Đồ án Tốt nghiệp: nghiên cứu về kỹ thuật truyền sóng vô tuyến qua sợi quang (Radio over Fiber - RoF)

Nghiên cứu về kỹ thuật Radio over Fiber - RoF

LỜI CẢM ƠN
Sau gần 2 tháng nghiên cứu em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình. Tập đồ
án này là kết quả ba năm học tập tại khoa CNTT Ứng dụng, trường Cao đẳng CNTT
Hữu nghị Việt – Hàn. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất của em đến tất cả các
thầy cô giáo trong khoa, những người đã tận tâm, nhiệt tình giúp đỡ, giảng dạy tất cả
các mơn học để em có kiến thức thực hiện tốt đề tài.
Qua đây em gửi lời cảm ơn đến cơ Phan Thị Lan Anh, người đã tận tình hướng
dẫn em trong suốt thời gian qua.
Bên cạnh đó, em xin gửi lời cảm ơn của mình đến gia đình, những người đã tạo
mọi điều kiện thuận lợi cho em trong việc học tập và động viên giúp đở em cố gắng
làm tốt đề tài tốt nghiệp.

Đà Nẵng, tháng 06 năm 2013
Sinh viên thực hiện
Phan Thị Kim Thoa

Phan Thị Kim Thoa – Lớp: CCVT03C

Trang i


Nghiên cứu về kỹ thuật Radio over Fiber - RoF

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ i
MỤC LỤC ..................................................................................................................... ii
CÁC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................................................v
DANH MỤC HÌNH ẢNH .......................................................................................... vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................... ix

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG – VÔ
TUYẾN ...........................................................................................................................3
1.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG........................................................................................3
1.2. THÔNG TIN QUANG [1]......................................................................................3
1.2.1. Ưu nhược điểm của hệ thống thông tin sợi quang ........................................3
1.2.1.1. Ưu điểm .......................................................................................................3
1.2.1.2. Nhược điểm .................................................................................................4
1.2.2. Mơ hình tuyến truyền dẫn sợi quang hiện tại ...............................................5
1.2.2.1. Sợi quang ...................................................................................................5
1.2.2.2. Bộ phát quang ............................................................................................9
1.2.2.3. Bộ thu quang ............................................................................................10
1.2.2.4. Bộ khuếch đại quang ................................................................................11
1.3. THÔNG TIN VÔ TUYẾN ...................................................................................11
1.3.1. Giới thiệu thơng tin vơ tuyến ........................................................................11
1.3.2. Các đặc tính của sóng vơ tuyến .....................................................................12
1.3.2.1. Sự lan truyền của băng tần số thấp .........................................................13
1.3.2.2. Sự lan truyền của băng tần số cao ...........................................................13
1.3.3. Thực trạng của thông tin vô tuyến hiện nay ................................................13
1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG ........................................................................................15
CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ TRUYỀN SĨNG VƠ TUYẾN TRÊN SỢI QUANG RoF ................................................................................................................................16
2.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG......................................................................................16
2.2. TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ TRUYỀN SĨNG VƠ TUYẾN TRÊN SỢI
QUANG ........................................................................................................................16
2.2.1. Khái niệm về công nghệ RoF ........................................................................16
2.2.2. Các thành phần cơ bản của tuyến quang sử dụng công nghệ RoF ...........17
Phan Thị Kim Thoa – Lớp: CCVT03C

Trang ii

Nghiên cứu về kỹ thuật Radio over Fiber - RoF

2.2.3. Kỹ thuật truyền dẫn RoF ..............................................................................18
2.2.4. Ưu và nhược điểm của công nghệ RoF ........................................................19
2.2.4.1. Ưu điểm của công nghệ ............................................................................19
2.2.4.2. Những nhược điểm của công nghệ..........................................................19
2.3. CÁC KỸ THUẬT TRUYỀN TÍN HIỆU VƠ TUYẾN QUA SỢI QUANG ....20
2.3.1. Tạo tín hiệu RF bằng IM-DD ........................................................................20
2.3.1.1. Giới thiệu về kỹ thuật IM- DD .................................................................20
2.3.1.2. Ưu điểm của kỹ thuật IM- DD .................................................................21
2.3.1.3. Nhược điểm của kỹ thuật IM- DD ...........................................................22
2.3.2. Tạo tín hiệu RF bằng bộ điều chế ngồi.......................................................22
2.3.3. Tạo tín hiệu RF bằng kỹ thuật điều chế trộn nhiều sóng quang (optical
heterodyne) ...............................................................................................................25
2.3.3.1. Giới thiệu về kỹ thuật optical heterodyne ................................................25
2.3.3.2. Nguyên lý của optical heterodyne ...........................................................25
2.3.3.3. Ưu điểm và nhược điểm của optical heterodyne .....................................27
2.3.4. So sánh các kỹ thuật truyền sóng vơ tuyến qua sợi quang .........................28
2.4. CÁC KỸ THUẬT GHÉP KÊNH TRONG ROF ...............................................29
2.4.1. Kỹ thuật ghép kênh sóng mang con SCM....................................................29
2.4.2. Ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM ...............................................30
2.5. CẤU HÌNH TUYẾN ROF ...................................................................................32
2.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG ........................................................................................35
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ RoF CHO MẠNG TRUY NHẬP
KHÔNG DÂY ..............................................................................................................36
3.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG......................................................................................36
3.2. ROF TRONG WLAN Ở BĂNG TẦN 60GHz – GIAO THỨC MAC .............36
3.2.1. Giới thiệu.........................................................................................................36
3.2.2. Kiến trúc mạng ...............................................................................................37
3.2.3. Mô tả giao thức MAC – Giao thức bàn cờ ...................................................38

3.2.3.1. Gới thiệu về giao thức MAC .....................................................................38
3.2.3.2. Hoạt động cơ bản của giao thức MAC ....................................................39
3.2.3.3. Sự chuyển giao trong giao thức MAC .....................................................40
3.2.3.4. Các thông số quan trọng của giao thức MAC .........................................43
Phan Thị Kim Thoa – Lớp: CCVT03C

Trang iii


Nghiên cứu về kỹ thuật Radio over Fiber - RoF

3.3. ROF TRONG MẠNG TRUYỀN THÔNG ROAD VEHICLE (RVC) ............44
3.3.1. Giới thiệu.........................................................................................................44
3.3.2. Kiến trúc mạng ...............................................................................................45
3.3.3. Hoạt động cơ bản trong mạng ......................................................................46
3.4. ROF ỨNG DỤNG CHO MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN Ở NGOẠI Ô,
NÔNG THÔN ..............................................................................................................48
3.4.1. Giới thiệu.........................................................................................................48
3.4.2. Kiến trúc mạng ...............................................................................................48
3.4.3. Hoạt động của mạng ......................................................................................49
3.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG ........................................................................................50
CHƯƠNG 4: KHẢO SÁT HOẠT ĐỘNG CỦA TUYẾN ROF CỤ THỂ SỬ
DỤNG SIMULINK TRONG MATLAB ...................................................................52
4.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG......................................................................................52
4.2. MỘT TUYẾN ROF CỤ THỂ ..............................................................................53
4.2.1. Cấu hình hệ thống ..........................................................................................53
4.2.2. Các thành phần của hệ thống........................................................................53
4.2.3. Hoạt động của hệ thống .................................................................................53
4.3. PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG CỦA TUYẾN DOWNLINK ...............................54
4.3.1. Bộ điều chế “dual Mach-Zehnder” – Kỹ thuật điều chế OSSBC ..............54

4.3.2. Tác động sợi quang ........................................................................................57
4.3.3. Tách sóng tại BS – các sản phẩm RF ...........................................................58
4.4. TUYẾN UPLINK ..................................................................................................59
4.5. MƠ PHỎNG TUYẾN DOWNLINK ..................................................................59
4.5.1. Giới thiệu.........................................................................................................59
4.5.2. Mơ hình hóa và các thông số .........................................................................60
4.5.3. Các kết quả mô phỏng và phân tích .............................................................61
4.6. PHÂN TÍCH BER CỦA TUYẾN ........................................................................65
4.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG ........................................................................................66
KẾT LUẬN ..................................................................................................................67
HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ...............................................................................68
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................69

Phan Thị Kim Thoa – Lớp: CCVT03C

Trang iv


Nghiên cứu về kỹ thuật Radio over Fiber - RoF

CÁC TỪ VIẾT TẮT
2G

Second Generation

Hệ thống thông tin di động thế hệ
thứ hai

3G

Third Generation

Hệ thống thông tin di động thế hệ
thứ ba

4G

Fourth Generation

Hệ thống thông tin di động thế hệ
thứ tư

ASK

Amplitude Shift Keying

Điều chế số theo biên độ tín hiệu

BB

Base Band

Băng tần cơ sở

BPSK

Binary Phase Shift Keying

Khóa dịch pha nhị phân

BS

Base Station

Trạm gốc

CDMA

Code Division Multiple Access

Đa truy cập phân chia theo mã

CS

Central Station

Trạm trung tâm

DFB

Distributed Feed Back( laser)

Laser hồi tiếp phân tán

DWDM

Density Wavelength Division

Ghép kênh phân chia theo bước

Multiplexing

sóng mật độ cao

EA

Electro Absorption

Bộ hấp thụ electron

EAM

Electro Absorption Modulator

Bộ điều chế hấp thụ electron

EDFA

Erbium Doped Fiber Amplifier

Khuêch đại quang sợi có pha tạp
Erbium

EOM

External Optical Modutators

Bộ điều chế quang ngoài

ETSI

European Telecommunications

Viện các tiêu chuẩn Viễn thông

standards Institute

Châu Âu

FSK

Frequency Shift Keying

Điều chế số theo tần số tín hiệu

IEEE

Institute of Electrical and

Viện kỹ nghệ Điện và Điện Tử

Electronics Engineers
IF

Intermediate Frequency

Tần số trung tần

IM-DD

Intensity Modulation – Direct

Điều chế cường độ và tách sóng

Detection

trực tiếp

LAN

Local Area Network

Mạng nội bộ

LO

Laser Ocsillator

Bộ dao động laser

Phan Thị Kim Thoa – Lớp: CCVT03C

Trang v


Nghiên cứu về kỹ thuật Radio over Fiber - RoF

LTE

Long Term Evolution

Cơng nghệ tiến hóa lâu dài

MH

Mobile Host

Thiết bị di động trong mạng

MZM

Mach- Zehnder Modulator

Bộ điều chế Mach- Zehnder

OFDM

Orthogonal Frequency-

Ghép kênh phân chia theo tần số

Division Multiplexing

trực giao

Optical Single-Side-Band

Điều chế quang đơn biên

OSSBC

Modulation
PD

Photo Detector

Tách sóng quang

PDA

Personal Digital Assistant

Thiết bị kĩ thuật số hỗ trợ cá nhân

PSK

Phase Shift Keying

Điều chế số theo phase tín hiệu

PSTN

Public Switched Telephone

Mạng chuyển mạch điện thoại

Network

cơng cộng

QoS

Quality of Service

Chất lượng dịch vụ

RF

Radio Frequency

Tần số vô tuyến

RAP

Radio Access Point

Giao diện truy cập vô tuyến

WDM

Wavelength Division

Ghép kênh phân chia theo bước

Multiplexing

sóng

Wireless Fidelity

Là mạng 802.11 là hệ thống mạng

Wi-Fi

khơng dây sử dụng sóng vơ tuyến
Wimax

Worldwide Interoperability for

Là tiêu chuẩn IEEE 802.16 cho

Microwave Access

việc kết nối Internet băng thông
rộng không dây ở khoảng cách lớn

WLAN

Wireless Local Area Networks

Phan Thị Kim Thoa – Lớp: CCVT03C

Mạng LAN không dây

Trang vi


Nghiên cứu về kỹ thuật Radio over Fiber - RoF

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Số hiệu

Tên hình vẽ

hình vẽ
1.1
1.2
1.3

1.4
1.5
1.6

Cáp Corning sử dụng dưới biển có thể có đến 144 sợi
quang
Sơ đồ khối của hệ thống thông tin sợi quang tiêu biểu
Mặt cắt sợi quang (a) đơn mode (b) đa mode (đơn vị
μm)
Truyền ánh sáng trong sợi quang bằng hiện tượng
phản xạ toàn phần
Suy hao ánh sáng trên sợi quang
Minh họa sự giản nở xung do tán sắc khi ánh sáng
được truyền trong sợi

Trang

4
5
6

6
7
8

1.7

Cấu trúc chung của một Laser

9

1.8

Sơ đồ khối tổng quát của máy thu quang

10

1.9

Sơ đồ chỉ ra các thành phần của mạng truy nhập vơ
tuyến băng hẹp

13

2.1

Mơ hình khái niệm về hệ thống RoF

16

2.2

CS và một microcell (BS và MS) trong kiến trúc RoF

17

2.3

Sử dụng phương pháp điều chế với sóng mang quang

18

2.4

Tạo tín hiệu RF bằng điều chế cường độ trực tiếp

21

2.5

Sơ đồ khối bộ điều chế ngoài

23

2.6

Bộ điều chế Mach-Zehnder LiNbO3

23

2.7

2.8
2.9

Bộ điều chế Mach-Zehnder LiNbO3
(a) khơng có điện áp. (b) có điện áp điều khiển
Sơ đồ khối kỹ thuật tách sóng hetorodyne
Ghép kênh sóng mang con giữa tín hiệu số và tín hiệu
tương tự

24
25
29

2.10

Sự kết hợp truyền dẫn DWDM và RoF

30

2.11

DWDM trong RoF

31

2.12

Kiến trúc vòng ring RoF dựa trên DWDM.

32

Phan Thị Kim Thoa – Lớp: CCVT03C

Trang vii


Nghiên cứu về kỹ thuật Radio over Fiber - RoF

2.13

Các cấu hình trong tuyến RoF

34

3.1

Kiến trúc mạng RoF tiêu biểu dùng trong WLAN

37

3.2

Hoạt động cơ bản của giao thức MAC

39

3.3

Độ trễ chuyển giao trong giao thức MAC

41

3.4

MH dùng cặp tần số (ƒ1,ƒm

+1)

khi di chuyển từ

picocell 1 sang picocell 2

42

3.5

Phân bổ băng thông

43

3.6

Mạng RVC dựa trên kỹ thuật RoF.

45

3.7

Kiến trúc mạng RVC dựa trên kỹ thuật RoF

46

3.8

Ấn định khung trong khi di chuyển.

47

3.9

Kiến trúc mạng RoF bao gồm K bộ thu phát (TRX) và
N trạm BS.

49

4.1

Cấu hình một tuyến RoF

53

4.2

Bộ điều chế ngồi “Dual Mach-Zehnder”

54

4.3

Phổ biên độ

57

4.4

Sơ đồ mơ phỏng tuyến downlink

60

4.5

Sản phẩm tại BS của bộ điều chế nhánh trên.

62

4.6

Sản phẩm tại BS của bộ điều chế nhánh dưới.

62

4.7

Sản phẩm ngõ ra của tuyến downlink.

62

4.8

BS với bộ lọc thông dải để lấy tín hiệu dữ liệu ở tần số

RF

63

4.9

Phổ tín hiệu tại BS

63

4.10

Hình dáng tín hiệu với bit 1

64

4.11

Bộ điều chế có dữ liệu

64

4.12
4.13

Hình dáng tín hiệu dữ liệu với các bit 1-0 lần lượt
(isignal).
Phổ của tín hiệu dữ liệu

Phan Thị Kim Thoa – Lớp: CCVT03C

65
65

Trang viii


Nghiên cứu về kỹ thuật Radio over Fiber - RoF

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Số hiệu bảng
1.1
1.2
1.3

2.1

2.2

Tên bảng
Các thông số tán sắc của một số sợi quang
theo ITU
Phân loại, cơ chế và sử dụng sóng vơ tuyến
Phân bổ tần số đối với các hệ thống truy nhập
vô tuyến băng rộng
So sánh các kỹ thuật truyền dẫn và phát sóng
milimet
So sánh băng tần của các hệ thống sửa dụng
kĩ thuật RoF

Phan Thị Kim Thoa – Lớp: CCVT03C

Trang
8
12
14

28

29

Trang ix


Nghiên cứu về kỹ thuật Radio over Fiber - RoF

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay, nhu cầu trao đổi thông tin liên lạc, truy cập mạng của xã hội khơng
ngừng phát triển. Con người ln mong muốn có một tốc độ đường truyền mạnh hơn,
nhanh hơn, băng thông rộng hơn, vùng phủ sóng rộng khắp, các dịch vụ đạt chất lượng
cao, không xảy ra nghẽn mạng, nhưng giá cả thì phải chăng.
Đáp ứng lại nhu cầu đó em chọn đề tài “Nghiên cứu về Kỹ Thuật Truyền Sóng
Vơ Tuyến Qua Sợi Quang (Radio Over Fiber - RoF)”.
Kỹ thuật Radio over Fiber - RoF, một kỹ thuật mà hiện nay được coi là nền tảng
cho mạng truy nhập không dây băng thông rộng trong tương lai, với các ưu điểm vượt
trội như: suy hao thấp, băng thông rộng, không chịu ảnh hưởng của nhiễu tần số vơ
tuyến …
Chính vì vậy, việc tìm hiểu về đề tài trên là cần thiết và có ý nghĩa thực tế.
2. Mục đích nghiên cứu

Tìm hiểu tổng quan về hệ thống thơng tin quang và thơng tin vơ tuyến, nhằm
mục đích hiểu rõ hơn về ưu, nhược điểm của hệ thống.
Tìm hiểu, nghiên cứu sâu về kỹ thuật Radio over Fiber, nêu lên được các ưu,
nhược điểm, các đặc tính cơ bản của kỹ thuật.
Ứng dụng kỹ thuật Radio over Fiber và mạng truy nhập khơng dây.
Phân tích hoạt động của 1 tuyến RoF cụ thể, nhằm biết được quá trình làm việc
cụ thể của các thành phần trong tuyến.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
“Nghiên cứu về kỹ thuật truyền song vô tuyến qua sợi quang – Radio Over
Fiber - RoF”
4. Phương pháp nghiên cứu
Tham khảo các tài liệu: sách, website và các giáo trình lien quan.
Nhờ sự giúp đở của giáo viên hướng dẫn.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Kỹ thuật truyền sóng vơ tuyến qua sợi quang (Radio over Fiber (RoF)), một kỹ
thuật mà hiện nay được coi là nền tảng cho mạng truy nhập không dây băng thông
rộng trong tương lai.
Phan Thị Kim Thoa – Lớp: CCVT03C

Trang 1


Nghiên cứu về kỹ thuật Radio over Fiber - RoF

Tuy kỹ thuật RoF chỉ mới trong giai đoạn nghiên cứu, phát triển và thử nghiệm
nhưng những kết quả mà nó mạng lại rất khả quan, khiến nhiều người tin tưởng đó sẽ
là một kỹ thuật cho các ứng dụng mạng truy nhập vơ tuyến trong tương lai. Vì vậy, kỹ
thuật RoF là một kỹ thuật rất cần mở rộng và phát triển rộng rãi vào cuộc sống hiện
nay.

Phan Thị Kim Thoa – Lớp: CCVT03C

Trang 2


Nghiên cứu về kỹ thuật Radio over Fiber - RoF

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN
QUANG – VÔ TUYẾN
1.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG
Nội dung chương này nhằm giới thiệu tổng quan về:
+ Hệ thống thông tin quang
+ Hệ thống thơng tin vơ tuyến
1.2. THƠNG TIN QUANG [1]
Khác với thơng tin hữu tuyến và vô tuyến, các loại thông tin sử dụng môi trường
truyền dẫn tương ứng là dây dẫn và không gian, thông tin quang là một hệ thống
truyền tin thơng qua sợi quang. Điều đó có nghĩa là thơng tin được chuyển thành ánh
sáng và sau đó ánh sáng được truyền qua sợi quang. Tại nơi nhận, nó lại được biến đổi
trở lại thành thành thông tin ban đầu.
1.2.1. Ưu nhược điểm của hệ thống thông tin sợi quang
1.2.1.1. Ưu điểm
Trong thông tin sợi quang các ưu điểm sau của sợi quang đã được sử dụng một
cách hiệu quả: độ suy hao truyền dẫn thấp và băng thông lớn. Thêm vào đó, chúng có
thể sử dụng để thiết lập các đường truyền dẫn nhẹ và mỏng, khơng có xuyên âm với
các đường sợi quang bên cạnh và không chịu ảnh hưởng của nhiễu hiệu ứng sóng điện
từ. Trong thực tế sợi quang là phương tiện truyền dẫn thông tin hiệu quả và kinh tế
nhất đang có hiện nay.
Trước hết, nó có dung lượng cực lớn: Băng thơng(BW) gấp khoảng 10000 lần so
với thông tin vi ba (BW thường chọn khoảng vài % tần số sóng mang(f), f của ánh
sáng cỡ 200 THz, f của vi ba cỡ 20 GHz).

Thứ hai, độ tổn hao rất thấp: Tổn hao sợi quang có thể đạt 0,2 dB/km, so với cáp
đồng trục 10 - 30 dB/km.
Thứ ba, kích thước nhỏ và gọn nhẹ: trong một dây cáp quang có nhiều sợi quang
vì kích thước của nó rất nhỏ
Thứ tư, tính chống nhiễu cao: sợi quang được cấu tạo từ thủy tinh oxit (trong đó
SiO2 là loại oxit thơng dụng dùng để tạo ra sợi) nên không bị ảnh hưởng của điện từ
trường bên ngoài và các loại nhiễu từ nhà máy điện nguyên tử, sấm sét...

Phan Thị Kim Thoa – Lớp: CCVT03C

Trang 3


Nghiên cứu về kỹ thuật Radio over Fiber - RoF

Hình1.1: Sợi cáp quang
Thứ năm, giá thành sợi quang thấp: vì thạch anh là nguyên liệu chính để sản xuất
sợi quang có sẵn trong thiên nhiên, so với kim loại thì nguồn nguyên liệu này dồi dào.
Thứ sáu, khoảng cách truyền dẫn lớn: kết hợp khả năng khuếch đại của các bộ
khuếch đại quang trên đường truyền cùng với sự suy hao thấp của cáp quang và độ
nhảy thu cao của máy thu cho phép tăng khoảng cách truyền dẫn lên cực lớn. Hiện
nay, người ta đã triển khai nhiều hệ thống cáp sợi quang vượt đại dương có khoảng
cách hàng chục ngàn km với dung lượng đến hàng ngàn Gb/s.
Thứ bảy, tốc độ cao, hiệu suất lớn: các linh kiện thu và phát quang có khả năng
điều chế tốc độ cao, kích thước nhỏ, hiệu suất biến đổi quang điện cao.
Thứ tám, khả năng truyền tín hiệu với các bước sóng khác nhau: thơng tin sợi
quang cũng cho phép truyền đồng thời các tín hiệu có bước sóng khác nhau. Đặc tính
này cũng góp phần rất lớn làm tăng dung lượng truyền dẫn.
1.2.1.2. Nhược điểm
Bên cạnh những ưu điểm vượt trội như trên thì hệ thống thơng tin

quang cịn có những nhược điểm sau:
- Hiệu suất ghép nguồn quang vào sợi thấp.
- Không thể truyền mã lưỡng cực.
- Hàn nối sợi quang khó khăn, yêu cầu kỹ thuật cao.
- Nếu có khí ẩm, nước lọt vào trong cáp thì sợi quang chóng bị lão hóa, suy hao
tăng lên, mối hàn quang nhanh bị hỏng.
Phan Thị Kim Thoa – Lớp: CCVT03C

Trang 4


Nghiên cứu về kỹ thuật Radio over Fiber - RoF

Những nhược điểm này phần lớn mang tính khách quan và có thể giải quyết được
bằng khoa học cơng nghệ. Tuy nhiên với những ưu điểm vượt trội thì hệ thống thông
tin quang ngày càng được ứng dụng rộng rãi và phát triển nhanh vì những lợi ích thiết
thực trong cuộc sống con người.
1.2.2. Mơ hình tuyến truyền dẫn sợi quang hiện tại
Tuyến truyền dẫn quang tổng quát được mô tả như hình 1.2. Tín hiệu được sử
dụng để truyền qua sợi quang trong trường hợp chung thường là tín hiệu xung số. Một
tuyến quang tổng quát bao gồm các thành phần cơ bản là sợi quang, một bộ phát
quang, một bộ thu quang và các bộ khuếch đại quang.

Hình 1.2: Sơ đồ khối của hệ thống thông tin sợi quang tiêu biểu
1.2.2.1. Sợi quang
Sợi quang đóng vai trị truyền tín hiệu từ máy phát đến máy thu, trong hệ thống
thông tin sợi quang, rất ít gây méo tín hiệu so với hệ thống thông tin vi ba và vệ tinh.
Một trong những ưu điểm chủ yếu của sợi quang là tổn hao ánh sáng trong sợi rất nhỏ,
chẳng hạn khi hoạt động trong vùng bước sóng 1550 nm, tổn hao trong sợi đơn mode
SMF chỉ khoảng 0,2 dB/km. Tổn hao sợi là cơ sở để xác định khoảng lặp trong các hệ

thống thông tin sợi quang. Một thông số quan trọng khác trong sợi quang là tán sắc sợi
gây ra vấn đề giản nở xung tín hiệu tại máy thu. Nếu các xung quang bị trải rộng vượt
quá khe thời gian cho phép thì chất lượng tín hiệu sẽ bị suy giảm nghiêm trọng. Tán
sắc trở thành vấn đề quan trọng trong hệ thống sử dụng sợi quang đa mode vì các xung
bị trải rộng do ánh sáng truyền trong sợi theo các mode khác nhau với tốc độ khác
nhau. Chính vì vậy, hiện nay người ta chỉ dùng sợi đơn mode để truyền dẫn. Ở tốc độ
bít cao, trong sợi này cũng xảy ra tán sắc vật liệu do chiết xuất của sợi thay đổi theo
bước sóng ánh sáng, cũng gây nên sự giản nở xung. Để giảm ảnh hưởng này, người ta
sử dụng biện pháp bù tán sắc và dùng các nguồn phát quang có độ rộng phổ hẹp.


Truyền dẫn quang trong sợi quang

Ánh sáng có thể truyền trong môi trường trong suốt, nhưng với vận tốc nhỏ hơn
Phan Thị Kim Thoa – Lớp: CCVT03C

Trang 5


Nghiên cứu về kỹ thuật Radio over Fiber - RoF

vận tốc trong chân không. Tỉ số giữa vận tốc ánh sáng trong chân không và trong vật
liệu được gọi là chỉ số khúc xạ (n) và tính bởi cơng thức n=c/v , với c là vận tốc trong
chân khơng cịn v là vận tốc trong vật liệu. Khi ánh sáng truyền từ một mơi trường có
chỉ số khúc xạ cho trước sang một mơi trường khác có chỉ số khúc xạ khác (ví dụ:
khúc xạ xảy ra), góc khúc xạ sẽ phụ thuộc vào chỉ số khúc xạ của cả 2 vật liệu cũng
như góc tới. Theo định luật Snell, ta có: nasinθa = nbsinθb với na, nb tương ứng là chỉ số
khúc xạ của môi trường tới và môi trường khúc xạ, θa ,θb là góc tới và góc khúc xạ.
Hình 1.3 minh họa cấu trúc sợi quang bao gồm một lõi được bao quanh hoàn
toàn bởi một lớp vỏ (cả 2 đều chứa thủy tinh với các chỉ số khúc xạ khác nhau). Với

sợi chiết xuất phân bậc SI, sự thay đổi chỉ số khúc xạ tại ranh giới lõi- vỏ là theo bậc.
Nếu như chỉ số khúc xạ của vỏ nhỏ hơn của lõi thì sẽ xảy ra hiện tượng phản xạ toàn
phần trong lõi và ánh sáng có thể truyền lan dọc theo sợi như trên hình 1.4. Hiện tượng
phản xạ tồn phần sẽ xảy ra với góc tới lớn hơn góc tới hạn θc, được tính bởi cơng
thức:

sin  c =

nvõ
nlõi

(1.1)

vỏ

vỏ
lõi

lõi

1 25

50

1 25

(a)

5

(b)

Hình 1.3:Mặt cắt sợi quang (a) đơn mode (b) đa mode (đơn vị μm)
Với nvỏ và nlõi tương ứng là chỉ số khúc xạ của vỏ và lõi. Vì vậy, để ánh sáng có
thể truyền dọc theo sợi thì góc tới của tia sáng phải lớn hơn góc tới hạn θc.

Vỏ
c

Lõi
Vỏ

Hình 1.4: Truyền ánh sáng trong sợi quang bằng hiện tượng phản xạ toàn phần
Phan Thị Kim Thoa – Lớp: CCVT03C

Trang 6


Nghiên cứu về kỹ thuật Radio over Fiber - RoF



Suy hao trên sợi quang

Hình 1.5 : Suy hao ánh sáng trên sợi quang
Suy hao của ánh sáng khi nó truyền dọc theo sợi là một yếu tố quan trọng cần
được xem xét khi thiết kế hệ thống thông tin sợi quang vì nó đóng vai trị chủ yếu xác
định khoảng cách truyền dẫn cực đại giữa phần phát và phần thu hoặc quyết định có
đặt bộ khuếch đại trên đường truyền hay không. Cơ chế suy hao chủ yếu trên sợi là suy
hao do hấp thụ, tán xạ và bức xạ năng lượng ánh sáng. Suy hao cơng suất tín hiệu trên

sợi quang P có chiều dài L được tính theo biểu thức :

P  L  10 lg(

Pin
)dB
Pout

(1.2)

Trong đó : Pin , Pout là công suất đầu vào và đàu ra của sợi quang
α: là suy hao tín hiệu trên 1 km sợi quang, α được tính theo cơng thức sau :



10  Pin 
dB / Km 
lg 
L  Pout 

(1.3)

Một sợi quang lý tưởng không gây suy hao tín hiệu ánh sáng, nghĩa là:
Pin = Pout
Điều này có nghĩa là suy hao bằng 0. Điều này khơng thể có được. Trong thực
tế, sợi quang hoạt động tại bước sóng 900 nm có suy hao trung bình 3 dB/km. Nghĩa là
công suất quang giảm 50% khi truyền được 1 km và giảm 75% (tương ứng 6 dB) khi
truyền qua 2 km.


Tán sắc trong sợi quang

Hiện tượng một xung ánh sáng bị giản rộng ra bề mặt thời gian sau một khoảng
đường truyền nhất định trong sợi cáp quang được gọi là hiện tượng tán sắc. Hình 1.6
minh họa sự giản rộng xung do tán sắc. Độ tán sắc tổng cộng của sợi quang, kí hiệu là
D, có đơn vị là giây (s) được xác định bởi công thức:

D   02   i2
Phan Thị Kim Thoa – Lớp: CCVT03C

(1.4)
Trang 7


Nghiên cứu về kỹ thuật Radio over Fiber - RoF

Trong đó: τi , τ0 là độ rộng xung vào và xung ra. Độ tán sắc qua mỗi km sợi
được tính bằng ns/km hoặc ps/km. Đối với loại tán sắc phụ thuộc vào độ rộng phổ của
nguồn quang thì đơn vị được tính là ps/nm.km.

Hình 1.6: Minh họa sự giản nở xung do tán sắc khi ánh sáng được truyền trong sợi
Có các loại tán sắc là :
- Tán sắc mode (đối với sợi đa mode) : Xảy ra khi nhiều mode truyền đối với
cùng một tín hiệu truyền với vận tốc khác nhau trong sợi quang. Tán sắc mode không
xảy ra trong sợi đơn mode
- Tán sắc vật liệu hay là tán sắc màu : Trong môi trường tán sắc, chỉ số khúc xạ là
một hàm của bước sóng. Vì thế, nếu tín hiệu được truyền với nhiều hơn một bước
sóng, một số bước sóng sẽ truyền với vận tốc nhanh hơn các bước sóng khác. Bởi vì
khơng laser nào có thể tạo ra tín hiệu với một bước sóng chính xác nên tán sắc màu
xảy ra hầu hết ở các hệ thống.

- Tán sắc ống dẫn sóng : Xảy ra do sự truyền lan của các bước sóng khác nhau
phụ thuộc khác nhau vào đặc tính ống dẫn sóng như chỉ số khúc xạ và hình dạng của
vỏ, lõi. Suy hao thấp nhất tại vùng cửa sổ 1550 nm. Dựa trên các kĩ thuật tiên tiến như
dịch tán sắc, sợi quang có thể đạt mức tán sắc 0 tại bước sóng giữa 1300 nm đến 1700
nm.
Bảng 1.1: Các thơng số tán sắc của một số sợi quang theo ITU
Loại sợi quang

Hệ số tán sắc tại 1550 nm

SMF (ITU-T G.652)

+17 ps/km.nm

DSF (ITU-T G.653)

0 ps/km.nm

NZ DSF (ITU-TUG G.655)

+3 ps/km.nm

Phan Thị Kim Thoa – Lớp: CCVT03C

Trang 8


Nghiên cứu về kỹ thuật Radio over Fiber - RoF

1.2.2.2. Bộ phát quang



Hoạt động của Laser

Laser là cụm từ viết tắt của khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích
(LASER–Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Việc phát xạ
kích thích cho phép laser tạo ra các chùm sáng kết hợp công suất cực lớn (ánh sáng
chứa nhiều nhiều bước sóng riêng biệt).
Cơ chế của phát xạ kích thích dựa trên các mức năng lượng của nguyên tử.
Nguyên tử ở trạng thái ổn định (trạng thái nền) sẽ có các điện tử ở mức năng lượng
thấp nhất có thể. Trong mỗi nguyên tử, tồn tại các mức năng lượng rời rạc gọi là các
trạng thái. Để chuyển mức của nguyên tử từ trạng thái nền, nguyên tử phải hấp thu
năng lượng. Sau đó, ngun tử sẽ khơng ổn định và có xu hướng quay trở lại trạng thái
nền bằng việc phát xạ ra photon – phân tử ánh sáng.
Hình 1.7 mô tả cấu trúc chung của một laser, bao gồm 2 gương tạo thành một
hốc, môi trường laser và thiết bị kích thích. Thiết bị kích thích sử dụng dịng điện cho
môi trường laser – được tạo từ các chất có trạng thái gần ổn định. Dịng điện sẽ kích
thích các điện tử trong môi trường laser và khi điện tử trở lại trạng thái nền nó sẽ phát
xạ ra một photon ánh sáng.
T hiỏt bị kích thích

C hùm sáng

Mơi trưỏng laser

G ươ ng phỏn xạ

Hình 1.7: Cấu trúc chung của một Laser.
Phát xạ kích thích xảy ra khi một photon đi qua rất gần với một điện tử bị kích
thích. Photon sẽ làm cho điện tử giải phóng năng lượng và trở lại trạng thái nền. Trong

q trình đó, điện tử sẽ giải phóng ra một photon khác có cùng hướng và tần số với
photon kích thích. Các photon mà tần số là một phần nguyên của chiều dài hốc cộng
hưởng sẽ kết hợp với nhau tạo ra ánh sáng có tần số cho trước ở ngay trong hốc. Giữa
phát xạ bình thường và phát xạ kích thích, ánh sáng tại tần số lựa chọn trước xây dựng
nên cường độ trước khi năng lượng biến mất khỏi môi trường nhanh như là khi nó
được đưa vào. Các gương hỗ trợ cho phát xạ kích thích sản sinh ra các ánh sáng cường
Phan Thị Kim Thoa – Lớp: CCVT03C

Trang 9


Nghiên cứu về kỹ thuật Radio over Fiber - RoF

độ cao. Một trong 2 gương là phát bộ phận, do đó các photon sẽ thốt khỏi buồng dưới
dạng các chùm sáng hẹp tập trung. Bằng cách thay đổi chiều dài của buồng sẽ điều
chỉnh được tần số của ánh sáng phát xạ.
Tần số của photon phát xạ phụ thuộc vào sự thay đổi mức năng lượng của nó và
được tính theo công thức :
f 

Eg

(1.5)

h

Với f là tần số photon, Eg là năng lượng vùng cấm, h là hằng số Planck (=6,626 x
10-34 J.s).
1.2.2.3. Bộ thu quang
Máy thu quang đóng một vai trị quan trọng trong hệ thống thơng tin quang, nó

có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu quang nhận được tại đầu ra của sợi quang thành tín
hiệu điện ban đầu. Hình 1.8 trình bày sơ đồ khối tổng quát của một máy thu quang. Nó
gồm một bộ ghép, một photodiode (bộ tách sóng quang) và một bộ giải điều chế và
mạch điện tử làm nhiệm vụ điều khiển và hồi tiếp.Bộ ghép tập trung tín hiệu quang
vào bộ tách sóng quang. Các photodiode bán dẫn được sử dụng phổ biến vì tính tương
thích của chúng với tồn bộ hệ thống quang.
Một thông số quan trọng của máy thu là độ nhảy. Nó được định nghĩa là cơng
suất quang trung bình nhỏ nhất đến máy thu sao cho máy thu vẫn làm việc bình
thường, nghĩa là thỏa mãn tỷ số BER cho trước ứng với tốc độ bít nhất định (đối với
máy thu số).
Mạch điện tử

Tín

Tín
hiệu
quang

Bộ ghép

Photodiode

Bộ giải điều

hiệu

chế

điện
(ra)

(vào)
Hình 1.8 : Sơ đồ khối tổng quát của máy thu quang.

Có hai loại photodiode bán dẫn được sử dụng phổ biến là photodiode PIN và
photodiode thác ADP. PIN và APD là các photodiode bán dẫn có một vùng nghèo có
khả năng tạo ra các cặp điện tử - lỗ trống (EHPs) khi hấp thụ photon và và chuyển đổi
Phan Thị Kim Thoa – Lớp: CCVT03C

Trang 10


Nghiên cứu về kỹ thuật Radio over Fiber - RoF

nó thành dòng photo nhờ điện trường lớn bên trong. APD có thêm một lớp khuếch đại,
cho phép các cặp cặp điện tử - lỗ trống sơ kích thích các cặp điện tử - lỗ trống thứ cấp
cấp trong suốt quá trình ion hóa. Vì vậy, ADP có độ lợi dịng lớn hơn. Tuy nhiên nó có
tốc độ đáp ứng chậm khi độ lợi tăng cao.
1.2.2.4. Bộ khuếch đại quang
Mặc dù tín hiệu quang có thể truyền với khoảng cách lớn trước khi cần phải
khuếch đại nhưng các mạng quang vẫn tận dụng các ưu điểm của các bộ khuếch đại
quang. Việc khuếch đại tồn quang có thể khác so với khuếch đại quang điện ở chỗ nó
chỉ thực hiện việc khuếch đại cơng suất tín hiệu chứ khơng định đạng hay định thời lại
tín hiệu. Kiểu khuếch đại này gọi là 1R và là hoàn toàn trong suốt đối với dữ liệu. Các
bộ khuếch đại 1R là sự lựa chọn cho các mạng toàn quang trong tương lai. Các bộ
khuếch đại quang-điện có thể thực hiện được cả 3 chức năng (3R) là tái tạo, định dạng
và định thời. Tín hiệu quang vào bộ khuếch đại đầu tiên sẽ được chuyển đổi sang miền
điện và sau đó trước khi chuyển đi sẽ lại được đưa sang miền quang.
Các bộ khuếch đại sợi pha tạp bao gồm sợi quang được pha với một nguyên tố
(đất hiếm) có thể khuếch đại ánh sáng. Nguyên tố được sử dụng nhiều nhất là erbium,

cung cấp độ khuếch đại đối với các bước sóng 1525-1560 nm. Tại phía cuối của sợi,
một laser sẽ phát tín hiệu mạnh ở một bước sóng thấp hơn (cịn gọi là bước sóng bơm)
vào sợi quang. Tín hiệu bơm sẽ kích thích các nguyên tử được bơm pha trộn lên một
mức năng lượng cao hơn. Điều này cho phép tín hiệu dữ liệu kích thích các nguyên tử
bị kích thích làm chúng giải phóng ra photon. Hầu hết các bộ khuếch đại EDFA đều
được bơm bằng laser tại bước sóng 980 hoặc 1480 nm.
Một hạn chế của khuếch đại quang là phổ khuếch đại của bộ khuếch đại quang là
không đồng đều. Do đó, nếu như tín hiệu quang nhiều bước sóng qua một loạt các bộ
khuếch đại dẫn tới cơng suất của các bước sóng là khơng như nhau.
1.3. THƠNG TIN VƠ TUYẾN
1.3.1. Giới thiệu thơng tin vơ tuyến
Thơng tin vô tuyến sử dụng khoảng không gian làm môi trường truyền dẫn.
Phương pháp thơng tin là: phía phát bức xạ các tín hiệu thơng tin bằng sóng điện từ,
phía thu nhận sóng điện từ phía phát qua khơng gian và tách lấy tín hiệu gốc.
Thơng tin vơ tuyến đã có được sự phát triển nhanh chóng trong những năm qua.
Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) dự báo, số thuê bao di động trên khắp thế giới sẽ
Phan Thị Kim Thoa – Lớp: CCVT03C

Trang 11


Nghiên cứu về kỹ thuật Radio over Fiber - RoF

ngang với dân số toàn cầu ngay trong năm tới. Đến cuối năm 2013, tỉ lệ đăng kí thuê
bao di động chung tồn cầu sẽ lên tới 98%, trong đó tỉ lệ ở các nước phát triển là
128%, còn ở các nước đang phát triển là 89%.[2]
1.3.2. Các đặc tính của sóng vơ tuyến
Tần số sử dụng cho sóng điện từ như vai trị sóng mang trong thơng tin vơ tuyến
được gọi riêng là "tần số vô tuyến" (RF). Tần số này chiếm một dải rất rộng từ VLF
(tần số cực thấp) tới sóng milimét.

Bảng 1.2 trình bày băng tần số vô tuyến được phân loại theo tiêu chuẩn quốc tế
hiện hành và theo cơ chế và phương thức sử dụng sóng vơ tuyến.
Bảng 1.2: Phân loại, cơ chế và sử dụng sóng vơ tuyến
Tần số

3KHz–30KHz

Phân

loại Cơ chế truyền Cự ly thơng tin và lĩnh vực sử

băng tần

sóng vơ tuyến

dụng

VLF

Sóng đất – điện Thông tin đạo hàng quân sự
ly

khắp thế giới
1500Km đạo hàng vơ tuyến

30KHz–300KHz

LF

Sóng đất

300KHz–3Mhz

MF

Sóng ngắn (cự Phát thanh cố định
ly ngắn) – sóng Hàng khơng, đạo hàng, liên

3MHz–30MHz

HF

dài (cự ly dài)

lạc nghiệp dư

Sóng trời

3 - 6MHz : Thơng tin liên tục
lục địa
6 - 30Mhz : Thông tin di động
Thông tin kinh doanh
và nghiệp dư, dân sự quốc tế

30MHz–300MHz

300MHz–3GHz

300MHz–30GHz

VHF

UHF

SHF, Viba

Sóng trời

Thơng tin trực thi, VHF, FM

Sóng đối lưu

Đa thơng tin

Sóng trời

Radar, đa thơng tin

Sóng đối lưu

Thơng tin di động

Sóng trời

Thơng tin vệ tinh, thơng tin cố
định Radar

30GHz–300GHz

EHF,

Sóng trời

Thơng tin cho tương lai

Milimeter
Phan Thị Kim Thoa – Lớp: CCVT03C

Trang 12


Nghiên cứu về kỹ thuật Radio over Fiber - RoF

1.3.2.1. Sự lan truyền của băng tần số thấp
Sự lan truyền của băng tần số thấp là nhờ vào sóng đất. Nó được thực hiện nhờ
nhiễu xạ sóng điện từ. Hiện tượng nhiễu xạ có mối quan hệ chặt chẽ với độ dẫn điện
và hằng số điện môi của đất trong đường lan truyền. Vì cự ly truyền sóng trên mặt biển
dài hơn so với mặt đất cho nên tần số thấp được sử dụng rộng rãi trong thông tin vô
tuyến đạo hàng. Trong trường hợp tần số cực thấp, bước sóng lớn hơn nhiều so với
chiều cao từ bề mặt trái đất lên tới tầng điện ly. Cho nên, mặt đất và tầng điện ly đóng
vai trị như hai bức tường. Nó được gọi là chế độ ống dẫn sóng mặt đất – điện ly mà
nhờ nó, có thể thơng tin tới toàn thế giới. Băng tần số cực thấp được sử dụng chủ yếu
cho thông tin hàng hải và thông tin đạo hàng.
1.3.2.2. Sự lan truyền của băng tần số cao
Thông tin cự ly xa bằng băng tần số cao được thực hiện nhờ sự phản xạ của sóng
trời trên tầng điện ly. Trong phương thức thông tin này, mật độ thu sóng trời phụ thuộc
vào tần số vơ tuyến và trạng thái của tầng điện ly, trạng thái này thay đổi theo thời
gian, theo ngày, theo mùa và theo điều kiện thời tiết.
1.3.3. Thực trạng của thông tin vơ tuyến hiện nay

Hình 1.9: Sơ đồ chỉ ra các thành phần của mạng truy nhập vơ tuyến băng hẹp
Hình 1.9 mơ tả cấu hình của một hệ thống truy nhập vơ tuyến băng hẹp (ví dụ
như GSM). Trạm trung tâm (CS) chịu trách nhiệm xử lý cuộc gọi và chuyển mạch,
trong khi trạm gốc (BS) hoạt động với các giao diện vô tuyến với các thiết bị di động
(MU) hoặc thiết bị đầu cuối vô tuyến (WTU). Các BSs có thể được kết nối tới CS
thơng qua rất nhiều cơng nghệ: cáp đồng trục, sóng vi ba hoặc là liên kết sợi quang.
Khi tín hiệu tới BS, chúng sẽ được xử lý và điều chế lên sóng mang thích hợp. Bán
kính vùng phủ bởi tín hiệu phát ra từ BS chính là bán kính ơ của mạng. Tất cả
MU/WTU trong ơ đó sẽ chia sẻ phổ tần vơ tuyến. Đối với mạng WLAN sẽ được cấu
Phan Thị Kim Thoa – Lớp: CCVT03C

Trang 13


Nghiên cứu về kỹ thuật Radio over Fiber - RoF

hình ở trong một mơ hình tương tự, với giao diện vô tuyến được gọi là Radio Access
Point (RAP).
Các tần số sóng mang thấp sẽ cho băng thơng thấp. Do đó, một trong những lý do
tại sao hệ thống truy nhập vô tuyến lại cung cấp dung lượng hạn chế là bởi vì chúng
hoạt động ở các tần số thấp. GSM hoạt động ở các tần số 900 MHz hoặc 1800 MHz
với độ rộng kênh là 200 kHz. UMTS hoạt động tại các tần số xung quanh 2GHz và có
độ rộng kênh là 5 MHz. Tuy nhiên, bên cạnh đó cũng có sự cạnh tranh mạnh mẽ cho
phổ tần số giữa rất nhiều hệ thống thông tin vô tuyến sử dụng các tần số sóng mang
dưới 6GHz, bao gồm quảng bá TV và radio, và các hệ thống cho các dịch vụ thông tin
quan trọng như sân bay, cảnh sát, cứu hỏa, các cá nhân sử dụng radio, wireless LANs
và rất nhiều hệ thống khác…. Các tần số thấp giúp cho đầu cuối vơ tuyến chi phí thấp
(tại BS và MU/WTU).
Bảng 1.3: Phân bổ tần số đối với các hệ thống truy nhập vô tuyến băng rộng.
Tần số

Hệ thống vô tuyến

2 GHz

Hệ thống UMTS/3G

2.4 GHz

IEEE 802.11 b/g WLAN

5 GHz

IEEE 802.11 a WLAN

2-11 GHz

IEEE 802.16 WiMAX

17/19

Indoor Wireless (Radio) LANs

28 GHz

Fixed wireless access – Local point to Multipoint (LMDS)

38 GHz

Fixed wireless access – Picocellular

58 GHz

Indoor wireless LANs

57-64 GHz

IEEE 802.15 WPAN

10-66 GHz

IEEE 802.16 WiMAX

Do đó, để gia tăng dung lượng của hệ thống thơng tin vơ tuyến là sử dụng các ơ có
kích thước nhỏ hơn (gọi là micro và picocells). Điều này rất khó thực hiện đối với các
sóng mang vi ba tần số thấp. Ngược lại, các sóng vơ tuyến tại tần số sóng mm các suy
hao truyền lan lớn cùng với các đòi hòi về LOS sẽ tạo điều kiện để hình thành nên các
ơ nhỏ.
Một cách khác để gia tăng dung lượng của hệ thống thông tin vô tuyến là gia tăng
tần số sóng mang, để tránh cho các tần số ở băng ISM bị nghẽn. Các tần số sóng mang
Phan Thị Kim Thoa – Lớp: CCVT03C

Trang 14


Nghiên cứu về kỹ thuật Radio over Fiber - RoF

cao hơn sẽ đưa ra băng thông điều chế lớn hơn, song có thể dẫn tới các chi phí gia tăng
cho đầu cuối vô tuyến tại các BSs và MUs/WTUs.
Các cell nhỏ hơn sẽ giúp cho cải thiện hiệu suất trải phổ thông qua việc tái sử

dụng tần số nhiều hơn. Nhưng đồng thời kích cỡ ơ nhỏ hơn đồng nghĩa với việc số
lượng lớn hơn các BSs hoặc RAPs cần thiết để bao phủ một vùng rộng lớn. Hơn thế
nữa, các mạng truyền dẫn (feeder) phải đủ lớn cần thiết để phục vụ số lượng lớn các
BSs/RAPs đó. Vì thế, trừ phi chi phí cho các BSs/RAPs, và mạng truyền dẫn giảm một
cách rõ rệt nếu không việc cài đặt hệ thống rộng và bảo trì các hệ thống kể trên sẽ là
rất lớn. Đó là lý do ra đời của công nghệ Radio-over-Fiber (RoF). Với các thành quả
trong việc đơn giản hóa các BSs thơng qua việc tổng hợp các chức năng hệ thống vô
tuyến tại CS.
1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG
Qua tìm hiểu tổng quan về thơng tin quang và thông tin vô tuyến ta thấy được
những ưu điểm to lớn của chúng về khả năng truyền dẫn, dung lượng, băng thông,
ngày càng đáp ứng đầy đủ các dịch vụ thông tin băng rộng, đa phương tiện, trở thành
nền tảng cho việc xây dựng các xa lộ thơng tin tồn cầu.

Phan Thị Kim Thoa – Lớp: CCVT03C

Trang 15


Nghiên cứu về kỹ thuật Radio over Fiber - RoF

CHƯƠNG 2: CƠNG NGHỆ TRUYỀN SĨNG VƠ TUYẾN TRÊN
SỢI QUANG - RoF
2.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG
Nội dung của chương này nhằm giới thiệu về tổng quan cơng nghệ truyền sóng
vơ tuyến trên sợi quang, cũng như phân tích cụ thể các kỹ thuật truyền sóng vơ tuyến
qua sợi quang, các kỹ thuật ghép kênh trong RoF như thế nào. Chương gồm các phần
chính sau:
 Tổng quan về Cơng nghệ truyền tín hiệu vô tuyến trên sợi quang RoF
 Các kỹ thuật truyền tín hiệu vơ tuyến qua sợi quang

 Các kỹ thuật ghép kênh trong RoF
 Cấu hình tuyến RoF
2.2. TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ TRUYỀN SĨNG VƠ TUYẾN TRÊN SỢI
QUANG
2.2.1. Khái niệm về công nghệ RoF
RoF là công nghệ truyền tải tín hiệu vơ tuyến sử dụng đường truyền là sợi quang
nhằm phân phối tín hiệu tần số vơ tuyến (RF) từ trạm đầu cuối trung tâm (CS) tới các
trạm gốc (BS) và ngược lại. Trong hệ thống thông tin băng hẹp và WLANs, các chức
năng xử lí tín hiệu RF như nâng tần, điều chế sóng mang và ghép kênh...được thực
hiện ở các trạm gốc BS và ngay sau đó được đưa tới anten. Đối với công nghệ RoF
cho phép tập trung các chức năng xử lí tín hiệu RF tại một vị trí chung (trạm đầu cuối
trung tâm CS), sau đó sử dụng sợi quang có suy hao thấp (khoảng 0,3 dB/km cho bước
sóng 1550 nm, 0,5 dB/km cho bước sóng 1310 nm) để phân phối tín hiệu RF tới các
trạm gốc BS như minh họa trong hình 2.1.

Hình 2.1: Mơ hình khái niệm về hệ thống RoF
Phan Thị Kim Thoa – Lớp: CCVT03C

Trang 16