NỘI DUNG
1. Giới thiệu Tổng quan

KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG
& ỨNG DỤNG
Gv: Trầ
Trần Nhự
Nhựt Khả
Khải Hoà
Hoàn
Bộ môn Điệ
Điện tử
tử Viễ
Viễn thông
Khoa Công nghệ
nghệ
Trườ
Trường Đạ
Đại họ
học Cầ
Cần Thơ
Email:
Email:

2. Cấu trúc cơ bản hệ thông tin quang
3. Phân loại sợi quang
4. Các kỹ thuật điều chế quang tiên tiến (Advanced
Modulation Formats)
5. Mã đường truyền, hay mã dòng (Line coding)
6. Giới thiệu Mạng quang thụ động PONs - Passive
Optical Networks

Slide 2

Giới thiệu tổng quan

Lịch sử phát triển mạng quang

) Lịch sử phát triển
) Các thành phần của tuyến truyền dẫn sợi quang
) Các ưu nhược điểm của thông tin sợi quang
) Các ứng dụng của sợi quang
) Quá trình phát triển mạng quang

Slide 3

Nguồn: Lê Quốc Cường - Bài giảng Cáp sợi quang

Slide 4


Lịch sử phát triển mạng quang

Các thành phần của hệ TT Quang

9 1992: Mạng quang đầu tiên được thương mại hoá, tốc độ 2.5Gb/s
9 1996: Hệ thống WDM (Wavelength Division Multiplexing) triển khai, tốc
độ 40Gb/s
9 2001: Dung lượng hệ thống WDM đạt 1.6Gb/s, 3.2Gb/s và lớn hơn
9 2 năm sau, các hệ thống TT quang tốc độ cao được triển khai trên diện
rộng, các hệ thống vượt đại dương không ngừng được triển khai
9 Ngày nay, hệ thống quang toàn cầu hơn 250.000km, dung lượng 2.56Tb/s

(64channel 10Gb/s trên 4 đôi sợi quang), sử dụng 2002
9 IEEE 802.3z Gigabit Ethernet 1Gb/s; IEEE 802.3ae 2003 10Gb/s Ethernet;
và 100Gb/s Ethernet dự kiến chuẩn hoá vào năm 2010
Tham khảo: Govind P.Agrawal, “Fiber Optics Communication Systems”, Third Edition, 2002

Slide 5

Ưu nhược điểm của Thông tin quang

Nguồn: Lê Quốc Cường - Bài giảng Cáp sợi quang

Slide 7

Nguồn: Lê Quốc Cường - Bài giảng Cáp sợi quang

Slide 6

Các ứng dụng của sợi quang

Nguồn: Lê Quốc Cường - Bài giảng Cáp sợi quang

Slide 8


Mạng LAN - WAN

Mạng Công nghiệp

Slide 9


Nguồn: Lê Quốc Cường - Bài giảng Cáp sợi quang

Mạng Đường trục

Nguồn: Lê Quốc Cường - Bài giảng Cáp sợi quang

Nguồn: Lê Quốc Cường - Bài giảng Cáp sợi quang

Slide 10

Quá trình phát triển mạng quang (1)

Slide 11

Nguồn: Lê Quốc Cường - Bài giảng Cáp sợi quang

Slide 12


Quá trình phát triển mạng quang (2)

Nguồn: Lê Quốc Cường - Bài giảng Cáp sợi quang

MLM: MultiMode semiconductor lasers

Slide 13

Quá trình phát triển mạng quang (4)

Quá trình phát triển mạng quang (3)


Nguồn: Lê Quốc Cường - Bài giảng Cáp sợi quang

SLM: SIngle Longitudinal Mode lasers

Slide 14

Quá trình phát triển mạng quang (5)
Hệ thống WDM đơn hướng và song hướng

Nguồn: Lê Quốc Cường - Bài giảng Cáp sợi quang

WDM: Wavelength Division Multiplexing

Slide 15

Nguồn: Đõ Văn Việt Em - Kỹ thuật Thông tin quang 2

WDM: Wavelength Division Multiplexing

Slide 16


Cấu trúc cơ bản hệ thông tin quang

NỘI DUNG

™ Chia làm 2 loại: hữu hướng (guided) và vô hướng (unguided).

