ประสิทธิภาพของการมัลติเพล็กซ์แบบคลื่นพาห์ย่อยผ่านเส้นใยแก้วนำสงประเภทหลายโหมดที่พาสแบนด์ความถี่ต่ำเมื่อมีการเข้ารหัสสัญญาณ

Abstract

Optical communication systems using MMF are widely used for short-haul communication. The most common used bandwidth is 3-dB modal bandwidth, which is limited to 200-500 MHz·km. In order to overcome this limitation, utilization of multimode fiber’s low frequency region has been studied. From the studied, it is found that the frequency response of MMF is frequency selective and there are many available passbands at low frequencies, in the range 0 - 1.6 GHz. In this study, a communication system using MMF at low-frequencies, in the range 0 - 1.6 GHz is modelled by applying Subcarrier Multiplexing (SCM). The simulation results shown that the passbands at low frequency region are utilized as channels. However, a very high attenuation in signal transmission occurs in some of these low-frequency passbands. To lessen this problem, using linear block code (LCB) along with careful selection of passbands must be adopted. In this study, the estimation between BER and data rate for this particular communication already achieved, when the different number of passbands are used. The simulation results shown that using multiple passbands, resulting in a very high data rate. However, it is resulting in a very high BER as well, which cannot be used in an optical communication system. Therefore, reducing the number of used passbands can be reduced the BER of communication system. However, it is resulting in a lower data rate as well. For the particular communication system that the minimum requirements are a data rate higher than 490 Mbps and BER values lower than 10-9. Using only 5 passbands for data transmission can be applied for this requirement, with a data rate of 494 Mbps. It is shown from the previous results that a maximum data rate depend on the number of used passbands. Therefore, a communication system using MMF at low-frequency passbands is modelled by applying 4-Amplitude Shift Keying (4-ASK) with a careful selection of passbands for increasing a data transmission rate. It is found that a data rate is increased to 500 Mbps with a BER lower than 10-9. Moreover, this particular communication system was done without encoding. Therefore, (31, 26) linear block encoding is now added to this particular communication system for increasing the performance. It is found that a data rate is increased to 546 Mbps, which is 2.73 times higher than the data rate using only the 3-dB modal bandwidth can be obtained with a BER lower than 10-9. This obtained result provides a coding gain of more than 6 dB compared to the previous result without encoding. From the above studies, a very high attenuation in signal transmission is a majority problem that leading to a very poor signals at the receiving end. One way that may help to lessen this negative effect is using Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS). In this study, the performance of applying DSSS into this particular optical communication system is studied in terms of eye pattern. The eye pattern from the received signals shown that a degraded signal. This is the result of the main frequency component of DSSS signal is located at the null of its channel. So, the DSSS technique with codelength 3 and 7 may be not suitable for this particular optical communication system.

