tìm hiểu mạng truyền dẫn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GỊN
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG

BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC
CHUYÊN ĐỀ VIỄN THÔNG TIÊN TIẾN

ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG VƠ TUYẾN ROF
GVHD: TS. Hồ Văn Cừu
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Pháp – 3118500040
Nguyễn Hữu Phong - 3118500043

5/20/22

Chuyên đề viễn thông tiên tiến

1


MỞ ĐẦU

Mạng truy nhập là nút cuối cùng trong mạng viễn thông, là thành phần giao tiếp với con người trong quá trình đưa dịch vụ tới người sử dụng cuối
và là thành phần tất yếu của mạng. Hiện nay, mạng truy nhập đang ngày càng phát triển không ngừng với nhiều loại hình khác nhau như mạng
truy nhập cáp đồng, mạng truy nhập sợi quang, mạng truy nhập vô tuyến,…
Kỹ thuật ROF đã xuất hiện và giải quyết hầu hết các vấn đề được đặt ra trong các hệ thống truyền dẫn mạng không dây. Tận dụng các lợi thế của
cáp quang, kỹ thuật ROF đã trở thành một kỹ thuật quan trọng bậc nhất trong việc truyền dẫn tín hiệu quang.
Vì vậy, em đã chọn đề tài “Tìm hiểu về mạng truyền dẫn quang vô tuyến RoF”

5/20/22

Chuyên đề viễn thông tiên tiến

2


Ý NGHĨA

Việc phát triển các trạm cơ sở với chi phí thấp là chìa khóa dẫn đến thành cơng trên thị trường. Để giảm bớt chi phí hệ thống, cơng nghệ truyền
sóng vơ tuyến qua sợi quang (Radio Over Fiber) đã được đề xướng. các công nghệ truyền thông không dây ngày càng được phát triển dẫn đến các
mạng truyền dẫn khơng dây dựa trên kỹ thuật truyền dẫn tín hiệu quang vô tuyến Radio Over Fiber phát triển theo để đáp ứng về tốc độ truyền,
khả năng triển khai nhanh chóng, dễ lắp đặt và khắc phục sự cố kịp thời, quản lý và cấp tài nguyên dễ dàng hơn…

5/20/22

Chuyên đề viễn thông tiên tiến

2


CÁC NỘI DUNG CHÍNH

CHƯƠNG 1

CHƯƠNG 2

CHƯƠNG 3

TỔNG QUAN VỀ CƠNG

MỞ ĐẦU

NGHỆ TRUYỀN DẪN TÍN
HIỆU VƠ TUYẾN QUA SỢI

CÁC KỸ THUẬT TẠO VÀ
TRUYỀN SĨNG VƠ TUYẾN
QUA SỢI QUANG

QUANG (RoF)

5/20/22

Chun đề viễn thông tiên tiến

CẤU TRÚC VÀ GIẢI PHÁP

KẾT LUẬN

ỨNG DỤNG CỦA CÔNG
NGHỆ RoF

2


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU VÔ TUYẾN QUA SỢI QUANG (RoF)

1.1 Giới thiệu
“Radio over Fiber” là khái niệm liên quan tới việc truyền dẫn tín hiệu vơ tuyến tương tự qua một tuyến sợi quang. Trong một hệ thống
RoF tín hiệu vơ tuyến điều chế sử dụng các kỹ thuật điều chế số như QPSK hay QAM. Sóng mang là ánh sáng phát ra từ laser. Tín hiệu sau điều
chế được truyền qua sợi quang tới điểm đầu xa.

Hình 1.1 Truyền dẫn vơ tuyến quang

5/20/22

Chuyên đề viễn thông tiên tiến

5


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU VƠ TUYẾN QUA SỢI QUANG (RoF)

1.1 Giới thiệu
Cơng nghệ RoF sử dụng các tuyến sợi quang để phân phối tín hiệu RF từ một vị trí trung tâm tới các khối an ten đầu xa RAU. Trong các hệ thống thông tin vô tuyến
băng hẹp và các mạng riêng khơng dây WPAN, các chức năng xử lý tín hiệu như là đơn giản hóa một cách đáng kể, khi này chúng chỉ cần thực hiện các chức năng chuyển đổi
quang điện tử và khuếch đại. Sự tập trung các chức năng xử lý tín hiệu RF cho phép dùng chung thiết bị, phân bố tài nguyên động, vận hành và bảo dưỡng hệ thống đơn giản,
đặc biệt trong các hệ thống thông tin vô tuyến băng rộng và phạm vi phục vụ rộng với mật độ các BS/RAP cao.

5/20/22

Chuyên đề viễn thông tiên tiến

6


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU VÔ TUYẾN QUA SỢI QUANG (RoF)

1.2. Cấu trúc hệ thống RoF
Có vài kỹ thuật xử lý quang để tạo ra và vận chuyển các tín hiệu cao tần qua sợi quang. Bằng việc xem xét tần số của tín hiệu RF truyền trong các tuyến RoF
giữa trạm trung tâm và các trạm đầu xa, kỹ thuật RoF được có thể được phân thành 3 kiểu kiến trúc sau:

•

Truyền dẫn tín hiệu RF qua sợi quang (RF - over – Fiber (RFoF)) trực tiếp tại tần số sóng mang vơ tuyến (Thông thường trong dải 800- 2200 MHz, Phụ
thuộc vào hệ thống vô tuyến). Đây là kiến trúc đơn giản nhất

•

Truyền dẫn tín hiệu IF qua sợi quang (IF- over- Fibre (IFoF)). Tín hiệu RF từ trạm cơ sở được hạ tần thành tín hiệu IF và truyền tới các trạm đầu xa, ở đó
nó được chuyển đổi trở lại tín hiệu RF gốc.

•

5/20/22

Truyền dẫn tín hiệu băng tần sơ sở (Baseband - over - Fibre (BBoF)).

Chuyên đề viễn thông tiên tiến

7


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU VƠ TUYẾN QUA SỢI QUANG (RoF)

1.3 Cấu hình tuyến RoF

Mục tiêu của mạng RoF là làm sao để cấu trúc của các BS càng đơn giản càng tốt. Các thành phần của mạng có thể chia sẻ được tập
trung ở CS. Vì vậy mà cấu hình của một tuyến RoF quyết định sự thành công của mạng RoF. Ở đây, có 4 cấu hình tuyến thường được
sử dụng. Trên thực tế có rất nhiều cải tiến để hồn thiện mỗi cấu hình và phù hợp với yêu cầu thực tế. Điểm chung nhất của 4 cấu hình
này là ta thấy rằng cấu trúc BS khơng có một bộ điều chế hay giải điều chế nào cả. Chỉ có CS mới có các thiết bị đó, nằm trong Radio
modem. BS chỉ có những chức năng đơn giản để có cấu trúc đơn giản nhất.

5/20/22

Chuyên đề viễn thông tiên tiến

10


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU VÔ TUYẾN QUA SỢI QUANG (RoF)

1.3.1 Tuyến RoF
Một tuyến RoF đơn giản có kiến trúc như hình bên dưới sẽ bao gồm ít nhất là:

•
•
•

5/20/22

Thành phần biến đổi sóng vơ tuyến sang quang
Thành phần chuyển đổi quang thành sóng vô tuyến
Một tuyến quang (song hướng hay đơn hướng)

Chuyên đề viễn thông tiên tiến

9


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU VƠ TUYẾN QUA SỢI QUANG (RoF)

Cấu hình tuyến RoF
Tuyến quang IM-DD

Hình 1.2 Tuyến quang IM-DD

5/20/22

Chun đề viễn thơng tiên tiến

10


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU VÔ TUYẾN QUA SỢI QUANG (RoF)

Các tuyến RoF tiêu biểu với EOM, tín hiệu điều chế là RF.

Hình 1.3 Các tuyến RoF tiêu biểu với EOM, tín hiệu điều chế là RF.

5/20/22

Chuyên đề viễn thông tiên tiến

11


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU VƠ TUYẾN QUA SỢI QUANG (RoF)

Hình 1.4 Các tuyến RoF tiêu biểu với EOM, tín hiệu điều chế là IF.

5/20/22

Chuyên đề viễn thông tiên tiến

12


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU VÔ TUYẾN QUA SỢI QUANG (RoF)

Các tuyến RoF tiêu biểu với EOM, tín hiệu điều chế là BB.
Tín hiệu đã điều chế được tạo ra tại CS ở băng tần cơ sở (BB) và được truyền tới các BS bởi một EOM, nó được gọi là “BB qua sợi quang”.

Hình 1.5 Các tuyến RoF tiêu biểu với điều chế trực tiếp, tín hiệu điều chế băng BB

5/20/22

Chuyên đề viễn thông tiên tiến

13


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU VÔ TUYẾN QUA SỢI QUANG (RoF)

1.4. Ưu điểm của cơng nghệ RoF

•
•
•
•
•
•

•

Suy hao thấp
Băng thơng rộng
Khơng có can nhiễu tần số vô tuyến
Dễ dàng thi công
Giảm lượng tiêu thụ điện
Hoạt động đa dịch vụ
Phân bố rộng

1.5. Hạn chế của cơng nghệ RoF

•

5/20/22

Bị ảnh hưởng lớn bởi tạp âm

Chun đề viễn thông tiên tiến

14


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU VÔ TUYẾN QUA SỢI QUANG (RoF)

1.6. Ứng dụng của công nghệ RoF
Những hệ thống phân phối RoF là rất khả thi cho việc phân phối các tín hiệu vơ tuyến của cả hệ thông thông tin di động và thơng tin số liệu trong
tịa nhà (WLAN)

5/20/22

Chun đề viễn thơng tiên tiến

15


KẾT LUẬN

RoF cịn những vấn đề khó khăn cần giải quyết, để nó có thể cạnh tranh với những mạng truy nhập vô tuyến ngày nay. Trong khuôn khổ đề tài,
chúng ta cũng không đề cập đến vấn đề quản lý tài nguyên trong mạng, đó là một điều rất quan trọng đối với mạng truy nhập vô tuyến. Tuy
nhiên, với những gì tìm hiểu được thì RoF đang là một công nghệ hứa hẹn cho các dịch vụ vô tuyến đã phương tiện băng rộng và dung lượng lớn
trong tương lai.

Chương 1 đã nêu lên được các phương pháp được ứng dụng trong kỹ thuật RoF này, nêu lên được các ưu điểm và cách cải tiến cũng như các
nhược điểm và biện pháp khắc phục. Tuy vấn đề tìm hiểu chưa được nhiều và ở mức chung nhất cho từng kỹ thuật, nhưng nó đã làm lộ rõ bản
chất của kỹ thuật RoF.

5/20/22

Chuyên đề viễn thông tiên tiến

16


CHƯƠNG II. CÁC KỸ THUẬT TẠO VÀ TRUYỀN SĨNG VƠ TUYẾN QUA SỢI QUANG

2.1. Kỹ thuật điều chế cường độ - tách sóng trực tiếp (IM-DD)
Phương pháp đơn giản nhất để phân phối các tín hiệu RF là sẽ điều chế trực tiếp cường độ của nguồn quang với chính tín hiệu RF và sau đó sử dụng tách sóng trực tiếp tại bộ
tách sóng quang PD để khơi phục tín hiệu RF, phương pháp này được gọi là IM – DD

Có 2 cách để điều chế nguồn sáng:
cách thứ nhất là để tín hiệu RF trực tiếp điều chế dòng điện của laser
cách thứ hai là điều khiển laser ở chế độ sóng liên tục và sau đó sử dụng một bộ điều chế ngoài như bộ điều chế Mach-Zehnder (MZM),

5/20/22

Chuyên đề viễn thông tiên tiến

17


CHƯƠNG II. CÁC KỸ THUẬT TẠO VÀ TRUYỀN SĨNG VƠ TUYẾN QUA SỢI QUANG

Hình 2.1: Tạo tín hiệu RF bằng điều chế cường độ

(a) của Laser

5/20/22

(b) Dùng một bộ điều chế ngồi

Chun đề viễn thơng tiên tiến

18


CHƯƠNG II. CÁC KỸ THUẬT TẠO VÀ TRUYỀN SĨNG VƠ TUYẾN QUA SỢI QUANG

Ưu điểm:

•
•

Đơn giản.
Nếu sợi tán sắc thấp và sử dụng cùng với một bộ điều chế ngoài (tuyến tính) thì hệ thống trở thành hệ tuyến tính khi đó tuyến quang hoạt động chỉ như một bộ khuếch đại
hay bộ suy giảm do vậy nó có tính trong suốt đối với khn dạng của tín hiệu RF điều chế, như vậy có thể sử dụng cả điều chế biên độ và các phương thức điều chế đa
mức khác như x-QAM.

•

Có thể điều chế những tín hiệu có tần số tới 100 GHz

Nhược điểm:

•

Khó sử dụng cho các ứng dụng sóng mm tần số cao vì để tạo ra các tín hiệu như vậy thì tín hiệu điều chế cũng phải ở cùng tần số cao, đối với điều chế laser trực tiếp
điều này là không khả thi do băng thơng giới hạn và tính phi tuyến của laser gây điều chế tương hỗ và méo.

5/20/22

Chuyên đề viễn thông tiên tiến

19


CHƯƠNG II. CÁC KỸ THUẬT TẠO VÀ TRUYỀN SĨNG VƠ TUYẾN QUA SỢI QUANG

2.2. Kỹ thuật tách sóng heterodyne đầu xa
Các kĩ thuật RoF đều dựa vào nguyên li trộn kết hợp (coherent) trong bộ tách sóng quang để tạo ra tín hiệu RF.

Các kỹ thuật này được gọi chung là các kỹ thuật tách sóng heterodyne đầu xa (RHD)
Bộ tách sóng quang cũng đóng vai trị như là một bộ trộn do đó nó trở thành một phần tử chính cấu thành hệ thống RoF dùng kĩ thuật RHD.

 

5/20/22

Nguyên lí trộn kết hợp được minh họa như sau. Hai trường quang có tần số góc , và được biểu diễn:

Chuyên đề viễn thông tiên tiến

20


CHƯƠNG II. CÁC KỸ THUẬT TẠO VÀ TRUYỀN SĨNG VƠ TUYẾN QUA SỢI QUANG

 

Nếu cả hai trường tác động lần nhau trên một bộ tách sóng quang PIN , dịng tách quang trên bề mặt sẽ là

Sự khác biệt về tần số giữa hai quang trường có thể tạo ra các tín hiệu vơ tuyến ở bất kỳ tần số nào

5/20/22

Chuyên đề viễn thông tiên tiến

21


CHƯƠNG II. CÁC KỸ THUẬT TẠO VÀ TRUYỀN SĨNG VƠ TUYẾN QUA SỢI QUANG

Nếu tính tốn đến các cơng suất tín hiệu quang thay cho các quang trường thì dịng tách quang được tính như
sau:
 

 

Trong đó: R là đáp ứng của bộ tách quang
t là thời gian
, tương ứng là hai cơng suất tín hiệu quang tức thời

Tần số tức thời và

Các pha tức thời của của các tín hiệu tương ứng là và .

5/20/22

Chuyên đề viễn thông tiên tiến

22


CHƯƠNG II. CÁC KỸ THUẬT TẠO VÀ TRUYỀN SĨNG VƠ TUYẾN QUA SỢI QUANG

Tần số phát xạ của laser rất nhạy cảm đối với sự biến đổi nhiệt độ, tạp nhiễu pha và các hiệu ứng khác do vậy phải sử dụng các kỹ thuật nhằm
duy trì độ dịch tần yêu cầu và mức tạp âm pha. Có vài phương pháp để kiểm soát sự dịch tần số giữa hai laser. đó là:

•
•
•

•

5/20/22

Vịng lặp khóa tần quang OFLL.
Vịng lặp khóa pha quang OPLL.
Bơm khóa quang OIL
Vịng lặp bơm khóa pha quang OIPLL

Chuyên đề viễn thông tiên tiến

23


CHƯƠNG II. CÁC KỸ THUẬT TẠO VÀ TRUYỀN SĨNG VƠ TUYẾN QUA SỢI QUANG

Ưu điểm

•
•

Sử dụng kỹ thuật heterodyne quang có thể tạo ra các tần số rất cao
Tách sóng heterodyne đầu xa có một lợi thế riêng là nếu chỉ một trong số hai
sóng mang được điều chế với dữ liệu thì có thể giảm nhiều tính nhạy cảm hệ thống với sự tán sắc. Việc giảm đi
các hiệu ứng tán sắc sợi là rất quan trọng với các phương thức điều chế nhạy cảm với tạp âm pha như là x-QAM

Nhược điểm

•

Hạn chế chính của RHD là ảnh hưởng mạnh của tạp âm pha và sự biến đổi tần số quang đến phẩm chất và tính
ổn định của các sóng mang RF tạo ra

5/20/22

Chun đề viễn thơng tiên tiến

24


CHƯƠNG II. CÁC KỸ THUẬT TẠO VÀ TRUYỀN SĨNG VƠ TUYẾN QUA SỢI QUANG

2.3. Các kỹ thuật dựa trên sự phát sinh sóng hài
2.3.1. Kỹ thuật chuyển đổi FM-IM
Kỹ thuật này được xây dựng theo cách khai thác sự tán sắc sợi để làm việc

Sự chuyển đổi từ một tín hiệu điều chế FM đến một tín hiệu điều chế cường độ được thực hiện bởi chính sự tán sắc sợi của sợi.

Một laser được điều chế FM quang được kích thích bởi một tín hiệu điều khiển sẽ tạo ra một chuỗi phổ quang bao gồm những vạch phổ đặt cách
nhau bằng tần số điều khiển.

Do hiệu ứng tán sắc, sự định pha tương đối của các dải biên quang làm biến đổi cường độ của ánh sáng tại những sóng hài của tần số điều khiển.

5/20/22

Chuyên đề viễn thông tiên tiến

25