TP CH KHOA HC V CễNG NGH, I HC NNG - S 4(27).2008 TNH TON TI THIU HO S B KHUCH I EDFA TRONG TUYN THễNG TIN SI QUANG COHERENCE Cể CC EDFA XEN K CALCULATION FOR MINIMIZING THE NUMBER OF EDFAS IN COHERENT OPTIC FIBER COMMUNICATION LINK USING CASCADED EDFAS NGUYN VN TUN Trng i hc Bỏch khoa, i hc Nng TểM TT Bi bỏo thit lp biu thc tớnh toỏn t s tớn hiu trờn nhiu in eSNR ti mỏy thu tuyn thụng tin quang Coherence cú cỏc EDFA mc xen k Trờn c s ú, xõy dng lu thut toỏn, vit chng trỡnh tớnh toỏn bng MathCAD, xỏc nh s b khuch i ti thiu, khuch i ti u ca cỏc EDFA cho eSNR t c giỏ tr cho phộp tng ng vi t l li bit BER cho trc v tc bớt nht nh Sau ú, bi bỏo cỏc v th cho phộp xỏc nh s b khuch i ti thiu cn thit v khuch i ca chỳng, tng ng vi cỏc khong cỏch truyn dn khỏc t 1000km n 9000km Kt qu ny cú th c s dng hiu qu cụng tỏc thit k v khai thỏc tuyn 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 Gii thiu Khi thit k h thng thụng tin si quang ng di, c bit l h thng cỏp quang bin vi khong cỏch hng trm n hng chc ngn km, ngi ta thng mc cỏc b khuch i EDFA cỏch u theo kiu mc xen k (dng mc chui) Bi toỏn t l vi mt c ly thụng tin cho trc, cn xỏc nh s b EDFA ti thiu cho tho t s tớn hiu trờn nhiu in eSNR cho phộp ti mỏy thu tng ng vi tc bớt v t s li bit BER theo yờu cu iu ny rt cn thit vỡ nu s dng nhiu EDFA hn s lm tng giỏ thnh h thng, phc cụng tỏc bo trỡ bo dng v lm tng xỏc sut s c Hn na, cng nhiu b EDFA thỡ cụng sut nhiu phỏt x t phỏt ASE tớch lu qua cỏc b khuch i cng ln, lm gim cht lng tớn hiu truyn dn Ngc li nu s EDFA ớt hn s ti thiu cn tớnh toỏn thỡ t s tớn 25 TP CH KHOA HC V CễNG NGH, I HC NNG - S 4(27).2008 hiu trờn nhiu ti mỏy thu khụng bo m yờu cu Trong nhng nm gn õy, cú nhiu cụng trỡnh tớnh toỏn tuyn thụng tin quang Coherence ng di cú cỏc EDFA xen k [1], [2], [3] Nhỡn chung kt qu t c ca cỏc cụng trỡnh ny ó khng nh tim nng to ln vic nõng cao hn na c ly truyn dn nh vic khai thỏc ti a nhy rt cao ca mỏy thu õy l bi toỏn cú nhiu tham s nh hng n li gii v nú cú ý ngha thc tin cao vỡ kt qu ca bi toỏn cho phộp cỏc nh thit k v lp t cú c phng ỏn ti u cho tng trng hp c th nhm nõng cao hiu qu s dng h thng Ni dung ca bi bỏo nhm gii quyt ang c quan tõm ny Mụ hỡnh tớnh toỏn v t s tớn hiu trờn nhiu in (eSNR) ti mỏy thu Mụ hỡnh tớnh toỏn h thng thụng tin si quang Coherence vi n EDFA mc xen k c biu din nh hỡnh Trong ú, cỏc EDFA c b trớ cỏch u vi khong cỏch gia chỳng l d0=d1=dn-1=dn=d ng thi tn hao cỏc phõn on gia chỳng cng bng nhau: 0=1=n-1=n G1=G2==Gn=G: l khuch i ca n b khuch i EDFA Bo1=Bo2==Bon=Bo: l bng thụng ca n b lc t sau cỏc EDFA hn ch nhiu ASE ca chỳng EDFA-1 TX , d0 , d1 G1 EDFA-n EDFA-2 Bo1 , d2 G2 n-1, dn-1 Bo2 n, dn Gn RX Bon Hỡnh Mụ hỡnh tớnh toỏn h thng thụng tin quang Coherence vi cỏc EDFA mc xen k T s tớn hiu trờn nhiu in eSNR ti mỏy thu c xỏc nh theo biu thc: eSNR 10 0.1 f d G n R.PTX PLO n j d d n e 100.1 f d G n P P 2.h 100.1 f n 1.n (G 1) 10 0.1 f n G B TX LO sp o j n j d n 0.1 f d 0.1 d 0.1 f n f n n nsp (G 1) 10 G 10 G PTX PLO 2. e.10 Be j d n 0.1 f d n j 0.1 f K T n n nsp (G 1) 10 G Bo 2.R h 10 R.RL j (1) iu kin ti thiu hoỏ s b khuch i EDFA cho tho eSNR cho phộp ti mỏy thu c th hin theo biu thc di õy [3], [4]: (2) eSNR N P Trong ú: N P : l s phụton trung bỡnh trờn mt bớt thụng tin tng ng vi tc bớt v t