Nghiên cứu công nghệ OFDM quang trong ROF và ứng dụng

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

--------------------------------------

THÂN VĂN TỊNH

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ OFDM QUANG TRONG ROF VÀ
ỨNG DỤNG

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
Mã số: 60.52.02.08

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI – 2016


Luận văn được hoàn thành tại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: Tiến sĩ Hoàng Văn Võ

Phản biện 1: .......................................................................

Phản biện 2: ........................................................................

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 :…. giờ ….. ngày ……tháng …… năm …………

Có thể tìm hiểu luận văn tại

-Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông


1

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 dịch vụ gia tăng khác) khiến cho dung lượng
truyền dẫn của các hệ thống thông tin vô tuyến ngày càng tăng.
Một trong những phương pháp để xây dựng hệ thống mạng truy nhập vô tuyến băng
thông rộng là kết hợp với kĩ thuật truy nhập bằng sợi quang. Kĩ thuật truyền sóng vô tuyến
qua sợi quang (RoF) đã ra đời và được xem là một kĩ thuật nên tảng cho mạng truy nhập
không dây băng thông rộng. Mặt khác, chúng ta đều biết kĩ thuật OFDM quang là một kĩ
thuật phổ biến với rất nhiều ưu điểm. Do đó việc kết hợp OFDM quang và RoF được xem là
một giải pháp mang lại hiệu quả cao cho truyền dẫn vô tuyến băng rộng. Đây cũng chính là
lí do để em lựa chọn đề tài Nghiên cứu công nghệ OFDM quang trong RoF và ứng dụng.
Chương 1: Công nghệ OFDM quang: Tìm hiểu về kỹ thuật OFDM, các thành phần
trong hệ thống vô tuyến ứng dụng kỹ thuật OFDM.
Chương 2: Hệ thống truyền dẫn RoF: Chương này sẽ trình bày về mô hình hệ
thống RoF, các kĩ thuật nhằm phân phối tín hiệu RF qua các liên kết sợi quang.
Chương 3: Công nghệ OFDM quang trong RoF và ứng dụng: Chương này sẽ tìm
hiểu về các kĩ thuật ghép kênh trong RoF, mô hình hệ thống OFDFM trong RoF và đưa ra
ứng dụng hệ thống OFDM trong RoF dùng cho mạng thông tin di động 4G LTE/LTE Ad


2

CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ OFDM QUANG
1.1 Tính trực giao trong kỹ thuật OFDM

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing: ghép kênh phân chia theo tần
số trực giao) là phương pháp điều chế đa sóng mang (MCM). Đây là một kỹ thuật điều chế
đa sóng mang tiên tiến, trong đó nguyên lý cơ bản của nó là chia nhỏ một luồng dữ liệu tốc
độ cao trước khi phát thành nhiều luồng dữ liệu tốc độ thấp hơn và phát mỗi luồng dữ liệu
đó trên một số sóng mang con khác nhau. Các sóng mang này là trực giao với nhau có nghĩa
là có một số nguyên lần lặp trên một chu kỳ kí tự. Điều này được thực hiện bằng cách chọn
độ giãn tần số một cách hợp lý. Khi đó phổ của mỗi sóng mang bằng “không” tại tần số
trung tâm của tần số sóng khác trong hệ thống. Kết quả là không có nhiễu giữa các sóng
mang phụ.

Hình 1.1. Phổ của các sóng mang trực giao
1.2 Mô hình hệ thống OFDM quang
OFDM quang là một hệ thống truyền tải tín hiệu vô tuyến quang dựa trên nguyên lý:
Tín hiệu dữ liệu tốc độ cao cần truyền tải sẽ được biến đổi từ nối tiếp sang song song sau đó
được đưa vào ghép kênh theo tần số trực giao. Sau đó các tín hiệu được đưa vào điều chế
quang để chuyển từ tín hiệu vô tuyến ghép kênh theo tần số trực giao sang tín hiệu quang và
được truyền tải qua sợi quang đến đầu thu. Ở phía thu sẽ thực hiện quá trình ngược lại
chuyển từ tín hiệu quang sang tín hiệu vô tuyến ghép kênh theo tần số trực giao. Sau đó sẽ
thực hiện giải điều chế ghép kênh theo tần số trực giao và biến đổi tín hiệu song song thành
tín hiệu nối tiếp để có được tín hiệu dữ liệu ra ban đầu.


