Ứng dụng kỹ thuật rof cho hệ thống thông tin vô tuyến băng thông rộng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: ỨNG DỤNG KỸ THUẬT RoF CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN BĂNG THÔNG RỘNG Người hướng dẫn : KS Lê Văn Chương Sinh viên thực : Phan Đình Hùng Mã số sinh viên : 0751082281 NGHỆ AN, 01-2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Phan Đình Hùng Khố học: 48 Khoa: Điện tử Viễn thông Đầu đề đồ án: Mã sinh viên: 0751082281 Ngành: Điện tử Viễn thông Ứng dụng kỹ thuật RoF cho hệ thống thông tin vô tuyến băng thông rộng Các số liệu liệu ban đầu: Nội dung phần thuyết minh tính tốn: Tổng quan RoF Các kỹ thuật điều chế ghép kênh hệ thống RoF Ứng dụng kỹ thuật RoF Phần mô Các vẽ, đồ thị ( ghi rõ loại kích thước vẽ ): Họ tên giảng viên hướng dẫn: KS Lê Văn Chương Ngày giao nhiệm vụ đồ án: / /20 Ngày hoàn thành đồ án: / /20 Ngày tháng năm 2012 TRƯỞNG BỘ MƠN NGƯỜI HƯỚNG DẪN Sinh viên hồn thành nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm 2012 CÁN BỘ PHẢN BIỆN LỜI NÓI ĐẦU Mạng truy nhập nút cuối mạng viễn thông, thành phần giao tiếp với người trình đưa dịch vụ tới người sử dụng cuối thành phần tất yêu mạng Hiện nay, mạng truy nhập ngày phát triển không ngừng với nhiều loại hình khác mạng truy nhập cáp đồng, mạng truy nhập sợi quang, mạng truy nhập vô tuyến… Mỗi loại hình mạng có đặc điểm khác nhau, nhiên mạng truy nhập vô tuyến để ý nhiều phát triển cách nhanh chóng mà thấy chung quanh mạng thông tin di động 2G, 3G, mạng LAN không dây cho kết nối nhà với tên gọi WiFi, hay xa mạng truy nhập vô tuyến WiMax phát triển hậu thuẫn Intel, Nokia, Motorola,… mà cạnh tranh với cơng nghệ HSPA (High-Speed Packet Access) dựa 3G hỗ trợ AT&T Hay chí mạng NGN ngày phát triển theo chiều hướng hỗ trợ wireless Đó nhờ ưu điểm vượt trội kỹ thuật không dây mang lại, đạt tính di động cao mà kỹ thuật truy nhập hữu tuyến khơng thể có Tuy nhiên, với phát triển mạng truy nhập băng thơng rộng mạng truy nhập vơ tuyến gần bắt đầu gặp phải nhược điểm mình, tốc độ thấp với vùng phủ sóng hẹp Vì vậy, ngày có nhiều cơng nghệ kỹ thuật nghiên cứu phát triển để khắc phục nhược điểm này, mang lại cho người dùng mạng truy nhập vô tuyến băng thông rộng Hiện nay, hệ thống truyền dẫn, sợi quang sử dụng trở nên phổ biến ưu điểm băng thông rộng Tuy có nhược điểm định lắp đặt, bảo dưỡng giá thành sợi quang thiết bị kèm đắt so với cáp đồng với băng thơng lớn sợi quang khơng có mơi trường so sánh Vì vậy, sợi quang xem sở để triển khai mạng băng thông rộng mà ta có thấy mạng đường trục, FTTx,… ứng dụng sợi quang ngày nhiều Từ ưu điểm truyền dẫn quang, giải pháp để đạt mạng truy nhập vô tuyến băng thông rộng kết hợp với kỹ thuật truy nhập sợi quang, với ưu điểm băng thông lớn cự ly xa Một kết hợp kỹ thuật Radio over Fiber, kỹ thuật mà coi tảng cho mạng truy nhập không dây băng thông rộng tương lai Tuy kỹ thuật RoF giai đoạn nghiên cứu, phát triển thử nghiệm kết mà mạng lại khả quan, khiến nhiều người tin tưởng kỹ thuật cho ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến tương lai Trong đồ án này, em trình bày kỹ thuật Radio over Fiber ứng dụng mạng truy nhập vơ tuyến Nội dung đồ án bao