Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Giáo dục - Đào tạo Cao đẳng - Đại học So sánh hiệu suất hệ thống RoF sử dụng EDFA và máy thu Coherence...

Tài liệu So sánh hiệu suất hệ thống RoF sử dụng EDFA và máy thu Coherence

.DOCX
84
605
139

Mô tả:

LỜI CAM ĐOAN LỜI CAM ĐOAN Em tên là : ĐINH XUÂN TRƯỜNG Sinh viên : 09DT1 Em xin cam đoan nội dung của đồ án này không phải là bản sao chép của bất cứ đồ án hoặc công trình đã có từ trước. Nếu vi phạm em xin chịu mọi hình thức kỷ luật của Khoa. Đà Nẵng, ngày… tháng… năm 2014 Ký tên MỤC LỤC MỤC LỤC……………………………………………………………………………. CÁC TỪ VIẾT TẮT…………………………………………………………………. DANH SÁCH CÁC HÌNH…………………………………………………………... LỜI MỞ ĐẦU……………………………………………………………………….. CHƯƠNG 1: KỸ THUẬT RoF….…………………………………………….…….1 1.1 Giới thiệu chương….…………………………….…………………….………..1 1.2 Kỹ thuật RoF….……………………………………………………….………...1 1.2.1 Tổng quan kỹ thuật RoF….………………………………………….………...1 1.2.1.1 Khái niệm….……………………………………………………….………..1 1.2.1.2 Các thành phần cơ bản của tuyến RoF….………………………….……….3 1.2.2 Ưu điểm của kỹ thuật RoF….………………………………………….……...5 1.2.3 Hạn chế của kỹ thuật RoF….…………………………………………….……7 1.2.4 Ứng dụng của kỹ thuật RoF….…………………………………………….….7 1.3 Kỹ thuật ghép kênh sử dụng trong hệ thống RoF……………………………..…9 1.3.1 Kỹ thuật ghép kênh sóng mang con SCM…………………………………..…9 1.3.2 Kỹ thuật phân chia theo bước sóng WDM…………………………………….10 1.4 Kết luận chương….……………………………………………………………....11 CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG THÔNG TIN COHERENCE…………………...………12 2.1 Giới thiệu chương ….………………………………………………………......12 2.2 Hệ thống thông tin quang coherence….……………………………………......12 2.2.1 Giới thiệu….………………………………………………………………….12 2.2.2 Cấu trúc hệ thống….………………………………………………………….12 2.2.3 Nguyên lý hoạt động….……………………………………………………....13 2.2.4 Kỹ thuật điều chế ở máy phát…………………………… ………….…...….16 2.2.4.1 Điều chế trực tiếp….…………………………………………………….....16 2.2.4.2 Điều chế ngoài....…………………………………………………………...17 2.2.5 Kỹ thuật tách sóng ở máy thu Cohenrence…………………………………..19 2.2.5.1 Tách sóng đồng tần….……………………………………………………..19 2.2.5.2 Tách sóng đổi tần….…………………………………………………….....20 2.2.5.3 Máy thu coherence tách sóng cân bằng….…………………………………22 2.2.6 Ưu điểm của hệ thống thông tin quang Coherence……………………….......23 2.3 Bộ khuếch đại quang sợi EDFA………………………………………….….....24 2.3.1 Cấu trúc EDFA………………………………………………………….….....24 2.3.2 Nguyên lý hoạt động bộ EDFA………………………………………….……24 2.3.3 Phổ khuếch đại………………………………………………………….….....25 2.3.4 Ưu nhược điểm của EDFA…………………………………………………...28 2.4 Kết luận chương….………………………………………………………….....28 CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG RoF DÙNG EDFA VÀ MÁY THU COHERENCE…...29 3.1 Giới thiệu chương….…………………………………………………….…….29 3.2 Các mô hình hệ thống RoF….…………………………………………………29 3.2.1 Sử dụng máy thu tách sóng trực tiếp…………………………………………29 3.2.1.1 Mô hình hệ thống….…………………………………………………….....29 3.2.1.2 Mô hình tính toán….………………………………………….…………....30 3.2.1.3 Đánh giá hệ thống…………………………………………….…………....33 3.2.2 Sử dụng máy thu coherence……………………………………….………....34 3.2.2.1 Sơ đồ hệ thống….