3

Hình 1.2. Kiến trúc hệ thống OFDM quang

Từ hình 1.2 cho thấy dữ liệu đầu vào sẽ được đưa vào bộ RF OFDM phía phát sau đó
sẽ được chuyển tới bộ RF sang quang (RTO) qua đường truyền quang. Trên đường truyền
quang tín hiệu sẽ được khuyếch đại quang, đưa tới bộ chuyển quang sang RF (OTR) và đưa
tới bộ RF OFDM phía thu. Ta sẽ thu được dữ liệu tại đầu ra.

1.3. Các khối chức năng
Hệ thống OFDM quang gồm các khối chức năng cơ bản sau đó là:
-

Khối phát RF OFDM

-

Khối chuyển đổi từ RF sang quang (RTO)

-

Đường truyền quang và khuyếch đại quang

-

Khối chuyển đổi quang sang RF (OTR)

-

Khối thu RF OFDM

1.3.1 Khối phát RF OFDM
Khối phát RF OFDM bao gồm bộ chuyển đổi nối tiếp-song song (S/P), bộ ánh xạ kí
tự sóng mang con, bộ điều chế IDFT, bộ chèn khoảng bảo vệ GI và bộ biến đổi D/A.
a) Bộ chuyển đổi nối tiếp-song song (S/P-P/S)
Tín hiệu tại đầu vào được đưa vào bộ chuyển đổi nối tiếp sang song song S/P. Bộ
chuyển đổi S/P này có tác dụng chia luồng dữ liệu tốc độ cao thành từng frame nhỏ có chiều
dài :

k × b bit , k ≤ N


4

b) Bộ sắp xếp kí tự
Từng kí hiệu b bit sẽ được đưa vào bộ sắp xếp kí tự lên sóng mang con. Mà ở đây
chính là bộ ánh xạ (mapper) mục đích là nâng cao dung lượng kênh truyền. Một kí hiệu b bit
sẽ tương ứng một trong M  2b trạng thái hay một vị trí trong giản đồ chòm sao
(constellation).
c) Bộ biến đổi IFFT/FFT
Trong kỹ thuật OFDM thì việc dữ liệu được truyền song song nhờ rất nhiều sóng
mang phụ. Để làm được điều này, cứ mỗi kênh phụ, ta cần một máy phát sóng sine, một bộ
điều chế và một bộ giải điều chế để tạo nên nhiều sóng mang phụ.
d) Bộ chèn và loại bỏ khoảng bảo vệ GI
Trong hệ thống OFDM có hai nguồn nhiễu giao thoa thường thấy đó là nhiễu giao
thoa liên kí tự ISI và nhiễu giao thoa liên sóng mang ICI. Tín hiệu sẽ được chèn khoảng bảo
vệ rỗng G đủ lớn so với trải trễ hiệu dụng  RMS của kênh truyền thì nhiễu ISI sẽ được loại
bỏ.
e) Bộ biến đổi D/A và A/D
Chuỗi kí hiệu sau khi được chèn khoảng bảo vệ G sẽ được đưa vào bộ biến đổi từ
số sang tương tự D/A và bộ lọc thông thấp LPF để tạo ra tín hiệu liên lục s(t) để đưa vào
kênh truyền.
Ở phía thu là quá trình ngược lại, bộ A/D sẽ lấy mẫu tín hiệu OFDM thu được r(t)
cho ra tín hiệu số rời rạc rn * Đối với kênh truyền vô tuyến, sau khi qua bộ biến đổi D/A và
lọc thông thấp, tín hiệu s(t) được nâng lên tần số cao nhờ bộ Up-Converter tạo thành tín hiệu
sRF (t ) thích hợp với một bộ điều chế. Ở phía thu, tín hiệu rRF (t ) thu được từ anten phát sẽ

được chuyển đổi hạ tầng lại thành tín hiệu tần số băng gốc r(t) nhờ bộ Down-Converter
1.3.2 Nhược điểm của OFDM.