s li bit BER cho trc 26 TP CH KHOA HC V CễNG NGH, I HC NNG - S 4(27).2008 PTX, PLO [W]: ln lt l cụng sut ca mỏy phỏt v ca b dao ng ni f : tn hao cụng sut trờn mt km si quang [dB/km], d: c ly truyn dn [km] h : nng lng photon; RL : in tr ti b tỏch súng; chn RL = 50; nsp: h s phỏt x t phỏt ca EDFA K : hng s Boltzman (K = 1,38.10-23 J/ K); T: nhit tuyt i; Be, Bo: bng thụng in v quang ca tớn hiu; e: in tớch in t (e = 1,6.10-19 C); : hiu sut lng t ca photodiode; Thut toỏn tớnh toỏn cỏc thụng s h thng Cỏc thut toỏn hỡnh v hỡnh c xõy dng nhm xỏc nh cỏc thụng s ti u gm s b khuch i EDFA ti thiu (Nmin), khuch i ti u ca cỏc EDFA trờn tuyn (Gopt) Kt qu tớnh toỏn mụ phng v tho lun é kt qu tớnh toỏn lý thuyt sỏt vi thc t, tuyn truyn dn c kho sỏt cú cỏc tham s tớnh toỏn c la chn da vo cỏc giỏ tr tiờu biu ca chỳng thc tin [2], [5] Phn mm tớnh toỏn mụ phng c s dng l MathCAD 14 v Excel Bc u, tuyn c kho sỏt cú c ly truyn dn d =1000km, s dng mỏy thu PSK i tn ng b, cú BER yờu cu 10-12, tc bit ln lt l Rb=2,5Gb/s, 5Gb/s, 10Gb/s, giỏ tr ca cỏc tham s khỏc nh sau: PTX=-5dBm; PLO=0dBm =1550nm; f=0.21dB/km; c. =10nm B0 1,248.1012 Hz; Be NF = 2Rb; NF = 5dB => nSP 10 10 1,58 ; =0,95 Vi BER = 10-12, tra bng s photon trung bỡnh trờn mt bit thụng tin [3], [4], ta suy eSNR N P 26 Vit chng trỡnh MathCAD da vo thut toỏn hỡnh v vi cỏc thụng s nờu trờn ta tỡm c s Bt u PTX, PLO, , Bo, Rb, nsp, , d, f 1.1.1.a.1.2 =0 1.1.1.a.1.1 =G+1 Tỡm eSNRmax(n) G G No G > 40 ? Yes Xut eSNRmax(n) n=0 n=n+1 Yes No eSNRmax( n ) N P ? Xut giỏ tr n Kt thỳc Hỡnh Lu thut toỏn tỡm s b khuch i ti thiu Nmin 27 TP CH KHOA HC V CễNG NGH, I HC NNG - S 4(27).2008 Tỉ số tín hiệu nhiễu eSNR b khuch i EDFA ti thiu: Nmin = Bt u Rb = 2,5Gb/s; Nmin = Rb = 5Gb/s; v Nmin = Rb = 10Gb/s Nhp n Tin hnh cỏc bc tớnh toỏn tng t nh trờn cho cỏc tuyn cú chiu di thay i G=0 t 1000km n 9000km vi bc thay i l 500km, ta xỏc nh c cỏc quan h gia s b khuch i ti thiu-Nmin, khuch i G=G+1 ti u ca cỏc EDFA-Gopt v t s tớn hiu trờn nhiu cc i ti cui tuyn eSNRmax Tỡm eSNRmax theo khong cỏch ca tuyn tng ng vi No tc bit ln lt l Rb=2,5Gb/s, 5Gb/s, e G > 40 ? 10Gb/s Kt qu c biu din nh hỡnh 7, Yes v Xut eSNRmax T cỏc th, ta thy khong cỏch truyn dn cng tng thỡ s b khuch i ti G=0 thiu Nmin yờu cu cng nhiu, khuch i ti u Gopt cú xu hng gim gim G=G+1 nhiu phỏt x t phỏt tớch ly ti cui tuyn cỏc EDFA mc xen k gõy ra, lm cho No e eSNRmax khụng b gim nhiu NgoiSự phụ ra,thuộc eSNR = eSNRmax? eSNR vào n với Rb = 2,5Gb/s 70 tc bớt cng cao thỡ bng thụng quang v 63 Yes bng thụng in cng ln nờn theo56 biu thc Xut giỏ tr G 49 (1) ta thy eSNRmax cui tuyn cng gim 42 Khi khong cỏch truyn dn tng n 35 8000km thỡ eSNRmax ... Thuật toán tính toán thông số hệ thống Các thuật toán hình hình xây dựng nhằm xác định thông số tối ưu gồm số khuếch đại EDFA tối thiểu (Nmin), độ khuếch đại tối ưu EDFA tuyến (Gopt) Kết tính toán. .. hình tính toán tỉ số tín hiệu nhiễu điện (eSNR) máy thu Mô hình tính toán hệ thống thông tin sợi quang Coherence với n EDFA mắc xen kẽ biểu diễn hình Trong đó, EDFA bố trí cách với khoảng cách chúng... KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(27).2008 hiệu nhiễu máy thu không bảo đảm yêu cầu Trong năm gần đây, có nhiều công trình tính toán tuyến thông tin quang Coherence đường dài có EDFA