Đánh giá hiệu năng hệ thống OFDMRoF

OFDM-ROF LỜI NÓI ĐẦU LỜI NÓI ĐẦU Các hệ thống thông tin vô tuyến băng rộng phát triển mạnh mẽ Yêu cầu khả truyền tải dịch vụ băng rộng tích hợp (kết hợp loại dịch vụ thoại, số liệu, hình ảnh, dịch vụ đa phương tiện dịch vụ gia tăng khác) khiến cho dung lượng truyền dẫn hệ thống thông tin vô tuyến ngày tăng Sự gia tăng dung lượng truyền dẫn dẫn tới phải sử dụng tần số hoạt động cao tế bào vô tuyến nhỏ Nhưng tế bào vô tuyến nhỏ đồng nghĩa với việc cần số lượng lớn trạm gốc điểm truy nhập vô tuyến để đạt vùng phủ sóng rộng theo yêu cầu hệ thống Bên cạnh đó, truyền thông sợi quang trở nên phổ biến nhiều ưu điểm mà mang lại băng thông cực rộng, không bị ảnh hưởng nhiễu điện từ Tuy phương thức có nhược điểm định lắp đặt, bảo dưỡng giá thành so với việc triển khai cáp đồng, đặc điểm băng thông rộng sợi quang môi trường so sánh Chính vậy, sợi quang từ lâu xem sở để triển khai mạng băng thông rộng cách hiệu Một phương pháp để xây dựng hệ thống mạng truy nhập vô tuyến băng thông rộng kết hợp với kĩ thuật truy nhập sợi quang Kĩ thuật truyền sóng vô tuyến qua sợi quang (RoF) đợi xem kĩ thuật nên tảng cho mạng truy nhập không dây băng thông rộng tương lai Mặt khác, biết kĩ thuật OFDM quang kĩ thuật phổ biến với nhiều ưu điểm Do việc kết hợp OFDM quang RoF xem giải pháp mang lại hiệu cao cho truyền dẫn vô tuyến băng rộng “Đánh giá hiệu hệ thống sử dụng kỹ thuật OFDM-RoF” nội dung chuyên đề Cấu trúc chuyên đề sau: Chương Công nghệ OFDM quang: Chương nêu khái niệm, định nghĩa, đặc điểm ưu nhược điểm kỹ thuật điều chế OFDM Ngoài ra, giới thiệu nguyên lý hoạt động hệ thống vô tuyến sử dụng kỹ thuật điều chế OFDM bao gồm mô hình toán học, sơ đồ thông số hệ thống Chương Hệ thống truyền dẫn vô tuyến sợi quang – Radio over Fiber: Chương giới thiệu kỹ thuật truyền dẫn vô tuyến sợi quang RoF, bao gồm định nghĩa, thành phần bản, kỹ thuật truyền dẫn, ưu nhược điểm số ứng dụng hệ thống sử dụng kỹ thuật RoF Chương Đánh giá hiệu hệ thống vô tuyến sử dụng kỹ thuật OFDM-RoF: Chương trình bày hệ thống truyền dẫn OFDM-RoF thông qua sơ đồ hệ thống sơ đồ nguyên lý Và thực mô để đánh giá hiệu hệ thống vô tuyến sử dụng kỹ thuật OFDM-RoF Nhóm Trang OFDM-ROF LỜI NÓI ĐẦU Mặc dù cố gắng hạn chế mặt kiến thức thực tế chuyên môn nên chuyên đề chúng em không tránh khỏi thiếu sót Chúng em mong nhận ý kiến đóng góp quý báu thầy để chuyên đề hoàn thiện Hà Nội, tháng năm 2016 Nhóm sinh viên Nhóm Trang OFDM-RoF MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ OFDM QUANG .5 CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN RoF 19 2.3 Các ưu điểm RoF 41 2.3.1 Suy hao thấp 41 2.3.2 Băng thông lớn .42 2.3.3 Miễn nhiễm nhiễu tần số vô tuyến 42 2.3.4 Lắp đặt bảo trì đơn giản 42 2.3.5 Giảm công suất tiêu thụ .43 2.3.6 Phân bổ tài nguyên linh hoạt .43 2.4 Các hạn chế RoF 43 2.5 Ứng dụng hệ thống RoF .44 2.5.1 Mạng tế bào 44 2.5.2 Thông tin vệ tính 44 2.5.3 Các dịch vụ băng rộng di động 44 2.5.4 Mạng cục không dây (WLAN) .44 2.5.5 Mạng cho phương tiện giao thông 45 2.6 Kết luận chương .45 CHƯƠNG 3: Đánh giá hiệu hệ thống vô tuyến sử dụng kỹ thuật OFDM-RoF 47 3.2.2 Ứng dụng OFDM RoF 54 KẾT LUẬN 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO .75 DANH MỤC HÌNH VẼ LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ OFDM QUANG .5 Nhóm Trang OFDM-RoF MỤC LỤC CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN RoF 19 Phân loại kĩ thuật RHD .31 2.3 Các ưu điểm RoF 41 2.3.1 Suy hao thấp 41 2.3.2 Băng thông lớn .42 2.3.3 Miễn nhiễm nhiễu tần số vô tuyến 42 2.3.4 Lắp đặt bảo trì đơn giản 42 2.3.5 Giảm công suất tiêu thụ .43 2.3.6 Phân bổ tài nguyên linh hoạt .43 2.4 Các hạn chế RoF 43 2.5 Ứng dụng hệ thống RoF .44 2.5.1 Mạng tế bào 44 2.5.2 Thông tin vệ tính 44 2.5.3 Các dịch vụ băng rộng di động 44 2.5.4 Mạng cục không dây (WLAN) .44 2.5.5 Mạng cho phương tiện giao thông 45 2.6 Kết luận chương .45 CHƯƠNG 3: Đánh giá hiệu hệ thống vô tuyến sử dụng kỹ thuật OFDM-RoF 47 3.2.2 Ứng dụng OFDM RoF 54 Hình 3.13: Chòm tín hiệu phía phát 62 Hình 3.14: Tín hiệu sau điều chế vô tuyến (trong miền thời gian) 62 Hình 3.21 Sơ đồ nguyên lý hệ thống OFDM-RoF 64 KẾT LUẬN 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO .75 Nhóm Trang OFDM-RoF Chương 1: Công nghệ OFDM quang CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ OFDM QUANG Nội dung chương trình bày lịch sử công nghệ OFDM, nguyên tắc hoạt động OFDM Ngoài cuối chương đề tài phân tích ưu nhược điểm OFDM nêu khác biệt OFDM quang OFDM vô tuyến 1.1 Công nghệ OFDM 1.1.1.Tóm tắt lịch sử OFDM Khái niệm OFDM giới thiệu lần Chang hội thảo năm 1996 Thuật ngữ “OFDM” thực tế xuất sáng chế riêng ông vào năm 1970 Các lĩnh vực OFDM có từ lâu phát triển, có tầm quan trọng định ứng dụng quân Sự đời ứng dụng kĩ thuật số băng rộng hoàn thiện chip CMOS có độ tích hợp cao năm 1990 mang OFDM vào tâm điểm ý Năm 1995, OFDM chọn chuẩn DAB châu Âu, đảm bảo ý nghĩa công nghệ điều chế quan trọng báo hiệu kỉ nguyên thành công loạt ứng dụng Một số tiêu chuẩn quan trọng sử dụng kết hợp công nghệ OFDM DVB, mạng cục không dây (Wi-Fi; IEEE 802.11a/g), mạng đô thị không dây (WiMAX 802.162), đường dây thuê bao bất đối xứng (ADSL; ITU G.992.1), công nghệ mạng không dây hệ (LTE) hệ thứ tư Ứng dụng OFDM truyền thông quang xảy muộn tương đối so với RF Mặc dù từ viết tắt OFDM có từ lâu sử dụng để đại diện cho “ghép kênh phân chia tần số trực giao quang học” truyền thông quang chung Bài báo OFDM quang tài liệu mở báo cáo Pan Green năm 1996, liện tục có số nghiên cứu OFDM năm Tuy nhiên, lợi OFDM, cụ thể độ chắn phân tán kênh quang học không công nhận truyền thông quang năm 2001 Khi Dixon et al đề xuất sử dụng OFDM để chống lại phương thức phân tán sợi quang (MMF) Với thực tế kênh sợi MMF tương tự kênh không dây điều kiện pha đinh đa đường, không ngạc nhiên tiêu chuẩn làm việc ban đầu OFDM quang tập trung vào ứng dụng sợi MMF Sự quan tâm OFDM ngày tăng lên phần lớn đề xuất độc lập OFDM quang cho ứng dụng đường dài từ ba nhóm, bao gồm phát trực tiếp OFDM quang (DDO-OFDM) coherent OFDM (CO-OFDM) Cho đến nay, truyền dẫn CO-OFDM theo chuẩn sợi đơn mode (SSMF) 100 Gb/s qua 1000km với hiệu suất phổ tần bít/s/Hz chứng minh nhóm khác Một mạnh OFDM quang điều chỉnh cho ứng dụng khác 1.1.2 Tính trực giao Các tín hiệu trực giao chúng độc lập với Tính trực giao tính chất cho phép nhiều tín hiệu thông tin truyền thu tốt kênh truyền chung xuyên nhiễu tín hiệu Mất tính trực giao làm cho Nhóm Trang OFDM-RoF Chương 1: Công nghệ OFDM quang tín hiệu thông tin bị xuyên nhiễu lẫn đầu thu khó khôi phục lại hoàn toàn thông tin ban đầu Trong OFDM, sóng mang chồng lấn tín hiệu khôi phục mà xuyên nhiễu sóng mang kế cận sóng mang có tính trực giao Một tập tín hiệu gọi trực giao đôi hai tín hiệu tập thỏa điều kiện * (t)dt =  K S (t).S  ∫ i j 0 TS i= j (1.1) i≠ j với S*(t) ký hiệu liên hợp phức S(t) Ts chu kỳ ký hiệu K số.Tập N sóng mang phụ kỹ thuật OFDM có biểu thức: k  sin(2π t ) TS f k (t) =  0   t  TS (1.2) t ∉ (0, TS ) với k = 0, 1, …, N-1 Các sóng mang có tần số cách khoảng FS = T trực giao S đôi thỏa điều kiện (1.1)  k1   k2  Ta xét hai sóng mang Sin  2π t  Sin  2π t   TS   TS  TS  k1 ∫0 Sin  π TS   k t .Sin  π   TS T  S t t  t  dt = ∫  cos2 π( k − k ) − cos2 π( k + k ) dt = 0 TS TS   (1 3) Hình 1.1: Phổ sóng mang trực giao Như vậy, sóng mang thuộc tập (1.2) trực giao đôi hay gọi độc lập tuyến tính Trong miền tần số, phổ sóng mang phụ có dạng hàm sincx Nhóm Trang OFDM-RoF Chương 1: Công nghệ OFDM quang ký hiệu miền thời gian giới hạn xung chữ nhật Mỗi sóng mang phụ có đỉnh tần số trung tâm vị trí null điểm cách tần số trung tâm khoảng bội số F S Vì vậy, vị trí đỉnh sóng mang vị trí null sóng mang lại (Hình 1.1) Và sóng mang không gây nhiễu cho 1.2 Nguyên lí OFDM 1.2.1 Xây dựng biểu thức toán học tín hiệu OFDM OFDM loại đặc biệt MCM, việc thực chung mô tả hình 1.2 Cấu trúc nhân phức tạp (điều chế IQ/ giải điều chế IQ), thường sử dụng hệ thống MCM, thể hình Tín hiệu truyền MCM s(t) biểu diễn: s (t ) = +∞ N sc ∑ ∑ c s (t − iT ) i = −∞ k = ki k s (1.4) sk (t ) = Π (t )e j 2π fk t (1.5)  1,(0 < t ≤ Ts ) Π (t ) =   0,(t ≤ 0, t > Ts ) (1.6) Trong cki kí hiệu mang thông tin thứ i sóng mang thứ k, sk dạng sóng cho k sóng mang con, Nsc số sóng mang con, fk tần số sóng mang con, Ts thời gian kí hiệu OFDM , ∏(t) hàm xung đơn vị Các dò quang tối ưu cho sóng mang sử dụng lọc phù hợp với dạng sóng hay tương quan phù hợp với sóng mang hình 1.2 Hình 1.2: Sơ đồ chung cho hệ thống điều chế đa sóng mang Do đó, việc xác định kí hiệu mạng thông tin c’ik đầu tính theo công thức sau: Nhóm Trang OFDM-RoF Chương 1: Công nghệ OFDM quang T T s s * cki′ = ∫ r ( t − iTs ) sk dt = ∫ r ( t − iTs ) e − j 2π fk t dt Ts Ts (1.7) Trong r(t) thời gian tín hiệu miền thu MCM cổ điển sử dụng tín hiệu có dải tần hạn chế không chồng chéo lắp đặt với số lượng lớn khối dao động lọc đầu phát đầu thu Bất lợi lớn MCM yêu cầu băng thông lớn Đó để thiết kế lọc dao động cách hiệu quả, khoảng cách kênh phải bội số tốc độ kí hiệu để giảm hiệu phổ cách tốt Một phương pháp nghiên cứu việc sử dụng tín hiệu trực giao chồng lấn Tính trực giao bắt nguồn từ mối tương quan đơn giản hai sóng mang T T s s δ kl = ∫ sk sl*dt = ∫ exp ( j 2π ( f k − f l )t ) dt = exp ( jπ ( f k − f l )Ts ) Ts Ts (1.8 ) Có thấy điều kiện f k − fl = m Ts (1.9) thỏa mãn hai sóng mang trực giao với Điều có nghĩa sóng mang trực giao với nhau, với khoảng cách tần số bội thời gian kí hiệu, sử dụng lọc thích hợp để loại bỏ nhiễu sóng mang (ICI), chồng lấn phổ tín hiệu lớn 1.2.2 Thực biến đổi Fourier rời rạc OFDM Một thách thức OFDM cần số lượng lớn sóng mang kênh truyền dẫn xem sóng mang kênh riêng Điều dẫn đến cấu trúc vô phức tạp với nhiều dao động lọc phía phát phía thu Weinsten Ebert khám phá điều chế giải điều chế OFDM thực việc biến đổi Fourier nhanh đảo (IDFT) biến đổi Fourier nhanh thuận (DFT) Điều hiển nhiên qua việc nghiên cứu điều chế OFDM công thức (1.4) giải điều chế OFDM công thức (1.5) Tạm bỏ qua số i coi Nsc N công thức (1.4) để tập trung chủ yếu vào kí tự OFDM lây mẫu s(t) khoảng thời gian Ts/N Như công thức (1.4) trở thành N sm = ∑ ck e j 2π f k ( m − 1)Ts N k =1 (1.10) Sử dụng điều kiện trực giao công thức (1.9) quy ước rằng: fk = k −1 Ts (1.11) Và thay (1.11) vào (1.10) được: Nhóm Trang OFDM-RoF Chương 1: Công nghệ OFDM quang N sm = ∑ ck e k =1 j 2π f k ( m − 1)Ts N N = ∑ ck e k =1 j 2π (k − 1)( m − 1) N = ℑ − { ck } (1.12) Khi ℑ biến đổi Fourier, m ∈ ( 1, N ) , tương tự, phía thu có: ck′ = ℑ{ rm } (1.13) Khi rm tín hiệu lấy mẫu tất khoảng thời gian Ts/N từ công thức (1.12) công thức (1.13), giá trị rời rạc tín hiệu truyền OFDM s(t) đơn N điểm IDFT kí hiệu mang thông tin ck, kí hiệu mang thông tin nhận c’k N điểm DFT tín hiệu lấy mẫu thu Thực DFT/IDFT cho chuyển đổi từ số sang tương tự từ tương tự sang số Có hai thuận lợi chủ yếu việc thực DFT/IDFT OFDM Thứ để giảm thời gian tính DFT/IDFT người ta giảm số lượng phép tính nhanh cách sử dụng thuật toán IFFT/FFT, số phép nhân phức tạp IFFT (1.12) FFT (1.13) giảm từ N2 {Nlog2(N)}/2 gần tuyến tính với số sóng mang N Thứ hai, nhiều sóng mang trực giao tạo giải điều chế mà không cần nhiều dao động RF lọc phức tạp Điều dẫn đến kiến trúc tương đối đơn giản cho thực OFDM mà nhiều sóng mang yêu cầu Tương ứng kiến trúc sử dụng DFT/IDFT DAC/ADC hình 1.3 Hình 1.3: Sơ đồ (a) OFDM quang phía phát (b) OFDM phía thu Tại phía phát, bít liệu đầu vào nối tiếp chuyển đổi thành nhiều luồng liệu song song, ánh xạ lên kí hiệu thông tin tương ứng cho sóng mang với kí hiệu OFDM tín hiệu số miền thời gian thu việc biến đổi IDFT, sau đưa vào khoảng bảo vệ chuyển đổi thành dạng sóng thời gian thực thông qua DAC Khoảng bảo vệ đưa vào để ngăn cản nhiễu giao thoa kí tự (ISI) kênh phân tán Tín hiệu băng gốc chuyển đổi Nhóm Trang OFDM-RoF Chương 1: Công nghệ OFDM quang nâng tần thành RF thích hợp với điều chế Tại phía thu, tín hiệu OFDM chuyển đổi hạ tần thành tín hiệu băng gốc với giải điều chế, lấy mẫu với ADC, sau giải điều chế thực DFT tín hiệu băng gốc xử lí để phục hồi liệu Chú ý từ công thức (1.10), tín hiệu OFDM sm hàm tuần hoàn với chu kì N/Ts Cụ thể (1.10) (1.11), tần số sóng mang fk số k tổng quát là: fk = k −1 , k ∈ [ kmin + 1, k + N ] Ts (1.14) Khi kmin số nguyên tùy ý Tuy nhiên, có hai số sóng mang sử dụng rông rãi: k∈ [1,N] k∈ [-N/ +1,N/2] 1.2.3 Tiền tố lặp OFDM Một kĩ thuật cho phép OFDM chèn tiền tố lặp Chúng ta xem xét hai kí hiệu OFDM liên tiếp trải qua kênh phân tán với độ trễ td Để đơn giản, kí hiệu OFDM bao gồm hai sóng mang với trễ nhanh trễ chậm td, đặc trưng “sóng mang nhanh” “sóng mang chậm” tương ứng Hình 1.4a bên kí tự OFDM, hai sóng mang con- sóng mang nhanh sóng mang chậm liên kết truyền Hình 1.4b tín hiệu OFDM đến phía thu, mà sóng mang chậm trế td so với sóng mang nhanh Chúng ta lựa chọn cửa sổ DFT có chứa kí tự OFDM hoàn chỉnh cho sóng mang nhanh Rõ ràng phân tán kênh, sóng mang chậm vượt qua ranh giới kí hiệu dẫn đến nhiễu kí hiệu OFDM lân cận, gọi nhiễu liên kí tự (ISI) Hơn nữa, dạng sóng OFDM cửa sổ DFT sóng mang chậm chưa hoàn chỉnh, điều kiện trực giao quan trọng sóng mang phương trình (1.8) bị mất, kết xảy nhiễu kênh lân cận (ICI) Tiền tố lặp đề xuất để giải vấn đề nhiễu ISI ICI Hình 1.4c việc chèn vào tiền tố lặp việc mở rộng tuần hoàn vào dạng sóng OFDM khoảng bỏa vệ ∆G Như hình 1.4c, dạng sóng khoảng bảo vệ cửa sổ DFT, với khoảng thời gian dịch chuyển ts Hình 1.4d tín hiệu OFDM với khoảng bảo vệ nhận Nếu giả định tín hiệu qua kênh phân tán giống cửa sổ DFT chọn bao gồm kí tự OFDM hoàn chỉnh sóng mang nhanh Có thể thấy từ hình 1.4d kí tự OFDM hoàn chỉnh sóng mang chậm trì cửa sổ DFT tỷ lệ tiền tố lặp chuyển vào cửa sổ DFT để thay phần giống hệt chuyển Như vậy, kí tự OFDM sóng mang chậm giống hệt dạng sóng truyền thêm vào trình chuyển đổi giai đoạn Chuyển đổi giai đoạn xử lí trình ước lượng kênh định loại bỏ kí tự Bây đến điều kiện quan truyền OFDM tự với nhiễu ISI Nhóm Trang 10 Chương 3: Đánh giá hiệu hệ thống vô tuyến sử dụng kỹ thuật OFDM-RoF nhánh bit chẵn đưa đến mạch tạo xung nhiều mức nhánh Các mạch tạo xung nhiều mức chuyển đổi tín hiệu mức thành tín hiệu L mức tương ứng với đầu vào Sau tín hiệu cho qua lọc thông thấp để loại bỏ tần số cao gây nhiễu Chúng đồng thời đưa vào Quadrature Modulator Frequency Tại tín hiệu nhánh đưa lên miền tần số RF cách nhân với sóng mang cosin dao động nội tạo ra, nhánh nhân với hàm sin Sau nhân hai tín hiệu L mức với hai sóng mang có pha vuông góc chúng cộng lại ta tín hiệu M-QAM Tín hiệu M-QAM đưa