1. Giới thiệu Tổng quan


) Các hệ thông tin hữu hướng truyền trên kênh truyền là sợi quang,

2. Cấu trúc cơ bản hệ thông tin quang

) Hệ vô hướng lan truyền tia sáng trong không gian.

3. Phân loại sợi quang

™ Hầu hết các ứng dụng trên mặt đều sử dụng sợi quang.

4. Các kỹ thuật điều chế quang tiên tiến (Advanced
Modulation Formats)

™ Các ứng dụng quang vô hướng trong không gian đang được nghiên cứu.

5. Mã đường truyền, hay mã dòng (Line coding)
6. Giới thiệu Mạng quang thụ động PONs - Passive
Optical Networks

Các thành phần cơ bản của hệ thông tin quang

Slide 17

Slide 18

Cấu trúc bộ điều chế ngoài MZM

Thiết bị phát


(Mach(Mach-Zehnder Modulator)

™ Chức năng: Chuyển tín hiệu điện thành tín hiệu quang

™ 2 phương pháp điều chế ngoài:

) Optical source: Thường là lasers
) Channel coupler: Thành phần chính là vi thấu kính

) Hiệu ứng Franz-Keldysh
) Bộ Mach-Zehnder (MZM - Mach-Zehnder

™ Có 2 phương pháp điều chế:

Modulator)

) Điều chế trực tiếp DM (Direct Modulation)
) Điều chế ngoài: sử dụng ở tốc độ cao, trên 10Gb/s

™ Nguyên tắc hoạt động MZM:
) Sử dụng tín hiệu điện làm lệch pha tín hiệu
quang
) Pha của tín hiệu quang ngỏ ra phụ thuộc vào
điện áp phân cực trên nhánh

Cấu trúc MZM
Nguồn: G P.Agrawal, “Fiber Optics
Communication Systems”, Third Edition, 2002

) Ngõ ra của MZM là giao thoa giữa 2 nhánh

Sơ đồ khối thiết bị phát - điều chế ngoài
Slide 19

Slide 20


Phân cực cho MZM: 2 Phương pháp

Phân cực cho MZM: Phân cực đôi
e

jπ

U1
Vπ

Hình 1: MZM phân cực đôi

™

Ngõ ra của MZM:

E Out

™

MZM khi phân cực đơn
Nguồn: L.N. Binh, T.L. Huynh and H.S. Tiong,
“DPSK RZ Modulation Formats Generated


V
V
jπ in
jπ in ⎤
E
E
E ⎡
From Dual Drive Electro-photonic Modulators”,
= in + in .e Vπ = in ⎢1 + e Vπ ⎥
2006, Technical Reports, Monash University
2
2
2 ⎣
⎦
Trong đó, Ein là cường độ ánh sáng ngõ vào MZM,

) EOut là cường độ ánh sáng ngõ ra
) Vπ là điện thế phân cực để pha của nhánh tương ứng dịch 180o
) Vin là điện thế phân cực cho MZM
) là một nửa công suất vào, chia đều cho mỗi nhánh

E Out

Hình 2: MZM phân cực đôi

U
U
jπ 2 ⎤
E ⎡ jπ 1
= in ⎢e Vπ + e Vπ ⎥; U 1 = − U 2

2 ⎣
⎦

Hình 3: Bộ điều chế pha

Slide 21

Thiết bị thu

Nguồn Hình 1: Werner Rosenkranz - Optical Communications - chapter 8 page 8.17
Hình 2, 3: Uri Cummings - Linearized And High Frequency Electrooptic Modulators - Thesis - page 12

Slide 22

Sơ đồ nguyên tắc thiết bị thu

™ Chức năng: chuyển đổi năng lượng của tín hiệu quang thu
được thành tín hiệu điện; gồm 3 thành phần:
Chuyể
Chuyển dòng điệ
điện
thu đượ
được từ
từ
photodiode thà
thành
tín hiệ
hiệu nhị
nhị phân


là vi thấ
thấu kí
kính dù
dùng hộ
hội
tụ năng lượ
lượng quang thu
đượ
được và
vào photodiode

Sơ đồ khối thiết bị thu
Photodetector: là photodiode dùng để chuyển năng lượng quang thành dòng điện
Dòng ngỏ ra:

I P = ℜ.Pin

Trong đó, ℜ gọi là đáp ứng (Responsivity) của
photodiode, giá trị khoảng 0.5 đến 0.8 (A/W)
Pin là công suất quang chiếu vào photodiode
Slide 23

Nguồn: />
Slide 24


Xác định BER - Bit Error Rate

Đánh giá chất lượng bộ thu


2 thông số đánh giá chất lượng bộ thu:
™ BER (Bit Rate Error): Tỉ lệ bit lỗi, thường phải nhỏ hơn 10-9
™ Độ nhạy bộ thu (Receiver sensitivity):
Receiver sensitivity = BER theo công suất trung bình ngỏ vào bộ
thu (everage received Power) (dBm)

Slide 25

Xác định BER - Bit Error Rate

Slide 26

Nguồn: Chi Wi Chow - Lecture9 - National Chiao Tung University

Tính BER - Gaussian noise
Tính BER theo hàm phân bố xác suất Gaussian
(Gaussian probability distribution function)
σ=

(

1 n
∑ xi − x
n − 1 i =1

x=

1 n
∑ xi
n i =1


Q=

I1 − I0
σ1 + σ0

BER =

Nguồn: Chi Wai Chow - Lecture9 - National Chiao Tung University

Slide 27

erfc: Complementary error function

)

2

1
⎛ Q ⎞
erfc⎜
⎟
2
⎝ 2⎠

Tham khảo: Govind P.Agrawal, “Fiber Optics Communication
Systems”, Third Edition, 2002 – chapter 4 - page 164

Slide 28



Thông số kỹ thuật một số bộ thu thực tế

Nguồn: />
Slide 29

Thông số kỹ thuật một số bộ thu thực tế

Nguồn: />
Slide 30

Các đặc tính truyền dẫn của sợi quang

Kênh thông tin
™

Là sợi quang silica, nhiệm vụ vận chuyển tín hiệu quang từ nơi phát
đến nơi thu.

™

Có thể bao gồm các bộ ghép/ chia công suất, các bộ khuếch đại hoặc
bộ lặp (Repeater)

) Suy hao (Fiber losses)
) Tán sắc (Dispersion)
) Các ảnh hưởng phi tuyến khác

Cấu trúc một Repeater
Slide 31


Slide 32


Suy hao (fiber losses)

Tán sắc (Dispersion)
) Các bước sóng khác nhau lan truyền trong môi trường ở tốc độ khác nhau
) Gây ra hiện tượng dãn xung, giao thoa giữa các ký tự liền kề

™ Công suất lan truyền trên sợi quang giảm dần theo qui luật hàm mũ
™ Nguyên nhân: sự hấp thu do chất liệu bên trong sợi quang, suy hao do tán xạ, do
uốn cong, các chỗ hàn nối, …
™ Độ suy hao khoảng 0,2dB/km; tức cứ 15km thì công suất suy hao 1/2
Nguồn: Lê Quốc Cường - Bài giảng Cáp sợi quang

Slide 33

Nguồn: Lê Quốc Cường - Bài giảng Cáp sợi quang

Slide 34

Các nguyên nhân gây tán sắc

Tán sắc (Dispersion)
Độ tán sắc được định nghĩa:

Độ trải xung trong thực tế thường có đơn vị là ps/ km, hoặc (ps/nm.km) để
chỉ mức độ tán sắc chất liệu trên mỗi km chiều dài sợi quang ứng với độ
rộng phổ là 1nm


Tán sắc thể - Chromatic Dispersion

Ví dụ: sợi SMF 28 có độ tán sắc ở 1550nm là 17 ps/nm.km

Tán sắc phân cực mode - Polarization Mode Dispersion

Nguồn ảnh: Lê Quốc Cường - Bài giảng Cáp sợi quang

Slide 35

Tán sắc chất liệu - Material Dispersion; Tán sắc dẫn ống - Waveguide Dispersion

Nguồn: Lê Quốc Cường - Bài giảng Cáp sợi quang

Slide 36


Tán sắc Mode

Tán sắc thể (Chromatic dispersion)

Nguyên nhân do nguồn sáng phân tán thành nhiều tia sáng (mode)
truyền trong sợi quang với quãng đường khác nhau, nên thời gian
truyền khác nhau.

Nguyên nhân: Do tín hiệu quang truyền không phải là đơn sắc
Được phân làm 2 loại:
) Tán sắc chất liệu (Material dispersion)
) Tán sắc ống dẫn (Waveguide dispersion) → Có thể điều chỉnh khi chế tạo


Các tia sáng phản xạ mặt
trong sợi quang. Nguồn ảnh:
Govind P.Agrawal, “Fiber Optics
Communication Systems”, Third Edition, 2002

Các Mode truyền
Nguồn ảnh: Lê Quốc Cường - Bài giảng Cáp sợi quang
Slide 37

Tán sắc chất liệu

Slide 38

Kết hợp Material dispersion & Waveguide dispersion
Có thể điều chỉnh Waveguide dispersion để di chuyển điểm Zero
dispersion đến vị trí bất kỳ!

Các bước sóng khác nhau truyền với vận tốc khác nhau

Nguồn ảnh: Lê Quốc Cường - Bài giảng Cáp sợi quang

Nguồn ảnh: Lê Quốc Cường - Bài giảng Cáp sợi quang

Slide 39

Nguồn ảnh: Govind P.Agrawal, “Fiber Optics Communication Systems”, Third Edition, 2002

Slide 40



Tán sắc Mode phân cực

Tóm tắt các ảnh hưởng tán sắc

9 Trong các sợi đơn mode, tín hiệu truyền thường phân cực theo 2 hướng trực giao
9 Sự không hoàn hoả của sợi quang làm cho vận tốc truyền trên 2 hướng phân cực
là khác nhau.
) Kết quả là các xung quang ở ngõ ra bị trải rộng

Nguồn: Lê Quốc Cường - Bài giảng Cáp sợi quang

Slide 41

Các ảnh hưởng phi tuyến

Slide 42

Nguồn: Lê Quốc Cường - Bài giảng Cáp sợi quang

NỘI DUNG

) Tán xạ Raman, tán xạ Brillouin; hiện tượng tự điều pha SPM
(self-phase modulation), biến điệu chéo pha XPM (crossphase modulation); hiện tượng trộn 4 bước sóng FWM (four
wave mixing), …

1. Giới thiệu Tổng quan

) Tuỳ ứng dụng mà các hiện tượng phi tuyến trong sợi quang
đôi khi tác động tích cực


4. Các kỹ thuật điều chế quang tiên tiến (Advanced
Modulation Formats)

) Các ảnh hưởng phi tuyến gắn liền với công suất phát

5. Mã đường truyền, hay mã dòng (Line coding)

) Có thể bỏ qua trong hệ thống có công suất phát vừa phải (vài
mW) và tốc độ thấp (dưới 2.5Gb/s)
Slide 43

2. Cấu trúc cơ bản hệ thông tin quang
3. Phân loại sợi quang

6. Giới thiệu Mạng quang thụ động PONs - Passive
Optical Networks
Slide 44


Phân loại sợi quang

Các đặc điểm chính

Sợi quang được phân làm 2 loại: Đa mode (Multi Mode) và đơn
mode (Single Mode)

™ Step-index Fibers được ứng dụng đầu tiên, có đặc điểm là bị ảnh
hưởng bởi MultiMode dispersion;
™ Graded-index Fibers khắc phục nhược điểm của Step-index Fibers

→ cho phép truyền xa hơn và tốc độ cao hơn;

Step-Index Fibers
MultiMode
Fibers

™ Các sợi Multi Mode nói chung có độ suy hao lớn;

Graded-Index
Fibers

™ Các sợi Single Mode Fibers ra đời sau, khắc phục nhược điểm của
sợi Multi Mode: MultiMode Dispersion, độ suy hao

SingleMode
Fibers - SMF

™ Hiện nay, suy hao của SMFs trung bình khoảng 0.2dB/km

Slide 45

Nguồn ảnh: www.fiber-optics.info

Kích thước sợi quang

Slide 46

Nguồn ảnh: www.fiber-optics.info

3 loại sợi đơn mode (SMFs)


) NDSF (Non-Dispersion Shift Fiber)
) DSF (Dispersion Shift Fiber)
) NZ DSF (Non Zero Dispersion Shift Fiber)

Nguồn ảnh: Web ProForum Tutorials - www.iec.org

Slide 47

Slide 48


NDSF (Non-Dispersion Shift Fiber)

9

Ra đời trước tiên

9

Triển khai rộng rãi

9

Sử dụng cho vùng 1310nm

9

Điểm không tán xạ (zero
dispersion) ứng với bước

sóng 1310nm.

