Ảnh hưởng phi tuyến của truyền dẫn sóng vô tuyến qua sợi quang trong hệ thống 5G (Luận văn thạc sĩ)Ảnh hưởng phi tuyến của truyền dẫn sóng vô tuyến qua sợi quang trong hệ thống 5G (Luận văn thạc sĩ)Ảnh hưởng phi tuyến của truyền dẫn sóng vô tuyến qua sợi quang trong hệ thống 5G (Luận văn thạc sĩ)Ảnh hưởng phi tuyến của truyền dẫn sóng vô tuyến qua sợi quang trong hệ thống 5G (Luận văn thạc sĩ)Ảnh hưởng phi tuyến của truyền dẫn sóng vô tuyến qua sợi quang trong hệ thống 5G (Luận văn thạc sĩ)Ảnh hưởng phi tuyến của truyền dẫn sóng vô tuyến qua sợi quang trong hệ thống 5G (Luận văn thạc sĩ)Ảnh hưởng phi tuyến của truyền dẫn sóng vô tuyến qua sợi quang trong hệ thống 5G (Luận văn thạc sĩ)Ảnh hưởng phi tuyến của truyền dẫn sóng vô tuyến qua sợi quang trong hệ thống 5G (Luận văn thạc sĩ)Ảnh hưởng phi tuyến của truyền dẫn sóng vô tuyến qua sợi quang trong hệ thống 5G (Luận văn thạc sĩ)Ảnh hưởng phi tuyến của truyền dẫn sóng vô tuyến qua sợi quang trong hệ thống 5G (Luận văn thạc sĩ)Ảnh hưởng phi tuyến của truyền dẫn sóng vô tuyến qua sợi quang trong hệ thống 5G (Luận văn thạc sĩ)
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG - BẠCH THANH TÙNG ẢNH HƢỞNG PHI TUYẾN CỦA TRUYỀN DẪN SĨNG VƠ TUYẾN QUA SỢI QUANG TRONG HỆ THỐNG 5G Chuyên ngành: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG Mã số: 08-52-02-08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN ĐỨC NHÂN HÀ NỘI - 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn BẠCH THANH TÙNG MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN I MỤC LỤC I DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT III DANH MỤC CÁC BẢNG VI DANH MỤC CÁC HÌNH VII MỞ ĐẦU VIII CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ ỨNG DỤNG CỦA KỸ THUẬT TRUYỀN SĨNG VƠ TUYẾN QUA SỢI QUANG (ROF) 1.1 Giới thiệu 1.2 Khái niệm truyền sóng vơ tuyến qua sợi quang 1.3 Các thành phần tuyến quang sử dụng RoF 1.4 Các kỹ thuật sử dụng RoF 1.4.1 Công nghệ RoF sử dụng kỹ thuật IM-DD 1.4.2 Công nghệ RoF sử dụng kỹ thuật tách heterodyne đầu xa RHD 1.4.3 Nhiễu 1.4.4 Nhận xét 1.5 Đặc điểm hệ thống RoF 10 1.5.1 Những ưu điểm công nghệ RoF 10 1.5.2 Hạn chế công nghệ RoF 11 1.6 Ứng dụng truyền sóng vơ tuyến qua sợi quang (RoF) 12 1.6.1 Ứng dụng RoF Wireless LAN băng tần 60GHz 12 1.6.2 RoF ứng dụng mạng thông tin giao thông 15 1.6.3 RoF ứng dụng mạng 5G 20 1.7 Kết luận chƣơng 24 CHƢƠNG 2: PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA HIỆU ỨNG PHI TUYẾN TRONG ROF 25 2.1 Giới thiệu 25 2.2 Các tham số thu phát 25 2.3 Các tham số kênh quang 27 i 2.4 Các tham số kênh vô tuyến 31 2.5 Hiệu ứng phi tuyến sợi quang 34 2.6 Kết luận chƣơng 43 CHƢƠNG 3: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG PHI TUYẾN CỦA TRUYỀN DẪN SĨNG VƠ TUYẾN QUA SỢI QUANG TRONG HỆ THỐNG 5G 44 3.1 Giới thiệu 44 3.2 Đặc điểm hệ thống 45 3.3 Mô hình khảo sát RoF ứng dụng mạng 5G 47 3.2.1 Liên kết vô tuyến 47 3.2.2 Liên kết ROF 49 3.4 Kết thực đánh giá khảo sát 50 3.4.1 Phân tích đánh giá hiệu ứng nhiễu phi tuyến 50 4.4.2 Thiết kế Bộ thu 54 3.4.3 Kết thực 61 3.5 Kết luận chƣơng 63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt 3G Third-Generation Technology Công nghệ truyền thông hệ thứ AP Access Point Điểm truy cập ASK Amplitude Shift Keying Điều chế khóa dịch biên BB Access Point Băng tần sở BER Bit Error Rate Tỷ số lỗi bit BPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế khóa dịch pha hai trạng thái BS Base Station Trạm gốc BWAN Broadband Wireless Access Mạng truy nhập vô tuyến băng rộng Network CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã 10 CS Central Station Trạm trung tâm 11 DFB Distributed Feedback Laser Laser phản hồi phân bố 12 DMOD Demodulator Bộ giải điều chế 13 DWDM Dense Wavelength Division Ghép kênh theo bước sóng mật độ 14 EDFA Multiplexing cao Erbium Doped Fiber Amplifier Bộ khuyếch đại sợi quang pha tạp Erbium 15 EOM Extenal Optical Modulator Bộ điều chế quang mở rộng 16 FDD Frequency Division Duplexing Song công phân chia theo tần số 17 FS Frequency Switch Chuyển mạch tần số 18 FSK Frequency Shift Keying Điều chế khóa dịch tần 19 IB-DFE Iterative Block Decision Cân phản hồi định lặp Feedback Equalization 20 IEEE khối Institute of Electrical and Viện kĩ sư điện điện tử Electronics Engineers 21 IF Intermediate Frequency Tần số trung tần 22 IM-DD Insensity Modulation – Direct iii Điều chế cường độ - tách sóng trực 23 ITS Detector tiếp Intelligent Transportation Hệ thống vận tải thông minh System 24 LD Laser Diode Bộ phát laser 25 LMDS Local Multipoint Distribution Dịch vụ phân phối đa điểm cục Service 26 LO Local Oscillator Bộ dao động nội 27 MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường 28 MH Mobile Host Trạm di động 29 MOD Modulator Bộ điều cế 30 MZM Match-Zehnder Modulator Bộ điều chế Match-Zehnder 31 OADM Optical Add/Drop Multiplexer 32 OSSBC Optical Bộ xen rẽ sóng quang Single-Side-Band Điều chế quang đơn biên Modulation 33 PD Photo Diode Bộ tách sóng 34 PMD Polarization – Mode Dispersion Hiện tượng tán sắc phân cực mode 35 PSK Phase Shift Keying Điều chế khóa dịch pha 36 PSTN Public Switching Telephone Mạng chuyển mạch điện thoại công Network cộng 37 QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ 38 RAU Remote Antena Unit Trạm ăn-ten đầu xa 39 RF Radio Frequency Tần số vơ tuyến 40 RHD Remote Heterodyne Detector Tách sóng Heterodyne đầu xa 41 RoF Radio over Fiber Sóng vơ tuyến qua sợi quang 42 RTT Round-Trip Time Thời gian tín hiệu vòng 43 RVC Road Vehicle Communication Mạng truyền thông phương tiện giao thông đường 44 SCM SubCarrier Muliplexing Kết hợp sóng mang 45 SNR Signal Noise Rate Tỷ số tín hiệu nhiễu iv 46 SS Subscriber Station Trạm thuê bao 47 TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian 48 TDMA/ Time Division Multiple Access/ Đa truy nhập phân chia theo thời TDD Time Division Duplexing gian/ song công phân chia thời gian 49 TRX Transceiver Bộ thu phát 50 TT-TR Tunable Transmiter – Tunable Máy phát điều chỉnh – máy Receiver thu điều chỉnh Virtual Cellular Zone Vùng mạng tế bào ảo 51 VCZ 52 WCDM Wideband Code Division Đa truy nhập phân chia theo mã A băng rộng 53 Multiple Access WLAN Wireless Local Areal Network v Mạng vô tuyến cục DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.Hệ số suy hao mưa .33 Bảng 2 So sánh hiệu ứng khúc xạ phi tuyến 43 vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1 Khái niệm hệ thống RoF Hình Hệ thống quang-vô tuyến 900 MHz .3 Hình Các thành phần kiến trúc RoF Hình Tạo tín hiệu RF điều chế cường độ Hình Sơ đồ khối kỹ thuật tách sóng hetorodyne Hình Nguyên lý trộn kết hợp (coherent) quang dựa laser điều tần .8 Hình Kiến trúc mạng RoF cho WLAN 13 Hình Độ trễ chuyển giao giao thức chuyển giao bàn cờ 14 Hình Mạng RVC dựa kỹ thuật RoF .18 Hình 10 Kiến trúc mạng RVC dựa kỹ thuật RoF .18 Hình 11 Ấn định khung di chuyển 19 Hình 12 Kiến trúc RoF cho mạng truyền tải 5G 22 Hình 13 Liên kết PM-DD IM-DD (a) độ lợi (b) công suất nhiễu.[5] 22 Hình 14 Dải động liên kết (a) IM-DD (b) PM-DD (τ = 100 ps) với fRF = GHz.[5] 23 Hình 15 Sơ đồ điều chế/giải điều chế F-OFDM 24 Hình 1.Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu hệ thống MMW-RoF 25 Hình 2 Hệ thống IM-DD 29 Hình Nguyên lý hệ thống MMW-RoF sử dụng tách sóng tạo phách từ xa .30 Hình Sự phụ thuộc chiết suất sợi silic vào công suất quang 35 Hình Hiệu ứng phi tuyến sợi quang 36 Hình Hiện tượng mở rộng phổ xung SPM .37 Hình Hiệu ứng với mức khoảng cách khác theo khoảng cách kênh .40 Hình Sự tăng ánh sáng tán xạ ngược công suất quan tăng 42 Hình Sơ đồ hệ thống RoF sóng milimet điển hình 46 Hình Biểu diễn kiến trúc hệ thống OFDM MMW-RoF CS, BS, OF, OC, MZM, PA, LNA, MPA BPF bao gồm site trung tâm, trạm gốc, cáp quang, ghép quang, điều chế MachZehnder, khuếch đại công suất, khuếch đại nhiễu thấp, khuếch đại cơng suất trung bình lọc thông dải 46 Hình 3 Minh họa mơ hình hệ thống vô tuyến BS cộng tác .47 Hình PSD tín hiệu bị méo phi tuyến có với kênh.[6] 52 Hình PSD tín hiệu bị méo phi tuyến có với kênh.[6] 53 Hình Sự thay đổi trung bình xem xét với giá trị khác [6] 54 Hình Sơ đồ khối máy thu đa người dùng IB-DFE 60 [6] Hình Hiệu suất BER BS cộng tác với P= 2MT, R = 2BS, 62 Hình Hiệu suất BER BS cộng tác với P = MT, R = BS giá trị khác [6] 62 Hình 10 Hiệu suất BER BS cộng tác với P = MT, R = BS giá trị khác [6] 63 vii MỞ ĐẦU Mạng di động hệ tiếp theo, hệ thứ năm (5G), đáp ứng nhu cầu phát triển dịch vụ truy cập không dây băng rộng tốc độ cao Một giải pháp sử dụng cho mạng 5G công nghệ truyền dẫn RoF tốc độ cao tần số hàng chục GHz Do vậy, có nhiều yếu tố giới hạn hệ thống cần xem xét có phi tuyến Các méo phi tuyến xảy hệ thống gây từ nhiều thành phần gồm phần tử chuyển đổi điện – quang phát, sợi quang phần tử chuyển đổi quang – điện thu Khi hệ thống hoạt động tốc độ cao băng tần hàng chục GHz mạng 5G méo phi tuyến nghiêm trọng Xuất phát từ đặc điểm ứng dụng RoF hệ thống mạng di động 5G em chọn đề tài: “Ảnh hƣởng phi tuyến truyền dẫn sóng vơ tuyến qua sợi quang hệ thống 5G” Nội dung nghiên cứu luận văn bao gồm chương: Chƣơng 1: Tổng quan ứng dụng kỹ thuật truyền sóng vô tuyến qua sợi quang (RoF) Nội dung chương tập trung giới thiệu kỹ thuật truyền sóng vô tuyến qua sợi quang (RoF), thành phần, kỹ thuật đặc điểm hệ thống RoF Ứng dụng RoF lĩnh vực như: Wireless LAN tốc độ cao, RVC, mạng di động 5G… Chƣơng 2: Phân tích ảnh hƣởng hiệu ứng phi tuyến RoF Chương nghiên cứu ảnh hưởng tham số phân hệ quang phân hệ vô tuyến lên hiệu hệ thống MMW-RoF Đặc biệt, tượng phi tuyến bỏ qua hệ thống thông tin quang hoạt động tốc độ bit lớn 10 Gbps Chƣơng 3: Đánh giá ảnh hƣởng phi tuyến truyền dẫn sóng vơ tuyến qua sợi quang hệ thống 5G Trong chương này, tiến hành phân tích nghiên cứu đường lên hệ thống Trạm gốc (BS), đó, Thiết bị đầu cuối di động (MT) sử dụng sơ đồ điều chế đơn sóng mang theo miền tần số (SC-FDE) Sau đưa đề xuất thiết kế máy thu mạnh tận dụng đặc điểm thống kê méo phi tuyến viii này, tín hiệu bị biến dạng phi tuyến miền thời gian liên quan đến BS thứ r bị phân tách thành tổng hai thành phần khơng tương quan: (3.10) Trong biểu diễn biến dạng phi tuyến biểu diễn yếu tố tỷ lệ đạt là: [ ] *| [ ] (3.11) |+ Bằng cách xác định tự tương quan tín hiệu đầu vào điều chế MZ tự tương quan tín hiệu đầu ∑ Trong ( ( tính tốn cơng thức sau: )) ( ( )) công suất liên quan đến IMP bậc (∫ ( √ , ) (3.12) , định nghĩa ) (3.13) Trong + (⋅) đa thức Hermite bậc + Mật độ phổ cơng suất trung bình (PSD) tín hiệu bị méo phi tuyến thu cách lấy biến đổi Fourier tự tương quan đầu ra, tức ( ) Hình 3.4 cho thấy mối liên quan PSD mô lý thuyết cho BS kênh cụ thể xem xét điều chế MZ có Cần lưu ý đầu MZM, ta tận dụng lý thuyết Bussgang để phân chia tín hiệu PSD bị méo phi tuyến thành tổng hai PSD: tỷ lệ thuận với tín hiệu đầu vào PSD có liên quan đến méo phi tuyến Vì có: | | (3.14) Như thấy hình 3.4 3.5, phương pháp phân tích cho phép thu ước tính xác PSD liên quan đến tín hiệu đầu PSD méo phi tuyến Tại CPU, tín hiệu thu được lọc lấy mẫu Do đó, miền tần số, biểu diễn bằng: [ ] (3.15) 51 đại diện cho mẫu miền tần số liên quan đến biến dạng phi tuyến nhiễu từ liên kết RoF, đại diện khối tương ứng [ ] [ ] Hình PSD tín hiệu bị méo phi tuyến với kênh.[6] có Hình 3.5 cho thấy PSD mơ lý thuyết méo phi tuyến BS kênh định sử dụng điều chế MZ với 52 liên quan đến Hình PSD tín hiệu bị méo phi tuyến với kênh.[6] có Lưu ý hiệu suất bị ảnh hưởng hai yếu tố Do đó, cách xem xét diện biến dạng phi tuyến nhiễu từ liên kết RoF, người ta định nghĩa cho sóng mang thứ k kênh cho là: | | [| đó, cần lưu ý [| | ] | ] [| | ] [| | ] (3.16) ( ) Hình 3.6 cho thấy thay đổi trung bình, trung bình dọc theo tất khối sóng mang cho giá trị khác nhau 53 mức bão hòa khác Hình Sự thay đổi trung bình xem xét với giá trị khác [6] Từ hình biểu diễn trên, thấy rằng, với giá trị cho cho, có giá trị tối ưu thấp Điều giải thích thực tế giá trị thấp dẫn đến giá trị nhiễu thấp từ liên kết RoF (xem cơng thức 3.9) Tuy nhiên, giá trị thấp có nghĩa cường độ biến dạng phi tuyến cao có khả điều chế MZ hoạt động khu vực phi tuyến tăng, hoạt động điều chế MZ tuyến tính độ méo phi tuyến Khi giảm Tuy nhiên, điều kiện này, cường độ nhiễu từ liên kết RoF tăng lên có nghĩa giảm Vì lý này, có mức tối ưu cho hiệu suất tốt 4.4.2 Thiết kế Bộ thu Trong kiến trúc tế thông tin di động thông thường, ô khác coi thực thể riêng biệt thiết bị đầu cuối di động (MT) gán cho ô cho hay trạm gốc định (BS) MT truyền tín hiệu đến BS tương 54 ứng tín hiệu nhận BS khác bị coi nhiễu Trong kiến trúc BS cộng tác, tín hiệu MT BS khác thu thập xử lý đơn vị xử lý trung tâm (CPU) để thực phân tách người dùng giảm thiểu nhiễu Các sơ đồ BS cộng tác liên quan đến giảm thiểu nhiễu, cho phép sử dụng kênh vật lý MT liền kề, điều có nghĩa cơng suất hệ thống tổng thể cải thiện đáng kể Hiện kỹ thuật truyền khối kết hợp với xử lý miền tần số lựa chọn cho hệ thống không dây băng thông rộng Những kỹ thuật bao gồm ghép kênh phân chia tần số trực giao (OFDM) sóng mang đơn với cân miền tần số (SC-FDE) Tuy nhiên, độ phức tạp máy thu cao SC-FDE độ phức tạp máy phát cao OFDM Nếu tính đến dao động đường bao tín hiệu sóng mang đơn thấp nhiều so với dao động đường bao tín hiệu OFDM với chòm sao, SC-FDE rõ ràng thích hợp cho việc truyền tải đường lên OFDM phù hợp cho việc truyền dẫn đường xuống Ở cho đường lên hệ thống không dây băng thông rộng với kiến trúc BS cộng tác sử dụng sơ đồ điều chế SC-FDE Các MT ô liền kề chia sẻ kênh vật lý tín hiệu mà BS thu được số hóa, thơng qua quy trình lấy mẫu lượng tử hóa thích hợp Việc tách tín hiệu liên quan đến MT khác thực cách sử dụng máy thu miền tần số lặp dựa khái niệm IB-DFE Do tính chất xử lý tự nhiên nó, IB-DFE coi cân turbo phức tạp thấp miền tần số Do đó, IB-DFE khơng cần giải mã kênh đầu vòng phản hồi Các tín hiệu kết hợp nhận BS định gửi đến CPU thơng qua cơng nghệ RoF, chuyển đổi quang điện điện quang thực thông qua điều chế Mach-Zehnder (MZ) Hơn nữa, liên kết RoF BS CPU điều chế dạng băng thông phi tuyến không nhớ Ở đưa thiết kế máy thu mạnh hiệu đáp ứng cho đặc tính phổ biến dạng phi tuyến tạo trình chuyển đổi điện quang Lặp khối DFE (IB-DFE): Trong IB-DFE, lọc tiếp liệu lọc phản hồi triển khai miền tần số Bộ cân bao gồm hai phần: 1) lọc tiếp liệu, cân phần cho xuyên nhiễu 2) tín hiệu phản hồi, loại bỏ phần nhiễu lại Trong IB-DFE, 55 thiết kế lọc tín hiệu giám sát liệu khác lặp lại NI lần Trong trường hợp này, việc lan truyền lỗi phản hồi bị giới hạn khối Hơn nữa, hoạt động tiếp liệu phản hồi thực hóa miền tần số Mặt khác, việc phát thực sở khối, nên hiệu phản hồi để loại bỏ xuyên nhiễu bị giới hạn độ tin cậy liệu phát lần lặp trước Trên thực tế, trình lặp lại tăng dần độ tin cậy liệu phát Tuy nhiên, liệu phát ban đầu q kém, q trình lặp khơng thể hủy bỏ nhiễu cách hiệu quả.