Ứng dụng kỹ thuật OFDM trong truyền dẫn vô tuyến trên sợi quang RoF

Các hệ thống thông tin vô tuyến băng rộng hiện đang phát triển rất mạnh mẽ. Yêu cầu về khả năng truyền tải các dịch vụ băng rộng tích hợp (kết hợp các loại dịch vụ thoại, số liệu, hình ảnh, dịch vụ đa phương tiện và các dịch vụ gia tăng khác) khiến cho dung lượng truyền dẫn của các hệ thống thông tin vô tuyến ngày càng tăng. Sự gia tăng về dung lượng truyền dẫn sẽ dẫn tới phải sử dụng tần số hoạt động cao hơn và các tế bào vô tuyến nhỏ hơn. Nội dung đồ án bao gồm 4 chương: Chương I Tổng quan về RoF Chương II Hệ thống truyền dẫn RoF Chương III Kỹ thuật OFDM Chương IV Ứng dụng kỹ thuật OFDM trong RoF

Bên cạnh đó, truyền thông sợi quang đã và đang được trở nên phổ biến hơnbởi nhiều ưu điểm mà nó mang lại như băng thông cực rộng, không bị ảnh hưởng bởinhiễu điện từ Tuy rằng phương thức này vẫn có những nhược điểm nhất định tronglắp đặt, bảo dưỡng cũng như giá thành so với việc triển khai cáp đồng, nhưng đặcđiểm về băng thông rộng của sợi quang thì không có một môi trường nào có thể sosánh được Chính vì vậy, sợi quang từ lâu đã được xem là cơ sở để triển khai cácmạng băng thông rộng một cách hiệu quả

Một trong những phương pháp để xây dựng hệ thống mạng truy nhập vô tuyếnbăng thông rộng là kết hợp với kỹ thuật truy nhập bằng sợi quang Kỹ thuật truyềnsóng vô tuyến qua sợi quang (RoF) đã ra đời và được xem là một kỹ thuật nền tảngcho mạng truy nhập không dây băng thông rộng của tương lai Mặt khác, chúng tađều biết kỹ thuật OFDM là một kỹ thuật phổ biến trong vô tuyến với rất nhiều ưuđiểm Do đó việc kết hợp OFDM và RoF được xem là một giải pháp mang lại hiệuquả cao cho truyền dẫn vô tuyến băng rộng Đây cũng chính là lý do để em lựa chọnOFDM-RoF làm đề tài cho đồ án tốt nghiệp

Nội dung đồ án bao gồm 4 chương:

 Chương I - Tổng quan về RoF

 Chương II - Hệ thống truyền dẫn RoF

 Chương III - Kỹ thuật OFDM

 Chương IV - Ứng dụng kỹ thuật OFDM trong RoF

Mặc dù đã rất cố gắng nhưng do hạn chế về mặt kiến thức thực tế cũng nhưchuyên môn nên chắc chắn đồ án của em vẫn không tránh khỏi những thiếu sót Emrất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của các thầy cô để bài đồ ánđược hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên làm đồ án

Phạm Phúc Thịnh

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được đồ án này, trước tiên, em xin chân thành cảm ơn sự

hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của thầy giáo-TS Nguyễn Đức Nhân Thầy đã giúp đỡ

em rất nhiều trong việc định hướng đề tài, giảng giải cho em những kiến thức liênquan đến đồ án

Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới các Thầy Cô giáo trong Họcviện đã truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong suốt 4 năm Đại Học

Xin gửi lời cảm ơn tới những người bạn, những thành viên của nhóm lớp D08VT1 Mọi người đã giúp đỡ em trong quá trình xây dựng và hoàn thiện đồ ánnày

P.Team-Cuối cùng, xin gửi một lời cảm ơn tới những người thân trong gia đình, cảm

ơn bố mẹ vì trong suốt khoảng thời gian vừa qua đã hết sức tạo điều kiện để con cóthể hoàn thành đồ án này một cách tốt nhất!

Sinh viên

Phạm Phúc Thịnh

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ROF 1

1.1 Sự kết hợp giữa truyền dẫn vô tuyến và sợi quang 1

1.2 Giới thiệu kỹ thuật truyền sóng vô tuyến qua sợi quang 2

1.2.1 Khái niệm 2

1.2.2 Các thành phần cơ bản của tuyến truyền dẫn RoF 3

1.3 Ưu nhược điểm của RoF 4

1.3.1 Ưu điểm 4

1.3.2 Nhược điểm 6

1.4 Ứng dụng của RoF 6

1.5 Kết luận 8

CHƯƠNG II: HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN RoF 9

2.1 Tuyến truyền dẫn RoF 9

2.1.1 Cấu hình tuyến RoF sử dụng bộ điều chế EOM và tín hiệu RF 10

2.1.2 Cấu hình tuyến RoF sử dụng bộ điều chế EOM và tín hiệu IF 10

2.1.3 Cấu hình tuyến RoF sử dụng bộ điều chế EOM và tín hiệu BB 11

2.1.4 Cấu hình tuyến RoF sử dụng điều chế trực tiếp 12

2.2 Các kỹ thuật điều biến trong truyền dẫn vô tuyến số qua sợi quang 13

2.2.1 Kỹ thuật điều chế cường độ và tách sóng trực tiếp IM-DD 13

2.2.1.1 Bộ điều chế ngoài Mach-Zender 14

2.2.2 Kỹ thuật tách sóng Heterodyne đầu xa (RHD) 16

2.2.2.1 Nguyên lý tách sóng Heterodyne 17

2.2.2.2 Nhận xét 19

2.3 Một số kỹ thuật nâng cao hiệu quả cho tách sóng Heterodyne đầu xa 20

2.3.1 Vòng lặp khóa pha quang – OPLL 20

2.3.2 Bộ lọc FM 21

2.4 Một số vấn đề ảnh hưởng lên hệ thống RoF 23

2.4.1 Nhiễu pha 23

2.4.2 Mất phối hợp phân cực 24

2.4.3 Tán sắc 24

2.5 Kết luận 28

CHƯƠNG III: KỸ THUẬT OFDM 29

3.1 Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM 29

3.2 Nguyên lý hoạt động của OFDM 30

3.2.1 Tính trực giao của OFDM 30

3.2.2 Mô tình toán học của tín hiệu OFDM 33

3.3 Sơ đồ hệ thống truyền dẫn OFDM 35

3.3.1 Tầng chuyển đổi nối tiếp sang song song 36

3.3.2 Tầng điều chế sóng mang con 37

3.3.3 Tầng chuyển đổi từ miền tần số sang miền thời gian IFFT 38

3.3.4 Tầng điều chế vô tuyến cho tín hiệu OFDM 40

3.3.5 Chèn/ loại bỏ khoảng bảo vệ 41

3.4 Các thông số đặc trưng của hệ thống truyền dẫn OFDM 44

3.4.1 Cấu trúc tín hiệu OFDM 44

3.4.2 Các thông số trong miền thời gian 45

3.4.3 Các thông số trong miền tần số 46

3.4.4 Quan hệ giữa các tham số trong miền thời gian và trong miền tần số 46

3.5 Áp dụng kỹ thuật OFDM vào trong truyền dẫn quang 47

3.6 Kết luận 48

CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG OFDM TRONG ROF 49

4.1 Đặt vấn đề 49

4.2 Mô phỏng hệ thống truyền dẫn RoF thông thường 50

4.2.1 Sơ đồ nguyên lý 50

4.2.2 Sơ đồ mô phỏng 51

4.2.3 Thiết lập tham số mô phỏng 54

4.2.4 Kết quả mô phỏng 54

4.3 Mô phỏng hệ thống RoF ứng dụng OFDM 56

4.3.1 Sơ đồ nguyên lý 56

4.3.2 Sơ đồ mô phỏng 57

4.3.3 Thiết lập tham số mô phỏng 59

4.3.4 Kết quả mô phỏng 60

4.4 Khảo sát ảnh hưởng của bộ điều chế OFDM lên chất lượng tín hiệu thu 62

4.4.1 Thiết lập tham số 62

4.4.2 Kết quả mô phỏng 64

4.5 Kết luận 65

KẾT LUẬN 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

DANH MỤC BẢNG, HÌNH

Hình 1 1: Ví dụ về một mạng RoF 1

Hình 1 2: Mô tả truyền dẫn RoF 3

Hình 1 3: CS-BS-MH trong một tuyến RoF 4

Y Hình 2 1: Mô hình tuyến quang vô tuyến điều chế cường độ tách sóng trực tiếp (IM-DD) 9

Hình 2 2: Cấu hình tuyến RoF sử dụng bộ điều chế EOM và tín hiệu RF 10

Hình 2 3: Cấu hình tuyến RoF sử dụng bộ điều chế EOM và tín hiệu IF 11

Hình 2 4: Cấu hình tuyến RoF sử dụng bộ điều chế EOM và tín hiệu BB 11

Hình 2 5: Cấu hình tuyến RoF sử dụng điều chế trực tiếp 12

Hình 2 6: Truyền tín hiệu RF bằng điều chế cường độ ( a Điều chế trực tiếp; b Điều chế ngoài ) 14

Hình 2 7: Cấu trúc bộ điều chế ngoài Mach-Zehnder 14

Hình 2 8: Cấu trúc bộ MZM phân cực đơn 15

Hình 2 9: Cấu trúc bộ MZM phân cực kép 16

Hình 2 10: Sơ đồ khối kỹ thuật tách sóng heterodyne 17

Hình 2 11: Nguyên lý của vòng lặp khóa pha quang – OPLL 21

Hình 2 12: Nguyên lý tách sóng RHD dựa trên laser FM 22

Hình 2 13: Kỹ thuật Heterodyne đầu xa sử dụng bộ lọc để lựa chọn các biên tần trộn 22

Hình 2 14: Đáp ứng tán sắc đo được (nét trên) và tính toán (nét dưới) với kênh truyền RoF qua 50 km, sợi quang đơn SMF-28 27

Hình 2 15: a) Đáp ứng tán sắc của một tuyến theo độ dài tuyến; b) Đáp ứng tán sắc của một tuyến theo tần số RF 28

Hình 3 1: minh họa hiệu quả sử dụng phổ tần và tính trực giao của OFDM so với FDM 31

Hình 3 2: Tín hiệu OFDM trong miền thời gian và tần số 32

Hình 3 3: Phổ của tín hiệu OFDM băng tần cơ sở 5 sóng mang, hiệu quả phổ tần của OFDM so với FDM 33

Hình 3 4: Phổ tổng hợp của tín hiệu OFDM trong băng tần cơ sở chứa 5 sóng mang con 33

Hình 3 5: Sơ đồ truyền dẫn OFDM trong miền RF 36

Hình 3 6: Tầng chuyển đổi nối tiếp sang song song và ngược lại 37

Hình 3 7: Tín hiệu 16-QAM phát sử dụng mã hoá Gray, và tín hiệu 16-QAM truyền qua kênh AWGN, SNR = 18 dB 38

Hình 3 8: : Tầng IFFT, tạo tín hiệu OFDM 38

Hình 3 9: Điều chế cao tần tín hiệu OFDM băng tần cơ sở phức sử dụng kỹ thuật tương tự 40

Hình 3 10: Điều chế cao tần tín hiệu OFDM băng tần cơ sở phức sử dụng kỹ thuật số 41

Hình 3 11: Bộ chèn và loại bỏ khoảng bảo vệ 42

Hình 3 12: Giải thích ý nghĩa chèn CP 43

Hình 3 13: Cấu trúc tín hiệu OFDM 44

Hình 3 14: Độ rộng băng tần hệ thống và độ rộng băng tần sóng mang con 46

Hình 3 15: Áp dụng kỹ thuật OFDM vào trong truyền dẫn quang 48

Bảng 3 1: Mối quan hệ giữa các tham số OFDM 47

Hình 4 1: Sơ đồ truyền dẫn OFDM-RoF 50

Hình 4 2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền dẫn RoF thông thường 51

Hình 4 3: Sơ đồ mô phỏng hệ thống RoF thông thường 52

Hình 4 4: Thiết lập tham số toàn cục 54

Hình 4 5: Chòm sao tín hiệu phía phát 55

Hình 4 6: Tín hiệu sau khi điều chế vô tuyến (trong miền tần số) 55

Hình 4 7: Tín hiệu sau khi điều chế vô tuyến (trong miền thời gian) 55

Hình 4 8: Tín hiệu sau khi điều chế quang (trong miền tần số) 55

Hình 4 9: Tín hiệu sau khi điều chế quang (trong miền thời gian) 56

Hình 4 10: Tín hiệu thu được sau khi tách sóng quang 56

Hình 4 11: Tín hiệu thu được sau khi khuếch đại 56

Hình 4 12: Chòm sao tín hiệu thu 56

Hình 4 13: Sơ đồ mô phỏng hệ thống RoF ứng dụng OFDM 58

Hình 4 14: Thiết lập thông số cho bộ điều chế OFDM 59

Hình 4 15: Chòm sao tín hiệu phía phát 60

Hình 4 16: Tín hiệu sau khi qua bộ điều chế OFDM và bộ lọc 60

Hình 4 17: Tín hiệu sau khi qua bộ điều chế tần số vô tuyến (trong miền tần số) 60

Hình 4 18: Tín hiệu sau khi qua bộ điều chế tần số vô tuyến (trong miền thời gian)60 Hình 4 19: Tín hiệu sau điều chế lên tần số quang (trong miền tần số) 61

Hình 4 20: Tín hiệu sau điều chế lên tần số quang (trong miền thời gian) 61

Hình 4 21: Tín hiệu sau khi qua bộ lọc quang 61

Hình 4 22: Tín hiệu thu được sau tách sóng quang 61

Hình 4 23: Tín hiệu thu được sau khi giải điều chế vô tuyến 62

Hình 4 24: Chòm sao tín hiệu thu được 62

Hình 4 25: Thiết lập Total Parameter Sweep Iterations 63

Hình 4 26: Thay đổi mode hoạt động của các tham số trong khối OFDM 63

Hình 4 27: Thiết lập giá trị các tham số tương ứng với mỗi Sweep Iteration 64

Hình 4 28: Chòm sao tín hiệu thu được với N sub = 64, N FFT =128 64

Hình 4 29: Chòm sao tín hiệu thu được với N sub =128, N FFT =256 64

Hình 4 30: Chòm sao tín hiệu thu được với N sub =256, N FFT =512 65

Hình 4 31: Chòm sao tín hiệu thu được với N sub =512, N FFT =1024 65

Hình 4 32: Chòm sao tín hiệu thu được với N sub =1500, N FFT =3000 65

Hình 4 33: Chòm sao tín hiệu thu được với N sub =2000, N FFT =4000 65

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Từ viết tắt Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt

ASK Amplitude Shift Keying Khóa dịch biên

CNR Carrier Noise Ratio Tỉ lệ sóng mang trên tạp âm

DFB Distributed Feedback Laser Laser phản hồi phân bố

EAM Electroabsorption Modulator Bộ điều chế hấp thụ điện tử

EOM External Optical Modulator Bộ điều chế quang ngoài

FFBI Fibre Fabry-Perot Interferometer Giao thoa kế Fabri Perot sợi

FSK Frequency Shift Keying Khóa dịch tần

GSM Global System For Mobile

Communications Hệ thống di động toàn cầu

IF Intermediate Frequency Tần số trung tần

IM-DD Intensity Modulation - Direct Detector Điều chế cường độ và tách sóng trực tiếpITS Intelligent Transportation System Hệ thống giao thông thông minh

MBS Mobile Broadband System Hệ thống di động băng rộng

MVDS Multipoint Video Distribute System Hệ thống phân phối video đa điểm

MZM Mach-Zehnder Modulator Bộ điều chế Mach-Zehnder

PSK Phase Shift Keying Khóa dịch pha

PSTN Public Switching Telephone

Network

Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

QAM Quadrature Amplifier Modulation Điều chế biên độ cầu phương

RAU Remote Anten Unit Khối anten đầu xa

RHD Remote Heterodyne Detector Tách sóng Heterodyne đầu xa

RIN Relatine Intensity Noise Nhiễu cường độ tương đối

RoF Radio over Fiber truyền sóng vô truyến qua sợi quang

RVC

Road Vehicle Communication

Truyền thông giữa các phương tiện giao thông

SCM Sub-Carrier Multiplexing Ghép kênh sóng mang con

UMTS Universal Mobile

Telecommunications System Hệ thống thông tin di động toàn cầu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ROF1.1 Sự kết hợp giữa truyền dẫn vô tuyến và sợi quang.

Xu hướng mạng truy nhập vô tuyến hiện nay đang hướng tới việc đáp ứng chocác dịch vụ đa phương tiện, tương tác và băng rộng, với việc sử dụng băng tần caohơn ở tần số mm Điều này khiến cho kích thước cell giảm đi nên sẽ đòi hỏi một sốlượng lớn các trạm BS để phủ sóng đối với các vùng dịch vụ Tuy nhiên với một sốlượng lớn BS thì giá thành cho mỗi BS sẽ là một bài toán kinh tế khó khăn Yêu cầunày đã dẫn tới sự phát triển của kiến trúc mạng tập trung với các chức năng như xử lýtín hiệu, định tuyến, chuyển giao và cấp tần số đều được đặt tại trạm điều khiển CS,hơn là đặt tại BS Hơn nữa, cấu hình tập trung tại CS cho phép các thiết bị đắt tiềnđược đặt trong môi trường an toàn hơn và hiệu quả sử dụng thiết bị sẽ được chia đềucho các BS Một giải pháp thay thế cho tuyến truyền dẫn giữa một CS với các BStrong mạng vô tuyến đó là sử dụng truyền dẫn sợi quang với ưu điểm là tổn hao thấp,không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ trường và băng thông rất lớn Truyền dẫn tínhiệu vô tuyến thông qua sợi quang với hình thức chuyển đổi đơn giản từ quang sangđiện sau đó truyền tới các khối anten đầu xa kết nối với CS, được xem như mộtphương pháp tối giúp giản chi phí Sự giảm thiểu chi phí có thể thực hiện theo haicách Một là các khối anten đầu xa BS hoặc các điểm phân phối tín hiệu chỉ cần cácchức năng đơn giản và có kích thước nhỏ Hai là các tài nguyên cung cấp bởi CS sẽđược chia sẻ cho nhiều BS, như trên hình 1.1 Kĩ thuật điều chế sóng vô tuyến trêncác sóng mang quang rồi phân phối tới một mạng quang được gọi là kỹ thuật truyềnsóng vô tuyến trên sợi quang – Radio over Fiber

Hình 1 1: Ví dụ về một mạng RoF

Một mạng RoF đặc trưng bao gồm một trạm trung tâm CS, nơi tất cả các chứcnăng chuyển mạch, định tuyến, điều khiển truy nhập phương tiện (MAC), quản lý tần

số đều được tập trung lại, và một mạng sợi quang kết nối với một số lượng lớn cácanten đầu xa BS để phân phối tín hiệu vô tuyến Tại BS sẽ không có các chức năng

xử lý, chức năng chính của nó là chuyển đối tín hiệu quang sang vô tuyến và ngượclại Các đặc điểm chính của một mạng RoF bao gồm:

 Các chức năng điều khiển như ấn định kênh, điều chế, giải điều chế được tậptrung ở CS nhằm đơn giản hóa cấu trúc của BS Các BS có chức năng chính

