Nghiên cứu công nghệ OFDM quang trong ROF và ứng dụng

Nghiên cứu công nghệ OFDM quang trong ROF và ứng dụngNghiên cứu công nghệ OFDM quang trong ROF và ứng dụngNghiên cứu công nghệ OFDM quang trong ROF và ứng dụngNghiên cứu công nghệ OFDM quang trong ROF và ứng dụngNghiên cứu công nghệ OFDM quang trong ROF và ứng dụngNghiên cứu công nghệ OFDM quang trong ROF và ứng dụngNghiên cứu công nghệ OFDM quang trong ROF và ứng dụng

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG THÂN VĂN TỊNH NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ OFDM QUANG TRONG ROF VÀ ỨNG DỤNG CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG Mã số: 60.52.02.08 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI – 2016 Luận văn hoàn thành tại: HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: Tiến sĩ Hoàng Văn Võ Phản biện 1: Phản biện 2: Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông Vào lúc :… … ngày ……tháng …… năm ………… Có thể tìm hiểu luận văn -Thư viện Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông MỞ 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 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) đời xem kĩ thuật nên tảng cho mạng truy nhập không dây băng thông rộng 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 Đây lí để em lựa chọn đề tài Nghiên cứu công nghệ OFDM quang RoF ứng dụng Chương 1: Công nghệ OFDM quang: Tìm hiểu kỹ thuật OFDM, thành phần hệ thống vô tuyến ứng dụng kỹ thuật OFDM Chương 2: Hệ thống truyền dẫn RoF: Chương trình bày mô hình hệ thống RoF, kĩ thuật nhằm phân phối tín hiệu RF qua liên kết sợi quang Chương 3: Công nghệ OFDM quang RoF ứng dụng: Chương tìm hiểu kĩ thuật ghép kênh RoF, mô hình hệ thống OFDFM RoF đưa ứng dụng hệ thống OFDM RoF dùng cho mạng thông tin di động 4G LTE/LTE Ad CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ OFDM QUANG 1.1 Tính trực giao kỹ thuật OFDM OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing: ghép kênh phân chia theo tần số trực giao) phương pháp điều chế đa sóng mang (MCM) Đây kỹ thuật điều chế đa sóng mang tiên tiến, nguyên lý chia nhỏ luồng liệu tốc độ cao trước phát thành nhiều luồng liệu tốc độ thấp phát luồng liệu số sóng mang khác Các sóng mang trực giao với có nghĩa có số nguyên lần lặp chu kỳ kí tự Điều thực cách chọn độ giãn tần số cách hợp lý Khi phổ sóng mang “không” tần số trung tâm tần số sóng khác hệ thống Kết nhiễu sóng mang phụ Hình 1.1 Phổ sóng mang trực giao 1.2 Mô hình hệ thống OFDM quang OFDM quang hệ thống truyền tải tín hiệu vô tuyến quang dựa nguyên lý: Tín hiệu liệu tốc độ cao cần truyền tải biến đổi từ nối tiếp sang song song sau đưa vào ghép kênh theo tần số trực giao Sau tín hiệu đưa vào điều chế quang để chuyển từ tín hiệu vô tuyến ghép kênh theo tần số trực giao sang tín hiệu quang truyền tải qua sợi quang đến đầu thu Ở phía thu thực trình ngược lại chuyển từ tín hiệu quang sang tín hiệu vô tuyến ghép kênh theo tần số trực giao Sau thực giải điều chế ghép kênh theo tần số trực giao biến đổi tín hiệu song song thành tín hiệu nối tiếp để có tín hiệu liệu ban đầu 3 Hình 1.2 Kiến trúc hệ thống OFDM quang Từ hình 1.2 cho thấy liệu đầu vào đưa vào RF OFDM phía phát sau chuyển tới RF sang quang (RTO) qua đường truyền quang Trên đường truyền quang tín hiệu khuyếch đại quang, đưa tới chuyển quang sang RF (OTR) đưa tới RF OFDM phía thu Ta thu liệu đầu 1.3 Các khối chức Hệ thống OFDM quang gồm khối chức sau là: - Khối phát RF OFDM - Khối chuyển đổi từ RF sang quang (RTO) - Đường truyền quang khuyếch đại quang - Khối chuyển đổi quang sang RF (OTR) - Khối