vấn đề Nâng cao chất lợng
truyền dẫn tín hiệu M - QAm qua hệ thống
thông tin quang có sử dụng EDFA KS. lê trung thành
Bộ môn Thông tin viễn thông
Khoa Điện - Điện tử - Trờng ĐH GTVT

Tóm tắt: Vấn đề nâng cao chất lợng truyền dẫn dựa vo việc tính toán công suất bù
BER đã đợc đa ra trong [1]. Trong bi báo ny, chúng tôi đa ra một phơng pháp mới tính
công suất bù BER ( ) cho việc thiết kế các hệ thống truyền dẫn tín hiệu đợc điều chế
M-QAM qua tuyến thông tin quang có sử dụng khuếch đại quang sợi EDFA. Mối quan hệ giữa
tỷ lệ lỗi bit BER (Bit Error Rate) v tỷ số sóng mang trên tạp âm CNR (Carrier to Noise Ratio)
sau tách sóng quang đợc thiết lập; mối quan hệ giữa
BER
P
BER
P

v các tham số của hệ thống
đợc xác định v mô phỏng.
Summary: This paper proposes a new method of calculating the BER compensative
Power ( ) for designing M-QAM signals transmission systems over optic- fiber link with
EDFA. The Carrier to Noise Ratio and the Bit Error Rate at the receiver are calculated; the
relation between
BER
P
BER
P

ứng với yêu cầu truyền thông băng rộng ngày nay.

II. Tính toán tỷ số công suất sóng mang trên tạp âm (CNR)
1. Cấu trúc hệ thống
Trong hệ thống thông tin quang, bộ khuếch đại quang sợi EDFA có thể đợc sử dụng làm
khuếch đại công suất BA (Booster Amplifier), khuếch đại đờng truyền LA (In - Line Amplifier)
hay tiền khuếch đại PA (Pre - Amplifier) [2]. Hình 1 chỉ ra hệ thống truyền tín hiệu M-QAM qua
tuyến thông tin quang có sử dụng khuếch đại quang sợi EDFA.
P
tx
, L
1
,
1
L
2
,
2
Hình 1. Sơ đồ hệ thống truyền tín hiệu M - QAM qua tuyến thông tin quang có sử dụng EDFA
2. Tính CNR sau tách sóng quang
Công thức tính CNR sau tách sóng quang đợc xác định [7], [8]:
2
tot
2
s
2
Im5,0
CNR

=


,
(2)
với tơng ứng là công suất tạp âm lợng tử, công suất tạp âm
phách giữa tín hiệu và phát xạ tự phát, công suất tạp âm phách giữa phát xạ tự phát - tự phát,
công suất tạp âm cờng độ tơng đối và công suất tạp âm nhiệt sau tách sóng quang, đợc xác
định bởi [2]:
2
th
2
RIN
2
spsp
2
sps
2
sh
,,,,

)IPG(eB2
ASEtx12e
2
sh
+= ;
ASEtx
2
21
0
e
2

)
s
GI(RIN
2
RIN
=
R
kTB4
e
2
th
= ,
trong đó: là băng tần điện của bộ thu và băng tần quang của bộ lọc quang sau
EDFA; e, k, R, T lần lợt là điện tích electron, hằng số Boltzman, điện trở sau tách sóng và nhiệt
độ tuyệt đối; là dòng phôtô tạo ra do phát xạ tự phát đợc khuếch đại sau tách sóng,
; là công suất của phát xạ tự phát đợc khuếch đại;
0e
B,B
ASE
I
0spASEASE
B)1G(hn2PI ==
ASE
P

,h,n
sp
, G tơng ứng là hệ số phát xạ, hằng số Planck, tần số quang và hệ số khuếch đại của
EDFA; là hệ số suy hao sợi quang từ nguồn phát đến EDFA và từ EDFA đến bộ tách
sóng quang tơng ứng.

2
B
B(I
B
B
IPG
B
B
2)IPG(eB2
)PG(m5,0
CNR
+++++

=
(3)
CNR khi EDFA đợc dùng làm BA là:
R
e
kTB4
e
B
2
)G(RIN
tx2
e
0
2
ASE
2
0

e
kTB4
e
B
2
)G(RIN
tx1
e
0
2
ASE
2
0
e
ASEtx1
0
e
ASEtx12e
2
tx1
2
P)
2
B
B(I
B
B
IPG
B
B




=

avr
2
2
1
0
b
2
2
2
1
e
CNR
1L
3
Q
Llog
)L1(2
N
E2
1L
Llog3
Q
Llog
)L1(2
P

max
2
M
1i
2
iavr
A
)1M(3
1M
CNRACNR
M
1
CNR


=








=

=
(7)
IV. Tính công suất bù BER
Công suất bù BER là công suất cần thêm vào nguồn phát để nâng cấp hệ thống từ một giá

BERBER
=
và
1
BERBER
=
.
Nhận xét rằng, từ các phơng trình (3), (4), (5) và (7) CNR trung bình đều có dạng:
DCP)BP(
)AP(
CNR
tx
2
tx
2
tx
++
=

(9)
trong đó: A, B, C, D đợc tính cho từng trờng hợp sử dụng EDFA trên tuyến:
- khi EDFA đợc dùng làm LA:
ASE
2
21
0
e
21e
21e
21

2
0
e
2
2ASE2e
++=

- khi EDFA đợc dùng làm BA:
ASE
2
2
0
e
2e
2e
2
2
IG
B
B
2GeB2C
GRINBB
Gm
)1M(3
1M
5,0A
+=
=



2
IG
B
B
2GeB2C
GRINBB
Gm
)1M(3
1M
5,0A
+=
=



=

R
kTB4
)
2
B
B(I
B
B
IeB2D
ee
0
2
ASE

=
(10)
Đặt
tx
txnew
P
P
k =
, từ (9) và (10) ta tính đợc
a2
b
k
+
=
, trong đó a, b, c tính theo A, B, C,
D và nh sau:
tx
P
[
]
DCP)BP(
CNR
CNR
Dc;CPb;BPa
tx
2
tx
New
txtx
++===

V. Mô phỏng số kết quả
Trong phần này chúng ta sẽ mô phỏng kết quả với các tham số hệ thống:
GHz1B,K300T,50R
0
0
=== ,
0,8A/W 0,2; m mm, 1550
=

=
=


Hình 2. Quan hệ giữa công suất bù v BER
Hình 3. Quan hệ giữa CS bù v BER với M khác nhau
Hình 2 và 3 mô phỏng mối quan hệ giữa công suất bù BER và BER, so sánh giá trị
của ba phơng án sử dụng EDFA trên tuyến và số mức điều chế M khác nhau, M = 16, 32, 64
(giá trị BER ban đầu là ). Ta có nhận xét rằng khi EDFA đợc sử dụng làm tiền
khuếch đại thì công suất bù BER có giá trị nhỏ nhất và giá trị công suất bù BER tỷ lệ thuận với
số mức điều chế M. Khi cần tăng chất lợng truyền dẫn, giá trị công suất bù BER cũng tăng
theo tơng ứng; chẳng hạn nh ta cần giảm BER đến giá trị , với PA cần
công suất bù xấp xỉ 3dB, LA cần 5 dB và BA cần 5,5dB.
BER
P
2
0
10BERBER

==
6

Trờng hợp EDFA làm PA
Hình 4. Quan hệ giữa công suất bù v G
Hình 6. Công suất bù BER v G với số
mức điều chế M khác nhau
- EDFA lm BA
- EDFA lm LA
- EDFA lm PA
Mối quan hệ giữa giá trị của công suất bù BER và hệ số khuếch đại G với số mức điều chế
M là 8, 16, 32 và 64 tại
BER tơng ứng với các công suất phát khác nhau -10,
-5, 0, 5 và 10 dBm đợc thể hiện trên hình 7. Các tham số đợc sử dụng cho mô phỏng này là:
khoảng cách từ nguồn phát tới EDFA,
L
6
==
1
0
10BER
km40
=
; khoảng cách từ EDFA tới bộ tách sóng PIN
; hệ số suy hao sợi quang
km50L
2
=
km/dB21,0
=

VI. Kết luận
Bài báo đã tính đợc CNR ở đầu thu cho hệ thống truyền tín hiệu M - QAM qua tuyến thông
tin quang có sử dụng khuếch đại quang trong cả ba phơng án làm khuếch đại công suất,
khuếch đại đờng truyền và tiền khuếch đại. Mối quan hệ giữa BER và CNR đợc khảo sát.
Đồng thời bài báo cũng đa ra một khái niệm và phơng pháp tính toán mới về công suất bù
BER cho việc thiết kế các hệ thống truyền tín hiệu M - QAM qua sợi quang. Kết quả đợc tính
toán, mô phỏng và so sánh với các tham số hệ thống khác nhau. Các kết quả này có thể áp

dụng trực tiếp để thiết kế, nâng cấp các hệ thống truyền hình cáp CATV, đồng thời cho phép
các nhà thiết kế hệ thống nâng cấp đến mọi giá trị BER mong muốn.
Tài liệu tham khảo
[1]. Trần Quốc Dũng, Lê Văn Hải. Phơng pháp tính công suất bù BER cho thiết kế các hệ thống thông tin
quang. Tạp chí Bu chính viễn thông, chuyên san, p.20-23, 4/10, 2000.
[2]. Lê Trung Thnh, Trần Đức Hân. Phơng pháp tính công suất bù BER trong các hệ thống thông tin sợi
quang. Tạp chí Khoa học, Ban KHTN, trờng ĐHSP Hà Nội, No.4, 9/2003.
[3]. Bernard Sklar. Digital Communications, Prentice Hall, 1998.

[4]. Roberto Sabella. Performance analysis of wireless broadband systems employing optical fiber links,
IEEE Transactions on communications, pp.715-721,vol.47, No.5, May 1999.
[5]. Kanno, Katsuyoshi. Fiber optic subcarrier multiplexing video transport employing multilevel QAM, IEEE
Journal on Selected Areas in Communications, Vol.8, Sep. 1990, pp.1313-1319.

[6]. Shi. Q. Performance limits on M-QAM transmission in hybrid multichannel AM/QAM fiber optic system,
IEEE photonics technology Letters, Vol.5, Dec. 1993, pp.1452-1455.

[7]. A. Pappert, D. Lafaw. Performance evaluation of a 64- QAM microwave fiber optic link wih a remote
external modulator, Proceedings of the Seventh Annual DARPA symposium on Photonic systems for
antenna applications, 13-16, Jan., 1997.
[8]. F.V.C Mendis. CNR requirements for Subcarrier Multiplexed Multichannel Video FM transmission on
optical fiber, Electronic Letters, pp.72-74,Vol 25, No.1, Jan 1989.