Các tín hiệu OFDM có tỷ lệ công suất đỉnh tới trung bình thường cao hơn các tín
hiệu đơn sóng mang.
Hệ thống OFDM rất nhạy cảm với lỗi dịch tần số vì chỉ cần một sai lệch nhỏ cũng có
thể làm mất tính trực giao của các sóng mang con .
1.3.2 Khối chuyển RF sang quang


5

Sau khi thu được tín hiệu băng gốc thì phần thực và phần ảo của tín hiệu này được
đưa vào hai bộ điều chế quang để chuyển thành tín hiệu quang. Trong kỹ thuật OFDM
quang có 2 giải pháp điều chế, đó là: điều chế quang trực tiếp và điều chế quang gián tiếp.
a) Điều chế quang trực tiếp
Tín hiệu điện được đưa trực tiếp vào để phân cực cho Lazer. Tuy nhiên phương pháp
này chỉ phù hợp để sử dụng với những hệ thống thông tin quang có tốc độ vừa phải (dưới
10Gb/s). Còn đối với những hệ thống ở tốc độ cao (trên 10Gb/s) thì dạng điều chế này gây
nên hiện tượng dịch tần số.

Hình 1.12. Sơ đồ điều chế quang trực tiếp

b) Điều chế gián tiếp
Để khắc phục nhược điểm này của dạng điều chế trực tiếp thì người ta dùng bộ điều
chế ngoài thay vì dùng bộ điều chế trực tiếp đối với các hệ thống thông tin tốc độ cao.

Hình 1.13. Sơ đồ điều chế gián tiếp

1.3.3 Kênh truyền quang và bộ khuếch đại quang
a) Kênh truyền quang
Tín hiệu sau khi được chuyển thành tín hiệu hiệu quang thì sẽ được đưa lên kênh
truyền quang. Kênh truyền này có tác dụng truyền tín hiệu quang từ đầu phát tới đầu thu.

Hầu hết các hệ thống quang mặt đất thì đều sử dụng sợi cáp quang làm kênh truyền quang.
b) Bộ khuếch đại quang


6

Đối với hầu hết các tuyến thông tin quang, khi cự ly truyền dẫn dài tới một mức nào
đó mà suy hao vượt quá công suất dự phòng, mức phân bổ suy hao không đủ để thỏa mãn
yêu cầu phía thu, cần phải sử dụng các bộ khuếch đại quang hay các trạm lặp.
1.3.4 Khối chuyển quang sang RF
Ở phía thu, tín hiệu OFDM quang được chuyển đổi thành tín hiệu OFDM RF là quá
trình ngược lại so với phía phát
1.3.5 Khối thu RF OFDM
Ở phía thu, tín hiệu OFDM hạ tần được lấy mẫu với một bộ ADC, sau đó tín hiệu này
được đưa qua ba mức đồng bộ: đồng bộ của sổ DFT, đồng bộ tần số và khôi phục sóng
mang con trước khi quyết định kí tự dữ liệu.