[4] Trên thực tế, máy thu MIMO, xem xét hai sơ đồ giám sát: MIMO-DFE phát với loại bỏ xuyên nhiễu song song (PIC parallel interference cancellation) Trong trường hợp này, phát bao gồm NT giai đoạn phát song song, biểu tượng tất luồng thời điểm định phát đồng thời cách xử lý tuyến tính tín hiệu thu loại bỏ phần xuyên nhiễu từ luồng khác nhiễu xen kẽ dư sử dụng liệu phát trước DFE phân lớp thời gian - không gian (LST-DFE: Layered space-time DFE) phát với loại bỏ xuyên nhiễu liên tiếp (SIC - successive interference cancellation), chúng phát luồng thời điểm hủy xuyên nhiễu từ luồng phát hiện, xuyên nhiễu xen kẽ lại cho luồng phát Mặc dù cấu trúc PIC nói chung phức tạp hơn, cho phép thiết kế song song, thuận lợi từ quan điểm thực Hơn nữa, độ trễ phát cấu trúc PIC thấp nhiều so với cấu trúc SIC không cần thiết phải xếp hạng luồng Tuy nhiên, hiệu suất PIC việc phát luồng bị ảnh hưởng xuyên nhiễu cao từ luồng mạnh Theo cách tiếp cận PIC, lần lặp q có thành phần DFT (biến đổi Fourier rời rạc) biểu tượng mềm lấy lại từ phát cho luồng i miền tần số, kí hiệu mS p i, q 1 , i 1, 2, , NT Để phát luồng i, trước tiên, xóa ước tính xun nhiễu mạnh Rp khỏi luồng khác sau 56 thực cân Trong trình cân IB-DFE thực lọc vectơ x NR hàng cho cho đường tiếp liệu miền tần số i ,q nhiễu giao thoa lại thơng qua tín hiệu phản hồi Yp C p i ,q cách loại bỏ có biểu thức xác định sau Do đó, đầu cân tần số không gian tần số p cho luồng i lần lặp thứ q là: i ,q Sp i ,q Cp NT m i ,q Rp H p mSˆpm ,q1 Yp m 1, m i (3.17) Ở lần lặp (q=1), điều khoản phản hồi cân cân MSE tối thiểu tuyến tính Trong trường hợp NT = NR> tương ứng với kịch nhận Trong trường hợp này, thiết kế máy thu có hiệu lực cách tự nhiên, không cần phải loại bỏ nhiễu anten công thức (3.17) hệ số máy thu đưa công thức (3.22) Lưu ý SIC, chúng mSˆ m ,q nào, tức p ta giám sát luồng liên tiếp cho lần lặp sử dụng luồng phát lần lặp Sau cân công thức (3.17), IDFT S , p 0,1, , P 1, i ,q p với d , n 0,1, , M mà phát mềm thực i ,q n Cụ thể, d ni ,q mô tả tổng tín hiệu liệu mong muốn thành phần nhiễu từ xuyên nhiễu giao thoa dư, mơ hình hóa biến ngẫu nhiên i ,q 2 Gaussian phức tạp với giá trị trung bình phương sai SD phát sau giám sát dˆni ,q , thuộc chòm A, f dˆ i ,q K 0e n i ,q i ,q i ,q d n / SD , n 0,1, M với i ,q Do xác suất , (3.18) mức tăng tín hiệu mong muốn K0 hệ số chuẩn hóa Biểu tượng phát mềm miền thời gian giá trị trung bình dˆni ,q , cho n = 0,1, … M-1, 57 i ,q mdˆ i ,q E dˆn f dˆi ,q n (3.19) n Trong (3.17) tín hiệu phát mềm miền tần số, mSˆ m ,q , sử dụng p để hủy luồng khác DFT cỡ P mdˆ i ,q , mở rộng chuỗi nhiễu giả n (PN) Sai số toàn phương trung bình (MSE) cho luồng thứ i lần lặp thứ q là: i ,q J SD P P 1 p 0 W C p C p i ,q i ,q H C p i ,q NT pm ,q 1 H pm H pm H H pi ,q H m 1 mSˆ i ,q1 Sˆ i ,q p p C pi ,q H pi H pi H C pi ,q H Ypi ,q (3.20) Re Ypi ,q mSˆ i ,q1 C pi ,q H pi p i ,q Tối giản công thức (3.20) với Yp Yp i ,q C p i ,q , ta có: i ,q i mSˆi ,q1 1 C p H p p (3.21) C pi ,q H pi H NT H pm H pm H W I N m1 Sˆ m ,q1 R p 1 (3.22) Tăng nhẹ hiệu suất chút cách thêm ràng buộc mức tăng đơn tín i ,q i ,q i i ,q C p H p Trong trường hợp này, C p trở thành hiệu hữu ích, phiên thu nhỏ (3.22) Về độ phức tạp, lần lặp, IDFT phép nhân sóng mang phụ thực hiện, đó, hệ thống có đầu đầu vào, độ phức tạp 58 cấu trúc phép nhân phức tạp N I P log P / M P / M P / M , tính đến (I)DFT thêm P = M để tính tốn phép nhân thực tế khác cần thiết cho việc tính tốn tín hiệu mềm Đối với thiết kế, tính phép nhân phức 3P việc tính tốn thành phần phụ thuộc kênh (3.21) (3.22) Sơ đồ khối Hình 3.7 minh họa sơ đồ khối liên quan đến trình giám sát, sơ đồ thiết kế dựa khái niệm IB-DFE Phương pháp cho phép phát tách tín hiệu hiệu liên quan đến MT khác nhau, tận dụng tối đa hiệu ứng đa dạng vĩ mơ vốn có sử dụng sơ đồ tần số đơn Trong lần lặp, MT tách theo phương pháp khử xuyên nhiễu liên tiếp (SIC), đó, cập nhật ước tính liệu truyền liên quan đến người dùng sử dụng để hủy xuyên nhiễu lại.[6] Ở lần lặp thứ i, ký hiệu liệu ước tính liên quan đến người dùng { ̂ p tương ứng với định đầu máy dò miền thời gian { ̃ {̃ } , IDFT Biến đổi Fourier rời rạc ngược ̃ } thứ } biểu diễn ̃ [ (3.23) ] [ ] biểu thị hệ số phản hồi phản hồi liên quan, xác định trạng thái dò tìm lần lặp cho trước nữa, tính [ ] , , tương ứng với DFT khối giá trị trung bình miền thời gian định đầu dò , Q trình phát cải thiện cung cấp tính tốn hệ số tối ưu 59 Hình Sơ đồ khối máy thu đa người dùng IB-DFE Để làm vậy, tiêu chí lỗi bình phương trung bình tối thiểu (MMSE) sử dụng Đối với MT thứ p sóng mang k, MSE cho mẫu miền tần số ̃ cho bởi: *| ̃ | + [| | ] (3.24) đó, tối thiểu hóa để: ∑ với ∑ (3.25) đáp ứng tần số kênh trung bình tổng thể Áp dụng gradient (độ dốc) cho hàm Lagrange sau: ( hệ số tối ưu ) (3.26) cho bởi: (3.27) Và (3.28) với tương ứng với: 60 ({ | | K chọn cho Ngoài ra, }) | | (3.29) , để có FDE chuẩn hóa với [ ̃ ] tương ứng phương sai phần thực phần ảo nhiễu kênh thành phần mẫu liệu 3.4.3 Kết thực Trong phần trình bày kết hiệu suất tỷ lệ lỗi bit (BER) xem xét hệ thống mô tả phần trước chương Như đề cập, kênh biểu diễn đặc tính lan truyền đa luồng chọn lọc tần số với 64 vòi đa luồng Hơn nữa, xem xét fading Rayleigh không tương quan thành phần đa đường khác Trong nghiên cứu giả định ước tính đồng hóa kênh hồn hảo.[6] Đối với tất P tín hiệu truyền liên quan tới ăng ten, cho , N=256 CP (cyclic prefix) thích hợp Mỗi kết hiệu suất BER so sánh với biên lọc phù hợp (MFB) cung cấp Đầu tiên, xem xét sơ đồ truyền dẫn BS cộng tác với P = MT = BS Hình 3.8 Biến kiểm sốt cường độ nhiễu từ liên kết RoF tương ứng với giá trị tối ưu trường hợp , với mức bão hòa cụ thể này, biểu diễn Hình 3.6 Trong hình này, hiểu chế lặp cách cải thiện việc đánh giá BER Để đơn giản, hiển thị lần lặp 1, 4, lần lặp thứ khơng có thêm thơng tin liên quan Từ kết quả, ta nhận thấy q trình lặp cải thiện BER, với thay đổi đáng kể từ lần lặp (tức là, FDE tuyến tính) sang lần lặp Hơn nữa, thấy máy thu phát tách tín hiệu hiệu khỏi MT khác nhau, tận dụng tín hiệu liên quan đến MT định BS Do đó, hiệu suất BER gần với MFB sau lần lặp Để đánh giá tác động nhiễu từ thành phần liên kết RoF, phân tích hình 3.9 3.10, tương ứng với giám sát MT thứ Trong hình trình bày lần lặp và nhiễu từ liên kết RoF kiểm tra với giá trị khác , với giá trị tối ưu cho Đúng mong đợi, với gia tăng giảm hiệu suất BER cải thiện, ổn định với 61 cường độ nhiễu từ liên kết RoF Hình Hiệu suất BER BS cộng tác với P= 2MT, R = 2BS, [6] Hình Hiệu suất BER BS cộng tác với P = MT, R = BS giá trị khác [6] 62 Hình 10 Hiệu suất BER BS cộng tác với P = MT, R = BS giá trị khác [6] 3.5 Kết luận chƣơng Trong chương phân tích tính tốn đường lên hệ thống BS cộng tác, liên kết BS CPU thực thông qua kết nối RoF Chuyển đổi quang điện thực điều chế MZ vốn có méo phi tuyến trình bày Ngồi ra, chương đưa sơ đồ tối ưu hóa giám sát để tối đa hóa SNR tương ứng Sơ đồ thiết kế máy thu đề xuất có tính đến hiệu ứng khơng dây quang học chứng minh đạt hiệu cao 63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Hệ thống MMW-RoF xem giải pháp đầy tiềm để tăng dung lượng, vùng phủ, băng tần, giảm chi phí cho mạng truy nhập vô tuyến băng rộng tương lai (mạng di động 5G) Nội dung luận văn đạt mục tiêu đề là: tìm hiểu cơng nghệ ứng dụng truyền dẫn thông tin vô tuyến qua sợi quang (RoF); phân tích tham số ảnh hưởng đến hiệu suất hệ thống RoF; phân tích, đưa đề xuất thiết kế máy thu mạnh tận dụng đặc điểm thống kê méo phi tuyến Dự kiến kết đóng góp luận văn phân tích tính tốn đường lên hệ thống BS cộng tác, liên kết BS CPU thực thông qua kết nối RoF Đưa đề xuất thiết kế máy thu mạnh tận dụng đặc điểm thống kê méo phi tuyến Hướng nghiên cứu luận văn tập trung vào nghiên cứu ứng dụng công nghệ MMW-RoF cho kịch cụ thể có tính cấp thiết cao mạng truy nhập vô tuyến băng rộng cho đường sắt cao tốc, tầu điện ngầm hay cho tầng hầm tòa 64 nhà DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Trần Hoàng Giang (2013), Nghiên cứu tính hệ thống RoF sử dụng kỹ thuật OFDM, Học viện cơng nghệ bưu viễn thơng, Hà Nội TS Đặng Thế Ngọc, Ths Phạm Thị Thúy Hiền (2012), “Cơng nghệ truyền sóng [2] qua sợi quang -RoF” Tạp chí cơng nghệ thơng tin truyền thơng [3] Nguyễn Khắc Tuấn Nam(2013), Nghiên cứu kĩ thuật truyền sóng vô tuyến 60GHz qua sợi quang, Học viện công nghệ bưu viễn thơng, Hà Nội [4] N Benvenuto, R Dinis, D Falconer, and S Tomasin, “Single Carrier Modulation With Nonlinear Frequency Domain Equalization: An Idea Whose Time Has Come Again,” Proceedings of the IEEE, vol 98, no 1, pp 69 –96, Jan 2010 [5] "Performance Analysis of Radio-over-Fiber Based on Phase-Modulation and Direct-Detection for the Future 5G Network" - ICTON 2018 [6] F Casal Ribeiro ; J Guerreiro ; R Dinis ; F Cercas ; A Silva ; Armando N Pinto, Nonlinear Effects of Radio over Fiber Transmission in Base Station Cooperation Systems, 2017 IEEE Globecom Workshops (GC Wkshps) 65 ... loại: truyền sóng vơ tuyến qua sợi quang (RFoF); truyền tín hiệu trung tần qua sợi quang (IFoF) truyền tín hiệu băng tần sở qua sợi quang (BBoF) RFoF thực truyền dẫn tín hiệu cao tần qua sợi quang. .. nên tối ưu 1.2 Khái niệm truyền sóng vơ tuyến qua sợi quang Cơng nghệ truyền sóng vơ tuyến qua sợi quang sử dụng đường truyền sợi quang để phân phối tín hiệu tần số vơ tuyến (RF) từ vị trí trạm... GHz mạng 5G méo phi tuyến nghiêm trọng Xuất phát từ đặc điểm ứng dụng RoF hệ thống mạng di động 5G em chọn đề tài: Ảnh hƣởng phi tuyến truyền dẫn sóng vơ tuyến qua sợi quang hệ thống 5G Nội