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

Đồ án tốt nghiệp Đại Học Lời mở
đầu
LỜI MỞ ĐẦU
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. Nhưng các tế bào nhỏ hơn đồng nghĩa với việc
cần một số lượng lớn các trạm gốc và các điểm truy nhập vô tuyến để đạt được vùng
phủ sóng rộng theo yêu cầu của hệ thống.
Bên cạnh đó, truyền thông sợi quang đã và đang được trở nên phổ biến hơn
bởi nhiều ưu điểm mà nó mang lại như băng thông cực rộng, không bị ảnh hưởng bởi
nhiễu điện từ. Tuy rằng phương thức này vẫn có những nhược điểm nhất định trong
lắp đặt, bảo dưỡng cũng như giá thành so với việc triển khai cáp đồng, nhưng đặc
điểm về băng thông rộng của sợi quang thì không có một môi trường nào có thể so
sánh được. Chính vì vậy, sợi quang từ lâu đã được xem là cơ sở để triển khai các
mạng băng thông rộng một cách hiệu quả.
Một trong những phương pháp để xây dựng hệ thống mạng truy nhập vô tuyến
băng thông rộng là kết hợp với kỹ thuật truy nhập bằng sợi quang. Kỹ thuật truyền
sóng vô tuyến qua sợi quang (RoF) đã ra đời và được xem là một kỹ thuật nền tảng
cho mạng truy nhập không dây băng thông rộng của tương lai. Mặt khác, chúng ta
đều biết kỹ thuật OFDM là một kỹ thuật phổ biến trong vô tuyến với rất nhiều ưu
điểm. Do đó việc kết hợp OFDM và RoF được xem là một giải pháp mang lại hiệu
quả cao cho truyền dẫn vô tuyến băng rộng. Đây cũng chính là lý do để em lựa chọn
OFDM-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

GVHD: TS. Nguyễn Đức Nhân SVTH: Phạm Phúc Thịnh – D08VT1
Đồ án tốt nghiệp Đại Học Lời mở
đầu
Mặc dù đã rất cố gắng nhưng do hạn chế về mặt kiến thức thực tế cũng như
chuyên môn nên chắc chắn đồ án của em vẫn không tránh khỏi những thiếu sót. Em
rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của các thầy cô để bài đồ án
được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên làm đồ án
Phạm Phúc Thịnh
GVHD: TS. Nguyễn Đức Nhân SVTH: Phạm Phúc Thịnh – D08VT1
Đồ án tốt nghiệp Đại Học Lời cảm ơn
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 liên
quan đến đồ án.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới các Thầy Cô giáo trong Học
viện 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 P.Team-
lớp D08VT1. Mọi người đã giúp đỡ em trong quá trình xây dựng và hoàn thiện đồ án
này.
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 có
thể hoàn thành đồ án này một cách tốt nhất!
Sinh viên
Phạm Phúc Thịnh
GVHD: TS. Nguyễn Đức Nhân SVTH: Phạm Phúc Thịnh – D08VT1
Đồ án tốt nghiệp Đại Học Mục Lục
MỤC LỤC

GVHD: TS. Nguyễn Đức Nhân SVTH: Phạm Phúc Thịnh – D08VT1
Đồ án tốt nghiệp Đại Học Danh mục bảng, hình vẽ
DANH MỤC BẢNG, HÌNH VẼ
GVHD: TS. Nguyễn Đức Nhân SVTH: Phạm Phúc Thịnh – D08VT1
Đồ án tốt nghiệp Đại Học Thuật ngữ viết
tắt
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt
ASK
Amplitude Shift Keying Khóa dịch biên
BB
Base Band Băng cơ sở
BER
Bit Error Ratio Tỉ số lỗi bit
BS
Base Station Trạm gốc
CNR
Carrier Noise Ratio Tỉ lệ sóng mang trên tạp âm
CS
Central Station Trạm trung tâm
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
tiếp
ITS
Intelligent Transportation System Hệ thống giao thông thông minh
LD
Laser Diode Lase Diot
LO
Local Oscillator Bộ dao động nội
MBS
Mobile Broadband System Hệ thống di động băng rộng
MH
Mobile Host Trạm di động
MVDS
Multipoint Video Distribute System Hệ thống phân phối video đa điểm
MZM
Mach-Zehnder Modulator Bộ điều chế Mach-Zehnder
PD
Photo Diode Phô-tô Đi-ốt
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
RF
Radio Frequency Tần số vô tuyến
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
WLAN
Wireless LAN Mạng LAN không dây
GVHD: TS. Nguyễn Đức Nhân SVTH: Phạm Phúc Thịnh – D08VT1
Đồ án tốt nghiệp Đại Học Chương I: Tổng quan về
RoF
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ROF

1.1. 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 cho
các dịch vụ đa phương tiện, tương tác và băng rộng, với việc sử dụng băng tần cao
hơn ở tần số mm. Điều này khiến cho kích thước cell giảm đi nên sẽ đòi hỏi một số
lượng lớn các trạm BS để phủ sóng đối với các vùng dịch vụ. Tuy nhiên với một số
lượng lớn BS thì giá thành cho mỗi BS sẽ là một bài toán kinh tế khó khăn. Yêu cầu
này đã dẫn tới sự phát triển của kiến trúc mạng tập trung với các chức năng như xử lý
tín 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 tiền
được đặt trong môi trường an toàn hơn và hiệu quả sử dụng thiết bị sẽ được chia đều
cho các BS. Một giải pháp thay thế cho tuyến truyền dẫn giữa một CS với các BS
trong 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 tín
hiệu vô tuyến thông qua sợi quang với hình thức chuyển đổi đơn giản từ quang sang
điện sau đó truyền tới các khối anten đầu xa kết nối với CS, được xem như một
phương pháp tối giúp giản chi phí. Sự giảm thiểu chi phí có thể thực hiện theo hai
cách. Một là các khối anten đầu xa BS hoặc các điểm phân phối tín hiệu chỉ cần các
chức năng đơn giản và có kích thước nhỏ. Hai là các tài nguyên cung cấp bởi CS sẽ
được chia sẻ cho nhiều BS, như trên hình 1.1. Kĩ thuật điều chế sóng vô tuyến trên
các sóng mang quang rồi phân phối tới một mạng quang được gọi là kỹ thuật truyền
sóng vô tuyến trên sợi quang – Radio over Fiber.
Hình 1. 1: Ví dụ về một mạng RoF
SVTH: Phạm Phúc Thịnh – D08VT1 Trang 7
Đồ án tốt nghiệp Đại Học Chương I: Tổng quan về
RoF
Một mạng RoF đặc trưng bao gồm một trạm trung tâm CS, nơi tất cả các chức
năng 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 các
anten 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 ngược

lại. 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 tập
trung 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 băng
thông động (thành phần này có thể sử dụng băng thông thành phần khác nếu
băng thông đó thực sự rỗi) cho phép sử dụng băng thông hiệu quả hơn. Hơn
nữa 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 cũng
trở 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 không
dây vào năm 1990, đã có rất nhiều nghiên cứu để tìm hiểu các hạn chế của nó cũng
như tìm các hướng phát triển mới để nâng cao hiệu năng cho công nghệ RoF. Các
ứng dụng của RoF được tập trung chủ yếu vào mạng di động tế bào, mạng WLAN ở
băng tần milimet, mạng truy nhập vô tuyến băng rộng và mạng giao thông thông
minh. Với cấu trúc BS đơn giản, giá thành triển khai hệ thống không lớn, công nghệ
RoF được kì vọng sẽ trở thành một giải pháp tối ưu cho truyền thông vô tuyến băng
rộng 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.
SVTH: Phạm Phúc Thịnh – D08VT1 Trang 8

Đồ án tốt nghiệp Đại Học Chương I: Tổng quan về
RoF
Công nghệ truyền sóng vô tuyến qua sợi quang sử dụng đường truyền sợi
quang để phân phối các tín hiệu tần số vô tuyến (RF) từ các vị trí trạm trung tâm tới
các 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 bao
gồm 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 không
dây.
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 một
microcell. BS không có chức năng xử lý tín hiệu, nó chỉ đơn thuần biến đổi từ thành
phần điện/quang và ngược lại để chuyển về hoặc nhận từ CS. BS gồm 2 thành phần
quan trọng nhất là antenna và thành phần chuyển đổi quang điện ở tần số RF. Tùy
bán 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 cả
các chức năng như định tuyến, cấp phát kênh,… đều được thực hiện và chia sẻ ở CS
SVTH: Phạm Phúc Thịnh – D08VT1 Trang 9
Đồ án tốt nghiệp Đại Học Chương I: Tổng quan về
RoF
vì thế có thể nói CS là thành phần quan trọng nhất trong mạng RoF (cũng giống như
tổng 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
1.3.1. Ưu điểm
 Suy hao thấp
Sự phân phối những tín hiệu điện tần số cao trong không gian tự do hoặc qua
đường truyền dẫn kim loại là vấn đề khó giải quyết và đòi hỏi chi phí lớn. Trong khi
đó với sợi quang có suy hao rất thấp, công nghệ RoF cùng lúc có thể có được cả sự
phân phối sóng mm suy hao thấp và đơn giản hóa RAU. Các sợi đơn mode (SMF)
làm từ thủy tinh có suy hao dưới 0,2 dB/km và 0,5 dB/km tại các cửa sổ 1550 nm và
1300 nm. Sợi quang chất dẻo (POF) công bố gần đây có suy hao từ 10-40 dB/km
trong 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 số
trên 5 GHz. Vì vậy nhờ truyền sóng siêu cao tần trên sợi quang, khoảng cách truyền
dẫn 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 hao
thấp, cụ thể là các bước sóng 850nm, 1310 nm, 1500 nm. Với một sợi quang đơn
mode, băng thông tổng của 3 cửa sổ này vượt quá 50 THz. Tuy nhiên các hệ thống
thương mại hiện nay mới chỉ tận dụng được một phần nhỏ dung lượng này (1,6 THz).
SVTH: Phạm Phúc Thịnh – D08VT1 Trang
10
Đồ án tốt nghiệp Đại Học Chương I: Tổng quan về
RoF
Băng thông khổng lồ của sợi quang còn có nhiều ưu điểm khác ngoài dung
lượng cao để truyền dẫn tín hiệu siêu cao tần. Băng tần quang lớn cho phép xử lí tín
hiệu 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 hiện
trong 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 tin
sợi quang, đặc biệt trong truyền dẫn sóng vô tuyến tần số cao. Đó là bởi vì các tín
hiệu được truyền dưới dạng ánh sáng qua sợi quang. Cũng chính vì không bị ảnh
hưởng 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 đầu
cuối, khiến cho các RAU đơn giản hơn. Sự sắp xếp này làm cho RAU nhỏ hơn và
nhẹ hơn, làm giảm giá thành lắp đặt và bảo dưỡng hệ thống. Việc lắp đặt dễ dàng và
giá 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 chỉ
giảm 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 bị
rút gọn. Hầu hết các thiết bị phức tạp đều được đặt tại các đầu cuối tập trung. Trong
một số ứng dụng các RAU hoạt động ở chế độ thụ động. Việc giảm tiêu thụ năng
lượng tại RAU rất quan trọng khi tính đến việc các RAU được đặt ở nơi xa, những
nơi 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 trạm
đầu cuối nên có thể phân phối dung lượng động. Ví dụ trong hệ thống phân phối RoF
với lưu lượng GSM, dung lượng có thể được phân bổ thêm tới một vùng trong các
thời gian cao điểm và sau đó phân bổ lại cho các vùng khác khi hết thời gian cao
điểm. 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 phát
dung lượng động là cần thiết, vì nó giúp ta tránh được sự lãng phí tài nguyên do lưu
lượng trên mạng biến đổi thường xuyên.
SVTH: Phạm Phúc Thịnh – D08VT1 Trang
11
Đồ án tốt nghiệp Đại Học Chương I: Tổng quan về

RoF
1.3.2. Nhược điểm.
Vì RoF liên quan tới điều chế tương tự và tách sóng ánh sáng nên về cơ bản
đây là một hệ thống truyền dẫn tương tự. Do đó tín hiệu bị ảnh hưởng bởi nhiễu và
méo, 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 đơn
mode, tán sắc màu giới hạn chiều dài tuyến và cũng là nguyên nhân làm tăng nhiễu
pha sóng mang RF. Trong hệ thống RoF sử dụng sợi đa mode, tán sắc mode giới hạn
nghiêm 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 trong
mạng di động. Với số lượng thuê bao di động ngừng tăng nhanh cùng với nhu cầu
ngày càng lớn các dịch vụ băng rộng đã gây áp lực đòi hói các mạng di động phải
tăng thêm dung lượng. Bởi vậy, lưu lượng di động (GSM hay UMTS) có thể được
truyền dẫn một cách hiệu quả giữa các CS và BS bằng cách tận dụng những lợi ích
của sợi quang. Các chức năng RoF khác như phân bổ dung lượng động cũng đem lại
những 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 trong
các ứng dụng này liên quan đến đầu xa của antenna của các trạm mặt đất. Trong
trường hợp này, hệ thống sử dụng các tuyến sợi quang ngắn có chiều dài nhỏ hơn
1km và hoạt động tại tần số từ 1GHz đến 15GHz. Bằng cách đó, các thiết bị tần số
cao có thể được lắp đặt một cách tập trung.
Với việc sử dụng của kỹ thuật RoF, các anten sẽ không cần đặt trong vùng
điều khiển (ví dụ chuyển mạch trung tâm) mà chúng có thể đặt cách xa nhiều km với

nhiều mục đích khác nhau ví dụ như: nhằm cải thiện tầm nhìn xa của vệ tinh, giảm
ảnh hưởng của nhiễu từ các hệ thống mặt đất khác. Các thiết bị chuyển mạch cũng có
thể được đặt ở những vị trí thích hợp ví dụ như các lý do môi trường, lý do về khả
SVTH: Phạm Phúc Thịnh – D08VT1 Trang
12
Đồ án tốt nghiệp Đại Học Chương I: Tổng quan về
RoF
năng truy nhập… mà không yêu cầu phải ở trong vùng phụ cận của các anten trạm
mặt đất.
c) Hệ thống phân phối video
Một trong phạm vi ứng dụng có triển vọng chính của hệ thống RoF là phân
phối video. Ví dụ như các dịch vụ phân phối video đa điểm (MVDS). MVDS là hệ
thống 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 làm
dịch 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 chuyển
tiếp 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 sử
dụng để cấp cho đèn sóng chạy hay bộ khuếch đại mạch tại tần số phát. Ngoàì ra, sợi
quang 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 rộng
những dịch vụ có sẵn trong mạng số tích hợp dịch vụ băng rộng (B-ISDN) cố định
tới tất cả người sử dụng di động. Các dịch vụ trong tương lai có thể phát triển trên
mạng B-ISDN cũng phải được hỗ trợ trên hệ thống MBS. Vì vậy, tốc độ bit rất cao
khoảng 155Mbps nên tần số sóng mang cũng được đẩy lên sóng mm. Băng tần cho
dịch vụ này nằm trong khoảng băng tần 60GHz. Tần số từ 62-63 GHz được phân bố

cho 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 vậy
cần phải có mật độ tế bào vô tuyến cao để đạt được vùng phủ sóng mong muốn. Các
micro-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 đơn
giản hơn và giảm chi phí, bằng cách đó làm cho sự triển khai trên quy mô lớn các
mạng 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 truy
nhập băng rộng di động tới các mạng WLAN cũng tăng lên. Điều này dẫn đến tần số
SVTH: Phạm Phúc Thịnh – D08VT1 Trang
13
Đồ án tốt nghiệp Đại Học Chương I: Tổng quan về
RoF
sóng mang phải cao hơn để đáp ứng nhu cầu về dung lượng. Ví dụ các mạng WLAN
hiện tại hoạt động tại băng tần ISM tần số 2,4GHz và yêu cầu tốc độ cực đại 11Mbps
trên mỗi sóng mang (IEEE 802.11b). Các mạng WLAN băng rộng thế hệ sau cơ bản
yêu cầu đến 54Mbps trên mỗi sóng mang và cũng sẽ yêu cầu tần số sóng mang cao
hơn 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 những
khó khăn liên quan đến sự phủ sóng. Cách đầu tư hiệu quả cho vấn đề này là triển
khai 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 sợi
quang. Sau đó, tần số bộ dao động được sử dụng để chuyển đổi dữ liệu lên sóng mm
tại bộ chuyển tiếp (RS-trạm đầu xa). Điều này dẫn đến đơn giản hóa đáng kể các bộ
chuyển 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 và
76-77GHz đã được phân bố cho dịch vụ này ở Châu Âu. Mục đích là để cung cấp sự
liên lạc di dộng liên tục trên các tuyến đường chính hỗ trợ các hệ thống giao thông

thông minh (ITS) như hệ thống Road-Vehicle (RVC) và hệ thống liên lạc giữa các
phương tiện (IVC). Hệ thống ITS mục đích cung cấp thông tin giao thông, nâng cao
hiệu 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. Điều
này có thể được thực hiện đơn giản với chi phí thấp bằng cách kết nối thông qua hệ
thống RoF. Cách làm này giúp cho giảm thiểu về mặt chi phí cũng như đơn giản
trong việc quản lý.
1.5. Kết luận.
Chương I đã trình bày những vấn đề cơ bản nhất về RoF như: khái niệm, các
thành phần trong hệ thống, các ưu nhược điểm cũng như ứng dụng của nó trong các
hệ thống: mạng tế bào, thông tin vệ tinh, mạng WLAN, mạng truyền thông cho các
phương tiện giao thông,… Trong chương tiếp theo chúng ta sẽ tìm hiểu sâu hơn về
một hệ thống truyền dẫn RoF.
SVTH: Phạm Phúc Thịnh – D08VT1 Trang
14
Đồ án tốt nghiệp Đại Học Chương II: Hệ thống truyền dẫn RoF
CHƯƠNG II: HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN RoF
2.1. Tuyến truyền dẫn RoF.
RoF về cơ bản là một hệ thống truyền dẫn tương tự bởi vì nó phân phối dạng
sóng 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 hay
tín 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/BB
được đặt lên sóng mang quang bằng cách sử dụng điều chế trực tiếp hoặc điều chế
bên ngoài của laser. Trong trường hợp lý tưởng, tín hiệu đầu ra của tuyến quang sẽ là
một 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 sắc
trong sợi quang nên tín hiệu đầu ra sẽ có một vài sai khác so với tín hiệu ban đầu. Sự
truyền dẫn các tín hiệu tương tự đặt ra những yêu cầu về độ tuyến tính và dải động
của tuyến quang. Những yêu cầu này khác biệt và đòi hỏi độ chính xác cao hơn so

với 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 nguồn
quang riêng, tuy nhiên, BS có thể được cấu hình không có nguồn sáng đối với đường
lên. Trong mỗi cấu hình được giới thiệu, các BS không có bất kỳ thiết bị vào cho
điều 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
SVTH: Phạm Phúc Thịnh – D08VT1 Trang
15
Đồ án tốt nghiệp Đại Học Chương II: Hệ thống truyền dẫn RoF
hiệu băng RF, IF hay BB dùng để điều chế tín hiệu quang từ LD. Nếu băng RF là
thấp thì chúng ta có thể điều chế tín hiệu LD bằng tín hiệu của băng RF một cách
trực tiếp. Nếu băng RF là cao, chẳng hạn như băng sóng milimet thì ta cần phải sử
dụng các 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
hiệu sau khi khôi phục sẽ được truyền tới các MH qua các anten của các BS, nếu tín
hiệu sau 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 tín
hiệu ánh sáng từ LD tại CS, ta có thể phân chia cấu hình tuyến RoF thành các dạng
sau:
• 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 này
được gọi là RF-over-Fiber. Tại mỗi BS, tín hiệu vô tuyến đã được điều chế sẽ được
khôi phục bằng cách tách sóng quang sử dụng PD, sau đó được truyền trực tiếp tới
các 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.
SVTH: Phạm Phúc Thịnh – D08VT1 Trang
16
Đồ án tốt nghiệp Đại Học Chương II: Hệ thống truyền dẫn RoF
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 hiệu
quang từ LD bởi bộ điều chế ngoài EOM, là tín hiệu tại băng tần IF. Tín hiệu sau
điều chế sẽ được truyền trực tiếp tới BS. Cấu hình này được gọi là IF-over-Fiber. Tại
mỗi BS, tín hiệu vô tuyến đã được điều chế sẽ được khôi phục bằng cách tách sóng
quang sử dụng PD, sau đó được truyền trực tiếp tới các MH. Do tín hiệu được phân
phối dưới dạng IF nên giảm được đáng kể ảnh hưởng do tán sắc sợi quang, mặc dù
anten tại BS trong cấu hình 2.3 yêu cầu thêm các phần cứng phức tạp hơn cho quá
trình 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 điều
chế, sau đó tín hiệu được nâng tần lên băng tần RF trực tiếp hay thông qua băng IF và
SVTH: Phạm Phúc Thịnh – D08VT1 Trang
17
Đồ án tốt nghiệp Đại Học Chương II: Hệ thống truyền dẫn RoF

truyền tới các MH. Trong truyền dẫn băng gốc, ảnh hưởng của tán sắc sợi là không
đáng 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 hay
băng 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. Tại
mỗi BS, tín hiệu đã điều chế được khôi phục bằng cách sử dụng PD để tách tín hiệu
quang, 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, nhỏ
hơn 10GHz.
Bằng cách giảm tần số sử dụng để tạo ra tín hiệu điều chế tại CS như trong cấu
hình IF-over-Fiber hay BB-over-Fiber, băng thông yêu cầu cho điều chế quang có thể
được giảm đi đáng kể. Điều này đặc biệt quan trọng khi RoF tại băng tần sóng mm
được kết hợp với ghép kênh phân chia theo bước sóng mật độ cao (DWDM). Tuy
nhiên, điều này làm tăng số lượng thiết bị tại các BS do phải bổ sung thêm các bộ
chuyển đổi nâng tần cho đường xuống và bộ chuyển đổi hạ tần cho đường lên. Trong
truyền dẫn sóng mang con RF, cấu hình BS chỉ có thể được đơn giản hóa nếu bộ điều
chế ngoài quang sóng mm và PD tần số cao lần lượt được ứng dụng trong các bộ
chuyển 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 và
truyền 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 về
tần số IF hoặc băng tần gốc và truyền tới CS bằng điều chế tín hiệu quang từ LD sử
SVTH: Phạm Phúc Thịnh – D08VT1 Trang
18
Đồ án tốt nghiệp Đại Học Chương II: Hệ thống truyền dẫn RoF
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 điều

chế 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 tín
hiệu 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 tần
qua sợi quang (IFoF) và truyền tín hiệu băng tần cơ sở qua sợi quang (BBoF). Các kỹ
thuật này đã được trình bày ở phần trên.
Bên cạnh đó, kĩ thuật RoF cũng có thể được phân loại dựa vào các nguyên lý
điều chế và tách sóng được sử dụng. Khi đó RoF được chia làm 2 loại chính: Điều
chế 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 động
nội LO tại RAU cũng có thể sử dụng IM-DD để truyền số liệu băng tần cơ sở hoặc IF
tới RAU. Tuy nhiên, trong hầu hết các trường hợp, IFoF và BBoF dựa vào RHD để
tạo tín hiệu RF. Phần tiếp theo, ta sẽ nghiên cứu kĩ hơn về hai kĩ thuật: IM-DD và
RHD.
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
điều chế trực tiếp cường độ của nguồn ánh sáng với chính tín hiệu RF và sau đó tách
sóng trực tiếp tại bộ tách sóng quang để khôi phục lại tín hiệu RF. Phương pháp này
được xếp vào kỹ thuật điều chế cường độ và tách sóng trực tiếp (IM - DD). Có hai
cách điều chế nguồn ánh sáng. Cách thứ nhất diode laser có thể tự điều chế trực tiếp
bằng việc 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 này
được chỉ ra trong hình 2.6. Trong cả hai trường hợp, tín hiệu điều chế là tín hiệu RF
thực tế được phân phối đi. Tín hiệu RF phải điều chế phù hợp với dữ liệu.
SVTH: Phạm Phúc Thịnh – D08VT1 Trang
19
Đồ án tốt nghiệp Đại Học Chương II: Hệ thống truyền dẫn RoF

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 quang
PIN, 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 để
kích thích anten. Nếu tín hiệu RF dùng để điều chế tại phía phát được điều chế với dữ
liệu thì tín hiệu RF được tách tại phía thu sẽ mang cùng một dữ liệu. Dạng điều chế
của dữ liệu được bảo đảm.
Điều chế trực tiếp đơn giản nhưng có nhược điểm là băng thông bị hạn chế bởi
tần số của laser diode, hiện tượng chirp gây lên sự trải rộng của xung ánh sáng gây ra
giới hạn về tốc độ truyền tín hiệu. Vì thế đối với các tần số cao trên 10 GHz, điều chế
ngoài được sử dụng nhiều hơn điều chế trực tiếp. Ngày nay, có 2 loại điều chế ngoài
được sử dụng một cách rộng rãi đó là bộ điều chế ngoài Mach-Zehnder và bộ điều
chế ngoài hấp thụ điện tử (EAM). Tuy nhiên trong khuôn khổ đồ án, ta sẽ chỉ đi sâu
vào 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.
SVTH: Phạm Phúc Thịnh – D08VT1 Trang
20
Đồ án tốt nghiệp Đại Học Chương II: Hệ thống truyền dẫn RoF
Cấu trúc chung nhất của bộ MZM được mô tả như Hình 2.7. Bộ điều chế giao
thoa MZM bao gồm một bộ chia tại ngõ vào, hai nhánh dẫn sóng ánh sáng, và một bộ
ghép tại ngõ ra. Hoạt động của bộ MZM dựa vào hiện tượng giao thoa ánh sáng và
hiện tượng thay đổi chiết suất của vật liệu (LiNbO3) theo cường độ dòng phân cực
hay nói cách khác là tuân theo hiệu ứng Pockels (là hiệu ứng mà ở đó chiết suất ánh
sáng của môi trựờng biến đổi theo điện trường áp dụng lên môi trường đó. Khi chiết
suất ánh sáng thay đổi theo điện thế, thì pha của sóng truyền qua cũng bị thay đổi
theo điện thế đó). Một cách vắn tắt, độ lệch pha của một sóng truyền qua tỉ lệ thuận
với điện thế áp dụng và đựợc cho bởi công thức:
V

V
π
φ π
∆ = −
(2.1)
Trong đó: V là điện thế phân cực cho MZM. V
π
là điện thế phân cực để pha
của nhánh tương ứng bị dịch 180
0
. Như vậy, pha của sóng mang quang sẽ bị dịch đi
một góc tùy thuộc vào điện thế phân cực áp vào các điện cực. Ngõ ra của bộ MZM là
kết quả giao thoa của hai nhánh. MZM được ứng dụng phổ biến trong điều chế pha
và điều chế biên độ. Có hai cách phân cực cho bộ MZM đó là phân cực đơn (single
drive) và phân cực kép (dual drive).
Hình 2.8 mô tả bộ MZM phân cực đơn. Trong kiểu phân cực này, chỉ có một
nhánh MZM được phân cực. Ngõ ra của MZM là sự kết hợp của hai nhánh, ta có:
(1 )
2 2 2
in
in
V
V
j
j
V
in in in
V
out
E E E

E e e
π
π
π
π
= + = +
(2.2)
Trong đó: E
in
là cường độ ánh sáng ngõ vào, E
out
là cường độ ánh sáng ngõ ra,
V
π
là điện thế phân cực để pha nhánh đó dịch π , V
in
là điện thế phân cực cho MZM.
SVTH: Phạm Phúc Thịnh – D08VT1 Trang
21
Đồ án tốt nghiệp Đại Học Chương II: Hệ thống truyền dẫn RoF
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
= V

π

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
từ trạng thái ON đến OFF).
Hình 2.9 mô tả bộ MZM phân cực kép. Trong cách phân cực này, cả hai
nhánh của MZM đều được phân cực với điện thế đối xứng V
1
(t) = -V
2
(t).
Hình 2. 9: Cấu trúc bộ MZM phân cực kép.
Ngõ ra của bộ MZM phân cực đôi cũng là sự kết hợp của cả hai nhánh như
trường hợp phân cực đơn.
1 2
( )
2
V V
j j
V V
in
out
E
E e e
π π
π π

= +
(2.3)
Với việc sử dụng bộ điều chế ngoài, tín hiệu ánh sáng đầu ra sẽ ở hai trạng
thái: sáng – ON và tắt – OFF, trong khi laser vẫn có thể hoạt động ở chế độ phát liên
tục, do đó sẽ khi điều chế ở tốc độ cao sẽ tránh được hiện tượng giãn xung tần số ánh
SVTH: Phạm Phúc Thịnh – D08VT1 Trang
22
Tín hiệu thu (Opcal)
Bộ kết hợp
Dao động nội
ωLO
Chuyển đổi quang/điện
Tín hiệu điện
Chuỗi bít
Đồ án tốt nghiệp Đại Học Chương II: Hệ thống truyền dẫn RoF
sáng (frequency chirp). Đây cũng chính là ưu điểm của việc sử dụng bộ điều chế
ngoài so với việc sử dụng điều chế trực tiếp.
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 diode
phát quang để tạo ra tín hiệu RF. Các kỹ thuật này được gọi chung là các kỹ thuật
tách sóng Heterdyne đầu xa (RHD). Trong khi sử dụng chuyển đối O/E. Diode quang
cũng hoạt động như là một bộ trộn, nó đóng vai trò là một phần tử chính trong các hệ
thống RoF dựa trên RHD.
Trong kỹ thuật optical heterodyne, hai hay nhiều tín hiệu quang được truyền
đồng thời và chúng có tính quan hệ với nhau tới đầu thu. Và một trong số chúng kết
hợp 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 có
khoảng cách rất nhỏ 0.5nm. Tại đầu thu, sự kết hợp 2 sóng quang này bằng kỹ thuật
heterodyne 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:
( )
[ ]
ssss
tiAE
ϕω
+−=
exp
( 2.4)
SVTH: Phạm Phúc Thịnh – D08VT1 Trang
23
Hình 2. 10: Sơ đồ khối kỹ thuật tách sóng heterodyne
Đồ án tốt nghiệp Đại Học Chương II: Hệ thống truyền dẫn RoF
Trong đó ω
s
là tần số sóng mang, A
s
là biên độ và φ
s
là pha của tín hiệu.
Tương tự cường độ của tín hiệu tham chiếu có dạng
( )
[ ]
refrefrefref
tiAE
ϕω
+−=
exp

( 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 cực
giống nhau để chúng có thể kết hợp tại PD ở đầu thu. Như ta biết rằng, công suất thu
được ở PD có dạng
2
refs
EEKP
+=
trong đó K được gọi là hằng số tỷ lệ của PD.
Như vậy ta có:
( )
( ) ( )
( ) ( )
2
sincos
sincos
refrefrefrêfrefs
ssssss
tiAtA
tiAtA
KtP
ϕωϕω
ϕωϕω

++++
+++
=
( )
( )
( )
( )( )
2
sinsin
coscos
refrefrefsss
rêfrefrefsss
tAtAi
tAtA
K
ϕωϕω
ϕωϕω
++++
+++
=
( )( )
( )
refsrefsrefsrefs
tAAAAK
ϕϕωω
−+−++=
cos2
22
( )
refsrefsrefs

tPPPP
ϕϕω
−+++=
0
cos2
( 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

( )
( )
refsrefsref
PPPtP
ϕϕ
−+= cos2
( 2.7)
vì thông thường P
s
<<P
ref
.
SVTH: Phạm Phúc Thịnh – D08VT1 Trang
24
Đồ án tốt nghiệp Đại Học Chương II: Hệ thống truyền dẫn RoF
Dòng điện sau PD có dạng

( ) ( )
refsref
PPRItRPtI 2+==
với φ
s
= φ
ref
. ( 2.8)
Do I
ref
thường cố định nên người ta dễ dàng tách ra được thành phần tín hiệu
homodyne bằng một mạch so sánh quyết định ngưỡng:
( )
refs
PPRtI 2
ho m
=
( 2.9)
Từ công thức (2.9) ta thấy ưu điểm của phương pháp tách sóng homodyne đó
là: 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 tách
sóng 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 sóng
tín hiệu lẫn sóng tham chiếu. Điều này được thực hiện bằng một vòng khóa pha
quang.
• Nếu ω
s
≠ 0 thì đây được gọi là kỹ thuật heterodyne:
( ) ( ) ( )

ϕω
∆++== tPPRItRPtI
refsref 0
cos2
( 2.10)
Khi đó thành phần tín hiệu heterodyne là:
( ) ( )
ϕω
∆+= tPPRtI
refshet 0
cos2
(2.11)
Lúc này thành phần tín hiệu sẽ được đại diện bởi biên độ, tần số và pha của
sóng mang IF. Phương trình (2.11) cho thấy sự ổn định tần số tức thời của các tín
hiệu được tạo ra nhờ RHD phụ thuộc vào độ lệch tần số tức thời giữa 2 sóng mang
quang được trộn. Vì vậy, trong RHD, cần thiết phải điều khiển độ lệch tần số tức thời
một cách chính xác để giữ tần số của tín hiệu phát ra ổn định. Thường thì chỉ có một
trong hai sóng mang quang được điều chế với số liệu.
2.2.2.2. Nhận xét.
SVTH: Phạm Phúc Thịnh – D08VT1 Trang
25