ĐỊNH DẠNG ĐIỀU CHẾ QUANG RZ VÀ NRZ

Đồ án tốt nghiệp



Ở đây:

A0,L(t) là biên độ của trường quang

ωL là tần số góc quang của nguồn laser

ϕL là pha quang





e L thể hiện vec-tơ phân cực của tín hiệu



Bốn thông số này sử dụng cho phát tín hiệu quang, với mỗi thông số có thể

được điều chế bởi một tín hiệu băng gốc nhị phân điện q(t):

q (t ) =



∞



∑ q .g (t − iT



i = −∞



i



b



)



1.44



Với qi∈[0,1] là hệ số thông tin và g(t) là hình dạng xung băng gốc bị trễ bởi bội

số của chu kỳ bit T b. Về cơ bản, phụ thuộc vào thông số tín hiệu đã được điều chế, nó

có khác biệt giữa các dạng điều chế ASK, FSK, PSK, PolSK.

2.1.1. Khóa dịch biên độ (ASK)

ASK được biết như là khóa dịch “on-off” (OOK), là kỹ thuật điều chế cường độ

tín hiệu sóng mang. Trong dạng đơn giản nhất, một nguồn được chuyển mạch giữa hai

trạng thái “on” và “off” (hình 2.1). Sự thể hiện tín hiệu là như sau:

 A0 = 0



A0, L (t ) = 

2Eb

A1



Tb





, if q(kTb ) = 0

, if q(kTb ) = 1



(1.45)



Điều chế ASK là được mô tả bởi mối liên hệ mức năng lượng trong các trạng

thái on (dấu) và off (khoảng cách) được gọi là tỷ lệ phân biệt (ER):

ER =



A12

A02



(1.46)



Giá trị ER phụ thuộc vào phép xấp xỉ sử dụng cho phát tín hiệu: điều chế ngoài

hoặc điều chế trực tiếp của nguồn quang, trong trường hợp điều chế ngoài, ER là được

giới hạn bởi tỷ lệ phân biệt của điều chế ngoài. Gía trị ER điển hình biến đổi từ 812dB phụ thuộc vào tỷ lệ bit tín hiệu. Các định dạng điều chế cơ sở ASK là được mô

tả bởi phát và tách sóng tín hiệu đơn giản với kết quả là tất cả các hệ thống truyền dẫn

quang được sử dụng ngày nay dùng định dạng điều chế cơ sở ASK và có một số định

dạng này sẽ được trình bày chi tiết hơn ở phần sau. Do bởi sử dụng các phương pháp

điều chế khác nhau cho việc phát các các định dạng đó, chúng có hình dạng tín hiệu

khác nhau (vd: return-to-zero hoặc non return-to-zero) và các đặc tính phổ dẫn đến sự

khác biệt cách xử lý truyền dẫn.

2.1.2. Khóa dịch tần số (FSK)

FSK là được thực hiện bởi quá trình chuyển mạch tần số ánh sáng laser giữa hai

giá trị tần số cho dấu và khoảng cách, vì vậy đường bao của tín hiệu quang là được



SVTH: Nguyễn Thạc Hùng, lớp D08-VT5



Đồ án tốt nghiệp



duy trì không thay đổi, nó phức tạp hơn trong việc thu-phát so với ASK. Biên độ phức

của tín hiệu FSK là được cho bởi phương trình (1.43) với:

dφ L + 2π∆f FSK

=

dt

- 2π∆f FSK



, if q(kTb ) = 0

, if q(kTb ) = 1



(1.48)



Ở đây: 2πΔfFSK là độ dịch tần số giữa các dấu và khoảng cách. Điều chế FSK

được mô tả bởi chỉ số điều chế m FSK, nó mô tả mối liên hệ giữa tốc độ bit tín hiệu B và

ΔfFSK.

m FSK =



2∆f FSK

B



(1.49)



Bằng sự biến đổi của mFSK, định dạng điều chế FSK khác nhau có thể được thực

hiện (vd: mFSK=0.5 - khoá dịch pha tối thiểu (MSK)). Sự khác biệt giữa các định dạng

FSK là được phản ánh trong phổ tín hiệu quang, ở đó m FSK là nhỏ hơn cho phép phổ

quang được co lại gọn hơn, các định dạng FSK là không được sử dụng rộng rãi trong

hệ thống truyền dẫn bởi vì sự tách sóng tín hiệu phức tạp. Gần đây, điều chế FSK được

biết như là Định dạng truyền dẫn hỗ trợ tán sắc (DST) và tập trung vào nghiên cứu cho

thực hiện trong các mạng MAN. Bên cạch ý tưởng DST là tín hiệu điều chế FSK (vd:

MSK) tương tác với tán sắc trong tuyến truyền dẫn, gây ra sự chuyển đổi FM-IM (điều

chế tần số- cường độ) của tín hiệu quang dẫn đến tín hiệu bị điều biến sang dạng ASK

tại phía thu, do đó bộ thu tách sóng trực tiếp thông thường có thể được sử dụng. Trở

ngại chính của công nghệ mới này là các thông số phát và thu (vd: m FSK và thiết lập bộ

lọc thu) phải được ghép chính xác các đặc tính, đòi hỏi một đặc tính phải chi tiết về tán

sắc trong tuyến truyền dẫn.

2.1.3. Khoá dịch pha (PSK)

PSK sử dụng pha của tín hiệu để mã hoá thông tin. Tín hiệu quang có phổ hẹp

và đường bao tín hiệu không đổi (hình 2.1), chúng cho phép cải thiện dung sai phi

tuyến, nhưng lại nhạy cảm với điều chế pha gây ra hiệu ứng đa kênh và có thể gây lỗi

giải mã tại phía thu. Tại thời điểm này, điều chế PSK cho phép cải thiện độ nhạy thu

(lên đến 6dB) so với điều chế ASK. Phương pháp khoá dịch pha vi sai (DPSK) được

đặc biệt quan tâm. Trong tín hiệu DPSK, thông tin là được mã hoá trong sự thay đổi

pha giữa hai bit kế tiếp.

Tín hiệu DPSK là được trình bày bởi:

0

ϕ signal (kTb ) − ϕ signal [ (k − 1)Tb ] = 

π



, if q(kTb ) = 0

, if q(kTb ) = 1



(1.50)



Về cơ bản, tín hiệu PSK chỉ cho phép tách sóng kết hợp (coherent), nó đòi hỏi

một bộ dao động nội ở phía thu để so sánh pha tín hiệu đã phát xuất hiện tại phía thu

với pha của tín hiệu dao động nội, tạo ra khả năng thực hiện điều chế khá khó này.

Cũng vậy, một vòng khoá pha (PLL) được yêu cầu để đồng bộ tín hiệu dao động nội

với tín hiệu thu. Điều chế pha PSK hoàn toàn là khó thực hiện, nhưng một vàì mã nhị

SVTH: Nguyễn Thạc Hùng, lớp D08-VT5



Đồ án tốt nghiệp



phân đặc biệt và đa mức khác nhau của PSK như DPSK hoặc DQPSK (PSK nhóm

khác nhau) cho phép sử dụng phương pháp tách sóng trực tiếp. DQPSK cho phép cải

thiện nhiều hơn hiệu quả mã sử dụng 4 pha khác biệt, ở đây tỷ lệ dấu tín hiệu là 2

trong trường hợp DPSK. Dòng bit DQPSK phải được mã hoá vi sai sử dụng bộ mã số

trước (pre-coder), tách sóng tín hiệu trong định dạng DPSK có thể chế tạo sử dụng cấu

hình cơ sở giao thao kế MZI, chúng cho phép việc tách sóng giảm bớt độ phức tạp so

với coherent. Mặc dù thực hiện điều chế PSK gặp nhiều phức tạp, nhưng gần đây đề

xuất nghiên cứu triển khai DPSK và DQPSK trong các hệ thống WDM 40GHz, xác

nhận các định dạng điều chế đó khá tốt thay thế các định dạng điều chế ASK trong các

hệ thống WDM tốc độ cao trong tương lai.

2.1.4. Khoá dịch phân cực (PolSK)

PolSK là định dạng điều chế rất khác biệt so với các định dạng điều chế đã đề

xuất, tín hiệu PolSK là được phát ra bởi chuyển mạch phân cực tín hiệu giữa hai trạng

thái phân cực trực giao, PolSK được mô tả bởi đường bao tín hiệu không đổi cho phép

cải thiện dung sai phi tuyến, cải thiện độ nhạy (3dB) so với điều chế ASK và cho phép

tận dụng băng tần hệ thống tốt hơn do bởi sử dụng phân cực trực giao, PolSK thay thế

tốt cho thực hiện các định dạng điều chế đa mức. Trở ngại của PolSK là gia tăng tính

phức tạp khi phát và tách sóng tín hiệu, cũng như sự nhạy cảm các nhiễu loạn phân

cực (vd: PMD, PDL) trong tuyến truyền dẫn, tác động của chúng gia tăng tỷ lệ thuận

với tốc độ dữ liệu kênh. Mặc dù thực tế là, PolSK không được quan tâm thực hiện cho

các hệ thống truyền dẫn, bởi vì tính phức tạp và độ nhạy, nhưng nó có thể được sử

dụng khi đưa thêm các tầng điều chế cho việc cải thiện dung sai phi tuyến của các định

dạng điều chế ASK.