ระบบสื่อสารทางแสงที่มีเส้นใยแก้วนำแสงประเภทหลายโหมดเป็นตัวกลางในการส่งสัญญาณนั้นได้ถูกนำมาประยุกต์ใช้งานอย่างแพร่หลายในระบบการสื่อสารที่มีระยะห่างระหว่างภาคส่งกับภาครับไม่มากนัก ซึ่งแบนด์วิธที่ถูกใช้งานโดยทั่วไปของเส้นใยแก้วนำแสงประเภทหลายโหมดนั้นจะถูกเรียกว่า 3-dB Modal Bandwidth โดยจะมีขนาดที่ถูกจำกัดอยู่ที่ประมาณ 200 ถึง 500 MHz∙km ดังนั้นผลตอบสนองทางความถี่ของเส้นใยแก้วนำแสงประเภทหลายโหมดจึงถูกศึกษาเพื่อหาวิธีการในการเพิ่มขนาดแบนด์วิธ ซึ่งจะพบว่าผลตอบสนองทางความถี่ของเส้นใยแก้วนำแสงประเภทหลายโหมดจะมีลักษณะเป็นแบบ Frequency Selective และมีพาสแบนด์ในย่านความถี่ต่ำตั้งแต่ 0 ถึง 1.6 GHz ที่สามารถนำไปใช้งานเป็นช่องส่งสัญญาณได้ ดังนั้นวิทยานิพนธ์ฉบับนี้จึงได้ทำการจำลองระบบสื่อสารที่มีผลตอบสนองทางความถี่ของเส้นใยแก้วนำแสงประเภทหลายโหมดในย่านความถี่ต่ำตั้งแต่ 0 ถึง 1.6 เป็นตัวกลางในการส่งสัญญาณโดยอาศัยการมัลติเพล็กซ์แบบคลื่นพาห์ย่อย จากการจำลองระบบสื่อสารพบว่าสามารถใช้พาสแบนด์ในย่านความถี่ต่ำตั้งแต่ 0 ถึง 1.6 GHz เป็นช่องส่งสัญญาณได้ แต่เนื่องจากภายในช่องส่งสัญญาณบางช่องนั้นได้เกิดการลดทอนของสัญญาณขึ้น จึงต้องมีการประยุกต์ใช้งานการเข้ารหัสสัญญาณแบบบล็อกเชิงเส้นและการเลือกใช้งานจำนวนช่องส่งสัญญาณเพื่อแก้ไขปัญหาที่เกิดขึ้น จากการเข้ารหัสสัญญาณแบบบล็อกเชิงเส้นและการเลือกใช้งานจำนวนช่องสัญญาณจะทำให้ได้แนวโน้มระหว่างค่า BER กับขนาดบิตเรตของสัญญาณข้อมูลเมื่อระบบสื่อสารมีการใช้งานจำนวนช่องส่งสัญญาณที่แตกต่างกัน จะพบว่าเมื่อมีการใช้งานช่องส่งสัญญาณจำนวนหลายช่องสัญญาณจะส่งผลให้สามารถส่งสัญญาณข้อมูลได้มาก แต่ก็จะส่งผลให้ระบบสื่อสารนั้นมีค่า BER ที่สูงซึ่งอาจไม่เพียงพอต่อการนำไปใช้งาน ในขณะเดียวกันการลดจำนวนช่องสัญญาณจะสามารถช่วยลดค่า BER ของระบบสื่อสารลงได้แต่ก็จะทำให้ขนาดบิตเรตของสัญญาณข้อมูลนั้นลดลงด้วยเช่นเดียวกัน และในระบบสื่อสารทางแสงที่ต้องการส่งสัญญาณข้อมูลด้วยบิตเรตที่สูงกว่า 490 Mbps และมีค่า BER ที่ต่ำกว่า 10-9 นั้น จะมีเพียงระบบสื่อสารที่ใช้งานช่องส่งสัญญาณจำนวน 5 ช่องสัญญาณที่สามารถส่งสัญญาณข้อมูลด้วยบิตเรต 494 Mbps ที่สามารถนำมาประยุกต์ใช้งานได้ จะพบว่าขนาดบิตเรตของสัญญาณข้อมูลนั้นถูกจำกัดด้วยจำนวนช่องส่งสัญญาณ ดังนั้นการส่งสัญญาณในรูปแบบ 4-ASK จึงได้ถูกนำมาประยุกต์ใช้งานเพื่อเพิ่มขนาดบิตเรตสัญญาณข้อมูลให้กับระบบสื่อสาร ซึ่งจากการจำลองระบบสื่อสารพบว่าจะสามารถเพิ่มขนาดบิตเรตของสัญญาณข้อมูลได้เป็น 500 Mbps และยังคงมีค่า BER ที่ต่ำกว่า 10-9 โดยระบบสื่อสารดังกล่าวนี้ไม่ต้องอาศัยการเข้ารหัสสัญญาณ และเมื่อทำการเพิ่มการเข้ารหัสสัญญาณข้อมูลบล็อกเชิงเส้นแบบ (31, 26) ไปยังระบบสื่อสารแล้ว จะสามารถส่งสัญญาณข้อมูลได้เพิ่มสูงขึ้นเป็น 546 Mbps ซึ่งมากกว่าขนาดบิตเรตที่สามารถส่งผ่าน 3-dB Modal Bandwidth ประมาณ 2.73 เท่า และยังให้ Coding gain ถึงประมาณ 6 dB เมื่อเปรียบเทียบกับระบบการสื่อสารที่ไม่มีการเข้ารหัสสัญญาณแบบบล็อกเชิงเส้น จากการศึกษาพบว่าปัจจัยที่ส่งผลโดยตรงต่อค่า BER ของระบบสื่อสารก็คือการลดทอนสัญญาณของผลตอบสนองทางความถี่ของเส้นใยแก้วนำแสง ดังนั้นในวิทยานิพนธ์ฉบับนี้จึงจะทำการศึกษาการส่งสัญญาณแบบ Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) เพื่อแก้ไขปัญหาการลดทอนสัญญาณที่เกิดขึ้น ซึ่งจากการจำลองระบบสื่อสารพบว่าแบบรูปตาที่ได้จากสัญญาณแบบ DSSS ที่ภาครับนั้นเกิดความผิดเพี้ยนค่อนข้างมาก ซึ่งเป็นผลมาจากการที่องค์ประกอบทางความถี่หลักของสัญญาณแบบ DSSS นั้นอยู่ในบริเวณที่เกิดการลดทอน ดังนั้นเทคนิคการส่งสัญญาณแบบ DSSS ในกรณีที่มี Code length เป็น 3 และ 7 นั้น จึงไม่เหมาะสมกับระบบสื่อสารในวิทยานิพนธ์นี้