CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU VÔ TUYẾN QUA SỢI QUANG (ROF) VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG MẠNG VIỄN THÔNG TỈNH VĨNH PHÚC

MỤC LỤC
CÁC KÝ HIỆU VÀ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT iii
LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƯƠNG 1 2
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU VÔ TUYẾN 2
QUA SỢI QUANG (RoF) 2
1.1. Khái niệm về truyền dẫn tín hiệu vô tuyến qua sợi quang (RoF) 2
1.2. Cấu trúc hệ thống RoF 4
1.3. Cấu hình tuyến RoF 5
1.4. Ưu điểm của công nghệ RoF 9
1.5. Hạn chế của công nghệ RoF 11
1.6. Ứng dụng của công nghệ RoF 12
CHƯƠNG 2 14
CÁC KỸ THUẬT TẠO VÀ TRUYỀN SÓNG VÔ TUYẾN 14
QUA SỢI QUANG 14
2.1. Kỹ thuật điều chế cường độ - tách sóng trực tiếp (IM-DD) 14
2.2. Kỹ thuật tách sóng heterodyne đầu xa 17
2.2.1. Nguyên lý kỹ thuật tách heterodyne quang 17
2.2.2. Phương pháp tạo sóng mang quang sử dụng một laser 21
2.2.3. Tạo tín hiệu quang RHD dùng OPLL/OFLL 22
2.2.4. Tạo tín hiệu quang RHD dùng OIL 24
2.2.5. Tạo tín hiệu quang RHD dùng OIPLL 26
2.2.6. Các laser hai chế độ 27
2.3. Các kỹ thuật dựa trên sự phát sinh sóng hài 28
2.3.1. Kỹ thuật chuyển đổi FM-IM 28
2.3.2. Các kỹ thuật điều chế dải biên 30
2.3.3. Kỹ thuật sử dụng bộ đo giao thoa dựa trên trộn tín hiệu 32
2.4. Kỹ thuật thu phát quang sử dụng EAT 33
2.5. Các kỹ thuật ghép kênh trong RoF 34
2.5.1 Ghép kênh sóng mang con SCM 34
2.5.2. Ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM 36

CHƯƠNG 3 41
CẤU TRÚC VÀ GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ RoF 41
TRONG MẠNG VIỄN THÔNG 41
3.1. Hạ tầng mạng truy nhập quang 41
i
3.2. Mạng cáp quang FTTB/FTTP/FTTx 41
3.2.1. Cấu trúc điểm – điểm (Point - to - Point ): 42
3.2.2. Cấu trúc sao tích cực 42
3.2.3. Cấu trúc sao thụ động: 43
3.3. Công nghệ RoF với hệ thống thông tin vô tuyến 44
3.3.1. Mạng RoF với các hệ thống Microcellular 45
3.3.2. RoF đối với các kết nối di động trong tòa nhà 48
3.4. RoF với các mạng LAN không dây Indoor 51
3.5. RoF với các mạng thông tin tế bào HiperLAN2 53
3.6. RoF Với các mạng 3G VÀ 4G 54
3.7. RoF với các hệ thống thông tin cho phương tiện giao thông 56
3.8. Ưu điểm của RoF trong các mạng thông tin tế bào 57
CHƯƠNG 4 59
KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ROF TRONG 59
MẠNG VIỄN THÔNG VĨNH PHÚC 59
4.1. Khái quát tình hình 59
4.2. Định hướng phát triển công nghệ và dịch vụ của Tập đoàn Bưu chính Viễn thông
Việt Nam VNPT 59
4.3. Định hướng phát triển công nghệ và dịch vụ của Viễn thông Vĩnh Phúc 60
4.3.1. Hiện trạng mạng Viễn thông tỉnh Vĩnh Phúc 60
4.3.2. Định hướng và nhu cầu phát triển công nghệ và dịch vụ của Viễn thông
Vĩnh Phúc 61
4.4. Khả năng ứng dụng công nghệ truyền dẫn tín hiệu vô tuyến qua sợi quang (RoF)
trong mạng viễn thông tỉnh Vĩnh Phúc 63
4.4.1. Thực trạng phủ sóng trong các khu vực đô thị, khu công ngiệp, thương mại

trên địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc 63
4.4.2. Giải pháp xây dựng hệ thống anten phân tán (DAS) RoF để mở rộng vùng
phủ sóng điện thoại di động cho các khu công nghiệp, đô thị, chung cư cao tầng.
65
KẾT LUẬN 69
ii
CÁC KÝ HIỆU VÀ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
ADC Analog-to-digital converter Bộ chuyển đổi tương tự số
AP Access Point Điểm truy nhập
BS Base Station Trạm cơ sở
CBS Central Base Station Trạm cơ sở trung tâm
CDMA Code Division Multiple
Access Đa truy nhập phân chia theo mã
DAS Distributed Antenna System Hệ thống anten phân tán
DFB-LD Distributed FeedBack
Laser Diode Điốt laser hồi tiếp phân bố
DML Dual Mode Laser Laser hai chế độ
DR Dynamic Range Dải động
DSB Double Side Band Biên băng đôi
DWDM Dense Wave Division Ghép kênh theo mật độ bước sóng
Multiplexing
EAT Electroabsorption Transceiver Bộ thu phát hấp thụ điện từ
EDFA Erbium doped Fiber Amplifier Khuếch đại quang sợi Erbium
EMI Electromagnetic Interference Nhiễu điện từ
EOM External Optical Modulator Bộ điều chế quang ngoài
FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo tần số
FWA Fiber Wireless Access Truy nhập không dây cố định
FTTB/P Fiber To The Building Cáp quang tới tòa nhà
FTTH Fiber To The Home Cáp quang tới nhà
IF Intermediate Frequency Trung tần

ITS Intelligent Transportation System Hệ thống vận tải thông minh
LD Laser Diode Điốt laser
LO Local Oscillator Bộ dao động nội
MMF Multimode Fibre Sợi đa mode
MH/MU Mobile Host/Mobile Unit Máy/đơn vị di động
MSC Mobile switching center Trung tâm chuyển mạch di động
iii
MZM Mach Zehnder Modulator Bộ điều chế Mach Zehnder
MZI Mach-Zehnder Interferometer Giao thoa kế Mach Zehnder
OADM Optical Add/Drop Multiplexer Bộ tách xen quang
OFCG Optical Frequency Comb Bộ tạo lược tần số quang
Generator
OFLL Optical Frequency-Locked Loop Vòng lặp khóa tần quang
OFM Optical Frequency Multiplication Nhân tần quang
OIL Optical Injection Locking Bơm khóa quang
OPLL Optical Phase Locked Loop Vòng lặp khóa pha quang
OIPLL Optical Injection Phase Vòng lặp bơm khóa pha
quang
Locked Loop
PD Photodetector Bộ tách sóng quang
PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động
RAP Radio Access Point Điểm truy nhập vô tuyến
RAU Remote Antenna Unit Khối anten đầu xa
RBS Radio Base Station Trạm cơ sở vô tuyến
RF Radio Frequency Tần số vô tuyến
RHD Remote Heterodyne Detection Tách sóng ngoại sai đầu xa
RIN Relative Intensity Noise Cường độ tạp âm tương đối
RP Radio Point Điểm vô tyến
RVC Road Vehicle Communication Thông tin phương tiện đường bộ
SCM SubCarrier Multiplexing Ghép kênh sóng mạng con

SFDR Spurious Free Dynamic Range Dải động tự do không xác thực
SMF Single Mode Fibre Sợi quang đơn mode
SSB Single Side Band Biên băng đơn
UWB Unltra Wide Band Băng tần siêu rộng
WDM Wave Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng
WLAN Wireless Local Area Network Mạng cục bộ không dây
iv
v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Hệ thống truyền dẫn tín hiệu vô tuyến qua sợi quang 2
Hình 1.2: Hệ thống RoF 900 MHz 3
Hình 1.3: Tuyến quang IM-DD 5
Hình 1.4: Các tuyến RoF tiêu biểu với EOM, tín hiệu điều chế là RF 6
Hình 1.5: Các tuyến RoF tiêu biểu với EOM, tín hiệu điều chế là IF 7
Hình 1.6: Các tuyến RoF tiêu biểu với EOM, tín hiệu điều chế là BB 7
Hình 1.7: Các tuyến RoF tiêu biểu với điều chế trực tiếp, tín hiệu điều chế băng BB 8
Hình 1.8: Sử dụng hạ tầng mạng sợi quang cho tích hợp các ứng dụng 12
Hình 2.1: Tạo tín hiệu RF bằng điều chế cường độ: (a) trực tiếp laser,
(b) Sử dụng bộ điều chế ngoài 15
Hình 2.2: Nguyên lý tạo hai sóng mang quang từ một laser 20
Hình 2.3: Tach sóng heterodyne đầu xa bằng cách sử dụng bộ lọc 21
Hình 2.4: Nguyên lý của mạch vòng khóa pha/tần số quang 22
Hình 2.5: Nguyên lý bơm khóa quang 24
Hình 2.6: Bộ tạo lược tần quang đối với sự tạo sóng mang qua ngoại sai 25
Hình 2.7: Nguyên lý vòng lặp bơm khóa pha quang (OIPLL) 26
Hình 2.8: Kỹ thuật 2f đối với việc tạo ra các sóng mm 31
Hình 2.9: Chuyển đổi tần số bằng bộ đo giao thoa Mach Zehnder 32
Hình 2.10: Bộ thu phát hấp thụ điện từ EAT 33
Hình 2.11: Ghép kênh sóng mang con SCM của các tín hiệu tương tự và số 33
Hình 2.12: Sơ đồ kết hợp của DWDM và truyền dẫn RoF 35

Hình 2.13: Phổ quang tín hiệu RoF DWDM sóng mm 36
Hình 2.14: Cấu trúc vòng Ring RoF dựa trên DWDM 37
Hình 3.1: Cấu hình của mạng truy nhập quang 39
Hình 3.2: Cấu trúc điểm - điểm 40
Hình 3.3: Cấu trúc sao tích cực 41
Hình 3.4: Cấu trúc sao thụ động 41
Hình 3.5: Ứng dụng của RoF hiện nay 42
Hình 3.6: Kết nối mạng an ten đầu xa đối với các hệ thống microcellular RoF 43
Hình 3.7: Mạng microcellular kết nối sợi quang trong các hệ thống di động 44
Hình 3.8: Sơ đồ khối của tuyến Quang - Vô tuyến 45
Hình 3.9: Sơ đồ khái niệm hệ thống phân tán RoF với tái sử dụng tần số 46
Hình 3.10: Kiến trúc của một DAS sợi quang điển hình 47
vi
Hình 3.11: Lựa chọn vùng phủ sóng trong nhà 48
Hình 3.12: Sự khác nhau giữa sóng vô tuyến phân tán và anten phân tán 49
Hình 3.13: RoF đối với truy nhập không dây Indoor 50
Hình 3.14: Tổng quan hệ thống HiperLAN2 51
Hình 3.15: Mô hình so sánh hệ thống HiperLAN2 52
Hình 3.16: Sự phát triển của các mạng vô tuyến khác nhau 53
Hình 3.17: RoF đối với 3G và 4G 53
Hình 3.18: Một hệ thống thông tin trên đường 54
Hình 3.19: Kiến trúc trạm điều khiển và trạm gốc 55
Hình 4.1: Vùng phủ sóng trong tòa nhà từ một BTS outdoor marco 62
Hình 4.2: Thành phần chính của một hệ thống phủ sóng trong nhà 63
Hình 4.3: Hệ thống anten phân phối tín hiệu thụ động 64
Hình 4.4: Hệ thống anten phân phối tín hiệu chủ động 64
Hình 4.5: Hệ thống anten DAS phân bố trong tòa nhà 64
vii
LỜI NÓI ĐẦU
Để đáp ứng nhu cầu về sự bùng nổ truy nhập không dây băng

rộng - dung lượng cao, các mạng không dây tế bào đang là một
khuynh hướng phát triển, do đó cần số lượng các tế bào tăng liên tục
và việc tận dụng các dải tần cao hơn. Điều này dẫn tới việc triển khai
rất nhiều trạm cơ sở BS; bởi vậy, việc phát triển các trạm cơ sở BS chi
phí thấp là một chìa khóa tới thành công trên thị trường. Để giảm bớt
chi phí hệ thống, công nghệ truyền sóng vô tuyến qua sợi quang đã
được đề xướng từ đó để xây dựng các BS với chức năng đơn giản, kết
nối thẳng với một trạm điều khiển trung tâm CS qua sợi quang. Chính
điều này đã đáp ứng được 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), đặc biệt hiệu quả với các ứng dụng trong trong tòa nhà, cho phép giảm
thiểu số lượng các trạm cơ sở mà vẫn đạt được vùng phủ sóng rộng theo yêu cầu của hệ
thống.
Với mục đích nghiên cứu, tìm hiểu công nghệ RoF, các kỹ thuật tạo và truyền
dẫn tín hiệu cũng như cấu trúc mạng RoF, các giải pháp ứng dụng RoF trong mạng
viễn thông, các ưu, nhược điểm và đề xuất khả năng ứng dụng công nghệ này trong
mạng viễn thông Vĩnh phúc luận văn được tổ chức thành 4 chương qua đó trình bày
một cách tổng quan về công nghệ truyền sóng vô tuyến qua sợi quang, một số kỹ thuật
hiện đang áp dụng trong kỹ thuật RoF nhằm tạo và vận chuyển sóng vô tuyến trong
môi trường quang sợi, đánh giá các phương pháp trên cơ sở tính khả thi của kỹ thuật,
qua đó phân tích đánh giá cấu trúc cũng như cấu hình tuyến nhằm làm rõ các ích lợi và
hạn chế của công nghệ, các giải pháp và khả năng ứng dụng thực tế trên mạng viễn
thông đặc biệt là các ứng dụng tại các khu đô thị, chung cư cao tầng và các khu công
nghiệp qui hoạch trọng điểm.
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU VÔ TUYẾN
QUA SỢI QUANG (RoF)
1.1. Khái niệm về truyền dẫn tín hiệu vô tuyến qua sợi quang (RoF)
“Radio over Fiber” là khái niệm liên quan tới việc truyền dẫn tín hiệu vô tuyến
tương tự qua một tuyến sợi quang. Trong một hệ thống RoF tín hiệu vô tuyến được

điều chế sử dụng các kỹ thuật điều chế số như QPSK hay QAM. Sóng mang là sóng
ánh sáng phát ra từ laser. Tín hiệu sau điều chế được truyền qua sợi quang tới đơn vị
đầu xa.
Hình 1.1: Hệ thống truyền dẫn tín hiệu vô tuyến qua sợi quang
Công 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 không dây WPAN, các chức năng xử lý tín hiệu như là
chuyển đổi tần lên, điều chế sóng mang và ghép kênh được thực hiện tại BS hoặc RAP
và đưa ra anten ngay lập tức. RoF cho phép tập trung các chức năng xử lý tín hiệu RF ở
một vị trí dùng chung (trung tâm) và sau đó sử dụng sợi quang để phân phối các tín
hiệu tới các RAU, như biểu diễn trong Hình 1.1. Bằng cách như vậy các RAU sẽ được
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.
Hình 1.2: Hệ thống RoF 900 MHz
Một triển khai mở đường trong việc thiết lập một hệ thống RoF được miêu tả
trong Hình 1.2. Một hệ thống như vậy có thể sử dụng để phân phối tín hiệu GSM,
chẳng hạn. Tín hiệu RF được dùng để điều biến trực tiếp laser trong khối trung tâm.
Tín hiệu quang sau khi đã điều chế cường độ được truyền theo tuyến quang sợi tới BS
(RAU). Tại RAU, tín hiệu RF được khôi phục bằng sự tách sóng trực tiếp ở bộ tách
sóng quang PIN. Tín hiệu sau đó được khuếch đại và bức xạ bởi anten. Tín hiệu tuyến
lên từ MU là được truyền từ RAU tới khối trung tâm theo cùng cách như vậy. Phương
thức truyền dẫn các tín hiệu RF qua sợi quang này được gọi là điều chế cường độ với
tách sóng trực tiếp IM - DD và là dạng đơn giản nhất của tuyến RoF.
Hình 1.2 cho thấy không nhất thiết phải truyền dẫn tín hiệu RF tại tần số của nó.
Ví dụ, một tín hiệu của bộ dao động nội nếu sẵn có thì có thể được sử dụng để hạ tần
sóng mang tuyến lên (uplink) xuống băng trung tần IF trong RAU, có thể làm như vậy
kể cả với việc sử dụng các thành phần tần số thấp cho tuyến lên ở RAU thay vì sử dụng

một bộ LO riêng trong RAU, tín hiệu này có thể được đưa đến từ khối trung tâm tới
RAU bằng hệ thống RoF do vậy RAU được đơn giản hơn nhiều. Trong cấu hình này,
tuyến xuống trở thành phần quan trọng, chủ yếu của RoF một khi nó phải vận chuyển
các tín hiệu tần số cao và là một thách thức bởi khi đó hệ thống cần các thiết bị tần số
cao bởi băng thông lớn, hơn nữa các tín hiệu tần số cao sẽ dễ bị ảnh hưởng hơn đối với
máy phát, máy thu, và sự suy giảm tín hiệu truyền dẫn.
Ngoài phương pháp IM-DD còn có các phương pháp khác sẽ được trình bày kỹ
càng trong chương 2.
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:
1.Truyền dẫn tín hiệu RF qua sợi quang (RF - over – Fiber (RFoF)) trực tiếp
tại tần số sóng mang vô tuyến (Thông thường trong dải 800- 2200 MHz, Phụ thuộc vào
hệ thống vô tuyến). Đây là kiến trúc đơn giản nhất.
2. 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.
3. Truyền dẫn tín hiệu băng tần sơ sở (Baseband - over - Fibre (BBoF)).
RFoF là truyền dẫn trực tiếp tín hiệu RF qua sợi quang. Tuy
nhiên, trong IFoF và BBoF tín hiệu RF mong muốn được tạo ra tại RAU
bằng cách nâng tần nhờ một bộ dao động nội LO, tín hiệu LO cũng có
thể được lấy tại RAU hoặc được lấy từ xa tới RAU. Các hệ thống cần
có một bộ LO riêng biệt tại RAU ( BBoF hoặc IFoF) có thể sẽ làm tăng
giá thành của nó, bù lại các hệ thống này sẽ cải thiện được độ nhạy
máy thu.
Kỹ thuật RoF có thể cũng được phân loại dưới dạng các nguyên
lý điều chế/tách sóng được sử dụng và có thể nhóm lại thành 3 loại
được gọi là: Điều chế cường độ - Tách sóng trực tiếp IM-DD, Tách sóng

heterodyne đầu xa RHD và kỹ thuật nâng tần điều hòa. Các hệ thống
RFoF thường sử dụng kỹ thuật IM-DD, các hệ thống IFoF và BBoF sử
dụng một bộ LO tại RAU cũng có thể tận dụng kỹ thuật IM- DD để
truyền dữ liệu băng tần cơ sở BB hay IF tới RAU. Tuy nhiên, trong hầu
hết các trường hợp, các sơ đồ IFoF và BBoF thường dùng kỹ thuật
RHD cho việc tạo ra tín hiệu RF.
Chung nhất trong các cấu trúc đó thường là cấu trúc truyền dẫn tín hiệu RF qua
sợi quang, tuy nhiên nó đặt ra nhiều yêu cầu khắt khe nhất đối với những thành phần
quang vì cần có nhiễu và méo thấp tại các tần số cao.
1.3. Cấu hình tuyến RoF
Cấu hình tuyến RoF Tiêu biểu được biểu diễn trong Hình 1.3 sau:
Hình 1.3: Tuyến quang IM-DD
Giả thiết một BS có một nguồn quang riêng (tuy nhiên BS cũng có thể không có
nguồn quang riêng đối với truyền dẫn tuyến lên). Trong tuyến xuống từ CS tới các BS,
tín hiệu thông tin từ mạng điện thoại PSTN, Internet, hoặc từ các CS khác được cung
cấp cho Modem trong CS. Tín hiệu đó có thể là các băng RF, IF hoặc băng cơ sở BB,
đưa vào điều chế sóng mang quang từ LD. Nếu băng RF thấp chúng ta có thể điều chế
trực tiếp LD bằng tín hiệu của băng RF. Nếu băng RF cao (Băng tần sóng mm) thì có
thể sử dụng các bộ điều chế quang ngoài giống như một bộ hấp thụ điện từ (EOM) .
Tín hiệu quang (sau điều chế) được truyền tới các BS qua sợi quang. Tại các BS, tín
hiệu băng tần RF/IF/BB được khôi phục bằng cách sử dụng một PD. Tín hiệu đã khôi
phục (cần chuyển chuyển đổi lên băng tần RF nếu tín hiệu phát là ở băng IF hoặc băng
BB) được truyền tới các MH qua những anten của các BS.
Trong cấu hình biểu diễn ở Hình 1.4, Tín hiệu điều chế được tạo tại CS trong
một băng RF và được phát trực tiếp tới các BS Bởi một EOM, được gọi là “RF qua sợi
quang”. Tại mỗi BS, Tín hiệu đã điều chế được phục hồi bằng việc tách ra tín hiệu
quang đã điều chế bởi một PD và truyền trực tiếp tới các MH. Với kiểu truyền dẫn tín
hiệu RF này thiết kế BS được đơn giản hóa nhưng lại dễ bị ảnh hưởng tới sự tán sắc
của sợi quang điều đó làm hạn chế cự ly truyền dẫn.
Hình 1.4: Các tuyến RoF tiêu biểu với EOM, tín hiệu điều chế là RF.

Trong cấu hình biển diễn trong Hình 1.5, tín hiệu đã điều chế được tạo tại CS ở
băng tần IF và được truyền tới các BS bởi một EOM, nó được gọi là “IF qua sợi
quang”. Tại mỗi BS, tín hiệu điều chế được khôi phục bằng việc tách ra tín hiệu quang
đã điều chế bởi một PD, chuyển đổi nó lên băng tần RF và truyền tới các MH. Trong
sơ đồ này, ảnh hưởng của tán sắc sợi quang với tín hiệu IF được giảm đi nhiều tuy rằng
anten của các BS với kiểu truyền dẫn tín hiệu IF đòi hỏi phải bổ xung thêm thiết bị
điện tử như là bộ LO tạo sóng mang có bước sóng cỡ mm cho việc chuyển đổi tần lên
và xuống.
Hình 1.5: Các tuyến RoF tiêu biểu với EOM, tín hiệu điều chế là IF.
Trong cấu hình Hình 1.6, 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”.
Tại mỗi BS, tín hiệu đã điều chế được khôi phục bằng việc tách ra tín hiệu quang đã
điều chế bởi một PD, chuyển đổi trực tiếp lên băng tần RF hoặc thông qua băng tần IF
và được truyền tới các MH. Trong truyền dẫn băng tần cơ sở, ảnh hưởng của hiệu ứng
tán sắc sợi quang không đáng kể nhưng cấu hình BS là phức tạp nhất.
Hình 1.6: Các tuyến RoF tiêu biểu với EOM, tín hiệu điều chế là BB.
Trong cấu hình biển diễn trong Hình 1.7. Tín hiệu đã điều chế được tạo tại CS
ở một băng tần cơ sở hoặc băng IF và truyền tới các BS bởi điều chế trực tiếp một LD.
Tại mỗi BS, tín hiệu đã điều chế được phục hồi bằng việc tách ra tín hiệu quang đã
điều chế bởi một PD, chuyển đổi lên băng RF và truyền tới các MH. Điều này khả thi
đối với các tần số tương đối thấp (thấp hơn 10 GHz.)
Hình 1.7: Các tuyến RoF tiêu biểu với điều chế trực tiếp, tín hiệu điều chế băng BB
Bằng việc giảm tần số tín hiệu được điều chế ra tại CS như là “IF qua sợi
quang” hay “BB qua sợi quang”, băng thông yêu cầu cho điều chế quang có thể giảm
được rất nhiều. Điều này đặc biệt quan trọng khi RoF tại các dải sóng mm được kết
hợp với kỹ thuật ghép kênh phân chia theo mật độ bước sóng (DWDM) như sẽ được
bàn luận trong phần sau. Tuy nhiên, điều này sẽ làm tăng số lượng thiết bị tại các BS vì
nó yêu cầu có 2 bộ chuyển đổi tần, một cho đường lên và một đường xuống. Trong
truyền dẫn sóng mang con RF, cấu hình BS có thể được đơn giản hóa chỉ khi có một bộ
điều chế quang ngoài sóng mm và một PD tần số cao được ứng dụng tương ứng cho

các bộ chuyển đổi điện quang (E/O) và quang điện (O/E).
Đối với tuyến lên từ một MH tới CS, quá trình ngược lại sẽ được thực hiện.
Trong cấu hình trong Hình 1.4, Những tín hiệu thu được ở một BS được khuyếch đại
và truyền trực tiếp tới CS bởi điều chế một tín hiệu quang từ một LD bằng cách sử
dụng một EOM. Trong cấu hình Hình 1.5 và Hình 1.6, những tín hiệu thu được ở một
BS được khuyếch đại và chuyển đổi xuống băng tần IF hoặc băng tần cơ sở và được
truyền tới CS bởi điều chế một tín hiệu quang từ một LD bằng cách sử dụng một
EOM . Trong cấu hình Hình 1.7, Những tín hiệu nhận thu được ở một BS được
khuyếch đại và chuyển đổi xuống băng tần IF hoặc băng cơ sở và truyền tới CS Bằng
việc điều chế trực tiếp một tín hiệu quang từ một LD.
1.4. Ưu điểm của công nghệ RoF
Một số ưu điểm và ích lợi của công nghệ truyền sóng vô tuyến qua sợi quang
RoF so với sự phân phối tín hiệu điện như sau:
1.4.1. Suy hao thấp.
Phân phối về mặt điện của các tín hiệu sóng cực ngắn tần số cao trong không
gian tự do hay thông qua các tuyến truyền dẫn cáp kim loại là khó thực hiện do tổn hao
do sự hấp thụ, phản xạ và trở kháng tăng lên cùng với tần số. Bởi vậy đòi hỏi các thiết
bị khôi phục phức tạp. Giải pháp đối với vấn đề này là sẽ phân phối những tín hiệu ở
băng tần cơ sở hay ở những tần số trung tần (IF) từ trạm đầu cuối đến BS. Các tín hiệu
băng tần gốc hay IF được chuyển đổi tần đến tần số cao bước sóng cỡ mm hay sóng
viba tại mỗi trạm cơ sở sau đó được khuếch đại và bức xạ bởi anten. Cấu hình hệ thống
này giống như cấu hình trong các hệ thống thông tin di động băng hẹp biểu diễn trong
Hình 1.3. Từ đó, cần có các bộ LO hiệu suất cao cho việc biến đổi tần lên tại mỗi trạm
cơ sở, sự bố trí này sẽ dẫn tới những trạm cơ sở phức tạp. Tuy nhiên, từ đặc trưng tổn
hao thấp của sợi quang học công nghệ RoF có thể được sử dụng để cùng một lúc đạt
được tổn hao thấp trong việc phân phối các sóng mm và sự đơn giản của RAU.
1.4.2. Băng thông rộng.
Lợi dụng băng thông khổng lồ của sợi quang cho phép xử lý các tín hiệu tốc độ
cao mà sẽ rất khó hoặc không thể thực hiện được trong các hệ thống điện tử. Nói cách
khác, một vài chức năng sóng vi ba đòi hỏi khắt khe như lọc, trộn, biến đổi tần lên và

xuống có thể được thực hiện trong miền quang học. Ví dụ, khi đó thực hiện lọc bằng
cách sử dụng các thành phần quang như Giao thoa kế Mach - Zehnder MZI hay các
lưới Bragg sợi quang, và sau đó chuyển đổi tín hiệu đã được lọc ngược lại về dạng điện
. Hơn nữa, việc xử lý trong miền quang học dùng các điốt laser và các bộ điều chế
băng thông thấp vẫn có khả năng để xử lý các tín hiệu băng thông cao.
Mặt khác, trong các hệ thống quang tương tự bao gồm cả công nghệ RoF, ghép
kênh sóng mang con SCM được ưa dùng để tăng hiệu quả sử dụng băng thông sợi. Khi
đó các sóng mang con viba mà đã được điều chế với dữ liệu số hay tương tự được ghép
lại và điều chế với tín hiệu quang học truyền trên một sợi quang đơn. Điều này sẽ làm
nên những hệ thống RoF chi phí thấp.
1.4.3. Không có can nhiễu tần số vô tuyến
Loại bỏ được can nhiễu điện từ (EMI) là một thuộc tính rất hấp dẫn của các hệ
thống thông tin quang đặc biệt cho truyền dẫn viba. Đó là vì bởi các tín hiệu được
truyền dưới dạng ánh sáng xuyên qua sợi, loại bỏ ảnh hưởng của điện từ trường ngoài.
Điều này các cáp sợi quang được ưa dùng hơn, thâm chí là đối với cả các kết nối cự ly
ngắn ở các sóng mm.
1.4.4. Dễ dàng lắp đặt và bảo dưỡng
Trong những hệ thống RoF, các thiết bị phức tạp và chi phí đắt là được đặt ở
khối trung tâm do đó nó làm cho RAU đơn giản hơn. Đa số các kỹ thuật RoF, tại RAU
không cần LO và thiết bị liên quan như vậy RAU chỉ gồm một bộ tách sóng quang,
một bộ khuếch đại cao tần và một anten. Thiết bị điều chế và chuyển mạch được đặt
trong khối trung tâm và dùng chung cho các RAU dẫn đến các RAU nhẹ và nhỏ hơn,
chi phí lắp đặt và bảo dưỡng hệ thống giảm được một cách đáng kể điều này rất quan
trọng đối với các hệ thống sóng mm- sóng, bởi vì số lượng RAU trong các hệ thống
này lớn, mặt khác các RAU nhỏ hơn cũng làm đi giảm tác động môi trường.
1.4.5. Giảm lượng tiêu thụ điện
Tiêu thụ điện giảm là một hệ quả có được do RAU được đơn giản. Hầu hết thiết
bị phức tạp được giữ tại khối trung tâm. Trong một số ứng dụng, các RAU được vận
hành theo kiểu thụ động. Ví dụ, các hệ thống RoF 5GHz với các tế bào picocell có các
RAU có thể hoạt động theo kiểu thụ động này. Giảm bớt lượng tiêu thụ điện tại RAU

là rất quan trọng khi tính đến vị trí các RAU vì đôi khi nó được đặt ở xa và không được
cung cấp điện lưới.
1.4.6. Đa nhà khai thác và hoạt động đa dịch vụ
RoF yêu cầu tính linh hoạt trong hoạt động của hệ thống. Phụ thuộc vào kỹ
thuật tạo sóng cực ngắn (viba) mà hệ thống phân phối tín hiệu dạng RoF có tính trong
suốt. Kỹ thuật điều chế cường độ và tách sóng trực tiếp (IM-DD) có thể thực hiện và
hoạt động như một hệ thống tuyến tính và bởi vậy nó như một hệ thống trong suốt khi
sử dụng sợi tán sắc thấp kết hợp với các sóng mang con RF được điều chế trước. Trong
trường hợp đó, cùng một mạng RoF có thể được dùng để phân phối lưu lượng đa dịch
vụ và đa nhà khai thác, dẫn tới sự tiết kiệm rất lớn về kinh tế.
1.4.7. Phân bố tài nguyên động
Các chức năng chuyển mạch, điều chế và các chức năng xử lý RF khác được
thực hiện tại khối trung tâm nên sẽ rất khả thi trong việc cấp phát dung lượng động.
Trong một hệ thống phân phối RoF đối với lưu lượng GSM, việc cấp phát dung lượng
có thể thực hiện được tùy ý bằng cách phân phối các bước sóng quang qua kỹ thuật
ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM khi nhu cầu nẩy sinh. Việc cấp phát dung
lượng động khi nhu cầu cho nó xuất hiện đã tránh được thủ tục cấp phát dung lượng cố
định mà làm tiêu phí các tài nguyên trong những trường hợp lưu lượng thay đổi thường
xuyên và bởi độ dư thừa lớn. Hơn nữa, việc có khối trung tâm sẽ tạo điều kiện thuận
lợi cho việc hợp nhất các chức năng xử lý tín hiệu khác như là các chức năng về tính di
động, và truyền dẫn phân tập.
1.5. Hạn chế của công nghệ RoF
Vì RoF sử dụng kỹ thuật điều chế tương tự, và tách sóng ánh sáng nên về căn
bản nó là một một hệ thống truyền dẫn tương tự. Bởi vậy, sự suy giảm tín hiệu do tạp
âm và méo rất quan trọng trong những hệ thống thông tin tương tự thì trong các hệ
thống RoF cũng vậy. Những suy giảm này đều hướng tới giới hạn hệ số tạp âm và dải
động DR của tuyến RoF.
DR là một tham số rất quan trọng đối với các hệ thống thông tin di động dạng tế
bào như GSM bởi vì công suất thu được tại BS từ các MU thay đổi rất rộng (tới 80
dB). Trong các hệ thống RoF sử dụng sợi quang đơn mode SMF hay đa mode MMF

tán sắc sợi có thể làm giới hạn chiều dài tuyến sợi, băng thông và cũng có thể là
nguyên nhân gây mất tương quan pha dẫn đến làm tăng tạp âm pha sóng mang RF.
1.6. Ứng dụng của công nghệ RoF
Công nghệ RoF nói chung là không thích hợp cho các ứng dụng của hệ thống
yêu cầu có dải động tự do không xác thực cao ( SFDR bằng Công suất tín hiệu đầu ra
cực đại đối với công suất của thành phần điều chế bậc 3 nào bằng mức tạp âm nền).
Bởi vậy, những hệ thống phân phối RoF là rất khả thi cho việc phân phối các tín hiệu
vô tuyến của cả hệ thông thông tin di động và thông tin số liệu trong tòa nhà (WLAN).
Hình 1.8: Sử dụng hạ tầng mạng sợi quang cho tích hợp các ứng dụng
Trong trường hợp đó, hệ thống RoF trở thành một hệ thống anten phân tán
DAS, với các ứng dụng tần số cao như là WPAN nó có thể sử dụng hạ tầng mạng cáp
sợi quang trong tòa nhà cho tất cả các ứng dụng như biểu diễn trong Hình 1.8. Các hệ
thống RoF cũng hấp dẫn đối với các ứng dụng hiện tại và trong tương lai khác không
đòi hỏi SFDR phải cao (các hệ thống GSM), các hệ thống phân tán RoF đó có thể được
sử dụng cho việc phân phối tín hiệu UMTS cả trong nhà (Indoor) lẫn ngoài trời
(Outdoor). Phạm vi ứng dụng khác là trong các hệ thống truy nhập vô tuyến cố định
(FWA), như là WiMAX, ở đó công nghệ RoF có thể được sử dụng để vận chuyển các
tín hiệu quang học qua các khoảng cách dài dẫn đến các RAU gần phía người dùng
cuối được đơn giản một cách đáng kể, từ đó nó trợ giúp các tuyến thông tin vô tuyến để
đạt được sự truy nhập băng rộng từ đầu đến cuối với một chi phí hiệu quả.
Chương sau ta sẽ xem xét kỹ hơn các kỹ thuật sử dụng trong việc tạo và vận
chuyển tín hiệu vô tuyến qua sợi quang, các ưu điểm và hạn chế của chúng.
CHƯƠNG 2
CÁC KỸ THUẬT TẠO VÀ TRUYỀN SÓNG VÔ TUYẾN
QUA SỢI QUANG
Trong phần này sẽ đưa ra một tổng quan ngắn gọn về việc tạo và vận chuyển tín
hiệu vô tuyến qua một sợi quang trong các mạng RoF như thế nào. Thực tế tất cả các
tuyến quang phát các tín hiệu sóng mm đều áp dụng phương pháp điều chế cường độ
ánh sáng. Về cơ bản, có ba phương pháp khác nhau với điều chế cường độ:
(1) Điều chế cường độ trực tiếp

(2) Điều chế ngoài và
(3) Tách sóng Heterodyne đầu xa.
Trong điều chế cường độ trực tiếp, dòng điện cung cấp cho điốt laser được điều
chế bởi tín hiệu RF mang thông tin đây là nguồn ánh sáng của điốt laser. Phương pháp
thứ hai sử dụng một nguồn ánh sáng tạo sóng mang quang và một bộ điều chế cường
độ ánh sáng ngoài, kỹ thuật này được gọi là "Điều chế ngoài". Phương pháp thứ ba, các
tín hiệu RF được đưa vào điều chế sóng mang quang (AM, FM hoặc PM), tại phái thu
tín hiệu quang đã điều biến này được trộn với sóng mang quang chưa được điều biến
để lấy ra tín hiệu RF (tách sóng heterodyne đầu xa)
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 khôi
phục tín hiệu RF, phương pháp này được gọi là IM – DD và loại RFoF.
Có hai cách điều chế nguồn quang. Một là cho phép tín hiệu RF điều
chế trực tiếp dòng điện của điốt laser. 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 để điều chế cường độ của ánh sáng. Hai
trường hợp trên được minh họa trong Hình 2.1 dưới đây. Tín hiệu RF
phải được điều chế trước thích hợp với dữ liệu trước khi được truyền.
Hình 2.1: Tạo tín hiệu RF bằng điều chế cường độ: (a) trực tiếp laser,
(b) Sử dụng bộ điều chế ngoài
Sau khi truyền qua sợi quang và được tách sóng trực tiếp tại
một điốt quang, dòng quang điện là một bản sao của tín hiệu RF điều
chế đã được sử dụng hoặc là trực tiếp với laser hoặc với bộ điều chế
ngoài tại trung tâm. Dòng quang điện được khuếch đại phối hợp trở
kháng để làm tăng biên độ điện áp trước khi kích thích anten. Khi tín
hiệu RF được điều chế với dữ liệu và điểu chế để phát thì tín hiệu RF
tách được tại máy thu sẽ mang cùng dữ liệu và giữ nguyên khuông
dạng điều chế.

Có một hạn chế là băng thông điều chế của laser, một laser tương đối đơn giản
có thể điều chế được tới các tần số vài GHz, có thể tới 5 - 10 GHz, với tần số trên 10
GHz phương pháp điều chế ngoài thường được sử dụng hơn là phương pháp điều chế
trực tiếp. Mặt khác để tạo băng sóng cỡ mm thì tán sắc sợi và các biên tần trộn kết hợp
có thể là nguyên nhân mất gây mất truyền dẫn, thậm chí cả ở cự ly trung bình do đó
phương pháp kích thích quang hay được dùng hơn là truyền dẫn trực tiếp các tín hiệu
RF.
Trong mạng RoF số lượng BS nhiều nên phải sử dụng các thành phần đơn giản.
Bởi vậy, ở tuyến lên của một hệ thống mạng RoF sẽ thuận lợi hơn khi sử dụng điều chế
cường độ trực tiếp với các laser rẻ và do cần phải hạ tần đối với các tín hiệu RF thu
được tại BS. Trong tuyến xuống cũng có thể sử dụng hoặc các laser hoặc các bộ điều
chế ngoài.
Hầu hết các hệ thống RoF bao gồm cả các hệ thống RoF IM - DD
đều sử dụng các sợi đơn mode SMF cho phân phối tín hiệu. Tuy nhiên
người ta cũng sử dụng kỹ thuật RoF IM-DD để truyền các tín hiệu RF
của sợi đa mode bằng việc tận dụng băng thông truyền dẫn bậc cao
đối với các tín hiệu WLAN dưới 6 GHz.
(*) Ưu điểm của kỹ thuật IM-DD
Ưu điểm của phương pháp này là nó đơn giản. Thứ hai, 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 và do vậy nó có tính
trong suốt đối với khuôn 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. Hơn nữa, không giống như điều chế phân cực laser
trực tiếp các bộ điều chế ngoài như là Bộ điều chế Mach Zehnder có
thể điều chế những tín hiệu có tần số tới 100 GHz.
(*) Nhược điểm của IM-DD
Một hạn chế của kỹ thuật RFoF IM-DD là 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 thông giới hạn và tính phi
tuyến của laser gây điều chế tương hỗ và méo. Bộ điều chế ngoài
như là MZM có thể hỗ trợ những tín hiệu RF tần số cao. Tuy nhiên,
chúng đòi hỏi các điện áp kích thích cao, mà như vậy sẽ phải cần tới
các bộ khuếch đại công suất tốn kém.
Một nhược điểm nữa của RFoF là nó dễ bị ảnh hưởng bởi sự tán
sắc mà nếu sử dụng điều chế đôi biên băng tín hiệu quang sẽ gây ra
hiện tượng triệt biên độ công suất RF và phụ thuộc vào tần số hoặc
chiều dài. Hiệu ứng triệt biên độ độ có thể được biểu diễn trong
phương trình (2.1):
2
0
2
2 4
2 f m
RF
m
L
i
m.cos .cos
I
β ω
π
ω τ
 
= − −
 ÷
 ÷
 

(2.1)
Trong đó : ω
m
là tần số điều chế, β
2
là là đạo hàm bậc 2 của
hằng số truyền
sóng β, (ví dụ,
2
2
2
β
β
ω
∂
=
∂
), L
f
là chiều dài sợi quang, τ = t- (z/vg) với
v
g
là vận tốc nhóm. Phương trình cho thấy chiều dài tuyến sợi quang
của hệ thống IM-DD 60 GHz tại cửa sổ bước sóng 1550 nm có thể bị
giới hạn còn 1.5 km. Các hiệu ứng triệt biên độ có thể khắc phục
được bằng cách sử dụng các kỹ thuật tránh tán sắc như kỹ thuật điều
chế đơn biên băng quang hay bằng cách sử dụng các bộ điều chế
cường độ điều khiển kép. Tất cả điều này sẽ làm cho hệ thống RoF
OSSB IM-DD phức tạp hơn.
2.2. Kỹ thuật tách sóng heterodyne đầu xa.

2.2.1. Nguyên lý kỹ thuật tách heterodyne quang
Trong kỹ thuật tách heterodyne quang, tín hiệu quang và sóng mang quang được
truyền đồng thời và được tách sóng heterodyne ở thiết bị thu, một hay nhiều trong số
sản phẩm của quá trình này là tín hiệu RF yêu cầu. Tách sóng heterodyne có thể được
thực hiện bằng PD của chính nó hoặc các tín hiệu quang có thể được tách ra riêng rẽ và
sau đó được chuyển đổi bởi một bộ trộn về mặt điện (RF). Trong một hệ thống song
công, PD có thể được thay thế bởi một thiết bị thu hấp thụ điện.
Nhiễu pha là vấn đề then chốt trong truyền dẫn số sóng viba/mm nên chúng phải
được xử lý để cho một nhiễu pha nhỏ chỉ bằng các tín hiệu ngoại sai. Điều này có thể
thực hiện được khi có 2 (hay nhiều) tín hiệu quang có pha kết hợp, thông thường chúng
từ một nguồn chung hay được khóa bởi pha của một nguồn chủ. Ưu điểm của cách tiếp
cận này là: (1) khắc phục được ảnh hưởng của tán sắc và (2) cho một tần số linh hoạt
có thể từ dải MHz đến vùng dải tần THz. Tuy nhiên, phải sử dụng một bộ điều chế điện
quang phân cực chuẩn hoặc các laser phức tạp.
Hầu hết các kỹ thuật RoF thường dùng nguyên lý trộn Coherent trong bộ tách
sóng quang để tạo ra tín hiệu RF, Kỹ thuật này nhìn chung là kỹ thuật tách sóng
heterodyne đầu xa (RHD). Trong khi thực hiện chuyển đổi O/E, điốt tách quang (PD)
cũng thực hiện vai trò của một bộ trộn do đó làm cho nó trở thành một bộ phận quan
trọng trong hệ thống RoF sử dụng kỹ thuật RHD.
Nguyên lý trộn kết hợp có thể minh họa như sau. Hai trường quang các tần số
góc ω
1
và ω
2
có thể được biểu diễn:
( )
1 01 1
E E cos t
ω
=

(2.2)
( )
2 02 2
E E cos t
ω
=
(2.3)
Nếu cả hai trường tác động lẫn nhau trên một bộ tách sóng quang PIN thì kết
quả là dòng tách quang điện trên bề mặt sẽ tỉ lệ với bình phương của tổng các quang
trường. Từ đó, dòng tách quang i
PD
danh định sẽ là:
( )
2
1 2PD
i E E= +
(2.4)
( ) ( )
01 02 1 2 01 02 1 2PD
i E E cos t E E cos t
ω ω ω ω
= − + + +
   
   
thành phần khác (2.5)