……………………………………………....………….34 3.2.2.2 Mô hình tính toán….…………………………………………….………....35 3.2.2.3 Đánh giá hệ thống……………………………………………….………….38 3.3 Kết luận chương….…………………………………………….……….……….39 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ NHẬN XÉT……………………….…….………...40 4.1 Giới thiệu chương….……………………………………….……….………...40 4.2 Mô hình tính toán….…………………………………………….….…………40 4.3 Các thông số mô phỏng….…………………………………….…..…………..41 4.4 Kết quả mô phỏng và nhận xét…………………………………….………….42 4.4.1 Tiến trình mô phỏng….……………………………………………………..42 4.4.2 Kết quả mô phỏng và nhận xét….……………………………….……….…42 4.4.2.1 So sánh hiệu suất hệ thống ROF bằng cách thay đổi các thông số….………42 4.4.2.2 So sánh hiệu suất hệ thống ROF sử dụng EDFA và máy thu coherence và hệ thống ROF sử dụng máy thu IM/DD………………………………………………..48 4.5 Kết luận chương….…………………………………………….……………..49 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI…………………………………. TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………... PHỤ LỤC………………………………………………………………………….... CÁC TỪ VIẾT TẮT CÁC TỪ VIẾT TẮT B BB BS Baseband Base station C CS CATV EDFA GR IF IM – DD Central Station Cable Television E Erbium Doped Fiber Amplifier G Gain in receiver sensitivity I Intermediate Frequency RAU Intensity Modulation – Direct Detection L Laser Diode N Noise Figure P Photodiode R Remote Antenna Unit RF Radio Frequency RIN Relative Intensity Noise RoF Radio over Fiber S Subcarrier Multiplexing W Wavelength Division Multiplexing LD NF PD SCM WDM DANH SÁCH CÁC HÌNH DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1: Mô hình hệ thống ROF tiêu biểu Hình 1.2: Hệ thống RF-over-Fiber Hình 1.3: Hệ thống IF-over-Fiber Hình 1.4: Mô hình hệ thống RoF đơn giản Hình 1.5: Ứng dụng RoF trong các tòa nhà tích hợp hệ thống có dây và không dây Hình 1.6: Ghép kênh sóng mang con kết hợp tín hiệu số và tương tự Hình 1.7: Kỹ thuật ghép kênh WDM Hình 2.1: Cấu trúc hệ thống thông tin quang Coherence Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống thông tin quang coherence Hình 2.3: Kỹ thuật điều chế trực tiếp Hình 2.4: Kỹ thuật điều chế ngoài Hình 2.5: Bộ điều chế ngoài Mach Zenhder Hình 2.6: Sơ đồ khối của máy thu đổi tần đồng bộ. Hình 2.7: Sơ đồ khối máy thu đổi tần không đồng bộ ASK. Hình 2.8: Sơ đồ khối máy thu đổi tần không đồng bộ FSK Hình 2.9: Cấu hình của máy thu coherence tách sóng cân bằng Hình 2.10: Sự phụ thuộc độ nhạy vào tốc độ bit truyền Hình 2.11: Khoảng cách trạm lặp phụ thuộc vào tốc độ truyền Hình 2.12: Cấu trúc tổng quát bộ khuếch đại EDFA Hình 2.13: Quá trình khuếch đại tín hiệu ở EDFA Hình 2.14: Phổ hấp thụ và phổ độ lợi của EDFA Hình 3.1: Mô hình hệ thống RoF sử dụng máy thu tách sóng trực tiếp Hình 3.2: Phương pháp điều chế OSSB sử dụng bộ điều chế MZ hai cực Hình 3.3: Sơ đồ hệ thống RoF sử dụng EDFA và máy thu coherence. DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 4.1: Mối quan hệ giữa độ nhạy thu và công suất bộ dao động nội trong trường hợp thay đổi phương pháp điều chế Hình 4.2: Mối quan hệ giữa độ tăng độ nhạy thu và công suất bộ dao động nội trong trường hợp thay đổi