Tổng quang về hệ thống thông tin quang Coherent

ĐỀ TÀI TỔNG QUANG VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG COHERENT A) Nội dung : §Giới thiệu chung : §cấu trúc cơ bản của của hệ thống: §Các dạng điều chế quang coherent: §Máy thu coherent: §Tỉ số lỗi bit trong máy thu §Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhạy máy thu §Những ưu điểm của hệ thống coherent §Giới thiệu chung : IM-DD đã đóng một vai trò rất quan trọng trong ngành viễn thông, đem lại hiệu quả kinh tế to lớn và còn đang được sử dụng rộng rãi nhờ có ưu điểm là đơn giản và giá thành rẽ. Tuy nhiên hệ thống này có một số nhược điểm cơ bản như tỉ số tín hiệu trên nhiễu nhận được tại đầu ra bộ tách sóng thấp, độ nhạy của máy thu không cao làm khoảng cách truyền dẫn bị hạn chế. Đồng thời do đặc điểm thu tín hiệu theo nguyên lý tách sóng trực tiếp (không qua đổi tần) nên tự máy thu không thể lựa chọn các kênh quang tuỳ ý trong môi trường đa kênh mà phải kết hợp thêm các bộ lọc quang. Việc này hạn chế khả năng sử dụng chúng trong các mạng truyền dẫn và phân phối đa kênh quang đến trực tiếp các thuê bao trong tương lai. Trong bối cảnh đó việc sử dụng máy thu mới có nguyên lý hoạt động khác - máy thu Coherence - nhằm nâng cao độ nhạy và có thể chọn kênh trong môi trường phân phối đa kênh là một yêu cầu cấp thiết và mang tính hấp dẫn cao. Hệ thống thông tin coherence ra đời và khắc phục được các nhược điểm của hệ thống IM-DD và là hệ thống thông tin của tương lai. Hiện nay, bước đầu nó đang được áp dụng ở các nước tiên tiến để nhanh chóng đưa vào sử dụng, khai thác rộng rãi trong một tương lai gần, đây là một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực viễn thông. §cấu trúc cơ bản của của hệ thống: §Các dạng điều chế A) Kỹ thuật điều chế trong thông tin quang Coherence: a) Điều chế khoá dịch biên độ (ASK) :điều chế trực tiếp của một diode laser bán dẫn là không thích hợp trong hệ thống với tốc độ dữ liệu cao bởi vì nó tạo ra hiệu ứng Chirp, làm thay đổi tần số của tín hiệu ánh sáng, gây khó khăn cho tách sóng đồng tần hoặc tách sóng đổi tần. Do đó, thông thường người ta sử dụng phương pháp điều chế ngoài. b) Điều chế khoá dịch tần FSK Vì độ rộng băng tần tổng cộng rất rộng cho nên không thích hợp với các hệ thống có tốc độ cao, nhưng có thể dùng cho các hệ thống đơn giản và rẽ tiền. Có thể giải điều tín hiệu IF bằng phương pháp tách sóng đổi tần đồng bộ hoặc đường bao. c) Điều chế khoá dịch pha PSK Điều chế PSK sử dụng bộ điều chế ngoài như bộ điều chế pha LiNbO3. Tại máy thu, tín hiệu PSK được giải điều chế bằng hệ thống tách sóng đồng tần hoặc đổi tần, tín hiệu trung tần IF được giải điều chế đồng bộ hoặc không đồng bộ d) Điều chế khoá dịch pha vi phân DPSK Dạng phổ DPSK giống PSK, chỉ khác ở quy luật mã vì trong DPSK, thông tin được mã hoá theo hiệu pha giữa hai tín hiệu kế tiếp nhau. Phương pháp này thường được sử dụng trong thực tế vì không cần các bộ giải điều phức tạp mà vẫn cho đặc tính tốt, được dùng trong hệ thống đổi tần và giải điều chế phân biệt tần số bằng đường dây trễ. e) Điều chế phân cực PoLSK Máy phát có một bộ điều chế phân cực và máy thu có một bộ chia phân cực để tách và giải điều cả hai trạng thái phân cực trực giao. Tại máy thu, sóng của tín hiệu kết hợp với sóng của dao động nội trong bộ trộn quang, tín hiệu đầu ra của nó đưa đến bộ chia phân cực, trường tín hiệu được chia thành hai thành phần trực giao. sử dụng phương pháp điều chế phân cực và ở máy thu thực hiện tách phân cực, giải điều đường bao gồm hai nhánh đối xứng nhau. Thành phần phân cực dọc được đưa đến bộ tách sóng phía trên và thành phần phân cực ngang được đưa đến bộ tách sóng dưới. f) Kỹ thuật điều chế ngoài laser + Điều chế trong: là bơm trực tiếp dòng tín hiệu vào laser. Phương pháp này phù hợp với các hệ thống thông tin tốc độ thấp, vì laser diode bộc lộ những hạn chế như suy giảm phổ v à dịch chuyển tần số khi điều chế ở tốc độ cao. + Điều chế ngoài: là phương pháp điều chế ánh sáng bên ngoài laser. Phương pháp này có nhiều ưu điểm và được ứng dụng nhiều trong kỹ thuật giải điều chế B) Các kỹ thuật giải điều chế: a) Giải điều chế tín hiệu ASK: Giải điều chế ASK đổi tần đồng bộ Giải điều chế đường bao ASK (ASK đổi tần không đồng bộ) b) Giải điều chế FSK : Giải điều chế FSK đổi tần đồng bộ Giải điều chế FSK lọc kép Giải điều chế FSK lọc đơn Giải điều chế CPFSK vi phân c) Phương pháp giải điều chế PSK +Giải điều chế PSK đổi tần đồng bộ + Giải điều chế DPSK §Máy thu coherent: Đặc điểm khối tách quang của máy thu Coherence : Sơ đồ máy thu đổi tần §Tỉ số lỗi bit trong máy thu a)Nhiễu trong máy thu quang:khi công suất tín hiệu dao động nội lớn hơn công suất tín hiệu tới bộ thu thì nguồn nhiễu chủ yếu trong tách sóng coherent là nhiễu lượng tử của bộ dao động nội ,trong giới hạn này nhiễu lượng tử có thể được biểu diển dưới dạng nhiễu bắn.  b)Tách sóng heterodyne ask c)Tách sóng heterodyne FSK d)Tách sóng heterodyne PSK e)Tách sóng homodyne ask và psk f)hàm xác suất lỗi g)so sánh độ nhạy của hệ thống coherent :tổng kết xác suất lỗi cơ chế tách sóng của các dạng điều chế tín hiệu §Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhạy của máy thu a)Nhiễu pha:làm giảm độ nhạy thu trong hệ thống ,nhiễu pha có liên quan đến bộ phát quang và bộ dao động nội sự thăng giảng về pha giữa tín hiệu rời và tín hiệu dao động nộ sẽ dẫn đến sự thay đổi về dòng ở ngỏ ra của bộ tách sóng .Từ đó làm giảm tỉ số SNR của tín hiệu. b)Nhiễu cường độ Tất cả công suất của tín hiệu tới và của bộ dao động nội được sử dụng một cách có hiệu quả tất cả các bộ thu cân bằng đều sử dụng toàn bộ công suất của tín hiệu và tránh được sự mất mát này .Đồng thời bộ thu cân bằng cũng sử dụng hết công suất của bộ dao động nội nên dễ dàng cho hệ thống hoạt động trong giới hạn của nhiễu lượng tử c)Không tương xứng về phân cực d)Tán sắc trong sợi quang:ảnh hưởng đến đặc tính của hệ thống .Lý do là hệ thống coherent cần phải sử dụng các laser bán dẫn hoạt động ở chế độ đơn mode đọc với độ rộng phổ hẹp d)Các yếu tố hạn chế khác +Hồi tiếp phản xạ +Các hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang +Tán xạ raman +Tán xạ brillouin §Những ưu điểm của hệ thống Nâng cao độ nhạy thu +Tăng khoảng cách trạm lặp cho hệ thống trên đất liền và dưới biển +Tăng tốc độ truyền dẫn mà không cần giảm khoảng cách trạm lặp +Tăng quỹ công suất để bù các suy hao +Cải thiện độ nhạy cho thiết bị đo quang như máy OTDR. Nâng cao khả năng truyền dẩn Khả năng kết hợp thu coherent với kỹ thuật khuếch đại quang B) Kết luận Trong hệ thống thông tin quan coherent có thể áp dụng các kĩ thuật điều chế số quen thuộc như ASK FSK ,PSK ,trong thông tin quang coherent sử dụng các tín hiệu nhị phân trên các kỹ thuật điều chế khoá dịch tần số và dịch pha BFSK và BPSK Tài liệu tham khảo Kỹ thuật thông tin quang 2 – Đại học Từ Xa Hệ thống thông tin sợi quang Coherence