đó là chuyển đổi quang/điện, khuếch đại RF và chuyển đổi điện quang

 Kiến trúc mạng tập trung cho phép khả năng cấu hình tài nguyên và cấp băngthông động (thành phần này có thể sử dụng băng thông thành phần khác nếubăng thông đó thực sự rỗi) cho phép sử dụng băng thông hiệu quả hơn Hơnnữa nhờ tính tập trung nên khả năng nâng cấp và quản lý mạng đơn giản hơn

 Do cấu trúc các BS đơn giản nên sẽ có sự ổn định cao hơn, việc quản lý cũngtrở nên đơn giản, ngoại trừ số lượng lớn

 Đặc biệt là kỹ thuật RoF trong suốt với các giao diện vô tuyến (điều chế, tốc

độ bit,…) và các giao thức vô tuyến nên mạng có khả năng triển khai đa dịch

vụ trong cùng thời điểm

 Nếu khắc phục các nhược điểm trong RoF thì một CS có thể phục vụ được các

BS ở rất xa, tăng bán kính phục vụ của CS

Từ khi công nghệ RoF lần đầu tiên được áp dụng cho dịch vụ điện thoại khôngdây vào năm 1990, đã có rất nhiều nghiên cứu để tìm hiểu các hạn chế của nó cũngnhư tìm các hướng phát triển mới để nâng cao hiệu năng cho công nghệ RoF Cácứng dụng của RoF được tập trung chủ yếu vào mạng di động tế bào, mạng WLAN ởbăng tần milimet, mạng truy nhập vô tuyến băng rộng và mạng giao thông thôngminh Với cấu trúc BS đơn giản, giá thành triển khai hệ thống không lớn, công nghệRoF được kì vọng sẽ trở thành một giải pháp tối ưu cho truyền thông vô tuyến băngrộng trong tương lai

1.2 Giới thiệu kỹ thuật truyền sóng vô tuyến qua sợi quang.

1.2.1 Khái niệm.

Truyền sóng vô tuyến trên sợi quang, Radio over Fiber hay gọi tắt là RoF là phương pháp truyền tín hiệu vô tuyến đã được điều chế trên sợi quang Hay nói cách khác RoF sử dụng các tuyến quang có độ tuyến tính cao để truyền dẫn các tín hiệu

RF (analog) đến các trạm thu phát.

Công nghệ truyền sóng vô tuyến qua sợi quang sử dụng đường truyền sợiquang để phân phối các tín hiệu tần số vô tuyến (RF) từ các vị trí trạm trung tâm tớicác khối anten đầu xa (RAUs), hình 1.2.

Hình 1 2: Mô tả truyền dẫn RoF.

1.2.2 Các thành phần cơ bản của tuyến truyền dẫn RoF.

Một cách tổng quát có thể xem một tuyến quang sử dụng công nghệ RoF baogồm 3 thành phần chính là: Mobile Host, Base Station và Central Station

Mobile Host (MH): đó là các thiết bị đi động trong mạng đóng vai trò là các

thiết bị đầu cuối Các MH có thể là điện thoại đi động, máy tính xách tay, các PDA,hay các máy chuyên dụng khác có tích hợp chức năng truy nhập vào mạng khôngdây

Base Station (BS): có nhiệm vụ phát sóng vô tuyến nhận được từ CS đến các

MH, nhận sóng vô tuyến nhận được từ MH truyền về CS Mỗi BS sẽ phục vụ mộtmicrocell BS không có chức năng xử lý tín hiệu, nó chỉ đơn thuần biến đổi từ thànhphần điện/quang và ngược lại để chuyển về hoặc nhận từ CS BS gồm 2 thành phầnquan trọng nhất là antenna và thành phần chuyển đổi quang điện ở tần số RF Tùybán kính phục vụ của mỗi BS mà số lượng BS để phủ sóng một vùng là nhiều hay ít.Bán kính phục vụ của BS rất nhỏ (vài trăm mét hoặc thấp hơn nữa chỉ vài chục mét)

và phục vụ một số lượng vài chục đến vài trăm MH

Central Station (CS): là các trạm đầu cuối hay trạm xử lý trung tâm Tùy vào

khả năng của kỹ thuật RoF mà mỗi CS có thể phục vụ các BS ở xa hàng chục km,nên mỗi CS có thể nối đến hàng ngàn các BS Do kiến trúc mạng tập trung nên tất cảcác chức năng như định tuyến, cấp phát kênh,… đều được thực hiện và chia sẻ ở CS

vì thế có thể nói CS là thành phần quan trọng nhất trong mạng RoF (cũng giống nhưtổng đài trong mạng điện thoại) CS được nối đến các tổng đài, server khác.

Các thành phần MH, BS, CS được biểu diễn như sau:

Hình 1 3: CS-BS-MH trong một tuyến RoF.

1.3 Ưu nhược điểm của RoF

1300 nm Sợi quang chất dẻo (POF) công bố gần đây có suy hao từ 10-40 dB/kmtrong vùng 500-1300 nm Những suy hao này thấp hơn nhiều so với cáp đồng trục

Ví dụ , suy hao của cáp đồng trục ½ inch (RG-214) là hơn 500 dB/km cho các tần sốtrên 5 GHz Vì vậy nhờ truyền sóng siêu cao tần trên sợi quang, khoảng cách truyềndẫn tăng nhiều lần và yêu cầu về công suất phát giảm đi đáng kể

 Băng thông rộng

Sợi quang có băng thông khổng lồ Có ba cửa sổ truyền dẫn chính, suy haothấp, cụ thể là các bước sóng 850nm, 1310 nm, 1500 nm Với một sợi quang đơnmode, băng thông tổng của 3 cửa sổ này vượt quá 50 THz Tuy nhiên các hệ thốngthương mại hiện nay mới chỉ tận dụng được một phần nhỏ dung lượng này (1,6 THz)

Băng thông khổng lồ của sợi quang còn có nhiều ưu điểm khác ngoài dunglượng cao để truyền dẫn tín hiệu siêu cao tần Băng tần quang lớn cho phép xử lí tínhiệu tốc độ cao, công việc rất khó hoặc không thể thực hiện trong các hệ thống điện

tử Nói cách khác một số chức năng như lọc, trộn, nâng, hạ tần có thể được thực hiệntrong miền quang

 Không chịu ảnh hưởng của nhiễu tần số vô tuyến.

Không chịu ảnh hưởng của nhiễu điện từ là một đặc tính ưu việt của thông tinsợi quang, đặc biệt trong truyền dẫn sóng vô tuyến tần số cao Đó là bởi vì các tínhiệu được truyền dưới dạng ánh sáng qua sợi quang Cũng chính vì không bị ảnhhưởng của nhiễu điện từ nên thông tin sợi quang có khả năng chống nghe trộm, đây

là một đặc tính quan trọng của thông tin sợi quang khi cung cấp an ninh và bảo mật

 Lắp đặt và bảo dưỡng dễ dàng.

Trong hệ thống RoF, các thiết bị phức tạp và đắt tiền được đặt tại các trạm đầucuối, khiến cho các RAU đơn giản hơn Sự sắp xếp này làm cho RAU nhỏ hơn vànhẹ hơn, làm giảm giá thành lắp đặt và bảo dưỡng hệ thống Việc lắp đặt dễ dàng vàgiá thành bảo dưỡng thấp của RAU là rất quan trọng đối với các hệ thống sóng mm,bởi vì các hệ thống này cần một số lượng lớn các RAU Các RAU nhỏ hơn không chỉgiảm giá thành mà còn giảm các tác động đến môi trường

 Giảm công suất tiêu thụ.

Giảm công suất tiêu thụ là kết quả của việc sử dụng RAU đơn giản và thiết bịrút gọn Hầu hết các thiết bị phức tạp đều được đặt tại các đầu cuối tập trung Trongmột số ứng dụng các RAU hoạt động ở chế độ thụ động Việc giảm tiêu thụ nănglượng tại RAU rất quan trọng khi tính đến việc các RAU được đặt ở nơi xa, nhữngnơi chưa có mạng lưới điện

 Phân bổ tài nguyên động.

Vì chuyển mạch, điều chế và các chức năng RF khác được thực hiện tại trạmđầu cuối nên có thể phân phối dung lượng động Ví dụ trong hệ thống phân phối RoFvới lưu lượng GSM, dung lượng có thể được phân bổ thêm tới một vùng trong cácthời gian cao điểm và sau đó phân bổ lại cho các vùng khác khi hết thời gian caođiểm Điều này có thể đạt được bằng cách cấp phát thêm các bước sóng quang nhờ

kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) khi nhu cầu tăng lên Cấp phátdung lượng động là cần thiết, vì nó giúp ta tránh được sự lãng phí tài nguyên do lưulượng trên mạng biến đổi thường xuyên

1.3.2 Nhược điểm.

Vì RoF liên quan tới điều chế tương tự và tách sóng ánh sáng nên về cơ bảnđây là một hệ thống truyền dẫn tương tự Do đó tín hiệu bị ảnh hưởng bởi nhiễu vàméo, đây là hạn chế trong các hệ thống thông tin tương tự cũng như hệ thống RoF.Những ảnh hưởng này có xu hướng giới hạn là hệ số nhiễu (NF) và dải động (DR)của các tuyến RoF

Nguồn tạp âm trong đường truyền sợi quang tương tự bao gồm tạp âm cường

độ tương đối của laser (RIN), nhiễu pha laser, nhiễu nổ của bộ tách sóng quang,nhiễu nhiệt của bộ khuếch đại, tán sắc của sợi Trong hệ thống RoF sử dụng sợi đơnmode, tán sắc màu giới hạn chiều dài tuyến và cũng là nguyên nhân làm tăng nhiễupha sóng mang RF Trong hệ thống RoF sử dụng sợi đa mode, tán sắc mode giới hạnnghiêm trọng băng tần và khoảng cách tuyến truyền dẫn

1.4 Ứng dụng của RoF.

