Luận văn Thạc sĩ: Ảnh hưởng phi tuyến của truyền dẫn sóng vô tuyến qua sợi quang trong hệ thống 5G

Luận văn này có kết cấu gồm 3 chương: Chương 1 - Tổng quan và ứng dụng của kỹ thuật truyền sóng vô tuyến qua sợi quang (RoF); Chương 2 - Phân tích ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến trong RoF; Chương 3 - Đánh giá ảnh hưởng phi tuyến của truyền dẫn sóng vô tuyến qua sợi quang trong hệ thống 5G. Mời các bạn cùng tham khảo!

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 Luận văn hồn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN ĐỨC NHÂN Phản biện 1: PGS.TS NGUYỄN TÀI HƯNG Phản biện 2: TS NGUYỄN QUÝ SỸ Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông Vào lúc: 15 ngày 11 tháng 01 năm 2020 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông i MỤC LỤC MỤC LỤC I MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ ỨNG DỤNG CỦA KỸ THUẬT TRUYỀN SĨNG VƠ TUYẾN QUA SỢI QUANG (ROF) 1.1 Giới thiệu .2 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 1.5.1 Những ưu điểm công nghệ RoF 1.5.2 Hạn chế công nghệ RoF 1.6 Ứng dụng truyền sóng vô tuyến qua sợi quang (RoF) 1.6.1 Ứng dụng RoF Wireless LAN băng tần 60GHz 1.6.2 RoF ứng dụng mạng thông tin giao thông 1.6.3 RoF ứng dụng mạng 5G 1.7 Kết luận chƣơng .9 CHƢƠNG 2: PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA HIỆU ỨNG PHI TUYẾN TRONG ROF 10 2.1 Giới thiệu .10 2.2 Các tham số thu phát 10 2.3 Các tham số kênh quang .11 2.4 Các tham số kênh vô tuyến 13 2.5 Hiệu ứng phi tuyến sợi quang 14 2.6 Kết luận chƣơng .16 CHƢƠNG 3: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG PHI TUYẾN CỦA TRUYỀN DẪN SĨNG VƠ TUYẾN QUA SỢI QUANG TRONG HỆ THỐNG 5G .17 ii 3.1 Giới thiệu 17 3.2 Đặc điểm hệ thống 17 3.3 Mô hình khảo sát RoF ứng dụng mạng 5G 17 3.2.1 Liên kết vô tuyến 17 3.2.2 Liên kết ROF 19 3.4 Kết thực đánh giá khảo sát .19 3.4.1 Phân tích đánh giá hiệu ứng nhiễu phi tuyến 19 4.4.2 Thiết kế Bộ thu 21 3.4.3 Kết thực 22 3.5 Kết luận chƣơng 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 24 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 Khi hệ thống hoạt động tốc độ cao băng tần hàng chục GHz mạng 5G méo phi tuyến có ảnh hưởng 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 vơ tuyến qua sợi quang (RoF) Nội dung chương tập trung giới thiệu kỹ thuật truyền sóng vơ 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 Mặc dù cố gắng hạn chế mặt kiến thức thực tế chuyên môn nên chắn luận văn em khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận ý kiến đóng góp quý báu thầy để luận văn hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Học viên BẠCH THANH TÙNG CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ ỨNG DỤNG CỦA KỸ THUẬT TRUYỀN SĨNG VƠ TUYẾN QUA SỢI QUANG (RoF) Nội dung chương tập trung giới thiệu kỹ thuật truyền sóng vơ tuyến qua sợi quang (RoF), thành phần, kỹ thuật đặc điểm hệ thống RoF Ứng dụng RoF lĩnh vực như: Wireless LAN, mạng thông tin giao thông (RVC), mạng di động 5G 1.1 Giới thiệu Bằng cách sử dụng sợi cáp quang độ tuyến tính cao để phân phối tín hiệu RF từ trạm trung tâm tới điểm truy cập, kỹ thuật truyền sóng vơ tuyến qua sợi quang cho phép điểm truy cập vô tuyến trở nên đơn giản, với thiết bị chuyển đổi quang điện khuyếch đại 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 đầu cuối tập trung tới khối anten đầu xa (RAUs) Hình 1 Khái niệm hệ thống RoF Một ứng dụng RoF mô tả hình 1.2, hệ thống sử dụng để phân phối tín hiệu GSM Tín hiệu RF sử dụng để điều biến trực tiếp laser trạm trung tâm Hình Hệ thống quang-vơ tuyến 900 MHz 1.3 Các thành phần tuyến quang sử dụng RoF Hình Các thành phần kiến trúc RoF 1.4 Các kỹ thuật sử dụng RoF 1.4.1 Công nghệ RoF sử dụng kỹ thuật IM-DD Có cách để điều chế nguồn sáng: cách thứ để tín hiệu RF trực tiếp điều chế dòng điện laser; cách thứ hai điều khiển laser chế độ sóng liên tục sau sử dụng điều chế ngồi điều chế Mach-Zehnder (MZM) Hình Tạo tín hiệu RF điều chế cường độ (a Của Laser; b Dùng điều chế ngồi) 1.4.2 Cơng nghệ RoF sử dụng kỹ thuật tách heterodyne đầu xa RHD Trong chuyển đổi quang điện O/E, tách sóng quang đóng vai trị trộn trở thành phần tử cấu thành hệ thống RoF dùng kĩ thuật RHD.[2] Hình Sơ đồ khối kỹ thuật tách sóng hetorodyne Nguyên lí trộn kết hợp minh họa sau Hai trường quang có tần số góc và được biểu diễn: E1 E01 cos(1t) (1.1) E2 E02 cos(2t) (1.2) Dòng tách quang danh định là: iPD= (E1+E2)2 (1.3) i PD  E 01 E 02 cos1   t E 01 E 02 cos1   tcác thành phần khác (1.4) Nếu xét tín hiệu cơng suất quang thay cho trường quang dịng tách quang tính: Với R độ nhạy tách sóng quang, t thời gian, p1 (t) p2 (t) tín hiệu hai cơng suất quang tức thời tương ứng với tần số tức thời  (t)  (t),  (t) (t) pha tức thời tín hiệu Hình Ngun lý trộn kết hợp (coherent) quang dựa laser điều tần 1.4.3 Nhiễu  Nhiễu pha Ta có: I  t   I ref  2R Ps Pref cos s  ref I  t   I ref  2R Ps Pref cos 0t  s  cho homodyne    cho heterodyne ref (1.6) (1.7)  Mất phối hợp phân cực Trong tách sóng quang trực tiếp (như photodiode) biết phân cực tín hiệu quang khơng đóng vai trị dịng điện thu phụ thuộc vào số photon tia tới  Tán sắc Ta biết tán sắc ảnh hưởng lớn hệ thống thông tin quang khắc phục nhiều phương pháp 1.4.4 Nhận xét Mặc dù kỹ thuật optical homodyne có nhiều ưu điểm phải trì đồng pha tần số Điều khơng có lợi mạng RoF nên người ta không sử dụng kỹ thuật để truyền dẫn sóng mm 1.5 Đặc điểm hệ thống RoF 1.5.1 Những ưu điểm công nghệ RoF Suy hao thấp Băng thông rộng Không chịu ảnh hưởng nhiễu tần số vô tuyến Lắp đặt bảo dưỡng dễ dàng Giảm công suất tiêu thụ Phân bổ tài nguyên động 1.5.2 Hạn chế cơng nghệ RoF Tín hiệu bị ảnh hưởng nhiễu méo, hạn chế hệ thống thông tin tương tự hệ thống RoF Nguồn tạp âm đường truyền sợi quang tương tự bao gồm tạp âm cường độ tương đối laser (RIN), nhiễu pha laser, nhiễu nổ tách sóng quang, nhiễu nhiệt khuếch đại, tán sắc sợi 1.6 Ứng dụng truyền sóng vô tuyến qua sợi quang (RoF) 1.6.1 Ứng dụng RoF Wireless LAN băng tần 60GHz Kỹ thuật RoF ứng dụng cho mạng WLAN ứng dụng hứa hẹn 1.6.1.1 Kiến trúc mạng Đối với mạng WLAN, cấu trúc mạng cần đơn giản, thiết bị giá thành rẻ nên thường mạng sử dụng kỹ thuật đơn giản tốt (hình 1.7) 1.6.1.2 Chuyển giao Nhờ đơn giản nhanh nên giao thức sử dụng mạng WLAN, để giảm bớt phức tạp MH Ta tìm hiểu ví dụ chuyển giao MH di chuyển từ BS sang BS khác hình Trong hình 1.8 ví dụ với n = Hình Kiến trúc mạng RoF cho WLAN Ứng dụng kỹ thuật RoF mạng WLAN hoạt động băng tần mm ứng dụng đơn giản kỹ thuật vào mạng truy nhập vô tuyến Hình Độ trễ chuyển giao giao thức chuyển giao bàn cờ 1.6.2 RoF ứng dụng mạng thông tin giao thông Hệ thống RVC sử dụng kỹ thuật RoF thể hình 1.9, BS kết nối liên tục đến số lượng BS thông qua sợi quang, BS phục vụ cho mạng RVC với tầm phủ sóng rộng đặc tính phù hợp mạng Dựa vào hình 1.10 ta thấy cấu trúc BS đơn giản gồm PD, LD, EOM có khuếch tần số RF BS khơng thực chức xử lý tín hiệu nào, đóng vai trị trung gian chuyển tải sóng RF BS MH 1.6.2.1 Hoạt động mạng Giả sử CS kết nối đến N BS hình 1.10, số lượng BS phủ sóng hồn tồn đường N BS chia làm S nhóm (1 < S < N), tập hợp BS nhóm đặt gần nhau, tập hợp vùng phủ sóng nhóm gọi VCZ (vitual cellular zone) Hình Mạng RVC dựa kỹ thuật RoF 10 CHƢƠNG 2: PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA HIỆU ỨNG PHI TUYẾN TRONG RoF Chương nghiên cứu ảnh hưởng tham số phân hệ quang phân hệ vô tuyến lên hiệu hệ thống MMW-RoF 2.1 Giới thiệu Hệ thống MMW-RoF hệ thống truyền thông lai ghép thông tin sợi quang thơng tin vơ tuyến, chịu ảnh hưởng hai môi trường 2.2 Các tham số thu phát 2.2.1 Các nguồn nhiễu Hình 1.Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu hệ thống MMW-RoF Cơng suất nhiễu RIN tính sau:  RIN   RIN Lasers  RIN phase  I av2 Bn  K RIN I av2 Bn (2.1) RIN Lasers , nhiễu cường độ tương đối từ laser, RIN phase nhiễu biến đổi từ nhiễu pha sang nhiễu cường độ, I av dịng quang điện trung bình Bn băng tần nhiễu hiệu dụng thu K RIN giá trị phụ thuộc vào thiết bị, tính dB/Hz (thường nhận giá trị khoảng -150dB/Hz)  2qI av Bn Công suất nhiễu nổ xác định bởi:  short (2.2) đó, q điện tích electron Vì dịng tối (Id) tạo nhiễu nổ, nên nhiễu nổ tổng tính sau:  short  2q  I av  I d  Bn (2.3) Công suất nhiễu nhiệt mô tả công thức sau:  th2  4K BTBn / RL (2.4) đó, Bn số Boltzmann, T nhiệt độ Kelvin RL điện trở tải đầu PD 11 2.2.2 Méo phi tuyến Méo phi tuyến gây thu phát hệ thống MMW-RoF bao gồm méo phi tuyến gây nguồn quang điều chế trực tiếp, méo phi tuyến gây điều chế (MZM) méo phi tuyến gây tách sóng quang 2.2.3 Các tham số khác Các tham số khác ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống khảo sát luận văn gồm số điều chế điều chế MZM hệ số khuếch đại thu APD 2.3 Các tham số kênh quang Khi sóng vơ tuyến truyền sợi quang, chịu ảnh hưởng sợi quang suy hao, tán sắc, hay hiệu ứng phi tuyến Suy hao sợi quang Nếu P(0) công suất quang vào sợi (tại y = 0) cơng suất P(y) khoảng cách y giảm xuống còn: P  y   P  0 exp   y  (2.5) đó,  hệ số suy hao sợi quang có đơn vị dB/km, thường có giá trị 0,2 dB/km 2.3.1 Tán sắc sợi quang Đối với hệ thống MMW-RoF, sợi quang đơn mode thường sử dụng Do đó, loại tán sắc ảnh hưởng đến hiệu hệ thống tán sắc sắc thể (tán sắc vận tốc nhóm) Ảnh hưởng tán sắc đến hiệu hệ thống cịn phụ thuộc vào sơ đồ tách sóng hệ thống, gồm sơ đồ tách sóng trực tiếp (Direct Detection - DD) trộn sóng (tạo phách) từ xa (remote heterodyne detection - RHD) a Ảnh hưởng tán sắc mơ hình sử dụng tách sóng trực tiếp DD Mơ hình hệ thống IM-DD mơ tả hình 2.2 Hình 2 Hệ thống IM-DD Để đánh giá suy giảm hiệu tán sắc sợi quang, sợi quang mơ hình hóa lọc thơng dải (như hình 2.1) có hàm truyền đạt H  f  ảnh hưởng tán sắc, suy giảm tỉ số C/N ( C / N ) tính sau: ' X out  f mm  C / N  10log X out  f mm  (2.6) 12 ' X out  fmm  cơng suất tín hiệu nhận khơng tính đến ảnh hưởng tán sắc sợi quang, X out  f mm  cơng suất tín hiệu nhận tính đến ảnh hưởng tán sắc sợi quang f mm tần số sóng milimet b Ảnh hưởng tán sắc đến mơ hình tách sóng tạo phách từ xa Tổng sai khác trễ truyền dẫn tính sau:     path   disp  (2.7) Sự sai khác tạo không tương quan pha phần hay toàn phần hình 2.3 Hình Nguyên lý hệ thống MMW-RoF sử dụng tách sóng tạo phách từ xa Thành phần trễ sai khác gây tán sắc biểu diễn biểu thức:  disp  D.L 2 c f mm (2.8) Phần trễ sai khác hai tín hiệu quang hai tuyến đường khác trước ghép chung sợi quang, xác định bởi:  path   Lpath n c (2.9) đó, Lpath sai khác tuyến đường n số chiết suất vật liệu Tổng trễ gây nhiễu pha lên tín hiệu milimet, có cơng suất sau: 2m 1  cos  2 f   df f2 với Bn    2m Bn     B CD  (2.10) đó, m độ rộng phổ tồn phần nửa cực đại laser Ngoài ra, trễ sai khác gây suy giảm hiệu (tỉ số C/N), xác định sau: C / N  10log exp  2m   (2.11) 13 2.4 Các tham số kênh vô tuyến 2.4.1 Fading phạm vi rộng suy hao kênh vô tuyến Fading phạm vi rộng biến thiên biên độ trung bình hay cơng suất trung bình tín hiệu nhận mơi trường truyền dẫn kênh đa đường PL xác định bởi: PLdB  PTxdBm  GTxdBi  GRxdBi  PRxdBm (2.12) đó, PTx cơng suất phát anten phát có hệ số khuếch đại GTx , PRx công suất thu anten thu có hệ số khuếch đại GRx Do đó, cơng suất tín hiệu nhận được tính theo cơng thức: PRxdBm TxdBm GTxdBi  GRxdBi  PLdB (2.13) Tổng suy hao kênh truyền sóng MMW tính bởi: 4 df mm PL  Pfs  Pat  Prain  20log   ox   wv   rain  d c (2.14) Pfs suy hao không gian tự do, Pat suy hao hấp thụ khí bao gồm hấp thụ oxy, Prain nước suy hao mưa Tiếp theo, d khoảng cách vơ tuyến, f mm tần số sóng mang MMW, c tốc độ ánh sáng chân không  ox ,  wv ,  rain hệ số suy hao gây phân tử oxy, nước mưa Hệ số hấp thụ oxy xác định theo công thức:   oxdB / km fGHz   3,26  15,1  0,104   f  60  60  f  63   2,25 1,27 63  f  66  11,35   f  63  5,33   f  63 (2.15) Hệ số suy hao hấp thụ nước nhiệt độ bề mặt 200C, tần số nhỏ 350GHz xác định sau:   wvdB / km  0, 067    f   wv 104 2,  f  22,3  6,    2  f  183,5   f  323,8  10  7,33  4, (2.16) đó,  wv mật độ nước, tính g / m3 Với độ ẩm 42% 200C, mật độ nước 7,5 g / m3 Khi hệ số hấp thụ nước tần số 60GHz  wvdB / km =0,1869 Và suy hao hấp thụ phân tử khí: Pat   ox   wv  d (2.17) Khi kênh vô tuyến chịu ảnh hưởng mưa, tín hiệu bị suy hao tác động hạt mưa phụ thuộc vào tốc độ mưa khác bảng 2.1 14 Bảng 1.Hệ số suy hao mưa Hệ số suy hao mƣa (dB/km) tần số Tốc độ mƣa (mm/h) 25 50 60 GHz 10,1 17,9 63 GHz 10,4 18,2 66 GHz 10,6 18,5 2.4.2 Fading phạm vi hẹp Trong kênh fading này, tỉ số SNR tức thời bit (  ) biến ngẫu nhiên với hàm phân bố xác suất (PDF), P    , xác định sau: P       exp       ,   (2.18) đó,  tỉ số SNR trung bình bit Phân bố xác suất kênh fading sau: P     1  K  e K exp   1  K     I        K  K  1  0        (2.19) đó, K hệ số Rice, I hàm Bessel sửa đổi bậc loại Hiệu ứng phi tuyến sợi quang 2.5.1 Nguyên nhân gây hiệu ứng phi tuyến sợi quang 2.5 Nguyên nhân yếu tố: Thứ phụ thuộc số chiết suất n vào cơng suất ánh sáng: (2.20) Hình Sự phụ thuộc chiết suất sợi silic vào công suất quang Thứ hai tượng tán xạ kích thích như: SRS, SBS 15 Hình Hiệu ứng phi tuyến sợi quang 2.5.2 Hiệu ứng liên quan đến số khúc xạ phi tuyến Hiệu ứng tự điều pha (SPM - Self - Phase Modulation) Hình Hiện tượng mở rộng phổ xung SPM Điều chế chéo pha (XPM - Cross - Phase Modulation) Hiệu ứng trộn sóng (FWM: Four - wave mixing) Hình Hiệu ứng với mức khoảng cách khác theo khoảng cách kênh 2.5.3 Hiệu ứng liên quan tới tán xạ kích thích Tán xạ kích thích Ranman (SRS - Stimulated Raman - Scattering) Tán xạ kích thích Brillouin (SBS - Stimulated Brillouin - Scattering) 16 Hình Sự tăng ánh sáng tán xạ ngược công suất quan tăng 2.5.4 So sánh hiệu ứng phi tuyến sợi quang Các hiệu ứng phi tuyến khác dựa hiệu ứng Kerr so sánh Bảng 2.1 Bảng 2 So sánh hiệu ứng khúc xạ phi tuyến Hiện tƣợng phi tuyến SPM CPM FWM Đặc trƣng Tốc độ bít Phụ thuộc Nguồn Nhạy cảm phi tuyến Nhạy cảm phi tuyến Nhạy cảm phi tuyến X(3) X(3) X(3) Hiệu ứng X(3) Dịch pha xung Dịch pha tín hiệu Tạo sóng truyền lan Dạng mở rộng Đối xứng Có thể đối xứng - Không Không Chuyển đổi Không lượng phương tiện xung quang Khoảng cách kênh 2.6 Không ảnh hưởng Phụ thuộc Độc lập Tăng giảm khoảng Tăng giảm khoảng cách cách Kết luận chƣơng Hệ thống MMW-RoF hệ thống truyền thông lai ghép thông tin sợi quang thông tin vơ tuyến, chịu ảnh hưởng hai môi trường Hiệu hệ thống MMW-RoF bị suy giảm ảnh hưởng nguồn nhiễu phi tuyến liên kết truyền dẫn quang gây Ngoài ra, hiệu hệ thống cịn chịu tác động mơi trường vơ tuyến suy hao fading Tất hiệu ứng có ưu khuyết điểm riêng, yêu cầu người thiết kế hệ thống phải ý thức điều để đưa phương pháp tối ưu để giảm thiểu ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến 17 CHƢƠNG 3: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG PHI TUYẾN CỦA TRUYỀN DẪN SĨNG VƠ TUYẾN QUA SỢI QUANG TRONG 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 tần số miền (SC-FDE) Sau đưa đề xuất thiết kế máy thu mạnh tận dụng đặc điểm thống kê méo phi tuyến 3.1 Giới thiệu Ở đây, người nghiên cứu đưa thiết kế máy thu mạnh hiệu đáp ứng cho đặc tính phổ biến dạng phi tuyến tạo trình chuyển đổi điện quang 3.2 Đặc điểm hệ thống Hệ thống trình bày hình 3.1 Hình Sơ đồ hệ thống RoF sóng milimet điển hình Hình 3.2 cho thấy kiến trúc hệ thống OFDM MMW-RoF 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 Mach-Zehnder, khuếch đại công suất, khuếch đại nhiễu thấp, khuếch đại cơng suất trung bình lọc thơng dải 3.3 Mơ hình khảo sát RoF ứng dụng mạng 5G 3.2.1 Liên kết vô tuyến Dữ liệu truyền người dùng thứ p biểu diễn: [ ] với cyclic prefix (CP) có độ dài phù hợp gắn vào khối Thông qua biến đổi Fourier rời rạc (DFT), khối liệu biểu diễn dạng: [ ] 18 Tại BS thứ r sau loại bỏ mẫu CP, luồng liệu nhận theo miền thời gian [ cho bởi: ] , ∑ với (3.1) Hình 3 Minh họa mơ hình hệ thống vơ tuyến Bs cộng tác [ ] , miền tần số là: [ ] Trong miền tần số, cơng thức (3.1) viết là: ∑ (3.2) với (𝑟) biểu thị thành phần thứ k DFT khối [ ] Trong đó: ( ) [ ] liệu truyền MT thứ p sóng mang thứ k cho biết thành phần nhiễu miền tần số liên quan đến ăng ten thứ r tần số thứ k Tuy nhiên: (3.3) biểu diễn đáp ứng tần số kênh MT thứ p BS thứ r cho tần số