9

Tán xạ cao ở vùng 1550nm

DSF (Dispersion Shift Fiber)
9

DSF: Điểm không tán xạ (zero dispersion) được dời đến bước sóng
1550nm.

9

Sử dụng cho các hệ thống thông tin ở vùng 1550nm

Đồ thị tán xạ của NDSF
Nguồn: Web ProForum Tutorials - www.iec.org

Đồ thị tán xạ của DSF
Slide 49

NZ-DSF (Non Zero-Dispersion Shift Fiber)

Nguồn: Web ProForum Tutorials - www.iec.org

Slide 50

Một số sợi SMFs thực tế của Corning


9 Ra đời để khắc phục nhược điểm của
DSF (chỉ sử dụng tốt ở bước sóng
1550nm)

) Corning SMF 28 và SMF 28e

9 Sử dụng cho các hệ thống DWDM

) Corning MetroCor

(Dense Wavelength Division Multiplexing),

) Corning LEAF

nhiều bước sóng trên cùng sợi quang
9 Hoạt động theo nguyên tắc bù tán xạ
) Cứ một đoạn toán xạ dương thì theo
sau là một đoạn tán xạ âm

Sợi NZ DSF luân phiên
20km (+D) và (-D)
Nguồn: www.fiber-optics.info

Slide 51

Slide 52


Corning SMF 28 và SMF 28e


Corning MetroCor

) Đây là 2 chuẩn được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điện
thoại, truyền hình, cáp ngầm biển và nhiều ứng dụng khác;

) Thích hợp để truyền tốc độ cao trong khu vực đô thị hoặc
khoảng cách tầm trung;

) Chỉ khác nhau tại điểm suy hao ở 1440nm

) Suy hao vào khoảng 0.2dB/km;
) MetroCor được chế tạo với độ tán sắc âm;
) Độ tán sắc từ -10 đến -1 (ps/nm.km) ứng với dải tần từ
1530 đến 1605 nm, và được tính theo công thức:

Suy hao theo bước sóng của SMF 28 (trái) và SMF 28e (phải)
Nguồn: Corning - Product information

Corning Leaf

Slide 54

Các loại cáp quang đang sử dụng ở VN

)

LEAF (Large Effective Area Fiber) có vùng hiệu dụng lớn → giảm
các ảnh hưởng phi tuyến, dễ ghép nối với SMF 28 chuẩn.

)


Dùng cho các hệ thống DWDM tốc độ cao và khoảng cách xa.

)

Độ tán sắc: từ 2 đến 6 ps/nm.km ứng với khoảng 1530 đến 1565nm;
và từ 4.5 đến 11.2 ps/nm.km ứng với dải từ 1565 đến 1625nm

Nguồn: Corning - Product information

Nguồn: Corning - Product information

Slide 53

Slide 55

Nguồn: Lê Quốc Cường - Bài giảng Cáp sợi quang

Slide 56


Các quang phi kim loại 16 sợi - Focal

Nguồn: Lê Quốc Cường - Bài giảng Cáp sợi quang

Slide 57

Đặc tính kỹ thuật của Cáp Focal

Nguồn: Lê Quốc Cường - Bài giảng Cáp sợi quang


Các quang phi kim loại 24 sợi - Focal

Nguồn: Lê Quốc Cường - Bài giảng Cáp sợi quang

Slide 58

Đặc tính kỹ thuật của sợi đơn mode Focal

Slide 59

Nguồn: Lê Quốc Cường - Bài giảng Cáp sợi quang

Slide 60


Cáp quang kim loại 24 sợi - Siemens

Nguồn: Lê Quốc Cường - Bài giảng Cáp sợi quang

Slide 61

Cáp quang kim loại 8 sợi - Pirelli

Đặc tính kỹ thuật của cáp Siemens

Slide 62

Nguồn: Lê Quốc Cường - Bài giảng Cáp sợi quang


NỘI DUNG
1. Giới thiệu Tổng quan
2. Cấu trúc cơ bản hệ thông tin quang
3. Phân loại sợi quang
4. Các kỹ thuật điều chế quang tiên tiến
(Advanced Modulation Formats)
5. Mã đường truyền, hay mã dòng (Line coding)
6. Giới thiệu Mạng quang thụ động PONs - Passive
Optical Networks

