So sánh hoạt động của các hệ thống
thông tin quang M - QAM có sử dụng
bộ khuếch đại quang

KS. Lê trung thành
Bộ môn Thông tin - Viễn thông
Khoa Điện - Điện tử - Trờng Đại học GTVT

Tóm tắt: Bi báo so sánh hoạt động của các hệ thống thông tin quang M - QAM sử dụng
các bộ khuếch đại quang. Tỷ số công suất sóng mang trên tạp âm CNR sau tách sóng quang
đợc tính toán, so sánh v mô phỏng với ba phơng án sử dụng EDFA trên tuyến: lm khuếch
đại công suất (BA), khuếch đại đờng truyền (LA), hay tiền khuếch đại (PA).
Summary: In this paper, we investigate the performance of M - QAM optical
communication systems with optical amplification. The Carrier to Noise Ratio (CNR) at the
receiver is calculated for three types: EDFA is used as Booster Amplifier (BA), In - line Amplifier
(LA), or Pre - Amplifier. The results are compared and simulated with different parameters of
the system.

i. giới thiệu
Trong các hệ thống thông tin quang các bộ khuếch đại quang sợi EDFA thờng đợc sử
dụng làm: khuếch đại công suất (BA), khuếch đại đờng truyền (LA) hay tiền khuếch đại (PA).
Tuỳ theo vị trí sử dụng mà tỷ số tín hiệu trên tạp âm điện eSNR (electrical Signal to Noise Ratio)
và công suất sóng mang trên tạp âm CNR (Carrier to Noise Ratio) sau tách sóng quang khác
nhau. Việc tính toán eSNR và vị trí tối u của EDFA trên tuyến thông tin quang đã đợc đa ra
trong một số công trình [1, 2]. Tuy nhiên, các kết quả đó mới chỉ xét cho hệ thống thông tin
quang điều biến cờng độ - tách sóng trực tiếp (IM - DD), còn trong các hệ thống thông tin
quang truyền dẫn tín hiệu cao tần RF, nh tín hiệu hình ảnh đợc điều chế M - QAM thì cha
đợc nghiên cứu.
Trong bài báo này chúng tôi sẽ nghiên cứu vị trí đặt tối u của EDFA trên tuyến thông tin
quang M-QAM dựa vào CNR sau tách sóng quang cho cả ba trờng hợp sử dụng EDFA làm

=
(1)
Trong đó m là chỉ số điều chế quang,
ss
PI

=
là dòng phôtô sau tách sóng; tơng
ứng là đáp ứng và công suất quang đến của bộ tách sóng; là tổng công suất tạp âm sau
tách sóng, đợc tính nh sau [2]:
s
P,
2
tot

2
tot

,
2
RIN
2
th
2
sps
2
sh
2
tot
+++=

2
sh
=+=


,
R
kTB4
;)GI(RIN);
2
B
B(I
B
B
e
2
th
2
S
2
RIN
e
0
2
ASE
0
e
2
2
2

kTB4
B)PG(RIN)
2
B
B(I
B
B
IPG
B
B
2)IPG(eB2
)PG(m5,0
CNR
e
e
2
tx21
e
0
2
ASE
2
0
e
2
2ASEtx
2
21
01
e

2
ASE
2
0
e
2
2ASEtx
2
2
01
e
ASEtx2e
2
tx2
2
+++++

=

(4)
và khi EDFA đợc dùng làm PA:
R
kTB4
B)PG(RIN)
2
B
B(I
B
B
IPG

hệ thống, đợc tính nh sau:
avr
CNR
2
max
2
M
1i
2
iavr
A
)1M(3
1M
CNRACNR
M
1
CNR


=








=


CNR
)G(RIN
tx21
e
0
2
ASE
2
0
e
2
2ASEtx
2
21
0
e
ASEtx12e
2
tx21
2
2
avr
+++++



=

(8)


2
2ASEtx
2
2
1
0
e
ASEtx2e
2
tx2
2
2
avr
+++++



=

(9)
và khi EDFA đợc dùng làm PA:
R
e
kTB4
e
B
2
P)
2
B




=

(10)
iii. Kết quả mô phỏng
Trong phần này chúng tôi mô phỏng kết quả đạt đợc từ phân tích lý thuyết ở trên với các
tham số hệ thống:
GHz10B,K300T,50R
0
0
=== ,
W/A8,0;2,0m,nm1550
=

=
=

Hình 2. Sự phụ thuộc của CNR vo hệ số
khuyếch đại G của EDFA
Hình 3. Sự phụ thuộc của CNR vo công suất phát

Hình 2 mô phỏng mối quan hệ giữa tỷ số công suất sóng mang trên tạp âm CNR và hệ số
khuếch đại G của EDFA, cho hệ thống có số mức điều chế M = 32. Kết quả so sánh CNR cho
ba phơng án sử dụng EDFA trong hệ thống: EDFA làm khuếch đại công suất BA, làm khuếch
đại đờng truyền LA hay tiền khuếch đại PA. Từ đồ thị ta thấy rằng khi giá trị G còn nhỏ,

L
f
1,0
1
10

=
2
L
f
1,0
2
10

=
Nhìn chung, hệ số khuếch đại G và công suất phát tăng sẽ nâng cao đợc giá trị của CNR.
Tuy nhiên, độ khuếch đại sẽ trở nên không có ý nghĩa khi nó tăng đến một giá trị cao nh đã
phân tích ở trên. Điều này có thể giải thích là do nguồn tạp âm của bộ khuếch đại quang sợi
EDFA, công suất tạp âm tăng khi G tăng. Ngoài ra, CNR còn phụ thuộc vào hình ảnh nhiễu NF
(Noise Figure) của bộ khuếch đại quang nh đợc chỉ ra trong hình 4. ở đây, chúng tôi lấy xấp
xỉ [1]. Từ hình 4, ta có nhận xét rằng CNR sẽ giảm khi NF tăng. Khi EDFA đợc dùng
làm BA thì CNR giảm rất nhanh theo NF, còn với hai phơng án còn lại CNR giảm theo NF ít
hơn.
sp
n2NF =Hình 4. Quan hệ giữa CNR v NF cho
ba phơng án sử dụng EDFA
Hình 5. Sự phụ thuộc của CNR vo vị trí của EDFA

tx
P
tx
P
tx
P
Hình 6. Quan hệ giữa CNR v Ptx (M khác nhau)Hình 7. Quan hệ giữa CNR v Ptx (G khác nhau)
Do vậy, khi cần tăng CNR đến một giá trị nào đó của bài toán thiết kế ta có thể chọn hoặc
nâng cao giá trị công suất phát hoặc nâng cao độ khuếch đại G của EDFA. Ví dụ tại giá trị công
suất phát G = 15dB thì CNR = 40dB; giả sử yêu cầu của hệ thống CNR = 50dB
thì ta có thể giữ nguyên hệ số khuếch đại G của EDFA và tăng công suất phát đến
hoặc tăng hệ số khuếch đại G đến 20dB và giữa nguyên công suất phát.
,dBm10P
tx
=
dBm5P
tx
=Hình 8. Quan hệ giữa CNR v Ptx
với tốc độ bit khác nhau

Hình 9. Quan hệ giữa CNR v G