Tham số hiệu năng tỉ số lỗi bit [BER] được sử dụng để đánh giá chất lượng của hệ thống IM-DD O-OFDM WDM. Với mục tiêu đánh giá được hiệu năng hệ thống dưới ảnh hưởng đầy đủ của các yếu tố tác động, cần xác định được công suất nhiễu tổng đến từ các nguồn nhiễu khác nhau của hệ thống. Trong phần 2.3, công suất nhiễu được tính tại phía sau bộ tách sóng quang của từng yếu tố ảnh hưởng đã được tính toán. Các nguồn nhiễu này có thể coi là các biến ngẫu nhiên phân bố Gauss độc lập [39, 103, 118], vì thế nhiễu tổng trên từng kênh bước sóng của hệ thống được tính tại phía thu, sau bộ tách sóng quang, sẽ là
�!"!#$ =�!é! +�!"# +�!" +�!" [2.14] Tín hiệu OFDM quang trên một kênh bước sóng được khuếch đại nhờ bộ EDFA trước khi đưa lên sợi truyền tới phía thu. Công suất tín hiệu OFDM quang bị suy giảm dọc theo chiều dài sợi. Vì thế, công suất tín hiệu OFDM quang thu được tại trước bộ tách sóng quang sẽ là
!��!
[2.15] Hiệu năng hệ thống O-OFDM WDM được đánh giá thông qua tham số SNR tại sau bộ tách sóng quang. Công suất tín hiệu OFDM trong miền điện sẽ được tính dựa trên dòng tách quang tương ứng thu được. Khi đó, tỉ số SNR trên từng kênh bước sóng, sau bộ tách sóng quang sẽ là
!!é!!!!"#!!!"!!!" [2.16]
Các biểu thức [2.2, 2.5, 2.7, 2.10, 2.11, 2.13 và 2.15] mô tả sự phụ thuộc của công suất tín hiệu OFDM tại phía thu và công suất từng nguồn nhiễu của hệ thống tác động lên tín hiệu vào các tham số hệ thống như hệ số tán sắc sợi, chiều dài truyền dẫn, mức công suất phát của tín hiệu và độ lợi bộ khuếch đại đến. Do vậy, tỉ số SNR cũng phụ thuộc vào các tham số trên. Kĩ thuật điều chế băng gốc được sử dụng để tăng hiệu quả sử dụng phổ tần nhưng cũng làm thay đổi sự phụ thuộc của
tham số hiệu năng BER theo SNR. Hệ thống IM-DD O-OFDM WDM sử dụng giải pháp điều chế số băng gốc M-QAM thì tham số hiệu năng BER sẽ phụ thuộc vào SNR của tín hiệu OFDM trên mỗi kênh bước sóng sẽ có dạng [39]
1−
với M là bậc điều chế QAM và hàm Q là hàm bù lỗi, � � = [2.17]
2.3.3 Kết quả đánh giá hiệu năng hệ thống OFDM quang
Các đánh giá lý thuyết trên chỉ ra rằng tại các điều kiện khác nhau của hệ thống IM-DD O-OFDM WDM, công suất nhiễu của từng yếu tố tác động lên hệ thống khác nhau, dẫn đến công suất nhiễu tổng của hệ thống là khác nhau khiến cho hiệu năng hệ thống cũng thay đổi. Sau đây, hiệu năng BER của hệ thống IM-DD OOFDM WDM được khảo sát theo sự thay đổi của một số tham số của hệ thống như công suất phát của mỗi kênh, chỉ số điều chế, chiều dài sợi quang và độ lợi EDFA ở các tốc độ dữ liệu khác nhau. Bảng 2.2 liệt kê các tham số quan trọng của hệ thống được sử dụng trong các đánh giá này. Bảng 2.2. Tham số hệ thống.
Tên tham số Ký hiệu Giá trị
Hệ số suy hao của sợi quang αf 0,2 dB/km Hệ số phi tuyến γ 1,3[W.km]-1 Tần số quang của kênh 1 �! 193,1 THz Hệ số đáp ứng của photodiode R 0,8 A/W Dòng tối Id 0,1 nA Mật độ phổ công suất nhiễu nhiệt �! 10!!" A/[Hz]1/2 Tỉ số công suất xén quang �!"#$ -5 dB Bậc điều chế M 4 - 16 Tốc độ dữ liệu Rb 1 Gbps, 10 Gbps
Hình 2.2: Ảnh hưởng của từng hiệu ứng phi tuyến lên hai loại sợi khác nhau: SMF [�!
\=17��/[��.��]] và NZ-DSF [�! =4��/[��.��]] với m = 0,9 và ∆� =25���
Hình 2.3: BER phụ thuộc vào công suất quang của một kênh bước sóng [sợi SMF [�! =17��/[��.��]] có chiều dài L=75km, chỉ số điều chế m=0.2, độ lợi EDFA G=10dB và sử dụng 4-QAM.
Ảnh hưởng của từng hiệu ứng phi tuyến lên hệ thống IM-DD O-OFDM WDM được khảo sát trong điều kiện sử dụng các loại sợi khác nhau, sợi đơn mode tiêu chuẩn [SMF - Single Mode Fiber] với �! =17��/[��.��] và sợi dịch tán sắc khác không [NZ-DSF - NonZero-Dispersion Shifted Fiber] với �! =4��/ [��.��] được đưa ra trong hình 2.2. Tất cả các hiệu ứng phi tuyến gồm SPM,
XPM và FWM đều phụ thuộc rất lớn vào công suất quang. Hiệu năng BER của hệ thống ứng với từng ảnh hưởng phi tuyến đều suy giảm nhanh chóng khi công suất quang tăng lên. Trong cả hai trường hợp, ảnh hưởng của FWM là lớn nhất, lớn hơn nhiều so với hai hiệu ứng còn lại. Đối với hiệu ứng FWM, hệ số tán sắc càng lớn thì điều kiện phối hợp pha càng khó đạt được vì thế ảnh hưởng của hiệu ứng FWM trong sợi SMF sẽ ít hơn so với sợi NZ-DSF. Tuy nhiên, với hai hiệu ứng XPM và SPM thì ngược lại. Nguyên nhân là, tại các sợi có hệ số tán sắc cao, hiệu suất chuyển đổi pha sang cường độ tín hiệu [PM/IM - Phase Modulation/ Intensity Modulation] do SPM và XPM gây ra lại tăng lên dẫn đến hiệu ứng SPM và XPM tăng lên so với trường hợp sợi NZ-DSF. Có một điểm cần chú ý trong trường hợp XPM, đó là hiệu suất XPM không chỉ phụ thuộc vào riêng hiệu suất chuyển đổi PM/IM mà còn phụ thuộc tham số walk-off, trong đó sự phụ thuộc của hai tham số này vào hệ số tán sắc sợi là ngược chiều nhau. Do vậy, mức độ ảnh hưởng của XPM so với SPM trên một loại sợi quang phụ thuộc vào tham số nào chiếm ưu thế. Vì thế, đối với sợi NZ-DSF ảnh hưởng của XPM lớn hơn ảnh hưởng của SPM nhưng đối với sợi SMF thì ngược lại, ảnh hưởng của XPM nhỏ hơn ảnh hưởng của SPM. Kết quả trong hình 2.2 chỉ ra rằng ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến lên hiệu năng hệ thống IM-DD O-OFDM WDM là rất phức tạp, trong đó, ảnh hưởng đến từ hiệu ứng FWM luôn là lớn nhất. Vì thế, hoàn toàn có thể coi gần đúng là công suất nhiễu phi tuyến của hệ thống chính là công suất nhiễu FWM. Hình 2.3 biểu diễn BER như là một hàm theo công suất quang đầu vào của một kênh bước sóng của hệ thống IM-DD O-OFDM WDM sử dụng 4-QAM với chiều dài truyền dẫn là 75 km, chỉ số điều chế là 0,2 và độ lợi EDFA là 10 dB. Khi công suất đầu vào nhỏ thì nhiễu xén, nhiễu EDFA và nhiễu bộ thu chiếm ưu thế. Nhưng khi công suất tăng lên đủ lớn, nhiễu phi tuyến FWM tăng lên nhanh chóng và chiếm ưu thế. Kết quả là, sẽ tồn tại một giá trị công suất đầu vào tối ưu mà tại đó BER của hệ thống đang xét là nhỏ nhất. Trong trường hợp khoảng cách kênh là 50 GHz, hiệu năng BER được cải thiện đáng kể mặc dù tốc độ bit lên tới 10 Gbps so với trường hợp khoảng cách kênh 25 GHz và 1 Gbps nhờ ảnh hưởng phi tuyến giảm.
Do vậy, giá trị công suất tối ưu trong trường hợp khoảng cách kênh 50 GHz dịch về phía giá trị cao hơn so với trường hợp 25 GHz. Hơn nữa, hình 2.3 cũng cho thấy ảnh hưởng phi tuyến tại các kênh trung tâm nghiêm trọng hơn so với các kênh biên. Giá trị BER của các kênh trung tâm bị suy giảm thêm 2 bậc so với các kênh biên.
Hình 2.4: BER phụ thuộc vào chiều dài sợi quang [sợi SMF [�!
\=17��/[��.��]], công suất quang 0 dB và chỉ số điều chế m = 0.8] với khoảng cách truyền dẫn khác nhau: a] 75km và b] 100km.