gồm phần: - Tổng quan kỹ thuật radio over fiber - Các kỹ thuật truyền tín hiệu vơ tuyến qua sợi quang - Phân tích hoạt động tuyến RoF cụ thể - Xu hướng phát triển mạng RoF Kỹ thuật RoF kỹ thuật mẻ, chưa áp dụng thực tế cách rộng rãi Việt Nam, tài liệu tham khảo cịn nhiều hạn chế, thực đề tài chắn không tránh khỏi sai sót Em mong nhận bảo thầy giáo, góp ý bạn Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tận tình thầy giáo KS Lê Văn Chương thầy cô giáo khoa Điện tử Viễn thông thời gian thực đề tài SINH VIÊN THỰC HIỆN Phan Đình Hùng MỤC LỤC Trang Danh mục hình vẽ Danh mục từ viết tắt CHƯƠNG 1: KỸ THUẬT RADIO OVER FIBER 11 1.1 Radio over Fiber – Định nghĩa 11 1.2 Xu mạng truy nhập vô tuyến chuyển sang băng tần Milimet 12 1.2.1 Mạng truy nhập vô tuyến 12 1.2.2 Sự kết hợp sợi quang vô tuyến 13 1.2.3 Các đặc điểm quan trọng mạng RoF 14 1.3 Kỹ thuật RoF – Mở đầu 15 1.3.1 Giới thiệu truyền dẫn RoF 15 1.3.2 Kỹ thuật truyền dẫn RoF 15 1.3.3 Các phương pháp điều chế lên tần số quang 16 1.4 Cấu hình tuyến RoF 16 1.5 Ưu điểm RoF 19 1.5.1 Suy hao thấp 19 1.5.2 Băng thông lớn 20 1.5.3 Khử cảm ứng điện tử 21 1.5.4 Dễ dàng cài đặt bảo trì 21 1.5.5 Tiết kiệm lượng 21 1.5.6 Đa dịch vụ 22 1.5.7 Cấp phát tài nguyên động 22 1.6 Những hạn chế kỹ thuật RoF 22 1.7 Các ứng dụng kỹ thuật RoF 23 CHƯƠNG 2: CÁC KỸ THUẬT TRUYỀN TÍN HIỆU VƠ TUYẾN QUA SỢI QUANG 25 2.1 Giới thiệu 25 2.2 Tạo tín hiệu RF điều chế cường độ IM-DD 26 2.2.1 Ưu điểm dùng IM-DD 27 2.2.2 Các hạn chế IM-DD 27 2.3 Tạo tín hiệu RF tách sóng từ xa Hererodyne 28 2.3.1 Nguyên lý Heterodyne 28 2.3.2 Hệ thống lọc FM quang học 31 2.3.3 Vịng khóa pha/ tần số quang (OFLL/OPLL) 33 2.3.4 Khóa phun quang 35 2.3.5 Vịng khóa pha phát quang (OIPLL) 37 2.3.6 Laser chế độ kép 38 2.4 Kỹ thuật dựa tạo sóng hài 38 2.4.1 Kỹ thuật chuyển đổi FM-IM 38 2.4.2 Kỹ thuật điều chế dải biên 40 2.5 Các kỹ thuật ghép kênh RoF 41 2.5.1 Ghép kênh sóng mang phụ hệ thống RoF 41 2.5.2 Ghép kênh theo bước sóng hệ thống RoF 43 2.6 Kết luận 46 CHƯƠNG 3: HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG RoF DÙNG BỘ ĐIỀU CHẾ DUAL-MACH-ZEHNDER 47 3.1 Giới thiệu 47 3.2 Một tuyến RoF cụ thể 48 3.2.1 Cấu hình hệ thống 48 3.2.2 Các thành phần hệ thống 48 3.2.3 Hoạt động hệ thống 49 3.3 Phân tích hoạt động tuyến downlink 49 3.3.1 Bộ điều chế “dual Mach-Zehnder” - Kỹ thuật điều chế OSSBC 49 3.3.2 Tác động sợi quang 53 3.3.3 Tách sóng BS - sản phẩm RF 54 3.4 Tuyến downlink 55 3.5 Mô tuyến downlink 56 3.5.1 Giới thiệu 56 3.5.2 Mơ hình hóa thơng số 56 3.5.3 Các kết mơ phân tích 58 3.6 Phân tích BER tuyến 63 3.7 Kết luận 63 CHƯƠNG 4: XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA KỸ THUẬT RoF 64 4.1 Giới thiệu 64 4.2 Hệ thống RoF song công với OFM 65 4.3 Hệ thống OFM điểm - đa điểm 66 DANH SÁCH HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 CS – BS – MH microcell kiến trúc RoF 12 Hình 1.2 Sử dụng phương pháp điều chế với sóng mang quang 15 Hình 1.3 Các cấu hình tuyến RoF 18 Hình 1.4 Sơ đồ thành phần mạng truy cập không dây băng hẹp 19 Hình 1.5 Cấu trúc hạ tầng cho hệ thống tích hợp vơ tuyến hữu tuyến 23 Hình 2.1 Tạo tín hiệu RF điều chế trực tiếp (a), dùng điều chế 26 (b) Hình 2.2 Tính chất kết hợp quang dựa laser FM 31 Hình 2.3 Heterodyning từ xa cách sử dụng lọc để chọn dải biên 32 Hình 2.4 Ngun lý vịng khóa pha / tần số 33 Hình 2.5 Ngun lý khóa phun quang 36 Hình 2.6 OPCG cho tạo sóng mang dùng heterodyning 36 Hình 2.7 Ngun lý vịng khóa pha phun quang (OIPLL) 37 Hình 2.8 Bộ ghép kênh sóng mang phụ tín hiệu tương tự 41 Hình 2.9 Sự kết hợp truyền dẫn DWDM RoF 44 Hình 2.10 DWDM RoF a Điều chế hai dải biên, b Điều chế 45 triệt dải biên Hình 2.11 Kiến trúc vòng ring RoF dựa DWDM 45 Hình 3.1 Tuyến RoF khảo sát sử dụng điều chế dual-Mach- 48 Zehnder Hình 3.2 Bộ điều chế ngồi “Dual Mach-Zehnder” 50 Hình 3.3 Một số hàm Bessel loại 51 Hình 3.4 Phổ biên độ a nhánh điều chế, b nhánh 53 điều chế, c ngõ điều chế Hình 3.5 Sơ đồ mơ tuyến downlink 57 Hình 3.6 Sản phẩm BS điều chế nhánh 59 Hình 3.74 Sản phẩm BS điều chế nhánh 59 Hình 3.8 Sản phẩm ngõ tuyến downlink 59 Hình 3.9 BS với lọc thơng dải để lấy tín hiệu liệu tần số 60 RF Hình 3.10 Phổ tín hiệu BS 60 Hình 3.51 Hình dáng tín hiệu với bit 61 Hình 3.12 Bộ điều chế có liệu 61 Hình 3.13 Hình dáng tín hiệu liệu với bit 1-0 (isignal) 62 Hình 3.14 Phổ tín hiệu liệu 62 Hình 4.1 Hệ thống song cơng RoF sử dụng OFM 65 Hình 4.2 Hệ thống phân phối RoF điểm - đa điểm sử dụng OFM 67 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT AM Amplitude Modulation Điều biên BB Base Band Băng tần gốc BBoF Baseband-over-Fibre Truyền tín hiệu băng tần sở qua sợi quang BER Bit Error Rate Tỷ số bit lỗi BPF Bandpass Filter Bộ lọc dải thơng BPSK binary phase-shift keying Khóa dịch pha nhị phân BS Base Station Trạm gốc BSC Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc BTS Base tranceiver station Trạm thu phát sở CDM Code Division Multiple Access A CNR Truy cập phân chia theo mã Carrier noise rate Tỷ lệ sóng mang nhiễu CS Central Station Trạm trung tâm DAS Distributed Antenna System Hệ thống ăng-ten phân phối DFB Distributed Feedback laser diode Laser DFB Demodulation Bộ giải điều chế DR Dinamic range Dải động DWD Dense Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo LD DMO D bước sóng với mật M độ cao E/O Electric/Optical Điện/Quang EDF Eribium Doped Fiber Amplifier Bộ khuếch đại quang sợi pha tạp A Erbium EMI Immunity to ElectroMagnetic Interference Nhiễu cảm ứng điện từ FBG Fibre Bragg Grating FFPI Fabry Perot Interferometer Bộ giao thoa Fabry Perot FM Frequency Modulation Điều tần FSR Free Spectral Range Dải phổ tự FU Fixed Unit Đơn vị không đổi FWA Fixed Wireless Access Truy cập vô tuyến cố định G Generation Thế hệ GSM Global System for Mobile Communication Hệ thống truyền thông di động IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers Viện kỹ sư điện điện tử IF Intermediate Frequency Tần số trung tần IFoF Intermediate Frequency-over-Fibre Truyền tín hiệu trung tần qua sợi quang Intensity Modulation with Direct Detection Điều chế cường độ LAN Local Area Network Mạng cục LED light-emitting diode Đi-ốt phát quang LO Local Oscillator Dao động nội MAC medium access control Điều khiển truy IMDD nhập môi trường MH Mobile Host Máy chủ di động MOD Modulation Bộ điều chế MU Mobile Unit Thiết bị di động  Suy hao: chiều