1.4 Ưu và nhược điểm của kỹ thuật OFDM
1.4.1 Ưu điểm của OFDM
Kỹ thuật OFDM có nhiều lợi ích mà các kỹ thuật ghép kênh khác không có được. Nó
cho phép thông tin 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. Khi sử dụng
khoảng bảo vệ có tính chất cyclic prefix lớn hơn trải trễ lớn nhất của kênh truyền đa đường
thì hiện tượng nhiễu xuyên ký tự ISI sẽ được loại bỏ hoàn toàn.
1.4.2 Nhược điểm của OFDM
Nhược điểm chính của kỹ thuật OFDM là tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung
bình PAPR ( Peak – to – Average Power Ratio) lớn [13]. Tín hiệu OFDM là tổng hợp tín

hiệu từ các sóng mang phụ, nên khi các sóng mang phụ đồng pha, tín hiệu OFDM sẽ xuất
hiện đỉnh rất lớn khiến cho PAPR lớn.
1.5 Kết luận chương 1
công nghệ OFDM - một kỹ thuật điều chế đa sóng mang tiên tiến, trong đó nguyên lý cơ
bản của nó là chia nhỏ một luồng dữ liệu tốc độ cao trước khi phát thành nhiều luồng dữ
liệu tốc độ thấp hơn và phát mỗi luồng dữ liệu đó trên các sóng mang con trực giao với
nhau.Tính trực giao này sẽ cho phép nhiều tín hiệu thông tin được truyền và thu tốt trên một
kênh truyền chung và không có xuyên nhiễu giữa các tín hiệu này.


7

CHƯƠNG 2 : HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN RoF
2.1 Tổng quan hệ thống truyền dẫn RoF
2.1.1 Giới thiệu chung
Hiện nay xu hướng cho dự phòng tương lai của băng rộng, dịch vụ tương tác và đa
phương tiện qua phương tiện không dây trong cả di động và mạng tế bào cố định là: Để
giảm kích thước cell đáp ứng nhiều người sử dụng hơn và để hoạt động trong băng tần
micro/millimeter để tránh sự xung đột phổ trong dải tần thấp hơn.
Sợi quang là hấp dẫn cho hệ thống RoF vì độ rộng băng tần rất lớn, mất mát thấp,
tránh được EMI, trọng lượng nhẹ, tiết diện ngang nhỏ, giá thành thấp, tính linh động cao.
RoF là một sự tích hợp của hệ thống vô tuyến và quang sẽ cho dung lượng lớn, tốc độ
dữ liệu cao và giải pháp di động.
Trong hệ thống RoF, các chức năng như routing, xử lý và quản lý nguồn tài nguyên được
thực hiện ở trung tâm CS (Control Station) thay vì ở BS. Ở BS, chỉ có sự chuyển đổi đơn
giản quang/ điện được thực hiện. Điều này cho thấy một giải pháp hiệu quả chi phí được
đưa ra bởi RoF vì CS được chia sẻ bởi nhiều BSS đơn giản.
2.1.2 Kiến trúc hệ thống RoF
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.
Công nghệ truyền sóng vô tuyến qua sợi quang sử dụng đường truyền sợi quang để
phân phối các tín hiệu tấn số vô tuyến (RF) từ các vị trí trạm trung tâm đến các khối anten
đầu xa (RAUs).

RAU
Thiết bị đầu
cuối vô tuyến/
Thiết bị di động

Mạng phân phối
sợi quang
Trạm trung tâm

RAU

Khối antenna đầu xa

Hình 2.1: Nguyên lý hệ thống Radio over Fiber


8

2.2. Các ưu, nhược điểm của công nghệ RoF
2.2.1 Các ưu điểm của công nghệ RoF
a)Suy hao thấp
b) Băng thông lớn
c) Miễn nhiệm với các tần số vô tuyến
d) Lắp đặt và bảo trì đơn giản

