HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG COHERENT Baøi 3: H TH NG TTQ COHERENTỆ Ố NOÄI DUNG  Tổng quan về hệ thống TTQ Coherent  Khái niệm về thông tin quang Coherent  Sơ đồ khối tổng quát hệ thống tin quang Coherent  Các dạng điều biến và tách sóng  Các bộ điều biến quang  Các bộ điều biến ASK  Các bộ điều biến PSK  Các bộ điều biến FSK  Máy thu tín hiệu quang Coherent  Sơ đồ khối tổng quát  Máy thu Homodyne  Máy thu Heterodyne  PLL trong máy thu tín hiệu quang Coherent NOÄI DUNG  BER trong hệ thống tin quang Coherent  Tín hiệu sau tách sóng quang  Các loại nhiếu trong máy thu tín hiệu quang Coherent  SNR và BER trong các trong hệ thống tin quang Coherent  Ảnh hưởng của lỗi pha đến độ nhạy máy thu  Lỗi pha  BER khi có lỗi pha  Ứng dụng thông tin quang Coherent  Các hệ thống truyền dẫn quang Coherent  Các hệ thống WDM tách sóng quang Coherent TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TTQ COHERENT  Cấu trúc hệ thống TTQ Coherent TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TTQ COHERENT  DE (Drive Electronic): khuếch đại tín hiệu ngõ vào nhằm tạo tín hiệu có mức phù hợp với các khối phía sau.  CWL (Continuous Wave Laser): laser bán dẫn có độ rộng phổ hẹp phát ra ánh sáng liên tục có bước sóng λ 1 .  LC (laser control): ổn định bước sóng phát ra của bộ dao động quang.  MOD (Modulator): điều chế quang TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TTQ COHERENT  LLO (Laser Local Oscillator): tạo ra tín hiệu quang có bước sóng λ 2 .  DEC (Detector): thực hiện hai tính năng  Cộng tín hiệu thu được (λ 1 ) và tín hiệu tại chỗ (λ 2 )  Đưa tín hiệu tổng tới photodiode để thực hiện tách sóng trực triếp.  Homodyne hoặc Heterodyne  LOC (Local Oscillator control): đ/khiển pha và tần số của t/h dao động nội  AMP (Amplifier): Khuếch đại tín hiệu điện sau khi tách sóng quang.  DEMOD (Demodulator): cần thiết khi bộ thu hoạt động ở chế độ heterodyne. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TTQ COHERENT  Bộ dao động nội (Local Oscillator):  Coherent detection: kết hợp tín hiệu quang với trường quang sóng liên tục (Continous-Wave) trước khi đưa vào photodetector  Trường quang CW này được tạo ra tại bộ thu sử dụng từ laser có độ rộng phổ hẹp được gọi là Local Oscillator (LO)  Kết hợp tín hiệu quang và tín hiệu từ LO:  Tín hiệu quang: E s = A s exp[-i( ω 0 t + φ s )]  Tín hiệu từ LO: E LO = A LO exp[-i( ω LO t + φ LO )] (Giả thiết hai tín hiệu có cùng phân cực)  Công suất quang tới photodetector: P=K /E s + E LO / 2 với P s =KA s 2 , P LO =KA LO 2 , ω IF = ω 0 - ω LO Nếu ω IF = 0  homodyne detection , ω IF ≠ 0  heterodyne detection -tcos( P2 P PP LOsIFsLOs ) φφω +++= LO P TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TTQ COHERENT  Homodyne detection:  Tần số dao động nội bằng với tần số của tín hiệu: ω IF = 0  Dòng quang điện được tạo ra từ phototodetector: (*)  Thông thường, P LO > P s  P s + P LO ≈ P LO  Nếu φ LO = φ s (locked-phase), tín hiệu homodyne được xác định bởi:  So với tách sóng trực tiếp (DD), công suất điện trung bình của tín hiệu homodyne tăng:  Do P LO > P s , độ lợi về công suất có thể lớn hơn 20dB  tăng SNR  Ưu điểm chính của tách sóng homodyne -cos( P2R )PR(P I(t) LOssLOs ) φφ LO P++= LO P sp P2R (t)I = s P/4 LO P TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TTQ COHERENT  Homodyne detection (tt):  Biểu thức (*) cho thấy pha của tín hiệu được thể hiện  có thể truyền thông tin bằng các phương pháp điều chế pha và tần số.  Tín hiệu quang được giải điều chế trực tiếp xuống dải nền (baseband)  Nhược điểm của tách sóng quang homodyne:  Yêu cầu nghiêm ngặt về tần số của tín hiệu và dao động nội  yêu cầu cao về chất lượng của hai nguồn quang  Cần sử dụng vòng khóa pha quang (optical phase-locked loop) để đạt được sự ổn định giữa pha của tín hiệu và dao động nội (thường biến động một cách ngẫu nhiên theo thời gian)  giải điều chế đồng bộ (synchronous demodulation)  Khó khăn trong việc chế tạo bộ thu quang tách sóng homodyne  Tách sóng heterodyne TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TTQ COHERENT  Heterodyne detection:  Tần số dao động nội được chọn khác với tần số của tín hiệu sao cho tần số trung tần nằm trong dãi tần microwave (f IF = ω IF /2 π ~ 1GHz)  Dòng quang điện được tạo ra từ phototodetector: (**)  Thông thường, P LO > P s  P s + P LO ≈ P LO  Tín hiệu heterodyne được xác định bởi:  Thông tin có thể được phục hồi thông qua biên độ, pha hoặc tần số của tín hiệu hetereodyne.  LO khuếch đại tín hiệu thu  tăng SNR ) LOsIFsLOs -cos( P2R )PR(P I(t) φφω +++= tP LO )cos( LOsIFLO tP φφω −+= sac P2R (t)I [...]... như trong hệ thống truyền dẫn viba  Yêu cầu về chất lượng của laser có thể được giảm đi khi sử dụng kỹ thuật giải điều chế bất đồng bộ (asynchronous demodulation)  Heterodyne detection thích hợp hơn khi triển khai thực tế trong hệ thống TTQ coherent  TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TTQ COHERENT  Tỷ số SNR:  Nhiễu tại máy thu của hệ thống TTQ coherent có thể được biểu diễn bởi tương tự như trong hệ thống IM/DD:... THU QUANG COHERENT  Nguyên lý tách sóng quang coherent:  Mô hình một bộ thu coherent ASK cơ bản ES Coupler 2×2 RL EL Bộ dao động nội với ES= E0.cos(ω0t + φS): trường tín hiệu vào EL= EL.cos(ωLt + φL): trường tín hiệu của bộ dao động nội (EL>E0) MÁY THU QUANG COHERENT  Nguyên lý tách sóng quang coherent:       Độ lệch pha φ = φS - φL = φ(t) thể hiện mối quan hệ pha giữa hai trường chứa thông tin. .. băng thông của t/hiệu đc điều chế b(t) fS - 2B fS - B fS fS+B fS+2B f CÁC DẠNG ĐIỀU CHẾ QUANG COHERENT  Điều chế FSK (Frequency Shift-Keying):  Trường sóng tín hiệu quang có thể được biểu diễn: Es(t) = E0 cos[ω0t + m(t)2π∆f + φs] Với  1 (bit 1) ∆ω m(t ) =  ∆f = , 2π − 1 (bit 0) β=   2∆f B là độ lệch tần là hệ số điều chế tần số Điều chế trực tiếp có thể áp dụng cho hệ thống thông tin quang coherent. .. ∼ E S + E L + 2 E S E L cos(ω S t − ω L t + φ ) P  2 2 Nếu biểu diễn theo công suất quang, công suất quang tỉ lệ với bình phương cường độ trường, ta có biểu thức: P + PL + 2 PS PL cos(ω S t − ω L t + φ ) Ip ∼ S MÁY THU QUANG COHERENT  Nguyên lý tách sóng quang coherent:    Theo thông tin quang 1, nếu tín hiệu quang tới photodiode có công suất P0 thì dòng photon Ip được ra sẽ bằng ηe [ PS + PL... tiếp dòng kích cho laser: không duy trì được sự ổn định tần số và pha ở ngõ ra khi thay đổi dòng kích (khoảng 200MHz/mA)  không thích hợp với hệ thống coherent (cần sự ổn định về pha)  sử dụng điều chế ngòai trong hệ thống coherent CÁC DẠNG ĐIỀU CHẾ QUANG COHERENT  Điều chế ASK (Amplitude Shift-Keying):  Điều chế ngoài:     Sử dụng coupler định hướng hoặc bộ giao thoa Mach-Zehnder (MZI) Chỉ... băng tần tổng rất rộng  không phù hợp với hệ thống tốc độ cao Thực tế chỉ áp dụng cho hệ thống đơn giản, rẻ tiền Biên độ fS - ∆f fS fS + ∆f f CÁC DẠNG ĐIỀU CHẾ QUANG COHERENT  Điều chế PSK (Phase Shift-Keying):  Trường sóng tín hiệu quang có thể được biểu diễn: Es(t) = E0 cos[ω0t + m(t)π ]  1 (bit 1) ω m(t ) =  f s = 0 là tần số sóng mang của tín hiệu quang Với ,  0 (bit 0) 2π   Pha của tín... Bragg hoặc bộ giao thoa MachZehnder (MZI) CÁC DẠNG ĐIỀU CHẾ QUANG COHERENT  Điều chế FSK (Frequency Shift-Keying):     Độ lệch tần ∆f được chọn tùy theo băng thông cho phép Băng thông tổng của tín hiệu FSK ~ 2∆f + 2B với B là tốc độ bit Nếu ∆f >>B: FSK băng rộng, BWFSK ≈ 2∆f Nếu ∆f Ps  Ip ≈ RPLO >>Id  Tỷ số SNR trong tách sóng quang heterodyne: 2 R 2 Ps PLO SNRheterodyne = 2 2eBe ( RPLO + I d ) + σ T  Bằng cách hiệu chỉnh công suất của LO: 2 2 PLO >> σ T /(2eRBe ) σ s2 >> σ T  TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TTQ COHERENT  Tỷ số SNR:... L t + φ ) hf 2ηe PS PL cos(φ ) hf MÁY THU QUANG COHERENT  Nguyên lý tách sóng quang coherent:  Hay I S = 2 R PS PL cos(φ ) ηe R= hf với là đáp ứng của photodiode  Từ phương trình (4.20) và (4.21) chúng ta thấy rằng dòng điện tín hiệu IS tỉ lệ với chứ không tỉ lệ với PS như trong tách sóng trực tiếp Hơn nữa dòng photon này còn được khuếch đại với hệ số , hệ số độ lợi này phụ thuộc vào cường độ trường... đường bao có bộ lọc thông thấp theo sau Tín hiệu dải nền thu được sau khi giải điều chế: I d = [(I p cosφ + ic ) 2 + (I p sinφ + is ) 2 ]1/ 2  Nhiễu cùng pha và khác pha đều ảnh hưởng đến tín hiệu ĐỘ NHẠY CỦA BỘ THU QUANG  Heterodyne Asynchronous Demodulation: TỶ SỐ BIT LỖI (BER) TRONG BỘ THU QUANG COHERENT  BER của bộ thu ASK đồng bộ: TỶ SỐ BIT LỖI (BER) TRONG BỘ THU QUANG COHERENT  BER của bộ . thực tế trong hệ thống TTQ coherent TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TTQ COHERENT  Tỷ số SNR:  Nhiễu tại máy thu của hệ thống TTQ coherent có thể được biểu diễn bởi tương tự như trong hệ thống IM/DD: với. Coherent  Các hệ thống WDM tách sóng quang Coherent TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TTQ COHERENT  Cấu trúc hệ thống TTQ Coherent TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TTQ COHERENT  DE (Drive Electronic): khuếch đại. HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG COHERENT Baøi 3: H TH NG TTQ COHERENT Ố NOÄI DUNG  Tổng quan về hệ thống TTQ Coherent  Khái niệm về thông tin quang Coherent  Sơ đồ khối tổng quát hệ thống