đến điều chế MZM tạo sóng mang quang truyền phía thu thông qua sợi quang khuếch đại quang Ở phía thu: Tín hiệu quang thu được tách sóng photodetector PIN khuếch đại lên với biên độ đủ lớn đưa vào giải điều chế Quadrature Demodulator, nhờ tính chất trực giao mà ta tách thành phần tín hiệu Tín hiệu sau đưa vào M-ary Threshold Detector để chuyển chuỗi tín hiệu đa mức đơn mức Sau hai chuỗi số nhị phân tách nói kết hợp với QAM Sequence Decoder để khôi phục lại chuỗi nhị phân phía phát 3.4.3 Thiết lập tham số mô  Thiết lập tham số toàn cục Hình 3.12: Thiết lập tham số toàn cục Các tham số toàn cục sau:  - Tốc độ bit: 10Gbps Tốc độ lấy mẫu: 40GHz Chiều dài chuỗi: 4096 bit Số lượng mẫu bit: Thiết lập thông số truyền dẫn Bộ điều chế băng gốc sử dụng: 4-QAM Bộ điều chế Quadrature Modulator với tần số: 7.5GHz Laser CW: f=193,1THz, P=-4 dBm Bộ điều chế Quang: sử dụng điều chế Mach-zehnder Dual-Drive Chiều dài tuyến quang: 50km với bước sóng 1550nm, suy hao 0,2dB/km Nhóm Trang 61 Chương 3: Đánh giá hiệu hệ thống vô tuyến sử dụng kỹ thuật OFDM-RoF - Tổng khuếch đại quang: 27dB - Bộ khuếch đại điện: 16dB 3.4.4 Kết mô Sử dụng thêm khối hiển thị: Oscilloscope visuallizer, Optical Time Domain Visuallizer, RF Spectrum Analyzer, Optical Spectrum Analyzer, Constellation Visuallizer, ta thấy kết trình truyền dẫn qua giai đoạn Hình 3.13: Chòm tín hiệu phía Hình 3.14: Tín hiệu sau điều phát chế vô tuyến (trong miền thời gian) Hình 3.15: Tín hiệu sau điều chế Nhóm Trang 62 Hình 3.16: Tín hiệu sau điều chế Chương 3: Đánh giá hiệu hệ thống vô tuyến sử dụng kỹ thuật OFDM-RoF vô tuyến (trong miền tần số) quang (trong miền tần số Hình 3.17: Tín hiệu sau điều chế quang (trong miền thời gian) Hình 3.18: Tín hiệu thu sau khuếch đại Hình 3.19: Tín hiệu thu sau tách sóng quang Hình 3.20: Chòm tín hiệu thu Nhóm Trang 63 Chương 3: Đánh giá hiệu hệ thống vô tuyến sử dụng kỹ thuật OFDM-RoF Ta thấy trường hợp tốc độ bit truyền 10Gbps, tốc độ lớn, với hệ thống RoF thông thường, chất lượng tín hiệu thu thấp Sau ta xem xét với hệ thống RoF có kết hợp với kĩ thuật OFDM 3.5 Mô hệ thống RoF ứng dụng OFDM 3.5.1 Sơ đồ nguyên lý Hình 3.21 Sơ đồ nguyên lý hệ thống OFDM-RoF 3.5.2 Sơ đồ mô Nhóm Trang 64 Chương 3: Đánh giá hiệu hệ thống vô tuyến sử dụng kỹ thuật OFDM-RoF Hình 3.22: Sơ đồ mô hệ thống RoF ứng dụng OFDM  Chức phần tử Tương tự khối sơ đồ mô hệ thống OFDM thông thường Chỉ thêm số khối sau: - Khối điều chế OFDM: Chuyển đổi luồng tổ hợp bit nhị phân thành pha biên độ sóng mang Sau sóng mang biến đổi từ miền tần số sang miền thời gian đưa vào điều chế vô tuyến - Khối giải điều chế OFDM: Thực trình chuyển đổi ngược lại - Khối subsystem: có nhiệm vụ chia tín hiệu logic từ QAM sequence Generator thành phần: phần đưa vào điều chế OFDM phần chuyển sang tín hiệu điện hiển thị chòm  Nguyên lý hoạt động Ở phía phát: Chuỗi tín hiệu nhị phân (được tạo từ tạo chuỗi bit giả ngẫu nhiên PRBS) đưa vào mạch QAM Sequence Generator để chuyển đổi thành luồng nhị phân song song Hai luồng bit nhị phân cho vào khối Subsystem để chia thành hai phần: phần chuyển tiếp tới điều chế OFDM, phần lại chuyển đổi sang tín hiệu điện để hiển thị thành chòm tín hiệu hiển thị Constellation Visuallizer Tín hiệu sau qua điều chế OFDM dạng sóng mang miền thời gian, đưa qua hai lọc để tạo hai Nhóm Trang 65 Chương 3: Đánh giá hiệu hệ thống vô tuyến sử dụng kỹ thuật OFDM-RoF thành phần I Q Hai thành phần tiếp tục đưa vào Quadrature Modulator Frequency để điều chế lên tần số RF Tín hiệu RF sau sử dụng để tạo điện áp phân cực cho điều chế Mach-Zehnder, trình điều chế với sóng mang quang Ở phía thu: Tín hiệu quang thu được tách sóng photodetector PIN khuếch đại lên với biên độ đủ lớn đưa vào giải điều chế Quadrature Demodulator để thu lại tín hiệu băng gốc Tín hiệu băng gốc tiếp tục đưa qua giải điều chế OFDM Sau trình giải điều chế OFDM, tín hiệu đưa dạng logic Tín hiệu logic đưa qua Subsystem với chức tương tự phía phát Sau tín hiệu đưa qua QAM Sequence Decoder để thu lại chuỗi bit phát 3.5.3 Thiết lập tham số mô Để đảm bảo tính khách quan cho việc so sánh kết mô hai trường hợp, tham số toàn cục tham số truyền dẫn giữ nguyên trường hợp truyền dẫn RoF thông thường Ta quan tâm đến việc thiết lập tham số cho điều chế giải điều chế OFDM hình 4.14 Hình 3.23: Thiết lập thông số cho điều chế OFDM 3.5.4 Kết mô Quá trình truyền dẫn diễn sau: Nhóm Trang 66 Chương 3: Đánh giá hiệu hệ thống vô tuyến sử dụng kỹ thuật OFDM-RoF Hình 3.24: Chòm tín hiệu phía phát Hình 3.25: Tín hiệu sau qua điều chế tần số vô tuyến (trong miền tần số) Hình 3.26: Tín hiệu sau qua điều chế OFDM lọc Hình 3.27: Tín hiệu sau qua điều chế tần số vô tuyến (trong miền thời gian) Nhóm Trang 67 Chương 3: Đánh giá hiệu hệ thống vô tuyến sử dụng kỹ thuật OFDM-RoF Hình 3.28: Tín hiệu sau điều chế lên tần số quang (trong miền tần số) Hình 3.29: Tín hiệu sau qua lọc quang Hình 3.30: Tín hiệu sau điều chế lên tần số quang (trong miền thời gian) Hình 3.31: Tín hiệu thu sau tách sóng quang Nhóm Trang 68 Chương 3: Đánh giá hiệu hệ thống vô tuyến sử dụng kỹ thuật OFDM-RoF Hình 3.32: Tín hiệu thu sau giải điều chế vô tuyến Hình 3.33: Chòm tín hiệu thu Ta thấy chất lượng tín hiệu thu trường hợp truyền dẫn RoF ứng dụng OFDM tốt nhiều so với trường hợp truyền dẫn RoF thông thường Tuy nhiên để xem xét cách chi tiết tác dụng kỹ thuật OFDM truyền dẫn RoF, phần tiến hành khảo sát biến đổi tín hiệu thu việc thay đổi tham số điều chế giải điều chế OFDM 3.6 Khảo sát ảnh hưởng điều chế OFDM lên chất lượng tín hiệu thu 3.6.1 Thiết lập tham số Vẫn giữ nguyên giá trị tham số toàn cục tham số truyền dẫn Ta thay đổi giá trị tham số điều chế giải điều chế OFDM Với Optisystem 11, khối OFDM thiết kế với đầy đủ thông số hình 4.12 Tuy nhiên, ta xét đến thông số là: - Number of Subcarrier: Số lượng sóng mang mang liệu sử dụng cho truyền dẫn, người sử dụng - Number of IFFT (FFT) points: Số điểm sử dụng biến đổi IFFT FFT - Position Array: Vị trí sóng mang mang liệu người sử dụng Để thực mô ta cần ý vấn đề sau: Nhóm Trang 69 Chương 3: Đánh giá hiệu hệ thống vô tuyến sử dụng kỹ thuật OFDM-RoF Thứ nhất, ta biết rằng: TFFT = NSubcarrier * log2M * Tb nên tăng số lượng sóng mang (đồng nghĩa với việc giảm độ rộng sóng mang con) tăng độ dài ký hiệu OFDM Do giảm nhiễu ISI, tăng hiệu truyền dẫn Thứ hai, số điểm cần lấy để thực biến đổi IFFT FFT phải lớn lần số lượng sóng mang Thứ ba, giá trị Postion Array chọn mặc định Nsubcarrier /2 Để tiến hành thử trường hợp xảy thay đổi giá trị thông số, ta sử dụng tính quét “Sweep Iteration” Optisystem  Sử dụng tính “Sweep Iteration” Optisystem - Bước 1: Trên menu, chọn Layout -> Set Total Sweep Iteration thiết lập giá trị Total Sweep Iteration 6, nghĩa thực lần quét Hình 3.34: Thiết lập Total Parameter Sweep Iterations - Bước 2: Thay đổi mode hoạt động tham số: Number of Subcarrier, Number of IFFT (FFT), Postion Array khối OFDM, từ mode “Normal” sang mode “Sweep” Sau thay đổi, tham số đánh dấu màu đỏ Hình 3.35: Thay đổi mode hoạt động tham số khối OFDM - Bước 3: Thiết lập giá trị cho tham số Number of Subcarrier, Number of IFFT points, Position Array tương ứng với Sweep Iteration sau: Nhóm Trang 70 Chương 3: Đánh giá hiệu hệ thống vô tuyến sử dụng kỹ thuật OFDM-RoF Hình 3.36: Thiết lập giá trị tham số tương ứng với Sweep Iteration Thứ tự lần quét Sweep Iteration thực với số lượng sóng mang con, số lượng điểm IFFT (FFT) Position Array tăng dần 3.6.2 Kết mô Sử dụng khối Constellation Visuallizer phía thu để hiển thị chòm tín hiệu thu được, tương ứng với Sweep Iteration Hình 3.37: Chòm tín hiệu thu với Nsub= 64, NFFT=128 Nhóm Trang 71 Hình 3.38: Chòm tín hiệu thu với Nsub=128, NFFT=256 Chương 3: Đánh giá hiệu hệ thống vô tuyến sử dụng kỹ thuật OFDM-RoF Hình 3.39: Chòm tín hiệu thu với Nsub=256, NFFT=512 Hình 3.40: Chòm tín hiệu thu với Nsub=1500, NFFT=3000 Hình 3.41: Chòm tín hiệu thu với Nsub=512, NFFT=1024 Hình 3.42: Chòm tín hiệu thu với Nsub=2000, NFFT=4000 3.7 Kết luận Nội dung chương tiến hành thực mô hai hệ thống truyền dẫn là: hệ thống truyền dẫn RoF thông thường hệ thống truyền dẫn RoF ứng dụng OFDM Ta thấy việc ứng dụng kỹ thuật OFDM vào hệ thống truyền dẫn RoF cải thiện Nhóm Trang 72 Chương 3: Đánh giá hiệu hệ thống vô tuyến sử dụng kỹ thuật OFDM-RoF đáng kể chất lượng tín hiệu thu Với hỗ trợ phần mềm Optisystem, kết mô việc tăng số lượng sóng mang làm tăng chất lượng tín hiệu thu Tuy nhiên số lượng sóng mang tăng đến mức độ giới hạn để đảm bảo công suất cho trình giải điều chế OFDM Nhóm Trang 73 Chương 3: Đánh giá hiệu hệ thống vô tuyến sử dụng kỹ thuật OFDM-RoF KẾT LUẬN Trong khuôn khổ chuyên đề, nội dung trình bày bao gồm: lý thuyết truyền dẫn RoF, công nghệ OFDM quang cụ thể đanh giá hiệu ứng dụng công nghệ OFDM vào hệ thống truyền dẫn RoF Chương lý thuyết công nghệ OFDM quang Nguyên lý, sở toán học kỹ thuật OFDM trình bày rõ ràng Bên cạnh đó, sơ đồ hệ thống truyền dẫn OFDM phân tích kỹ Cuối chương trình bày cách tổng quan phương thức áp dụng kỹ thuật OFDM vào truyền dẫn quang, làm tiền đề cho việc áp dụng OFDM vào hệ thống RoF, trình bày chương Chương Chương nghiên cứu kĩ thuật nhằm phân phối tín hiệu RF qua liên kết sợi quang Các kĩ thuật RoF khác nhằm truyền tải tín hiệu RF qua sợi quang phân loại mặt tần số mà tín hiệu truyền tải nguyên lý điều chế/tách sóng quang Về mặt tần số, kĩ thuật RoF chia trành RF-over-fiber, IF-over-fiber Baseband-over-fiber Về mặt điều chế/tách sóng, phân loại thành điều chế cường độ tách sóng trực tiếp IM-DD, tách heterodyne đầu xa RHD chuyển đổi nâng tần hài Vì thế, kĩ thuật RoF thuộc nhiều loại, kết hợp nhiều mặt khác nhiều kĩ thuật Chương chương trọng tâm chuyên đề Đã trình bày hệ thống OFDM-RoF, mô hình kết hợp OFDM với RoF đồng thời đưa ứng dụng hệ thống Đưa kết mô để thực đánh giá hiệu hệ thống OFDM-RoF Chương 3: Đánh giá hiệu hệ thống vô tuyến sử dụng kỹ thuật OFDM-RoF TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Vũ Văn San, “Hệ Thống Thông Tin Quang tập 1”, Nhà xuất Bưu điện, Hà Nội, 2008 [2] TS Đặng Thế Ngọc, ThS Phạm Thị Thúy Hiền, “Công Nghệ Truyền Sóng Vô Tuyến Qua Sợi Quang - RoF”, www.tapchibcvt.gov.vn , 2012 [3] ThS Nguyễn Viết Đảm, “Bài giảng: Thiết kế mô tín hiệu OFDM Matlab thông tin vô tuyến”, HVCNBCVT, 2008 [4] Phạm Phúc Thịnh, “Ứng dụng kỹ thuật OFDM truyền dẫn vô tuyến sợi quang”, Đồ án tốt nghiệp đại học [...]... nm Hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang: Các hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang có ảnh hưởng sâu sắc tới hiệu quả của các hệ thống truyền thông quang WDM Các hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang gây ra suy hao, méo và nhiễu xuyên kênh Trong hệ thống WDM, các hiệu ứng này sẽ hạn chế khoảng cách giữa các kênh bước sóng liền kề, giới hạn công suất tối đa của một kênh và giới hạn tốc độ bit lớn nhất Các hiệu. .. cực trong các hệ thống sợi quang) và chiều dài ký hiệu