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 EDFA 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 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. 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 corresponding 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.


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-1
TX

0 , d0

1 , d1
G1

EDFA-n

EDFA-2

Bo1

2 , d2
G2

n-1, dn-1

Bo2

n, dn
Gn

RX

Bon




n

j
d
 n 1  0.1 f d 
 0.1 d
0.1 f


n
f
n 1
n

1
.nsp .(G  1).   10
G   1 10
.G .PTX  PLO
 2. .e.10
 .Be


j 1 








(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]:
(2)
eSNR  N P
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


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
thống
Các thuật toán trong hình 2 và hình 3
được xây dựng nhằm xác định các thông số

=0,95.
Với BER = 10-12, tra bảng số photon
trung bình trên một bit thông tin [3], [4], ta
suy ra eSNR  N P  26 . Viết chương trình
MathCAD dựa vào thuật toán trong hình 2 và
3 với các thông số nêu trên ta tìm ra được số

Bắt đầu

PTX, PLO, , Bo, Rb, nsp, ,
d, f
1.1.1.a.1.2
=0
1.1.1.a.1.1
=G+1
Tìm eSNRmax(n)

G

G

No
G > 40 ?
Yes
Xuất eSNRmax(n)

n=0

n=n+1
Yes

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
G=G+1
nhiễu phát xạ tự phát tích lũy tại cuối tuyến
do các EDFA mắc xen kẽ gây ra, làm cho
No
e
eSNRmax không bị giảm nhiều. NgoàiSù phô
ra,thuéc
khi
eSNR = eSNRmax?
eSNR vµo n víi Rb = 2,5Gb/s
70
tốc độ bít càng cao thì băng thông quang và
63
Yes

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Sè bé khuÕch ®¹i

TØ sè tÝn hiÖu trªn nhiÔu eSNR

63

G = 34
G = 35
G = 36
G = 37

8

9

10

Sè bé khuÕch ®¹i
G = 34
Hình
4. Quan hệ eSNR theo n
G = 35
G = 36
với Rb=2,5Gb/s
G = 37

28

G = 38
G = 39

Hình 5. Quan hệ eSNR theo n
với Rb=5Gb/s


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
TØ sè tÝn hiÖu trªn nhiÔu eSNR


9

10

Sè bé khuÕch ®¹i

Nmin, Gopt, eSNRmax

G = 30
G = 31
G = 32
G = 33
G = 34
G = 35

Hình 6. Quan hệ eSNR
theo n với Rb=10Gb/s

Hình 7. Quan hệ giữa Nmin, Gopt và
eSNRmax theo khoảng cách tuyến
tương ứng với Rb=2,5Gb/s

80
75
70
65
60
55
50
45


29


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