Nguồn: Lê Quốc Cường - Bài giảng Cáp sợi quang

Slide 63

Slide 64


Các kỹ thuật điều chế quang tiên tiến

Sơ lược về mã đường truyền (line coding)

(Advanced Modulation Formats)

Tóm tắt các kỹ thuật điều chế quang

Thường sử dụng: NRZ-OOK (NonReturn to Zero On Off Keying), RZ-OOK (Return to
Zero OOK), CSRZ (Carrier Suppressed Return to Zero), DPSK (Differential Phase Shift
Keying), DQPSK (Differential Quadrature PSK)
Nguồn: Peter J. Winzer - Rene-Jean Essiambre, “Advanced Optical Modulation Formats”


Slide 65

Sơ lược về mã đường truyền (line coding)

Điều chế biên độ - Intensity Modulation
NRZ-OOK & RZ-OOK
™ RZ-OOK chuyển mức từ cao xuống
thấp ở giữa bit → Băng thông tín
hiệu tăng đôi

™ Được lựa chọn tuỳ mục đích sử dụng:
)
)
)
)

Slide 66

Nguồn: VNPT

Giảm nhiễu
Tăng hiệu suất
Khả năng phục hồi xung clock tại bộ thu
...

™ NRZ-OOK bị ảnh hưởng bởi nhiễu
liên ký tự ISI, làm giảm BER
™ RZ OOK tăng độ nhạy bộ thu

™ 3 loại line coding thường gặp: NRZ (Non Return to Zero),

RZ (Return to Zero) và AMI (Alternate Mark Inversion)
Hiện tượng ISI - InterSymbol Interference
Phổ của NRZ & RZ ở cùng tốc độ bit
Slide 67

Nguồn: Peter J. Winzer - Rene-Jean Essiambre, “Advanced
Optical Modulation Formats”

Nguồn: L.N. Binh, A. Chua and G. Alagaratnam, “Monash Optical
Communication System Simulator for Optically Amplified DWDM
Advanced Modulation Formats”
Slide 68


Cách tạo CSRZ-OOK

CSRZ-OOK (Carrier suppressed Return to Zero OOK)
E Out =

Do RZ và NRZ có nhược điểm:
) Chứa thành phần DC → năng lượng tập
trung nhiều vào sóng mang → Hiệu suất
) RZ có nhiều ưu điểm so với NRZ nhưng
có phổ tăng gấp đôi

U
U
jπ 2 ⎤
E in ⎡ jπ Vπ1
+ e Vπ ⎥ ; U 1 = − U 2

⎢e
2 ⎣
⎦

Các xung quang
luân phiên đảo pha

Phổ của NRZ & RZ ở cùng tốc độ bit
Nguồn: Peter J. Winzer - Rene-Jean Essiambre, “Advanced
Optical Modulation Formats”

CSRZ khắc phục:
™ Loại bỏ thành phần DC → Carrier
suppressed
™ Giảm băng thông tín hiệu
Phổ của CSRZ

Nguyên tắc tạo CSRZ OOK
Slide 69

Nguồn: Peter J. Winzer - Rene-Jean Essiambre, “Advanced
Optical Modulation Formats”

Slide 70

Thiết bị thu OOK

Đánh giá CSRZ-OOK

™ Trong CSRZ, các xung quang luân phiên đảo pha:

) Cường độ quang trung bình bằng 0 → carrier suppressed
) Băng thông tín hiệu CSRZ giảm phân nửa ⎛⎜ ± R ⎞⎟
⎝

2⎠

™ Có thể nói CSRZ là cải tiến của RZ: có các ưu điểm của RZ
nhưng có băng thông tín hiệu tương đương NRZ