a) Mạng tế bào

Một trong những ứng dụng quan trọng của kỹ thuật RoF là ứng dụng trongmạng di động Với số lượng thuê bao di động ngừng tăng nhanh cùng với nhu cầungày càng lớn các dịch vụ băng rộng đã gây áp lực đòi hói các mạng di động phảităng thêm dung lượng Bởi vậy, lưu lượng di động (GSM hay UMTS) có thể đượctruyền dẫn một cách hiệu quả giữa các CS và BS bằng cách tận dụng những lợi íchcủa sợi quang Các chức năng RoF khác như phân bổ dung lượng động cũng đem lạinhững ích lợi hoạt động đáng kể trong các mạng tế bào

b) Thông tin vệ tinh

Thông tin vệ tinh là một trong ứng dụng thực tiễn của kỹ thuật RoF Một trongcác ứng dụng này liên quan đến đầu xa của antenna của các trạm mặt đất Trongtrường hợp này, hệ thống sử dụng các tuyến sợi quang ngắn có chiều dài nhỏ hơn1km và hoạt động tại tần số từ 1GHz đến 15GHz Bằng cách đó, các thiết bị tần sốcao có thể được lắp đặt một cách tập trung

Với việc sử dụng của kỹ thuật RoF, các anten sẽ không cần đặt trong vùngđiều khiển (ví dụ chuyển mạch trung tâm) mà chúng có thể đặt cách xa nhiều km vớinhiều mục đích khác nhau ví dụ như: nhằm cải thiện tầm nhìn xa của vệ tinh, giảmảnh hưởng của nhiễu từ các hệ thống mặt đất khác Các thiết bị chuyển mạch cũng cóthể được đặt ở những vị trí thích hợp ví dụ như các lý do môi trường, lý do về khả

năng truy nhập… mà không yêu cầu phải ở trong vùng phụ cận của các anten trạmmặt đất.

c) Hệ thống phân phối video

Một trong phạm vi ứng dụng có triển vọng chính của hệ thống RoF là phânphối video Ví dụ như các dịch vụ phân phối video đa điểm (MVDS) MVDS là hệthống truyền dẫn mặt đất tế bào sử dụng cho phát quảng bá video (TV) Ban đầu, nó

là một dịch vụ chỉ phát nhưng hiện tại một kênh phản hồì nhỏ được sử dụng để làmdịch vụ tương tác MVDS có thể được sử dụng để phục vụ vùng thị trấn nhỏ tần số

sử dụng cho dịch vụ này là 40GHz Tại tần số này, kích thước ô cực đại vào khoảng 5

km và để mở rộng vùng phủ sóng thì yêu cầu phải có thêm các trạm phát để chuyểntiếp tín hiệu

Trong vùng phủ sóng MVDS, các máy phát được đặt trên cột hay tòa nhà cao.Thiết bị có thể được đơn giản hóa bằng việc sử dụng kỹ thuật RoF Ví dụ, thay cho

sử dụng các máy tạo dao động với những anten riêng, tuyến sợi quang có thể được sửdụng để cấp cho đèn sóng chạy hay bộ khuếch đại mạch tại tần số phát Ngoàì ra, sợiquang đơn có thể cung cấp cho các khối máy phát từ khoảng cách vài trăm mét

d) Các dịch vụ băng rộng di động.

Khái niệm dịch vụ hay hệ thống băng rộng di động (MBS) là nhằm mở rộngnhững dịch vụ có sẵn trong mạng số tích hợp dịch vụ băng rộng (B-ISDN) cố địnhtới tất cả người sử dụng di động Các dịch vụ trong tương lai có thể phát triển trênmạng B-ISDN cũng phải được hỗ trợ trên hệ thống MBS Vì vậy, tốc độ bit rất caokhoảng 155Mbps nên tần số sóng mang cũng được đẩy lên sóng mm Băng tần chodịch vụ này nằm trong khoảng băng tần 60GHz Tần số từ 62-63 GHz được phân bốcho đường xuống và tần số từ 65-66GHz được phân bố cho truyền dẫn đường lên.Với tần số hoạt động này, đường kính tế bào là vài trăm mét (micro-cell) Như vậycần phải có mật độ tế bào vô tuyến cao để đạt được vùng phủ sóng mong muốn Cácmicro-cell có thể được kết nối với các mạng B-ISDN cố định bằng tuyến sợi quang.Nếu công nghệ RoF được sử dụng để tạo ra các sóng mm thì các trạm gốc có thể đơngiản hơn và giảm chi phí, bằng cách đó làm cho sự triển khai trên quy mô lớn cácmạng MBS khá thi về mặt kinh tế

e) Mạng cục bộ không dây (WLAN)

Khi thiết bị di động và máy tính ngày càng trở nên mạnh mẽ, nhu cầu truynhập băng rộng di động tới các mạng WLAN cũng tăng lên Điều này dẫn đến tần số

sóng mang phải cao hơn để đáp ứng nhu cầu về dung lượng Ví dụ các mạng WLANhiện tại hoạt động tại băng tần ISM tần số 2,4GHz và yêu cầu tốc độ cực đại 11Mbpstrên mỗi sóng mang (IEEE 802.11b) Các mạng WLAN băng rộng thế hệ sau cơ bảnyêu cầu đến 54Mbps trên mỗi sóng mang và cũng sẽ yêu cầu tần số sóng mang caohơn tại băng tần 5 GHz (IEEE 802.11a).

Các tần số sóng mang cao hơn dẫn đến các tế bào micro, pico và tất cả nhữngkhó khăn liên quan đến sự phủ sóng Cách đầu tư hiệu quả cho vấn đề này là triểnkhai kỹ thuật RoF Trước tiên, mạng WLAN băng tần 60GHz thực hiện truyền từ BS(trạm trung tâm), tần số bộ dao động ổn định tại IF cùng với dữ liệu truyền qua sợiquang Sau đó, tần số bộ dao động được sử dụng để chuyển đổi dữ liệu lên sóng mmtại bộ chuyển tiếp (RS-trạm đầu xa) Điều này dẫn đến đơn giản hóa đáng kể các bộchuyển tiếp đầu xa và qua đó đem lại hiệu quả thiết kế các trạm gốc

f) Mạng cho các phương tiện giao thông.

Đây là lĩnh vực có tiềm năng ứng dụng kỹ thuật RoF Tần số từ 63-64GHz và76-77GHz đã được phân bố cho dịch vụ này ở Châu Âu Mục đích là để cung cấp sựliên lạc di dộng liên tục trên các tuyến đường chính hỗ trợ các hệ thống giao thôngthông minh (ITS) như hệ thống Road-Vehicle (RVC) và hệ thống liên lạc giữa cácphương tiện (IVC) Hệ thống ITS mục đích cung cấp thông tin giao thông, nâng caohiệu quả giao thông, giảm bớt ùn tắc và cải thiện môi trường Để đạt được yêu cầu(mở rộng) sự phủ sóng của mạng này thì yêu cầu một số lượng lớn trạm gốc Điềunày có thể được thực hiện đơn giản với chi phí thấp bằng cách kết nối thông qua hệthống RoF Cách làm này giúp cho giảm thiểu về mặt chi phí cũng như đơn giảntrong việc quản lý

CHƯƠNG II: HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN RoF2.1 Tuyến truyền dẫn RoF.

RoF về cơ bản là một hệ thống truyền dẫn tương tự bởi vì nó phân phối dạngsóng vô tuyến trực tiếp trên các tần số sóng mang vô tuyến từ CS đến BS Trên thực

tế, tín hiệu tưong tự được truyền qua sợi quang có thể là tín hiệu RF, tín hiệu IF haytín hiệu băng gốc BB Trong trường hợp truyền dẫn tín hiệu IF và BB, các BS phải

bổ sung thêm phần cứng để nâng tần số lên RF Tại máy phát, tín hiệu RF/IF/BBđược đặt lên sóng mang quang bằng cách sử dụng điều chế trực tiếp hoặc điều chếbên ngoài của laser Trong trường hợp lý tưởng, tín hiệu đầu ra của tuyến quang sẽ làmột bản sao của tín hiệu đầu vào Tuy nhiên, trong thực tế, do sự không tuyến tính và

sự giới hạn đáp ứng tần số của laser và của thiết bị điều chế cũng như sự tán sắctrong sợi quang nên tín hiệu đầu ra sẽ có một vài sai khác so với tín hiệu ban đầu Sựtruyền dẫn các tín hiệu tương tự đặt ra những yêu cầu về độ tuyến tính và dải độngcủa tuyến quang Những yêu cầu này khác biệt và đòi hỏi độ chính xác cao hơn sovới các yêu cầu của hệ thống truyền dẫn số

Hình 2 1: Mô hình tuyến quang vô tuyến điều chế cường độ tách sóng trực tiếp

(IM-DD)

Tuyến quang vô tuyến được phân loại dựa trên dạng băng tần ( băng gốc BB,

IF, RF) được truyền qua tuyến quang Chúng ta giả sử rằng mỗi BS có một nguồnquang riêng, tuy nhiên, BS có thể được cấu hình không có nguồn sáng đối với đườnglên Trong mỗi cấu hình được giới thiệu, các BS không có bất kỳ thiết bị vào chođiều chế và giải điều chế, chỉ có CS có các thiết bị đó

Trong đường xuống từ CS đến các BS, tín hiệu thông tin từ mạng PSTN,internet, hoặc từ các mạng khác được đưa tới modem trong CS Tín hiệu ở đây là tín

hiệu băng RF, IF hay BB dùng để điều chế tín hiệu quang từ LD Nếu băng RF làthấp thì chúng ta có thể điều chế tín hiệu LD bằng tín hiệu của băng RF một cách trựctiếp Nếu băng RF là cao, chẳng hạn như băng sóng milimet thì ta cần phải sử dụngcác bộ điều chế quang ngoài (EOM), như bộ điều chế Mach-Zehnder Tín hiệu quang

đã điều chế được truyền tới các BS qua sợi quang Tại các BS, tín hiệu băng RF, IF,

BB được khôi phục lại bằng cách tách tín hiệu quang đã điều chế bởi PD Tín hiệusau khi khôi phục sẽ được truyền tới các MH qua các anten của các BS, nếu tín hiệusau khi khôi phục là tín hiệu băng IF hay BB thì cần phải được nâng tần số lên băng

RF trước khi truyền

Dựa vào phương pháp điều chế và tín hiệu vô tuyến sử dụng để điều chế tínhiệu ánh sáng từ LD tại CS, ta có thể phân chia cấu hình tuyến RoF thành các dạngsau:

 Cấu hình tuyến RoF sử dụng bộ điều chế EOM và tín hiệu RF

 Cấu hình tuyến RoF sử dụng bộ điều chế EOM và tín hiệu IF

 Cấu hình tuyến RoF sử dụng bộ điều chế EOM và tín hiệu BB

 Cấu hình tuyến RoF sử dụng điều chế trực tiếp

2.1.1 Cấu hình tuyến RoF sử dụng bộ điều chế EOM và tín hiệu RF.

Hình 2 2: Cấu hình tuyến RoF sử dụng bộ điều chế EOM và tín hiệu RF.

