Chương 4

4.5 Những Giải Pháp Nâng Cao Chất Lượng Hệ Thống4.5.1 Chất lượng của hệ thống thông tin quang kết hợp theo các phương pháp điều chế và giải điều chế khác nhau.. 4.5.1 Chất lượng của hệ t

Trang 1

Chương 4: Hệ Thống Thông Tin Quang Kết Hợp

NHÓM 1

Trang 2

4.1.1 Khái niệm hệ thống thông tin quang kết hợp

 Khái niệm hệ thống thông tin quang kết hợp dùng để chỉ sựu đòi hỏi cao về tính kết hợp thời gian của nguồn phát quang laze và độ kết hợp về không gian trong bộ tách sóng quang khi trộn tín hiệu quang

và tín hiệu quang nội

 Vào những năm 70, người ta chứng minh có thể đổi tần tiến hiệu

quang trên hệ thống

 Vào những năm 80, công nghệ chế tạo sợi quang đã đáp ứng được yêu cầu để truyền tín hiệu Công nghệ laze cũng có bước tiến dài Vì thế nghiên cứu về truyền thông tin quang kết hợp đã cố những thành tựu Nhiều hãng đã aspp dụng công nghệ này để nâng cao khả năng truyền và tốc độ truyền, kéo dài cựu ly truyền

Trang 3

 Hiện nay kỹ thuật điều chế cường độ và giải điều chế trực tiếp có đặc điểm:

 Cường độ ánh sáng bức xạ laze được điều chế trực tiếp từ dòng điện vào

 Không sử dụng pha để truyền sóng

 Tách sóng trực tiếp được thực hiện ở máy thu quang., được tách ra ở băng tần cơ sở mà không có bất kỳ xử lý hoặc biến đổi nào

Trang 4

 Hệ thống thông tin quang kết hợp có đặc điểm:

 Tín hiệu thông tiin được điều chế ở ở phía phát với mức yêu cầu cao

về độ rộng phổ tín hiệu độ ổn định tần sosoo

 Độ phân cực được giữ nguyên trong quá trình truyền

 Trước khi tách sóng, nó được trộn với băng tần nội trước khi qua

photoddiot

Trang 5

Ưu điểm

 Nâng cao độ nhạy máy thu

 Nâng cao khả năng truyền dẫn

 Nâng cao khả năng lựa chọn kênh

 Kết hợp thu coherrent với kỹ thuật khuếch đại quang

Trang 6

Mô hình hệ thống thông tin quang kết hợp

Trang 7

Bộ khuếch đại công suất.

Bộ điều khiển công suất

Trang 8

 Laze hoạt động ở chế độ đơn mode có độ rộng phổ hẹp.

 Thường dùng là laze DFB có độ rông 0,1 nm

 Laze cộng hưởng hoặc laze cách tử có độ rộng phổ khoảng 10: 100 MHz

 Các loại laze đa mode không thích hợp cho hệ thống này

 Để đảm bảo hệ thống ổn định, cần thực hiện trong môi trường nhiệt

độ ổn định và có thể thêm bộ điều chỉnh công suất tự động

Trang 9

 Bộ điều chế ngoài có thể được thực hiện theo hai phương án sau:

 Điều khiển dòng nội xạ của nguồn laze, sử dụng trong khóa dịch tần số

 Điều chế trường quang phát từ nguồn laze bằng các thiết bị thích hợp trong hệ thống ASK

 Trong bộ điều biến cần có cách ly quang và sợi quang nhằm chắn phải xạ quang gây mất ổn định sóng mang quang

Trang 10

b) Phía thu.

 Bộ thu bao gồm:

 Bộ trộn quang laze dao động nội photodiot

 Bộ tiền khuếch đại

 Bộ điều chế giải trung tần

 Mạch quyết định

Trang 11

 Bộ trộn quang là thiết bị gồm 4 cửa tương tự như ghép hướng siêu cao tần.

 Gồm một tín hiệu đầu vào và một sóng dao động nội được cộng tuyến tính với nhau

 Có thể được cấu tạo từ hai gương bán phản xạ, hai lăng kính ghép lại, hay bộ ghép sợi quang nóng chảy

 Độ lệch giữa các trạng thái phân cực có thể ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống

Trang 12

 Laze dao động nội tương tự phần phát tuy nhiên có điểm khác là:

 Trong laze dao động nội có khả năng điều chỉnh tần số phát trong một khoảng rộng để đảm bảo tần số tín hiệu ổn định

Trang 13

4.2 Nguyên lý hoạt động

Trang 14

Giả sử trường điện từ tín hiệu có dạng:

Trang 15

4.4 Điều khiển phân cực

4.4.1 Yêu cầu về trạng thái phân cực của thông tin coherent

 Một yêu cầu quang trọng của HTTQ Coherent là sóng của tín hiệu

và bộ dao động nội đưa đến mặt photodiode phải có cùng phân cực, nếu không cùng phân cực sẽ làm ảnh hưởng đến biên độ và pha ở đầu ra

 Các ảnh hưởng biên độ:

Trang 16

4.4.1 Yêu cầu về trạng thái phân cực của thông tin coherent

 Các ảnh hưởng về pha:

 Ở đây: và được biểu thị bằng bB, () () là các thành phần đến của dao động nội dọc theo trục x và y tương ứng, là độ lệch pha



Trang 17

4.4.2 Các phương pháp điều khiển phân cực:

4.4.2.1 Sử dụng các sợi duy trì phân cực:

 Thông thường sợi đơn mode truyền theo hai mode phân cực trực giao nhau, nhưng thực tế cấu tạo vật liệu không hoàn hảo làm cho

sự phân cực ở đầu ra bị biến đổi

 Vì vậy, người ta thường áp dụng một số biện pháp để đạt được các sợi bảo toàn được phân cực như sau:

 Phương pháp 1: sản xuất các sợi có rất thấp, sợi này rất nhạy với tác động bên ngoài nhưng có thế duy trì trạng thái phân cực trực giao ở đầu vào bất kỳ



Trang 18

4.4.2.1 Sử dụng các sợi duy trì phân cực:

 Phương pháp 2: Tạo ra các sợi có cao nhằm loại bỏ các tác động bên ngoài Có thể tạo ra khúc xạ kép bằng cách tạo ra tính bất đối xứng trong lõi hoặc đưa vào ứng suất bằng cách thiết kế vỏ thích hợp



Trang 20

4.4.4.2 Sử dụng các kỹ thuật trộn và chuyển đổi phân cực

Trang 21

4.4.4.2 Sử dụng các kỹ thuật trộn và chuyển đổi phân cực

Trang 22

4.4.4.2 Sử dụng các kỹ thuật trộn và chuyển

đổi phân cực

 Có hai bổ xung để thực hiện kỹ thuật này

 Trộn phân cực: Tần số chuyển đổi bộ phân cực lớn hơn nhiều so với tốc độ bit, như vậy không cần đồng hồ để đồng bộ, vì có nhiều chuyển tiếp trong khoảng t/g 1 bit

 Chuyển đổi phân cực đồng bộ: Các chuyển tiếp giữa các trạng thái

phân cực trực giao xuất hiện chính xác tại điểm giữa của khe bit Vì vậy cần đồng bộ với đồng hồ của hệ thống, tuy nhiên cần giảm băng tần của bộ lọc và giảm nhẹ các yêu cầu của phần cứng

Trang 23

4.4.2.3 Sử dụng máy thu phân cực trực giao

 Về cơ bản máy thu có thể khôi phục được hai trạng thái của phân cực trực giao

 Vấn đề cuối cùng là tín hiệu IF cần phải giải điều chế đường bao bằng thiết bị có đặc tính bình phương nhưng cũng có khi bằng một

bọ phận phân biệt đường dây trễ

Trang 24

4.4.2.3 Sử dụng máy thu phân cực trực giao

Trang 25

4.3 Các phương pháp điều chế trong hệ thống

COHERENT

 4.3.1 Điều chế trong thông tin quang Coherent.

 4.3.1.1 Các kỹ thuật điều chế.

 Điều chế là quá trình mà sóng mang biến đổi về một vài

tham số dưới tác động của tín hiệu thông tin số và tương tự.

 Có thể thực hiện được cả điều chế số lẫn điều chế tương tự, nhưng điều chế số phổ biến hơn điều chế tương tự.

Trang 26

A Điều chế khóa dịch biên độ ASK(Amplitute Shift Keying) hoặc khóa đóng mở OOK(On – Off Keying)

Đây là cách điều chế sóng mang đơn giản nhất và nó cũng thích hợp điều chế cường độ

Công thức của sóng mang điều biến:



Trang 27

Phổ công suất điều chế tín hiệu ASK

Trang 28

B Khóa dịch tần FSK( Frequency Shift keying)

 Biên độ sóng mang giữ không đổi và được biểu thị bởi công thức

 m(t) có thể nhận các giá trị là độ chênh lệch tần đỉnh đỉnh và tham

số là chỉ số điều chế



Trang 29

Phổ công suất của tín hiệu trung tần MSK

Trang 30

Nếu diều chế được coi là FSK lệch tần rộng và phổ của nó được phân thành hai thành phần

Trang 31

C Điều chế khóa dịch pha PSK:

 Điều chế khóa dịch pha PSK các chùm bit tín hiệu quang được phát

ra bằng cách điều chế pha



Trang 32

D Điều chế dạng khóa dịch pha vi phân DPSK (Differential PSK)

 Điều chế khóa dịch pha vi phân DPSK cũng giống như điều chế

Trang 33

E Điều chế phân cực.

 Phương pháp điều chế phân cực là loại điều chế đặc thù riêng cho

hệ thống thông tin quang Coherent

 Bộ thu hoạt động theo cách sau:

 Tín hiệu được kết hợp với sóng của bộ dao động nội bộ trong bộ trộn quang

 Tín hiệu đầu ra được đưa đến bộ tách sóng phân cực, tín hiệu được tách thành 2 phần trực giao

Trang 34

Sơ đồ khóa dịch cực ASK kép

Trang 35

Đồ thị véc tơ của sơ đồ khóa dịch cực bộ dao động

Trang 36

 Căn cứ vào sự định hướng tương đối của các trục nhận thấy rằng tín hiệu được tách ra đối với hai kênh giống như tín hiệu điều chế ASK kép.

 Dòng IF có thể viết như sau:

Trang 37

Sơ đồ khóa dịch cực ASK kép

Trang 38

Trường hợp một kênh mang tín hiệu điều chế PSK, còn kênh kia mang sóng mang không điều chế ở IF.

Trang 39

Sơ đồ véc tơ của sơ đồ khóa dịch cực bộ dao động nội

Trang 40

4.5 Những Giải Pháp Nâng Cao Chất Lượng Hệ Thống

4.5.1 Chất lượng của hệ thống thông tin quang kết hợp theo các phương pháp điều chế và giải điều chế khác nhau.

4.5.1.1 Đánh giá độ nhạy thu.

 Có 3 phương pháp điều chế cơ bản được dùng trong thông tin quang Coherent : ASK, FSK, PSK

• Hệ thống máy thu tách sóng trực tiếp ASK

• Hệ thống máy thu đồng tần ASK

• Hệ thống máy thu đồng tần PSK

• Hệ thống máy thu đổi tần

Trang 41

• Hệ thống máy thu tách sóng trực tiếp ASK

Trang 42

• Hệ thống máy thu đồng tần ASK

)Nếu kể đến hiệu suất lượng tử thì ta có công thức tổng quát hơn:

Trang 43

• Hệ thống máy thu đồng tần PSK

Suy ra công thức tỉ số BER đối với hệ thống PSK:

Trang 44

• Hệ thống máy thu đổi tần

- Tỉ số BER

+ Đối với máy thu đổi tần không đồng bộ PSK:

+ Đối với máy thu đổi tần đồng bộ ASK:

+ Đối với máy thu đổi tần đồng bộ FSK:

Trang 45

4.5.1.2 Phân loại thu Coherent.

Đối với máy thu Coherent yêu cầu cơ bản của nó là giảm nhiễu laser dao

động nội và ổn định tần số trung gian Để có thể lựa chọn phương pháp điều

chế và giải điều chế thích hợp cho hệ thống Coherent, người ta tiến hành phân

loại chúng ra làm ba loại sau:

• Hệ thống có mức độ kết hợp cao (Hight Coherent Systems – HCS):

• Hệ thống có mức độ kết hợp trung bình(Average Coherent Systems – ACS)

• Hệ thống có mức độ kết hợp thấp (Low Coherent Systems – LCS)

Trang 46

• Hệ thống có mức độ kết hợp cao (Hight Coherent Systems – HCS):

- Tín hiệu so sánh trực tiếp với pha phục hồi lại mạch của nó nhờ mạch chỉnh

pha tự động của tín hiệu dao động nội

- Sử dụng homodyne với kỹ thuật điều chế: Điều biên AM, điều pha PM

- Sơ đồ cấu trúc của nguồn thu đơn giản, độ nhạy thu cao

 Các công trình nguyên cứu đầu tiên chủ yếu tập trung vào việc tính toán tỉ lệ

lỗi bit với các mẫu lý tưởng và so sánh với các sơ đồ điều chế khác

Trang 47

• Hệ thống có mức độ kết hợp trung bình(Average Coherent Systems – ACS)

- Được xem là một bộ biến đổi tần thấp từ vùng sóng quang về vùng song vô

tuyến

- Có mức độ kết hợp trung bình ACS, sử dụng phổ biến trong thu heterodyne

với kỹ thuật điều chế FM, PM, AM và kỹ thuật giải điều chế đồng bộ

 So với hệ thống có mức độ kết hợp cao, hệ thống có mức độ kết hợp trung

bình có ưu thế là: + Giảm nhẹ sơ đồ cấu trúc của nguồn thu

+ Hạ thấp yêu cầu về độ đơn sắc của laser phát và laser dao động nội

Và nhược điểm là đòi hỏi công suất nguồn thu lớn

Trang 48

• Hệ thống có mức độ kết hợp thấp (Low Coherent Systems – LCS)

- Có 4 kỹ thuật điều chế

+ Điều biên: Điều chế trực tiếp dòng nội xạ của laser hoặc điều chế ngoài

+ Điều tần: Điều chế trực tiếp dòng nội xạ của laser

+ Điều pha: Thực hiện nhờ bộ điều chế ngoài hoặc kỹ thuật khóa dòng

- Bảng thống kê kết quả điều chế (xem giáo trình trang 250-253)

Trang 49

4.5.1 Chất lượng của hệ thống thông tin quang kết hợp

theo các phương pháp điều chế và giải điều chế khác nhau 4.5.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhạy máy thu:

- Trong thực tế có rất nhiều yếu tố vật lý kéo độ nhạy thu Coherent giảm

nhiễu pha giữa chúng, nhiễu cường độ, sự không phù hợp về phân cực của

mode song và tán sắc trong sợi quang

• Nhiễu Pha

• Nhiễu cường độ

• Không tương xứng về phân cực

• Tán sắc trong sợi quang

• Các yếu tố hạn chế khác

Trang 50

• Nhiễu Pha

Trang 51

• Nhiễu Pha

Trang 52

• Nhiễu cường độ

Trang 53

• Không tương xứng về phân cực

- Trạng thai phân cực của tín hiệu thu được không đóng một vai trò nào

trong các bộ thu tách song trực tiếp đơn giản vì dong photon được tạo ra

chỉ phụ thuộc vào số lượng photon tới

- Phương pháp thông dụng nhất được sử dụng để giải quyết vấn đề phân cực

là dung máy thu hai cổng tương tự khác nhau ở chỗ 2 nhánh sẽ xử lý các

thành phần phân cực trực giao

Trang 54

• Tán sắc trong sợi quang

- Trong hệ thống IM-DD tán sắc:

+ Ảnh hưởng đến tốc độ bit hoạt động của hệ thống, đặc biệt là trong hệ

thống tốc độ cao

+ Ảnh hưởng đến các đặt tính của hệ thống thông tin quang coherent

cần phải sử dụng các laser bán dẫn hoạt động ở chế độ đơn mode với độ rộng

phổ hẹp

Trang 55

• Các yếu tố hạn chế khác

- Có nhiều yếu tố làm giảm đặc tính hệ thống thông tin quang coherent và

cần được xem xét đến trong suốt quá trình thiết kế hệ thống

- Hồi tiếp phản xạ

- Có rất nhiều sự phản xạ giữa 2 bề mặt phản xạ dọc theo cáp sợi quang có

thể biến nhiễu pha thành nhiễu cường độ và ảnh hưởng đến đặc tính của hệ

thống quang Coherent

Trang 56

4.5.2 Những Kỹ Thuật Coherent tiên tiến 4.5.2.1 Một số kỹ thuật Coherent tiên tiến.

• Kỹ thuật ghép kênh quang theo thời gian OTDM

• Kỹ thuật truyền dẫn phân cực đa mức

• Ghép kênh quang theo tần sô OFDM

Trang 57

4.5 Những Giải Pháp Nâng Cao Chất Lượng Hệ Thống 4.5.2 Những Kỹ Thuật Coherent tiên tiến

4.5.2.2 Kỹ thuật về hệ thống

• Tạo ra một hệ thống có năng lực truyền dẫn cao

• Tận dụng được băng tần rất rộng của sóng ánh sang nói chung và sợi quang

Single mode

• Hệ thống Coherent cho phép truyền một số lượng lớn kênh

• Hệ thống Coherent cho khả năng lựa chọn độ nhạy máy thu

Trang 58

4.5.2 Những Kỹ Thuật Coherent tiên tiến 4.5.2.3 Tiến bộ kỹ thuật công nghệ.

• Làm hẹp độ rộng phổ

• Ổn định tần số và công suất phát

• Các thiết bị quang thụ động

Trang 59

4.5.2 Những Kỹ Thuật Coherent tiên tiến

4.5.2.4 Khả năng áp dụng của kỹ thuật thông tin quang coherent vào mạng lưới

• Khả năng áp dụng vào mạng lưới

• Những tồn tại trước mắt của hệ thống thông tin quang Coherent

 Công nghệ hệ thống chưa hoàn thiện

 Hệ thống có cấu trúc phức tạp

 Hệ thống coherent đòi hỏi chi phí lớn

Trang 60

THE END.

CẢM ƠN THẦY VÀ CÁC BẠN ĐÃ

LẮNG NGHE

Định dạng
Số trang	60
Dung lượng	4,19 MB