Fiber optik kablolarda MQAM-OFDM işaretlerin kanal denkleştirici kullanılarak hata başarım analizi
Error performance analysis of MQAM-OFDM signals in the fiber optic cables with channel equalizer
Yazar: SERDAL KARAHAN
Danışman: PROF. DR. H. SELÇUK VAROL
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik-Bilgisayar Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Denkleştirme = Equalization ; Fiber optik kablo = Fiber optic cable ; OFDM = Orthogonal frequency division multiplexing

Özet:
Spektral verimliliği ve gürültü bağışıklılığı nedeniyle M-li Faz KaydırmalıAnahtarlama (MPSK), M-li Dördün Genlik Modülasyonu (MQAM) ve benzerisayısal modüleli sinyaller fiber optik (FO) veri iletişimi için caziptir. Ancak FOhaberleşme sistemlerinde ışık kaynağı olarak kullanılan Laser diyotlardan (LD)kaynaklanan impalsif gürültünün performansı azaltıcı etkisi sorun olabilmektedir.Son zamanlarada impalsif gürültü ve çok kanal etkilerine karşı bağışıklığınedeniyle bir başka sayısal modülasyon türü öne çıkmıştır [1]. Bu teknik Dik FrekansPaylaşmalı Çoğullama (OFDM) olarak adlandırılmaktadır.Yakın zamanda yapılan çalışmalar göstermiştirki fiber optik haberleşmesistemlerinde MPSK ve MQAM sinyallere OFDM tekniğini uygulamak bit hataoranı (BER) performansını artırmaktadır [2].Bu çalışmada, doğrusal olmama etkisi ihmal edilmiş, zayıflama ve dağılmaetkisi önceden bilinen bir tek modlu FO kanalın transfer fonksiyonu Matlab proğramıkullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu modelde, MPSK-OFDM ve MQAM-OFDMsinyalleri FO kablo girişine uygulanmış ve kablo çıkışında, sinyalin bozulması kablouzunluğuna, kablonun dağılma ve zayıflama katsayılarına bağlı olarak izlenmiştir.Çıkış sinyalindeki bozulmayı ortadan kaldırmak için bir kanal denkleştiricigeliştirilmiştir. FO kablo girişine uygulanan N adet ayrık zaman işaretinden birtanesinin önceden bilindiği kabul edillerek bu ayrık zaman işareti fiber çıkışındaizlenmiş ve yeni dağılma katsayısı hesaplanarak kablonun yeni transfer fonksiyonuelde edilmiştir. Denkleştirici transfer fonksiyonu kablonun yeni transferfonksiyonunun tersi alınarak elde edilmiştir.FO kanal girişine soliton darbesi uygulanarak kanalın uzunluğuna bağlıolarak kanal içerisindeki zayıflama ve dağılma etkileri incelenmiş ve giriş sinyalininbüyük ölçüde bozulduğu gözlenmiştir. Kablo sonuna denkleştirici konulmuş vedağılma en aza indirilmiştir. Bu sonuçtan matematiksel modelin doğru olduğu vekanal denkleştiricinin doğru çalıştığını kararına varılmıştır.MPSK-OFDM ve MQAM-OFDM sinyaller fiber girişine uygulanmış, SinyalGürültü Oranına (SNR) ve kablo uzunluğuna gore BER performans analizi yapılmışve konstelasyon diyağramları çizdirilmiştir. Tasarlanan systemin performansınınbelli bir mesafeye kadar iyi olduğu ancak kablo uzunluğu bu değeri geçtiğindeBER'in aşırı değerde arttığı gözlenmiştir.Gelecek bir çalışma olarak systemin BER performansı OPTSIM bilgisayarproğramı kullanılarak analiz edilecektir. Laserden kaynaklanan impalsif gürültüsinyale eklenerek gürültünün performansa etkileri hesaplanacaktır. Böylece dahakapsamlı bir analiz amaçlanmaktadır. Turbo kodlama gibi ileri hata düzeltme (FEC)teknikleri kullanılarak sistemin sinyal gürültü oranı ve bit hata oranınıniyileştirelebileceği düşünülmektedir.

Abstract:
M-ary Phase Shift Keying (MQAM), M-ary Quadrature AmplitudeModulation (MQAM) and similar diğital modulated signals are attractive for fiberoptic data transmission, because of their advantages in spectral efficiency and noiseimmunity over their analog counterparts. However, they may suffer significantperformance degradations, as a result of the ?clipping induced impulsive noiseeffect? due to laser diodes used in Fiber Optic (FO) communication systems as alight source.Recently an alternative digital modulation technique has been considered [1]because of its immunity against impulsive noise and multipath effects. Thistechnique is called the Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM).Recent studies show that bit error rate (BER) performance is improved byusing OFDM technique over the MPSK and MQAM signals in FO communicationsystems [2].In this study, FO channel model of a single mode fiber optic channel has beenimplemented using Matlab program whose attenuation and dispersion are known inadvance without taking the nonlinear effect into consideration. In the model, MPSKOFDM,MQAM-OFDM signals have been applied to fiber optic cable input. At theoutput of the cable, signal distortion was observed with respect to cable length, cabledispersion and attenuation coefficient.In order to eliminate the distortion in the output signal a channel equalizer hasbeen developed. N number discrete time signal has been applied to the fiber input.One of these discrete time signals is assumed to be known. It is observed at the fiberoutput and a new dispersion coefficient has been calculated. The new transferfunction of the cable is obtained using the new dispersion coefficient. The equalizertransfer function is obtained by taking the inverse of the new fiber transfer function.A soliton pulse is send to the input of the cable and its distortion with respectto channel attenuation, dispersion and cable length has been observed. The equalizeris placed at the end of the cable and the dispersion has been minimized. From thisresult we can deduce that our mathematical model is correct and channel equalizerworks properly.MPSK-OFDM and MQAM-OFDM signals are also applied to the fiber inputand the system bit error rate (BER) analysis has been done with respect to cablelength. Constellation diagrams were plotted to understand the degree of distortion ofthe signals. From this analysis we concluded that the system performance is well upto a certain cable length. But if the length of the cable is increased beyond a certainlength, BER has been increased considerably.As a future work the system performance will be analyzed using OPTSIMcomputer program. The impulsive noise from the laser would be added to the signaland the effect of the noise on the performance would be calculated. Therefore a muchmore detailed analysis is aimed. Also it is believed that signal to noise ratio (SNR)and BER would be improved using advanced coding techniques such as turbocoding.