Nghiên cứu đề xuất ứng dụng kỹ thuật RoF vào hệ thống thông tin phục vụ đường sắt (Luận văn thạc sĩ)

Nghiên cứu đề xuất ứng dụng kỹ thuật RoF vào hệ thống thông tin phục vụ đường sắtNghiên cứu đề xuất ứng dụng kỹ thuật RoF vào hệ thống thông tin phục vụ đường sắtNghiên cứu đề xuất ứng dụng kỹ thuật RoF vào hệ thống thông tin phục vụ đường sắtNghiên cứu đề xuất ứng dụng kỹ thuật RoF vào hệ thống thông tin phục vụ đường sắtNghiên cứu đề xuất ứng dụng kỹ thuật RoF vào hệ thống thông tin phục vụ đường sắtNghiên cứu đề xuất ứng dụng kỹ thuật RoF vào hệ thống thông tin phục vụ đường sắtNghiên cứu đề xuất ứng dụng kỹ thuật RoF vào hệ thống thông tin phục vụ đường sắtNghiên cứu đề xuất ứng dụng kỹ thuật RoF vào hệ thống thông tin phục vụ đường sắtNghiên cứu đề xuất ứng dụng kỹ thuật RoF vào hệ thống thông tin phục vụ đường sắt

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG - Trƣơng Tử Bình NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT ỨNG DỤNG KỸ THUẬT RoF VÀO HỆ THỐNG THÔNG TIN PHỤC VỤ ĐƢỜNG SẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) HÀ NỘI - 2018 HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG - Trƣơng Tử Bình NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT ỨNG DỤNG KỸ THUẬT RoF VÀO HỆ THỐNG THÔNG TIN PHỤC VỤ ĐƢỜNG SẮT CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT VIỄN THÔNG MÃ SỐ: 85.20.208 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS ĐẶNG THẾ NGỌC HÀ NỘI - 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan: Khố luận tốt nghiệp với đề tài “NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT ỨNG DỤNG KỸ THUẬT RoF VÀO HỆ THỐNG THÔNG TIN PHỤC VỤ ĐƢỜNG SẮT” cơng trình nghiên cứu cá nhân tơi, số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình khác Tơi xin chịu trách nhiệm cơng trình nghiên cứu riêng ! Hà Nội, ngày 10/01/2018 Ngƣời cam đoan Trƣơng Tử Bình ii LỜI CẢM ƠN Em xin đƣợc chân thành gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Đặng Thế Ngọc trực tiếp hƣớng dẫn, giúp đỡ, động viên tạo điều kiện thuận lợi cho em trình từ xây dựng đề cƣơng, xây dựng chƣơng trình, đến hồn thiện nội dung luận văn “Nghiên cứu đề xuất ứng dụng kỹ thuật RoF vào hệ thống thông tin phụ vụ đƣờng sắt” Xin gửi lời cảm ơn đến thầy, cô giáo Khoa quốc tế đào tạo sau đại học, Học viện Cơng nghệ Bƣu Viễn thông, nhà giáo truyền dạy cho em kiến thức quý báu suốt năm học vừa qua Xin đƣợc trân trọng cảm ơn đồng nghiệp Tổng công ty đƣờng sắt Việt Nam bạn học viên lớp cao học Kỹ thuật Viễn thơng khóa 2016-2017 cung cấp nhiều thông tin, tài liệu, định hƣớng nghiên cứu giúp đỡ tơi q trình xây dựng hoàn thiện nội dung luận văn Do thời gian hồn thành luận văn có hạn suy nghĩ nhƣ thể ý tƣởng luận văn không tránh khỏi khiếm khuyết Em mong đƣợc động viên đóng góp ý kiến Thầy Cô giáo Xin chân thành cảm ơn! iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN .ii DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC BẢNG ix DANH MỤC HÌNH x MỞ ĐẦU Chƣơng - KỸ THUẬT TRUYỀN SÓNG VÔ TUYẾN QUA SỢI QUANG (RoF) 1.1 Giới thiệu hệ thống RoF Hình 1.1 Mơ tả truyền dẫn RoF 1.2 Các thành phần tuyến quang sử dụng RoF 1.2.1 Mobile Host (MH): 1.2.2 Base Station (BS): 1.2.3 Central Station (CS): 1.2.4 Sợi quang: 1.3 Đặc điểm hệ thống RoF 1.3.1 Kiến trúc mạng RoF 1.3.2 Kỹ thuật truyền dẫn RoF 1.3.3 Các phƣơng pháp điều chế lên tần số quang 1.3.4 Cấu hình tuyến RoF 1.3.5 Kỹ thuật điều chế trộn nhiều sóng quang (optical heterodyne) 10 1.3.6 Bộ điều chế 16 1.3.7 Kỹ thuật nâng hạ tần 20 1.3.8 Bộ thu phát quang 21 1.3.9 So sánh kỹ thuật 22 1.3.10 Các đặc điểm quan trọng mạng RoF 23 1.3.11 Một số ứng dụng kỹ thuật RoF 24 1.4 Kết luận chƣơng 26 CHƢƠNG 2: MẠNG TRUY NHẬP KHÔNG DÂY SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ RoF26 iv 2.1 Mạng vô tuyến di động dựa kỹ thuật RoF 26 2.1.1 Đa truy nhập lớp 26 2.1.2 Tính đa dịch vụ mạng RoF kết hợp kỹ thuật WDM 27 2.2 Truyền sóng vơ tuyến qua sợi quang WLAN 29 2.2.1 Giới thiệu 29 2.2.2 Kiến trúc mạng 29 2.2.3 Mô tả giao thức MAC – Giao thức bàn cờ 31 2.2.4 Các thông số giao thức 35 2.2.5 Nhận xét 36 2.3 Kỹ thuật RoF mạng truyền thông cho phƣơng tiện giao thông 37 2.3.1 Giới thiệu 37 2.3.2 Kiến trúc mạng 38 2.3.3 Hoạt động mạng 40 2.3.4 MAC – quản lý tính di động – chuyển giao 41 2.3.5 Nhận xét 45 2.4 Kết luận chƣơng 45 CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG KỸ THUẬT RoF VÀO HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐƢỜNG SẮT 46 Giới thiệu chung 46 3.1 Đặc điểm kỹ thuật nhu cầu mạng truyền thông Đƣờng sắt 46 3.2 Các cơng nghệ cung cấp đồn tàu 49 3.3 Yêu cầu băng thơng cung cấp đồn tàu 51 3.4 Mơ hình kiến trúc hệ thống thông tin phục vụ đƣờng sắt dựa RoF 53 3.5 Mơ hình kết hợp RoF WDM cho hệ thống thông tin phục vụ đƣờng sắt 56 3.6 Phân tích đánh giá hiệu tiêu thụ lƣợng hệ thống 58 3.6.1 Công suất tiêu thụ hệ thống 60 3.6.2 Đƣờng truyền tần số vô tuyến (RF) bán kính phủ sóng (cell)62 3.6.3 Tốc độ truyền tối đa đạt đƣợc 64 3.6.4 Hiệu suất lƣợng hệ thống 66 v 3.6.5 Kết 66 3.7 Kết luận chƣơng 75 KẾT LUẬN 76 DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 vi DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt AMC Tiếng Anh Adaptation Modulation and Coding Tiếng Việt Bộ điều chế mã hoá AMPS Advanced Mobile Phone Service Dịch vụ di động tiên tiến AP Access Point Điểm truy cập ATP Automatic Train Protection Bảo vệ đoàn tàu tự động ATS Automatic Train Supervision Tự động giám sát chạy tàu ATO Automatic Train Operation Tự động vận hành tàu BB Base Band Băng tần sở BPF Band Pass Filter Bộ lọc băng thông BPSK Binary Phase Shift Keying Khoá dịch pha nhị phân BWAN Broadband Wireless Access Network Mạng truy nhập vô tuyến băng rộng CDMA Code division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mã CS Trạm trung tâm Central Station CSPDN Circuit Switched Data Network Mạng chuyển mạch liệu DAS Distributed Antenna System Hệ thống ăng ten phân tán DFB Distributed Feed Back(laser) Laser hồi tiếp phân tán Bộ giải điều chế Ghép kênh theo bƣớc sóng mật độ DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing cao EA Electro Absorption Bộ hấp thụ electron DMOD DeMODdulator EAM Electro Absorption Modulator Bộ điều chế hấp thụ electron EAT Electro absorption Transceiver Bộ thu phát hấp thụ electron EDFA Erbium Droped Fiber Amplifier