KỸ THUẬT OFDM ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Bùi Thị Phượng
KỸ THUẬT OFDM ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG
THÔNG TIN QUANG
Chuyênngành: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
Mãsố: 60.52.02.08
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
HÀ NỘI – NĂM 2014
Luận văn được hoàn thành tại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Người hướng dẫn khoa học: TS. VŨ TUẤN LÂM
Phản biện 1: TS. Vũ Văn San
Phản biện 2: TS. Hoàng Văn Võ
Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại
Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Vào lúc: 9 giờ 30 ngày 09 tháng 08 năm 2014
Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
1
LỜI MỞ ĐẦU
Xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu của con người về trao đổi
thông tin ngày càng lớn. Để đáp ứng những nhu cầu đó, đòi hỏi mạng
lưới viễn thông phải có tốc độ cao, dung lượng lớn. Các hệ thống
truyền dẫn điện đã rơi vào trạng thái bão hòa, hay nói cách khác tốc
độ cho phép của môi trường truyền dẫn điện chỉ nằm trong một giới
hạn cho phép (hàng chục Gb/s). Trong khi đó, yêu cầu truyền dẫn của
các mạng lưới viễn thông ngày nay đã lên tới hàng Tb/s và thậm chí
hơn. Việc ra đời mạng truyền dẫn quang với băng thông gần như vô
hạn đã phần nào đáp ứng được nhu cầu đó.Ta thấy, chỉ trong một thời
gian rất ngắn, khi mà công nghệ sợi quang phát triển mạnh mẽ kèm

theo các công nghệ khuếch đại tín hiệu quang tiên tiến ra đời thì các
hệ thống truyền thông quang mới thật sự thể hiện được những khả
năng vượt trội của nó.
Khi khả năng truyền dẫn đã tạm được giải quyết nhờ sự ra đời
của công nghệ truyền dẫn sợi quang thì tốc độ chuyển mạch của các
thiết bị điện tử để thích ứng với công nghệ truyền thông tốc độ cao
của sợi quang là điều cần thiết. Môi trường truyền dẫn là cáp sợi
quang với băng thông cực lớn, còn tín hiệu vẫn được xử lý, thực hiện
ở trên nền điện tử đã có sẵn. Các kỹ thuật ghép kênh vẫn được dùng
cả trong miền điện lẫn miền quang nhằm sử dụng tốt hơn nữa tài
nguyên sẵn có và nâng cao tốc độ cho cả hệ thống. Đề tài tiếp cận
một kỹ thuật ghép kênh theo tần số tiên tiến để điều chế tín hiệu
trong miền điện trước khi đưa vào kênh truyền quang để truyền đi.
Đó là kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM
(Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Đây là kỹ thuật ghép
kênh cho phép sử dụng hiệu quả phổ tần số, có thể giải quyết vấn đề
tán sắc do kênh truyền sợi quang gây ra. Tán sắc là hiện tượng gây ra
2
giãn xung tín hiệu khi truyền trên kênh truyền quang làm giảm đáng
kể chất lượng truyền dẫn tín hiệu quang. Tán sắc không những làm
giới hạn khoảng cách truyền dẫn mà còn làm giảm tốc độ của hệ
thống. Kỹ thuật OFDM để điều chế tín hiệu điện trước khi chuyển
thành tín hiệu quang.
Mục tiêu của đề tài là ứng dụng kỹ thuật OFDM trên kênh truyền
quang. Đây là sự kết hợp những ưu điểm của cả kỹ thuật OFDM và
hệ thống thông tin quang. Và phần cuối của luận văn đưa ra kết quả
mô phỏng hệ thống OFDM quang long-haul. Luận văn gồm có 3
chương:
Chương I: Giới thiệu chung về OFDM.
Chương II: Xử lý tín hiệu trong OFDM.

Chương III: Các hệ thống OFDM quang.












3
CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ OFDM
1.1Tiến trình phát triển của OFDM
OFDM được giới thiệu đầu tiên bởi Chang trong buổi thuyết
trình vào năm 1966 [4]. Thuật ngữ ‘OFDM” trong thực tế xuất hiện
đầu tiên trong bằng sáng chế khác của ông ấy vào năm 1970. Các
lĩnh vực trong OFDM có bước phát triển dài như một nét nổi bật
trong hàng triệu ứng dụng bởi vì sự thiếu các ứng dụng băng rộng
cho OFDM và các mạch điện tử được tích hợp năng lượng lớn để đáp
ứng sự tính toán phức tạp được yêu cầu bởi OFDM. Tuy nhiên, sự
xuất hiện của các ứng dụng số băng rộng và hoàn thiện việc tích hợp
CMOS chip trong những năm 1990 và đưa OFDM vào một thời đại
mới. Trong năm 1995, OFDM được ứng dụng trong chuẩn truyền
hình số - DVB châu Âu. Điều này cho thấy OFDM là một công nghệ
điều chế quan trọng và báo trước một kỉ nguyên mới cho sự thành
công của OFDM trong rất nhiều ứng dụng. Ngoài DVB Châu Âu,
OFDM còn được sử dụng trong mạng LAN không dây (Wi-Fi; IEEE

802.11a/g), mạng Metro không dây (WiMAX; 802.16e), đường dây
thuê bao số bất đối xứng (ADSL;ITU G992.1), và LTE…
1.2 OFDM cơ bản
1.2.1 Các nguyên lý cơ bản của OFDM
Nguyên lý cơ bản của OFDM (Orthogonal Frequency Division
Multiplexing) là chia một luồng dữ liệu tốc độ cao thành các luồng
dữ liệu tốc độ thấp hơn và phát đồng thời trên một số các sóng mang
con trực giao. Vì khoảng thời gian symbol tăng lên cho các sóng
mang con song song tốc độ thấp hơn, cho nên lượng nhiễu gây ra do
độ trải trễ đa đường được giảm xuống. Nhiễu xuyên ký tự ISI được
hạn chế hầu như hoàn toàn do việc đưa vào một khoảng thời gian bảo
vệ trong mỗi symbol OFDM. Trong khoảng thời gian bảo vệ, mỗi
4
symbol OFDM được bảo vệ theo chu kỳ để tránh nhiễu giữa các sóng
mang ICI.

Hình 1.1. So sánh kỹ thuật sóng mang không chồng xung (a) và
kỹ thuật sóng mang chồng xung (b).
Về bản chất, OFDM là một trường hợp đặc biệt của phương thức
phát đa sóng mang theo nguyên lý chia dòng dữ liệu tốc độ cao thành
tốc độ thấp hơn và phát đồng thời trên một số sóng mang được phân
bổ một cách trực giao. Nhờ thực hiện biến đổi chuỗi dữ liệu từ nối
tiếp sang song song nên thời gian symbol tăng lên. Do đó, sự phân
tán theo thời gian gây bởi trải rộng trễ do truyền dẫn đa đường
(multipath) giảm xuống.
OFDM khác với FDM ở nhiều điểm. Trong phát thanh thông
thường mỗi đài phát thanh truyền trên một tần số khác nhau, sử dụng
hiệu quả FDM để duy trì sự ngăn cách giữa những đài. Tuy nhiên
không có sự kết hợp đồng bộ giữa mỗi trạm với các trạm khác. Với
cách truyền OFDM, những tín hiệu thông tin từ nhiều trạm được kết

5
hợp trong một dòng dữ liệu ghép kênh đơn. Sau đó dữ liệu này được
truyền khi sử dụng khối OFDM được tạo ra từ gói dày đặc nhiều
sóng mang. Tất cả các sóng mang thứ cấp trong tín hiệu OFDM được
đồng bộ thời gian và tần số với nhau, cho phép kiểm soát can nhiễu
giữa những sóng mang. Các sóng mang này chồng lấp nhau trong
miền tần số, nhưng không gây can nhiễu giữa các sóng mang (ICI) do
bản chất trực giao của điều chế. Với FDM những tín hiệu truyền cần
có khoảng bảo vệ tần số lớn giữa những kênh để ngăn ngừa can
nhiễu. Điều này làm giảm hiệu quả phổ. Tuy nhiên với OFDM sự
đóng gói trực giao những sóng mang làm giảm đáng kể khoảng bảo
vệ cải thiện hiệu quả phổ.

Hình 1.2. Sơ đồ hệ thống OFDM
1.2.2. Đơn sóng mang
1.2.3 Đa sóng mang
1.2.4. Sự trực giao
Sự trực giao - Orthogonal chỉ ra rằng có một mối quan hệ chính xác
giữa các tần số của các sóng mang trong hệ thống OFDM. Trong hệ
thống FDM thông thường, các sóng mang được cách nhau trong một
khoảng phù hợp để tín hiệu thu có thể nhận lại bằng cách sử dụng các bộ
lọc và các bộ giải điều chế thông thường. Trong các máy như vậy, các
khoảng bảo vệ cần được dựliệu trước giữa các sóng mang khác nhau.
6
Việc đưa vào các khoảng bảo vệ, các sóng mang không có tính trực giao
này làm giảm hiệu quả sử dụng phổ của hệ thống.
Đối với hệ thống đa sóng mang phụ thuộc, đảm bảo cho các sóng
mang được định vị chính xác tại điểm gốc trong phổ điều chế của
mỗi sóng mang. Tuy nhiên, có thể sắp xếp các sóng mang trong
OFDM sao cho các dải biên của chúng che phủ lên nhau mà các tín

hiệu vẫn có thể thu được chính xác mà không có sự can nhiễu giữa
các sóng mang. Để có được kết quả như vậy, các sóng mang phải
trực giao về mặt toán học. Máy thu hoạt động gồm các bộ giải điều
chế, dịch tần mỗi sóng mang xuống mức DC, tín hiệu nhận được lấy
tích phân trên một chu kỳ của symbol để phục hồi dữ liệu gốc. Nếu
mọi sóng mang đều dịch xuống tần số tích phân của sóng mang này,
trong một chu kỳ

, kết quả tính tích phân các sóng mang khác sẽ là
zero. Do đó, các sóng mang độc lập tuyến tính với nhau (trực giao)
nếu khoảng cách giữa các sóng là bội số của 1/

. Bất kỳ sự phi tuyến
nào gây ra bởi sự can nhiễu của các sóng mang ICI cũng làm mất đi
tính trực giao.
1.2.4.1. Trực giao miền tần số
1.2.4.2. Mô tả toán học của OFDM
Về mặt toán học, trực giao có nghĩa là các sóng mang được lấy ra
từ nhóm trực chuẩn (Orthogonal basis).Phương pháp điều chế OFDM
sử dụng rất nhiều sóng mang, vì vậy tín hiệu được thể hiện bởi công
thức:
 





1
0
)(

).(
1
)(
N
n
ttj
cs
cn
etA
N
tS

(1.2)
Trong đó,

=

0
+ n.



7
1.3. Kết luận chƣơng 1
Kỹ thuật OFDM có nhiều lợi ích mà các kỹ thuật ghép kênh khác
không có được. Nó làm cho thông tin truyền với tốc độ cao bằng
cách chia kênh truyền fading chọn lọc tần số thành các kênh truyền
con fading phẳng. Nhờ việc sử dụng tập tần số sóng mang trực giao
nên các sóng mang nên hiện tượng nhiễu liên sóng mang ICI có thể
được loại bỏ, do các sóng mang phụ trực giao nhau nên các sóng

mang này có thể chồng lấn lên nhau mà phía thu vẫn có thể tách ra
được dẫn đến hiệu quả sử dụng băng thông hệ thống rất hiệu quả.

















8
CHƢƠNG II: XỬ LÍ TÍN HIỆU TRONG OFDM QUANG
2.1. Giới thiệu
Muốn khai thác được ứng dụng của hệ thống OFDM quang ngoài
việc chú ý đến việc điều chế sóng mang đơn,ta cần chú ý đến quá
trình xử lí tín hiệu.
Trong chương này, chúng ta xem xét các khía cạnh khác nhau
của xử lí tín hiệu OFDM kết hợp với ba mức đồng bộ bao gồm đồng
bộ cửa sổ, đồng bộ tần số, và đánh giá kênh; bộ chuyển đổi tương tự
sang số, số sang tương tự ảnh hưởng đến hiệu năng hệ thống.
2.2. Xử lí tín hiệu OFDM đầu cuối

Nhìn chung, mô hình tryền dẫn tín hiệu OFDM mô tả quá trình
biến đổi tín hiệu qua bộ phát, kênh truyền dẫn, và bộ thu phụ thuộc
vào ứng dụng cụ thể. Ở đây chúng ta sử dụng hệ thống quang
coherent (CO)-OFDM như một vi dụ để minh họa các thành phần cơ
bản của quá trình xử lí tín hiệu OFDM.
Trong bộ phát RF OFDM, dữ liệu số đầu vào được biến đổi lần
đầu từ dãy các bit tới một khối các bit song song bao gồm ký hiệu
thông tinN
SC
, mỗi khối bit có thể bao gồm nhiều bit cho mã hóa Gray.
Ký hiệu thông tin này được ánh xạ với một tín hiệu phức tạp hai
chiều
ki
c
ví dụ sử dụng mã hóa Gray,
ki
c
là ký hiệu thông tin phức
tạp được ánh xạ. Các kí hiệu của
ki
c
phù hợp với thứ tự các sóng
mang con và các khối OFDM. Tín hiệu OFDM miền thời gian được
kết hợp thông qua biến đổi Fourie ngược rời rạc IDFT cho
ki
c
và
một khoảng bảo vệ được chèn vào để tránh xuyên kênh.
2.3. Đồng bộ cửa sổ DFT
Đồng bộ là một trong những chức năng quan trọng nhất đối với

máy thu CO-OFDM. Như phần trước quá trình đồng bộ có thể được
9
chia làm ba mức: đồng bộ thời gian của sổ DFT, đồng bộ bù tần số
sóng mang, và khôi phục sóng mang con.


Hình 2.2. Cấu trúc miền thời gian của tín hiệu OFDM
Hình 2.2 thể hiện cấu trúc miền thời gian của một tín hiệu OFDM
bao gồm nhiều ký hiệu OFDM. Mỗi ký hiệu OFDM kết hợp một
khoảng bảo vệ và một chu kì khảo sát. Điều bắt buộc là bắt đầu của
cửa sổ DFT (tức là chu kì quan sát) phải được xác định đúng bởi vì
một cửa sổ DFT sai lệch là kết quả của sự nhiễu giữa các ký hiệu và
nhiễu giữa các sóng mang (ICI).
2.4. Đồng bộ bù tần số
2.4.1. Sự chọn tần số
2.4.2. Hiệu chỉnh tần số
2.5. Khôi phục sóng mang: đánh giá kênh và đánh giá pha
Từ mô hình kênh công thức (2.8), có ba nhân tố dẫn đến sự quay
của chòm sao kí tự thông tin bộ thu
ki
r
: (1) tán sắc kênh
ki
H
, nó
làm cho sự phụ thuộc tần số sang phổ OFDM; (2) bù thời gian lấy
mẫu DFT tạo ra một tham số pha tuyến tính với tần số sóng mang
con và (3) nhiễu pha từ laser phát và thu. Hằng số thời gian đối với
ba nhân tốlà khác nhau. Nhân tố đầu tiên thay đổi trên khoảng thời
gian (ms) do sự chuyển động cơ học của sợi. Cụ thể tán sắc thay đổi

theo sự dao động nhiệt độ liên tục. Tán sắc phân cực mode biến đổi
do sự dao động cơ học và nhiệt độ trong khoảng ms. Nhân tố thứ hai
10
được gây ra bởi bù tốc độ thời gian lấy mẫu và nó có thể cần để được
điều chỉnh mỗi micro giây tới 10 micro giây. Nhân tố thứ ba đến từ
nhiễu pha laser với dải phổ từ 100 KHz tới vài MHz. Hai nhân tố đầu
tiên được giải quyết thông qua đánh giá kênh. Nhân tố thứ ba nhờ
đánh giá pha và sự bù pha[16].
2.6. Đánh giá kênh
Đánh giá kênh là một phần của khôi phục sóng mang con. Tuy
nhiên, do tầm quan trọng của nó đối với toàn bộ hiệu năng hệ thống
và liên kết chặt chẽ của nó với các vấn đề khác ví dụ như hiệu chỉnh
tốc độ và sửa lỗi, nó là một trong những chuyên đề được nghiên cứu
sâu rộng nhất trong lĩnh vực về OFDM [6].
- Tại sao đánh giá kênh là cần thiết
Mặc dù chúng ta đã chỉ ra trước đó rằng việc đánh giá kênh là
cần thiết để định hướng chùm tín hiệu tại bộ thu, nó không thể luôn
được yêu cầu cho điều chế rời rạc. Mã hóa khác nhau có thể được
nhận ra thông qua hai phương pháp:
(1) Sử dụng hai symbol OFDM liên tiếp nhau và (2) sử dụng hai sóng
mang con liên tiếp nhau. Mã hóa khác nhau loại bỏ yêu cầu đối với
hoặc là liên quan hoàn toàn đến các đặc điểm kênh truyền hoặc pha
symbol và do đó đánh giá kênhkhông cần thiết. Tuy nhiên, có một
bất lợi là SNR khác nhau với các loại mã hóa khác nhau.
2.7. Kết luận chƣơng 2
Quá trình xử lý tín hiệu trong OFDM quang là rất quang trọng,
nó đảm cho việc xây dựng các hệ thống OFDM quang hoạt động ổn
định với các thông số cho phép. Việc xử lý tín hiệu phải đảm bảo
đồng bộ cửa sổ, đồng bộ tần số, đánh giá kênh. Bộ chuyển đổi tương
tự sang số, số sang tương tự ảnh hưởng đến hiệu năng của hệ thống.

11
CHƢƠNG III:CÁC HỆ THỐNG OFDM QUANG
3.1. Giới thiệu
Một trong những điểm mạnh của OFDM là sự đa dạng của nó và
tương thích với nhiều ứng dụng.
Để tăng chất lượng hệ thống thông tin quang thì việc thiết kế bộ
thu quang với độ lợi lớn, độ nhạy cao là cần thiết và quan trọng.
Trong các bộ thu quang, việc tách sóng mang quang để thu lại được
tín hiệu điện bên phía phát dựa vào hai kỹ thuật chính đó là kỹ thuật
tách sóng trực tiếp (DD - Direct Detector) và kỹ thuật tách sóng hết
hợp (CO - Coherrent Detector) [16].
3.2. OFDM quang coherent
OFDM quang coherent (CO-OFDM) có hiệu năng của độ nhạy
máy thu, hiệu suất sử dụng phổ, và chống lại sự phân cự, nhưng nó
yêu cầu sự linh hoạt cao nhất trong thiết kế máy thu. CO-OFDM
được đề xuất đầu tiên bởi Shieh và Athaudage[13], và khái niệm
OFDM quang coherent đa đầu vào và đầu ra được chính thức hóa bởi
Shieh. CO-OFDM được tiến hành đầu tiên bởi Shieh cho sợi đơn
mode chuẩn 1000km (SSMF) truyền dẫn ở 8Gb/s và bởi Jansen đối
với SSMF 4160km ở 20Gb/s. Tuy nhiên, nguyên tắc cơ bản của CO-
OFDM như sau: thực hiện hiệu quả sử dụng phổ bởi phổ sóng mang
chồng lấn lên nhau trong khi tránh xuyên nhiễu bởi sử dụng tách
sóng nhất quán và sự trực giao giữa các tín hiệu.
3.2.1. Nguyên lí của CO-OFDM.
OFDM mang lại hiệu quả tính toán các hệ thống coherent, dễ
dàng đánh giá pha và kênh. Các hệ thống coherent mang OFDM
tuyến tính được yêu cầu trong bộ chuyển đổi RF thành tín hiệu quang
(RTO) và bộ chuyển đổi quang thành RF. Do đó, một biến đổi tuyến
tính là mục tiêu chính đối với việc thực hiện OFDM. Một hệ thống

12
OFDM thông thường như hình 3.1 có thể chia thành 5 khối chức
năng: bộ phát RF OFDM, bộ chuyển đổi RTO, kênh quang, bộ
chuyển đổi OTR và bộ thu RF OFDM. Giả sử kênh quang tuyến
tính,rõ ràng rằng những khó khăn đối với việc thực thi CO-OFDM là
để có một bộ chuyển đổi RTO tuyến tính và bộ chuyển đổi OTR
tuyến tính. Nó đã được đề xuất và phân tích xu hướng bộ điều chế
Mach-Zehnder tại điểm không, sự chuyển đổi tuyến tính giữa tín hiệu
RF và tín hiệu trường quang có thể được thực hiện[16].

Hình 3.1. a) Hệ thống CO-OFDM trong mô hình chuyển đổi
đƣờng lên/xuống trực tiếpb) mô hình tần số trung gian
3.2.2. Thiết kế bộ phát quang cho CO-OFDM
3.2.3. Chức năng của các khối trong các hệ thống CO-OFDM.
3.2.4. Điều chế quang I/Q cho chuyển đổi đường lên RF sang
quang tuyến tính
Trong phần này, chúng ta sử dụng việc phân tích các loại điều
chế (Intermodulation Tone)tương tự nhau để nghiên cứu điều chế phi
tuyến I/Q trên chuyển đổi RF sang quang đối với bộ phát CO-OFDM.
Kết quả thu được ở đây nên áp dụng với các hệ thống đa sóng mang
13
tương tự coherent. Đối với mô hình chuyển đổi đường lên/xuống trực
tiếp, hai tốc độ của sóng mang con
1
jt
1
v ve


và

2
jt
2
v ve



được áp dụng với đầu vào của bộ điều chế quang I/Q. Vì mục đích
đơn giản hóa, chúng ta chỉ đưa ra các phân tích hiệu năng phi tuyến
đối với mô hình chuyển đổi . Tín hiệu quang ở đầu ra của bộ điều chế
quang I/Q là:

)j
2
tjexp(
V
VV
2
cosA
)jtjexp(
V
VV
2
cosA)t(E
1LD1LD
DCQ
1LD1LD
DCI





























(3.1)

Với A không đổi. Tất cả các hằng số sẽ được bỏ qua trong phần này.
Miền quang E(t) được thể hiện ở dạng phức tạp- một dạng chung

trong miền điện từ- nhưng miền điện nên được xem như phần thực
của E(t).
I
V
và
Q
V
là phần thực là phần ảo của RF đưa tín hiệu tới
mỗi MZM, biểu diễn theo:
 
1 1 2
V v cos t cos t   
,
 
Q 1 2
V v sin t sin t   

DC
V
là điện thế dịch DC của bộ điều chế;
V

là điện thế chuyển
dịch nửa sóng; và
LD1 LD1
/
là tần số/ pha của máy phát.
14
3.2.5. Mô tả điểm dịch không cho các hệ thống CO-OFDM
3.2.6. Sự tách sóng coherent đối với chuyển đổi đường xuống tuyến

tính và sự hạn chế nhiễu
Như hình 3.4, tách sóng coherent sử dụng một sự lai ghép quang
90 độ với 6 cổng và hai bộ tách sóng hình ảnh cân bằng (với 4
photodiode). Mục đích chính của tách sóng coherent là để khôi phục
tuyến tính các thành phần I và Q của tín hiệu đầu vào, và để khử
nhiễu hoặc loại bỏ nhiễu mode. Sử dụng lai ghép 90 độ với 6 cổng
đối với tách tín hiệu và phân tích tín hiệu đã thực hiện trong miền RF
và ứng dụng của nó với các hệ thống quang coherent sóng mang đơn
có thể được tìm thấy ở Ly-Gagnon và Savory[6]. Để minh chứng
nguyên lí làm việc của nó chúng ta thực hiện phân tích chuyển đổi
luồng xuống qua tách sóng coherent giả sử điều kiện lí tưởng đối với
mỗi thành phần trong hình 3.4.

Hình 3.4. Tách sóng coherent sử dụng một bộ tách photo cân
bằng và lai ghép quang
Mục đích của 4 cổng ra của lai ghép quang 90 độ là để tạo ra
một sự thay đổi pha 90 độ đối với các thành phần I và Q, và thay đổi
pha 180 độ đối với tách sóng cân bằng.
15
3.2.7. Độ nhạy bộ thu đối với CO-OFDM
3.3. OFDM quang tách sóng trực tiếp
3.3.1. DDO-OFDM được ánh xạ tuyến tính
Như hình 3.4 phổ quang của tín hiệu LM-DDO-OFDM tại
đầu ra của bộ phát O-OFDM là một ản sao tuyến tính của phổ RF
OFDM cùng với một sóng mang quang thường là 50% năng lượng
tổng.

Hình 3.5. Minh họa LM-DDO-OFDM với phổ OFDM quang là
tƣơng tự với phổ OFDM dải cơ sở
3.3.1.1. SSB-OFDM bù

OFDM bù được đề xuất bởi Lowery [9].Chúng chỉ ra rằng DDO-
OFDM có thể giảm số sự phân cực nhiều lên tới 5000km sợi SSMF.
Nó được chứng minh bởi Schmidt từ cùng nhóm đối với truyền dẫn
400km ở 20Gb/s. Hình 3.6 chỉ ra hệ thống dược đề xuất của OFDM
bù trong mô phỏng của chúng. Hệ thống được giả lập là 10Gb/s với
điều chế 4-QAM với băng thông xấp xỉ 5GHz. Trong bộ phát OFDM
điện, tín hiệu OFDM được chuyển đổi đường lên sang sóng mang ở
7.5 GHz, tạo một dải OFDM khoảng cách từ 5 tới 10GHz. Tín hiệu
RF OFDM được đưa vào một bộ điều chế quang. Phổ quang đầu ra
có hai dải OFDM biên đối xứng qua sóng mang con chính.
3.3.1.2. SSB-OFDM quang băng tần cơ sở
SSB-OFDM quang băng tần sở được đề xuất bởi Hewitt[16] để
phát triển hiệu suất phổ quang và điện. Thiết lập bộ phát là giống với
16
hình 3.6. Sự khác nhau là đối với SSB-OFDM băng tần cơ sở, không
có nhu cầu đối với chuyển đổi tần số RF. Đối với SSB-OFDM băng
tần cơ sở, chỉ dải phía dương được sử dụng và sóng mang con DC có
một tham số lớn để phục vụ như sóng mang con chính. Hình 3.9 cho
thấy phổ quang của SSB-OFDM quang băng tần cơ sở. Như chúng ta
phân tích trong công thức (3.3.1), cách tiếp cận này được giới hạn bởi
sự phi tuyến điều kiện hai.

Hình 3.9. Phổ quang của SSB-OFDM quang băng tần cơ sở
3.3.1.3. Tín hiệu RF kết hợp với OFDM
3.3.1.4. SSB-OFDM ảo
3.3.2 DDO-OFDM được ánh xạ phi tuyến
Lớp thứ hai của DDO-OFDM là OFDM được ánh xạ phi tuyến
(NLM-DDO-OFDM), nó nghĩ là không có việc ánh xạ tuyến tính
giữa trường điện từ (OFDM dải cơ sở) và trường quang. Thay vào
17

đó, NLM-DD-OFDM có xu hướng thực hiện ánh xạ tuyến tính giữa
OFDM dải cơ sở và cường độ quang. Để đơn giản hóa, chúng ta giả
sử NLM-DDO-OFDM sử dụng điều chế trực tiếp của một laser DFB;
3.3.2.1 OFDM tương thích
Tương tự VSSB-OFDM, SSB-OFDM tương thích được đề xuất
bởi Schuster để đạt được hiệu quả phổ cao hơn SSB-OFDM bù. Ý
tưởng bên cạnh CompSSB-OFDM là để ứng dụng tín hiệu OFDM
đối với cường độ tín hiệu. Bỏ qua chuyển đổi tần số đường lên đối
với sóng mang quang chính, tín hiệu CompSSB-OFDM quang E(t)
được biểu diễn như sau:
j (t)
E(t) a(t)e


(3.37)
Với a(t) là một bản sao của tín hiệu OFDM giá trị thực. Tín hiệu
OFDM giá trị thực a(t) bị cắt bỏ để tránh không rõ ràng.
(t)
trong
công thức (3.37) là không độc lập và phụ thuộc vào a(t)
3.3.2.2 OFDM đối với việc giảm thiểu xuyên nhiễu đa đường trong
sợi đa mode
Vào năm 2001, Dixon đề xuất dử dụng OFDM để giảm xuyên
nhiễu đa đường trong sợi đa mode. Mục tiêu của việc này là để
nghiên cứu tính linh hoạt của việc sử dụng sợi đa mode. Nhận thấy
rằng ngoài ra đối với khả năng của nó để giảm thiểu môi trường đa
đường chọn lọc tần số trong miền không dây RF, OFDM có thể
chống lại việc chọn lọc tần số của một sợi đa mode phân cực. Họ
cũng kết luận rằng các tốc độ vượt quá 100Mb/s qua kênh sợi đa
mode là có thể so với 20-30Mb/s sử dụng điều chế ASK thông

thường.
3.3.2.3 OFDM đối với ứng dụng sợi đơn mode short-haul
18
3.4 Mô phỏng hệ thống OFDM quang đƣờng dài.
Ở phần này ta sẽ đưa ra kết quả mô phỏng của hệ thống OFDM
Long-Haul bằng phần mềm Virtual Photonics Integrated (VPI), phần
mềm dùng để thiết kế các hệ thống thông tin quang. Các chương trình
OFDM coder và decoder được viết bởi phần mềm Matlab.
Sau đây là sơ đồ mô phỏng của hệ thống OFDM quang tách sóng
trực tiếp (DD) với đường truyền 1000km sợi quang.

Hình 3.23. Sơ đồ mô phỏng hệ thống OFDM quang đƣờng dài.
Sau đây là thông số được sử dụng cho mô phỏng này:
 Tốc độ bít mặc định: 10
9
b/s
 Cửa sổ thời gian: 8*1024/ Tốc độ bít mặc định (s)
 Tốc độ lấy mẫu: 4* Tốc độ bít mặc định/s
 Số bít cho mỗi ký hiệu QAM: 2
 Số sóng mang con: 64
 Tần số sóng mang: 7,5GHz
 Tần số tham chiếu: 193,1THz + tần số sóng mang.
Phổ của tín hiệu quang được lấy ra ngay sau liên kết sợi
quang, trước khi tín hiệu được tách bởi photodiode.
19

Hình 3.24. Phổ tín hiệu quang trƣớc khi đƣợc tách sóng bởi
photodiode.
3.5. Kết luận chƣơng 3
Chương này đã đưa ra hai hệ thống thông tin quang là OFDM

quang tách sóng kết hợp (OFDM quang coherent) và OFDM tách
sóng trực tiếp. Việc phân loại này dựa kỹ thuật tách sóng mang
quang ở bộ thu. OFDM quang coherent có ưu điểm là tăng độ nhạy
máy thu. Kỹ thuật OFDM tách sóng trực tiếp có nhược điểm là nhiễu
tạo ra từ bộ tách sóng quang, bộ tiền khuếch đại, độ nhạy của tách
sóng trực tiếp thấp. Tuy nhiên, so với các bộ tách sóng quang trực
tiếp thì tách kết hợp phức tạp hơn. Ở cuối chương cũng đã đưa
ra kết quả mô phỏng của hệ thống OFDM quang đường dài sử dụng
tách sóng trực tiếp, phần code của mã hóa OFDM được đưa vào phần
phụ lục.

20
KẾT LUẬNVÀ KIẾN NGHỊ
Do nhu truyền thông tốc độ cao ngày càng tăng, các ứng dụng
nội dung ngày càng phát triển đòi hỏi hạ tầng viễn thông phải phát
triển không ngừng để đáp ứng những nhu cầu đó. Như chúng ta đã
biết kỹ thuật OFDM tương thích với nhiều ứng dụng, không chỉ phát
triển trên mạng vô tuyến nó còn thích ứng với hệ thống truyền tải
quang giúp tiết kiệm băng thông, tăng tốc độ truyền dẫn.
OFDM quang là một lĩnh vực nghiên cứu nhanh chóng phát triển
sôi động trong truyền thông quang. Thật là thú vị rằng đó là khái
niệm truyền thông tiên tiến nhất và lý thuyết về điều chế, mã hóa,
tiếp nhận, và dung lượng kênh đang được áp dụng trong miền quang,
như đã thực hiện trong miền vô tuyến, nhưng với sự khác biệt chính
là các tín hiệu được xử lý ở một tốc độ cao hơn nhiều có thể lên 1 Tb
/ s. Đây là thách thức to lớn và cơ hội trong lĩnh vực điện tử tốc độ
cao và lượng tử ánh sáng. Các ý tưởng nghiên cứu và phát triển sẽ có
kết quả đáng kể trong lĩnh vực OFDM quang:
1. Truyền dẫn tốc độ Tb/s đã được nghiên cứu với OTDM. Và
CO-OFDM có khả năng có thể cung cấp một lựa chọn đầy hứa hẹn

đối với truyền dẫn Ethernet tốc độ 1 Tb/s thực thi qua kiến trúc ba
lớp ghép quang điện.
2 . Các mạng quang truyền thống chỉ hỗ trợ tốc độ dữ liệu liên
kết cố địnhtrong suốt thời gian hoạt động. Kỹ thuật OFDM, cung cấp
nhiều chức năng thuận lợi cho mạng tự động cấu hình lại trong tương
lai, chẳng hạn như tốc độ kênh thích nghi với điều kiện kênh.
3. OFDMA đã trở thành một kỹ thuật truy cập đa người dùng hấp
dẫn, trong đó tập hợp con của sóng mang con được gán cho người
dùng cá nhân. OFDMA cho phép linh hoạt trong việc phân chia trong
miền thời gian và tần số. Ngoài ra, OFDMA có thể là cầu nối giữa
21
mạng không dây và mạng truy nhập quang thông qua hệ thống RoF.
OFDMA cũng đã được chứng minh là một phương pháp tiếp cận đầy
hứa hẹn trong việc quản lý tài nguyên cho PONs.
4. Trong thời gian qua sự phát triển mạnh mẽ của xử lý tín hiệu
số, khả năng tích hợp kỹ thuật số, RF, các thành phần quang vào một
vi mạch silicon có thể thực hiện bốn chức năng chính của một thiết bị
thu phát OFDM quang.
5. Các tiêu chuẩn về OFDM phải được chuẩn hóa để phát triển
trong ngành công nghiệp truyền thông. Khi chúng ta muốn triển khai
một dịch vụ viễn thông thì yếu tố thì trường là yếu tố quan trọng,
trước tiên chúng ta phải tìm hiểu nhu cầu người dùng, giá cả dịch vụ,
hạ tầng mạng có đáp ứng không, yếu tố lịch sử,…
Công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số trực giao trong
truyền dẫn quang là một công nghệ hiện đại cho truyền thông tương
lai.Trong luận văn của mình, em đã mô tả những vấn đề liên quan
đến OFDM quang, bắt đầu từ công thức toán học cơ bản thông qua
quá trình xử lí tín hiệu OFDM và mã hóa đối với OFDM, tới các ứng
dụng khác nhau, ví dụ như truyền dẫn sợi đơn mode và sợi đa mode,
những mạng truy nhập quang cụ thể là OFDM quang coherent và

OFDM quang tách sóng trực tiếp. Luận văn cũng cung cấp các vấn
đề cơ bản của truyền dẫn quang, xuyên nhiễu kênh và các nguồn
nhiễu. Trong luận văn cũng đưa ra kết quả mô phỏng hệ thống
OFDM quang long-haul sử dụng tách sóng trực tiếp.
Kiến nghị nghiên cứu tiếp theo: Thiết kế triển khai hệ thống
OFDM quang cho Viễn thông Việt Nam.