Độ nhạy máy thu là gì
Đồ Án Tốt NghiệpNghiên Cứu Tìm Hiểu HTTTQKHbắn. Tuy nhiên thực tế có rất nhiều yếu tố vật lý kéo độ nhạy thu Coherentgiảm nhiễu pha giữa chúng, nhiễu cường độ, sự không phù hợp về phân cựccủa mode sóng và tán sắc trong sợi quang.1.Nhiễu pha:Yếu tố quan trọng làm giảm độ nhạy thu trong hệ thống thông tinquang Coherent đó là nhiễu pha. Nhiễu pha có liên quan đến bộ phát quang vàbộ dao động nội. Sự thăng giáng về pha φ giữa tín hiệu tới và tín hiệu daođộng nội sẽ dẫn đến sự thay đổi về dòng ở ngõ ra của bộ tách sóng, điều nàythể hiện bản chất kết hợp của quá trình tách sóng quang, từ đó làm giảm tỷ sốSNR của tín hiệu. Cả pha của tín hiệu tới φs và pha của bộ dao động nội φLOđược giữ ổn định để tránh suy giảm độ nhạy. Khoảng thời gian mà trong đópha của laser được giữ tương đối ổn định được gọi là thời gian kết hợp.Gọi ∆λs là độ rộng phổ của laser của bộ phát, ∆λLO là độ rộng phổ củalaser của bộ dao động nội và RT là tốc độ bit của hệ thống thì tỉ số độ rộngphổ - tốc độ bit được định nghĩa như sau:∆λTỉ số độ rộng phổ - tốc độ bit = RT(3.29).Với ∆λ = ∆λs + ∆λLO. Được gọi là độ rộng phổ IF.Đại lượng tỷ số độ rộng phổ - tốc độ bit được sử dụng để đặc trưng chosự ảnh hưởng của nhiễu pha đến đặc tính của hệ thống thông tin quangCoherent. Giá trị cho phép của ∆λ/RT thường được xác định sao cho sự mấtmát công suất không được vượt quá 1 dB, điều này phụ thuộc vào dạng điềuchế và kỹ thuật tách sóng được sử dụng. Giá trị điển hình của ∆λ/RT là nhỏhơn 5.10-4.Các yêu cầu về độ rộng phổ sẽ được nới lỏng đáng kể đối với các bộthu sử dụng tách sóng heterodyne, đặc biệt là đối với dạng tách sóngheterodyne không đồng bộ ASK và FSK. Đối với bộ thu heterodyne đồng bộthì cần có ∆λ/RT < 5.10-3. Đối với các bộ thu sử dụng tách sóng đường bao thì∆λ/RT có thể lớn hơn 0,1 vì nó đã bỏ qua thông tin về pha. Dạng điều chếSV: Lê Duy Tùng54Lớp:Kĩ thuật viễn thông A-K47 Đồ Án Tốt NghiệpNghiên Cứu Tìm Hiểu HTTTQKHDPSK yêu cầu độ rộng phổ hẹp hơn, đó là do thông tin được chứa trong sự saipha giữa hai bit kế cận, và pha được giữ không đổi trong suốt khoảng thờigian 2 bit. Một số kết quả tính toán cho rằng ∆λ/RT nên nhỏ hơn 1% để côngsuất mất mát nhỏ hơn 1dB.Việc thiết kế các hệ thống thông tin quang Coherent đòi hỏi cần phải cócác laser bán dẫn đơn mode dọc có độ rộng phổ hẹp và bước sóng có thể điềuchỉnh được để phối hợp tần số sóng mang ωs với tần số của bộ dao động nộiωLO sao cho tại đầu ra tín hiệu IF có tần số đúng như yêu cầu.Một phương pháp khác giải quyết vấn đề nhiễu pha là thiết kế các thiếtbị thu đặc biệt gọi là máy thu phân tập pha. Kỹ thuật này thích hợp cho dạngđiều chế ASK, FSK và DPSK.2. Nhiễu cường độ:Nhiễu cường độ thường được bỏ qua đối với tách sóng trực tiếp, nhưngtrong bộ thu quang Coherent thì không bỏ qua được.Một giải pháp cho vấn đề nhiễu cường độ là dùng các bộ thu cân bằng,các bộ thu này có hai cổng với hai bộ tách sóng quang. Sơ đồ bộ thu cân bằngđược minh hoạ ở hình 3.8.Hình 3.8. Bộ thu coherent cân bằng hai nửaCoupler 2x2 là loại coupler 3dB, nó trộn hai tín hiệu: e s(t) là tín hiệuvào và eLO(t) là tín hiệu của bộ dao động nội. Sau đó Coupler này chia đôi tínSV: Lê Duy Tùng55Lớp:Kĩ thuật viễn thông A-K47 Đồ Án Tốt NghiệpNghiên Cứu Tìm Hiểu HTTTQKHhiệu vừa trộn và dẫn hai tín hiệu này qua bộ tách sóng khác nhau, và tạo rahai dòng photon IP(+) và IP(-) trên hai nhánh tương ứng.1I P (+) = .R ( Ps + PLO ) + R PS .PLO . cos( ω IFt + φ )2(3.30).1I P (−) = .R ( Ps + PLO ) − R PS .PLO . cos( ω IFt + φ )2(3.31).η .eVới R = h. f là đáp ứng của photodiode trong bộ tách sóngHai dòng điện này khi trừ nhau sẽ tạo ra tín hiệu heterodyne, thànhthành phần một chiều bị loại bỏ hoàn toàn khi nhánh cân bằng nhau. Điều nàysảy ra đối với coupler 3dB hoàn hảo với tỉ số phân chia đúng 50%. Điều quantrọng ở đây là nhiễu cường độ đi kèm với số hạng một chiều cũng được loạibỏ trong quá trình trừ hai dòng điện cho nhau, do đó độ thăng giáng cường độcủa các dòng photon IP(+) và IP(-) của hai nhánh sẽ khử lẫn nhau khi trừ haitín hiệu này. Tuy nhiên, đại lượng dòng ac là không khử được cho dù mộttrong máy thu cân bằng, nhưng tác động của chúng ảnh hưởng ít nghiêmtrọng đến đặc tính của hệ thống vì nó có sự phụ thuộc cân bằng, sự phụ thuộccăn bậc hai của công suất bộ dao động nội.Bộ thu cân bằng được sử dụng trong hệ thống thông tin quang Coherentvì nó có hai ưu điểm sau:+ Nhiễu cường độ gần như được loại bỏ.+ Tất cả các công suất tín hiệu tới và của bộ dao động nội được sử dụngmột cách có hiệu quả nhất. Tất cả các bộ thu cân bằng đều sử dụng toàn bộcông suất của tín hiệu và tránh được sự mất mát này. Đồng thời bộ thu cânbằng cũng sử dụng hết công suất của bộ dao động nội nên dễ dàng cho hệthống hoạt động trong giới hạn của nhiễu lượng tử.3. Không tương xứng về phân cực:Trạng thái phân cực của tín hiệu thu được không đóng một vai trò nàotrong các bộ thu tách sóng trực tiếp đơn giản vì dòng photon được tạo ra chỉphụ thuộc vào số lượng photon tới. Nhưng đối với các bộ thu quang coherentSV: Lê Duy Tùng56Lớp:Kĩ thuật viễn thông A-K47 Đồ Án Tốt NghiệpNghiên Cứu Tìm Hiểu HTTTQKHlại đòi hỏi sự tương xứng về trạng thái phân cự của tín hiệu từ bộ dao độngnội với tín hiệu thu được.Phương pháp thông dụng nhất được sử dụng để giải quyết vấn đề phâncực là dùng máy thu hai cổng tương tự nhưng khác ở chỗ 2 nhánh sẽ xử lý cácthành phần phân cực trực giao. Các máy thu như vậy được gọi là máy thuphân tập phân cực.4. Tán sắc trong sợi quang:Trong hệ thống IM – DD tán sắc ảnh hưởng đến tốc độ bit hoạt độngcủa hệ thống, đặc biệt là trong hệ thống tốc độ cao. Tán sắc trong sợi quangcòn ảnh hưởng đến các đặc tính của hệ thống thông tin quang coherent, mặcdù không nghiêm trọng so với hệ thống IM – DD. Lý do là hệ thống coherentcần phải sử dụng các laser bán dẫn hoạt động ở chế độ đơn mode với độ rộngphổ hẹp.5. Các yếu tố hạn chế khác:Có rất nhiều yếu tố có thể làm giảm đặc tính hệ thống thông tin quangcoherent và cần được xem xét đến trong suốt quá trình thiết kế hệ thống. Hồitiếp phản xạ là một trong những yếu tố như vậy. Bất kì sự hồi tiếp nào trongmáy phát laser và bộ dao động nội đều phải tránh, vì nó có thể là laser bándẫn có phổ rộng ra hoặc làm việc ở chế độ đa mode. Như vậy các bộ Isolatorquang cần được sử dụng để giảm hồi tiếp trong các laser bán dẫn.Có rất nhiều sự phản xạ giữa hai bề mặt phản xạ dọc theo cáp sợi quangcó thể biến nhiễu pha thành nhiễu cường độ và ảnh hưởng đến đặc tính của hệthống quang Coherent. Sự chuyển đổi như vậy thậm chí có thể xảy ra trongmáy thu, nơi thường có một đoạn sợi quang ngắn dùng để nối bộ dao động nộiđến các thành phần khác của máy thu, chẳng hạn như coupler quang.Các hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang cũng có thể làm hạn chế các hệthống Coherent, tuỳ thuộc vào mức công suất phát đưa trong sợi quang. Tánxạ Raman kích thích SRS không phải là một yếu tố hạn chế đối với các hệSV: Lê Duy Tùng57Lớp:Kĩ thuật viễn thông A-K47
|