dài tuyến quang thường lớn, 10km, nên tượng suy hao ảnh hưởng đến tuyến quang quang trọng Thứ nhất, làm cho tín hiệu suy yếu, tín hiệu suy yếu 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 khơng quang trọng, BS xa lưới điện, nguồn điện cung cấp từ xa lớn khiến cho dây dẫn lớn hơn, dẫn tới chi phí bỏ cho mạng nhiều Điều cuối tuyến sử dụng kỹ thuật remote hetorodying cho tuyến downlink remote LO cho tuyến uplink, nên suy hao làm cho tín hiệu tách BS có biên độ nhỏ (Xem phần 3.3.3)  Tán sắc: tượng tán sắc tượng phổ biến truyền tín hiệu quang sợi quang Hiện tượng tán sắc xảy nghiêm trọng tuyến quang sử dụng kỹ thuật RoF với sóng RF điều chế lên miền quang Để khắc phục tượng này, người ta sử dụng laser DFB có bề rộng phổ nhỏ tính MHz, có laser DFB có bề rộng phổ 1MHz, cịn loại 75MHz 150MHz trở nên phổ biến Sợi quang góp phần giảm ảnh hưởng tượng tán sắc, nhiều loại sợi quang phát triển để hạn chế vấn đề  Nhiễu pha: tượng ảnh hưởng đến tuyến quang nhiều Hiện tượng nhiễu pha có giá trị trung bình tỷ lệ với bình phương băng thơng 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 3.3.3 Tách sóng BS – sản phẩm RF Thành phần tín hiệu truyền đến BS bao gồm tần số, phương trình cường độ trường nhận PD BS biểu diễn sau: E PD (t )    GPopt 2I M I C I F L GPopt I M IC I F L J  LO    J  sub  cos opt t     J1  LO   cos opt   LO t GPopt 2I M I C I F L  Enoise (t )   4  (3.3.8)  J1  sub  cos opt   sub t   sig t  với IF suy hao chèn EDFA, G độ lợi EDFA, L suy hao sợi quang Giả sử thành phần nhiễu không đáng kể Như sau tách sóng, ta thu sản phẩm miền tần số RF dạng tín hiệu điện Phương trình tách sóng có dạng: I (t )  EPD (t ) (3.3.9) Do EPD(t) bao gồm thành phần tần số, nên sản phẩm sau tách sóng bao gồm thành phần tần số Bằng lọc thích hợp, người ta tách thành phần sóng đáng quan tâm Sản phẩm RF thứ tín hiệu RF đưa tới ănten xạ tới BS Đó sản phẩm thành phần tần số fopt+fLO fopt+fsub: isignal (t )  eGPopt hfopt I M I C I F L J1  sub J1  LO     (3.3.10)  cos  LO   sub t   signal t  với η hiệu suất lượng tử PD, e electro charge, hfopt lượng photon tín hiệu isignal(t) đưa tới ănten truyền tới MH Đây kỹ thuật tách sóng heterodyne, nhờ kỹ thuật mà tín hiệu liệu đưa lên miền tần số RF có tần số sóng mang fLO-fsub mà khơng cần phải có điều chế nâng tần RF Đây điểm hay kỹ thuật Dựa vào công thức ta thấy ảnh hưởng suy hao lên tín hiệu ngõ Nếu biên độ tần số LO tăng lần isignal(t) tăng lên lần sử dụng phương pháp remote heterodyning, sóng LO tạo BS biên độ isignal(t) lại tăng lên lần Sản phẩm thứ thành phần tần số LO để sử dụng kỹ thuật hạ tần cho tuyến downlink Đó sản phẩm thành phần tần số fopt thành phần tần số fopt+fLO Tín hiệu tách có dạng: iLO (t )  eGPopt hfopt I M I C I F L J  sub   J  LO      J1  LO   cos LO t   4  (3.3.11) 3.4 Tuyến uplink Tuyến uplink sử dụng kỹ thuật hạ tần để đưa tín hiệu tần số RF xuống tần số IF (kỹ thuật IF over Fiber) với tín hiệu LO lấy từ thành phần truyền dẫn tuyến uplink Do sóng quang mang tần số IF nên bề rộng phổ nhỏ bị tác động tượng tán sắc Vì tuyến downlink sử dụng kỹ thuật cần trang bị LD FB hay chí LED có 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 cần