số lượng sóng mang phụ Hình 4.3: Mối quan hệ giữa độ tăng độ nhạy máy thu và công suất bộ dao động nội trường hợp thay đổi độ khuếch đại quang EDFA Hình 4.4: Mối quan hệ giữa độ tăng độ nhạy máy thu và công suất bộ dao động nội trường hợp thay đổi tốc độ bit Hình 4.5: Mối quan hệ giữa độ tăng độ nhạy máy thu và công suất bộ dao động nội trường hợp thay đổi hệ số suy hao đường truyền và nối ghép Hình 4.6: So sánh độ nhạy thu giữa hệ thống RoF dùng máy thu Coherence và máy thu tách sóng trực tiếp LỜI NÓI ĐẦU LỜI NÓI ĐẦU Hệ thống IM-DD đã đóng một vai trò rất quan trọng trong ngành viễn thông, đem lại hiệu quả kinh tế to lớn và còn đang được sử dụng rộng rãi nhờ có ưu điểm là đơn giản và giá thành rẽ. Tuy nhiên hệ thống này có một số nhược điểm cơ bản như tỉ số tín hiệu trên nhiễu nhận được tại đầu ra bộ tách sóng thấp, độ nhạy của máy thu không cao làm khoảng cách truyền dẫn bị hạn chế. Đồng thời do đặc điểm thu tín hiệu theo nguyên lý tách sóng trực tiếp (không qua đổi tần) nên tự máy thu không thể lựa chọn các kênh quang tuỳ ý trong môi trường đa kênh mà phải kết hợp thêm các bộ lọc quang. Việc này hạn chế khả năng sử dụng chúng trong các mạng truyền dẫn và phân phối đa kênh quang đến trực tiếp các thuê bao trong tương lai. Trong bối cảnh đó việc sử dụng máy thu Coherence có nguyên lý hoạt động khác nhằm nâng cao độ nhạy và có thể chọn kênh trong môi trường phân phối đa kênh là một yêu cầu cấp thiết và mang tính hấp dẫn cao.Hệ thống thông tin Coherence ra đời và khắc phục được các nhược điểm của hệ thống IM-DD và là hệ thống thông tin của tương lai. Hiện nay, bước đầu nó đang được áp dụng ở các nước tiên tiến để nhanh chóng đưa vào sử dụng, khai thác rộng rãi trong một tương lai gần, đây là một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực viễn thông. Với những ưu điểm vượt trội đó em quyết định làm đồ án tốt nghiệp với đề tài “ So sánh hiệu suất hệ thống RoF sử dụng EDFA và máy thu Coherence”. Phương pháp nghiên cứu xuyên suốt của đồ án là xây dựng lưu đồ thuật toán, tính toán và thực hiê ên mô phỏng bằng phần mềm Matlab, lấy kết quả có được so sánh với lý thuyết đã phân tích để kiểm chứng. Đồ án được trình bày thành bốn chương sau đây : Chương 1: KỸ THUẬT ROF Chương 2: HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG COHERENCE Chương 3: HỆ THỐNG ROF SỬ DỤNG EDFA VÀ MÁY THU COHERENCE Chương 4: MÔ PHỎNG, KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT CHƯƠNG 1: KỸ THUẬT RoF CHƯƠNG 1: KỸ THUẬT RoF 1.1 Giới thiệu chương Chương này sẽ trình bày cách vấn đề sau:  Thế nào là kỹ thuật RoF?  Ưu điểm và hạn chế của kỹ thuật RoF  Ứng dụng của kỹ thuật này trong thực tế  Một số kỹ thuật ghép kênh sử dụng trong hệ thống RoF 1.2 Kỹ thuật RoF 1.2.1 Tổng quan kỹ thuật RoF 1.2.1.1 Khái niệm Kỹ thuật truyền sóng vô tuyến trên sợi quang RoF là kỹ thuật mà ánh sáng được điều chế bởi tín hiệu vô tuyến và truyền tải xuyên suốt trên một đường dẫn quang từ trạm trung tâm CS đến trạm gốc BS. Nói cách khác, các tín hiệu vô tuyến sẽ được truyền trên sợi cáp quang. Do đó, một anten ở trạm gốc có thể nhận cùng lúc nhiều tín