4.7.
Hình 4.7: Sự phụ thuộc của CR theo công suất đỉnh xung gói vào với các giá trị GCP khác nhau.