sử dụng LD FB hay chí LED bảo đảm yêu cầu Cấu hình cho ta cấu trúc BS đơn giản, bao gồm thành phần chuyển đổi điện/quang, ngược lại lọc thơng khơng có chức xử lý thực BS 3.5 Mô tuyến downlink 3.5.1 Giới thiệu Trong phần này, ta mô hoạt động tuyến RoF 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 nêu phần 3.3 Các tác động nhiễu khơng xét q trình mơ Chương trình mơ vẽ dạng đồ thị dạng tín hiệu phân tích phổ 3.5.2 Mơ hình hóa thơng số Dựa vào công thức (3.3.5) (3.3.6) Eupp (t )  (3.3.6)→  Elow (t )  (3.3.7)→    J  LO   cos opt t   2I M 4  Popt Popt IM  J1  LO   cos opt   LO t    J  sub  cos opt t   2I M 4  Popt Popt IM   J1  sub  cos opt  sub t   sig t  Là kết ngõ điều chế ngồi dual-MZM Ta mô điều chế khối upper lower hình 3.5 Một khối cộng tín hiệu đặt phía sau để kết hợp ngõ điều chế này, để phân tích tuyến ta sử dụng kết heterodyne Về phía BS, tuyến downlink đơn giản photodiode biểu diễn công thức (3.3.9) nên mơ khối lấy module hình 3.5 Hai khối Scope PSD dùng để phân tích hình dạng tín hiệu thu Mơ hình đơn giản hóa thành phần nhiễu, khuếch đại EDFA, suy hao sợi quang, số thành phần khác ta cần quan sát dạng tín hiệu phân tích phổ thành phần Hình 3.5 Sơ đồ mơ tuyến downlink Với mơ trên, ta chọn thông số công thức (3.3.5) (3.3.6) sau:  c=3×108 (m/s) vận tốc ánh sáng chân không  λ=1550nm nên ωopt = 2×π×c/λ=1.21×1015 (rad/s)  βLO=βsub=0.4  Popt = 1mW = 10-3W công suất quang ngõ  fLO=60GHz  fsub=2.5GHz  Data: bit với φsignal=0 & bit với φsignal=π Các thông số chạy file Nhap_thong_so.m để cung cấp cho phần mô simulink, đồng thời ta thay đổi thơng số cách dễ dàng Ngồi cịn có thơng số chương trình mơ phỏng, thơng số thay đổi tùy biến để giá trị quan sát 3.5.3 Các kết mô phân tích Kết thứ 1: Phổ tín hiệu BS Bộ điều chế bao gồm dual-MZM điều chế dạng sóng quang riêng biệt tần số RF Bây ta sử dụng điều chế dual-MZM cách riêng biệt để truyền tới BS nhận kết hình 3.6 cho điều chế 3.7 cho điều chế Ở hình 3.6 cho ta thấy truyền nhánh BS ta thu sóng RF có tần số 60GHz tương ứng với tần số góc 3.7×1011(rad/s) tương ứng với sóng LO Ở hình 3.7 cho ta thấy truyền nhánh BS ta thu sóng RF có tần số 2.5GHz Đây liệu điều chế tần số 2.5GHz, khơng phải mà ta cần để xạ Anten BS tín hiệu xạ cần phải điều tần lên 60GHz Tuy nhiên ta kết hợp điều chế lại truyền BS cịn có thêm sản phẩm tần số (60-2.5)GHz hình 3.8 Đó liệu cần truyền điều chế lên tần số vô tuyến Như kỹ thuật (kết heterodyne) mang lại cho sản phẩn cần thiết điều chế mà không thiết phải có nhân tần Đây điểm hay kỹ thuật mà ta giải thích 3.3 Hình 3.6 Sản phẩm BS điều chế nhánh Hình 3.7 Sản phẩm BS điều chế nhánh Hình 3.8 Sản phẩm ngõ tuyến downlink Phân tích Dựa vào cơng thức (3.3.10) (3.3.11) sản phẩm BS lọc thông dải tách Ta so sánh sản phẩm mặt biên độ: iLO t  J  sub   J  LO   J  LO    isignal t  J  LO    J  sub  J     J  LO    sub J  sub  (3.5.1) Do J0(x) lớn J1(x) nhiều với x nhỏ Nên biên độ tín hiệu iLO lớn isignal nhiều lần Vì ta cần thiết kế lọc thật tốt cho chúng không bị nhiễu lên Kết thứ 2: Quan sát tín hiệu liệu Bây BS ta đặt thêm mạch lọc thông dải tần số từ 57 đến 58GHz hình vẽ 3.9 để quan sát tín hiệu phổ tín hiệu ngõ Hình 3.10 phổ ngõ Hình 3.9 BS với lọc thơng dải để lấy tín hiệu liệu tần số RF 57.5GHz Hình 3.10 Phổ tín hiệu BS Hình 3.11 Hình dáng tín hiệu với bit Như hình 3.10 ta thấy phổ ngõ lọc thơng dải có tín hiệu liệu cần truyền Thành phần xạ trực tiếp đến từ anten đến MH Hình 3.11 hình dáng tín hiệu với bit (tức chưa có liệu với pha 0) Tiếp theo ta cải tiến mơ hình phát với kiểu điều chế BPSK hình 3.12 Hình 3.12 Bộ điều chế có liệu Thành phần độ Sin & Cos thứ đại diện cho bit với pha 0, thành phần Sin cos thứ đại diện cho bit với pha π Bộ phát xung có tốc độ thực tế tốc độ bit điều khiển thành phần dưới, để dễ quan sát thời gian mô ta chọn tốc cách thích hợp Các kết hình dáng tín hiệu phổ diễn tả hình 3.13 3.14 Hình 3.13 Hình dáng tín hiệu liệu với bit 1-0 (isignal) Hình 3.14 Phổ tín hiệu liệu Dựa vào hình ta thấy phổ tín hiệu khơng thay đổi phương pháp điều chế BPSK, gồm vạch phổ 57.5GHz Tuy nhiên có liệu hình dáng tín hiệu khác với ban đầu Thời gian bit mơ 2×10-9 giây, hình vẽ 3.13 khoảng thời gian bít cũ có bị trễ thời gian 1.7×10-9 giây, tác động lọc thông dải tác động đến độ trễ 3.6 Phân tích BER tuyến Thành phần gây nhiễu nhiều sợi quang tượng tán sắc, suy hao nhiễu pha Nó tác động tới tín hiệu làm suy giảm CNR tín hiệu đến đầu thu Các thành phần fLO fsub phân tích theo kỹ thuật heterodyne, tác động tán sắc, suy vào nhiễu pha thành phần sợi quang làm giảm SNR lượng so với điểm phát là:  2 v DL f 2  f LO  f sub    (3.6.1) Px  exp    c   với Δv bề rộng 3dB ngõ laser, D tán sắc sợi quang, Lf suy hao Mặc khác, giả sử nhiễu pha có phân bố Guassian variance là:  DL f 2  f LO  f sub    2 v Bn   (3.6.2) c   với Bn băng thông nhiễu tương đương thu sóng mm Sau giải điều chế BPSK BER tín hiệu là:  CNR cos2    x Pe    erfc   (3.6.3) 2   với CNRx CNR tín hiệu đầu thu bao gồm mát tính cơng thức (3.6.1) Như BER hệ thống tính công thức: Pe  2   2      CNR cos  2 x e   (3.6.4)  erfc       Công thức (3.6.4) công thức xấp xỉ BER cho toàn tuyến uplink 3.7 Kết luận Với kết thu được, ta thấy tuyến sử dụng kỹ thuật OSSBC điều chế kỹ thuật tách sóng heterodyne nên có cấu hình BS đơn giản với linh kiện rẻ tiền, giảm giá thành cho BS, đưa đến gần với thực tế CHƯƠNG 4: XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA KỸ THUẬT RoF 4.1 Giới thiệu Nội dung trọng tâm chương trước thực tuyến downlink tính chất OFM Điều xảy nhận tín hiệu LO từ xa trở nên khóa khăn liên quan tới tần số cao Ví dụ, truyền tín hiệu tuyến downlink uplink tần số GHz, đạt cách truyền trực tiếp cáp thông qua điều chế cường độ ánh sáng từ laser diode qt tín hiệu tách sóng quang (IM-DD biết đến RFoF) Điều dẫn tới RAU đơn giản, RAU cầu phải khơng có chuyển đổi tần số Ở tần số cao, sóng mm, tín hiệu RF truyền trực tiếp thêm khó khăn u cầu thiết bị quang-điện tần số cao đắt đỏ, nhạy với tán sắc gây nên suy hao Bởi vậy, uplink sóng mm hệ thống RoF thường bao gồm chuyển đổi xuống tín hiệu luồng lên yêu cầu để truyền dẫn Nó nói lên tín hiệu RF từ thiết bị di động đầu cuối wireless chuyển đổi xuống lần đầu tới IF sau truyền qua tuyến cáp (IFoF) thơng qua IM-DD Ưu điểm việc truyền tín hiệu luồng lên IF thay RF làm giảm giá thành, thiết bị điện-quang tốc độ thấp