Khảo sát hiệu năng của hệ thống thông tin quang WDM - MMW/ROF sử dụng tiền khuếch đại quang và máy thu Coherence

Bài viết đề xuất một mô hình tính toán hiệu năng (SNR, BER) của hệ thống truyền dẫn tín hiệu vô tuyến sóng milimét qua sợi quang ghép kênh theo bước sóng (WDM MMW/RoF) sử dụng bộ tiền khuếch đại quang EDFA và máy thu Coherence.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Khảo sát hiệu năng của hệ thống thông tin quang WDM - MMW/ROF sử dụng tiền khuếch đại quang và máy thu Coherence Nguyễn Văn Tuấn, Nguyễn Văn Điền 120 KHẢO SÁT HIỆU NĂNG CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM MMW/ROF SỬ DỤNG TIỀN KHUẾCH ĐẠI QUANG VÀ MÁY THU COHERENCE INVESTIGATING PERFORMANCE OF WDM MMW/ROF SYSTEM USING OPTICAL PREAMPLIFIER AND COHERENCE RECEIVER Nguyễn Văn Tuấn, Nguyễn Văn Điền Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng; nvtuan@dut.udn.vn, nguyenvandieniuh@gmail.com Tóm tắt - Bài báo đề xuất một mô hình tính toán hiệu năng (SNR, BER) của hệ thống truyền dẫn tín hiệu vô tuyến sóng milimét qua sợi quang ghép kênh theo bước sóng (WDM MMW/RoF) sử dụng bộ tiền khuếch đại quang EDFA và máy thu Coherence. Tiến hành khảo sát các loại nhiễu trội bao gồm nhiễu phát xạ tự phát (ASE) tạo ra từ EDFA, nhiễu trộn bốn bước sóng (FWM) do hệ thống ghép nhiều bước sóng quang và nhiễu từ máy thu Coherence để xác định tỉ số tín hiệu trên nhiễu (SNR), tỉ lệ lỗi bit (BER) của hệ thống. Tiếp đến, viết chương trình bằng Matlab, cho chạy chương trình và vẽ các đồ thị biểu diễn các đặc tính của hệ thống, chẳng hạn BER, SNR theo công suất máy phát, theo số kênh quang, theo độ khuếch đại G của EDFA, theo công suất dao động nội của máy thu Coherence, theo tốc độ bít từng kênh. Kết quả này có thể được sử dụng hiệu quả trong tính toán, thiết kế và khai thác hệ thống nhằm nâng cao dung lượng mà vẫn đảm bảo chất lượng tín hiệu truyền dẫn trong hệ thống. Abstract - In this paper, a calculating model of Milimeter-Wave (MMW) Radio-over-Fiber WDM Fiber Optic Communication System (WDM MMW/RoF) using EDFA preamplifier and Coherence receiver is proposed. We then investigate dominant noises including Amplified Spontaneous Emission (ASE) noise from EDFA, Four Wave Mixing (FWM) noise created by the WDM and receiver’s noise to determine the SNR, BER of this system. After that, we write MatLab-based program and make it run to draw graphs that show system performance, such as BER, SNR versus number of optical channels, transmitter’s power, EDFA’s Gain, oscillator power of Coherence receiver, bit rate of each channel. The results could be used effectively in calculating, designing and exploting the WDM MMW/RoF system to improve the capacity so that signal quality is still ensured in this system. Từ khóa - WDM; RoF; Coherence; ASE; FWM; SNR; BER Key words - WDM; RoF; Coherence; ASE; FWM; SNR; BER 1. Đặt vấn đề Mạng di động 5G và 5G thế hệ tiếp theo đòi hỏi sự cải tiến đáng kể về hiệu suất, công suất, điện năng tiêu thụ, độ trễ, và số người dùng [1]. Hệ thống truyền dẫn tín hiệu vô tuyến qua sợi quang (RoF) kết hợp tính di động của thông tin di động và dung lượng cực lớn của thông tin sợi quang trở thành một trong những giải pháp tiềm năng đáp ứng với yêu cầu cao của mạng di động trong tương lai. Việc áp dụng các công nghệ quang điện hiện đại để tạo, truyền và chuyển đổi các tín hiệu vô tuyến tần số cao (ví dụ dải tần milimét) được coi là một trong những giải pháp đầy hứa hẹn vì nó giúp tăng công suất hệ thống và giảm chi phí, độ trễ, và độ phức tạp của các vị trí anten [2], [3]. RoF đã thu hút sự chú ý của các nhà mạng cho các ứng dụng mạng truy cập thế hệ tiếp theo bao gồm việc truyền thông di động 5G đến truyền tải tín hiệu cáp truyền hình (CATV) hoặc tín hiệu vệ tinh [4]. Nhờ những đặc tính ưu việt của nó, RoF đã và đang sử dụng các tuyến quang có độ tuyến tính cao, góp phần làm giảm số trạm lặp trên đường truyền và phân phối tín hiệu vô tuyến từ trạm trung tâm (CS) tới các trạm gốc (BS) và ngược lại, như được biểu diễn trong Hình 1. Bài báo khảo sát sự kết hợp RoF với kỹ thuật ghép kênh quang phân chia theo bước sóng (WDM) để nâng cao hiệu quả sử dụng băng thông, tăng dung lượng, cung cấp số kênh truyền dẫn đa dạng với các bước sóng khác nhau được truyền trên một sợi quang. Khi hệ thống khảo sát có khoảng cách truyền dẫn dài (chẳng hạn hệ thống RoF truyền dẫn tín hiệu giữa đất liền và các đảo) thì suy hao trên đường truyền rất lớn. Trường hợp này, việc sử dụng máy thu quang Coherence kết hợp bộ khuếch đại EDFA là giải pháp thích hợp với ưu điểm vượt trội so với máy thu tách sóng trực tiếp (DD). Máy thu quang Coherence với bộ dao động nội đặt tại máy thu (cấu hình tiền khuếch đại quang) cho phép tăng công suất tín hiệu đến đầu vào máy thu, bù đắp những tổn hao trên đường truyền, cải thiện độ nhạy máy thu, tăng tốc độ thông tin, đặc biệt là sự linh hoạt trong việc lựa chọn kênh quang trong môi trường đa kênh dựa trên sự thay đổi tần số dao động nội nhằm khôi phục tín hiệu ban đầu [5]. Hệ thống WDM RoF sử dụng bộ khuếch đại EDFA cùng chủ điểm của bài báo đã được khảo sát trong những năm gần đây, chẳng hạn [10], tuy nhiên các tác giả mới chỉ khảo sát khoảng cách truyền dẫn đến 100 km và chưa đề cập máy thu Coherence trong hệ thống, đồng thời chỉ sử dụng phần mềm Optisystem mô phỏng chứ chưa xây dựng mô hình tính toán SNR và BER. Bài báo [11] khảo sát ảnh hưởng của một số loại khuếch đại quang như SOA, EDFA, Raman đến đặc tính của hệ thống WDM/SCM RoF và tìm độ khuếch đại phù hợp để nâng cao đặc tính của hệ thống. Tuy nhiên, các tác giả cũng chưa đề cập và chưa khảo sát máy thu Coherence để nâng cao khoảng cách truyền dẫn. Khác với các bài báo cùng chủ điểm, nội dung của bài báo này tập trung phân tích, đánh giá ảnh hưởng của các loại nhiễu đến hiệu năng SNR, BER của hệ thống WDM Hình 1. Mô hình hệ thống RoF tiêu biểu ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(126).2018, Quyển 1 MMW/RoF sử dụng EDFA và máy thu Coherence. 2. Mô hình tính toán và tỉ số công suất tín hiệu trên nhiễu SNR, tỉ lệ lỗi bit BER Mô hình tính toán của hệ thống truyền dẫn tín hiệu vô tuyến qua sợi quang ghép kênh theo bước sóng (WDM MMW/RoF) sử dụng bộ tiền khuếch đại quang EDFA và máy thu Coherence được biểu diễn như Hình 2. Với m = 121 E i (t ) A là hệ số điều chế. Phổ của tín hiệu Eo quang sau khi điều chế được biểu diễn như Hình 3. Đây là kiểu điều chế AM hai biên (DSB) c ...