OFDM, tương đương 0,04 đối với hệ thống truyền thông di động phổ biến (Universal Mobile Telecommunications System) hoặc môi trường mạng LAN không dây hoặc 5 x 10 -5 đối với các hệ thống sợi quang (sử dụng chiều dài ký hiệu 50ns và tốc độ quay phân cực 1 kHz) Sau đó, kênh quang có thể được xem xét bán tĩnh điện Việc ước tính kênh hiệu quả có thể... sẽ được sử dụng để khôi phục kí tự thông tin trong miền tần số 1.2.4 Phổ hiệu dụng của OFDM quang Trong hệ thống DDO-OFDM, phổ quang thường không phải là bản sao tuyến tính của phổ RF, do đó hiệu quả phổ quang phụ thuộc vào sự thực thi chi tiết Chúng ta chuyển hướng tập trung vào hiệu quả phổ quang của hệ thống CO-OFDM Trong hệ thống CO-OFDM, sóng mang con Nsc được truyền trong mỗi thời gian kí tự OFDM... vụ của chúng bay giờ chỉ còn là phát các tín hiệu vô tuyến nhận được từ CS và chuyển các tín hiệu nhận được từ MH (Mobile Host) về CS So với các mạng cellular khác thì các BS có chức năng đơn giản hơn nhiều vì ngoài chức năng thu phát Nhóm 6 Trang 21 OFDM-RoF RoF Chương 2: Hệ thống truyền dẫn sóng thông thường thì các BTS này có thêm chức năng xử lí tín hiệu (giải điều chế rồi truyền về các BSC bằng... thì chúng ta sẽ tính được hệ số phổ hiệu dụng η là 1.8 Bd/Hz Phổ hiệu dụng là 3.6 bit/s/Hz nếu sử dụng điều chế QPSK đối vỡi mỗi sóng mang Phổ hiệu dụng có thể được tăng lên bằng việc sử dụng điều chế QAM Để triển khai thực tế hệ thống CO-OFDM, phổ hiệu dụng sẽ phải giảm do cần một khoảng bảo vệ giữa các kênh WDM 1.2.5 Dung lượng hệ thống OFDM quang Xét cho trường hợp đơn giản với giả thiết là cấu... các hệ thống CO-OFDM, khi gặp phải việc đánh đổi giữa tổn thất quang với tổn thất RF, ta sẽ chọn cái đầu tiên vì nó có tính tuyến tính cao hơn Ví dụ, trong việc thiết kế bộ phát COOFDM, ta sẽ chọn việc tối thiểu hóa các ổ điện áp thành các modulator IQ quang và khuếch đại quang tín hiệu để bù đắp tổn thất vượt quá của Modul IQ quang • Khả năng chịu lỗi khi truyền dẫn out-of-band: Trong các hệ thống. .. tỷ lệ mã, (2) mức điều chế, (3) độ rộng băng thông và 4 là α Trong một hệ thống OFDM ta có thể thay đổi các thông số này để đạt được tốc độ bít tốt nhất nhưng vẫn đảm bảo QoS cho hoàn cảnh cụ thể của kênh tại thời điểm xét 1.3 Sơ độ hệ thống truyền dẫn OFDM quang Hình 1.7 là mô hình của một hệ thống OFDM, bao gồm năm khối chức năng cơ bản: Khối phát RF OFDM, chuyển đổi từ RF sang quang (RTO), đường... tăng công suất tín hiệu trong một dải bước sóng, nhưng hệ số khuếch đại đối với các bước sóng này là khác nhau Ngoài ra, các bộ khuếch đại không những khuếch đại công suất tín hiệu mà còn khuếch đại cả công suất nhiễu Bản thân bộ khuếch đại cũng gây thêm nhiễu do hiện tượng phát xạ tự phát xảy ra tại vùng tích cực Chính các đặc tính này sẽ giới hạn hiệu quả của hệ thống Do vậy, tín hiệu quang nhiều bước... RF Có một sự sai lầm là do OFDM RF đã được nghiên cứu từ khá lâu, khoảng 20 năm, và hệ thống OFDM quang sẽ là một nỗ lực giúp chuyển đổi từ miền vô tuyến không dây sang miền quang Việc sử dụng các hệ thống truyền thông quan SMF và các hệ thống không dây là các ví dụ, chúng tôi đưa ra các khác biệt sau có các ý nghĩa hệ quả đối với thiết kế OFDM như sau: • Mô hình kênh: Bảng 1.1 tóm tắt các điểm khác... trung nhấn mạnh ở đây là các hiệu ứng phi tuyến là các thông số giới hạn chủ yếu số lượng các kênh trong các hệ thống WDM 3.1.1 Các kĩ thuật truyền tải tín hiệu vô tuyến qua sợi quang Có rất nhiều kĩ thuật quang nhằm tạo và truyền tải tín hiệu vô tuyến qua sợi quang Xem xét dưới khía cạnh tần số của tín hiệu RF đưa vào tuyến RoF tại đầu cuối trong việc so sánh với tín hiệu được tạo ra tại RAU, kĩ thuật