2.2.



Định dạng điều chế quang - NRZ



Một sự phân loại cơ bản của các định dạng điều chế ASK khác nhau có

thể thực hiện theo hình dạng của các xung quang. Tất cả các định dạng điều chế có thể

được phân chia thành ba nhóm: NRZ, RZ và các định dạng điều chế Novel. Trong

phần này, các định dạng điều chế NRZ (non-return-to-zero) được giới thiệu, NRZ và

điều chế Duobinary thuộc về nhóm này.

2.2.1. Điều chế NRZ

NRZ là định dạng điều chế được ứng dụng chủ yếu trong các hệ thống truyền

dẫn quang ngày nay, kỹ thuật cho phát xung NRZ là khá nổi tiếng từ lý thuyết thông

tin cổ điển, nguồn thông tin phát ra một dãy bit ký hiệu nhị phân tại một tốc độ bit

R=1/TB, ở đây TB là khoảng thời gian của mỗi bit (chu kỳ bit) được biết như là khe

bit.

Dãy tín hiệu của các bit có thể được diễn giải như sau:

x(t ) =



∞



∑ q . f (t − nT )



n = −∞



SVTH: Nguyễn Thạc Hùng, lớp D08-VT5



i



b



(1.51)



Đồ án tốt nghiệp



Ở đây: bn (qi) là ký hiệu thông tin được trình bày bởi một chuỗi nhị phân của

các giá trị 0 và 1. Hàm chức năng f(t)diễn giải hình dạng xung, một khoảng thời gian

T0 (gần như xung vuông), nó tỷ lệ với tốc độ bit được sử dụng, trong khoảng thời gian

xung của của dãy xung NRZ là bằng chiều dài của khe thời gian (T 0=Tb). Trong khi

một khe thời gian xung NRZ duy trì cùng biên độ và giữa các bit 1 kế tiếp không có

xảy ra sự thay đổi biên độ tín hiệu. Một dãy tín hiệu điện điều khiển bộ điều chế ngoài

là được tạo ra trong bộ mã NRZ, thời gian lên của tín hiệu điện là được sửa lại cho

thích hợp bằng cách sử dụng một bộ lọc điện và tổng số thời gian lên bằng 25% độ

rộng xung, thời gian lên diễn giải độ dốc biên của xung NRZ và phụ thuộc vào kiểu bộ

lọc sử dụng cho tạo dạng xung điện.

Đường bao phức của tín hiệu NRZ quang có thể được diễn giải như sau:

E NRZ (t ) = ∑ a n .h(t − nTb )



(1.52)



n



Ở đây: Tb là chiều dài bit và h(t) là hình dạng xung ban đầu được tạo ra trong

MZM bởi sự tích chập hình dạng xung và hàm chức năng chuyển đổi bộ lọc. a n thể

hiện hệ số của dãy mã hoá với các giá trị 0 cho khoảng cách (space) và 1 cho dấu

(mark) tín hiệu, tương ứng phát tín hiệu quang của các xung NRZ là được minh hoạ

trong hình 2.2.



Hình 2.2: Phát tín hiệu NRZ 40Gb/s

Ánh sáng của sóng bơm liên tục (CW) là được điều chế ngoài trong một MZM

LiNbo3, bộ MZM là được điều khiển bằng điểm cầu phương (quadrature-point) của

hàm chức năng chuyển đổi công suất bộ điều chế với một tín hiệu NRZ điện để tạo ra

xung NRZ cũng có thể được thực hiện với một bộ điều chế hấp thụ điện (EAM).

Điều bất tiện lợi của EAM là liên hệ với tỷ lệ phân biệt-ER nhỏ (10dB) và chirp

điều chế nội. Trong một cách khác là điện áp phân cực cho EAM nhỏ và nó có thể

được tích hợp trên cùng một chip với một laser, dẫn đến giảm chi phí sản xuất. Dạng

sóng tín hiệu và phổ của tín hiệu NRZ quang 40Gb/s được trình bày trong hình 2.3.

Một tiêu chuẩn cho độ rộng xung của một tín hiệu quang là chu kỳ làm việc (tỷ lệ làm

việc), chu kỳ làm việc được xác định như là mối liên hệ của độ rộng xung toàn phần

tại tối đa 1/2 (FHWM) so với khe bit. Trong trường hợp NRZ, chu kỳ làm việc bằng 1,

hình 2.3b cho biết các xung NRZ có các biên tín hiệu độ dốc rất lớn. Chirp trong hình

2.3b là nguyên nhân thực tế bởi chirp bơm CW, chúng tỷ lệ với độ rộng đường sáng

SVTH: Nguyễn Thạc Hùng, lớp D08-VT5



Đồ án tốt nghiệp



laser (line-width). Độ dốc của biên ảnh hưởng đến các đặc tính phi tuyến của truyền

dẫn quang trên cơ sở NRZ, làm gia tăng tác động của hiệu ứng SPM và SPM tỷ lệ trực

tiếp với độ dốc của các biên tín hiệu, độ dốc của biên mạnh hơn tạo ra các thành phần

phổ mới do bởi hiệu ứng SPM, dẫn đến phổ của tín hiệu bị dãn rộng. Làm tăng thêm

tác động lẫn nhau giữa SPM và tán sắc tốc độ nhóm (GVD), làm biến đổi SPM gây ra

biến đổi pha thành biến đổi cường độ (PM-IM) và làm ảnh hưởng đáng kể các giới hạn

hệ thống truyền dẫn quang.

Các xung NRZ có thành phần phổ quang hẹp do bởi sự chuyển biến giữa hai

trạng thái on-off thấp hơn trong các dòng bit NRZ. Độ rộng phổ tại mức công suất

-30dB của thành phần phổ quang NRZ 40Gb/s lên tới 60GHz (hình 2.3a). Phổ NRZ là

được tập trung và nén chặt xung quanh tần số sóng mang thể hiện một đặc điểm điều

chế quan trọng, chúng nén các tác động hiệu ứng truyền lan khác nhau (vd: GVD và

ISI).



Hình 2.3: Tín hiệu NRZ 40Gb/s: a) Phổ quang; b) Hình dạng tín hiệu và chirp

Khi độ rộng phổ được giảm, nó cải thiện dung sai, tán sắc của định dạng điều

chế nhưng làm tăng hiệu ứng ISI giữa các xung, vấn đề này trở nên rõ ràng hơn cho

khoảng cách ly giữa các dãy của các dấu, ở đó năng lượng của các dấu lân cận bị biến

đổi trong khe thời gian của khoảng cách ly dẫn đến hiệu ứng ISI và chất lượng hệ

thống bị suy giảm. Phổ hẹp của các xung NRZ mang lại sự thực hiện tốt hơn trong hệ

thống WDM, cho phép tận dụng tốt hơn băng tần hệ thống và các dấu xung NRZ có

tính chất mạnh hơn đối với các tác động tán sắc và dẫn dến dung sai tán sắc cao hơn.

Dung sai tán sắc lớn có thể quan trọng trong hệ thống WDM 40Gb/s với số kênh lớn

bởi vì sự xuất hiện lâu dài của tán sắc dư, tán sắc dư phụ thuộc vào tổng băng tần hệ

thống và các kiểu sợi quang truyền dẫn được sử dụng.

2.2.2. Điều chế Duobinary

Điều chế Duobinary có thể được diễn giải như là một sự kết hợp của điều chế

ASK thông thường và khóa dịch pha PSK. Tùy thuộc vào việc thực hiện, truyền dẫn

Duobinary quang có thể được hiểu như là truyền dẫn đa mức với các bit mã pha và độ

rộng phổ được suy giảm. Công nghệ truyền dẫn duobinary được đưa vào các hệ thống

truyền dẫn quang tốc độ cao (10Gb/s) để cải thiện dung sai tán sắc. Hình 2.4 minh họa

quá trình mã hóa của việc phát ra tín hiệu duobinary, tín hiệu này được phát bằng cách

SVTH: Nguyễn Thạc Hùng, lớp D08-VT5



Đồ án tốt nghiệp



đưa thêm vào các bit đã được làm trễ bằng một chu kỳ bit đối với dòng bit hiện tại.

Đường bao phức của tín hiệu duobinary quang là được xác định sử dụng phương trình

1.52, xem xét một hệ số an của 1, 0 và -1. Trong tín hiệu duobinary quang, ba mức này

được sắp đặt vào ba trạng thái quang “1”, “0” và “-1” bằng điều chế cả biên độ và pha

của tín hiệu. Hai mức “1” và “-1” có cùng cường độ quang nhưng có pha đối nhau.

Khoảng cách giữa các mức gần như bằng nhau, tín hiệu duobinary quang có thể được

điều chế vào trong một tín hiệu nhị phân với một bộ thu quang tách sóng trực tiếp

thông thường. Điều này là một thuận lợi quan trọng để giảm tính phức tạp trong các hệ

thống tương lại.



Hình 2.4: Phát tín hiệu Duobinary 40Gb/s

Cho việc phát duobinary, tín hiệu NRZ điện là được mã trước (pre-coded) trong

một bộ mã (mạch EX-OR). Tín hiệu nhị phân pre-coded là được chuyển đổi thành tín

hiệu duobinary 3 mức bởi các bộ lọc điện giới hạn băng (band-limiting). Điều này

được giải thích thực tế là quá trình lọc băng hẹp của một tín hiệu điện 2 mức tạo ra

một mức tín hiệu được đưa thêm vào, tại đây giới hạn băng của các xung điện tạo ra

phổ duobinary được giảm đi so với phổ của NRZ thông thường. Thực hiện suy giảm

phổ phụ thuộc vào kiểu bộ lọc được sử dụng, một bộ lọc cắt gọn (sắc nét) là được ưu

dùng cho phát tín hiệu duobinary, bộ lọc hình chữ nhật được cho là lý tưởng, nhưng

thực hiện thực tế cho kiểu bộ lọc này là khá phức tạp, một bộ lọc duobinary (bộ lọc

cosin) Bassel bậc 5 hoặc bộ lọc thông thấp (LPF) Bassel-Thomson có thể được sử

dụng khá tốt. Tần số cắt của bộ lọc LPF =1/4 tốc độ bit, bộ lọc LPF tác động như một

bộ chuyển đổi analog, chúng đồng thời chuyển đổi tín hiệu từ nhị phân tới duobinary

và cắt bỏ các thành phần tần số cao trong phổ tín hiệu duobinary. Ba mức tín hiệu “1”,

“0” và “-1” là được đặt vào trong tín hiệu quang bằng một đẩy-kéo (push-pull) MZM

LiNbO3, MZM LiNbO3 là được điều khiển bởi tín hiệu duobinary và đó là phiên bản

đã được đảo ngược (hình 2.4). Tại phía thu, tín hiệu đã được điều chế là được phát

hiện với một thiết bị thu tách sóng trực tiếp nhị phân thông thường. Photo-diode tại

phía thu chuyển đổi tín hiệu duobinary quang thành một tín hiệu duobinary điện. Tín

hiệu được phát hiện là bị đảo cho tách sóng của tín hiệu nhị phân ban đầu tạo nên một

sự chuyển đổi logic cần thiết cho khôi phục dữ liệu.

Hình 2.5, minh họa một phổ quang và hình dạng sóng tín hiệu của một tín hiệu

duobinary. Do bởi quá trình lọc băng hẹp trong miền điện, độ rộng phổ của tín hiệu là

được giảm đi 2 lần so với tín hiệu NRZ thông thường. Dạng sóng tín hiệu cho biết một

hình dạng NRZ điển hình và các xung phát là được mã hóa trong pha (hình 2.5b).

SVTH: Nguyễn Thạc Hùng, lớp D08-VT5



Đồ án tốt nghiệp



Làm giảm độ rộng phổ của tín hiệu duobinary quang là lý do cho dung sai tán

sắc tốt hơn so với tín hiệu NRZ và cho phép cải thiệt hiệu quả phổ trong hệ thống

WDM, hơn nữa là làm nén chặt hiệu ứng SBS trong phổ duobinary quang và sóng

mang quang là được nén hiệu quả. Trong điều chế duobinary, chế độ hoạt động gần

như tuyến tính (PIN < 2dB/1ch) so với điều chế NRZ, cho biết dung sai tán sắc được

nâng cao (2 lần). Trong chế độ phi tuyến (PIN > 8dB/1 kênh), cả hai định dạng có đặc

tính truyền dẫn giống nhau do bởi tác động mạnh của SPM gây ra dãn rộng phổ. Gần

đây hiệu quả phổ của điều chế duobinary > 0.4bit/s/Hz được đề xuất cho hệ thống

WDM với các kênh lân cận đồng cực, tại đó một quá trình lọc quang thích hợp là cần

thiết cho thực hiện nâng cao hiệu quả phổ, hiệu quả phổ có thể thực hiện hiệu quả hơn

tới 1bit/s/Hz bằng cách sử dụng kỹ thuật ghép kênh xen kẽ phân cực giữa các biết lân

cận.

Điều không tiện lợi của tín hiệu duobinary giống như tín hiệu NRZ, là một sự

liên hệ tác động mạnh của các đặc tính phi tuyến sợi quang, chúng thể hiện các hệ số

giới hạn chủ yếu cho độ dài truyền dẫn cực đại và chất lượng truyền dẫn có thể đạt

được. Có một vài phương pháp đã được đề xuất gần đây để nâng cao dung sai phi

tuyến duobinary. Việc bổ xung pre-chirp tại phía phát và có thể thực hiện bởi chirp nội

bộ điều chế, bởi một phần sợi quang hoặc làm giảm băng tần bộ lọc điện cho việc nâng

cao khả năng truyền dẫn của hệ thống WDM cở sở duobinary, một khả năng khác sẽ là

sự kết hợp của điều chế duobinary với các định dạng điều chế có tính chất mạnh đối

với phi tuyến (RZ, CSRZ). Chúng cho phép một đặc tính phi tuyến tốt hơn (vd:

Duobinary Carrier Suppressed RZ_ DCS-RZ, Duobinary RZ_DRZ), ở đây phát xung

có đặc tính phổ duobinary và hình dạng xung RZ. Phương pháp điều chế trên cơ sở

duobinary mới này cho phép thực hiện hệ thống WDM với một khoảng cách kênh dầy

đặc và theo đó phổ quang hẹp hơn và nâng cao hiệu suất truyền dẫn do bởi sử dụng

hình dạng tín hiệu RZ. Qua thực nghiệm kỹ thuật duobinary trong hệ thống WDM

40Gb/s, do bởi dung sai tán sắc lớn, điều chế duobinary là có thể phù hợp cho các

mạng quang vùng đô thị (MANs).



Hình 2.5: Tín hiệu duobinary: a) Phổ quang; b) Hình dạng tín hiệu và chirp

SVTH: Nguyễn Thạc Hùng, lớp D08-VT5



Đồ án tốt nghiệp



2.3.



Định dạng điều chế quang - RZ



Tạo ra tín hiệu của các định dạng điều chế trên cơ sở RZ là được trình bày trong

chương này, các định dạng điều chế cơ sở RZ ở đây là các điều chế Return-to-Zero

(RZ), Carrier-Suppressed RZ (CSRZ), Single Side-Band RZ (SSB-RZ) và Chirp RZ

(CRZ). Các đặc tính chung của các định dạng này là phổ tín hiệu rộng và tỷ lệ chu kỳ

làm việc < 1.

2.3.1. Điều chế RZ

Các xung RZ chỉ chiếm một phần của khe bit, dẫn đến giá trị chu kỳ làm việc

nhỏ hơn 1. Các phương pháp khác nhau có thể được sử dụng phát xung RZ., bắt đầu

với một ghép kênh phân chia theo thời gian điện hoặc quang (ETMD/OTDM) của một

vài kênh tốc độ dữ liệu thấp hơn, đối với một laser có tính hoạt động đột biến cao đưa

thêm vào bộ điều chế dữ liệu NRZ và việc phát với hai tầng điều chế (MZM1 và

MZM2) để đạt được việc phát với bộ điều chế pha và giao thoa kế đường trễ, tính

phức tạp và chi phí của phát tín hiệu RZ có thể thay đổi. Hình 2.6 minh hoạ hai

phương pháp khác nhau cho việc phát các xung quang RZ, phương pháp được sử dụng

rộng rãi cho việc phát xung RZ sử dụng sử dụng hai tầng điều chế (hình 2.6a), trong

tầng điều chế MZM1, xung NRZ quang là được được phát trong một MZM LiNbO3,

chúng được điều khiển bởi một tín hiệu NRZ 40Gb/s đã được lọc điện, trong một

MZM2, một sự chuyển đổi hình dạng từ NRZ thành RZ diễn ra, bộ MZM2 (hình 2.6a)

là được điều khiển bởi một tín hiệu sin-clock 40GHz tại điểm cầu phương (quadraturepoint) của hàm chuyển đổi công suất điều chế, mặc dù được sử dụng rộng rãi và thực

tế khá thích hợp nhưng khó thực hiện đồng bộ giữa hai tầng điều chế và hình dạng

xung là bị giới hạn bởi các đặc điểm của MZM2 gây ra suy giảm tỷ lệ phân biệt (ER)

của xung RZ được phát.



Hình 2.6: Phát tín hiệu RZ 40Gb/s: a) Phát thực tế b) Phát lý tưởng

Hình 2.6b minh hoạ sự gần đúng lý tưởng cho việc phát xung RZ, tạo dạng

xung RZ là được làm bởi một bộ mã RZ điện 40GHz, bởi vì công nghệ 40GHz thể

hiện giới hạn trên của phát tín hiệu điện, cũng vì vậy bộ mã RZ là vẫn chưa có sẵn

trong thương mại. Để mà giảm tính phức tạp của việc phát, các xung RZ có thể được

SVTH: Nguyễn Thạc Hùng, lớp D08-VT5



Đồ án tốt nghiệp



phát bởi một sự kết hợp của bộ điều chế pha và giao thoa kế đường trễ, công nghệ này

không yêu cầu đồng bộ của hai tín hiệu điều khiển điện và cho phép độ nhạy lớn

(>2dB), nhưng trễ trong giao thao kế phải được chế tạo chính xác. Băng tần bộ điều

chế bị giới hạn là một vấn đề trong trường hợp RZ do bởi phổ quang dãn rộng.

Hình 2.7, minh hoạ hình dạng sóng và phổ quang của tín hiệu RZ 40Gb/s. Biên

độ tín hiệu RZ giữa hai bit 1 liền kề trở về zero. Cho cùng một công suất trung bình

của xung RZ và xung NRZ, công suất đỉnh của xung RZ bằng hai lần của xung NRZ

và độ rộng xung bằng 1/2 độ rộng xung NRZ, đặc điểm chính của tín hiệu được điều

chế RZ là liên hệ với phổ quang rộng. Độ rộng phổ giữa hai biên băng đầu tiên lên tới

80GHz.

Độ rộng phổ lớn gây ra dung sai tán sắc và hiệu quả phổ bị suy giảm của hệ

thống WDM dựa trên cơ sở RZ. Hình dạng xung RZ cho phép gia tăng tính chất mạnh

tới hiệu ứng phi tuyến sợi quang và ảnh hưởng tới của tán sắc mode phân cực (PMD).

Một số lượng nhỏ của chirp thực tế trong xung RZ (hình 2.7b) là chirp nội của pumpCW với độ rộng đường phổ 10GHz. Ý nghĩa của phương pháp này là công suất quang

cao hơn trên mỗi kênh và dẫn đến cải thiện chiều dài tuyền truyền dẫn tối đa và cải độ

nhạy thu lên đến 3dB. Để cải thiện hơn nữa các đặc điểm truyền dẫn trong một hệ

thống WDM với một hiệu quả phổ lên đến 0.4bit/Hz là sử dụng các xung còn được gọi

là “Tedon”, Tedon chuẩn cho xung RZ với chu kỳ làm việc giảm (τ< 0.3) và độ rộng

xung quang ngắn (vài ps). Các đặc điểm chủ yếu là gia tăng tính chất mạng đối với phi

tuyến sợi quang nguyên nhân bởi thực tế là các xung quang ngắn tán sắc nhanh hơn

các xung quang rộng hơn, cho phép giảm nhanh công suất đỉnh xung. Tedon 40Gb/s là

được sử dụng trong cộng nghệ OTDM, độ rộng xung giảm trong trường hợp Tedon có

ý nghĩa phổ tín hiệu rộng hơn, chế tạo công nghệ Tedon ít được quan tâm trong hệ

thống DWDM với một hiệu quả phổ > 0.4bit/s/Hz.



Hình 2.7: Tín hiệu RZ 40Gb/s: a) Phổ quang; b) Hình dạng tín hiệu và chirp

Để cho phép truyền dẫn DWDM cơ sở RZ, quá trình lọc băng hẹp tại phía phát

và phía thu là cần thiết. Điều chế RZ là tốt hơn NRZ trong hệ thống WDM 40Gb/s

đường dài, bởi vì nó có dung sai phi tuyến lớn hơn. Độ dài truyền dẫn tối đa trong các

SVTH: Nguyễn Thạc Hùng, lớp D08-VT5



Đồ án tốt nghiệp



hệ thống RZ 40Gb/s là được giới hạn ≤ 1600km bởi tác động PMD bậc một và bậc cao

hơn.

2.3.2. Điều chế nén sóng mang CSRZ

Điều chế CSRZ (Carrier-Suppressed RZ) là một định dạng điều chế được đề

xuất gần đây cho các hệ thống truyền dẫn tốc độ bít cao. Mục tiêu chính của định dạng

điều chế này làm giảm tác động phi tuyến trong các tuyến truyền dẫn và cải thiện hiệu

suất phổ trong các hệ thống WDM tốc độ bit cao, nó được kỳ vọng là dung sai tán sắc

truyền dẫn được cải thiện và giảm độ rộng phổ so với điều chế RZ thông thường. Phát

xung CSRZ là được trình bày trong hình 2.8. Bộ điều chế MZM1 phát một tín hiệu

quang NRZ 40Gb/s bởi điều chế ngoài của ánh sáng bơm liên tục-CW. MZM1 là được

điều khiển với một tín hiệu điện NRZ 40GHz tại điểm cầu phương (quadrature-point)

của hàm số công suất bộ điều chế. Tạo dạng tín hiệu CSRZ là được thực hiện trong

MZM2, và được phân cực tại điểm zero. Phát tín hiệu CSRZ có thể được diễn giải qua

thuật toán sau:

 (φ − φ2 ) 

 ( φ1 + φ 2 ) 

EOUT = jE IN sin  1

 exp  j

2 

 2 







(1.53)



Ở đây: EIN và EOUT là trường quang vào/ra của bộ MZM2. E IN là trường quang

của tín hiệu NRZ 40Gb/s và được phát trong MZM1. φ1 và φ2 là pha quang của hai

nhánh điều chế và φ1 là được phân cực với điện thế V bias.φ1 và φ2 là được diễn giải như

sau:



Hình 2.8: Phát tín hiệu CSRZ 40Gb/s

π V1m

π Vbias

sin ( ωt + ψ ) +

2 Vπ

2 Vπ

π V2 m

φ2 =

sin(ωt )

2 Vπ

φ1 =



(1.54)

(1.55)



Ở đây: V1m và V2m là biên độ của tín hiệu clock và Ψ cho sự khác biệt pha giữa

hai tín hiệu clock. Vπ là điện thế yêu cầu cho dịch pha một π. MZM2 sử dụng cho phát



SVTH: Nguyễn Thạc Hùng, lớp D08-VT5



Đồ án tốt nghiệp



CSRZ là được phân cực tại V bias=0 và V1m=V2m=Vπ. Ψ=π. Tần số của clock-sine lên tới

f0=20GHz =1/2 tốc độ bít. Thuật toán thể hiện tín hiệu CSRZ có thể được cho như sau:

 (φ − φ2 ) 

 ( φ1 + φ 2 ) 

E CSRZ = jE IN exp(− jβ L) sin  1

 exp  j

2 

 2 





π



= jE IN exp(− jβ L) sin  (sin(ω 0 t + π ) − sin(ω 0 t ))

2



 1 π



.exp  j  (sin(ω 0 t + π ) − sin(ω 0 t )) 



 2 2

π



= jE IN exp( − jβL ) sin  ( − 2 sin ( ω 0 t ) ) 

4



π



= -jE IN exp( − jβ L ) sin  sin ( ω 0 t ) 

2





(1.56)



Hình 2.9: Tín hiệu CSRZ 40Gb/s: a) Phổ quang; b) Hình dạng tín hiệu và chirp

π

π

sin ( ω 0 t + π ) = − sin ( ω 0 t )

2

2

Với:

π

φ 2 (CSRZ ) = sin ( ω 0 t )

2

φ1 (CSRZ ) =



(1.57)

(1.58)



Phổ CSRZ quang và hình dạng tín hiệu là được minh hoạ trong hình 2.9, thành

phần sóng mang của phổ tín hiệu CSRZ là được nén do bởi điều chế ngoài tại điểm

zero trong MZM thứ hai. Độ rộng phổ giữa hai biên băng phổ đầu tiên là 40GHz và

được suy giảm hai lần so sánh với trường hợp RZ (hình 2.6), xung CSRZ có hình dạng

RZ với sự khác biệt pha quang là π giữa hai bit kế tiếp, điều kiện pha giữa các xung có

thể có lợi cho gia tăng dung sai phi tuyến.Với độ rộng phổ được suy giảm, điều chế

CSRZ cho biết dung sai tán sắc được gia tăng và nó có tính chất mạnh hơn để làm suy

yếu phi tuyến hơn các định dạng điều chế NRZ và RZ thông thường. Dung sai phi

tuyến của điều chế CSRZ có thể được cải thiện hơn nữa bằng cách bổ xung pre-chirp

tại phía phát, tại đó số lượng pre-chirp phải được đánh giá hết sức cẩn thận để mà

tránh gia tăng xuyên âm tuyến tính và méo hình dạng sóng. Do bởi hình dạng một



SVTH: Nguyễn Thạc Hùng, lớp D08-VT5