sử dụng RAU Tuy nhiên, việc tiếp cần yêu cầu LO tần số cao phải có RAU Nó khơng phải vấn đề với tần số thấp Nhưng với sóng mm, thêm khả cung cấp LO từ xa tới RAU, sử dụng kỹ thuật RoF thích hợp Bởi vậy, cách cung cấp tín hiệu LO từ headend tới RAU, hệ thống ROF cung cấp giải pháp tuyến uplink giá thành thấp Điều trì RAU tần số cao, hệ thống wireless đơn giản, dẫn tới giảm giá thành hệ thống RoF Chương phân tích hệ thống RoF song cơng sử dụng tính chất truyền dẫn tín hiệu OFM RF Hơn nữa, u cầu chính, khó khăn để xây dựng hệ thống RoF điểm-đa điểm dựa tính chất OFM nhấn mạnh 4.2 Hệ thống RoF song cơng với OFM Tín hiệu sóng mm cao tần truyền tới RAU với RAU cung cấp lượng MMF SMF Tín hiệu sóng ngắn nhận có chất lượng cao, với nhiễu pha thấp Bởi vậy, tín hiệu dùng để đạt tuyến uplink với chi phí tiết kiệm Điều minh họa hình 4.1 Dữ liệu tuyến downlink truyền sóng mang tần số fSC Sóng mang phụ tuyến downlink với tín hiệu lựa chọn tần số thích hợp f1, cộng vào với sử sử dụng để điều chế cường độ Tín hiệu f1 không điều chế với liệu Cùng với nhân tần quang RAU, dạng dải biên tần số sóng mang phụ dải nhiều nhịp tần số quét biểu diễn hình Hình 4.1: Hệ thống song cơng RoF sử dụng OFM Tín hiệu tuyến downlink lọc BPF1 xạ Một dải biên tín hiệu f1 mm fLO = fmm+ f1 lọc sử dụng LO cho tuyến uplink Ví dụ, nhịp tần số quét, fsw = GHz, f1 =1.1 GHz, sau tần số LO tách BPF2 16.9 GHz, yêu cầu, cần thay đổi tần số f1 headend Tín hiệu LO nhận từ xa sử dụng để chuyển đổi xuống tín hiệu uplink tới từ MU/WTU tới tần số IF, fIF Tín hiệu chuyển đổi xuống truyền tới headend thông qua tuyến IM-DD Vì IF tần số thấp, nguồn LED giá thấp laser diode FP rẻ sử dụng cho tuyến uplink Bằng cách này, cần thiết cho LO cao tần RAU bị giới hạn, tạo RAU đơn giản 4.3 Hệ thống OFM điểm – đa điểm Hình 5.1 biển diễn hệ thống điểm – đa điểm chiều với WDM sử dụng để thực đa công luồng xuống luồng lên sợi cáp Để đạt cấu hình điểm – đa điểm, WDM sử dụng, biểu diễn hình 6.2 Trong cấu hình này, bước sóng khác sử dụng để gán địa cho RAU khác nhau, đươc kết hợp với xen rớt quang, để trở thành nút đầu xa RAU cấu hình 6.1 nơi mà tín hiệu LO nhận từ xa sử dụng mộ tuyến uplink IM-DD Nguồn quang uplink nhận từ xa, xóa bỏ cần thiết nguồn WDM RN Một điểm quan trọng tới nốt hình 6.2 có giao thoa (MZI) sử dụng headend Các bước sóng khác qt tín hiệu quét tần số thấp riêng biệt, theo với tín hiệu mm mong muốn RN Theo đó, node khác điều khiển theo chuẩn khơng dây khác Tín hiệu qt quang ghép kênh cách dùng WDM sau xử lý tương thích lọc MZI, trước đưa vào mạng vòng quang học Sự chia sẻ MZI làm giảm giá thành, đặc biệt lọc ổn định khung phức tạp sử dụng Bởi thiết bị tách ghép kênh WDM có sẵn cho ứng dụng SMF, hệ thống điểm - đa điểm dựa ghép kênh WDM thích hợp cho hệ thống SMF Với hệ thống dựa MMF, cấu hình mạng hình có thêm tùy chọn cho thích hợp Với hệ thống dựa POF, cấu hình mạng hình nhất, thời điểm Trong trường hợp này, RAU dẫn đến cáp riêng biệt Các tiếp cận phù hợp cho ứng dụng nhà, nơi mà chiều dài đường dẫn nói chung ngắn nơi mà MMF (bao gồm POF) thu hút chi phí lắp đặt bảo trì thấp Hình 4.2: Hệ thống phân phối RoF điểm - đa điểm sử dụng OFM Nó phải đề