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 -