Trong cấu hình trên, tín hiệu RF tại CS sẽ được điều chế với tín hiệu quang từ

LD bởi bộ điều chế ngoài EOM, sau đó được truyền trực tiếp tới BS Cấu hình nàyđược gọi là RF-over-Fiber Tại mỗi BS, tín hiệu vô tuyến đã được điều chế sẽ đượckhôi phục bằng cách tách sóng quang sử dụng PD, sau đó được truyền trực tiếp tớicác MH Tín hiệu phân phối dưới dạng RF thông qua sợi quang có ưu điểm là thiết kế

BS rất đơn giản, chỉ bao gồm các bộ chuyển đổi quang/điện – điện/quang, nhưng dễ

bị ảnh hưởng bởi tán sắc sợi quang do đó khoảng cách truyền dẫn ngắn

2.1.2 Cấu hình tuyến RoF sử dụng bộ điều chế EOM và tín hiệu IF.

Hình 2 3: Cấu hình tuyến RoF sử dụng bộ điều chế EOM và tín hiệu IF.

Trong cấu hình trên, tín hiệu vô tuyến tại CS dùng để điều chế với tín hiệuquang từ LD bởi bộ điều chế ngoài EOM, là tín hiệu tại băng tần IF Tín hiệu sauđiều chế sẽ được truyền trực tiếp tới BS Cấu hình này được gọi là IF-over-Fiber Tạimỗi BS, tín hiệu vô tuyến đã được điều chế sẽ được khôi phục bằng cách tách sóngquang sử dụng PD, sau đó được truyền trực tiếp tới các MH Do tín hiệu được phânphối dưới dạng IF nên giảm được đáng kể ảnh hưởng do tán sắc sợi quang, mặc dùanten tại BS trong cấu hình 2.3 yêu cầu thêm các phần cứng phức tạp hơn cho quátrình chuyển đổi tần số IF/RF

2.1.3 Cấu hình tuyến RoF sử dụng bộ điều chế EOM và tín hiệu BB.

Hình 2 4: Cấu hình tuyến RoF sử dụng bộ điều chế EOM và tín hiệu BB.

Trong cấu hình tuyến RoF hình 2.4, tín hiệu điều chế băng gốc được tạo tại CS

và truyền tới các BS bởi EOM, nó được gọi là "BB over Fiber” Tại mỗi BS, tín hiệu

đã điều chế được khôi phục bằng cách sử dụng PD để tách tín hiệu quang đã điềuchế, sau đó tín hiệu được nâng tần lên băng tần RF trực tiếp hay thông qua băng IF và

truyền tới các MH Trong truyền dẫn băng gốc, ảnh hưởng của tán sắc sợi là khôngđáng kể nhưng cấu hình BS là phức tạp nhất.

2.1.4 Cấu hình tuyến RoF sử dụng điều chế trực tiếp.

Hình 2 5: Cấu hình tuyến RoF sử dụng điều chế trực tiếp.

Trong cấu hình trên, tín hiệu từ modem vô tuyến tại CS là tín hiệu băng gốc haybăng IF được sử dụng để điều chế trực tiếp tín hiệu ánh sáng từ LD do đó không cần

sử dụng bộ điều chế ngoài EOM Tín hiệu sau điều chế được truyền tới các BS Tạimỗi BS, tín hiệu đã điều chế được khôi phục bằng cách sử dụng PD để tách tín hiệuquang, sau đó tín hiệu được chuyển đổi nâng tần tới băng tần RF và truyền tới các

MH Cấu hình này hoàn toàn có thể thực hiện được với tần số tương đối thấp, nhỏhơn 10GHz

Bằng cách giảm tần số sử dụng để tạo ra tín hiệu điều chế tại CS như trong cấuhình IF-over-Fiber hay BB-over-Fiber, băng thông yêu cầu cho điều chế quang có thểđược giảm đi đáng kể Điều này đặc biệt quan trọng khi RoF tại băng tần sóng mmđược kết hợp với ghép kênh phân chia theo bước sóng mật độ cao (DWDM) Tuynhiên, điều này làm tăng số lượng thiết bị tại các BS do phải bổ sung thêm các bộchuyển đổi nâng tần cho đường xuống và bộ chuyển đổi hạ tần cho đường lên Trongtruyền dẫn sóng mang con RF, cấu hình BS chỉ có thể được đơn giản hóa nếu bộ điềuchế ngoài quang sóng mm và PD tần số cao lần lượt được ứng dụng trong các bộchuyển đối điện quang (E/O) và quang điện (O/E)

Đối với đường lên từ MH tới CS, quá trình xử lý ngược lại được thực hiện.Trong cấu hình chỉ ra trong hình 2.2, tín hiệu được nhận tại BS được khuếch đại vàtruyền trực tiếp tới CS bằng điều chế tín hiệu quang từ LD bằng cách sử dụng EOM.Trong cấu hình 2.3 và 2.4, tín hiệu thu được tại BS được khuếch đại và chuyển đối vềtần số IF hoặc băng tần gốc và truyền tới CS bằng điều chế tín hiệu quang từ LD sử

dụng EOM Trong cấu hình 2.5, tín hiệu nhận từ BS được khuếch đại và chuyển đổi

hạ xuống tần số IF hoặc băng tần gốc và sau đó được truyền tới CS bằng cách điềuchế trực tiếp tín hiệu quang

2.2 Các kỹ thuật điều biến trong truyền dẫn vô tuyến số qua sợi quang.

Có nhiều kĩ thuật xử lý tín hiệu quang được sử dụng để tạo và truyền tải tínhiệu cao tần qua sợi quang Nếu so sánh tần số của tín hiệu RF đi vào một tuyến RoF

ở trạm đầu cuối với tần số tín hiệu RF được tạo ra ở RAU thì có thể chia các kĩ thuật

RF làm 3 loại: truyền sóng vô tuyến qua sợi quang (RFoF); truyền tín hiệu trung tầnqua sợi quang (IFoF) và truyền tín hiệu băng tần cơ sở qua sợi quang (BBoF) Các kỹthuật này đã được trình bày ở phần trên

Bên cạnh đó, kĩ thuật RoF cũng có thể được phân loại dựa vào các nguyên lýđiều chế và tách sóng được sử dụng Khi đó RoF được chia làm 2 loại chính: Điềuchế biên độ và tách sóng trực tiếp (IM-DD), và tách sóng Heterodyne đầu xa (RHD)

Hệ thống RFoF được xếp vào loại IM-DD Còn IFoF và BBoF sử dụng bộ dao độngnội LO tại RAU cũng có thể sử dụng IM-DD để truyền số liệu băng tần cơ sở hoặc IFtới RAU Tuy nhiên, trong hầu hết các trường hợp, IFoF và BBoF dựa vào RHD đểtạo tín hiệu RF Phần tiếp theo, ta sẽ nghiên cứu kĩ hơn về hai kĩ thuật: IM-DD vàRHD

2.2.1 Kỹ thuật điều chế cường độ và tách sóng trực tiếp IM-DD.

Phương pháp đơn giản nhất để phân phối các tín hiệu RF qua sợi quang là điềuchế trực tiếp cường độ của nguồn ánh sáng với chính tín hiệu RF và sau đó tách sóngtrực tiếp tại bộ tách sóng quang để khôi phục lại tín hiệu RF Phương pháp này đượcxếp vào kỹ thuật điều chế cường độ và tách sóng trực tiếp (IM - DD) Có hai cáchđiều chế nguồn ánh sáng Cách thứ nhất diode laser có thể tự điều chế trực tiếp bằngviệc sử dụng tín hiệu RF phù hợp để điều khiển dòng phân cực laser Cách thứ hai,laser hoạt động ở chế độ sóng liên tục (CW) và sau đó sử dụng bộ điều chế ngoài như

bộ điều chế Mach-Zehnder (MZM) để điều chế cường độ ánh sáng Hai cách nàyđược chỉ ra trong hình 2.6 Trong cả hai trường hợp, tín hiệu điều chế là tín hiệu RFthực tế được phân phối đi Tín hiệu RF phải điều chế phù hợp với dữ liệu

Hình 2 6: Truyền tín hiệu RF bằng điều chế cường độ ( a Điều chế trực tiếp; b.

Điều chế ngoài )

Sau khi truyền qua sợi quang và tách sóng trực tiếp tại bộ tách sóng quangPIN, dòng quang điện sẽ là bản sao của tín hiệu RF đã được điều chế ở phía phát.Dòng quang điện phải đi qua khuếch đại trở kháng để sinh ra điện áp đủ lớn dùng đểkích thích anten Nếu tín hiệu RF dùng để điều chế tại phía phát được điều chế với dữliệu thì tín hiệu RF được tách tại phía thu sẽ mang cùng một dữ liệu Dạng điều chếcủa dữ liệu được bảo đảm

Điều chế trực tiếp đơn giản nhưng có nhược điểm là băng thông bị hạn chế bởitần số của laser diode, hiện tượng chirp gây lên sự trải rộng của xung ánh sáng gây ragiới hạn về tốc độ truyền tín hiệu Vì thế đối với các tần số cao trên 10 GHz, điều chếngoài được sử dụng nhiều hơn điều chế trực tiếp Ngày nay, có 2 loại điều chế ngoàiđược sử dụng một cách rộng rãi đó là bộ điều chế ngoài Mach-Zehnder và bộ điềuchế ngoài hấp thụ điện tử (EAM) Tuy nhiên trong khuôn khổ đồ án, ta sẽ chỉ đi sâuvào nghiên cứu bộ điều chế ngoài Mach-Zehnder

2.2.1.1 Bộ điều chế ngoài Mach-Zender.

Hình 2 7: Cấu trúc bộ điều chế ngoài Mach-Zehnder.

Cấu trúc chung nhất của bộ MZM được mô tả như Hình 2.7 Bộ điều chế giaothoa MZM bao gồm một bộ chia tại ngõ vào, hai nhánh dẫn sóng ánh sáng, và một bộghép tại ngõ ra Hoạt động của bộ MZM dựa vào hiện tượng giao thoa ánh sáng vàhiện tượng thay đổi chiết suất của vật liệu (LiNbO3) theo cường độ dòng phân cựchay nói cách khác là tuân theo hiệu ứng Pockels (là hiệu ứng mà ở đó chiết suất ánhsáng của môi trựờng biến đổi theo điện trường áp dụng lên môi trường đó Khi chiếtsuất ánh sáng thay đổi theo điện thế, thì pha của sóng truyền qua cũng bị thay đổitheo điện thế đó) Một cách vắn tắt, độ lệch pha của một sóng truyền qua tỉ lệ thuậnvới điện thế áp dụng và đựợc cho bởi công thức:

và điều chế biên độ Có hai cách phân cực cho bộ MZM đó là phân cực đơn (singledrive) và phân cực kép (dual drive)

Hình 2.8 mô tả bộ MZM phân cực đơn Trong kiểu phân cực này, chỉ có mộtnhánh MZM được phân cực Ngõ ra của MZM là sự kết hợp của hai nhánh, ta có:

Trong đó: E in là cường độ ánh sáng ngõ vào, E out là cường độ ánh sáng ngõ ra,

Vπ là điện thế phân cực để pha nhánh đó dịch π , V in là điện thế phân cực cho MZM

Hình 2 8: Cấu trúc bộ MZM phân cực đơn.

Ta thấy, khi V in = 0 suy ra E out = E in , khi V in = Vπ thì E out = 0 Như vậy, tùy vào

điện thế phân cực mà cường độ quang ngõ ra của MZM biến thiên từ 0 đến E in (hay

Tín hiệu thu (Optical)

2.2.2 Kỹ thuật tách sóng Heterodyne đầu xa (RHD).

Hầu hết các kỹ thuật RoF đều dựa vào nguyên lý trộn coherent trong diodephát quang để tạo ra tín hiệu RF Các kỹ thuật này được gọi chung là các kỹ thuậttách sóng Heterdyne đầu xa (RHD) Trong khi sử dụng chuyển đối O/E Diode quangcũng hoạt động như là một bộ trộn, nó đóng vai trò là một phần tử chính trong các hệthống RoF dựa trên RHD

Trong kỹ thuật optical heterodyne, hai hay nhiều tín hiệu quang được truyềnđồng thời và chúng có tính quan hệ với nhau tới đầu thu Và một trong số chúng kếthợp với nhau (được gọi là tích với nhau) sẽ tạo ra được tín hiệu vô tuyến ban đầu Ví

dụ 2 tín hiệu quang được phát ở băng tần ở chung quanh bước sóng 1550nm cókhoảng cách rất nhỏ 0.5nm Tại đầu thu, sự kết hợp 2 sóng quang này bằng kỹ thuậtheterodyne và tạo ra một tín hiệu điện ở tần số 60GHz ban đầu mà ta cần truyền đi

Sơ đồ khối phía thu của kỹ thuật được mô tả trong hình 2.10

Hình 2.10: Sơ đồ khối kỹ thuật tách sóng heterodyne

2.2.2.1 Nguyên lý tách sóng Heterodyne.

Cường độ của một tín hiệu quang dưới dạng phức có dạng:

Trong đó ω s là tần số sóng mang, A s là biên độ và φ s là pha của tín hiệu

Hình 2 10: Sơ đồ khối kỹ thuật tách sóng heterodyne

Tương tự cường độ của tín hiệu tham chiếu có dạng

E ref=A refexp[−i(ω ref t + ϕ ref) ] ( 2.5)

với A ref , ω ref , φ ref lần lượt là biên độ, tần số và pha của tín hiệu tham chiếu.Trong trường hợp này ta giả sử rằng cả tín hiệu gốc và tín hiệu tham chiếu phân cựcgiống nhau để chúng có thể kết hợp tại PD ở đầu thu Như ta biết rằng, công suất thuđược ở PD có dạng P=K|Es+ Eref|2 trong đó K được gọi là hằng số tỷ lệ của PD.

+2 A s A refcos( (ω s−ω ref)t +ϕ s−ϕ ref) )

= Ps+ Pref+2 √ PsPrefcos ( ω0t+ϕs− ϕref) ( 2.6)

Trong đó: P s =KA s 2 , P ref =KA ref 2 , ω 0 =ω s -ω ref. Đôi khi người ta ký hiệu ω 0 là ω IF

được gọi là tần số (góc) trung tần Lý do nó được gọi là tần số trung tần bởi vì thông

thường ω s và ω ref rất gần nhau nên hiệu của chúng là ω IF thường nhỏ hơn khá nhiều

so với ω s và ω ref, và được gọi là tần số trung tần

 Nếu ω 0 =0 thì người ta gọi đây là kỹ thuật homodyne.

Từ công thức ( 2.6) ta có

P ( t ) = Pref+2 √ PsPrefcos ( ϕs− ϕref) ( 2.7)

vì thông thường P s <<P ref

Ihom( t ) =2R √ PsPref ( 2.9)

Từ công thức (2.9) ta thấy ưu điểm của phương pháp tách sóng homodyne đólà: thứ nhất dòng điện ngõ ra lớn nhất nếu ta triệt bỏ pha của sóng tới và sóng tham

chiếu, nên cho tỉ số SNR cao Thứ hai là thành phần thu được không mang thông tin

tần số và pha, chỉ phụ thuộc vào biên độ, nên nó rất phù hợp với phương pháp táchsóng trực tiếp thường không mang thông tin về tần số và pha

Tuy nhiên nhược điểm của nó là phải đồng bộ về pha lẫn tần số cho cả sóngtín hiệu lẫn sóng tham chiếu Điều này được thực hiện bằng một vòng khóa phaquang

 Nếu ω s ≠ 0 thì đây được gọi là kỹ thuật heterodyne:

I ( t ) = RP ( t ) = Iref+2 R √ PsPrefcos ( ω0t +Δϕ )

( 2.10)

Khi đó thành phần tín hiệu heterodyne là:

Ihet( t ) =2R √ PsPrefcos ( ω0t+ Δϕ )

(2.11)

Lúc này thành phần tín hiệu sẽ được đại diện bởi biên độ, tần số và pha củasóng mang IF Phương trình (2.11) cho thấy sự ổn định tần số tức thời của các tínhiệu được tạo ra nhờ RHD phụ thuộc vào độ lệch tần số tức thời giữa 2 sóng mangquang được trộn Vì vậy, trong RHD, cần thiết phải điều khiển độ lệch tần số tức thờimột cách chính xác để giữ tần số của tín hiệu phát ra ổn định Thường thì chỉ có mộttrong hai sóng mang quang được điều chế với số liệu

2.2.2.2 Nhận xét.

So với kỹ thuật homodyne thì kỹ thuật heterodyne có tỉ số SNR nhỏ hơn là

3dB vì chứa thành phần cos Tuy nhiên kỹ thuật này không cần thiết phải có vòngkhóa pha phức tạp nên nó thực hiện đơn giản hơn so với homodyne

Từ phương trình (2.11), ta thấy dòng điện tín hiệu I het được khuếch đại với hệ

số P ref , hệ số độ lợi này phụ thuộc vào cường độ trường của bộ dao động nội Với

hệ số khuếch đại tạo ra từ bộ dao động nội làm tăng mức tín hiệu thu được mà khôngcần sử dụng bộ tiền khuếch đại, do đó không bị ảnh hưởng bởi nhiễu nhiệt hay nhiễu

dòng tối của photodiode Điều này giúp cho tách sóng RHD cho độ nhạy thu cao hơn

Kỹ thuật Heterodyne quang có thể tạo ra các tần số rất cao, giới hạn duy nhất

là băng thông của bộ tách sóng quang Ngoài ra, kỹ thuật này có công suất tách và tỉ

số sóng mang trên tạp âm cao (CNR) do công suất quang của cả hai trường quangđược gộp lại để tạo ra công suất tín hiệu vi sóng

Tách sóng Heterodyne đầu xa có những ưu điểm riêng về tán sắc ánh sáng.Nếu chỉ có một trong hai sóng mang được điều chế với dữ liệu thì độ nhạy hệ thốngvới tán sắc ánh sáng có để được giảm đi nhiều Điều này là không thể đối với cácphương pháp dựa trên điều chế cường độ trực tiếp Giảm thiểu những ảnh hưởng củatán sắc ánh sáng là rất quan trọng trong các dạng điều chế nhạy với nhiễu pha như M-QAM

Một thuộc tính quan trọng khác của kỹ thuật Heterodyne đầu xa là cho phépđiều chế dữ liệu tần số thấp tại trạm trung tâm mà không yêu cầu các thành phầnquang điện tần số cao Vì thế, ngược với IM-DD, điều chế RHD tại trạm trung tâm cóthể được điều khiển với cả dữ liệu băng gốc hoặc tín hiệu RF tần số thấp Các bộ điềuchế tần số thấp thông thường có điện áp nửa bước sóng Vπ thấp và vì thế yêu cầu cácmức độ điều khiển thấp hơn Do đó mà các bộ điều chế tần số thấp dễ dàng tăngtuyến tính hơn

2.3 Một số kỹ thuật nâng cao hiệu quả cho tách sóng Heterodyne đầu xa.

Như đã trình bày ở trên, hạn chế của RHD chính là chịu ảnh hưởng lớn củanhiễu pha laser và sự dao động của tần số quang trên các sóng mang RF được tạo ra.Khi các laser bán dẫn có độ rộng phổ lớn, có nhiều biện pháp bổ sung được đưa ra đểgiảm độ rộng vạch phố của các tín hiệu RF được tạo Kỹ thuật thường được sử dụng

để giảm sự ảnh hưởng của nhiễu pha là vòng khóa pha quang (OPLL) Ngoài ra đểgiảm nhiễu pha và nâng cao hiệu quả kỹ thuật Heterodyne người ta còn sử dụng kỹthuật bộ lọc FM Các kỹ thuật này sẽ được trình bày trong các phần dưới đây

2.3.1 Vòng lặp khóa pha quang – OPLL.

Cấu hình cơ bản của vòng lặp khóa pha OPLL được chỉ ra trên hình 2.11 Cấuhình này bao gồm một laser chính hoạt động tự do, một photodiode PIN, một bộkhuếch đại sóng vô tuyến, một bộ tách tần số hoặc tách pha, một bộ lọc vòng lặp,một laser phụ và một bộ dao động tham chiếu Tín hiệu quang đầu ra của hai laserđược đưa vào một coupler sau đó được tách ra làm hai phần Một phần được sử dụngtrong OPLL tại trạm trung tâm, còn một phần được truyền tới RAU Tín hiệu quangtại trạm trung tâm được trộn theo nguyên lý heterodyne trên một photodiode để tạo ratín hiệu sóng vô tuyến Tín hiệu sóng vô tuyến này được so sánh với tín hiệu thamchiếu Nếu tín hiệu bị lỗi pha thì sẽ được phản hồi trở về laser phụ Tại đây, laser phụ

sẽ tiến hành điều chỉnh sự phát ánh sáng sao cho độ lệch pha bằng 0 Bằng cách này,laser phụ được đặt trong chế độ theo dõi hoạt động của laser chính ở tần số tươngthích với tần số của bộ dao động tham chiếu

Hình 2 11: Nguyên lý của vòng lặp khóa pha quang – OPLL.

Đúng như tên gọi của nó, OPLL có thể theo dõi rất tốt sự xáo trộn về pha ởmức thang độ nhỏ Một hệ thống tích hợp OPLL dựa trên laser bán dẫn có khả năngtạo ra tín hiệu vô tuyến lên tới 14GHz Ngoài ra phương pháp sử dụng vòng lặp khóatần quang – OFLL cũng được sử dụng với nguyên lý tương tự

2.3.2 Bộ lọc FM.

Kỹ thuật bộ lọc FM quang là một kỹ thuật sử dụng laser đơn liên quan đến

điều chế tần số quang bằng cách đưa tín hiệu điện có tần số f 0 tới một trong các thiết

bị đầu cuối của laser Nó tạo ra một chuỗi các vạch quang phổ (các dải biên) cách

nhau một khoảng đúng bằng tần số f 0, như được miêu tả trong hình 2.12 Hai vạch

phổ quang cách nhau một khoảng bằng tần số vô tuyến f RF mong muốn sẽ được chọn

ra nhờ sử dụng bộ lọc quang Tiếp theo, hai sóng quang này được truyền trên sợiquang đến bộ tách sóng quang và trộn kết hợp để tạo ra tín hiệu RF mong muốn theonguyên tắc như đã trình bày ở trên

Hình 2 12: Nguyên lý tách sóng RHD dựa trên laser FM

Có hai phương pháp phổ biến được sử dụng để chọn lựa các biên tần yêu cầu là:

- Lọc quang hay còn gọi là tách lớp phổ

- Các laser khóa bơm sợi quang đơn mode

Hình 2 13: Kỹ thuật Heterodyne đầu xa sử dụng bộ lọc để lựa chọn các biên tần

trộn

Khi sử dụng bộ lọc quang, các dải biên tần yêu cầu được lựa chọn trong khiloại bỏ các dải biên tần khác Phương pháp này được sử dụng để truyền các tín hiệusóng mm tại tần số 54 GHz, 90 GHz và 126 GHz tới các RAU cấp bởi các tuyến sợiquang đơn mode dài 9 km Bộ điều chế pha quang được điều khiển bởi tín hiệu IF tại

tần số 13,5 GHz hoặc 22,5 GHz, để tạo ra một dãy các dải biên tần như miêu tả tronghình 2.12 Giao thoa kế Perot Pabry sợi (FFPI) có thể điều chỉnh được sử dụng để lựachọn hai băng tần riêng bằng với tần số sóng mm mong muốn Tín hiệu quang saukhi lọc sẽ được truyền qua sợi quang, khuếch đại và tách với bộ trộn quang dựa trênống dẫn sóng Với phương pháp này có hai vấn đề nổi bật là đặc điểm nhạy phân cựccủa bộ trộn quang và dải điều chỉnh bị giới hạn.

 Ưu điểm

Vì các dải biên tần trộn được tạo bởi cùng một nguồn laser nên chúng tươngquan với nhau Bởi vậy, bộ lọc FM có khả năng tạo ra các tín hiệu sóng mm tần sốcao với độ rộng vạch phổ rất hẹp

 Nhược điểm

Nhược điểm chính của phương pháp này là hệ thống lựa chọn dải biên tầnphải xác định chính xác sự dịch chuyển vị trí của các dải biên tần Thêm vào đó, nócòn yêu cầu các bộ lọc quang lựa chọn cao Điều này sẽ dẫn đến tăng sự phức tạp của

hệ thống RoF Ngoài ra, khả năng điều chinh hệ thống bị giới hạn chế

2.4 Một số vấn đề ảnh hưởng lên hệ thống RoF.

2.4.1 Nhiễu pha.

Một trong những nguồn nhiễu ảnh hưởng lớn đến hệ thống thông tin quangRoF đó là nhiễu pha được gây ra bởi laser phát hay nguồn dao động nội Nhiễu phahình thành do nhiều nguyên nhân như sự không ổn định tần số phát của laser, hiệntượng chirp, pha không ổn định của thiết bị phát, thiết bị truyền dẫn quang,…

Nhiễu pha còn gây ra bởi bề rộng phổ của laser Bề rộng phổ Δvv càng nhỏ thì

nhiễu pha càng được hạn chế Vì vậy người ta thường sử dụng laser DFB để làmnguồn phát Vì ngày này bề rộng phổ của laser DFB có thể nằm ở mức 1MHz

Hiện tượng chirp gây ra nhiễu pha được định nghĩa là sự biến đổi của tần sốtheo thời gian (đơn vị: rad/s hay Hz) Để đơn giản hóa, ta chỉ xét đến một thành phầnphân cực của sóng, và bỏ qua phân bố sóng trong theo không gian Một tín hiệuquang được viết bởi:

( ) ( ) exp[ ( )]

Trong đó: I(t) là cường độ sáng,   2 f  và  là pha

Chirp được cho bởi: Chirp t

- Thứ hai là do bộ điều chế tín hiệu, hiện nay thường dùng nhất là bộ điều chếLiNbO3 theo cấu trúc của giao thoa kế Mach-Zehnder cho định dạng ASK từ

10 đến 40 Gbit/s Bộ điều biến này gây chirp khá lớn nếu là single-drive, cònnếu là dual-drive thì chirp còn lại là rất bé Bộ điều chế EAM (Electro-Absorption Modulator) cũng gây chirp nhưng không đáng kể

- Thứ ba là các thiết bị quang như sợi quang, bộ khuyếch đại, mới là nguồnchirp quan trọng nhất Trong sợi quang thì có nhiều yếu tố gây chirp Đơngiản như sự tán sắc gây ra chirp tuyến tính (linear chirp), ngoài ra còn có SPM(self-phase modulation), XPM (Cross-phase modulation),

Chirp tuyến tính do tán sắc ta có thể bù được bằng sợi có hệ số tán sắc ngượclại Ảnh hưởng lớn nhất là sự biến dạng tín hiệu do chirp phi tuyến kết hợp với tánsắc Vì vậy sau một thiết bị gây chirp, thường phải bù chirp ngay, tránh truyền dẫnchirp gây biến dạng tín hiệu

2.4.2 Mất phối hợp phân cực.

Trong các bộ tách sóng quang trực tiếp (như bằng photodiode) đã biết thì sựphân cực của tín hiệu quang không đóng vai trò gì bởi vì dòng điện thu được phụthuộc vào số photon của tia tới Tuy nhiên trong các bộ thu RHD, sự hoạt động củachúng còn phụ thuộc vào sự phối hợp phân cực của bộ dao động và tín hiệu thu được

Từ công thức (2.8) và (2.10) ta thấy rằng, trong các công thức này các trường E s và

E LO đã được ta giả sử như là phối hợp phân cực nên ta được các công thức như đãnêu Gọi → e svà → e LO là 2 véctơ đơn vị chỉ hướng phân cực của 2 tín hiệu E s và E LO thì rõràng các công thức trên còn phải nhân thêm một thành phần là cosθ, ở đây θ là thànhphần góc pha giữa → e

svà → e

LO Trong trường hợp lý tưởng ta phân tích thì thành phần θ được cho là 0 0 , nhưng mỗi sự thay đổi của góc pha θ này đều tác động đến bộ thu Trong trường hợp đặc biệt là góc θ = 90 0 thì tín hiệu bị triệt tiêu hoàn toàn vì cosθ =

0, trường hợp fading toàn phần Như vậy bất cứ sự thay đổi nào của θ đều dẫn đến sự

suy giảm SNR và gây ra sự thay đổi BER trong tín hiệu thu được.

Trạng thái phân cực vectơ → e

LOcủa tín hiệu phát ra từ bộ dao động nội là phụthuộc vào laser phát của bộ dao động nội và thường là cố định Tuy nhiên trạng tráiphân cực, vectơ → e s của tín hiệu thu được thì không như vậy, vì trước đó nó đã bị tácđộng bởi các hiệu ứng trên sợi quang ví dụ như hiện tượng tán sắc phân cực mode(PMD), hiện tượng biến thiên khúc xạ gây nên do sự thay đổi của môi trường (nhiệt

độ, sự không đồng đều vật lý của sợi, …)

2 lần so với tại bước sóng 1310nm Sợi G.653 có đặc tính suy hao thấp hơn tại bướcsóng 1550nm mà vẫn có đặc tính tán sắc tốt tại bước sóng này Hệ thống truyền dẫnRoF thường dùng sợi đơn mode ở bước sóng 1550nm (G.653)

b Các loại tán sắc.

Tán sắc có bản chất do sự phụ thuộc của tốc độ lan truyền ánh sáng vào bướcsóng, tán sắc làm giãn rộng xung quang và thậm chí gây ra sự giao thoa giữa các bit(ISI) kết quả là làm suy giảm tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) Vì tán sắc bên trongmode phụ thuộc vào bước sóng cho nên ảnh hưởng của nó tới méo tín hiệu sẽ tănglên theo sự tăng của độ rộng phổ nguồn phát Độ rộng phổ là dải các bước sóng mànguồn quang phát tín hiệu ánh sáng trên nó Có thể mô tả độ dãn xung bằng côngthức sau:

n s

d L d

phổ nguồn phát

Tán sắc tổng cộng trên sợi dẫn quang đơn mode nhìn chung gồm hai thànhphần chính là tán sắc vật liệu và tán sắc dẫn sóng, ngoài ra còn phải xét đến các hiệuứng tán sắc bậc cao

- Tán sắc vận tốc nhóm: Trong sợi quang đơn mode, vận tốc nhóm kết hợp với

mode cơ bản là một đặc trưng phụ thuộc tần số Vì vậy mà các thành phần phổ khácnhau của xung sẽ lan truyền với các vận tốc nhóm hơi khác nhau đôi chút, đây là hiệntượng được coi là tán sắc vận tốc nhóm GVD (Group Velocity Dispersion)

- Tán sắc vật liệu: Tán sắc vật liệu là một hàm của bước sóng và do sự thay đổi

về chỉ số chiết suất của vật liệu lõi tạo nên Nó làm cho bước sóng luôn phụ thuộcvận tốc cuả nhóm bất kỳ mode nào Tán sắc vật liệu xuất hiện là do chỉ số chiết suấtcủa thủy tinh, loại vật liệu dùng để chế tạo ra sợi quang, và những thay đổi của chúngtheo tần số quang

- Tán sắc ống dẫn sóng: Tán sắc dẫn sóng là do sợi đơn mode chỉ giữ được

khoảng 80% năng lượng ở trong lõi, vì vậy còn 20% ánh sáng truyền trong vỏ nhanhhơn năng lượng ở trong lõi Tán sắc dẫn sóng phụ thuộc vào thiết kế sợi, vào cáctham số sợi quang như bán kính lõi a và sự khác nhau về chỉ số chiết suất 

- Tán sắc mode phân cực: Tán sắc phân cực mode PMD (Polarization-mode

dispersion) là một đặc tính cơ bản của sợi quang và các thành phần sợi quang đơnmode trong đó năng lượng tín hiệu tại bước sóng đã cho được chuyển vào hai modephân cực trực giao có vận tốc lan truyền hơi khác nhau Tán sắc phân cực mode ởmột chừng mực nào đó sẽ gây ra một số sự xuống cấp đặc tính dung lượng một cáchnghiêm trọng

c Ảnh hưởng của tán sắc trong hệ thống RoF tốc độ cao.

Bản chất tán sắc trong sợi quang là do các electron quang điện tương tác lẫnnhau, điều này làm tăng hệ số khúc xạ và làm dịch chuyển pha theo tần số

Nếu hệ thống RoF được điều chế ngoài bằng MZM thì đầu ra của bộ MZMđược biểu diễn bởi công thức 2.15:

Eout 1( z ,t )=K √ P0J0( φ0/ 2)sin( ω0t−β(ω0) z)

∞ z] ¿¿

(2.16)

Trong đó β(v) là hằng số lan truyền ở tần số quang v, trong phương trình 2.16

mô tả sự lan truyền của lược tần số quang (gồm sóng mang quang và sóng cần truyền

ở tần số điều chế) Hằng số lan truyền β(v) được mở rộng theo chuỗi Taylor với tần

số sóng mang quang ω 0, đưa về bậc thấp nhất được:

β (v )=β0+β1(v−ω0)+1

2 β2(v−ω0)2(2.17)

Với điều kiện ( m / m) 0

m d dv v 

Thêm vào đó, vận tốc nhóm được đưa ra là

v g =1/ β 1 và thông số tán sắc của sợi quang là D= -2Пcβ 2 /λ 2 , trong đó c là vận tốc ánh

sáng trong chân không và λ là bước sóng của sóng mang quang Dựa vào phương

trình 2.16 và 2.17, ta rút ra biểu thức liên hệ cho công suất RF thu được ở tần số f

Trong đó L là chiều dài tuyến quang , D là hệ số tán sắc, λ là bước sóng quang,

f là tần số của RF Biểu thức trên cho thấy công suất RF thu phụ thuộc vào f, L, D, λ

theo hàm cos 2 (đây là hàm tuần hoàn có giá trị dao động giữa 0 và 1 khi các biến thayđổi) Hình 2.14 và hình 2.15 thể hiện rõ mối quan hệ này

Hình 2 14: Đáp ứng tán sắc đo được (nét trên) và tính toán (nét dưới) với kênh

truyền RoF qua 50 km, sợi quang đơn SMF-28.

Hình 2 15: a) Đáp ứng tán sắc của một tuyến theo độ dài tuyến; b) Đáp ứng tán sắc

của một tuyến theo tần số RF.

Ngoài ra, sự suy giảm công suất bên thu còn do sự suy giảm của đáp ứng tần số

Nội dung chương 2 đã trình bày các đặc điểm chủ yếu của một tuyến truyềndẫn RoF bao gồm: cấu hình của các tuyến RoF, các kỹ thuật điều chế sóng mangquang được sử dụng trong việc truyền dẫn sóng vô tuyến trên sợi quang như điều chếcường độ-tách sóng trực tiếp IM-DD, kỹ thuật điều chế sử dụng bộ điều chế ngoài, cụthể là bộ điều chế Mach-Zehnder Bên cạnh đó là kỹ thuật tách sóng Heterodyne đầu

xa (RHD) ở phía thu và các giải pháp được sử dụng để nâng cao hiệu quả cho kỹthuật tách sóng này như sử dụng vòng khóa pha quang OPLL, bộ lọc tần số FM Cácvấn đề ảnh hưởng lên hệ thống RoF như nhiễu, tán sắc cũng đã được phân tích cụ thể.Qua đó thấy được, về cơ bản, các kĩ thuật trong truyền dẫn RoF cũng là các kỹ thuậttrong vô tuyến do đó việc áp dụng kĩ thuật OFDM vào là hoàn toàn khả thi Chương

3, sẽ trình bày nguyên lý cơ bản về kỹ thuật OFDM

CHƯƠNG III: KỸ THUẬT OFDM3.1 Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM

Ghép kênh theo tần số trực giao OFDM (Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing) là một phương pháp điều chế cho phép giảm thiểu méo tuyến tính dotính phân tán của kênh truyền dẫn vô tuyến gây ra Nguyên lý của OFDM là phânchia toàn bộ băng thông cần truyền vào nhiều sóng mang con trực giao và truyềnđồng thời trên các sóng mang này Sự trực giao có nghĩa là tần số trung tâm của sóngmang con nhất định sẽ tương ứng với điểm bằng 0 của các sóng mang con khác Theo

đó, luồng số tốc độ cao được chia thành nhiều luồng tốc độ thấp hơn Vì thế có thểgiảm ảnh hưởng của trễ đa đường và chuyển đổi kênh pha đinh chọn lọc thành kênhpha đinh phẳng Như vậy OFDM là một giải pháp cho tính chọn lọc của các kênh phađinh trong miền tần số Việc chia tổng băng thông thành nhiều băng con với các sóngmang con dẫn đến giảm độ rộng băng con trong miền tần số đồng nghĩa với tăng độdài ký hiệu Số sóng mang con càng lớn thì độ dài ký hiệu càng lớn Điều này cónghĩa là độ dài ký hiệu lớn hơn so với thời gian trải rộng trễ của kênh pha đinh phântán theo thời gian, hay độ rộng băng tần tín hiệu nhỏ hơn độ rộng băng tần nhất quáncủa kênh

 OFDM là ứng cử viên hứa hẹn cho truyền dẫn tốc độ cao trong môi trường diđộng Sở dĩ OFDM làm được như vậy bởi vì, chu kỳ ký hiệu tăng dẫn đến khảnăng đối phó với trải trễ kênh vô tuyến (khắc phục ISI) và hiệu quả sử dụngphổ tần cao của công nghệ OFDM

 OFDM cho phép giảm được ảnh hưởng của trễ đa đường và chuyển kênh phađinh chọn lọc tần số thành kênh pha đinh phẳng Vì vậy, OFDM là giải phápđối với tính chọn lọc tần số của kênh pha đinh Ưu điểm cho phép cân bằngkênh dễ dàng