Bộ khuếch đại sợi quang EOM External Optical Modulator Bộ điều chế quang vii Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt FDD Frequency Division Duplexing Song công phân chia tần số FDM Frequency Division Multiplexing Global System for Mobile Communication Bộ đa công chia tần số Hê thống thông tin di động toàn cầu GSM HSCSD High-Speed Circuit-Switched Data Số liệu chuyển mạch tốc độ cao Viện kĩ sƣ điện điện tử IF Institute of Electrical and Electronics Engineers Intermediate Frequency ITS Intelligent Transportation System Hệ thống giao thông thông minh LAN Local area network Mạng nội LO Laser Ocsillator Bộ dao động laser MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trƣờng MH Mobile Host Thiết bị di động MOD MODulator Bộ điều chế MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di động MZM Mach-Zehnder Modulator Bộ điều chế Mach-Zehnder NLOS Non line of sight Tia không theo đƣờng thẳng IEEE OADM Optical add/drop multiplexer Tần số trung tần Bộ xen rẽ quang Orthogonal Frequency Division Ghép kênh theo tần số trực giao Multiplexing Orthogonal Frequency Division Multiple OFDMA Đa truy cập theo tần số trực giao Access OFDM OSSBC Optical Single-Side-Band Modulation Điều chế quang đơn biên PSPDM Packet Swithched Data Network Mạng chuyển mạch gói liệu PSTN Public Switching Telephone Network Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ vng góc viii Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt QoS Quanlity of Service Chất lƣợng dịch vụ QPSK Quadrature Phase Shift Keying Điêu chế khố pha vng góc RAU Remote Antenna Unit Khối ăng ten đầu xa RF Radio Frequency Tần số vô tuyến RoF Radio over Fiber Truyền sóng vơ tuyến sợi quang 64 X h  20  log10 ( Xr ) (áp dụng cho mơi trƣờng C) 2000 (3.13) Trong f tần số (MHz) Xr chiều cao ăng ten máy thu A  20  log10 (  d0    ) (3.14) Trong λ bƣớc sóng tín hiệu   a  b  hB  c hB (3.15) Trong hB độ cao ăng ten trạm sở theo mét, a, b c số phụ thuộc vào kiểu địa hình nhƣ bảng 3.1 [6] Môi trƣờng A thể tổn thất đƣờng truyền cao đƣợc sử dụng cho vùng đồi với cối vừa dày đặc Môi trƣờng B đƣợc đặc trƣng cho địa hình đồi núi với cố thƣa thớt, địa hình phẳng với mật độ trung bình Mơi trƣờng C thích hợp cho địa hình phẳng nơng thơn với cối thƣa, môi trƣờng tổn thất đƣờng truyền đƣợc giảm thiểu (bảng 3.1) Bảng Loại địa hình theo mơ hình SUI 3.6.3 Thơng số mơ hình Địa hình A Địa hình B Địa hình C a 4.6 4.0 3.6 b 0.0075 0.0065 0.005 c 12.6 17.1 20 Tốc độ truyền tối đa đạt Với mục tiêu đạt đƣợc tốc độ truyền tải tối đa cho Cell C, công suất phát yêu cầu đƣợc tính cho trƣờng hợp xấu (ở rìa cell) sử dụng cơng thức Shannon’s [6] C  B  log (1  SNR0 ) (3.16) Trong B băng thơng hệ thống SNR0 tỷ số tín hiệu/nhiễu ngƣời sử dụng cạnh Cell đƣợc tính 65 10*log10 ( SNR0 )  Prx ( R) 10  log10 (k  T  B  F ) (3.17) Trong k số Boltzmann, T nhiệt độ (2900 K), F dạng nhiễu máy thu Từ (3.16), viết lại mối quan hệ SNR0 C C SNR0  B  (3.18) Từ (3.17) (3.18), công suất thu đƣợc C cạnh Cell cho tốc độ truyền lớn đạt đƣợc [6] C B Prx ( R)  10*log10 (2  1)  10  log10 (k  T  B  F ) (3.19) Từ (3.9) (3.19), thu đƣợc cơng suất truyền u cầu C cho Cell với bán kính R C Ptx ( R)  10*log10 (2 B  1)  10  log10 (k  T  B  F )  Gt  LP ( R)  AM  Gr (3.20) Trong tính tốn này, để xác định u cầu dịch vụ nhƣ lƣu lƣợng trung bình tuyến đƣờng sắt, sử dụng khái niệm lƣu lƣợng tuyến đƣờng sắt [6] Clength  C D (3.21) Trong D chiều dài Cell, cơng suất phát Cell với bán kính R đƣợc viết lại nhƣ sau Ptx ( R)  10*log10 (2 Clength  D B  1)  10  log10 (k  T  B  F )  Gt  LP ( R)  AM  Gr (3.22) Thay phƣơng trình (3.22) phƣơng trình (3.1) (3.7), tính tốn cơng suất phát tối đa cho tốc độ truyền đạt tối đa BS bình thƣờng hệ thống RoF DAS Để có so sánh hợp lý trƣờng hợp khác chiều dài Cell thay đổi, sử dụng khái niệm công suất tiêu thụ tuyến đƣờng sắt [6] 66 Plength  P ND (3.23) Trong trƣờng hợp BS thông thƣờng, N = Đối với kịch hệ thống RoF DAS, N số RAUs vòng WDM 3.6.4 Hiệu suất lượng hệ thống Hiệu suất lƣợng mạng số quan trọng đƣợc định nghĩa tỷ lệ tổng lƣu lƣợng mạng đơn vị băng thông so với tổng tiêu thụ lƣợng mạng khoảng thời gian định (đơn vị: bit / Joule) [6]  EE  Ttot Ptot (3.24) Trong Ttot tổng lƣu lƣợng mạng Ptot tổng lƣợng điện tiêu thụ Tổng lƣu lƣợng mạng tổng công suất tất RAU đƣợc chuẩn tổng băng thông truyền tải, tức Ttot = N × Tsite / B, với Tsite lƣu lƣợng trung bình tính [6] Tsite  Csite  (3.25) Trong Csite đại diện cho tốc độ truyền trung bình RAU, τ khoảng thời gian định Csite số tỷ lệ sử dụng trung bình ngƣời dùng Cell Trong trƣờng hợp này, đơn giản, xem xét trƣờng hợp đặc biệt mà tất ngƣời dùng Cell có tỷ lệ, tức tỉ lệ yêu cầu tối đa C Csite  C  Clength  D (3.26) Tổng tiêu thụ lƣợng BS RoF DAS hệ thống khoảng thời gian định đƣợc tính [6] Ptot  P( BS or RoF  DAS )  3.6.5 Kết (3.27) 67 Trong phần này, trình bày số ví dụ kết công suất tiêu thụ hiệu suất hệ thống RoF DAS áp dụng cho đƣờng sắt dựa mơ hình trình bày 3.6.5.1 Cơng suất tiêu thụ hệ thống WDM RoF DAS Các tham số mô đƣợc liệt kê bảng Nó tóm tắt mức cơng suất tiêu thụ BS, LTE vào năm 2010 trạm [6] Đối với BS thông thƣờng, thông số khu vực đƣợc xem xét Đối với RAUs, thông số Cell đƣợc tính đến Trong trƣờng hợp này, xem xét sử dụng hệ thống ROF DAS để mở rộng vùng phủ sóng BS thơng thƣờng, thơng số hệ thống ROF DAS trạm điều khiển tƣơng tự nhƣ BS thƣờng Hình 3.13 thể cơng suất tiêu thụ hệ thống RoF DAS với chiều dài Cell tăng lên RAU Ba môi trƣờng truyền tải đƣợc xem xét bao gồm địa hình A, B C nhƣ đƣợc mô tả bảng 3.1 Chiều cao ăng-ten đƣợc giả định 15 mét lƣu lƣợng chiều dài 20kb/s/m 100kb/s/m, cung cấp tổng băng thông 8Mb/s 40Mb/s tƣơng ứng cho chuyến tàu với tổng chiều dài 400 mét Và ƣớc tính cho đồn tàu đƣợc trang bị 1500 chỗ ngồi, vào cao điểm phải có tổng lƣợng kết nối khoảng 37,5 Mb/s để hành khách kết nối tới 5Mb/s [6] Ở xem xét vòng WDM với 16 bƣớc sóng để kết nối ăng ten xa đến trạm điều khiển, 08 RAUs đƣợc kết nối vòng Ring Quan sát biểu đồ chều dài tối ƣu Cell điểm công suất tiêu thụ nhỏ nhất, cụ thể, hệ thống đƣợc thiết kế với chiều dài khoảng 200 mét cho RAU, công suất tiêu thụ giảm xuống khoảng 49,9 mW lƣu lƣợng cho mét dọc theo tuyến đƣờng sắt 20kb/s/m Đối với lƣu lƣợng 100 kb/s/m, giá trị 140 m 67,3 mW/m Tổng công suất cung cấp hệ thống truyền thông dọc theo tuyến đƣờng đơn giản đƣợc tính cách nhân giá trị công suất chiều dài với chiều dài đƣờng sắt Biểu đồ thể công suất tiêu thụ tăng lên đáng kể độ dài Cell nhỏ lớn kích thƣớc tối ƣu Do đó, quan trọng để chọn kích thƣớc Cell thích hợp thiết kế 68 hệ thống Cell RoF DAS cho đƣờng sắt, tùy thuộc vào truyền cụ thể, môi trƣờng dịch vụ Bảng 3.2 Các thông số BS thông thƣờng hệ thống DAS RoF đƣợc sử dụng để tính tốn mức tiêu thụ công suất [6] Thông số Đơn vị Giá trị Thông số Đơn vị Giá trị BS thông thƣờng RF W 12.9 BB W 29.6 DC-DC % 7.5 Cooling % 10 Main supply % Feeder loss dB -3 W 0.3 Trạm điều khiển RoF DAS MUX/DEMU Laser mW 140 Photodiode mW 83 DC-DC % 7.5 Main supply % Cooling % 10 RF W 12.9 BB W 29.6 X Anten PA (BS) % 31.1 PA (RAU) % 6.7 Cooling % Main supply % 11 BB % LNA mW 220 Laser mW 140 Photodiode mW 83 Băng thông MHZ Hệ số tạp âm dB Anten phát dBi 15 Anten thu dBi Công suất tiêu thụ/ chiều dài (mW/m) 69 Chiều dài Ô (m) Hình 3.13 Cơng suất tiêu thụ hệ thống RoF DAS [6] Hiệu suất hệ thống RoF DAS đƣợc thể Hình 3.14 với gia tăng khoảng cách Cell Các yêu cầu môi trƣờng truyền dẫn dịch vụ tƣơng tự nhƣ Hình 3.13 Chúng ta quan sát chiều dài Cell tối ƣu mà cơng suất hiệu cho trƣờng hợp truyền dẫn Hiệu công suất tối đa khoảng 80×10-3 bits/Hz/joule 300×10-3 bits/Hz/joule thu đƣợc lƣu lƣợng chiều dài 20kb/s/m 100kb/s/m, tƣơng ứng Hiệu suất công suất giảm mạnh chiều dài Cell nhỏ lớn mức tối ƣu đƣợc sử dụng Nó đƣợc quan sát thấy từ biểu đồ hiệu công suất tối ƣu trƣờng hợp dung lƣợng cao lớn nhiều so với công suất thấp Điều thực tế, công suất lớn nhiều, nhƣng công suất tiêu thụ yêu cầu cho hai trƣờng hợp tƣơng tự (67,3 mW/m 49,9 mW/m) nhƣ thể hình 3.13 Từ định nghĩa hiệu cơng suất phƣơng trình (3.24), hiệu suất cơng suất nhiều trƣờng hợp dung lƣợng cao Điều có nghĩa cơng suất cần thiết cho bit truyền tỷ lệ nghịch với công suất truyền tải Hiệu suất lƣợng (bits/Hz/Joule) 70 Chiều dài Ô (m) Hình 3.14 Hiệu suất hệ thống RoF DAS [6] Trong số liệu trên, giả định vòng bao gồm 16 bƣớc sóng đƣợc sử dụng để kết nối RAU dọc theo đƣờng sắt đến trạm điều khiển Tuy nhiên, số RAUs vòng có số tác động đến cơng suất tiêu thụ độ dài RAU Sự thay đổi chiều dài công suất tiêu thụ tối ƣu với số RAUs vòng nhƣ thể hình 3.15 Ở có hệ thống hoạt động mơi trƣờng địa hình A Rõ ràng số RAUs vòng tăng, cơng suất tiêu thụ tối thiểu giảm Điều công suất trạm điều khiển đƣợc chia sẻ cho nhiều RAUs Lý khác số lƣợng Cell tăng, kích thƣớc Cell trở nên nhỏ cần lƣợng truyền Tuy nhiên, nhƣ quan sát hình, số RAUs vòng lớn 8, cơng suất tiêu thụ không giảm nhiều số RAUs tăng lên Nhƣ sử dụng vòng WDM với 16 bƣớc sóng để kết nối RAU với trạm điều khiển, hệ thống có lợi vƣợt trội: Rút ngắn phạm vi mạng truy cập, chi phí thấp cơng suất tiêu thụ thấp Chiều dài Ơ (m) Cơng suất tiêu thụ/ chiều dài (mW/m) 71 Số lƣợng RAU/vòng Hình 3.15 Cơng suất tiêu thụ tối thiểu chiều dài tế bào tối ƣu cho số RAU khác vòng WDM [6] Đối với số RAU định vòng WDM, mơi trƣờng truyền tải, chất lƣợng dịch vụ, tốc độ truyền tải tối thiểu Cell yếu tố then chốt để xác định chiều dài Cell tối ƣu công suất tiêu thụ Trong vùng suy giảm lớn, kích thƣớc Cell nhỏ nên cơng suất thu mép Cell vƣợt ngƣỡng yêu cầu Đối với yêu cầu dịch vụ, với tỷ lệ truyền cao yêu cầu tối thiểu, công suất thu cạnh Cell phải lớn chiều dài Cell phải nhỏ Trong hình 3.16, Hệ thống RoF DAS phủ sóng cho tuyến đƣờng sắt công suất tiêu thụ cho yêu cầu thơng lƣợng khác Để tính tốn độ dài cho yêu cầu dịch vụ định cách nhân chiều dài tối ƣu RAU với số lƣợng Cell vòng (8 RAU nhƣ phân tích trên) Chúng ta dễ dàng xác định chiều dài đƣờng sắt mà vòng RoF DAS phủ sóng nhƣ số vòng RoF cho tuyến đƣờng sắt cụ thể Ví dụ, với yêu cầu lƣu lƣợng 100kb/s, chiều dài tối đa đƣờng sắt mà vòng RoF DAS phủ sóng với cơng 72 suất tiêu thụ tối thiểu khoảng 1100 mét Giá trị giảm xuống khoảng 850 mét thông lƣợng yêu cầu tăng lên đến 200kb/s/m Số vòng RoF cần thiết để phủ sóng tuyến đƣờng sắt đƣợc tính cách chia chiều dài tuyến đƣờng thành vòng Chẳng hạn, đƣờng sắt dài 50 km, cần phải có 46 59 vòng RoF Chiều dài tuyến (m) Công uất tiêu thụ tối ƣu (mW/m) để truyền tải tối thiểu 100kb/s/m 200kb/s/m cho đồn tàu Thơng lƣợng/ chiều dài (kbps/m) Hình 3.16, Hệ thống RoF DAS phủ sóng cho tuyến đƣờng sắt công suất tiêu thụ cho yêu cầu lƣu lƣợng khác [6] 3.6.5.2 Ví dụ thiết kế hệ thống RoF DAS Trong phần trên, xem xét kịch triển khai mạng truyền thông sử dụng hệ thống RoF DAS cho đƣờng sắt Bằng cách sử dụng mơ hình đƣợc đề xuất, ƣớc tính xác định chiều dài Cell tối ƣu để giảm thiểu tối đa công suất tiêu thụ hệ thống Tuy nhiên, thực tế, việc nâng cấp mạng di động triển khai sang hệ thống RoF DAS quan trọng, đặc biệt khu vực lắp đặt mạng di động Trong trƣờng hợp này, hệ thống DAS nâng cấp phải bao trùm chiều dài số trạm gốc di 73 động Để đảm bảo tính hiệu chi phí đơn giản lắp đặt, trạm điều khiển hệ thống RoF DAS phải đƣợc đặt trạm sở có Có hai thơng số quan trọng cần thiết để xác định thiết kế mạng lƣới nâng cấp hiệu bao gồm: (1) Số BSs liên tiếp (M) cần đƣợc nhóm lại nâng cấp lên hệ thống RoF DAS; (2) số RAUs (N) tham gia vào hệ thống Sơ đồ mạch việc nâng cấp đƣợc thể hình 3.17 Hình 3.17 Nâng cấp nhóm M BSs liên tục vào hệ thống RoF DAS Ở xem xét số RAUs tối đa hệ thống RoF DAS Số trạm sở cần đƣợc nhóm lại nâng cấp lên hệ thống RoF DAS trạm sở thƣờng có độ phủ lớn RAU Đề án đƣợc tóm tắt nhƣ sau: giả sử vùng phủ BS DBS, đó, tổng chiều dài phủ sóng nhóm M liên tiếp BSs M × DBS Khi nâng cấp lên hệ thống RoF DAS, độ dài đƣờng sắt phải đƣợc phủ sóng đầy đủ hệ thống RoF DAS Giả sử số RAUs hệ thống N, chiều dài trung bình RAU hệ thống RoF DAS M×DBS/ N Chúng ta cần tìm cặp tối ƣu (M, N), 1≤M, N≤8, hiệu suất RoF DAS đƣợc tối đa hóa, cơng suất tiêu thụ hệ thống đƣợc giảm thiểu Điều dễ dàng thực cách tính hệ số EMN hiệu suất hệ thống RoF DAS M N thay đổi từ đến xác định giá trị lớn hệ thống Các giá trị M N tƣơng ứng với hiệu suất công suất tối đa chúng lựa chọn tối ƣu để thiết kế hệ thống RoF DAS 74 Bảng 3.3 So sánh hiệu suất công suất BS di động thông thƣờng hệ thống RoF DAS đƣợc nâng cấp [6] Thông số Công suất phát BS, RAU Vùng phủ sóng BS, RAU Số lƣợng BSs (M), RAUs (N) Công suất tiêu thụ Hiệu suất lƣợng Đơn vị Công suất phát lớn BS Macro RoF BS DAS Công suất phát tối ƣu BS Macro RoF BS DAS dBm 43 23,4 31,2 20,2 m 480 180 310 155 8 489,1 66,6 217,3 63,8 8,2×10-3 60×10-3 18,4×10-3 62,7×10-3 mW/m bits/Hz /Joule Bảng 3.3 cho thấy kết so sánh cho trạm sở LTE với thơng số kỹ thuật đƣợc trình bày bảng Sử dụng lƣu lƣợng mét dài tuyến 20 kb/s/m để áp dụng so sánh Hai kịch triển khai mạng di động BSs bao gồm BS sử dụng công suất truyền tải tối đa cho phép công suất truyền tải tối ƣu Đối với trƣờng hợp trƣớc, công suất phát lớn nhƣ đƣợc xác định mô tả hệ thống [6] Đối với trƣờng hợp thứ hai áp dụng mô hình cơng suất tiêu thụ nhƣ trình bày phần (3.7), công suất truyền tải tối ƣu đƣợc xác định 31,2 dBm Chiều dài BS hai kịch 480m 310m Áp dụng thủ tục nêu cho hai kịch bản, thấy rằng: BS đƣợc triển khai công suất phát tối đa, lựa chọn tối ƣu để thiết kế hệ thống RoF DAS đƣợc nâng cấp (M = 3, N = 8), có nghĩa trạm đƣợc nhóm lại để nâng cấp lên hệ thống RoF DAS bao gồm RAU Trong trƣờng hợp này, lƣợng hệ thống RoF DAS đƣợc nâng cấp hiệu gấp 7,32 lần so với trạm sở di động Đối với BS đƣợc triển khai với công suất truyền tải tối ƣu, lựa chọn tối ƣu (M = 4, N = 8) nói cách khác BS đƣợc nhóm lại để nâng cấp lên hệ thống RoF DAS bao gồm RAU Trong trƣờng hợp này, hệ thống RoF DAS đƣợc nâng cấp nâng cao hiệu suất lên 3,4 lần so với BS thông thƣờng 75 3.7 Kết luận chƣơng Trong chƣơng này, phân tích làm rõ đặc thù, đặc điểm đƣờng sắt kịch ứng dụng kỹ thuật RoF hệ thống thông tin đƣờng sắt Nêu đặc điểm kỹ thuật nhu cầu mạng truyền thơng đƣờng sắt Đề xuất mơ hình kiến trúc hệ thống thông tin phục vụ đƣờng sắt dựa RoF, kết hợp RoF WDM cho hệ thống thông tin phục vụ đƣờng sắt Phân tích đánh giá hiệu suất công suất tiêu thụ hệ thống 76 KẾT LUẬN Trong khuôn khổ luận văn, nội dung kỹ thuật RoF nhƣ ứng dụng vào hệ thống thơng tin phục vụ đƣờng sắt lần lƣợt đƣợc trình bày Chƣơng khái quát chung kỹ thuật RoF Là kỹ thuật việc kết hợp sợi quang vô tuyến lai với Nội dung chƣơng nêu lên phƣơng pháp đƣợc ứng dụng kỹ thuật RoF, ƣu điểm cách cải tiến nhƣ nhƣợc điểm biện pháp khắc phục Tuy vấn đề tìm hiểu chƣa đƣợc nhiều mức chung cho kỹ thuật, nhƣng làm rõ đƣợc chất kỹ thuật RoF Chƣơng ứng dụng kỹ thuật RoF vào mạng truy nhập vô tuyến, kết hợp mạng vơ tuyến mạng tín hiệu quang, cụ thể là: Ứng dụng vào mạng vô tuyến di động, tuyến RoF kết nối point-to-point kết nối CS với BS sợi quang, số lƣợng BS nhiều lớp quang sử dụng cơng nghệ đa truy nhập, kỹ thuật đa dạng, sử dụng kỹ thuật FDMA, CDMA, TDMA, WDM…; Ứng dụng vào mạng WLAN băng tần mm, loại hình mạng mà tƣơng lại phổ biến thay cho mạng WLAN WiFi; Ứng dụng vào mạng RVC, phần mạng thông minh, ứng dụng truy nhập vô tuyến cho thiết bị di chuyển tƣơng lai ứng dụng điều khiển tự động Với kiến trúc dựa kỹ thuật RoF ứng dụng cho mạng thực đƣợc Tuy nhiên để triền khai mạng nhƣ thực tế nhiều vấn đề phải đƣợc tiếp tục nghiên cứu phát triển tất lớp quang, lớp vô tuyến lớp mạng Chƣơng 3, Tập trung phân tích đặc thù đƣờng sắt kịch ứng dụng kỹ thuật RoF hệ thống thông tin đƣờng sắt Chƣơng kết hợp kỹ thuật chƣơng 1, lại để đƣa cấu hình phân tích dựa cơng thức kết mô Những kết mô công thức tình tốn cơng suất, hiệu suất giúp hiểu kỹ thuật truyền dẫn RoF 77 RoF kỹ thuật hay để kết hợp truy nhập vơ tuyến truy nhập quang Nó kết hợp hai mơi trƣờng lại với nhau, sợ quang vơ tuyến cách tƣơng đối đơn giản để truyền tần số vô tuyến (băng rộng) hay tín hiệu baseband sợi quang Nó sử dụng tuyến quang để truyền dẫn phân phối tín hiệu vơ tuyến CS số lƣợng lớn BS Ứng dụng kỹ thuật có đặc điểm quan trọng so với mạng truy nhập vơ tuyến thơng thƣờng là: (1) suốt với băng thông, kỹ thuật điều chế vô tuyến giao thức lớp vô tuyến, (2) BS đơn giản, nhỏ, (3) kiến trúc mạng tập trung Đây công nghệ phù hợp để triển khai cho ngành Đƣờng sắt Luận văn đạt đƣợc số kết định nhƣng bên cạnh vấn đề thời gian hạn chế mặt kiến thức, khơng tránh khỏi thiếu sót cần cập nhật bổ sung Hƣớng phát triển đề tài Tìm hiểu sâu kỹ thuật đƣợc ứng dụng hay tìm hiểu kỹ thuật đƣợc ứng dụng kỹ thuật RoF đƣợc đề cập tài liệu Tìm hiểu cấu hình mạng có sử dụng kỹ thuật RoF Mỗi cấu hình nhƣ có ƣu nhƣợc điểm riêng ứng dụng phù hợp cho số loại mạng Các kết mô đƣợc chứng minh cho kỹ thuật Hoặc tìm hiểu ứng dụng kỹ thuật RoF vào mạng truy nhập khác tìm hiểu sâu kỹ thuật mạng truy nhập để bổ sung cho ứng dụng mạng truy nhập Và kỹ thuật có nhiều ứng dụng thực tế ý nghĩa kỹ thuật lớn Cuối cùng, em xin trân thành cảm ơn Thầy, Cô Học viên quan tâm vấn đề đƣợc trình bày luận văn 78 DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Hải Châu, “Các hệ thống truyền tải vô tuyến qua sợi quang”, Tạp chí cơng nghệ thơng tin truyền thông, 2011 [2] Đặng Thế Ngọc, Phạm Thị Thúy Hiền, “Cơng nghệ truyền sóng qua sợi quang RoF”, Tạp chí công nghệ thông tin truyền thông, 2012 [3] Janusz Kacprzyk, “Communications for Railway Applications” Polish Academy of Sciences, Warsaw, Poland, vol 82, January 2017 [4] Bart Lannoo, Didier Colle, Mario Pickavet, and Piet Demeester, “Radio-overFiber-Based Solution to Provide Broadband Internet Access to Train Passengers”, IEEE Communications Magazine, vol 62, February 2007 [5] Jia-Yi Zhang, Zhen-Hui Tan, Xiao-Xi Yu, “Coverage Efficiency of Radio-overFiber Network for High-speed Railways”, IEEE Transactions on Communications, vol 4, November 2010 [6] Tien Dat Pham; Atsushi Kanno, and Tetsuya Kawanishi, " Power consumption of communication systems employing radio-over-fiber distributed antenna systems for railway", Proc SPIE 8645, Broadband Access Communication Technologies, vol 86, no 45, January 2013 [7] Hong Bong Kim “Radio over Fiber based Network Architecture”, der Technischen Universit at Berlin Berlin 4, October 2005 - ... VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG - Trƣơng Tử Bình NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT ỨNG DỤNG KỸ THUẬT RoF VÀO HỆ THỐNG THÔNG TIN PHỤC VỤ ĐƢỜNG SẮT CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT VIỄN THÔNG MÃ SỐ:... động việc truy cập ngày tăng Nghiên cứu đề xuất ứng dụng kỹ thuật RoF vào hệ thống thông tin phục vụ đƣờng sắt nội dung luận văn Cấu trúc luận văn nhƣ sau: Chƣơng kỹ thuật truyền sóng vơ tuyến... cho em trình từ xây dựng đề cƣơng, xây dựng chƣơng trình, đến hồn thiện nội dung luận văn Nghiên cứu đề xuất ứng dụng kỹ thuật RoF vào hệ thống thông tin phụ vụ đƣờng sắt Xin gửi lời cảm ơn