Bù méo tín hiệu sử dụng bộ cân bằng kết hợp FFE và DFE cho hệ thống thông tin quang cự ly ngắn tốc độ cao

Bài viết giới thiệu việc kết hợp bộ cân bằng lan truyền tới (FFE - Feed Forward Equalizer) và bộ cân bằng phản hồi quyết định (DFE - Decision Feedback Equalizer) để cải thiện chất lượng tín hiệu và tăng cự ly truyền dẫn.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bù méo tín hiệu sử dụng bộ cân bằng kết hợp FFE và DFE cho hệ thống thông tin quang cự ly ngắn tốc độ caoTẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 24, Số 1 (2024) BÙ MÉO TÍN HIỆU SỬ DỤNG BỘ CÂN BẰNG KẾT HỢP FFE VÀ DFE CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG CỰ LY NGẮN TỐC ĐỘ CAO Vương Quang Phước Khoa Điện, Điện tử và Công nghệ vật liệu, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Email: vqphuoc@husc.edu.vn Ngày nhận bài: 15/6/2024; ngày hoàn thành phản biện: 18/6/2024; ngày duyệt đăng: 24/6/2024 TÓM TẮT Hệ thống thông tin quang sử dụng phương pháp điều chế cường độ và giải điều chế trực tiếp (IM/DD - Intensity Modulation/Direct Detection) phù hợp cho các ứng dụng cự ly ngắn với yêu cầu đơn giản và chi phí thấp. Tuy nhiên, tương tác giữa tán sắc (CD - Chromatic Dispersion) và giải điều chế trực tiếp gây ra hiện tượng giảm dần công suất, làm méo tín hiệu và giới hạn cự ly truyền dẫn là những thách thức đối với hệ thống IM/DD cự ly ngắn tốc độ cao. Bài báo giới thiệu việc kết hợp bộ cân bằng lan truyền tới (FFE - Feed Forward Equalizer) và bộ cân bằng phản hồi quyết định (DFE - Decision Feedback Equalizer) để cải thiện chất lượng tín hiệu và tăng cự ly truyền dẫn. Các thử nghiệm cho thấy việc sử dụng kết hợp FFE và DFE giúp giảm tỷ lệ lỗi bit và cải thiện hiệu suất truyền thông của hệ thống thông tin quang. Bên cạnh đó, việc điều chỉnh tham số và thuật toán cũng được thảo luận để tối ưu hóa hiệu suất của bộ cân bằng. Từ khóa: Bộ cân bằng FFE, bộ cân bằng DFE, hệ thống thông tin quang, IM/DD1. TỔNG QUAN Trong những năm gần đây, sự phát triển nhanh chóng của các ứng dụng và dịchvụ băng rộng như Internet of Things, Thực tế ảo tăng cường/Thực tế ảo, Điện toán đámmây và sự mở rộng hạ tầng 5G đã thúc đẩy nhu cầu về các liên kết cự ly ngắn trong cáctrung tâm dữ liệu. Về cơ bản, các lưu lượng dữ liệu xuất hiện chủ yếu trong các tuyếnkết nối cự ly ngắn giữa các máy chủ và trung tâm dữ liệu. Và đây cũng trở thành độnglực cho sự phát triển của hệ thống thông tin quang [1], đặc biệt là cho các tuyến quangcự ly ngắn. Khi xét đến các hệ thống truyền dẫn cự ly ngắn sử dụng phương pháp điềuchế cường độ và giải điều chế trực tiếp IM/DD, tán sắc (CD) được xem như là yếu tốquan trọng gây ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống. Tán sắc dẫn đến hiện tượng méotín hiệu, gây ra nhiễu liên ký tự và tăng tỉ lệ lỗi. Bên cạnh đó, sự tương tác giữa tán sắcvà giải điều chế trực tiếp gây ra hiệu ứng giảm dần công suất và dẫn đến tín hiệu tách 63Bù méo tín hiệu sử