Đánh giá hiệu năng của hệ thống FSOOFDM

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
KHOA VIỄN THÔNG 1

ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài: “ Đánh giá hiệu năng của hệ thống
FSO-OFDM ”

Người hướng dẫn :
Sinh viên thực hiện:
Lớp :
Khoá :
Hệ
:

THS NGÔ THỊ THU TRANG
TẠ VĂN BÁCH
D10VT6
2010 - 2015
ĐẠI HỌC CHÍNH QUY

Hà Nội, tháng 12/2014


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Danh mục từ viết tắt

NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ, CHO ĐIỂM
(Của Người hướng dẫn)
.....................................................................................................................................

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
Điểm: …………………….………(bằng chữ: …..…………… ….)
Đồng ý/ Không đồng ý cho sinh viên bảo vệ trước hội đồng chấm đồ án tốt
nghiệp?.

…………, ngày……. Tháng…… năm 20……

CÁN BỘ- GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

2
SVTH: Tạ Văn Bách_D10VT6


NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ, CHO ĐIỂM
(Của Giáo viên phản biện)

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
Điểm: …………………….………(bằng chữ: …..…………… ….)

…………, ngày…… tháng…… năm 20……

GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
(ký, họ tên)
MỞ ĐẦU
Hiện nay, công nghệ không dây đã và đang là một phần không
thể thiếu trong các hệ thống thông tin truyền thông. Ở trong các hệ
thống truyền dẫn không dây hiện tại thì công nghệ truyền dẫn vô
tuyến số RF (Radio Frequency) đang là công nghệ chủ yếu. Tuy
nhiên, những hạn chế về giới hạn băng thông, phải đăng ký dải phổ

khi sử dụng và chi phí lắp đặt cao đã khiến cho công nghệ này đang
gặp phải những thách thức lớn. Với những ưu điểm về độ rộng băng
thông, không phải đăng ký dải phổ và sự linh hoạt khi lắp đặt triển
khai, công nghệ truyền dẫn quang qua không gian tự do FSO (Free
Space Optics) được dự đoán là sẽ phát triển mạnh mẽ trong tương
lai.
Kỹ thuật OFDM – ghép kênh phân chia theo tần số trực giao
được đề cập đến với vai trò là công nghệ đang được sử dụng phổ
biến trong hệ thống bởi khả năng hạn chế fading và nhiễu băng hẹp.
Chính vì những lý do trên, em thực hiện đồ án tốt nghiệp của
mình vời đề tài : “Đánh giá hiệu năng của hệ thống FSO-OFDM” để
thấy được những ưu điểm cũng như nhược điểm của việc đưa kỹ
thuật OFDM vào trong hệ thống FSO.
Bố cục của đồ án được chia thành 3 chương:
Chương I: Tổng quan về FSO
Chương II: Triển khai OFDM trong hệ thống FSO
Chương III: Đánh giá hiệu năng của hệ thống FSO-OFDM
Sau ba chương sẽ là kết luận khuyến nghị sau khi thực hiện đề
tài.
Do có sự hạn chế về thời gian và thực tiễn nên đề tài không thể
tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong có sự góp ý của thầy cô và bạn
đọc.
Xin chân thành cảm ơn!

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của cô Ngô Thị
Thu Trang – Bộ môn Hệ thống và Tín hiệu – Khoa Viễn thông 1 – Học viện Công
nghệ Bưu chính Viễn thông.

Trong suốt thời gian thực hiện đồ án, mặc dù rất bận rộn trong công việc nhưng
cô vẫn giành rất nhiều thời gian và tâm huyết trong việc hướng dẫn em.Cô đã cung cấp
cho em rất nhiều tài liệu cũng như kiến thức về những lĩnh vực trong nội dung của đồ
án tốt nghiệp đại học. Trong quá trình thực hiện đồ án cô luôn định hướng, góp ý và
sửa chữa những chỗ sai giúp em tránh được những lỗi diễn đạt, những hiểu lầm về nội
dung
Cho đến hôm nay, luận văn tốt nghiệp của em đã được hoàn thành, cũng chính
là nhờ sự nhắc nhở, đôn đốc, sự giúp đỡ nhiệt tình của cô.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Viễn thông 1, cũng như
các thầy cô trong trường đã giảng dạy, giúp đỡ chúng em trong 4 năm học qua. Chính
các thầy cô đã xây dựng cho chúng em những kiến thức nền tảng và những kiến thức
chuyên môn để em có thể hoàn thành đồ án này cũng như những công việc của mình
sau này.
Và sau cùng, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới gia đình, người thân, bạn
bè đã cổ vũ động viên, tiếp cho em thêm nghị lực để hoàn thành đồ án tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn !


MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Mô hình tổng quát của hệ thống FSO
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình

1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8

Sơ đồ bộ thu, phát FSO
Cấu trúc SLED
Cấu trúc laser phát xạ cạnh
Cấu trúc photodiode PIN
Cấu trúc photodiode APD
Sự phân bố năng lượng điện trường trong các lớp bán dẫn
Hiện tượng nghẽn cổ chai trong mạng

Hình 1.9 Những thách thức đối với FSO
Hình 2.1 Sử dụng 4 sóng mang con cho một ký hiệu OFDM
Hình 2.2 Nguyên lý điều chế đa sóng mang
Hình 2.3 Nguyên lý IM/DD
Hình 2.4 Đưa tín hiệu OFDM qua một kênh lựa chọn tần số
Hình 2.5 Cấu hình cơ bản của tín hiệu OFDM truyền qua liên kết FSO
Hình 2.6 Biểu đồ của các mẫu nhiễu nền và nhiễu nhiệt ở máy thu
cùng cân bằng Gaussian
Hình 2.7 Sự phân kỳ chùm sáng
Hình 2.8 Kênh không khí với các xoáy lốc hỗn loạn
Hình 2.9 Sự thăng giáng cường độ
Hình 2.10 (a) Xung quang lan truyền qua môi trường nhiễu loạn khí quyển bị biến
dạng; (b) Sự giãn xung làm tăng lỗi bit
Hình 3.1 Xác suất lỗi trong các điều kiện thời tiết khác nhau

Hình 3.2 BEP cho QPSK, 16-QAM, 64-QAM với công suất quang thu được
Hình 3.3 BER và SNR với điều chế pha số M-PSK
Hình 3.4 Sơ đồ khối mô phỏng hệ thống FSO - OFDM
Hình 3.5 30 ký hiệu đầu tiên của bản tin
Hình 3.6 Phần thực và phần ảo tín hiệu sau khi đi qua khối IFFT.
Hình 3.7 Tin hieu sau khi chen CP
Hình 3.8 Tín hiệu được tách ra nửa khung âm và nửa khung dương
Hình 3.9 Nửa khung dương được truyền trước nửa khung âm trên đường truyền
Hình 3.10 Biểu đồ mối quan hệ giữa SNR và BER
Hình 3.11 Chòm sao tín hiệu với SNR = 20 dB


Hình 3.12 BER của hệ thống FSO-OFDM trong điều kiện nhiễu loạn không khí khác
nhau

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Mối liên hệ giữa vật liệu chế tạo và bước sóng hoạt động
của LED
Bảng 1.2 Bảng so sánh FSO và một số công nghệ khác
Bảng 3.1 Bảng tham chiếu giữa các điều kiện thời tiết tới tầm nhìn,
suy hao và khoảng cách truyền dẫn

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết Tiếng Anh
tắt
APD
Avalanche Photodiode
AWGN
Additive White Gaussian
Noise

BER
Bit Error Rate
BEP
Bit Error Probability
DBR
Distributed
Bragg
Reflector
DFB
Distributed
Feedback
Laser
DSL
Digital Subcriber Line
E/O
Electrical/ Optical
EDFA
Erbium
Doped
Fiber
Amplifier
FEC
Forward Error Correction
FFT
Fast Fourier Transform
FOV
Field of View
FSO
Free Space Optics
FWHM

IFFT
IM/DD
IMD
LAN
Laser

Tiếng Việt
Photodiode quang thác
Nhiễu Gaussian trắng
cộng
Tỷ lệ bit lỗi
Xác suất bit lỗi
Laser phân bố phản xạ
Bragg
Laser phân bố hồi tiếp

Đường dây thuê bao số
Điện/ Quang
Bộ khuếch đại quang sợi
pha Erbium
Sửa lỗi trước
Biến đổi Fourier nhanh
Trường nhìn thấy
Truyền quang qua không
gian tự do
Full
Width
at
Half Độ rộng toàn phần ở nửa
Maximum

cực đại
Inverse
Fast
Fourier Biến đổi Fourier nhanh
Transform
ngược
Intensity
Modulation/ Điều chế cường độ/ Tách
Direct Detection
sóng trực tiếp
Inter-Modulation
Méo điều chế giao thoa
Distortion
Local Area Network
Mạng cục bộ
Light
amplication
by Khuếch đại ánh sáng


LED
LD
LMDS
LOS
MAN
MTBF
OMI
OFDM
PD
PDF

PSK
QAM
RF
SI
VCSEL
WDM

Stimulated Emission of
Radiation
Light Emitting Diode
Laser Diode
Local
Multipoint
Distribution Service
Line of Sight
Metropolitan
Area
Network
Mean
Time
Between
Failures
Optical Modulation Index
Orthogonal
Frequency
Division Multiplexing
Photodetector
Probability
Density
Function

Phase Shift Keying
Quadratic
Amplitude
Modulation
Radio Frequency
Scintillation Index
Vertical-cavity
surfaceemitting laser
Wavelength
Division
Multiplexing

bằng phát xạ kích thích
Diode phát xạ ánh sáng
Laser diode
Dịch vụ phân phối đa
điểm cục bộ
Đường nhìn thấy
Mạng đô thị
Thời gian trung bình
giữa các lần lỗi
Chỉ số điều chế quang
Ghép kênh phân chia
theo tần số trực giao
Bộ tách sóng quang
Hàm mật độ xác suất
Khóa dịch pha
Điều chế biên độ cầu
phương
Tần số vô tuyến

Chỉ số lấp lánh
Laser phát xạ mặt
khoang cộng hưởng dọc
Ghép kênh phân chia
theo bước sóng


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 1: Tổng quan về hệ thống FSO

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG FSO
1.1 Cở sở ra đời của hệ thống FSO
Truyền quang qua không gian tự do (FSO) hay giao tiếp quang
không dây được giới thiệu lần đầu bởi Alexander Graham Bell ở cuối
thế kỷ 19. Thí nghiệm FSO của Bell đó là ông đã chuyển đổi tín hiệu
âm thanh (giọng nói) thành tín hiệu điện thoại và phát chúng giữa
các bộ thu phát qua không gian tự do dọc theo một luồng sáng trong
khoảng cách khoảng 183m. Thiết bị thí nghiệm của ông được gọi là
“photophone”, Bell coi trọng công nghệ quang này hơn là điện thoại
– phát minh vĩ đại của ông vì công nghệ này không cần đến dây dẫn
cho việc truyền tín hiệu.
Mặc dù photophone của Bell không bao giờ được đưa vào
thương mại hóa nhưng nó đã giải thích các đặc tính cơ bản của
truyền thông quang không dây. Sau này, vào thời gian đầu, các công
nghệ FSO xuất hiện lần đầu tiên vào những năm 1960 trong các dự
án liên quan đến quan sự và không gian (NASA). Đến cuối những
năm 1980, những sản phẩm thương mại đã xuất hiện nhưng không
thành công vì những rào cản công nghệ. Cự lý ngắn, dung lượng
thấp, vấn đề về giữ thẳng hàng giữa bộ phát và bộ thu cũng như

những thách thức về thời tiết, môi trường truyền dẫn là những hạn
chế chính của hệ thống FSO vào thời điểm đó.
1.2 Hệ thống FSO

Hình 1.1 Mô hình tổng quát của hệ thống FSO

8
SVTH: Tạ Văn Bách_D10VT6


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 1: Tổng quan về hệ thống FSO

1.2.1 Bộ phát
Trong các hệ thống FSO hiện đại, có rất nhiều kiểu nguồn
quang khác nhau được sử dụng cho việc truyền dẫn dữ liệu. Ta sẽ
chủ tập trung vào các nguồn quang chế tạo bởi vật liệu bán dẫn bởi
vì đây là loại nguồn truyền dẫn chủ yếu trong các hệ thống FSO
thương mại hiện nay. Những điểm khác biệt chủ yếu giữa các nguồn
truyền dẫn này đó là chất bán dẫn được sử dụng. Giá thành của một
bộ phát quang có công suất lớn và tốc độ điều chế cao có thể từ vài
chục đô la tới vài nghìn đô la. Việc sử dụng các nguồn quang cụ thể
phụ thuộc vào các ứng dụng cụ thể.

Hình 1.2 Sơ đồ bộ thu, phát FSO
1.2.1.a LED
LED là dịch phát quang hoạt động dựa trên nguyên lý phát xạ
tự phát. Do đặc tính công suất truyền dẫn tương đối thấp nên LED
thường được sử dụng trong các ứng dụng ở khoảng cách ngắn với

yêu cầu băng thông trung bình dưới 155Mbps. Phụ thuộc vào vật liệu
chế tạo, LED có thể hoạt động ở các khoảng bước sóng khác nhau.
Khi so sánh với các nguồn truyền dẫn laser độ rộng phổ, LED có phổ
hoạt động rộng hơn rất nhiều. Độ rộng phổ phát xạ toàn phần ở nửa
đỉnh FWHM (Full width at half maximum) là từ 20 – 100nm xung
quanh độ dài bước sóng trung tâm. Các LED hồng ngoại cũng được
sử dụng làm các nguồn truyền dẫn trong các hệ thống điều khiển từ
xa. Ưu điểm của LED đó là thời gian sử dụng lâu và giá thành rẻ.
Bảng 1.1 Mối liên hệ giữa vật liệu chế tạo và bước sóng hoạt động
của LED

Vật liệu

Dải bước sóng (µm)
9

SVTH: Tạ Văn Bách_D10VT6


Đồ án tốt nghiệp Đại học

GaInP
AlGaAs
InGaAs
InGaAsP

Chương 1: Tổng quan về hệ thống FSO

0,64 – 0,68
0,8 – 0,9

1,0 – 1,3
0,9 – 1,7

Bảng 1.1 đưa ra danh sách hệ thống các loại vật liệu bán dẫn
cùng khoảng độ dải bước sóng hoạt động tương ứng. Với các ứng
dụng FSO thì LED được chế tạo từ AlGaAs được ưa dùng vì bước sóng
phát xạ rơi vào khoảng 850nm. Ở dải bước sóng 850nm thì độ rộng
phổ phát xạ toàn phần ở nửa đỉnh (FWHM) thông thường của một
LED là 20 – 50nm.
Băng thông điều chế của LED thường vào khoảng giữa 1MHz và
100MHz. LED được sử dụng trong các ứng dụng có yêu cầu băng
thông điều chế cao hơn thì không thể có mức công suất phát xạ cao.
Một LED có công suất phát 1mW được coi là có công suất lớn nếu nó
hoạt động ở tốc độ điều chế cao.

Hình 1.3 Cấu trúc SLED
Sau một thời gian, hoạt động công suất của LED tại một giá trị
dòng điều khiển không đổi sẽ giảm. Vấn đề này liên quan đến tuổi
thọ của LED. Tuy nhiên, tuổi thọ của LED (khoảng thời gian tính tới
lúc công suất giảm một nửa so với giá trị ban đầu) khá là dài (10 5 giờ
- khoảng 11 năm).
Có 2 loại LED được sử dụng phổ biến trong các hệ thống quang
là: LED phát xạ mặt và LED phát xạ cạnh. Trong khi LED phát xạ mặt
có góc chiếu sáng lớn và không gian phát xạ như một hình cầu thì
LED phát xạ cạnh lại có không gian phát xạ bất đối xứng hình elip.
1.2.1.b Laser
Hiện nay, các hệ thống FSO thương mại hóa chủ yếu sử dụng
laser bán dẫn bởi ưu điểm về kích thước nhỏ, công suất cao và giá

10

SVTH: Tạ Văn Bách_D10VT6


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 1: Tổng quan về hệ thống FSO

thành hợp lý. Hầu hết các loại laser này cũng được sử dụng trong
công nghệ sợi quang nên tính khả thi không phải là vấn đề.
Theo góc nhìn thiết kế bán dẫn thì hiện nay cũng có hai loại
cấu trúc laser khác nhau: laser phát xạ cạnh và laser phát xạ mặt.
Với cấu trúc phát xạ cạnh, ánh sáng dời khỏi thông qua một cửa sổ
nhỏ của lớp tích cực và song song với cấu trúc lớp. Trong khi đó với
cấu trúc phát xạ mặt thì lại phát xạ qua một cửa sổ nhỏ vuông góc
với cấu trúc lớp. Cả hai cấu trúc này đều có những ưu điểm và nhược
điểm khi xét tới các yếu tố như mức công suất đầu ra, hay sản xuất
quy mô lớn.
Có rất nhiều loại laser và cách chế tạo khoang laser. Mục đích
của khoang đó là giam ánh sáng và tạo ra điều kiện cộng hưởng cho
các bước sóng cụ thể.
Một thiết kế laser diode thường thấy đó là sử dụng khoang
cộng hưởng Fabry-Perot. Trong thiết kế này, ánh sáng được giam hãm
trong lớp tích cực bằng cách sử dụng các vật liệu bán dẫn (Al, Ga và
As) là những vật liệu khá giống nhau nhưng có chiết suất khác nhau.
Sử dụng AlGaAs, chiết suất có thể thay đổi bằng việc thay đổi nhỏ tỷ
lệ các thành phần vật liệu. Hệ số phản xạ cao nên một gương gần
như phản xạ hoàn toàn ánh sáng trong khi mặt gương còn lại thì
trong suốt không đáng kể. Trong trường hợp này, một phần nhỏ của
tia sáng sẽ thoát khỏi khoang, đó là ánh sáng phát xạ của laser.

Hình 1.4 Cấu trúc laser phát xạ cạnh
Một sự cải tiến tới hiệu năng laser đó là laser phân bố hồi tiếp
DFB (Distributed feedback laser). DFB phát ra ánh sáng có phổ hẹp,
gần như là một bước sóng đơn (< 0,1nm). Laser DFB có giá thành
đắt (đắt hơn 1.000 lần so với laser Fabry-Perot cơ bản) và yêu cầu
phải có hệ thống làm mát nhiệt điện nhưng mang lại hiệu năng cao.
Laser phân bố phản xạ Bragg DBR (Distributed Bragg Reflector)
có thể được sử dụng để cung cấp khả năng điều hưởng tới bước sóng
đầu ra. Mặc dù có giá thành đắt, laser DBR vẫn có thể được sử dụng

11
SVTH: Tạ Văn Bách_D10VT6


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 1: Tổng quan về hệ thống FSO

để điều chỉnh độ dài bước sóng laser cho các điều kiện thời tiết cụ
thể.
Một lựa chọn phổ biến hiện nay trong các thiết bị FSO là laser
phát xạ mặt khoang cộng hưởng dọc VCSEL (Vertical-cavity surfaceemitting laser). VCSEL có những ưu điểm như là công suất tiêu thụ
thấp, ít tạo ra nhiệt, giá thành rẻ và có độ rộng băng thông cao (lên
tới 5GHz).
1.2.1.c Những yêu cầu khi lựa chọn laser cho FSO
Việc chọn nguồn laser cho các ứng dụng FSO phụ thuộc vào
nhiều yếu tố khác nhau. Điều quan trọng là độ dài bước sóng truyền
dẫn phải phù hợp với một trong các cửa sổ quang truyền dẫn trong
không khí. Các cửa sổ không khí thích hợp là các dải 850nm và
1550nm. Các yếu tố khác cần quan tâm khi lựa chọn một nguồn

sáng cụ thể là:

•
•
•
•
•
•
•

Giá thành và tính sẵn có của các thiết bị thương mại
Công suất truyền dẫn
Tuổi thọ
Các khả năng điều chế
An toàn với mắt
Các đặc tính vật lý
Khả năng tích hợp với các môi trường truyền dẫn khác như sợi
quang

1.2.2 Bộ thu
Bên cạnh các nguồn quang thì các bộ thu quang cũng là thành
phần quan trọng trong thiết kế hệ thống FSO. Các bộ thu quang
chuyển đổi từ tín hiệu quang sang tín hiệu điện dựa trên hiện tượng
hấp thụ ánh sáng của vật liệu bán dẫn quang. Tương tự như các
nguồn laser, hầu hết bộ tách sóng quang được sử dụng trong các hệ
thống FSO thương mại đều sử dụng vật liệu bán dẫn. Tùy thuộc vào
hệ thống vật liệu cụ thể mà có thể hoạt động ở các dải bước sóng
khác nhau.
1.2.2.a Photodiode PIN
Photodiode PIN khắc phục được vấn đề về độ nhạy kém và thời

gian tăng tốc chậm của photodiode P-N thông thường. Đây là bộ thu
quang được sử dụng phổ biến nhất trong các thiết bị FSO.
Cấu tạo của diode PIN gồm ba lớp bán dẫn, trong đó lớp I
(Intrinsic) là lớp bán dẫn không pha tạp chất hoặc pha tạp chất rất ít
nên không có điện tử tự do do đó nên có điện trở rất lớn. Và lớp này
nằm giữa hai lớp P và N. Lớp I đóng vai trò giống vùng nghèo trong
tiếp giáp P-N nhưng có chiều dài lớn hơn nhằm tăng hiệu suất hấp
thụ photon tới.

12
SVTH: Tạ Văn Bách_D10VT6


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 1: Tổng quan về hệ thống FSO

Hình 1.5 Cấu trúc photodiode PIN
Bởi vì lớp I rất rộng nên xác suất tiếp nhận photon ở lớp này
cao hơn và do đó quá trình hấp thụ photon ở lớp này nhiều hơn so
với hai lớp P và N. Như vậy khi lớp I càng dày thì hiệu suất lượng tử
càng cao. Tuy nhiên khi đó thời gian trôi của điện tử lớn nên làm
giảm khả năng hoạt động tốc độ cao của PIN. Khả năng thâm nhập
ánh sáng phụ thuộc vào bề dày lớp P. Ánh sáng có bước sóng càng
dài càng dễ thâm nhập vào bán dẫn.
1.2.2.b Photodiode quang thác APD (Avalance Photodiode)
APD là bộ tách sóng quang bán dẫn, có độ lợi nội (internal gain)
nên dòng tách quang được khuếch đại và độ lợi nội này làm tăng đáp
ứng so với photodiode PN hay photodiode PIN.
Người ta chế tạo APD gồm bốn lớp: P+ π P N+

Hình 1.6 Cấu trúc photodiode APD

• P+ N+ là hai lớp bán dẫn có nồng độ tạp chất cao, nên điện trở
của hai vùng này nhỏ, do đó điện áp phân bố trên chúng rất
nhỏ.
• π là vùng có nồng độ tạp chất rất ít và gần như tinh khiết. Nó
giống như lớp I của PIN. Hầu như tất cả các photon bị hấp thu
trong vùng này, và tạo ra các cặp điện tử - lỗ trống tự do.
Sự nhân dòng theo cơ chế thác lũ diễn ra như sau:

• Dưới tác dụng của dòng phân cực ngược, sự phân bố cường

điện trường trong các lớp bán dẫn được mô tả như ở hình 1.8.
Trong đó trường vùng tiếp giáp PN + cao nhất, quá trình nhân

13
SVTH: Tạ Văn Bách_D10VT6


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 1: Tổng quan về hệ thống FSO

điện tử xảy ra ở vùng này. Vùng này còn được gọi là vùng thác
lũ.

Hình 1.7 Sự phân bố năng lượng điện trường trong các lớp bán dẫn

• Khi có ánh sáng chiếu vào, các photon bị hấp thụ trong lớp π,

tạo ra các cặp e – p (electron – lỗ trống). Dưới sự định hướng
của điện trường ngoài, các lỗ trống di chuyển về phía P + (nối với
cực âm của nguồn) còn các điện tử di chuyển về phía tiếp giáp
PN+. Điện trường cao trong vùng tiếp giáp PN+ sẽ tăng tốc cho
điện tử. Khi những điện tử này đập vào các nguyên tử tinh thể
bán dẫn tạo ra thêm các cặp điện tử - lỗ trống mới. Những hạt
mang điện mới được gọi là những hạt mang điện thứ cấp.
Những hạt mang điện thứ cấp này bản thân nó được tăng tốc
vào tạo ra nhiều hạt mang điện thứ cấp khác. Quá trình cứ tiếp
diễn và số lượng hạt mang điện được tạo ra rất nhiều. Quá trình
này được gọi là quá trình nhân thác lũ. Nhờ quá trình nhân này
mà dòng tách quang của APD sẽ lớn hơn so với dòng tách
quang của PIN.

1.2.2.c Những tiêu chuẩn khi lựa chọn bộ thu cho FSO
Tương tự như các nguồn sáng, lựa chọn một bộ thu tách quang
với loại vật liệu cụ thể phụ thuộc vào mục đích sử dụng. Độ nhạy
phải phù hợp với độ dài bước sóng truyền của máy phát.
Với các ứng dụng sử dụng bước sóng ngắn hơn ở trong dải cửa
sổ bước sóng 850nm, các bộ thu quang silicon là lựa chọn tốt nhất.
Bộ thu PIN thích hợp cho các ứng dụng ở khoảng cách ngắn và công
suất của bộ phát phải đủ lớn. APD thì thích hợp cho các ứng dụng ở
khoảng cách lớn. Độ nhạy cao của cấu trúc APD cho phép mở rộng
khoảng cách truyền dẫn. Tuy nhiên, APD yêu cầu điện áp ổn định và
đắt hơn PIN. Ngoài ra, dòng tối thông thường của APD cao hơn khi so
sánh với PIN.

14
SVTH: Tạ Văn Bách_D10VT6

Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 1: Tổng quan về hệ thống FSO

Bộ thu làm từ silicon có bước sóng cắt là 1,1µm. Vì vậy, silicon
không thể được sử dụng trong các ứng dụng với bước sóng dài. Với
dải bước sóng 1550nm, InGaAs là lựa chọn phù hợp. Độ nhạy của các
hệ thống sử dụng InGaAs có thể lên tới 0,9A/W ở xung quanh
1550nm. Diode PIN InGaAs hiện nay được sử dụng rộng rãi trong
thương mại. Các diode này có các đặc tính điều chế rất tốt và có thể
hoạt động ở tốc độ cao (10Gbps và cao hơn)
1.2.3 Bước sóng sử dụng
Một cách tổng quát, tất cả các hệ thống FSO thương mại hiện nay
đều hoạt động ở gần dải bước sóng hồng ngoại là từ 750nm đến
1600nm do ít bị hấp thụ từ khí quyển khi so sánh với các dải bước
sóng khác, chỉ có một vài hệ thống đang được phát triển để hoạt
động ở bước sóng 10.000nm.
780 – 850nm
Mỗi bước sóng có giá trị suy hao khi truyền qua không gian tự
do khác nhau. Dải bước sóng 780 – 850nm bị hấp thụ khá mạnh mẽ.
Một số nhà sản xuất đã có các nguồn laser công suất cao cho dải
bước sóng này. Đối với bước sóng 850nm, đã có rất nhiều thành phần
phát và thu tin cậy, giá thành rẻ và hiệu năng cao đang sử dụng
bước sóng này và đang được dùng rộng rãi trong các thiết bị.
1520 – 1600nm
Dải bước sóng này rất thích hợp cho truyền dẫn trong không
gian tự do vì ít bị ảnh hưởng bởi sự hỗn loạn của khí quyển hơn so
với dải bước sóng 780 – 850nm. Đồng thời, thực tế đã sản xuất được

các thiết bị phát và thu chất lượng cao cho dải bước sóng này. Sự kết
hợp giữa ưu điểm của suy hao thấp và tính sẵn có của sản phẩm đã
mang tới tính khả thi cho các hệ thống FSO ghép kênh phân chia
theo bước sóng WDM (Wavelength Division Multiplexing). Hơn nữa,
các bước sóng này cũng được sử dụng trong các hệ thống sử dụng
sợi quang và các công ty đang cố gắng để giảm giá thành và tăng
hiệu năng của các thiết bị sử dụng dải bước sóng 1520 – 1600nm.
Thêm vào đó, dải bước sóng này thích hợp với bộ khuếch đại pha sợi
(EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier). Đây là thiết bị khuếch đại rất
quan trọng cho các hệ thống yêu cầu công suất cao (>500mW) và
tốc độ dữ liệu lớn (>2,5Gbit/s). Cuối cùng, có thể truyền với công
suất mạnh hơn 5 – 65 lần ở dải bước sóng 1520 – 1600nm so với dải
bước sóng 780 – 850nm mà vẫn đảm bảo an toàn cho mắt do sự
truyền dẫn chậm của mắt người ở dải bước sóng này.
10.000nm (10µm)
Bước sóng này còn khá mới trong thị trường FSO và đang được
phát triển vì khả năng truyền tốt trong sương mù.

15
SVTH: Tạ Văn Bách_D10VT6


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 1: Tổng quan về hệ thống FSO

1.2.4 Kênh truyền
Môi trường truyền dẫn của hệ thống FSO là không gian tự do,
là môi trường đầy có tính ổn định kém do chịu ảnh hưởng mạnh mẽ
từ các yếu tố môi trường như sương mù, mưa và nhiễu từ ánh sáng

bên ngoài …
Tuyến FSO bao hàm sự truyền, hấp thụ và tán xạ ánh sáng bởi khí quyển trái
đất. Khí quyển tương tác với ánh sáng phụ thuộc vào thành phần không khí, trong điều
kiện bình thường, bao gồm nhiều loại phân tử khí và các hạt lơ lửng khác nhau.
Có những vùng bước sóng mà sự truyền gần như trong suốt (không có hấp thụ) gọi là
cửa sổ tần số.
Sự thay đổi tính chất của không khí gây ra sự biến thiên cường độ tín hiệu theo không
gian và thời gian ở đầu thu
1.3 Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống FSO
Hiện nay các nhà cung cấp dịch vụ không ngừng đưa ra các
ứng dụng nên nhu cầu về dịch vụ băng thông rộng ở trong các mạng
đô thị là rất lớn. Tuy nhiên, sự chênh lệch về tốc độ truyền dẫn giữa
mạng lõi và mạng truy nhập đã tạo ra một sự mất cân 16bằng. Sự
mất cân bằng này thường được gọi là “nghẽn cổ chai”. Hiện tượng
“nghẽn cổ chai” xuất hiện ở khắp nơi trong các mạng đô thị hiện nay.
Các nhà cung cấp dịch vụ đang đối mặt với sự cần thiết phải thay đổi
nhanh chóng và hiệu quả ở cùng một thời gian khi mà vốn đầu tư bị
hạn chế. Về mặt công nghệ, đã có rất nhiều giải pháp cho vấn đề
này nhưng hầu hết đều chưa đạt được hiệu quả về giá trị kinh tế.
Đầu tiên, lựa chọn hiển nhiên nhất để tăng dung lượng cho
mang truy nhập đó là sử dụng cáp sợi quang. Cáp sợi quang chính là
giải pháp tin cậy nhất của truyền thông quang. Nhưng thời gian lắp
đặt và chi phí chính là cản trở của phương pháp này khi tính đến mặt
kinh tế. Hơn nữa, một khi đã lắp đặt sợi quang thì nó sẽ trở thành
một “giá trị cố định” và không thể bố trí lại nếu khách hàng chuyển
sang một nhà cung cấp dịch vụ mới, khiến cho rất khó có thể khôi
phục lại giá trị đầu tư trong một khung thời gian hợp lý.

16
SVTH: Tạ Văn Bách_D10VT6

Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 1: Tổng quan về hệ thống FSO

Hình 1.8 Hiện tượng nghẽn cổ chai trong mạng
Một lựa chọn khác đó là công nghệ không dây sử dụng
tần số vô tuyến RF (Radio Frequency). Công nghệ này cho phép
truyền đi trong khoảng cách xa hơn FSO, nhưng các mạng mà dựa
trên RF yêu cầu sự đầu tư lớn khi phải đăng ký dải phổ. Hơn nữa, các
công nghệ RF gặp phải khó khăn khi muốn mở rộng lên dung lượng
cao. Khi so sánh với FSO, RF không đảm bảo hiệu quả kinh tế cho các
nhà cung cấp dịch vụ đang trông đợi vào sự mở rộng dung lượng của
các mạng quang.
Lựa chọn thứ ba đó là công nghệ dựa trên dây cáp đồng (như
Ethernet, T1s hay DSL). Mặc dù hạ tầng cáp đồng có mặt ở khắp nơi
và số các tòa nhà sử dụng cáp đồng là cao hơn sợi quang nhưng đây
vẫn không phải là một giải pháp thỏa đáng trong việc giải quyết hiện
tượng nghẽn cổ chai do trở ngại lớn nhất chính là độ rộng băng
thông. Công nghệ cáp đồng có thể giải quyết một số vấn đề ngắn
hạn, nhưng hạn chế về băng thông chỉ ở mức 2Mbit – 3Mbit/s khiến
cho công nghệ này chỉ là một giải pháp tạm thời.
Giải pháp thứ tư và thích hợp nhất chính là FSO. Công nghệ này
là một giải pháp tối ưu nhờ những ưu điểm của công nghệ quang như
độ rộng băng thông, tốc độ triển khai (vài giờ so với vài tuần hoặc
vài tháng), độ mềm dẻo (có thể tái triển khai và chuyển dịch), hiệu
quả kinh tế cao (trung bình chi phí lắp đặt chỉ bằng 1/5 so với lắp đặt
cáp quang). Với các nhà cung cấp mạng đô thị MAN (Metropolitan
Area Network) thì vấn đề “dặm cuối” (last mile) đang làm nản chí

các nhà cung cấp trong các dịch vụ băng thông rộng. FSO có thể giải
quyết vấn đề này và cho phép các khách hàng mới có thể truy nhập
vào mạng MAN tốc độ cao.
Bảng 1.2 Bảng so sánh FSO và một số công nghệ khác

Tốc
độ

UTP
(CAT-5)
10Mbps
–

Cáp
đồng

Sóng
viba

Vệ
tinh

Cáp
quang

FSO

500Mb
ps

275Mb
ps

90Mbp
s

100Mb
ps-

Đa
dạng
17

SVTH: Tạ Văn Bách_D10VT6


Đồ án tốt nghiệp Đại học

truyề
n
Cài
đặt

Chi
phí

1.000M
bps
Dễ
dàng

Ít nhất

Bảo
Thấp
trì
Kĩ
năng
cần
Thấp
thiết
để cài
đặt
Mạng
Đối
LAN
tượng
trong
sử
các tòa
dụng
nhà
thông
dụng

Ưu
điểm

Rẻ,
thân

thiện,
dễ cài
đặt, phổ
biến

Nhược Gây
điểm
nhiễu,
bị giới
hạn
khoảng

Chương 1: Tổng quan về hệ thống FSO

100Gb
ps
Trung
bình

Khó

Khó

Khó

Trung
bình

Trung
bình

Trung
bình

Trung
bình
(không
Cao
tính
giá vệ
tinh)

Trung
bình

Trung
bình

Thấp

Thấp

Thấp

Thấp

Trung
bình

Cao

Cao

Cao

Trung
bình

Điểm–
điểm,
khoảng
cách
ngắn

Điểm – Điểm–
điểm,
điểm
khoản
g cách
dài

Mạng
đa
điểm

Ít gây Tốc độ
nhiễu
tới các
thiết bị
khác,

tốc độ

Tốc độ,
tính di
động
cao

Kềnh
Có thể
càng,
bị chặn
khó sử
dụng

Trễ
truyền
sóng,
có thể
bị chặn

Giữa
các
tòa
nhà,
khoản
g cách
ngắn
Giá cả,
hiệu
năng

Bảo
mật,
dung
lượng
lớn,
không
chịu
ảnh
hưởng
nhiễu
điện từ
(EMI)
Khó
Có thể
ghép
bị
nối
chặn

18
SVTH: Tạ Văn Bách_D10VT6


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Bảo
mật
Ghi
chú

Chương 1: Tổng quan về hệ thống FSO

cách
nếu
không
có
bộ
lặp hay
bộ
khuếch
đại
Tốt
Tốt
Cáp
xoắn
cho
phép
tốc độ
cao hơn
nhưng
khó sử
dụng

Băng
rộng
yêu
cầu
cường
độ bảo

trì cao
hơn

Kém

Kém

Rất tốc

Tốt

Yêu
cầu
đăng
ký
sóng từ
FCC

Ít
sử
dụng
cho
các
mạng
cá
nhân

Chưa
Công
có giới nghệ

hạn về mới
dung
lượng

Các lợi thế và thách thức của hệ thống FSO
Các lợi thế của FSO:
 Không yêu cầu cấp phép phổ tần vô tuyến.
 Không bị ảnh hưởng của nhiễu điện từ.
 Dễ dàng triển khai lắp đặt.
 Khả năng an toàn cao.
Công nghệ FSO có thể đáp ứng rất nhiều ưu điểm, khi so sánh
với công nghệ cáp sợi. Các hệ thống FSO có thể được triển khai
nhanh hơn nhiều mà không cần sự cấp phép. Nó có thể được triển
khai với rất nhiều các kiến trúc mạng, được lắp đặt từ nóc nhà tới
nóc nhà, cửa sổ tới cửa sổ hoặc tùy theo yêu cầu .
Các thách thức đối với hệ thống FSO:
Giới hạn cơ bản của FSO do môi trường truyền dẫn gây ra.
Ngoài việc tuyết và mưa có thể làm cản trở đường truyền quang,
FSO chịu ảnh hưởng mạnh bởi sương mù và sự nhiễu loạn của không
khí. Những thách thức chính trong việc thiết kế các hệ thống FSO
như hình 1.9:

19
SVTH: Tạ Văn Bách_D10VT6


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 1: Tổng quan về hệ thống FSO

Hình 1.9 Những thách thức đối với FSO

 Sương mù: Sương mù là một thách thức chính. Sương mù là hơi








nước được tập hợp từ những giọt nước nhỏ có đường kính vài
trăm micro mét nhưng có thể làm thay đổi đặc tính truyền lan
của ánh sáng hoặc ngăn cản hoàn toàn sự truyền lan của ánh
sáng thông qua sự kết hợp của các hiện tượng hấp thụ, tán xạ
và phản xạ.
Sự nhấp nháy: Sự nhấp nháy là sự biến đổi về không gian của
cường độ sáng gây ra bởi sự hỗn loạn không khí.
Sự trôi búp: Sự trôi búp xảy ra khi luồng gió hỗn loạn (gió xoáy)
lớn hơn đường kính của búp sóng quang gây ra sự dịch chuyển
chậm nhưng đáng kể của búp sóng quang. Sự trôi búp cũng có
thể là kết quả của các hoạt động địa chấn gây ra sự dịch
chuyển tương đối giữa vị trí của laser phát và bộ thu quang.
Giữ thẳng hướng phát-thu khi tòa nhà dao động: Giữ thẳng
hướng giữa khối phát và khối thu là rất quan trọng nhằm đảm
bảo sự thành công của việc truyền tín hiệu.
Sự an toàn cho mắt: Với sự gia tăng của các hệ thống truyền
thông quang vô tuyến sử dụng các búp laser hướng về các
vùng dân cư mật độ cao, sự an toàn cho mắt là vấn đề đáng
được quan tâm.

1.4 Ứng dụng của công nghệ FSO
Kết nối tốc độ cao giữa các tòa nhà với FSO. Hiện nay, các
doanh nghiệp đang gặp phải vấn đề quá tải lưu lượng mạng tại các
kết nối giữa các tòa nhà. Với các doanh nghiệp sử dụng các mạng nội
bộ dựa trên tiêu chuẩn Gigabit Ethernet, các kết nối 2.048 (hoặc

20
SVTH: Tạ Văn Bách_D10VT6


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 1: Tổng quan về hệ thống FSO

1.544) Mbit/s giữa các tòa nhà sẽ làm hạn chế lưu lượng kết nối:
 Tắc nghẽn về lưu lượng.
 Yêu cầu xin phép và cấp giấy phép.
 Việc đào rãnh, cống và đặt cáp.
 Vấn đề liên quan tới hợp đồng thuê (cho thuê) tòa nhà.
 Tốn thời gian lắp đặt.
 Chi phí cao.
Hệ thống FSO và vấn đề an ninh mạng:
Mặc dù FSO là công nghệ không dây nhưng nó không phát quảng bá
tới bất kỳ người nào và tất cả mọi người. FSO phát búp sóng ánh
sáng hẹp, tần số rất cao tới một nơi xác định. Do đó rất khó cho một
cá nhân nào đó có thể thu trộm thông tin mà không bị phát hiện.
1.5 Kết luận
Nội dung chương 1 đã giới thiệu khái quát về hệ thống truyền thông
quan qua không gian cũng như mô hình của hệ thống FSO, các yếu

tố ảnh hưởng đến hiệu năng của hệ thống. Tương lai ngày càng đòi
hỏi phải có các giải pháp truyền dẫn tốc độ cao để đáp ứng yêu cầu
của các doanh nghiêp, tổ chức và cá nhân. Các giải pháp cũng cần
phải có chi phí hiệu quả, triển khai nhanh, truyền dẫn thông tin một
cách an toàn và tin cậy. FSO có thể đáp ứng các yêu cầu này và sẽ
được sử dụng ngày càng nhiều trong tương lai.

21
SVTH: Tạ Văn Bách_D10VT6


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 2: Triển khai OFDM trong hệ thống FSO

CHƯƠNG 2: TRIỂN KHAI OFDM TRONG HỆ THỐNG FSO
2.1 Giới thiệu
Quá trình truyền sóng quang qua khí quyển phải chịu ảnh
hưởng suy hao và sự dao động cường độ làm giảm hiệu năng của hệ
thống FSO ở gần mặt đất cho kể cả khi truyền ở khoảng cách ngắn.
Suy hao thường được cố định qua những khoảng thời gian tương đối
dài và vì thế có thể dự đoán hay đo được. Mặt khác, những sự dao
động cường độ thường là ngẫu nhiên và xảy ra chỉ trong vài ms
những vẫn gây ra kênh fading chậm. Vì thế việc cần thiết là phải mô
hình hóa một kênh fading sử dụng các mô hình thống kê được. Ở
trong chương 2 này, ta sẽ tìm hiểu về một mô hình kênh hệ thống
FSO sử dụng công nghệ OFDM.
2.2 Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao –
OFDM
Kỹ thuật OFDM là một trường hợp đặc biệt của phương pháp

điều chế đa sóng mang, trong đó các sóng mang phụ trực giao với
nhau, nhờ vậy phổ tính hiệu ở các sóng mang phụ cho phép chồng
lấn lên nhau mà phía thu vẫn có thể khôi phục lại tín hiệu ban đầu.
Sự chồng lấn phổ tín hiệu làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử
dụng phổ lớn hơn nhiều so với kỹ thuật điều chế thông thường.
Kỹ thuật điều chế OFDM do R.W Chang phát minh năm 1966 ở
Mỹ. Trong những thập kỷ vừa qua, nhiều công trình khoa học về kỹ
thuật này đã được thực hiện ở khắp nơi trên thế giới. Đặc biệt là
công trình khoa học của Weistein và Ebert đã chứng minh rằng phép
điều chế OFDM có thể thực hiện được thông qua phép biến đổi IDFT
và phép giải điều chế OFDM có thể thực hiện được bằng phép biến
đổi DFT. Phát minh này cùng với sự phát triển của kỹ thuật số làm
cho kỹ thuật điều chế OFDM được ứng dụng trở nên rộng rãi. Thay vì
sử dụng IDFT người ta có thể sử dụng phép biến đổi nhanh IFFT cho
bộ điều chế OFDM, sử dụng FFT cho bộ giải điều chế OFDM.
Hệ thống OFDM có thể loại bỏ hoàn toàn hiện tượng giao thoa giữa
các kí hiệu (ISI) nếu độ dài chuỗi bảo vệ (guard interval lenght) lớn
hơn trễ truyền dẫn lớn nhất của kênh.
Phù hợp cho việc thiết kế hệ thống truyền dẫn băng rộng, do ảnh
hưởng của sự phân tập về tần số đối với chất lượng của hệ thống
được giảm nhiều so với hệ thống truyền dẫn đơn sóng mang.
Nguyên lý OFDM

22
SVTH: Tạ Văn Bách_D10VT6


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 2: Triển khai OFDM trong hệ thống FSO

Ở dạng tổng quát ta có thể trình bày tín hiệu OFDM băng tần
gốc trong dạng một tập N sóng mang con được điều chế và được
truyền đi song song như sau:
(2-1)
(2-2)

Với
(2-3)
Thỏa mãn điều kiện trực giao sau:
(2-4)
Và
Trong đó T được gọi là thời gian của một ký hiệu OFDM; là ký
hiệu điều chế thông thường được truyền trên sóng mang con trong
khoảng thời gian ký hiệu OFDM thứ k; N là số sóng mang con ( được
chọn là lũy thừa 2) và là tần số sóng mang con.

Hình 2.1 Sử dụng 4 sóng mang con cho một ký hiệu OFDM
Từ hình vẽ trên ta thấy, để đảm bảo điều kiện trực giao, các
sóng mang con có số chu kỳ trong một ký hiệu OFDM (T) là một số
nguyên. Trong miền tần số, mỗi sóng mang con của một ký hiệu
OFDM có mật độ phổ công suất dạng sinx/x với
(2-5)
Giá trị cực đại các búp chính của mật độ phổ công suất của
một sóng mang xảy ra tại các tần số f=i/T. Tại đây, mật độ phổ công
suất của các sóng mang khác đều bằng không.

23
SVTH: Tạ Văn Bách_D10VT6

Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 2: Triển khai OFDM trong hệ thống FSO

Nhờ tính trực giao, ở phía thu ta có thể giải điều chế để tìm lại ký
hiệu theo quan hệ sau:
(2-6)
Nếu ta ký hiệu là ký hiệu OFDM trong thời điểm truyền thứ k, thì ta
có thể viết lại công thức trên như sau:
(2-7)
Các ký hiệu OFDM chỉ được tạo ra bằng xử lý số do rất khó
tạo ra các tập bộ tạo sóng khóa pha và các máy thu trong miền
tương tự. Để xử lý số ta lấy mẫu ký hiệu OFDM băng gốc bằng tần số
lấy mẫu N lần lớn hơn 1/T, khi đó ta có thể biểu diễn ký hiệu OFDM
thứ k như sau:
(2-8)
Trong đó IDFT là biến đổi Fourrier rời rạc ngược. Biến đổi
Fourrier nhanh đảo IFFT thực hiện chức năng giông như IDFT nhưng
hiệu suất hơn về mặt tính toán nên thường được sử dụng trong thực
tiễn .
Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) là một
trong những kỹ thuật phổ biến nhất cho các hệ thống truyền thông
không dây nhờ khả năng hạn chế fading lựa chọn tần số và nhiễu
băng hẹp. Nhờ những ưu điểm như vậy nên OFDM đã được ứng dụng
trong một số tiêu chuẩn truyền thông số tốc độ cao như công nghệ
truyền hình số mặt đất, IEEE802.11 mạng khu vực cục bộ (LAN) và
tiêu chuẩn IEEE802.16. OFDM cũng đang được xem như là công nghệ
tiềm năng cho các hệ thống di động không dây thế hệ tiếp theo.
Quá trình truyền dẫn của các tín hiệu OFDM qua liên kết quang

có thể được xem như trường hợp đặc biệt của kỹ thuật điều chế sóng
mang phụ SCM (Sub-carrier Multiplexed) – là các luồng bit độc lập
được điều chế vào các sóng mang phụ có tần số khác nhau rồi sau
đó được ghép vào trong miền tần số rồi truyền qua liên kết quang
như ở hình 2.2. Tín hiệu SCM bị méo rất ít nên không cần bộ cân
bằng ở cuối máy thu, và mỗi sóng mang phụ được coi như một tín
hiệu băng hẹp riêng biệt với tốc độ ký hiệu thấp hơn.

24
SVTH: Tạ Văn Bách_D10VT6


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 2: Triển khai OFDM trong hệ thống FSO

Hình 2.2 Nguyên lý điều chế đa sóng mang
2.3 Nguyên lý IM/DD
Cách đơn giản nhất để truyền các tín hiệu RF và tín hiệu SCM
qua liên kết quang đó là sử dụng phương pháp điều chế cường độ tách sóng trực tiếp IM/DD (Intensity Modulation – Direct Detection).
Trong cơ chế này, tín hiệu RF đã được điều chế dữ liệu băng gốc được
sử dụng trực tiếp để điều khiển laser diode ở trong phía máy phát
quang. Ở phía thu, tín hiệu quang được biến đổi về tín hiệu điện nhờ
photodetector (PD). Hình 2.2 đưa ra nguyên lý của điều chế cường độ
IM ở laser diode và tách sóng trực tiếp DD ở photodetector.

Hình 2.3 Nguyên lý IM/DD
Tín hiệu OFDM băng gốc là tín hiệu phức và lưỡng cực, trong
khi trong liên kết quang IM/DD thì cần tới tín hiệu RF dương và có giá
trị thực để điều khiển laser diode. Vì thế, để tạo ra tín hiệu OFDM

thực, đối xứng Hermit có thể được áp dụng ở vector đầu vào khối
biến đổi Fourier nhanh ngược IFFT (Inverse Fast Fourier Transform)
trong khi đó để đưa tín hiệu OFDM thành tín hiệu đơn cực, một điện
áp một chiều được đưa vào và tạo nên tín hiệu dương. Điện áp một

25
SVTH: Tạ Văn Bách_D10VT6