thứ k (xem xét đáp ứng tần số kênh chuẩn hóa với *| | + ) 19 xem q trình Gaussian phức có trung bình Các mẫu miền thời gian thể bởi: *| ∑ | ∑ | + | | *| | + *| | + | (3.4) *| Trong đó: { *| Và { }| + *| { }| + (3.5) }| + *| { }| + (3.6) tương ứng với biểu tượng phương sai nhiễu 3.2.2 Liên kết ROF Khi đầu vào chúng , đầu chúng cho bởi: ( (|  A y (r ) |)  ( ( (| |)    y(r )  AM sin    AM  AM ,  ) 𝑟 (  ,  ))) (3.7) y ( r )  AM (3.8) y ( r )  AM , Phương sai phần thực phần ảo liên kết RoF phụ thuộc vào công suất đầu bão hòa, tức là: (3.9) 3.4 Kết thực đánh giá khảo sát 3.4.1 Phân tích đánh giá hiệu ứng nhiễu phi tuyến Tín hiệu bị biến dạng phi tuyến miền thời gian liên quan đến BS thứ r bị phân tách thành tổng hai thành phần không tương quan: (3.10) Trong là: biểu diễn yếu tố tỷ lệ đạt biểu diễn biến dạng phi tuyến [ ] *| [ ] (3.11) |+ Bằng cách xác định tự tương quan tín hiệu đầu vào điều chế MZ thể 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) , có 20 Trong + (⋅) đa thức Hermite bậc + Hình 3.4 cho thấy mối liên quan PSD mô lý thuyết cho BS kênh cụ thể xem xét điều chế MZ có Chúng ta có: | | (3.14) Trong miền tần số, biểu diễn bằng: [ ] (3.15) Hình 3.5 cho thấy PSD mơ lý thuyết méo phi tuyến kênh định sử dụng điều chế MZ với Người ta định nghĩa liên quan đến BS cho sóng mang thứ k kênh cho là: | | [| | ] | ] [| [| Hình PSD tín hiệu bị méo phi tuyến Hình 3.6 cho thấy thay đổi (3.16) | ] trung bình có với kênh 21 Hình PSD tín hiệu bị méo phi tuyến Hình Sự thay đổi có với kênh trung bình xem xét với giá trị khác 4.4.2 Thiết kế Bộ thu 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): 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)  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)  Mặc dù cấu trúc PIC nói chung phức tạp hơn, cho phép thiết kế song song, thuận lợi từ quan điểm thực 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 Ở lần lặp thứ i, ký hiệu liệu ước tính liên quan đến người dùng { ̂ { ̃ } } thứ p tương ứng với định đầu máy dò miền thời gian {̃ } , IDFT Biến đổi Fourier rời rạc ngược ̃ biểu diễn ̃ (3.23) Đối với MT thứ p sóng mang k, MSE cho mẫu miền tần số ̃ *| ̃ | + [| | ] cho bởi: (3.24) đó, tối thiểu hóa để: ∑ ∑ (3.25) 22 với 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: ({ | | | | 𝑟 }) (3.29) Hình Sơ đồ khối máy thu đa người dùng IB-DFE 3.4.3 Kết thực Hình Hiệu suất BER Bs cộng tác với P= 2MT, R = 2BS, 23 Hình Hiệu suất BER Bs cộng tác với P = MT, R = BS giá trị khác Hình 10 Hiệu suất BER Bs cộng tác với P = MT, R = BS giá trị khác 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 cịn 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 24 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 nhà ... cứu ảnh hưởng tham số phân hệ quang phân hệ vô tuyến lên hiệu hệ thống MMW-RoF 2.1 Giới thiệu Hệ thống MMW-RoF hệ thống truyền thông lai ghép thông tin sợi quang thông tin vô tuyến, chịu ảnh hưởng. .. 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... khác ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống khảo sát luận văn gồm số điều chế điều chế MZM hệ số khuếch đại thu APD 2.3 Các tham số kênh quang Khi sóng vơ tuyến truyền sợi quang, chịu ảnh hưởng sợi quang