thu RF OFDM 1.3.1 Khối phát RF OFDM Khối phát RF OFDM bao gồm chuyển đổi nối tiếp-song song (S/P), ánh xạ kí tự sóng mang con, điều chế IDFT, chèn khoảng bảo vệ GI biến đổi D/A a) Bộ chuyển đổi nối tiếp-song song (S/P-P/S) Tín hiệu đầu vào đưa vào chuyển đổi nối tiếp sang song song S/P Bộ chuyển đổi S/P có tác dụng chia luồng liệu tốc độ cao thành frame nhỏ có chiều dài : k × b bit , k ≤ N b) Bộ xếp kí tự Từng kí hiệu b bit đưa vào xếp kí tự lên sóng mang Mà ánh xạ (mapper) mục đích nâng cao dung lượng kênh truyền Một kí hiệu b bit tương ứng M  2b trạng thái hay vị trí giản đồ chòm (constellation) c) Bộ biến đổi IFFT/FFT Trong kỹ thuật OFDM việc liệu truyền song song nhờ nhiều sóng mang phụ Để làm điều này, kênh phụ, ta cần máy phát sóng sine, điều chế giải điều chế để tạo nên nhiều sóng mang phụ d) Bộ chèn loại bỏ khoảng bảo vệ GI Trong hệ thống OFDM có hai nguồn nhiễu giao thoa thường thấy nhiễu giao thoa liên kí tự ISI nhiễu giao thoa liên sóng mang ICI Tín hiệu chèn khoảng bảo vệ rỗng G đủ lớn so với trải trễ hiệu dụng  RMS kênh truyền nhiễu ISI loại bỏ e) Bộ biến đổi D/A A/D Chuỗi kí hiệu sau chèn khoảng bảo vệ G đưa vào biến đổi từ số sang tương tự D/A lọc thông thấp LPF để tạo tín hiệu liên lục s(t) để đưa vào kênh truyền Ở phía thu trình ngược lại, A/D lấy mẫu tín hiệu OFDM thu r(t) cho tín hiệu số rời rạc rn * Đối với kênh truyền vô tuyến, sau qua biến đổi D/A lọc thông thấp, tín hiệu s(t) nâng lên tần số cao nhờ Up-Converter tạo thành tín hiệu sRF (t ) thích hợp với điều chế Ở phía thu, tín hiệu rRF (t ) thu từ anten phát chuyển đổi hạ tầng lại thành tín hiệu tần số băng gốc r(t) nhờ Down-Converter 1.3.2 Nhược điểm OFDM Các tín hiệu OFDM có tỷ lệ công suất đỉnh tới trung bình thường cao tín hiệu đơn sóng mang Hệ thống OFDM nhạy cảm với lỗi dịch tần số cần sai lệch nhỏ làm tính trực giao sóng mang 1.3.2 Khối chuyển RF sang quang Sau thu tín hiệu băng gốc phần thực phần ảo tín hiệu đưa vào hai điều chế quang để chuyển thành tín hiệu quang Trong kỹ thuật OFDM quang có giải pháp điều chế, là: điều chế quang trực tiếp điều chế quang gián tiếp a) Điều chế quang trực tiếp Tín hiệu điện đưa trực tiếp vào để phân cực cho Lazer Tuy nhiên phương pháp phù hợp để sử dụng với hệ thống thông tin quang có tốc độ vừa phải (dưới 10Gb/s) Còn hệ thống tốc độ cao (trên 10Gb/s) dạng điều chế gây nên tượng dịch tần số Hình 1.12 Sơ đồ điều chế quang trực tiếp b) Điều chế gián tiếp Để khắc phục nhược điểm dạng điều chế trực tiếp người ta dùng điều chế thay dùng điều chế trực tiếp hệ thống thông tin tốc độ cao Hình 1.13 Sơ đồ điều chế gián tiếp 1.3.3 Kênh truyền quang khuếch đại quang a) Kênh truyền quang Tín hiệu sau chuyển thành tín hiệu hiệu quang đưa lên kênh truyền quang Kênh truyền có tác dụng truyền tín hiệu quang từ đầu phát tới đầu thu Hầu hết hệ thống quang mặt đất sử dụng sợi cáp quang làm kênh truyền quang b) Bộ khuếch đại quang Đối với hầu hết tuyến thông tin quang, cự ly truyền dẫn dài tới mức mà suy hao vượt công suất dự phòng, mức phân bổ suy hao không đủ để thỏa mãn yêu cầu phía thu, cần phải sử dụng khuếch đại quang hay trạm lặp 1.3.4 Khối chuyển quang sang RF Ở phía thu, tín hiệu OFDM quang chuyển đổi thành tín hiệu OFDM RF trình ngược lại so với phía phát 1.3.5 Khối thu RF OFDM Ở phía thu, tín hiệu OFDM hạ tần lấy mẫu với ADC, sau tín hiệu đưa qua ba mức đồng bộ: đồng sổ DFT, đồng tần số khôi phục sóng mang trước định kí tự liệu 1.4 Ưu nhược điểm kỹ thuật OFDM 1.4.1 Ưu điểm OFDM Kỹ thuật OFDM có nhiều lợi ích mà kỹ thuật ghép kênh khác Nó cho phép thông tin tốc độ cao cách chia kênh truyền fading chọn lọc tần số thành kênh truyền fading phẳng Nhờ việc sử dụng tập tần số sóng mang trực giao nên sóng mang nên tượng nhiễu liên sóng mang ICI loại bỏ, sóng mang phụ trực giao nên sóng mang chồng lấn lên mà phía thu tách dẫn đến hiệu sử dụng băng thông hệ thống hiệu Khi sử dụng khoảng bảo vệ có tính chất cyclic prefix lớn trải trễ lớn kênh truyền đa đường tượng nhiễu xuyên ký tự ISI loại bỏ hoàn toàn 1.4.2 Nhược điểm OFDM Nhược điểm kỹ thuật OFDM tỷ số công suất đỉnh công suất trung bình PAPR ( Peak – to – Average Power Ratio) lớn [13] Tín hiệu OFDM tổng hợp tín hiệu từ sóng mang phụ, nên sóng mang phụ đồng pha, tín hiệu OFDM xuất đỉnh lớn khiến cho PAPR lớn 1.5 Kết luận chương công nghệ OFDM - kỹ thuật điều chế đa sóng mang tiên tiến, nguyên lý chia nhỏ luồng liệu tốc độ cao trước phát thành nhiều luồng liệu tốc độ thấp phát luồng liệu sóng mang trực giao với nhau.Tính trực giao cho phép nhiều tín hiệu thông tin truyền thu tốt kênh truyền chung xuyên nhiễu tín hiệu 7 CHƯƠNG : HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN RoF 2.1 Tổng quan hệ thống truyền dẫn RoF 2.1.1 Giới thiệu chung Hiện xu hướng cho dự phòng tương lai băng rộng, dịch vụ tương tác đa phương tiện qua phương tiện không dây di động mạng tế bào cố định là: Để giảm kích thước cell đáp ứng nhiều người sử dụng để hoạt động băng tần micro/millimeter để tránh xung đột phổ dải tần thấp Sợi quang hấp dẫn cho hệ thống RoF độ rộng băng tần lớn, mát thấp, tránh EMI, trọng lượng nhẹ, tiết diện ngang nhỏ, giá thành thấp, tính linh động cao RoF tích hợp hệ thống vô tuyến quang cho dung lượng lớn, tốc độ liệu cao giải pháp di động Trong hệ thống RoF, chức routing, xử lý quản lý nguồn tài nguyên thực trung tâm CS (Control Station) thay BS Ở BS, có chuyển đổi đơn giản quang/ điện thực Điều cho thấy giải pháp hiệu chi phí đưa RoF CS chia sẻ nhiều BSS đơn giản 2.1.2 Kiến trúc hệ thống RoF Truyền sóng vô tuyến sợi quang, Radio over Fiber hay gọi tắt RoF phương pháp truyền tín hiệu vô tuyến điều chế sợi quang Hay nói cách khác RoF sử dụng tuyến quang có độ tuyến tính cao để truyền dẫn tín hiệu RF (analog) đến trạm thu phát Công nghệ truyền sóng vô tuyến qua sợi quang sử dụng đường truyền sợi quang để phân phối tín hiệu số vô tuyến (RF) từ vị trí trạm trung tâm đến khối anten đầu xa (RAUs) RAU Thiết bị đầu cuối vô tuyến/ Thiết bị di động Mạng phân phối sợi quang Trạm trung tâm RAU Khối antenna đầu xa Hình 2.1: Nguyên lý hệ thống Radio over Fiber 2.2 Các ưu, nhược điểm công nghệ RoF 2.2.1 Các ưu điểm công nghệ RoF a)Suy hao thấp b) Băng thông lớn c) Miễn nhiệm với tần số vô tuyến d) Lắp đặt bảo trì đơn giản e) Giảm công suất tiêu thụ f) Phân bổ tài nguyên linh hoạt 2.2.2 Các hạn chế công nghệ RoF Bởi RoF bao gồm điều chế tương tự tách sóng ánh sáng, nên hệ thống truyền dẫn tương tự Vì thế, tín hiệu bị ảnh hưởng nhiễu méo, ảnh hưởng quan trọng hệ thống truyền dẫn tương tự hệ thống RoF 2.3 Các kỹ thuật truyền tải tín hiệu vô tuyến qua sợi quang 2.3.1 Công nghệ RoF sử dụng kỹ thuật IM-DD Phương pháp đơn giản để phân phối tín hiệu RF điều chế trực tiếp cường độ nguồn sáng với tín hiệu RF sử dụng tách sóng trực tiếp tách sóng quang để khôi phục lại tín hiệu RF 2.3.2 Công nghệ RoF sử dụng kỹ thuật tách Heterodyne đầu xa RHD Hầu hết kỹ thuật RoF dựa vào nguyên lý trộn coherent diode phát quang để tạo tín hiệu RF Các kỹ thuật gọi chung kỹ thuật tách sóng Heterdyne đầu xa (RHD) 2.4.Ứng dụng hệ thống RoF 2.4.1 Mạng tế bào Lưu lượng di động (GSM hay UMTS) truyền dẫn cách hiệu CS BS cách tận dụng lợi ích sợi quang 2.4.2 Thông tin vệ tinh Thông tin vệ tinh ứng dụng thực tiễn kỹ thuật RoF, liên quan đến đầu xa antenna trạm mặt đất 2.4.3 Hệ thống phân phối video Một phạm vi ứng dụng có triển vọng hệ thống RoF phân phối video Ví dụ dịch vụ phân phối video đa điểm (MVDS) MVDS hệ thống truyền dẫn mặt đất tế bào sử dụng cho phát quảng bá video (TV) 2.4.4 Các dịch vụ băng rộng di động Mở rộng dịch vụ có sẵn mạng số tích hợp dịch vụ băng rộng (B-ISDN) cố định tới tất người sử dụng di động Các dịch vụ tương lai phát triển mạng B-ISDN phải hỗ trợ hệ thống MBS 2.4.5 Mạng cục không dây (WLAN) Khi thiết bị di động máy tính ngày trở nên mạnh mẽ, nhu cầu truy nhập băng rộng di động tới mạng WLAN tăng lên Điều dẫn đến tần số sóng mang phải cao để đáp ứng nhu cầu dung lượng 2.4.6 Mạng cho phương tiện giao thông Đây lĩnh vực có tiềm ứng dụng kĩ thuật RoF Cách làm giúp cho giảm thiểu mặt chi phí đơn giản quản lý 2.5 Kết luận 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 Công nghệ RoF mang lại nhiều ưu điểm so với việc truyền tải tín hiệu điện : suy hao thấp, băng thông lớn, miễn nhiệm với nhiễu tần số vô tuyến, lắp đặt bảo trì đơn giản, giảm công suất tiêu thụ, phân bổ tài nguyên linh hoạt.Với ưu điểm hệ thống RoF ứng dụng trong: Mạng tế bào, Thông tin vệ tinh, Các dịch vụ băng rộng di động, Mạng cục không dây (WLAN), Mạng cho phương tiện giao thông 10 CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ OFDM QUANG TRONG RoF VÀ ỨNG DỤNG 3.1 Giới thiệu Vùng phủ không dây miền đầu cuối người sử dụng, nhà trời, ví dụ, tòa nhà văn phòng, trường đại học, bệnh viện, sân bay,… trở thành phần thiết yếu mạng truyền thông băng rộng Công nghệ RoF công nghệ phù hợp để thực thi sở hạ tầng mạng không dây cung cấp cấu trúc giá thành thấp, bới tín hiệu điều chế quang truyền tới trạm gốc thông qua sợi quang mà mát đáng kể tới đầu cuối điện thoại thông qua truyền RF cho phép tính di động lớn OFDM dạng đặc biệt truyền dẫn đa sóng mang phù hợp với kênh chọn lọc tần số liệu truyền dẫn tốc độ cao Kỹ thuật biến đổi kênh băng rộng chọn lọc tần số vào nhóm kênh băng hẹp không chọn lọc, điều làm chống phần lớn trễ lan truyền cách bảo đảm trực giao miền tần số Sự phối hợp OFDM hệ thống vô tuyến sợi quang (RoF) có sức hút đáng kể hệ thống truyền thông không dây băng rộng Gbits tương lai Tỷ số đỉnh công suất trung bình (PAPR) méo không tuyến tính máy phát quang vấn đề nêu lên hệ thống OFDM RoF 3.2 Kĩ thuật ghép kênh RoF 3.2.1 Ghép kênh sóng mang SCM hệ thống RoF Ghép kênh sóng mang phương pháp cốt yếu, đơn giản hiệu kinh tế việc sử dụng băng thông sợi quang hệ thống thông tin quang tương tự nói chung hệ thống RoF nói riêng Trong SCM, tín hiệu RF (sóng mang con) sử dụng để điều chế sóng mang quang phía phát Tại phía thu, sóng mang khôi phục thông qua tách sóng trực tiếp sau phát xạ 11 fSC1 Kênh (VD : Tín hiệu số) Mod Kênh (VD : Tín hiệu tương tự - video) Mod Sợi quang fSC1 fSC2 Bộ KĐ fSC2 f0 - fSC2 f0 f0 + fSC2 f0 - fSC1 f0 + fSC1 fSC1 fSC2 Hình 3.1: Ghép kênh sóng mang tín hiệu số tín hiệu tương tự a) Ưu điểm ghép kênh sóng mang (SCM) Hỗ trợ nhiều luồng liệu, Mỗi sóng mang truyền tải tín hiệu có cách điều chế độc lập Vì thế, sử dụng nhiều ứng dụng CATV, WLAN số ứng dụng sóng mm Kĩ thuật điều chế sử dụng liệu tải sóng mang độc lập với sóng mang sử dụng b) Các nhược điểm ghép kênh sóng mang (SCM) SCM kĩ thuật thông tin tương tự, nhạy cảm đổi với tác động nhiễu méo hiệu ứng phi tuyến 3.2.2 Ghép kênh phân chia theo bước sóng hệ thống RoF Ứng dụng WDM vào mạng RoF mang lại nhiều ưu điểm đơn giản hóa mô hình mạng cách ấn định bước sóng khác cho trạm gốc riêng biệt, cho phép nâng cấp mạng ứng dụng dễ dàng cung cấp phương tiện quản lý mạng đơn giản LO Data LD LD l2 MUX EDFA LD l1 ln l1 DEMUX l2 ln Hình 3.2: Sự kết hợp DWDM RoF 12 3.3 OFDM quang hệ thống RoF 3.3.1 Tổng quan OFDM quang hệ thống RoF 3.3.2 Mô hình OFDM kết hợp RoF Mô hình mô tả sử dụng OFDM hệ thống RoF hình 3.5 Các khối sơ đồ khối quan trọng mô hình khối máy phát, đường truyền quang, kênh máy thu Hình 3.5: Mô hình OFDM kết hợp với RoF 3.4 Ứng dụng hệ thống OFDM RoF dùng cho mạng thông tin di động 4G LTE/LTE Advanced 3.4.1 Giới thiệu công nghệ 4G LTE/LTE Advanced Hệ thống thông tin di động 4G công nghệ truyền thông thông tin di động hệ thứ tư, cho phép truyền tải liệu với tốc độ lên tới - 1,5 Gbit/s 4G cách mạng mà tiến hóa, cải thiện đáng kể trải nghiệm Internet 3G Cải thiện tốc độ yếu tố gây ấn tượng dễ nhận thấy 4G có công suất cao hơn, nghĩa hỗ trợ lượng lớn người dùng thời điểm 4G hỗ trợ truyền liệu tốc độ cao hơn, ứng dụng đa truyền thông thoại có hình hay đoạn video chạy mượt 4G có hiệu suất sử dụng phổ tần cao 3G, cho phép dung lượng liệu truyền lớn Đó nhờ 4G sử dụng chương trình mã hóa thông minh Hệ thống thông tin di động 4G đưa vào khai thác sử dụng số quốc gia phát triển giới từ năm 2012 Với đột phá dung lượng, hệ thống di động 4G cung cấp dịch vụ phục vụ sâu vào đời sống sinh hoạt thường nhật, công việc có tác động lớn đến lối sống tương lai gần 13 Hệ thống thông tin di động 4G bao gồm công nghệ chính, LTE Và LTEAdvanced Bảng 3.1 so sánh LTE với LTE – Advanced 3.4.2 Ứng dụng hệ thống OFDM RoF dùng cho mạng thông tin di động 4G LTE/LTE Advanced Phát huy ưu việt OFDM RoF, nên hệ thống OFDM- RoF sử dụng nhiều hệ thống truyền thông tốc độ cao/băng thông rộng, như: hệ thống thông tin WiMax, mạng truy nhập vô tuyến băng rộng (BWAN), mạng thông tin di động tốc độ cao 4G, Trong khuôn khổ yêu cầu luận án, học viên xin phép trình bầy ứng dụng hệ thống OFDM quang RoF dùng cho mạng thông tin di động 4G LTE/LTE Advanced cho trường hợp: - Ứng dụng hệ thống OFDM RoF dùng cho mạng thông tin di động 4G LTE/LTE Advanced trung tâm thành phố Việt Nam - Ứng dụng hệ thống OFDM RoF dùng cho mạng thông tin di động 4G LTE/LTE Advanced cho vùng ngoại ô, nông thôn Việt Nam - Ứng dụng hệ thống OFDM RoF dùng cho mạng thông tin di động 4G LTE/LTE Advanced cho tòa nhà cao tầng Việt Nam a.Ứng dụng hệ thống OFDM RoF dùng cho mạng thông tin di động 4G LTE/LTE Advanced trung tâm thành phố Việt Nam  Sở ứng dụng Một đặc điểm quan mạng thông tin di động 4G LTE/LTE Advanced tốc độ hoạt động hệ thống cao băng tần rộng (như bảng 3.1) Khi tốc 14 độ hoạt động hệ thống cao băng tần rộng bán kính cell trở nên nhỏ Điều mô tả hình sau: Hình 3.7 Các vệt phủ cell cho dịch vụ với tốc độ hoạt động khác  Mô hình kiến trúc mạng Mô hình kiến trúc mạng triển khai công nghệ OFDM quang RoF vào hệ thống truyền tải mạng di động LTE/LTE-Ad trung tâm thành phố hình sau: BS1 TRX TRX CC BS2 TRX N BSi CS EPC-LTE/LTE-Ad BS N ERAN-LTE/LTE-Ad Hình 3.8 Mô hình triển khai công nghệ OFDM quang RoF vào hệ thống truyền tải mạng di động LTE/LTE-Ad trung tâm thành phố  Các khối chức năng: EPC-LTE/LTE-Ad: mạng lõi gói phát triển LTE/LTE-Ad ERAN-LTE/LTE-Ad: mạng truy nhập vô tuyến phát triển LTE/LTE-Ad CS: Khối xử lý trung tâm CC: Khối điều khiển trung tâm 15 TRXi với i=1N: khối thu phát OFDM quang BSi với i=1N: Trạm gốc OFDM quang cell thứ i  Nguyên lý hoạt động hệ thống OFDM-RoF: Các liệu sử dụng cho người tạo mạng lõi LTE/LTE-Ad đưa vào thu phát TRX (ví dụ người thứ i đưa vào thu phát TRXi) Tại TRXi, liệu chuyển đổi từ nối tiếp sang song song thông qua biến đổi nối tiếp sang song song S/P đưa đến phát OFDM Sợi quang sử dụng để truyền tín hiệu sợi đơn mode (SMFs), sợi đa mode (MMFs) hay sợi nhựa Plastic (POFs)., Khi đến đầu thu, tín hiệu chuyển vào miền điện thu quang BS Từ BS, tín hiệu truyền qua kênh vô tuyến đến đầu cuối người sử dụng Sử dụng OFDM-RoF biện pháp không làm giảm cho phí đầu tư eNode B, mà giải pháp tối ưu giúp nâng tốc độ mạng 4G Tại trung tâm thành phố thực triển khai hệ thống RoF điểm chuyển tiếp từ eNode B lên mạng lõi Các kết nối từ eNode B tới đầu cuối vô tuyến b Ứng dụng hệ thống OFDM RoF dùng cho mạng thông tin di động 4G LTE/LTE Advanced cho khu vực ngoại thành, nông thôn Việt Nam  Sở ứng dụng Thông thường, khu vực ngoại thành, nông thôn mật độ thuê bao, nhu cầu sử dụng dịch vụ chất lượng cao thấp nhiều so với khu vực thành phố, diện tích yêu cầu phủ sóng lại rộng nhiều Do đó, để bảo đảm tính kinh tế - kỹ thuật đáp ứng diện tích yêu cầu phủ sóng rộng cho khu vực ngoại thành, nông thôn người ta thường kết hợp công nghệ WDM với OFDM-RoF cho mạng thông tin di động 4G LTE/LTE Advanced cho khu vực ngoại thành, nông thôn  Mô hình kiến trúc mạng Mô hình kiến trúc mạng triển khai công nghệ OFDM quang RoF kết hợp với công nghệ WDM vào hệ thống truyền tải mạng di động LTE/LTE-Ad hình sau: 16 Star Coupler BS Star Coupler BS N TRX CC TRXK CS EPC-LTE/LTE-Ad Sợi quang ERAN-LTE/LTE-Ad Hình 3.10 Mô hình triển khai công nghệ OFDM quang RoF kết hợp WDM vào hệ thống truyền tải mạng di động LTE/LTE-Ad cho vùng ngoại ô nông thôn  Các khối chức EPC-LTE/LTE-Ad: mạng lõi gói phát triển LTE/LTE-Ad ERAN-LTE/LTE-Ad: mạng truy nhập vô tuyến phát triển LTE/LTE-Ad CS: Khối xử lý trung tâm CC: Khối điều khiển trung tâm TRXi với i=1K: khối thu phát OFDM quang BSi với i=1N: Trạm gốc OFDM quang cell thứ i  Nguyên lý hoạt động hệ thống WDM-OFDM-RoF: Nguyên lý hoạt động hệ thống OFDM quang RoF kết hợp WDM vào hệ thống truyền tải mạng di động LTE/LTE-Ad cho vùng ngoại ô nông thôn, bên cạnh chức thu phát OFDM TRX đa hệ thống OFDM quang RoF vào hệ thống truyền tải mạng di động LTE/LTE-Ad trung tâm thành phố, mà hệ thống thực chức công nghệ WDM c Ứng dụng hệ thống OFDM RoF dùng cho mạng thông tin di động 4G LTE/LTE Advanced cho tòa nhà cao tầng  Sở ứng dụng Tại tòa nhà cao tầng mật độ thuê bao yêu cầu dịch vụ cao Bên cạnh ảnh hưởng cản nhiễu lớn, vùng phủ lại tương đối hẹp Đặc biệt tòa nhà cao 17 tầng có số tầng lớn khả phủ sóng tầng phía yếu Vì đề xuất mạng 4G sử dụng OFDM ROF biện pháp thích hợp  Mô hình kiến trúc mạng BS N Tầng K TRX N CC TRX BS Tầng TRX1 BS CS Sợi quang EPC-LTE/LTE-Ad ERAN-LTE/LTE-Ad Hình 3.11 Mô hình triển khai công nghệ OFDM quang RoF vào hệ thống truyền tải mạng di động LTE/LTE-Ad cho tòa nhà cao tầng  Các khối chức Khối nét đứt tầng nhà EPC-LTE/LTE-Ad: mạng lõi gói phát triển LTE/LTE-Ad ERAN-LTE/LTE-Ad: mạng truy nhập vô tuyến phát triển LTE/LTE-Ad CS: Khối xử lý trung tâm CC: Khối điều khiển trung tâm TRXi với i=1N: khối thu phát OFDM quang BSi với i=1N: Trạm gốc OFDM quang cell thứ i  Nguyên lý hoạt động hệ thống OFDM-RoF: Nguyên lý hoạt động hệ thống OFDM quang RoF vào hệ thống truyền tải mạng di động LTE/LTE-Ad cho tòa nhà cao tầng tương tự như: Nguyên lý hoạt động hệ thống OFDM quang RoF vào hệ thống truyền tải mạng di động LTE/LTE-Ad TRX: Các liệu sử dụng cho người tạo mạng lõi LTE/LTE-Ad đưa vào thu phát TRX (ví dụ người thứ i đưa vào thu phát TRXi) Sợi quang sử dụng để truyền tín hiệu sợi đơn mode (SMFs), sợi đa mode (MMFs) hay sợi nhựa Plastic (POFs) 18 Tại đầu thu, tín hiệu chuyển vào miền điện thu quang BS Từ BS, tín hiệu truyền qua kênh vô tuyến đến đầu cuối người sử dụng Trong hầu hết trường hợp, tín hiệu quang nhận phía thu yếu cần phải sử dụng mạch khuếch đại điện tử để đảm bảo tỷ số tín hiệu nhiễu (SNR) tối ưu hóa Tuy nhiên, đăc điểm tòa nhà cao tầng mà việc bố trí BS cho tầng hay tầng cho thích hợp để phủ sóng tất tầng tất phòng tầng thang máy tòa nhà 3.5 Kết luận chương Trong chương luận văn trình bày hai kĩ thuật ghép kênh hệ thống RoF đưa mô hình OFDM kết hợp với RoF Đồng thời luận văn giới thiệu công nghệ 4G LTE/LTE Advanced với ưu việt khả ứng dụng công nghệ 4G LTE/LTE Advanced Việt Nam Đồng thời chương luận văn trình bày ứng dụng hệ thống OFDM RoF dùng cho mạng thông tin di động 4G LTE/LTE Advanced trường hợp: - Ứng dụng hệ thống OFDM RoF dùng cho mạng thông tin di động 4G LTE/LTE Advanced trung tâm thành phố Việt Nam, - Ứng dụng hệ thống OFDM RoF dùng cho mạng thông tin di động 4G LTE/LTE Advanced cho vùng ngoại ô, nông thôn Việt Nam, - Ứng dụng hệ thống OFDM RoF dùng cho mạng thông tin di động 4G LTE/LTE Advanced cho tòa nhà cao tầng Việt Nam 19 KẾT LUẬN Kĩ thuật truyền sóng vô tuyến qua sợi quang (RoF) kĩ thuật nên tảng cho mạng truy nhập không dây băng thông rộng Mặt khác, Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) kỹ thuật ghép kênh cho phép sử dụng hiệu phổ tần số, giải vấn đề tán sắc kênh truyền sợi quang gây Kỹ thuật OFDM có nhiều lợi ích mà kỹ thuật ghép kênh khác Do việc kết hợp kỹ thuật OFDM quang RoF xem giải pháp mang lại hiệu cao cho truyền dẫn vô tuyến băng rộng Đây lí để em lựa chọn đề tài “Nghiên cứu công nghệ OFDM quang RoF ứng dụng”để nắm bắt công nghệ nghiên cứu áp dụng tương lai Để thực mục tiêu trên, đề tài luận văn thực nội dung sau: - Chương 1: Tổng quan kỹ thuật OFDM quang với nội dung sau, tìm hiểu kỹ thuật OFDM, thành phần hệ thống vô tuyến ứng dụng kỹ thuật OFDM Nêu lên ưu điểm nhược điểm kỹ thuật OFDM tìm hiểu mô hình hệ thống OFDM quang với khối chức mô hình Đồng thời tìm hiểu phương pháp điều chế tách sóng OFDM quang - Chương 2: Hệ thống truyền dẫn RoF với nội dung: Khái niệm hệ thống truyền dẫn RoF, mô hình truyền dẫn qua sợi quang, kĩ thuật truyền tải vô tuyến qua sợi quang, ưu điểm hạn chế RoF, ứng dụng hệ thống RoF - Chương 3: Công nghệ OFDM quang RoF ứng dụng với nội dung sau: Kĩ thuật ghép kênh hệ thống RoF, công nghệ OFDM quang RoF đưa ứng dụng hệ thống OFDM quang RoF dùng cho mạng thông tin di động 4G LTE/LTE Advanced Đánh giá chung, em hoàn thành nội dung đề tài theo đề cương duyệt Tuy nhiên, với lực thời gian hạn chế nên luận văn tốt nghiệp em tránh khỏi khiếm khuyết Em mong muốn nhận bảo, góp ý chân thành Thầy Cô giáo bạn để luận văn e hoàn thiện Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy TS Hoàng Văn Võ thầy cô khoa Kỹ thuật Viễn thông trường Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông, giúp đỡ, bảo tận tình cho em giúp em hoàn thành tốt luận văn này! Em xin chân thành cảm ơn! [...]... kết hợp DWDM trong RoF 12 3.3 OFDM quang trong hệ thống RoF 3.3.1 Tổng quan về OFDM quang trong hệ thống RoF 3.3.2 Mô hình OFDM kết hợp RoF Mô hình mô tả sử dụng OFDM trong hệ thống RoF được chỉ ra trong hình 3.5 Các khối sơ đồ khối quan trọng và cơ bản trong mô hình là khối máy phát, đường truyền quang, kênh và máy thu Hình 3.5: Mô hình OFDM kết hợp với RoF 3.4 Ứng dụng hệ thống OFDM trong RoF dùng cho... Nghiên cứu công nghệ OFDM quang trong RoF và ứng dụng để nắm bắt công nghệ và nghiên cứu áp dụng trong tương lai Để thực hiện mục tiêu trên, đề tài luận văn đã thực hiện các nội dung sau: - Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật OFDM quang với các nội dung chính sau, tìm hiểu về kỹ thuật OFDM, các thành phần trong hệ thống vô tuyến ứng dụng kỹ thuật OFDM Nêu lên được ưu điểm và nhược điểm của kỹ thuật OFDM. .. ghép kênh trong hệ thống RoF và đưa ra mô hình OFDM kết hợp với RoF Đồng thời luận văn cũng giới thiệu công nghệ 4G LTE/LTE Advanced với các ưu việt và khả năng ứng dụng công nghệ 4G LTE/LTE Advanced tại Việt Nam Đồng thời trong chương 3 luận văn đã trình bày ứng dụng hệ thống OFDM trong RoF dùng cho mạng thông tin di động 4G LTE/LTE Advanced trong 3 trường hợp: - Ứng dụng hệ thống OFDM trong RoF dùng... RoF - Chương 3: Công nghệ OFDM quang trong RoF và ứng dụng với các nội dung sau: Kĩ thuật ghép kênh trong hệ thống RoF, công nghệ OFDM quang trong RoF và đưa ra các ứng dụng hệ thống OFDM quang trong RoF dùng cho mạng thông tin di động 4G LTE/LTE Advanced Đánh giá chung, em đã hoàn thành được các nội dung của đề tài theo đề cương đã được duyệt Tuy nhiên, với năng lực và thời gian hạn chế nên bản luận... và tìm hiểu mô hình hệ thống OFDM quang với từng khối chức năng trong mô hình đó Đồng thời tìm hiểu các phương pháp điều chế và tách sóng OFDM quang - Chương 2: Hệ thống truyền dẫn RoF với các nội dung: Khái niệm hệ thống truyền dẫn RoF, mô hình truyền dẫn qua sợi quang, các kĩ thuật truyền tải vô tuyến qua sợi quang, các ưu điểm và hạn chế của RoF, ứng dụng của hệ thống RoF - Chương 3: Công nghệ OFDM. .. i=1K: các khối thu phát OFDM quang BSi với i=1N: Trạm gốc OFDM quang của cell thứ i  Nguyên lý hoạt động của hệ thống WDM -OFDM- RoF: Nguyên lý hoạt động của hệ thống OFDM quang trong RoF kết hợp WDM vào hệ thống truyền tải mạng di động LTE/LTE-Ad cho vùng ngoại ô và nông thôn, bên cạnh chức năng thu phát OFDM tại các TRX như đa chỉ ra trong hệ thống OFDM quang trong RoF vào hệ thống truyền tải mạng... giảm công suất tiêu thụ, phân bổ tài nguyên linh hoạt.Với những ưu điểm này hệ thống RoF được ứng dụng trong: Mạng tế bào, Thông tin vệ tinh, Các dịch vụ băng rộng di động, Mạng cục bộ không dây (WLAN), Mạng cho các phương tiện giao thông 10 CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ OFDM QUANG TRONG RoF VÀ ỨNG DỤNG 3.1 Giới thiệu Vùng phủ không dây của miền đầu cuối người sử dụng, trong nhà và ngoài trời, ví dụ, trong. .. thu phát OFDM quang BSi với i=1N: Trạm gốc OFDM quang của cell thứ i  Nguyên lý hoạt động của hệ thống OFDM- RoF: Nguyên lý hoạt động của hệ thống OFDM quang trong RoF vào hệ thống truyền tải mạng di động LTE/LTE-Ad cho các tòa nhà cao tầng cũng tương tự như: Nguyên lý hoạt động của hệ thống OFDM quang trong RoF vào hệ thống truyền tải mạng di động LTE/LTE-Ad tại các TRX: Các dữ liệu được sử dụng cho... Tỷ số đỉnh công suất trung bình (PAPR) và méo không tuyến tính của máy phát quang là những vấn đề chính được nêu lên trong hệ thống OFDM và RoF 3.2 Kĩ thuật ghép kênh trong RoF 3.2.1 Ghép kênh sóng mang con SCM trong các hệ thống RoF Ghép kênh sóng mang con là một phương pháp cốt yếu, đơn giản và hiệu quả về kinh tế đối với việc sử dụng băng thông sợi quang trong các hệ thống thông tin quang tương... hơn vào đời sống sinh hoạt thường nhật, công việc cũng như có sự tác động lớn đến lối sống của chúng ta trong tương lai gần 13 Hệ thống thông tin di động 4G bao gồm 2 công nghệ chính, đó là LTE Và LTEAdvanced Bảng 3.1 so sánh LTE với LTE – Advanced 3.4.2 Ứng dụng hệ thống OFDM trong RoF dùng cho mạng thông tin di động 4G LTE/LTE Advanced Phát huy các ưu việt của OFDM và RoF, nên hệ thống OFDM- RoF