Slide 71

Nguồn: />
Slide 72


Điều chế pha - Phase Modulation

Ưu điểm của điều chế pha
Các kiểu điều chế PSK có ưu điểm sau (so với OOK):

) BPSK - Binary Phase Shift Keying

™ Ở cùng BER (Bit Error Rate) thì OSNR (Optical Signal to Noise Ratio)
thấp hơn ít nhất 3dB (1);

) DPSK - Differential PSK
) QPSK - Quadrature Phase Shift Keying

™ Ít bị ảnh hưởng bởi các nhiễu phi tuyến như SPM (self phase
modulation) và XPM (cross phase modulaion);


) DQPSK - Differential QPSK

™ Có thể tăng hiệu quả sử dụng phổ bằng cách tăng số pha điều chế.

Slide 73

(1) Advanced Optical Modulation Formats - Page 17- Table 4

DPSK - Differential Phase Shift Keying

BPSK - Binary Phase Shift Keying
™ Là dạng đơn giản nhất của PM
™ Pha truyền là 0 hoặc π tuỳ theo dữ liệu nhị
phân vào là 1 hoặc 0
™ Biên độ sóng mang không thay đổi
™ Hạn chế: Nơi thu phải biết thông tin về pha đầu
của sóng mang → BPSK vi phân, hay DPSK

™ Mã hoá dữ liệu vào thay vì phải gởi thông tin về pha gốc của
sóng mang tại nơi thu;

Q
0

Slide 74

1
I


Đồ thị điểm của BPSK
(Constellation diagram)
Nguồn: en.wikipedia.org
.org

Slide 75

™ Nguyên tắc: dịch pha sóng mang giữa các bit liền kề
™ Góc dịch pha là 0 hay π tuỳ theo dữ liệu nhị phân vào là 0 hay 1
⇒ Pha sóng mang DPSK phụ thuộc vào bit hiện tại và bit trước đó

Slide 76


Nguyên tắc điều chế DPSK

Nguyên tắc bộ thu DPSK

™ Chính là bộ điều chế BPSK có thêm bộ phận tiền mã hoá
(Precoder) hay mã hoá vi phân (Differential Encoder) phía trước
™ Từ sơ đồ điều chế:

™ Tại bộ thu, chỉ cần so sánh pha của 2 bit liền kề để quyết định bit
thu được là bit 0 hay 1
™ Bộ giao thoa trì hoãn MZDI (Mach Zehnder Delay Interferometer)
chuyển sai lệch pha giữa 2 bít liền kề IM (Intensity Modulation)

e =e
⊕b
k

k −1
k

™ Balanced Receiver được sử dụng để tăng độ lên 3dB

Sơ đồ nguyên tắc điều chế DPSK
Nguồn: en.wikipedia.org
.org

DPSK Balanced Receiver
Slide 77

QPSK - Quadrature Phase Shift Keying

Nguồn: Werner Rosenkranz, “Optical Communications”, chapter 8

Slide 78

DQPSK - Differential Quadrature Phase Shift Keying
™ Không truyền 4 góc pha cố định ứng với từng dibits như QPSK

™ Với 4 góc pha, QPSK mã hoá mỗi lần 2 bits
(thứ tự IQ) → symbol

™ Dựa trên từng dibits chuỗi dữ liệu vào, dịch pha symbol hiện tại so với symbol
trước đó

) Cùng băng thông, QPSK tăng tốc độ (data
rate) gấp đôi so với BPSK;
) Cùng tốc độ thì QPSK chỉ cần một nửa băng

thông so với BPSK
™ Hạn chế: Nơi thu phải biết thông tin về pha
ban đầu của sóng mang góc → DQPSK

Đồ thị điểm của QPSK
(Constellation diagram)
Nguồn: en.wikipedia.org
.org

Slide 79

Slide 80


Line coding trong điều chế pha

Sơ đồ điều chế DQPSK
™

Bộ precoder là hàm 4 bits: 2 bits nhị phân vào aIaQ của symbol hiện tại và 2 bits trạng
thái pha I0Q0 của symbol trước đó (2 bits ngỏ ra trước đó của bộ precoder).