hiệu vô tuyến (3G, Wifi, di động…) được truyền trên cùng một sợ cáp quang và phát các tín hiệu vô tuyến này dưới dạng sóng điện từ để phục vụ cho các truy cập không dây, chẳng hạn như 3G và Wifi được phát đồng thời trên cùng một anten. Mặc dù kỹ thuật truyền dẫn vô tuyến trên cáp quang có thể được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau chẳng hạn như mạng truyền hình cáp CATV và trong các trạm gốc vệ tinh. Tuy nhiên, thuật ngữ RoF thường được sử dụng đến các quá trình truy cập không dây có sử dụng truyền dẫn vô tuyến trên cáp quang. Hình 1.1 là mô hình tiêu biểu của một hệ thống RoF. Tất cả các thiết bị xử lý tín hiệu được đặt tại trạm trung tâm, một trạm gốc được kết nối bằng sợi quang có thể phục vụ tất cả các giao thức .Tín hiệu vô tuyến sau khi xử lý sẽ được truyền qua sợi quang từ trạm trung tâm đến hệ thống trạm gốc trước khi phát xạ ra môi trường không 1 CHƯƠNG 1: KỸ THUẬT RoF khí. Mỗi trạm gốc có thể liên lạc với nhiều thiết bị di động nằm trong vùng phủ sóng của nó.. Hình 1.1: Mô hình hệ thống ROF tiêu biểu Các hệ thống RoF có thể được chia thành hai loại chính tùy thuộc vào dãi tần số của tín hiệu vô tuyến được truyền đi :  RF-over-Fiber : một tín hiệu vô tuyến cao tần (thường lớn hơn 10Ghz) được sử dụng để điều chế ánh sáng trước khi truyền qua sợi quang. Do đó, tín hiệu vô tuyến được truyền trực tiếp đến trạm gốc tại tần số cao, và chuyển đổi từ miền quang thành điện trước khi khuếch đại và phát xạ ra môi trường không khí bằng anten. Kết quả là không cần bộ chuyển đổi nâng/hạ tần số ở những trạm gốc khác nhau, do đó cấu trúc đơn giản và giảm giá thành. Hình 1.2 là mô hình của hệ thống RF-over-Fiber. Tín hiệu phát ra từ trạm gốc đã là tín hiệu RF, tại bên trạm gốc chỉ làm nhiệm vụ chuyển đổi quang điện, khuếnh đại và bức xạ ra môi trường không khí bằng anten. 2 CHƯƠNG 1: KỸ THUẬT RoF Hình 1.2: Hệ thống RF-over-Fiber  IF-over-Fiber : một tín hiệu vô tuyến trung tần với tần số thấp hơn (dưới 10 Ghz) được sử dụng để điều chế ánh sáng trước khi truyền đi qua sợi quang. Do đó, trước khi được phát xạ ra không khí, tín hiệu phải được nâng tần tại trạm gốc. Tín hiệu xuất phát từ trạm gốc là tín hiệu IF. Tín hiệu này được biến đổi thành tín hiệu quang và truyền trên sợi quang tới trạm gốc, tại trạm gốc ngoài các chức năng chuyển đổi quang/điện, khuếnh đại, còn có thêm chức năng nâng tần để biến đổi tín hiệu trung tần thành tín hiệu cao tần, sau đó mới phát xạ ra môi trường không khí bằng anten. Hình 1.3: Hệ thống IF-over-Fiber Có thể thấy rằng cấu trúc trạm gốc của hệ thống IF over Fiber phức tạp hơn so với RF over Fiber. Tuy nhiên khoảng cách truyền giữa trạm gốc và trạm trung tâm trong hệ thống IF over Fiber lớn hơn vì tần số truyền trong sợi quang là thấp hơn, dẫn đến suy hao cũng thấp hơn so với hệ thống RF over Fiber. 1.2.1.2 Các thành phần cơ bản của tuyến RoF Một tuyến RoF ứng dụng trong thực tế có thể được chia làm các thành phần cơ bản là trạm trung tâm, sợi quang, trạm gốc và thiết bị di động như hình 1.4  Trạm trung tâm : RoF cho phép tập trung tất cả các chức năng cần thiết để xử lý tín hiệu cao tần RF tại một địa điểm được chia sẻ gọi là trạm trung tâm CO. Các chức năng bao gồm xử lý tín hiệu, điều chế, giải điều chế, mã hóa... Tùy vào khả năng của kỹ thuật RoF mà mỗi trạm trung tâm có thể phục vụ các trạm gốc ở xa hàng chục km. 3 CHƯƠNG 1: KỸ THUẬT RoF Do kiến trúc mạng tập trung nên tất cả các chức năng như định tuyến, cấp phát kênh,… đều được thực hiện và chia sẻ ở trạm trung tâm  Sợi quang: Là môi trường truyền tải thông tin giữa trạm gốc với trạm trung tâm dưới dạng ánh sáng truyền trong sợi đơn mode hoặc đa mode. Tín hiệu RF sau khi được xử lý ở trạm CO sẽ được cáp quang truyền tải tín hiệu tới các đơn vị truy cập từ xa (RAU). Có thể sử dụng một vài phương pháp để tăng tốc độ truyền quang như ghép kênh theo bước sóng (WDM)  Đơn vị truy cập từ xa: Để tiết kiệm chi phí, các bộ RAU sẽ được đơn giản hóa đáng kể, chỉ cần thực hiện một vài chức năng như chuyển đổi quang điện, lọc và khuếch đại. Đặc biệt đối với hệ thông truyền thông không dây băng rộng , nơi có mật độ sử dụng RAU khá cao. Hình 1.4: Mô hình hệ thống RoF đơn giản  Trạm gốc : có nhiệm vụ phát sóng vô tuyến nhận được từ trạm trung tâm đến các thuê bao di động, và ngược lại. Trạm gốc không có chức năng xử lý tín hiệu, nó chỉ đơn thuần biến đổi từ thành phần chuyển đổi điện/quang và ngược lại để chuyển về 4 CHƯƠNG 1: KỸ THUẬT RoF hoặc nhận từ trạm trung tâm. Nó gồm 2 thành phần quan trọng nhất là anten và RAU. Trong kiến trúc mạng RoF thì BS phải càng đơn giản càng tốt.  Thiết bị di động: là các thiết bị đầu cuối, có thể là điện thoại đi động, máy tính xách tay, hay các máy chuyên dụng khác có tích hợp chức năng truy nhập vào mạng không dây. 1.2.2 Ưu điểm của kỹ thuật RoF Một số ưu thế và lợi ích của kỹ thuật ROF sẽ được trình bày dưới đây:  Độ suy hao thấp Việc truyền một tín hiệu vô tuyến điện tần số cao trong cả môi trường không gian tự do hay trên các đường truyền có dây đều bị suy hao lớn và tốn kém. Trong không gian tự do tổn hao do hấp thụ và phản xạ tỷ lệ với độ tăng tần số và trong đường truyền có dây thì trở kháng đường dây tăng theo tỷ lệ theo tần số do đó cũng dẫn đến tổn hao cao. Nếu truyền trên sợi quang thì suy hao giảm đáng kể. Do đó, muốn truyền tải tín hiệu vô tuyến điện tần số cao với khoảng cách xa cần phải cung cấp thêm các bộ tái tạo lại tín hiệu và điều này sẽ làm gia tăng chi phí vận hành và bảo dưỡng. Với công nghệ ngày nay, những sợi quang đơn mode với độ suy hao khoảng 0.2 dB/km tại bước sóng 1550nm và 0.5 dB/km tại bước sóng 1300nm đã được thương mại hóa. Do đó, với việc truyền tín hiệu vô tuyến trên sợi quang sẽ cung cấp khả năng nâng cao cự ly truyền dẫn, và giảm công suất phát một cách đáng kể với chi phí thấp hơn nhiều.  Băng thông lớn Sợi quang có khả năng cung ứng băng thông và dung lượng truyền dẫn rất lớn. Có ba cửa sổ truyền dẫn chính, suy hao thấp, cụ thể là các bước sóng 850 nm, 1310 nm, 1500 nm. Với một sợi quang đơn mode, băng thông tổng của 3 cửa sổ này vượt quá 50 THz. Tuy nhiên các hệ thống thương mại hiện nay mới chỉ tận dụng được một phần nhỏ dung lượng này (1,6 THz).  