e) Giảm công suất tiêu thụ
f) Phân bổ tài nguyên linh hoạt
2.2.2 Các hạn chế của công nghệ RoF
Bởi vì RoF bao gồm điều chế tương tự và tách sóng ánh sáng, nên về cơ bản là hệ
thống truyền dẫn tương tự. Vì thế, tín hiệu bị ảnh hưởng bởi nhiễu và méo, và đây cũng là
các ảnh hưởng rất quan trọng trong các hệ thống truyền dẫn tương tự cũng như hệ thống
RoF.
2.3 Các kỹ thuật truyền tải tín hiệu vô tuyến qua sợi quang
2.3.1 Công nghệ RoF sử dụng kỹ thuật IM-DD
Phương pháp đơn giản nhất để phân phối tín hiệu RF là điều chế trực tiếp cường độ
của nguồn sáng với chính tín hiệu RF và sử dụng tách sóng trực tiếp tại bộ tách sóng quang
để khôi phục lại tín hiệu RF.
2.3.2 Công nghệ RoF sử dụng kỹ thuật tách 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).
2.4.Ứng dụng của hệ thống RoF
2.4.1 Mạng tế bào
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.
2.4.2 Thông tin vệ tinh
Thông tin vệ tinh là một trong ứng dụng thực tiễn của kỹ thuật RoF, liên quan đến
đầu xa của antenna của các trạm mặt đất.
2.4.3 Hệ thống phân phối video


9

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).
2.4.4 Các dịch vụ băng rộng di động
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.
2.4.5 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 sóng mang phải
cao hơn để đáp ứng nhu cầu về dung lượng.
2.4.6 Mạng cho các phương tiện giao thông
Đây là lĩnh vực có tiềm năng ứng dụng trong kĩ thuật RoF. Cách làm này giúp cho
giảm thiểu về mặt chi phí cũng như đơn giản trong quản lý.
2.5. Kết luận chương 2
Chương này đã nghiên cứu các kĩ thuật nhằm phân phối tín hiệu RF qua các liên kết sợi
quang. Các kĩ thuật RoF khác nhau nhằm truyền tải tín hiệu RF qua các sợi quang có thể
được phân loại về mặt tần số tại đó mà tín hiệu được truyền tải hoặc về nguyên lý điều
chế/tách sóng quang.
Công nghệ RoF mang lại rất nhiều ưu điểm so với việc truyền tải tín hiệu điện : suy
hao thấp, băng thông lớn, miễn nhiệm với nhiễu tần số vô tuyến, lắp đặt bảo trì đơn giản,
giảm công suất tiêu thụ, phân bổ tài nguyên linh hoạt.Với những ưu điểm này hệ thống RoF
được ứng dụng trong: Mạng tế bào, Thông tin vệ tinh, Các dịch vụ băng rộng di động, Mạng
cục bộ không dây (WLAN), Mạng cho các phương tiện giao thông.


10

CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ OFDM QUANG TRONG RoF VÀ ỨNG DỤNG
3.1 Giới thiệu
Vùng phủ không dây của miền đầu cuối người sử dụng, trong nhà và ngoài trời, ví
dụ, trong các tòa nhà văn phòng, trường đại học, bệnh viện, sân bay,… đã trở thành một

phần thiết yếu của mạng truyền thông băng rộng.
Công nghệ RoF là công nghệ phù hợp nhất để thực thi các cơ sở hạ tầng mạng không
dây và cung cấp một cấu trúc giá thành thấp, bới vì các tín hiệu điều chế quang được truyền
tới trạm gốc thông qua sợi quang mà không có mất mát đáng kể và tới đầu cuối điện thoại
thông qua truyền RF cho phép tính di động lớn hơn.
OFDM là một dạng đặc biệt của truyền dẫn đa sóng mang và nó phù hợp với kênh
chọn lọc tần số và dữ liệu truyền dẫn tốc độ cao. Kỹ thuật này biến đổi một kênh băng rộng
chọn lọc tần số vào trong một nhóm kênh băng hẹp không chọn lọc, điều này làm nó chống
được phần lớn trễ lan truyền bằng cách bảo đảm trực giao trong miền tần số.
Sự phối hợp của OFDM và hệ thống vô tuyến trong sợi quang (RoF) có sức hút
đáng kể đối với hệ thống truyền thông không dây băng rộng Gbits trong tương lai. Tỷ số
đỉnh công suất trung bình (PAPR) và méo không tuyến tính của máy phát quang là những
vấn đề chính được nêu lên trong hệ thống OFDM và RoF.
3.2 Kĩ thuật ghép kênh trong RoF
3.2.1. Ghép kênh sóng mang con SCM trong các hệ thống RoF
Ghép kênh sóng mang con là một phương pháp cốt yếu, đơn giản và hiệu quả về kinh
tế đối với việc sử dụng băng thông sợi quang trong các hệ thống thông tin quang tương tự
nói chung và trong các hệ thống RoF nói riêng.
Trong SCM, tín hiệu RF (sóng mang con) được sử dụng để điều chế một sóng mang
quang tại phía phát.
Tại phía thu, các sóng mang con sẽ được khôi phục thông qua tách sóng trực tiếp và
sau đó được phát xạ.


