Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật OFDM trong hệ thống truyền dẫn vô tuyến qua sợi quang

Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật OFDM trong hệ thống truyền dẫn vô tuyến qua sợi quang Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật OFDM trong hệ thống truyền dẫn vô tuyến qua sợi quang Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật OFDM trong hệ thống truyền dẫn vô tuyến qua sợi quang luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

ĐÀM THỊ NGỌC HUYỀN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - ĐÀM THỊ NGỌC HUYỀN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT OFDM TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN QUA SỢI QUANG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 2008-2010 Hà Nội –2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐÀM THỊ NGỌC HUYỀN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT OFDM TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN QUA SỢI QUANG Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS.ĐÀO NGỌC CHIẾN Hà Nội – 2010 Mơc lơc Lêi cam ®oan .1 Danh mục từ viết tắt .2 Danh môc bảng Danh mơc h×nh vÏ Lời nói đầu 10 Ch­¬ng1-Kü tht trun dẫn vô tuyến qua sợi quang 12 1.1 Định nghÜa 12 1.2 Các thành phần tun quang sư dơng RoF 12 1.3 Tun truyền dẫ vô tuyến qua sợi quang-RoF 13 1.4 Xu mạng truy nhập vô tuyến chuyển sang băng tần milimet 13 1.4.1 Mạng truy nhập vô tuyến .14 1.4.2 Sù kÕt hỵp sợi quang vô tuyến 14 1.4.3 Các đặc điểm quan trọng mạng RoF 16 1.5 Kü thuËt truyÒn dẫn vô tuyến qua sợi quang .16 1.5.1 Giíi thiƯu vỊ trun dÉn v« tun qua sỵi quang .16 1.5.2 Kü tht trun dÉn vô tuyến qua sợi quang 17 1.5.3 Các phương pháp điều chế lên tần số quang .18 1.6 Cấu hình tuyến truyền dẫn vô tun qua sỵi quang 18 1.7 Kü tht ®iỊu chÕ trén nhiỊu sãng quang (optical heterodyne) 21 1.7.1 Nguyªn lý 21 1.7.2 NhiÔu 23 1.7.3 NhËn xÐt 25 1.8 Bộ điều chế 27 1.8.1 Bé ®iÒu chÕ Mach-Zehnder .28 1.8.2 Bộ điều chế hấp thụ electron .30 1.9 Kĩ thuật nâng hạ tÇn 31 1.9.1 Giíi thiƯu 31 1.9.2 Kỹ thuật nâng hạ tÇn 31 1.9.3 Nhận xét kỹ thuật nâng hạ tần 32 Chương 2-Kỹ thuật điều chế OFDM trun th«ng quang 38 2.1 Tỉng quan vỊ OFDM 38 2.1.1 Hệ thống OFDM băng gèc 38 2.1.2 BiĨu thøc to¸n häc cđa tÝn hiƯu OFDM 39 2.1.3 Kho¶ng thêi gian b¶o vƯ vµ më réng chu kú 40 2.1.4 Dịch tần số độ nhạy pha nhiễu 42 2.1.5 §iỊu chÕ OFDM 43 2.1.6 Đánh giá kỹ thuật OFDM 46 2.2 C¸c hƯ thèng OFDM quang nãi chung 47 2.2.1 OFDM quang nhÊt qu¸n CO-OFDM 48 2.2.2 T¸ch sãng trùc tiÕp OFDM quang 53 2.3 Tỉng kÕt ch­¬ng 68 Ch­¬ng 3-øng dơng kü tht OFDM hƯ thèng truyền dẫn vô tuyến qua sợi quang 70 3.1 Giíi thiƯu 70 3.2 Mét tun RoF thĨ 71 3.2.1 CÊu h×nh hÖ thèng .71 3.2.2 Các thành phần hệ thống 71 3.2.3 Hoạt động hệ thèng 72 3.3 Phân tích hoạt động tuyến downlink 73 3.3.1 Phân tích điều chế Mach-zehnder .73 3.3.2 Tác động sợi quang 75 3.4 TuyÕn uplink 76 3.5 M« pháng tuyÕn downlink .77 3.5.1 Giíi thiƯu 77 3.5.2 Mô hình hóa thông số 77 3.5.3 Kết mô .81 KÕt luËn .83 Hướng phát triển đề tài 84 Danh môc tài liệu tham khảo 85 Danh mục từ viết tắt AMC Adaptation Modulation and Bộ điều chế mà hoá Coding ASK Amplitude-shift keying Khóa dịch biên độ AMPS Advanced Mobile Phone Service Dịch vụ di động tiên tiến AWGN Additive White Gaussian Noise NhiƠu tr¾ng Gausian ASE Amplified spontaneous noise Nhiễu khuếch đại tự phát AP Access Point Điểm truy cập BS Base Station Trạm gốc BB Base Band Băng tần sở BPF Band Pass Filter Bộ lọc băng thông BPSK Binary Phase Shift Keying Khoá dịch pha nhị phân BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bit BWAN Broadband Wireless Access Mạng truy nhập vô tuyến băng Network rộng CS Central Station Trạm trung tâm CSPDN Circuit Switched Data Network Mạng chuyển mạch liệu CP Cylic Prefix Tiền tố lặp CSPR Carrier-to-signal power ratio Tỉ số công st sãng mang trªn tÝn hiƯu CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mà DFB Distributed Feed Back(laser) Laser hồi tiếp phân tán DMOD DeMODdulator Bộ giải điều chế DDO-OFDM Direct-detection optical OFDM Tách sóng trùc tiÕp OFDM quang DWDM Dense Wavelength Division GhÐp kªnh theo bíc sãng mËt ®é Multiplexing cao EA Electro Absorption Bé hÊp thơ electron EAM Electro Absorption Modulator Bé ®iỊu chÕ hÊp thô electron EAT Electro absorption Transceiver Bé thu ph¸t hÊp thơ electron EDFA Erbium Droped Fiber Amplifier Bé khuyếch đại sợi quang EOM External Optical Modulator Bộ điều chÕ nguån quang ngoµi FDD Frequency Division Duplexing Bé ghÐp kênh chia tần số FSK Frequency-shift keying Khóa dịc tần sè FFT Fast Fourier transform BiÕn ®ỉi Fourier nhanh FDM Frequency Division Multiplexing Bộ đa công chia tần số GSM Global System for Mobile Hê thống thông tin di động toàn Communication cầu HSCSD High-Speed Circuit-Switched Data Chuyển mạch liƯu tèc ®é cao IEEE (Institute of Electrical and ViƯn kĩ sư điện điện tử Electronics Engineers) IF Intermediate Frequency tần số trung tần ICI Inter-carrier interference Nhiễu liên sãng mang ISI Intersymbol interference NhiƠu liªn ký tù IFFT Inverse fast Fourier transform Biến đổi ngợc Fourier nhanh ITS Intelligent Transportation System HƯ thèng giao th«ng th«ng minh LAN Local area network M¹ng néi bé LM-DDO- Linearly mapped DDO-OFDM OFDM ánh xạ tuyến tính tách sóng mang trực tiÕp OFDM quang LO Laser Ocsillator Bé dao ®éng laser MAC Medium Access Control Sự điều khiển truy nhập môi trờng 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 NLM-DDO Nonlinearly mapped DDO-OFDM ánh xạ phi tuyến tách sóng mang -OFDM trùc tiÕp OFDM quang NLOS Non line of sight Tia không theo đờng thẳng OADM Optical add/drop multiplexer Bé xen rÏ sãng quang OFDM Orthogonal Frequency Division GhÐp kênh theo tần số trực giao Multiplexing OFDMA Orthogonal Frequency Division §a truy cËp theo tÊn sè trùc giao Multiple Access OTRC Optical to RF Convertor Chun ®ỉi tõ quang sang RF OMI Optical modulation index ChØ sè ®iỊu chÕ quang OSNR Optical signal-to-noise ratio TØ sè tÝn hiÖu quang nhiễu OSSBC Optical Single-Side-Band Điều chế quang đơn biên Modulation PSPDM PACKET SWITHCHED DATA Mạng chuyển mạch gói liƯu NETWORK PSK Phase-shift keying Khãa dÞch pha PAPR Peak-to-Average Power Ratio Tỉ số công suất đỉnh trung bình PSTN Public Switching Telephone Mạng chuyển mạch điện thoại công Network cộng Quadrature Amplitude Điều chế biên độ vuông góc QAM Modulation QoS Quanlity of Service Chất lợng dịch vụ QPSK Quadrature Phase Shift Keying Điêu chế khoá pha vuông góc RF Radio Frequency Tần số vô tuyến RTOC RF to Optical Conversion Chun ®ỉi tõ RF sang quang RoF Radio over Fiber KÜ tht trun sãng v« tun sợi quang SNR signal-to-noise ratio Tỉ số tín hiệu tạp âm MIMO Multiple input multiple output Nhiều đầu vào nhiều đầu SSB-OFDM Single-sideband OFDM OFDM đơn biên SSMF Standard single-mode fiber Sợi chuẩn đơn mode VSSB- Virtual SSB-OFDM OFDM đơn biên ảo OFDM Danh mục b¶ng Bảng 2- Thơng số điều chế QPSK………………………………………….45 BS Phương pháp IF over Fiber, sóng mm nhận phải hạ tần xuống IF truyền tiếp CS sợi quang Do đó, BS cần phải có dao động tần số mm, điều làm tăng giá thành BS lên giao động Có phương pháp để làm giảm dao động remote LO, sóng LO tạo đầu phát đưa tới BS Chương ta tìm hiểu phương ph¸p trun dÉn thĨ cđa kü tht RoF cho tuyến uplink downlink 3.2 Một tuyến RoF cụ thể 3.2.1 Cấu hình hệ thống Hình 3-1 :Mô tả cấu hình hệ thống khảo sát chương nµy Hình 3- Tuyến RoF khảo sát sử dụng b iu ch dual-Mach-Zehnder 3.2.2 Các thành phần hƯ thèng B0: Bé läc quang ®é réng B0 DMOD: Bộ giải điều chế 71 DFB LD: Laser DFB EDFA: Bộ khuếch đại quang sợi MOD: Bộ điều chế MZM: Bộ điều chế Mach-Zehnder PD: Photodiode tách sóng PSK: Phương pháp điều chế số PSK khóa dịch pha 3.2.3 Hoạt ®éng cđa hƯ thèng Trªn tun downlink: DFB laser dïng ®Ĩ cung cÊp ngn ngoµi cho bé ®iỊu chÕ dual-Mach-Zehnder (gåm bé ®iỊu chÕ Mach Zehnder) bëi coupler 3dB Bộ điều chế MZ dùng để để điều chế tần số LO dành cho kỹ thuật remote LO, bé ®iỊu chÕ d­íi ®iỊu chÕ tÝn hiƯu số dạng BPSK Ngõ điều chế tổng hợp coupler 3dB khuếch đại lên EDFA Bộ lọc băng thông quang B0 dùng để lọc thành phần tần số không mong muốn đồng thời giảm tượng xuyên kênh sử dụng phương pháp WDM Trên sợi quang, tín hiệu bị tác động sợi quang trước đến BS Tại BS, trước tiên tín hiệu quang tách sóng photo-diode Tại ngõ photo-diode tín hiệu dạng điện có thành phần quan trọng tách lọc thông dải Một thành phần liệu đưa tới khuếch đại cao tần trước xạ anten tới MH Một thành phần tÇn sè LO dïng tuyÕn uplink TuyÕn uplink, tÝn hiệu thu anten dạng điện hạ tần tần số LO tách photodiode Sau hạ tần, tín hiệu truyền CS b»ng FB laser hay thËm chÝ LED T¹i CS, trước hết tín hiệu khuếch đại EDFA sau tách sóng photo-diode Mạch lọc thông sau photo-diode để tách thành phần cần thiết trước đưa tới giải điều chế 72 3.3 Phân tích hoạt ®éng tun downlink 3.3.1 Ph©n tÝch bé ®iỊu chÕ Mach-zehnder Trong phần ta tìm hiểu điều chế I/Q quang phi tun tÝnh bé chun ®ỉi RF-to-Optical cã vai trò chuyển đổi tín hiệu điện lên miền quang Gi¶ sư cã hai tÝn hiƯu sãng mang phøc v1=v.ejω1t v2=v.ej2t đầu vào điều chế I/Q quang Để đơn giản , đưa phân tích sù thùc hiƯn tun tÝnh kiÕn tróc up/down -conversion Tín hiệu quang tai đầu điều chế lµ : 𝜋𝜋 𝑉𝑉𝐼𝐼 + 𝑉𝑉𝐷𝐷𝐷𝐷 𝐸𝐸(𝑡𝑡) = 𝐴𝐴 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 � ∙ � ∙ 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒�𝑗𝑗𝜔𝜔𝐿𝐿𝐿𝐿𝑡𝑡 𝑡𝑡 + 𝑗𝑗∅𝐿𝐿𝐿𝐿𝑡𝑡 � 𝑉𝑉𝜋𝜋 𝜋𝜋 + 𝐴𝐴 ∙ 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 � ∙ 𝑉𝑉𝑄𝑄 +𝑉𝑉𝐷𝐷𝐷𝐷 𝑉𝑉𝜋𝜋 𝜋𝜋 � ∙ 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 �𝑗𝑗𝜔𝜔𝐿𝐿𝐿𝐿𝑡𝑡 𝑡𝑡 + + 𝑗𝑗∅𝐿𝐿𝐿𝐿𝑡𝑡 � (3.1) A lµ h»ng sè tû lƯ, tín hiệu quang E(t) biểu diễn dạng phức, trường điện biểu diễn phần thực tín hiệu E(t) VI VQlà phần thực ảo cuả tín hiệu RF phức tới MZM Cụ thể: VI=v.(cos1t + cos2t), VQ=v(sin1t + sin2t); VDC hiệu điện chiều điều chế.V hiệu điện chuyển mạch nửa sóng,LD1/LD1 tần số/pha laser phát Rút gọn phương trình 3.1 ta có: (𝑡𝑡 ) = 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒�𝑗𝑗𝜔𝜔𝐿𝐿𝐿𝐿𝑡𝑡 𝑡𝑡 + 𝑗𝑗∅𝐿𝐿𝐿𝐿𝑡𝑡 � ∙ 𝐸𝐸𝐵𝐵 (𝑡𝑡) ∅ 𝑀𝑀 (3.2) ∅ 𝐸𝐸 𝐵𝐵 (𝑡𝑡) = 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 � (𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝜔𝜔1 𝑡𝑡 + 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝜔𝜔2 𝑡𝑡) + � + 𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗 � (𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝜔𝜔1 𝑡𝑡 + 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝜔𝜔2 𝑡𝑡) + � 2 2 (3.3) M=v/V số điều chế, =VDC/V dịch pha tĩnh, EB(t) tương đương với băng tần sở tín hiệu quang E(t) Chỉ số điều chế M thể đặc điểm biên độ điện áp, điểm cận giống số điều chế quang thông thường 73 Mở rộng nhóm Cosine phương trình (3.3) sử dụng phương trình Bessel, Thành phần đầu víi tÇn sè ω1,2 ∅ 𝑀𝑀 𝑀𝑀 𝐸𝐸𝜔𝜔𝐵𝐵1,2 (𝑡𝑡 ) = sin ( ) ∙ 𝐽𝐽0 ( ) ∙ ( ) 1,2 đầu thø víi tÇn sè ω1,2- ω2,1 2 ∅ 𝑀𝑀 𝐸𝐸𝜔𝜔𝐵𝐵1,2−𝜔𝜔2,1 (𝑡𝑡) = cos � � ∙ 𝐽𝐽1 (1,22,1) đầu thứ víi tÇn sè ω1,2- ω2,1 ∅ 𝑀𝑀 𝑀𝑀 𝐵𝐵 (𝑡𝑡) = sin ( ) ∙ 𝐽𝐽1 ( ) ∙ 𝐽𝐽2 ( ) ∙ 𝑒𝑒 𝑗𝑗(2𝜔𝜔1,2−𝜔𝜔2,1)𝑡𝑡 𝐸𝐸2𝜔𝜔 1,2 −𝜔𝜔2,1 2 (3.4) (3.5) (3.6) Ta sö dụng chuẩn điểm chặn thứ n(IPn) để mô tả điều chế phi tuyến.Từ phương trình (3.3) (3.5) ta cã: 𝐼𝐼𝐼𝐼2 = ∅ ∅ 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 � � 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠4 � � (3.7) ∅ 𝐼𝐼𝐼𝐼3 = 4𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠2 (3.8) Các điểm tham chiếu tương ứng đầu vào điều chế I/Q số điều chế tính công thức: = = 42 (3.9) (3.10) Phương trình (3.8) rằng: điểm =, IP3 đạt giá trị lớn Hay phi tuyến nhất, điểm gọi điểm tối ưu hay điểm không điều chế quang Điều kiện để đạt điểm tối ưu : VDC=V.Giả sử VI VQ nhỏ, tính phi tuyến không đáng kể Phương trình (3.1) trë thµnh: 74 𝐸𝐸(𝑡𝑡) = − − 𝐴𝐴𝐴𝐴 𝐴𝐴𝐴𝐴 �𝑉𝑉𝐼𝐼 + 𝑗𝑗𝑉𝑉𝑄𝑄 � ∙ exp�𝑗𝑗𝜔𝜔𝐿𝐿𝐿𝐿1 𝑡𝑡 + 𝑗𝑗∅𝐿𝐿𝐿𝐿1 � = − 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒�𝑗𝑗𝜔𝜔𝐿𝐿𝐿𝐿1 𝑡𝑡 + 𝑗𝑗∅𝐿𝐿𝐿𝐿1 � 𝑆𝑆(𝑡𝑡) 𝐴𝐴𝐴𝐴 𝑆𝑆(𝑡𝑡) ∙ exp�𝑗𝑗𝜔𝜔𝐿𝐿𝐿𝐿1 𝑡𝑡 + 𝑗𝑗∅𝐿𝐿𝐿𝐿1 � = (3.11) S(t)=VI+jVQ tín hiệu OFDM phức băng tần sở Từ phương trình 3.11 ta thấy đầu điều chế I/Q quang ảnh tuyến tính tín hiệu đầu vào OFDM băng tần sở có tần số trung tâm /2 3.3.2 Tác động sợi quang Khi truyền tín hiệu qua sợi quang, tất nhiên bị ảnh hưởng nhiều tượng gây nhiễu, khiến cho tín hiệu thu không hoàn toàn xác với tín hiệu ban đầu Tuy nhiên, tác nhân ảnh hưởng lớn tuyến quang là: • Suy hao: chiỊu dµi cđa tun quang th­êng lớn, 10km, nên tượng suy hao ảnh hưởng ®Õn tuyÕn quang rÊt quang träng Thø nhÊt, nã lµm cho tÝn hiÖu suy yÕu, tÝn hiÖu suy yÕu ảnh hưởng tác nhân khác lớn Thứ hai biên độ tín hiệu ngõ nhỏ, nên cần phải có khuếch đại RF đầu BS, tốn lượng cung cấp cho BS, với BS gần nguồn điện điều không quang trọng, BS xa lưới điện, nguồn điện cung cÊp tõ xa lín sÏ khiÕn cho d©y dÉn lín hơn, dẫn tới chi phí bỏ cho mạng nhiều Điều cuối tuyến sử dụng kü thuËt remote hetorodying cho tuyÕn downlink vµ remote LO cho tuyến uplink, nên suy hao làm cho tín hiệu tách BS có biên độ nhỏ ã Tán sắc: tượng tán sắc tượng phổ biến truyền tín hiệu quang sợi quang Hiện tượng tán sắc xảy nghiêm trọng tun quang nµy sư dơng kü tht RoF víi sóng RF điều chế lên miền quang Để khắc phục tượng này, người ta sử dụng laser DFB cã bỊ réng phỉ rÊt nhá tÝnh b»ng MHz, hiƯn đà có laser DFB có bề rộng phổ 1MHz, loại 75MHz 150MHz đà trở nên phổ biến Sợi quang góp phần giảm ảnh 75 hưởng tượng tán sắc, nhiều loại sợi quang phát triển để hạn chế vấn đề ã Nhiễu pha: tượng ảnh hưởng đến tuyến quang nhiều Hiện tượng nhiễu pha có giá trị trung bình tỷ lệ với bình phương băng thông tín hiệu Với phương pháp tuyến uplink ta thấy bề rộng phổ lớn, chiếm khoảng fLO Với fLO có tần số 60GHz bề rộng phổ lên đến 0.5nm Kỹ thuật cho ta thấy hạn chế ta áp dụng phương pháp DWDM thông thường 3.4 Tuyến uplink Tuyến uplink sử dụng kỹ thuật hạ tần để đưa tín hiệu tần số RF xng tÇn sè IF (kü tht IF over Fiber) víi tín hiệu LO lấy từ thành phần truyền dÉn tuyÕn uplink Do sãng quang mang tÇn sè IF nên bề rộng phổ nhỏ bị tác động tượng tán sắc Vì tuyến downlink sử dụng kỹ thuật cần trang bị mét LD FB hay thËm chÝ lµ mét LED cã bề rộng phổ lớn mà bảo đảm tín hiệu truyền cách đầy đủ Trước tới CS, tín hiệu khuếch đại EDFA trước vào tách sóng, sau qua mạch lọc thông dải để lấy thành phần cần thiết để giải điều chế RF modem Như với kỹ thuật remote LO mà BS ta không cần dao động LO, đồng thời thành phần phát chØ cÇn sư dơng LD FB hay thËm chÝ LED bảo đảm yêu cầu Cấu hình đà cho ta cấu trúc BS đơn giản, bao gồm thành phần chuyển đổi điện/quang, ngược lại lọc thông chức xử lý thực BS 76 3.5 Mô tuyến downlink 3.5.1 Giới thiệu Trong phần này, ta mô hoạt động tuyến RoF đà mô tả hình 3-1 sử dụng chương trình Simulink Matlab Để đơn giản ta mô hoạt động tuyến downlink để so sánh với công thức đà nêu phần 3.3 Chương trình mô vẽ dạng đồ thị dạng tín hiệu phân tích phổ 3.5.2 Mô hình hóa thông số Tính hiệu băng tần sở điều chế OFDM, sau cho qua bé ®iỊu chÕ MZM ®Ĩ chun tíi tÝn hiệu miền quang Trong kênh truyền chịu ảnh hưởng nhiƠu tr¾ng VỊ phÝa BS, tun downlink gåm mét photodiode khối OFDM receiver hình 3-2 Trong luận văn quan tâm đến hình dạng phổ tín hiệu OFDM quang sau đà điều chế, nói cụ thể khối từ đến hình 3-2 Để đơn giản ta xét bé ®iỊu chÕ quang ë ®iỊu kiƯn tèi ­u, ë tính phi tuyến không đáng kể Như ta dùng phương trình (3.11) kết ngõ điều chế dual-MZM mô tả khối MZM hình 3-2 77 Hỡnh 3- Sơ đồ tuyến downlink Sư dơng Simulink cđa Matlab để mô phỏng,với mô hình trên, khối thiÕt kÕ thĨ nh­ sau: • Khèi 1-Bernoulli Binary Generator: dùng để phát số nhị phân ngẫu nhiên Hỡnh 3- Bernoulli Binary Generator • Khèi 2-RS(15,11) encoder: gåm inport,outport vµ Binary Input RS Encoder Hình 3- RS(15,11) encoder ã Khối 3-BPSK mapping:gồm inport,outport, BPSK Modulator Baseband,và Gain 78 Hình 3- BPSK mapping • Khèi 4-Training: gåm PN Sequence Generator, Unipolar to Bipolar converter vµ outport Hình 3- Training • Khèi 5-OFDM baseband modulator and Add cyclic prefix:gåm Multiport Slector, Matrix concatenation,zero pad,IFFT,Cyclic prefix Hình 3- OFDM baseband modulator and Add cyclic prefix o Trong khối Zero pad gồm inport,outport,zero pad,và selector Hỡnh 3- Zero pad 79 o Khèi cyclic prefix gåm inport,outport, selector Hình 3- cyclic prefix • Khèi 6-Training insertion:gåm inport,outport, Multiport selector, Matrix concatenation vµ Frame status conversion Hình 3- 10 Training insertion • Khèi 7-Parallel to Serial Converter: gåm inport, outport, Unbuffer, Complex to Real-Image Hình 3- 11 Parallel to Serial Converter ã Khối 8-MZM(Bộ điều chế Mach-Zehnder) Từ công thức (3.11)=>Bộ điều chế MZM tương ứng víi nhãm: − 𝐴𝐴𝐴𝐴 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒�𝑗𝑗𝜔𝜔𝐿𝐿𝐿𝐿1 𝑡𝑡 + 𝑗𝑗∅𝐿𝐿𝐿𝐿1 � Giả sử = => điều chế MZM gåm inport,outport,Gain,Coswave, Sinwave, Real-Imag to Complex vµ Multiply 80 Hình 3- 12 MZM C¸c tham sè thĨ sư dụng để mô phỏng: o Chu kỳ ký tự OFDM: Ts=25,6 ns o Sè sãng mang con: NSC=256 o Khoảng bảo vệ GI =3.2 ns o Điều chế tín hiệu băng tần sở BPSK o FLD1=100GHz o Tỉ số công suất tín hiệu quang nhiễu: OSNR=3.5 dB o Q=9.8dB o Bé ®iỊu chÕ quang ë ®iỊu kiƯn tối ưu(bias point-điểm phân cực ) o Chỉ số điều chế M=0.5 3.5.3 Kết mô ã Phỉ cđa tÝn hiƯu OFDM sau ®i qua bé ®iỊu chÕ MZM Hình 3- 13 Phổ tín hiệu OFDM quang 81 NhËn xÐt: phỉ cđa tÝn hiƯu OFDM quang(tÝn hiệu sau qua điều chế MZM) tín hiệu OFDM băng tần sở, tần số trung tâm fLD1 tần số sóng mang quang ã Phổ công suất M=0.5, điểm phân cực Hỡnh 3- 14 Ph cụng sut tớn hiu OFDM ti M=0.5 ã Phổ công suất M=3, điểm phân cực Hỡnh 3- 15 Ph cơng suất tín hiệu OFDM M=3 NhËn xÐt; víi số điều chế M lớn thành phần phổ bên dải OFDM 82 Kết luận Trong khuôn khổ đồ án, nội dung OFDM sợi quang ứng dụng cụ thể phương pháp RoF đà trình bày Chương bắt đầu tìm hiểu vỊ kü tht RoF, lµ mét kü tht míi việc kết hợp giới sợi quang giới vô tuyến lai với Chương đà nêu lên phương pháp ứng dụng kỹ thuật RoF này, nêu lên ưu điểm cách cải tiến nhược điểm biện pháp khắc phục Tuy vấn đề tìm hiểu chưa nhiều vµ ë møc chung nhÊt cho tõng kü thuËt, nh­ng đà làm lộ rõ chất kỹ thuật RoF Chương 2, ta đà thấy vấn đề điều chế OFDM, OFDM quang ứng dụng hệ thống OFDM quang quán Trong với phát, đặc điểm bật điều chế I/Q quang có vai trò chuyển đổi tín hiệu RF sang miỊn quang tr­íc qua sỵi quang Trong bé thu, cã nhiỊu kiÕn tróc bé t¸ch sãng quang thiết kế, nhiên ta thấy phương pháp tách sóng trực tiếp có cấu trúc đơn giản giá thành lại rẻ Cuối chương 3, mô tả tuyến RoF cụ thể để đạt cấu trúc BS đơn giản, với có mặt kỹ thuật OFDM quang Chương kết hợp kỹ thuật chương lại với để đưa cấu hình phân tích dựa công thức chương trình mô Chương trình sử dụng để mô Simulink Matlab với công cụ hỗ trợ sẵn Những kết mô chương đà giúp hiểu kỹ thuật điều chế OFDM quang truyền dẫn RoF Như đồ án đà đạt số kết định bên cạnh có việc chưa làm với thiếu sót cần bổ sung 83 Hướng phát triển đề tài Về hướng phát triển đề tài cho nhiều hướng để làm đề tài hoàn chỉnh có nội dung phong phú hơn: (1) Tìm hiểu sâu kỹ thuật điều chế OFDM quang, tìm hiểu tác động tán sắc mode, tán sắc phân cực, suy hao môi trường sợi quang, từ thiết kế thu phát tối ưu (2) Tìm hiểu vấn đề đồng thu nhằm tạo lại tín hiệu ban đầu, có đồng cửa sổ DFT có vai trò lớn tránh nhiễu liên tín hiệu, phục hồi sóng mang phụ cách dự đoán bù tần số (3) Tìm hiểu thêm nhữngứng dụng kỹ thuật điều chế OFDM quangtrong mạng quang truy cập khác RoF, ví dụ mạng quang thụ động(PON), WiMax, ultra wideband(UWB) ứng dụng quang cho môi trường không dây Cuối cùng, em xin cảm ơn thầy, cô đà để thời gian đọc vấn đề trình bày luận văn em 84 Danh mục tài liệu tham khảo Ahmad Said Chahine,(2007),Simulation of OFDM over fiber for wireless communication system, Universiti Tecknologi Malaysia,Malaysia Nguyễn Văn Đức,(2006),Lý thuyết ứng dụng kỹ thuật OFDM, nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội,Việt Nam Nguyễn Văn Đức,(2006),Các tập MatLab thông tin vô tuyến ,nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội,Việt Nam Tang Y, Shieh W, Yi X, Evans R,(2007),” Optimum design for RF-to-optical up-converter in coherent optical OFDM” William Shieh &Ivan Djordjevic,(2010), OFDM for Optical Communications, Elsevier ,USA 85 ... Chương1 -Kỹ thuật truyền dẫn vô tuyến qua sợi quang 1.1 Định nghĩa Kỹ thuật truyền dẫn vô tuyến qua sợi quang hay gọi RoF phương pháp truyền dẫn tín hiệu vô tuyến đà điều chế sợi quang RoF sử dụng. .. HUYỀN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT OFDM TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN QUA SỢI QUANG Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN... m¹ng RoF 16 1.5 Kü thuật truyền dẫn vô tuyến qua sợi quang .16 1.5.1 Giíi thiƯu vỊ trun dÉn v« tun qua sỵi quang .16 1.5.2 Kü tht truyền dẫn vô tuyến qua sợi quang 17 1.5.3 Các phương