Không bị nhiễu tần số vô tuyến 5 CHƯƠNG 1: KỸ THUẬT RoF Đây là đặc điểm ưu việt của thông tin quang. Các tín hiệu truyền đi dưới dạng ánh sáng trong sợi quang, không bị tác động mạnh mẽ bởi vô số nguồn nhiễu điện từ trong không gian, làm tăng chất lượng tín hiệu tại máy thu. Ngoài ra còn cung cấp khả năng chống nghe trộm, tăng tính bảo mật cho hệ thống.  Dễ dàng cài đặt và bảo trì Trong hệ thống RoF, các thiết bị phức tạp và đắt tiền được đặt tại trạm điều khiển trung tâm , khiến cho các trạm gốc trở nên đơn giản hơn. Điều này giúp tiết kiệm được chi phí lắp đặt, bởi vì hệ thống cần nhiều trạm gốc, càng đơn giản sẽ dễ dàng trong công việc bảo trì và quản lí thiết bị.  Giảm công suất tiêu thụ Giảm công suất tiêu thụ là kết quả của việc sử dụng trạm gốc đơn giản và thiết bị được rút gọn. Hầu hết các thiết bị phức tạp đều được đặt tập trung tại trạm trung tâm, làm giảm số lượng thiết bị tại trạm gốc, dẫn đến giảm công suất tiêu thụ ở mỗi trạm. Năng lượng tiêu thụ tại trạm trung tâm được chia sẻ cho nhiều trạm gốc. Ngoài ra, trong một số ứng dụng các trạm gốc hoạt động ở chế độ thụ động. Việc giảm năng lượng tiêu thụ tại trạm gốc rất quan trọng khi tính đến việc các RAU được đặt ở nơi xa, những nơi chưa có mạng lưới điện.  Hoạt động với đa nhà cung cấp và đa dịch vụ Trong hệ thống RoF, các kỹ thuật ghép kênh như SCM và WDM có thể được sử dụng để truyền nhiều tín hiệu vô tuyến trên cùng một sợi cáp quang. Điều này sẽ tiếp tục được nâng cao khả năng chia sẻ hạ tầng mạng và tăng đáng kể lợi ích về kinh tế.  Phân bổ nguồn tài nguyên linh động Vì các chức năng chuyển mạch, điều chế, mã hóa và một số chức năng khác trong miền điện được đặt tập trung tại trạm trung tâm, nên điều này mở ra khả năng phẩn bổ dung lượng một cách linh hoạt. Nhiều dung lượng hơn sẽ được cấp cho một khu vực nào đó tại giờ cao điểm, sau khi qua thời gian đó, hệ thống sẽ tiến hành việc tái phân 6 CHƯƠNG 1: KỸ THUẬT RoF bổ dung lượng đến các vùng khác nhau một cách phù hợp. Điều này có thể đạt được bằng cách cấp phát thêm các bước sóng quang nhờ kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) khi nhu cầu tăng lên. Cấp phát dung lượng động là cần thiết, vì nó giúp ta tránh được sự lãng phí tài nguyên do lưu lượng trên mạng biến đổi thường xuyên. 1.2.3 Hạn chế của kỹ thuật RoF Kỹ thuật RoF sử dụng kiểu điều chế tương tự và tách sóng ánh sáng nên về cơ bản đây là một hệ thống truyền dẫn tương tự. Do đó tín hiệu truyền sẽ bị suy giảm bởi nhiễu và méo gây ra, đây là hạn chế trong các hệ thống thông tin tương tự cũng như hệ thống RoF. Những ảnh hưởng có xu hướng giới hạn này là hệ số nhiễu (NF) và dải động (DR) của các tuyến RoF. Thông số DR là một thông số rất quan trọng đối với hệ thống thông tin di động tế bào như GSM bởi vì công suất RF thu được tại BS từ MU có 80dB sự biên thiên rất rộng (khoảng ). Chẳng hạn như công suất RF thu được từ MU gần với BS sẽ lớn hơn rất nhiều so với công suất RF thu được từ MU xa BS vài kilomet mặc dùng hai MU cùng nằm chung trên một cell. Nguồn tạp âm trong đường truyền sợi quang tương tự bao gồm tạp âm cường độ tương đối của laser (RIN), nhiễu pha laser, nhiễu bắn của bộ tách sóng quang, nhiễu nhiệt của bộ khuếch đại, tán sắc của sợi. Trong hệ thống RoF sử dụng sợi đơn mode, tán sắc màu giới hạn chiều dài tuyến và cũng là nguyên nhân làm tăng nhiễu pha sóng mang RF. Đối với hệ thống RoF sử dụng sợi đa mode, tán sắc mode giới hạn đường truyền sẵn có, băng tần và khoảng cách tuyến truyền dẫn. Nếu được số hóa sử dụng kỹ thuật điều chế đa tín hiệu như OFDM thì có thể truyền tải tới các hệ thống truyền dẫn khác. 1.2.4 Ứng dụng của kỹ thuật RoF 7 CHƯƠNG 1: KỸ THUẬT RoF Có nhiều ứng dụng trong thực tế có thể sử dụng kỹ thuật RoF như truyền thông vệ tinh, truyền thông vô tuyến di động, truy cập băng rộng, hệ thống di động băng rộng và wireless LAN Ví dụ như các hệ thống sử dụng công nghệ RoF có thể được dùng trong các tòa nhà để phân phối các tín hiệu vô tuyến của cả hệ thống thông tin số liệu lẫn di động. Hình 1.5: Ứng dụng RoF trong các tòa nhà tích hợp hệ thống có dây và không dây Trong trường hợp này hệ thống RoF trở thành hệ thống anten phân tán .Với các ứng dụng tần số cao như mạng cá nhân WPAN, kích cỡ tế bào nhỏ bởi vì sự tổn hao khi đi qua tường cao thì RoF thực sự rất hữu ích. Cơ sở hạ tầng sợi quang trong các tòa nhà có thể sử dụng trong các ứng dụng hữu tuyến và vô tuyến như minh họa trong hình 1.5. Sử dụng sợi đa mode MMF hoặc sợi chất dẻo POF thay vì sợi đơn mode SMF cung cấp cho các RAU có thể giảm hơn nữa giá thành lắp đặt và bảo dưỡng, đặc biệt với các ứng dụng trong nhà. Hệ thống RoF cũng sẽ có nhiều ứng dụng khác trong hiện tại và tương lai. Ví dụ các máy di động của UMTS đòi hỏi phải điều khiển công suất máy phát sao cho các mức công suất thu được tại BS là ngang bằng nhau nên các hệ thống phân phối RoF có thể dùng phân phối tín hiệu UMTS cả trong nhà lẫn ngoài trời. 8 CHƯƠNG 1: KỸ THUẬT RoF Một ứng dụng khác là trong các hệ thống truy nhập vô tuyến cố định như WiMAX, công nghệ RoF được sử dụng để truyền tín hiệu quang qua khoảng cách xa, đưa những RAU đã đơn giản hóa đáng kể tới gần người dùng hơn. Từ đó các đường truyền vô tuyến có thể giúp đạt được khả năng truy nhập băng rộng tới thuê bao với chi phí hiệu quả. Bảng 1.1: So sánh các kỹ thuật truy cập băng rộng Thông số Thông lượng Ứng dụng Băng tần 3G 4G 3.1Mbps 40 Mbps Lên tới CDMA WiMAX với RoF 75 Mbps WiMAX2, LTE 1.8  2.5GHz 2  8GHz Kiến trúc mạng Di động diện rộng Kỹ thuật chuyển mạch Vùng phủ Chuyển mạch gói 2  3km Sợi quang vào WiMAX 10  66GHz Tích hợp wireless Tích hợp sợi quang LAN và diện rộng vào WiMAX Chuyển mạch gói Chuyển mạch gói và chuyển mạch tin và chuyển mạch tin 8km 50km Lên tới 1.3 Kỹ thuật ghép kênh sử dụng trong hệ thống RoF 1.3.1 Kỹ thuật ghép kênh sóng mang con SCM Kỹ thuật ghép kênh sóng mang con SCM là một phương pháp đơn giản, hiệu quả, chi phi thấp cho việc khai thác băng thông cáp quang trong các hệ thống truyền thông quang tương tự nói chung và hệ thống RoF nói riêng. Trong SCM, tín hiệu cao tần RF được sử dụng để điều chế sóng mang quang tại phía máy phát. Phổ của sóng mang con bao gồm tần số trung tâm f0 và hai xung bên có tần số f 0  f sc với f sc là tần số sóng mang con. Để ghép nhiều kênh vào một sóng mang quang, các đa sóng mang con sẽ được kết hợp lại với nhau và được điều chế tới một sóng mang quang như hình 1.6 9 CHƯƠNG 1: KỸ THUẬT RoF Tại phía máy thu, các sóng mang con sẽ được khôi phục lại bằng các kỹ thuật tách sóng tín hiệu như tách sóng trực tiếp và bức xạ. Một sóng mang con có thể mang dự liệu số, hoặc có thể mang tín hiệu vô tuyến như hình ảnh hay lưu lượng kênh thoại. Như vậy, SCM hỗ trợ ghép nhiều loại dự liệu băng rộng khác nhau trong một kênh truyền. Ngoài ra điều chế sóng mang quang có thể thực hiện bằng cách điều chế trực tiếp laser hoặc sử dụng các bộ điều chế ngoài như MZM Hình 1.6: Ghép kênh sóng mang con kết hợp tín hiệu số và tương tự  Ưu điểm của kỹ thuật SCM Một trong những ưu điểm chính của SCM là hỗ trợ các luồng lưu lượng dữ liệu đã được trộn với mỗi sóng mang con hỗ trợ một tín hiệu đã được điều chế độc lập. Do đó, nó có thể sử dụng cho các ứng dụng dãi rộng như CATV, LAN không dây và ứng dụng bước sóng milimet. Một ưu điểm khác đó là các sóng mang con của SCM làm việc ở tần số thấp, các thành phần cần cho hệ thống SCM luôn có sẵn như các bộ điều chế, bộ trộn, bộ khuếch đại. Nên CATV và các hệ thống vệ tinh có thể sử dụng hệ thống SCM để giảm chi phí.  Nhược điểm của kỹ thuật SCM Hệ thống SCM là một hệ thống truyền thông tương tự nên nó dễ bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng nhiễu và méo do đặc tính không tuyến tính. Với các ứng dụng như hình 10 CHƯƠNG 1: KỸ THUẬT RoF CNR  55dB ảnh thì cần đáp ứng tỷ số sóng mang trên nhiễu . Cường độ nhiễu tương đối RIN của nguồn sáng càng nhỏ càng tốt 1.3.2 Kỹ thuật phân chia theo bước sóng WDM Kỹ thuật WDM là kỹ thuật kết hợp ánh sóng với những bước sóng khác nhau, kết hợp từ các sợi quang khác nhau , tới một sợi quang đơn. Kỹ thuật WDM cho phép gia tăng dung lượng truyền của mạng sợi quang. Việc sử dụng WDM hổ trợ cho tín hiệu RoF như hình 1.7 Hình 1.7: Kỹ thuật ghép kênh WDM Hệ thống RoF sử dụng kỹ thuật ghép kênh WDM có thể tăng dung lượng lên tới 1Tbps trên một sợi quang đơn. Tại một thời điểm, tốc độ bit trên một kênh truyền có 10 Gbps  40Gbps thể đạt tới . Không gian kênh truyền trong WDM có thể giảm 50 GHz  25GHz và truyền lên tới 100 kênh trong lúc này. Tuy nhiên, với đường truyền RoF, nó không hiệu quả về phổ sử dụng do băng thông điều chế luôn là một phần nhỏ của tín hiệu tần số sóng mang. 1.4 Kết luận chương 11 CHƯƠNG 1: KỸ THUẬT RoF Chương này đã trình bày khái quát các khái niệm, định nghĩa thế nào là kỹ thuật truyền tín hiệu vô tuyến trên đường truyền quang. Đánh giá các ưu thế và lợi ích mà kỹ thuật này mang lại. Đồng thời chỉ ra những mặt hạn chế mà kỹ thuật ROF còn vấp phải. Sự ra đời của kỹ thuật truyền sóng vô tuyến trên sợi quang là thành quả của xu thế hiện nay và sẽ được tiếp tục phát triển về sau. Với khả năng kết hợp kỹ thuật ROF vào các hệ thống truyền thông không dây. Chúng ta có thể nghiên cứu sâu thêm và tìm ra hướng để áp dụng công nghệ này vào thực tế như tích hợp giữa không dây và có dây cho các tòa nhà cao tầng 12
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan