Đang tải... (xem toàn văn)
VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐÈ TÀI NGHIÊN cửu CÔNG NGHỆ THÔNG TIN QUANG COHERENT GHÉP KÊNH THEO TẦN SỐ TRỤC GIAO Giảng viên hướng dẫn TS HOÀNG VĂN.
VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐÈ TÀI: NGHIÊN cửu CÔNG NGHỆ THÔNG TIN QUANG COHERENT GHÉP KÊNH THEO TẦN SỐ TRỤC GIAO Giảng viên hướng dẫn: TS HOÀNG VĂN VÕ Sinh viên thục : NGUYỄN THỊ CHÂM Lóp : K16 Khóa : 2013-2017 Hệ : CHÍNH QUY Hà Nội, tháng năm 2017 VIỆN ĐẠI HỌC MỜ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỦ’ - THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐÈ TÀI; NGHIÊN cúu CÔNG NGHỆ THÔNG TIN QUANG COHERENT GHÉP KÊNH THEO TẦN SÓ TRỤC GIAO Giảng viên hướng dẫn: TS HOÀNG VĂN VÕ Sinh viên thục : NGUYỀN THỊ CHÂM Lứp : K16 Khóa : 2013-2017 Hệ : CHÍNH QUY Hà Nội, tháng năm 2017 LỜI NĨI ĐÀU Ngày nhu cầu truyền thông xã hội ngày lớn với nhiều dịch vụ băng rộng đa phương tiện Đe đáp ứng yêu cầu đó, mạng truyền thơng cần phải có khả truyền tải tốc độ, dung lượng lớn Để đáp ứng nhu cầu đó, nhà khoa học, cơng nghệ, tố chức viễn thông quốc tế, hãng cung cấp thiết bị, nhà khai thác, ln ln tìm giãi pháp công nghệ đề phát triển hệ thống viễn thơng Chính thế, thập niên qua giái pháp cơng nghệ viễn thơng có thay đối phát triên nhanh Một giai pháp cơng nghệ viền thơng có truyền tài tốc độ siêu cao đáp ứng nhu cầu trao đồi thơng tin xã hội tại, dó công nghệ thông tin quang Coherent ghép kênh theo tần số trực giao (CO- OFDM) Trong đó, giải pháp công nghệ thông tin quang CO- OFDM kết họp với ghép băng trực giao (CO-OFDM-WDM) khơng chì có khả truyền tái tốc độ cao, mà cịn có dung lượng lớn Đó giãi pháp cơng nghệ truyền tăi thơng tin xã hội tương lai Thư viện Viện Đại học Mở Hà Nội Chính vậy, nhà khoa học, hãng sàn xuất thiết bị tập trung nghiên cứu chế tạo hệ thống thông tin quang CO- OFDM hệ thống thông tin quang CO-OFDM-WDM Tuy nhiên, giới chưa có sản phấm thương mại Tất chi dừng lại mức lí thuyết, thứ nghiệm phịng thí nghiệm Chính vậy, em chọn dề tài luận văn tốt nghiệp cùa là: “Nghiên cứu công nghệ thông tin quang Coherent ghép kênh theo tần số trực giao” dế nắm bát công nghệ nghiên cứu áp dụng tương lai Trong đó, luận văn tập trung công nghệ thông tin quang Coherent ghép kênh theo tần số trực giao (CO- OFDM) công nghệ thông tin quang CO-OFDM kết hợp với ghép băng trực giao (CO-OFDM- WDM) Trên sờ đó,phân tích hiệu công nghệ thông tin quang Coherent-Ghép kênh theo tan so trực giao sở so sánh, đánh giá hệ thống CO-OFDM hệ thống DD-OFDM Đê thực mục tiêu trên, đề tài luận văn gồm nội dung sau: Chương 1: Tìm hiếu tống quan kỳ thuật OFDM quang với nội dung sau khái niệm OFDM, tính trực giao OFDM, mơ hình nguyên lý kỹ thuật OFDM, công nghệ OFDM quang: mơ hình hệ thống truyền dẫn OFDM quang, khối chức phân loại hệ thống OFDM quang:CO-OFDM DD- OFDM Chương 2: Nghiên cứu hệ thống Coherent OFDM (CO-OFDM) với nội dung: mơ hình hệ thống CO-OFDM, chức khối hệ thống, nguyên lý điều chế giãi điều chế, nguyên lý ghép băng trực giao hệ thống CO OFDM dung lượng lớn (OBM-OFDM) Chương 3: Phân tích hiệu hệ thống thơng tin quang Cohcrent-Ghép kênh theo tan số trực giao sờ so sánh, đánh giá hệ thống CO-OFDM hệ thống DD-OFDM Do thời gian kiến thức hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong góp ý thầy bạn đế đồ án hồn thiện Em xin chân thkảHléầnVỉtì! 'M Đại học Mo Ha Nọi Hà Nội, tháng năm 2017 Sinh viên thực Nguyễn Thị Châm LÒI CẢM ƠN Trên thực tế khơng có thành cơng mà khơng gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp người khác Trong suốt thời gian từ bắt đầu học tập trường đến nay, em nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ cùa quý Thầy Cô, gia đình bạn bè Đế hồn thành Đồ án này, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy TS.Hồng Vãn Võ, tận tình hướng dẫn chi bão suốt trình làm Đồ án Tốt Nghiệp Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô khoa Điện Tử Thông Tin - Viện Đại Học Mờ Hà Nội tận tình truyền đạt kiến thức năm em học tập Với vốn kiến thức tiếp thu q trình học khơng tảng cho q trình nghiên cứu Đồ án mà cịn hành trang quý báu để em bước vào đời cách vững tự tin Trong trình nghiên cưú khó tránh khói sai sót, mong Thầy Cơ thông cảm bỏ qua cho em Cuối em xin kính chúc q Thầy Cơ dồi sức khỏe thành công nghiệp cao quý Em xin chân thành cảm ơn!!! MUC LUC LỜI NÓI ĐÀU LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TÁT DANH MỤC CÁC HÌNH CHƯƠNG :TÕNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ OFDM QUANG CÔNG NGHệ OFDM 1.1 1.2.1 .Tống quan OFDM 1.1.1.1 Khái niệm OFDM Ị 1.1.1.2 Quá trình phát triển cùa OFDM 1.2.2 Nguyên lý OFDM 1.2.3 Tính trực giao OFDM 1.2.4 Mơ tả tốn học tín hiệu OFDM HOs s 1.2.5 M 1.2.6 Dung lượng hệ thống OFDM CÔNG NGHệ OFDM QUANG 1.2 10 1.2.1 Sơ đồ hệ thong truyền dan OFDM quang 10 1.2.2 Các khối chức hệ thong truyền dan OFDM quang .11 1.2.2.1 Khối phát RF OFDM 11 1.2.2 Khối chuyến RF sang quang khối chuyển quang sang RF 12 1.2.3 Khối thu RF OFDM 12 1.2.4 Phương pháp điều chế dùng cho O-OFDM .13 1.2.5 Tách sóng quang OFDM quang 16 ,1.3 Phân LOạl OFDM QUANG 17 CHUÔNG :CÔNG NGHỆ COHERENT OFDM QUANG VÀ HỆ THÕNG CO OFDM DUNG LUỢNG LỚN 20 2.1 CÔNG NGHệ Coherent OFDM QUANG 20 2.1.1 Tổng quan công nghệ Coherent OFDM quang 20 2.1.2 Mơ hình hệ thong Coherent OFDM quang .21 2.1.3 Các khối chức bàn cùa hệ thống Coherent OFDM quang 22 2.1.3.1 Các khối phát thu RF OFDM 22 2.1.3.2 Bộ chuyển đồi điên-quang đường lên chuyển đồi quang-điện đường xuống 22 2.1.3.3 Bộ điều chế 1/Q quang cho biển đổi RF sang quang đường lên biến đoi quang sang RF đường xuống 23 2.1.3.4 Tách sóng coherent cho chuyến đổi đường xuống triệt pha 24 2.1.3.5 Độ nhạy máy thu CO-OFDM 27 2.2 Hệ THỐNG OFDM Coherent dưng lượng lớn 27 2.2.1 Nguyên lý ghép băng trực giao hệ thống OBM-OFDM 28 2.2.2 Nguyên lý OBM-OFDM 29 2.2.3 Phổ hiệu dụng cùa OFDM quang 31 2.2.4 2.2.4.1 2.2.4.2 Giải pháp thực thi ghép băng trực giaọ cùa hệ thong OBM-OFDM 32 _.Tntf vien vignDai noCjMgr Ha Nội Thực OBM-OFDM miên điện ' 32 Thưc OBM-OFDM miền quang .35 CHƯƠNG :PHÂN TÍCH HIỆU NĂNG HỆ THƠNG CO-OFDM 36 3.1 Tống quan CÁC Hệ THỐNG OFDM QUANG 36 3.2 TỐNG QUAN Hệ THỐNG DDO-OFDM QUANG 40 3.2.1 Sơ đồ hệ thống DDO-OFDM quang 40 3.2.2 Các khối chức hệ thong truyền dan OFDM quang .40 3.3 Phân tích, đánh giá GlữA Hộ THỐNG DDO-OFDM VÀ Hệ THỐNG CO OFDM 42 3.3.1 Đặt vấn đề 42 3.3.2 Phân tích, đánh giá cấu tạo cùa cùa tách sóng trực tiếp tách sóng coherent 43 3.3.3 Phân tích, đánh giá chất lượng tryền dần cùa tách sóng trực tiếp tách sóng coherent 43 3.3.3.1 Phân tích, đánh giá độ nhạy thu 44 3.3.3.2 Phân tích, đánh giá đặc tính tần số cùa hộ tách sóng 45 3.3.3.3 Phân tích, đánh giá chất lượng truyền dẫn 50 KÉT LUẬN 63 TÀI LIỆU THAM KHÁO 65 Thư viện Viện Đại học Mở Hà Nội KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẤT TÙ VIẾT TẮT VÀ TÙ ĐÀY DỦ NGHĨA TIẾNG VIỆT ADC: Analog to Digital Converter Bộ biến đối tương tự thành số AWGN: Additive White Gaussian Noise Tạp âm Gaussian trắng BER: Bit Error Ratio Tỷ số nồi bít CP: Cyclic Prefix Tiền tố lặp CO-OFDM: Coherent Optical -OFDM OFDM quangsử dụng tách sóng Coherent DAC: Digital to Analog Converter Chuyển đổi từ tín hiệu số sang DD-OFDM: Direct Detection -OFDM OFDM quang sử dụng tách sóng trực tiếp DFT/IDFT: Discrete Fourier Transform/ Invert Biến đồi Fourier rời rạc/ĐFT Discrete Fourier Transform ngược FFT/IFFT: Fast Fourier Transform/ Invert FFT Biên đôi Fourier nhanh/FFT ■ ICI: Inter-Carrier Interference Nhiễu sóng mang ISI: Inter-Symbol Interference Nhiễu kí hiệu Thư viện Viện Đại h< w'Ha MZM:Mach-Zehnder Modulator Bộ diều chế OFDM:Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tan so Multiplexing trực giao OBM-OFDM:Orthogonal-band-multiplexed Coherent OFDM quang dung OFDM lượng lớn sừ dụng kỹ thuật ghép băng trực giao P/S:ParalleI to Serial converter Biến đổi song song sang nối tiếp QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ vng góc RF:Radio Frequency Tần số vô tuyến S/P:Serial to Parallel converter Biến đổi nối tiếp sang song song SNR:Signal to Noise Ratio Tý so tin hiệu tạp âm DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 thí dụ bốn sóng mang cho ký hiệu ofdm Hình 1.2.tiết kiệm tần ofdm so với fdm: (a) fdm, (b) ofdm Hình 0.1 Phổ cùa sóng mang trực giao .6 Hình 1.4 sơ đồ chung cho hệ thống điều che đa sóng mang Hình 1.5 sơ đo (a) ofdm quang phía phát (b) ofdm phía thu Hình 1.6.kiến trúc hệ thống ofdm quang 11 Hình 1.7.sơ đồ khối kỹ thuật dco - ofdm 14 Hình 1.8.sơ đồ khối hệ thống sử dụng kỹ thuật aco ofdm 15 Hình 1.9.sơ đồ khối hệ thống sử dụng kỹ thuật điều chế iq 16 Hình 1.10.SƠ khơi hệ thông thông tin quang coherent tông quát 17 Hình 2.1 mơ hình hệ thống co-ofdm điền hình 21 Hình 2.2 tách sóng coherent sử dụng ghép lai tách sóng photo cân bang 25 Hình 2.3.sơ đồ phân bố phố obm-ofdm 29 Hình 2.4.minh họa táclrsóhg^ìật bầng h băng trorig Obiii-ofdm 30 Hình 2.5 phố quang: (a) ghép kênh phân chia theo bước sóng (wdm )n kênh coofdm; (b) tín hiệu ofdm thu nhó bước sóng; (c) ofdm kênh khơng có khoảng bào vệ 32 Hình 2.6.SƠ đồ obm-ofdm: a) sơ đồ trộn tín hiệu phát, b) sơ đồ trộn tín hiệu thu, c) sơ đồ mạch trộn tín hiệu điều chế/giái điều chế iq 34 Hình 3.1 sơ đồ điều chế cường độ trực tiếp 36 Hình 3.2.sơ đồ điều chế gián tiếp 37 Hình 3.3.sơ đồ khối thu quang coherent: (a) thu quang heterodyne (b) thu quang homodyne 39 Hình 3.4.kiến trúc hệ thống ddo-ofdm quang .40 Hình 3.5.đặc tuyến tĩnh pin-photodiode (a) apd (b) 46 Hình 3.6 sơ điện tưương đương cúa pin - photodiode(a) apd (b) 47 DÒ ÁN TĨT NGHIỆP DẠI HỌC CHƯƠNG 3: PHẤN TÍCH HIỆU NĂNG HẸ THONG CO-OFDM IT0 = HT.p|N PTữ thành phần khơng đổi cùa dịng PIN- Photodiode biên độ xungn dòng PIN-Photodiode ITn= Ht.pin- Pt Đối vói APD: L|() = M HT-APD- Pto thành phan khơng đối dịng APD ITn= M Hỵ.apd- Pt biên độ xung n cùa dòng cùa APD Nhận xét: Từ công thức (3-17) (3-18) (3-20), (3-21), ta nhận thấy truyền dẫn digital tốc độ truyền dẫn thấp (tương đương với tần số thấp) dịng cùa APD PIN-Photodiode có dạng giống công suất ánh chiếu vào APD PINPhotodiodc, khơng bị méo Đại học Mơ Hà Nội * Dẳí Đối với tách sóng trực tiếp, người ta sử dụng trực tiếp diode quang thác APD PIN-Photodiode để biến dồi trực tiếp tín hiệu ánh sáng từ phía phát qua sợi quang tới thu quang thành tín hiệu điện Do hệ thống truyền dẫn tốc độ cao APD PIN-Photodiode hoạt động tốc độ cao tần số hoạt động phần tứ ánh hường lớn đến q trình biến đơi quang điện cùa chúng Từ sơ đồ điện tương đương APD PIN-Photodiode (hình 3.6) cơng thức (3-4) (3-6), dòng cùa APD PIN-Photodiodesẽ dược xác định sau: - Trong truyền dẫn analog Đối vói PIN- Photodiode: ^T-PIN ( J tà) pIN ( /ứỉ).Pp_piN ( Jũỉ) (3-22) ỊỊ ^-^■Pr-PÌỊ} (3-23) i %-p/íV GVHD: TS HỒNG VĂN VÕ 52 SVTH: NGUN THỊ CHÂM DỊ ÁN TĨT NGHIỆP DẠI HỌC CHƯƠNG 3: PHẤN TÍCH HIỆU NĂNG HẸ THONG CO-OFDM Trong đó, Ht-pin (j®): hàm truyền dần cùa PIN- Photodiode, Pt-pin (j Trong đó, Ht.apd (JCO): hàm truyền dẫn cùa APD Pt-apd (j®): phổ dịng ánh sáng tới APD Khi truyền dần analog tín hiệu truyền dẫn liên tục Già thiết tín hiệu ánh sáng tới photodiode có dạng hình sin có dạng: Pi) cos[ &>(/) + (pT (ứ?)] (3-25) Trong đó: - Đối vói PIN- Photodiode: Ị = lTữ-P!N ■ p,, rTŨ 11T , / T-PÌN (O) = , (3-27) HTPT (3-28) ' 11 + ỵ úị-piN _ (ủ— (pl-PIN\a>) = -arctg-^ (3-29) ^-p,N - Dối vói APD: GVHD: TS HOÀNG VĂN VÕ 53 SVTH: NGUYÊN THỊ CHÂM DỊ ÁN TĨT NGHIỆP DẠI HỌC CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH HIỆU NĂNG HỆ THỊNG CO-OFDM ^Tữ-APD ~ (3-26) M ' Ppo HTMPT , Ir-APD^tò) 11 + V - (3-30) ỳ-APD (3-31) ãPt-apdđ^ arctg a fflg-APD Nhn xột: Từ công thức (3-25)-(3-32) ta nhận thấy, tan số truyền dẫn cao dịng APD PIN-Photodiodcxuất méo biên độ méo pha Các méo phụ thuộc tần số Tần số cao méo pha méo biên độ cùa APD PIN-Photodiodecàng lớn - Truyền dần digital Già sử tín hiệịi ánh rátịgựổự APD PIN-PhotodịodeỊậ chuồi xung có dạng: (3-32) PT(0 = PT0 + Pt~(0 , (3-33) PT.^ = ^hnPTX(t-nT) n=0 Trong đó: [1 X(t-nT) = \ |0 A7ỉz’ nT