™

Tuỳ cấu trúc của khối điều chế QPSK mà bộ precoder được thiết kế khác nhau

didi-bits

I0


I
Precoder
(Differential Encoder)

aIaQ

Q

QPSK Modulator

Phân biệt: NRZ-DPSK và RZ-DPSK, NRZ-DQPSK và RZ-DQPSK → sự liên tục
của tín hiệu quang sau khi điều chế: dạng liên tục, dạng xung

DQPSK

Q0
Sơ đồ khối điều chế DQPSK

Slide 81

NRZ-DQPSK & RZ-DQPSK

Phương pháp tạo RZ-DQPSK

™ Băng thông: NRZ DQPSK chiếm ưu thế (trong cùng điều kiện)

™ Đối với pháp trực tiếp (a), lasers được phân cực cố định để phát quang liên tục.

™ Sự chuyển pha nhanh giữa các symbols liền kề trong NRZ DQPSK tạo nên ISI
™ RZ-DQPSK → tăng độ nhạy bộ thu (Receiver sensitivity)


Phổ của NRZ & RZ ở cùng tốc độ bit
Nguồn: Peter J. Winzer - Rene-Jean Essiambre, “Advanced
Optical Modulation Formats”

Slide 82

Hiện tượng ISI - InterSymbol Interference
Nguồn: L.N. Binh, A. Chua and G. Alagaratnam, “Monash Optical
Communication System Simulator for Optically Amplified DWDM
Advanced Modulation Formats”
Slide 83

™ Đối với phương pháp gián tiếp (b), NRZ-DQPSK được tạo ra trước rồi mới
đưa đến bộ khắc xung để tạo RZ-DQPSK.

(a) Tạo RZ DQPSK trực tiếp dùng bộ
phận khắc xung

(b) Tạo RZ DQPSK gián tiếp từ
NRZ-DQPSK

Slide 84


Xung RZ-DQPSK trong thực tế

Giải điều chế DQPSK
™ Bộ thu DQPSK so pha giữa 2 symbols liền kề để chuyển điều chế pha sang
điều chế cường độ (IM - intensity modulation) rồi thực hiện tách sóng giống

như tách sóng OOK (On/Off Keying)

Thực tế sử dụng các xung Gaussian

™ Nửa trên tách sóng cho kênh I, nửa dưới tách sóng cho kênh Q

DQPSK Balanced Receiver
Slide 85

Nguồn: Werner Rosenkranz, “Optical Communications”, chapter 8

Slide 86

Mạng quang thụ động PONs

NỘI DUNG

PONs: Passive Optical Networks
1. Giới thiệu Tổng quan

™ Dạng:
ng Point to Multipoint

2. Cấu trúc cơ bản hệ thông tin quang

™ Splitters:
Splitters không cấp nguồn

3. Phân loại sợi quang


™ Mục tiêu:
tiêu Fiber to the Home

4. Các kỹ thuật điều chế quang tiên tiến (Advanced
Modulation Formats)

™ Ưu:
Ưu giảm số lượng sợi quang
triển khai so với Point to Point

5. Mã đường truyền, hay mã dòng (Line coding)
6. Giới thiệu Mạng quang thụ động PONs Passive Optical Networks

Cấu trúc PONs - Nguồn
OLT: Optical Line Terminal
ONU: Optical Network Unit
ONT: Optical Network Terminal
Slide 87

Slide 88


Phân loại PONs

TDM PONs

) TDM-PONs: Time Division Multiplexing PONs
) WDM-PONs: Wavelength Division Multiplexing
) TDM-WDM PONs


Slide 89

TDM PONs

Nguồn: />
Slide 90

WDM PONs

ONUs chỉ truyền ứng với
khe thời gian của nó

Nguồn: />
Slide 91

Nguồn: C.W.Chow -National Chiao Tung University -Lecture

Slide 92


TDM - WDM - PONs

Nguồn: C.W.Chow -National Chiao Tung University -Lecture

Ứng dụng của PONs

Slide 93

Nguồn: C.W.Chow -National Chiao Tung University -Lecture


Sự phát triển của PONs

CÁM ƠN!

Nguồn: C.W.Chow -National Chiao Tung University -Lecture

Slide 95

Slide 94