chương 1 cũng trình bầy các phần tử cơ bản của máy thu, máy phát OFDM quang, các phương pháp điều chế và các phương pháp tách sóng trong OFDM quang; và phân loại các hệ thống OFDM quang. Trong kỹ thuật OFDM quang, có 2 loại hệ thống OFDM quang. Đó đó là hệ thống OFDM quang sử dụng kỹ thuật tách sóng trực tiếp, ký hiệu là DDO-OFDM và hệ thống OFDM quang sử dụng kỹ thuật tách sóng Coherent, ký hiệu là CO-OFDM. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT GHÉP KÊNH QUANG CO-OFDM-WDM 2.
Tổng quan về công nghệ Coherent OFDM quang Công nghệ Coherent OFDM quang (CO-OFDM) là sự tích hợp của 2 công nghệ: công nghệ OFDM quang và công nghệ quang Coherent. Chính vì vậy, công nghệ CO-OFDM sẽ kế thừa được các ưu việt của cả 2 công nghệ Coherent và OFDM quang. Đó là nâng cao độ nhạy máy thu, hiệu suất quang phổ cao và giảm sự ảnh hưởng của tán sắc. Việc tích hợp 2 công nghệ quang Coherent và OFDM quang còn có tác động hỗ trợ phátt huy ưu việt của cả 2 công nghệ: - Công nghệ OFDM mang đến cho hệ thống coherent hiệu quả tính toán, dễ dàng ước lượng kênh và pha; - Công nghệ Coherent đem lại cho OFDM đạt tính tuyến tính cần thiết trong chuyển đổi đường lên từ miền RF sang miền quang (RTO) và trong chuyển đổi đường xuống từ miền quang sang miền RF (OTR).
Mà truyền dẫn tuyến tính là mục tiêu quan trọng cho việc thực hiện OFDM. - Tách sóng trực tiếp tín hiệu quang đã điều chế cường độ là quá trình đã bỏ qua đặc tính pha và sự phân cực của sóng mang quang được tạo ra từ linh kiện quang. - Nhiễu của bộ thu tách sóng trực tiếp và bộ tiền khuếch đại cao. Do đó độ nhạy của hệ thống tách sóng thấp,… Để khắc phục các hạn chế của hệ thống IM-DD, người ta đã phát triển công nghệ thông tin quang coherent.
Trong hệ thống thông tin quang coherent người ta thường sử dụng kỹ thuật điều biến quang gián tiếp ở phía phát và giải điều biến quang gián tiếp ở phía thu. Tức là: - Ở phía phát, có một nguồn quang phát ra ánh sáng dao động nội với bước sóng 1 (thường là laser bán dẫn có độ rộng phổ hẹp phát ra ánh sáng liên tục). Tín hiệu truyền dẫn được đưa vào điều biến với tín hiệu ánh sáng dao động nội tạo 15 thành tín hiệu ánh sáng truyền dẫn và được ghép vào sợi quang. Bộ điều biến quang ngoài thường được sử dụng là các mạch quang tổ hợp, ví dụ như LiNb03 - Mach- Zehnde Modulator.
- Ở phía thu, cũng có một nguồn quang (thường là laser bán dẫn có độ rộng phổ hẹp phát ra ánh sáng liên tục) phát ra ánh sáng dao động nội với bước sóng 2. Tín hiệu ánh sáng thu được đưa vào trộn với tín hiệu ánh sáng dao động nội phía thu. Khi tần số của tín hiệu ánh sáng tới và tín hiệu từ bộ dao động nội phía thu giống nhau thì bộ thu hoạt động ở chế độ Homodyne, và tín hiệu điện tái tạo được là tín hiệu dải nền. Còn khi tần số của tín hiệu ánh sáng tới và tín hiệu từ bộ dao động nội phía thi lệch nhau thì bộ thu hoạt động ở chế độ Heterodyne, và phổ của tín hiệu điện ở ngõ ra của khối DEC là tín hiệu trung tần IF (intermediate frequency).
IF là tín hiệu có chứa tín hiệu thông tin cần truyền (tức tín hiệu dải nền) và tín hiệu thông tin cần truyền này có thể thu được bằng cách sử dụng kỹ thuật giải điều chế điện. Các khái niệm cơ bản trong công nghệ Coherent 2. Bộ tạo dao động nội Ý tưởng cơ bản đằng sau sự tách sóng nhất quán bao gồm sự kết hợp các tín hiệu quang học kết hợp với môi trường sóng quang liên tục (CW) trước khi nó rơi vào những bộ tách sóng quang. Các trường CW được phát sinh cục bộ ở người nhận bằng cách sử dụng một laser băng thông hẹp được gọi là bộ tạo dao động tại chỗ (LO), một thuật ngữ được mượn từ vô tuyến và sóng micro.
Trong thực tế có hai phương pháp tách sóng nhất quán để lựa chọn, phụ thuộc vào viẹc có hay không IF = 0. Chúng được biết tới như bộ dao động đồng tần và kỹ thuật chuyển đổi phách tần. Bộ dao động đồng tần Trong kỹ thuật sự tách sóng nhất quán, tần số nội dao động được chọn để trùng với tần số ω0 để ωIF = 0. 16 Bộ tạo dao động đồng tần cũng là kết quả từ độ nhậy về pha.
Từ số hạng cuối cùng trong bao gồm pha của bộ tạo dao động ϕLO, rõ ràng ϕLO nên được kiểm soát. Lý tưởng nhất ϕs và ϕLO nên liên tục ngoại trừ điều chế của ϕs. Trong thực tế cả ϕs và ϕLO biến động theo thời gian một cách ngẫu nhiên. Tuy nhiên ϕs - ϕLO có thể buộc phải gần nhau thông qua vòng khóa pha.
Việc thực hiện của vòng lặp như vậy là không đơn giản và làm cho thiết kế của máy thu bộ dao động đồng tần phức tạp. Ngoài ra, kết hợp máy phát và tần số máy tạo dao động đưa ra yêu cầu khắt khe cho hai nguồn quang. Những vấn đề này có thể được khắc phục bằng việc sử dụng bộ chuyển đổi tần, là vấn đề thảo luận tiếp theo. Bộ chuyển đổi tần Trong trường hợp bộ chuyển đổi tần tạo dao động nội tần số ωLO được lựa chọn dạng khác thành các tín hiệu sóng mang tần số ω0 cũng như tần số trung gian ωIF trong vùng sóng ngắn ( v IF 1GHz).
Sử dụng phương trình (2.3) cùng với I = RP, dòng quang điện bây giờ được đưa ra bởi: I(t) = R(Ps + PLO) + 2R Ps PLO cos ( t+∅ − ∅ ) (2.1) Khi PLO Ps, trong thực tế dòng điện một chiều (dc) gần như liên tục và có thể được loại bỏ dễ dàng bằng cách sử dụng bộ lọc lấy giải. Tín hiệu của bộ chuyển đổi tần được đưa ra bởi dòng xoay chiều (ac) trong phương trình (2.7) hoặc bởi: Iac(t) = 2R Ps PLO cos ( t+∅ − ∅ ) (2.2) Tương tự bộ dao động đồng tần, thông tin có thể được truyền qua biên độ, pha, hay tần số điều chế của sóng mang quang. Quan trọng hơn, bộ tự tạo dao động vẫn khuyếch đại các tín hiệu nhận bởi một yếu tố lớn, qua đó cải thiện SRN. Tuy nhiên việc cải thiện thấp hơn 2 hoặc 3 dB so với trường hợp của dao động đồng tần.
Mức giảm này có liên quan tới bộ chuyển tần. Nguồn gốc của 3 dB có thể được thấy bằng cách xem xét công suất tín hiệu (tỉ lệ bình phương của dòng điện). Bởi vì bản chất dòng xoay chiều ac (Iac) công suất tín hiệu trung bình bị giảm hệ số 2 khi Iac2 là trung bình trên một chu kì đầy đủ ở tần số trung gian. Các dạng điều chế Như đã thảo luận trong phần 2.1, một ưu điểm quan trọng khi sử dụng kĩ thuật tách sóng nhất quán ở cả biên độ và pha của tín hiệu quang phía thu có thể được phát hiện và đo.
Tính năng này mở ra khả năng gửi thông tin bằng cách điều chế cả biên độ,pha hay tần số của sóng mang quang. Trong trường hợp hệ thống truyền thông kĩ thuật số, có ba khả năng làm phát sinh ba dạng điều chế được gọi là điều chế dịch biên độ (ASK), điều chế dịch pha, điều chế dịch tần.1 chỉ ra biểu đồ ba dạng điều chế cho một bit mẫu cụ thể. Trong các phần phụ sau đây chúng ta xem xét từng định dạng riêng biệt và thảo luận về việc thực hiện của nó trong hệ thống của sóng ánh sáng. 18 Tín hiệu 1 0 1 1 0 (bit nhị phân) t ASK t FSK t PSK Hình 2.
Các dạng điều chế ASK, PSK và FSK Điều chế ASK Trong điều chế ASK, người ta có thể thực hiện điều chế trực tiếp hay gián tiếp. Trong điều chế ASK, người ta thực hiện điều chế biên độ P của sóng mang quang p(t) là sóng ánh sáng phát xạ của LD (LD là phần tử phát quang khi điều chế trực tiếp, hay LD là phần tử tạo sóng ánh sáng dao động nội khi điều chế ngoài) với tín hiệu cần truyền dẫn i(t). Còn tần số và pha của sóng mang quang p(t) không thay đổi. Điều chế FSK Trong điều chế FSK, người ta có thể thực hiện điều chế gián tiếp (điều chế ngoài).
Trong điều chế FSK, người ta thực hiện điều chế tần số f của sóng mang quang p(t) là sóng ánh sáng phát xạ của LD (LD là phần tử phát quang khi điều chế trực tiếp, hay LD là phần tử tạo sóng ánh sáng dao động nội khi điều chế ngoài) với tín hiệu cần truyền dẫn i(t). Còn biên độ P và pha của sóng mang quang p(t) không thay đổi. 19 Định dạng PSK Trong điều chế PSK,người ta có thể thực hiện điều chế gián tiếp (điều chế ngoài). Trong điều chế PSK,người ta thực hiện điều chế pha của sóng mang quang p(t) là sóng ánh sáng phát xạ của LD (LD là phần tử phát quang khi điều chế trực tiếp, hay LD là phần tử tạo sóng ánh sáng dao động nội khi điều chế ngoài) với tín hiệu cần truyền dẫn i(t).
Còn biên độ P và tần số của sóng mang quang p(t) không thay đổi. Mô hình cấu trúc cơ bản của hệ thống thông tin quang Coherent Cấu trúc cơ bản của một hệ thống thông tin quang Coherent được mô tả như trong hình 2. Dữ Homodyne 1 = 2 liệu 1 1 DE- DE MOD DEC AMP MOD vào Heterodyne 1 2 2 Heterodyne LC CWL LLO LOC Bộ phát Bộ thu Hình 2. Sơ đồ hệ thống thông tin quang coherent Các khối trong sơ đồ hệ thống: - DE (Driver electronic): thực hiện khuếch đại tín hiệu ngõ vào nhằm tạo tín hiệu có mức phù hợp với các khối sau.
- CWL (Continuous Wave Laser): bộ dao động quang sử dụng laser bán dẫn có độ rộng phổ hẹp phát ra ánh sáng liên tục có bước sóng λ1. - LC (Laser Control): nhằm ổn định bước sóng phát ra của dao động quang. - LLO (Laser Local Oscilator): bộ tạo dao động nội tại bộ thu sử dụng laser bán dẫn tạo ra tín hiệu quang có bước sóng λ2. Sau đó đưa tín hiệu tổng tới photodiode để thực hiện tách sóng trực tiếp theo quy luật bình phương.
Để thực hiện đúng với nghĩa tách sóng coherent thì coupler quang phải tổ hợp các tín hiệu quang có phân cực giống nhau. - Dạng sóng của tín hiệu ASK, FSK, và PSK được minh họa ở hình 2.