dụng bộ cân bằng kết hợp FFE và DFE cho hệ thống thông tin quang …sóng có thể chứa các rãnh tần số, giới hạn khoảng cách truyền dẫn của hệ thống thôngtin sợi quang [2]. Để hạn chế các nhược điểm này và nâng cao tốc độ/cự ly truyền dẫn cho hệ thống,một số kỹ thuật cân bằng khác nhau dựa trên xử lý tín hiệu số đã được nghiên cứu chocác hệ thống thông tin quang tầm ngắn trong những năm qua. Xét về các yêu cầu của hệthống cự ly ngắn, bộ cân bằng lan truyền tới FFE [3] có thể được xem là một giải pháphiệu quả để bù cho các suy hao tuyến tính gây ra bởi hiện tượng giới hạn băng thông vàtán sắc, tuy nhiên thực tế triển khai đã chỉ ra FFE lại không hiệu quả trong việc xử lýhiện tượng giảm dần công suất – một hiện tượng không thể tránh khỏi trong các hệthống IM/DD đó là hiện tượng. Để giải quyết vấn đề này, bộ cân bằng phản hồi quyếtđịnh DFE [3] đã được nghiên cứu và triển khai, tuy nhiên, DFE dễ bị ảnh hưởng bởinhiễu, có thể bị lỗi lan truyền và hoạt động không ổn định. Vì vậy, bài báo này trình bày thiết kế và ứng dụng bộ cân bằng cho hệ thốngthông tin quang cự ly ngắn tốc độ cao bằng cách kết hợp sử dụng FFE và DFE. Mục đíchlà tận dụng ưu điểm của cả hai bộ cân bằng và khắc phục các nhược điểm của bộ cânbằng truyền thống, nhằm bù méo tuyến tính và cải thiện chất lượng tín hiệu cho hệ thốngmột cách hiệu quả. Phần còn lại của bài báo này được tổ chức như sau: Phần 2 trình bàyvắn tắt về kỹ thuật IM/DD, hiệu ứng giảm dần công suất và kỹ thuật cân bằng sử dụngkết hợp FFE/DFE. Phần 3 đưa ra mô hình mô phỏng hệ thống thông tin sử dụng kỹ thuậtIM/DD với điều chế PAM4 cho truyền dẫn cự ly ngắn. Phần này cũng thực hiện khảosát nhằm làm rõ vai trò của bộ cân bằng trong việc cải thiện chất lượng hệ thống; bêncạnh đó, một số tham số chính của bộ cân bằng cũng được đánh giá để làm rõ. Cuốicùng, phần 4 đưa ra các kết luận.2. MỘT SỐ KỸ THUẬT XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ CHO HỆ THỐNG IM/DD2.1. Hệ thống thông tin quang sử dụng IM/DD Hình 1. Minh họa về một hệ thống thông tin quang sử dụng kỹ thuật IM/DD. Hệ thống quang sử dụng IM/DD là một trong những công nghệ truyền thôngthông tin quang phổ biến. Nhìn chung, đây là một lựa chọn hấp dẫn cho các ứng dụngthông tin quang cự ly ngắn thỏa mãn yêu cầu đơn giản và chi phí thấp, mặc dù có nhữnghạn chế về tốc độ và hiệu suất so với các phương pháp phức tạp hơn [4]. Về cơ bản, hệ thống IM/DD được mô tả như trong Hình 1. Ở phía thu, bộ điềuchế thực hiện điều chỉnh cường độ của tín hiệu quang. Công nghệ này có thể sử dụngvới nhiều định dạng điều chế khác nhau như NRZ, QAM, CAP [5], DMT [6] hay PAM. 64TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 24, Số 1 (2024)Tuy nhiên, xét về khía cạnh độ phức tạp khi triển khai cũng như năng lượng tiêu thụ,PAM4 vẫn là một lựa chọn tối ưu hơn [7] và đây là định dạng được sử dụng trong quátrình thực hiện các nghiên cứu khảo sát. Tại phía thu, tín hiệu quang được nhận bở ...