cập lớp vật lý (Khuếch đại, nhiễu pha, dải động…) hệ thống RoF khơng phải giới hạn ứng dụng chúng cho việc phân phối tín hiệu wireless Trong cấu hình hệ thống điểm – đa điểm, chất giao thức Medium Access Control (MAC) hệ thống wireless đặt giới hạn khoảng cách đường dẫn RoF Nguyên nhân điều tập trung chức xử lý tất tín hiệu headend, truy cập MU/WTU tới nguồn vô tuyến RAU điều khiển từ xa Ví dụ, chuẩn WLAN IEEE 802.11 sử dụng đa truy nhập cản sóng với giao thức tránh xung đột Đây phận điều khiển phân phối, WTU có hội ngang hàng để truy cập thiết bị Nếu WTU thấy thiết bị bận, khung truyền thành cơng, trở lại, chờ đợi khoảng thời gian mặc định trước truy cập lần Giới hạn thời gian chờ, thời gian tắt tiền thiết kế vào giao thức, sở kích thước tế bào dự đốn Như vậy, tín hiệu trễ trễ tuyến cáp nguyên nhân giới hạn giao thức định thời bị vượt qua Theo cách phân phối giao thức MAC, đường dẫn RoF ngắn phù hợp Ngược lại, điều khiển tập trung giao thức MAC định nghĩa HyperLAN, chuẩn IEEE 802.16, khơng bị ảnh hưởng Do đó, điều khiển tập trung giao thức MAC coi phù hợp tuyến RoF dài Các điểm cần lưu ý kỹ thuật RoF không nên xem giải pháp tốt cho tất vấn đề phân phối tín hiệu cho hệ thống khơng dây băng rộng, cơng nghệ mạnh với lợi ích rõ ràng cho hệ thống dải rộng, đặc biệt có yêu cầu mật độ antenna dày Nó phải đề cập đến nhiều nghiên cứu hướng hệ thống RoF điểm – đa điểm thực KẾT LUẬN RoF kỹ thuật hiệu việc tích hợp truy cập vơ tuyến quang Nó kết hợp mơi trường; sợi quang vơ tuyến, cách phân phối dễ dàng tần số vô tuyến với băng thông rộng tín hiệu quang băng tần sở Nó sử dụng tương tự tuyến sợi quang để truyền phân phối tín hiệu vơ tuyến CS trung tâm nhiều BS Từ đề xuất lần đầu chứng minh vào năm 1990 với nhiều nỗ lực nghiên cứu thực để tìm hạn chế phát triển BS đơn giản Bây giờ, phát triển cách đáng kể sức mạnh kỹ thuật RoF tương lai ứng dụng trở nên đa dạng giá thành thấp Dễ thấy có đặc điểm khác với mạng không dây thơng thường khác Đó (1) suốt với băng thơng, (2) BS đơn giản nhỏ, (3) có kiến trúc mạng tập trung Do đó, mạng RoF quản lý tài nguyên hệ thống hiệu mạng không dây thông thường RoF công nghệ nhiều hứa hẹn cho dịch vụ không dây đa phương tiện băng thơng rộng có nhiều tiềm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Anthony Ng’oma, Radio-over-fibre technology for broadband wireless communication systems, 2005 [2] Master of Science Hong Bong Kim, Radio over Fiber based Network Architecture, 2005 [3] ThS Đặng Thế Ngọc, ThS Phạm Thị Thuý Hiền, Công nghệ truyền sóng vơ tuyến qua sợi quang – RoF Available: www.tapchibcvt.gov.vn ... giới hạn băng thông khoảng cách Nó phải ý đến, thân hệ thống truyền tải RoF hệ thống tương tự 1.7 Các ứng dụng kỹ thuật RoF Kỹ thuật RoF nói chung khơng tương thích với ứng dụng hệ thống, nơi... dụng nhà Bởi vậy, hệ thống phân phối RoF sử dụng ứng dụng nhà dùng tín hiệu vơ tuyến, cho hệ thống thoại liệu Trong trường hợp hệ thống RoF hệ thống phân phối antenna (DAS) Cho ứng dụng cao tần WPAN,... thơng Đầu đề đồ án: Mã sinh viên: 0751082281 Ngành: Điện tử Viễn thông Ứng dụng kỹ thuật RoF cho hệ thống thông tin vô tuyến băng thông rộng Các số liệu liệu ban đầu: