intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Báo cáo nghiên cứu khoa học: " TÍNH TOÁN TỐI THIỂU HOÁ SỐ BỘ KHUẾCH ĐẠI EDFA TRONG TUYẾN THÔNG TIN SỢI QUANG COHERENCE CÓ CÁC EDFA XEN KẼ"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST
Báo xấu
116
lượt xem 8
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo thiết lập biểu thức tính toán tỉ số tín hiệu trên nhiễu điện eSNR tại máy thu trong tuyến thông tin quang Coherence có các EDFA mắc xen kẽ. Trên cơ sở đó, xây dựng lưu đồ thuật toán, viết chương trình tính toán bằng MathCAD, xác định số bộ khuếch đại tối thiểu, độ khuếch đại tối ưu của các EDFA sao cho eSNR đạt được giá trị cho phép tương ứng với tỉ lệ lỗi bit BER cho trước và tốc độ bít nhất định. ...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo nghiên cứu khoa học: " TÍNH TOÁN TỐI THIỂU HOÁ SỐ BỘ KHUẾCH ĐẠI EDFA TRONG TUYẾN THÔNG TIN SỢI QUANG COHERENCE CÓ CÁC EDFA XEN KẼ"

  1. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(27).2008 TÍNH TOÁN TỐI THIỂU HOÁ SỐ BỘ KHUẾCH ĐẠI EDFA TRONG TUYẾN THÔNG TIN SỢI QUANG COHERENCE CÓ CÁC EDF A XEN KẼ CALCULATION FOR MINIMIZING THE NUMBER OF EDFAS IN COHERENT OPTIC FIBER COMMUNICATION LINK USING CASCADED EDFAS NGUYỄN VĂN TUẤN Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Bài báo thiết lập biểu thức tính toán tỉ số tín hiệu trên nhiễu điện eSNR tại máy thu trong tuyến thông tin quang Coherence có các EDFA mắc xen kẽ. Trên c ơ sở đó, xây dựng lưu đồ thuật toán, viết chương trình tính toán bằng MathCAD, xác định số bộ khuếch đại tối thiểu, độ khuếch đại tối ưu của các EDFA sao cho eSNR đạt được giá trị cho phép tương ứng với tỉ lệ lỗi bit BER cho trước và tốc độ bít nhất định. Sau đó, bài báo các vẽ đồ thị cho phép xác định ngay số bộ khuếch đại tối thiểu cần thiết và độ khuếch đại của chúng, tương ứng với các khoảng cách truyền dẫn khác nhau từ 1000km đến 9000km . Kết quả này có thể được sử dụng hiệu quả trong công tác thiết kế và khai thác tuyến. ABSTRACT In this paper, we first determine the expression for calculating electric Signal-to-Noise Ratio at the receiver in Coherent Fiber Optic Communication Links using cascaded EDFAs. Next, algorithm chart is built and MathCAD language-based program written to minimize the number of EDFAs (n) and determine their optimal gains (G) in order to achieve permitted values of eSNR correspond ing with BER and Bit-Rate given in advance. Then we calculate, finding out the set of optimal parameters (n,G) corresponding to different distances (from 100km to 9000km) and present the results through the graphs. These results can be applied effectively in designing and making Coherent Fiber Optic Communication links. 1. Giới thiệu Khi thiết kế hệ thống thông tin sợi quang đường dài, đặc biệt là hệ thống cáp quang biển với khoảng cách hàng trăm đến hàng chục ngàn km, người ta thường mắc các bộ khuếch đại EDFA cách đều nhau theo kiểu mắc xen kẽ (dạng mắc chuỗi). Bài toán đặt ra là với một cự ly thông tin cho trước, cần xác định số bộ EDFA tối thiểu sao cho vẫn thoả mãn tỉ số tín hiệu trên nhiễu điện eSNR cho phép tại máy thu tương ứng với tốc độ bít và tỉ số lỗi bit BER theo yêu cầu. Điều này rất cần thiết vì nếu sử dụng nhiều EDFA hơn sẽ làm tăng giá thành hệ thống, phức tạp trong công tác bảo trì bảo dưỡng và làm tăng xác suất sự cố. Hơn nữa, càng nhiều bộ EDFA thì công suất nhiễu phát xạ tự phát ASE tích luỹ qua các bộ khuếch đại càng lớn, làm giảm chất lượng tín hiệu truyền dẫn. Ngược lại nếu số EDFA ít hơn số tối thiểu cần tính toán thì tỉ số tín 25
  2. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(27).2008 hiệu trên nhiễu tại máy thu không bảo đảm yêu cầu. Trong những năm gần đây, có nhiều công trình tính toán tuyến thông tin quang Coherence đường dài có các EDFA xen kẽ [1], [2], [3]. Nhìn chung kết quả đạt được của các công trình này đã khẳng định tiềm năng to lớn trong việc nâng cao hơn nữa cự ly truyền dẫn nhờ việc khai thác tối đa độ nhạy rất cao của máy thu. Đây là bài toán có nhiều tham số ảnh hưởng đến lời giải và nó có ý nghĩa thực tiễn cao vì kết quả của bài toán cho phép các nhà thiết kế và lắp đặt có được phương án tối ưu cho từng trường hợp cụ thể nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng hệ thống. Nội dung của bài báo nhằm giải quyết vấn đề đang được quan tâm này. 2. Mô hình tính toán và tỉ số tín hiệu trên nhiễu điện (eSNR) tại máy thu Mô hình tính toán hệ thống thông tin sợi quang Coherence với n EDFA mắc xen kẽ được biểu diễn như hình 1. Trong đó, các EDFA được bố trí cách đều nhau với khoảng cách giữa chúng là d0=d1=…dn-1=dn=d. Đồng thời tổn hao trong các phân đoạn giữa chúng cũng bằng nhau: 0=1=…n-1=n. G1=G2=…=Gn=G: là độ khuếch đại của n bộ khuếch đại EDFA. Bo1=Bo2=…=Bon=Bo: là băng thông của n bộ lọc đặt ngay sau các EDFA để hạn chế nhiễu ASE của chúng. EDFA-n EDFA-1 EDFA-2 TX RX 0 , d0 1 , d1 2 , d2 n-1, dn-1 n, dn Bon Bo2 Bo1 Gn G1 G2 Hình 1. Mô hình tính toán hệ thống thông tin quang Coherence với các EDFA mắc xen kẽ Tỉ số tín hiệu trên nhiễu điện eSNR tại máy thu được xác định theo biểu thức: 0.1 f d .G n .R.PTX .PLO 10 eSNR      n 1 n j e. 100.1 f d .G n .P  P  2.h .100.1 f n 1.n .(G  1).  10 0.1 f n 1 G   1 .B  d d   o    TX LO sp  j 1           n 1  0.1 f d n  j  0.1 d     d 0.1 f .nsp .(G  1).   10 G   1 10  2. .e.10 .G .PTX  PLO n 1 n 1 n f  .Be  j 1          2   n 1  0.1 f d n  j       d 0.1 f K .T .nsp .(G  1).  10 G   1  .Bo  2.  2.R. h .10  n 1 n 1  j 1      R.RL       (1) Điều kiện để tối thiểu hoá số bộ khuếch đại EDFA sao cho vẫn thoả mãn eSNR cho phép tại máy thu được thể hiện theo biểu thức dưới đây [3], [4]: eSNR  N P (2) Trong đó: N P : là số phôton trung bình trên một bít thông tin tương ứng với tốc độ bít và tỉ số lỗi bit BER cho trước. 26
  3. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(27).2008 PTX, PLO [W]: lần lượt là công suất của máy phát và của bộ dao động nội f : tổn hao công suất trên một km sợi quang [dB/km], d: cự ly truyền dẫn [km]. h : năng lượng photon; RL : điện trở tải bộ tách sóng; chọn RL = 50; nsp: hệ số phát xạ tự phát của EDFA. K : hằng số Boltzman (K = 1,38.10-23 J/ 0 K); T: nhiệt độ tuyệt đối; Be, Bo: băng thông điện và quang của tín hiệu; e: điện tích điện tử (e = 1,6.10-19 C); : hiệu suất lượng tử của photodiode; 3. Thuật toán tính toán các thông số hệ Bắt đầu thống Các thuật toán trong hình 2 và hình 3 được xây dựng nhằm xác định các thông số PTX, PLO, , Bo, Rb, nsp, , d, f tối ưu gồm số bộ khuếch đại EDFA tối thiểu (Nmin), độ khuếch đại tối ưu của các EDFA trên tuyến (Gopt). 1.1.1.a.1.2 G =0 4. Kết quả tính toán mô phỏng và thảo luận 1.1.1.a.1.1 G Ðể kết quả tính toán lý thuyết sát với =G+1 thực tế, tuyến truyền dẫn được khảo sát có Tìm eSNRmax(n) các tham số tính toán được lựa chọn dựa vào No các giá trị tiêu biểu của chúng trong thực tiễn G > 40 ? [2], [5]. Phần mềm tính toán mô phỏng được Yes sử dụng là MathCAD 14 và Excel. Bước đầu, tuyến được khảo sát có cự ly truyền dẫn d Xuất eSNRmax(n) =1000km, sử dụng máy thu PSK đổi tần đồng bộ, có BER yêu cầu  10-12, tốc độ bit lần n=0 lượt là Rb=2,5Gb/s, 5Gb/s, 10Gb/s, giá trị của các tham số khác như sau: PTX=-5dBm; n=n+1 =1550nm; f=0.21dB/km; PLO=0dBm c. Yes =10nm  B0  2  1,248.1012 Hz; Be No  eSNRmax( n )  N P NF 1 ?  10 10  1,58 ; = 2Rb; NF = 5dB => nSP 2 =0,95. Xuất giá trị Với BER = 10-12, tra bảng số photon n trung bình trên một bit thông tin [3], [4], ta Kết thúc suy ra eSNR  N P  26 . Viết chương trình MathCAD dựa vào thuật toán trong hình 2 và Hình 2. Lưu đồ thuật toán tìm số 3 với các thông số nêu trên ta tìm ra được số bộ khuếch đại tối thiểu Nmin 27
  4. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(27).2008 bộ khuếch đại EDFA tối thiểu: Nmin = 5 khi Bắt đầu Rb = 2,5Gb/s; Nmin = 5 khi Rb = 5Gb/s; và Nmin = 6 khi Rb = 10Gb/s. Nhập n Tiến hành các bước tính toán tương tự như trên cho các tuyến có chiều dài thay đổi từ 1000km đến 9000km với bước thay đổi là G=0 500km, ta xác định được các quan hệ giữa số bộ khuếch đại tối thiểu-Nmin, độ khuếch đại G=G+1 tối ưu của các EDFA-Gopt và tỉ số tín hiệu trên nhiễu cực đại tại cuối tuyến eSNRmax Tìm eSNRmax theo khoảng cách của tuyến tương ứng với No tốc độ bit lần lượt là Rb=2,5Gb/s, 5Gb/s, e G > 40 ? 10Gb/s. Kết quả được biểu diễn như hình 7, 8 Yes và 9. Xuất eSNRmax Từ các đồ thị, ta thấy khi khoảng cách truyền dẫn càng tăng thì số bộ khuếch đại tối G=0 thiểu Nmin yêu cầu càng nhiều, độ khuếch đại tối ưu Gopt có xu hướng giảm để giảm nhiễu phát xạ tự phát tích lũy tại cuối tuyến G=G+1 do các EDFA mắc xen kẽ gây ra, làm cho No eSNRmax không bị giảm nhiều. Ngoàiù phô thukhi vµo n víi Rb = 2,5Gb/s eSNR = eSNRmax? ra, éc eSNR e S tốc độ bít càng cao thì băng thông quang và 70 63 băng thông điện càng lớn nên theo biểu thức Yes 56 TØ s è tÝn hiÖu trªn nhiÔu eSNR Xuất giá trị G (1) ta thấy eSNRmax cuối tuyến càng giảm. 49 Khi khoảng cách truyền dẫn tăng đến 42 35 8000km thì eSNRmax
  5. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(27).2008 Sù phô thuéc eSNR vµo n víi Rb = 10Gb/s 40 36 32 TØ s è tÝn hiÖu trªn nhiÔu eSNR 28 25 24 20 16 12 8 4 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Sè bé khuÕch ®¹i G = 30 Hình 7. Quan hệ giữa Nmin, Gopt và G = 31 Hình 6. Quan hệ eSNR G = 32 eSNRmax theo khoảng cách tuyến G = 33 theo n với Rb=10Gb/s G = 34 tương ứng với Rb=2,5Gb/s G = 35 80 75 70 Nmin, Gopt, eSNRmax 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 Khoang cach truyen dan [km] So bo khuech dai toi thieu-Nmin Do khuech dai EDFA toi uu-Gopt Ti so eSNRmax cuoi tuyen Hình 8. Quan hệ giữa Nmin, Gopt và Hình 9. Quan hệ giữa Nmin, Gopt eSNRmax theo khoảng cách tuyến và eSNRmax theo khoảng cách tương ứng với Rb=5Gb/s tuyến tương ứng với Rb=10Gb/s 5. Kết luận Kết quả nghiên cứu này có thể được sử dụng hiệu quả trong công tác thiết kế và khai thác mạng. Tương ứng với mỗi cự ly truyền dẫn cụ thể có chiều dài khác nhau ta có thể xác định ngay được số bộ khuếch đại tối thiểu-Nmin, độ khuếch đại tối ưu của các EDFA-Gopt và tỉ số tín hiệu trên nhiễu cực đại tại cuối tuyến-eSNRmax để thông tin truyền đi đạt chất lượng tốt nhất. 29
  6. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(27).2008 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] P.C. Becker, N. A. Olson: “Erbiumdoped fiber amplifiers, Fundamentals and Technology”, Academic Press, 1999. [2] J. Franz,V.K. Jain: "Optical communication systems- system analysis, Design and Optimization", Narosa Publishing House, Inc.- 1996. [3] Sadakuni Shimada: "Coherent lightwave communication technology", Chapman & Hall, 1995. [4] Nguyễn văn Tuấn: “So sánh và đánh giá các phương pháp điều chế và giải điều chế trong hệ thống thông tin quang kết hợp (Coherence)”, Chuyên san tạp chí bưu chính viễn thông số 7, 5/2002. Trang 35-41. [5] N. Takachio et al.: "A 10Gb/s optical heteodyne detection experiment using a 23 GHz bandwidth balanced receiver”, IEEE Transactions Microwave Theory Technology, 38, 1990, pp.1900-1905. 30
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.01: Bộ Luận Văn Thạc Sĩ Quản Trị Kinh Doanh MBA
165 tài liệu
2062 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2