11
fSC1
Kênh 1
(VD : Tín hiệu số)

Mod

Kênh 2
(VD : Tín hiệu
tương tự - video)

Mod

Sợi
quang

fSC1
fSC2
Bộ KĐ

fSC2
f0 - fSC2
f0
f0 + fSC2
f0 - fSC1 f0 + fSC1

fSC1 fSC2

Hình 3.1: Ghép kênh sóng mang con giữa tín hiệu số và tín hiệu tương tự

a) Ưu điểm của ghép kênh sóng mang con (SCM)
Hỗ trợ nhiều luồng dữ liệu, Mỗi sóng mang con có thể truyền tải một tín hiệu có một
cách điều chế độc lập. Vì thế, nó có thể được sử dụng trong rất nhiều ứng dụng như CATV,
WLAN và một số các ứng dụng sóng mm.
Kĩ thuật điều chế được sử dụng và dữ liệu được tải trên mỗi sóng mang con là độc
lập với các sóng mang được sử dụng.

b) Các nhược điểm của ghép kênh sóng mang con (SCM)
SCM là một kĩ thuật thông tin tương tự, nó sẽ nhạy cảm đổi với các tác động của
nhiễu và méo do các hiệu ứng phi tuyến.
3.2.2 Ghép kênh phân chia theo bước sóng trong hệ thống RoF
Ứng dụng WDM vào mạng RoF mang lại nhiều ưu điểm như đơn giản hóa mô hình
mạng bằng cách ấn định các bước sóng khác nhau cho mỗi trạm gốc riêng biệt, cho phép
nâng cấp mạng và các ứng dụng dễ dàng hơn và cung cấp một phương tiện quản lý mạng
đơn giản.

LO

Data

LD

LD

l2

MUX

EDFA

LD

l1

ln

l1

DEMUX

l2
ln

Hình 3.2: Sự kết hợp DWDM trong RoF


12

3.3 OFDM quang trong hệ thống RoF
3.3.1. Tổng quan về OFDM quang trong hệ thống RoF
3.3.2 Mô hình OFDM kết hợp RoF
Mô hình mô tả sử dụng OFDM trong hệ thống RoF được chỉ ra trong hình 3.5. Các
khối sơ đồ khối quan trọng và cơ bản trong mô hình là khối máy phát, đường truyền quang,
kênh và máy thu.

Hình 3.5: Mô hình OFDM kết hợp với RoF

3.4 Ứng dụng hệ thống OFDM trong RoF dùng cho mạng thông tin di động 4G
LTE/LTE Advanced
3.4.1 Giới thiệu công nghệ 4G LTE/LTE Advanced
Hệ thống thông tin di động 4G là công nghệ truyền thông thông tin di động thế hệ
thứ tư, cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ lên tới 1 - 1,5 Gbit/s. 4G không phải cuộc cách
mạng mà là một sự tiến hóa, cải thiện đáng kể trải nghiệm Internet 3G. Cải thiện tốc độ là
yếu tố gây ấn tượng và dễ nhận thấy nhất. 4G có công suất cao hơn, nghĩa là có thể hỗ trợ
một lượng lớn người dùng tại một thời điểm bất kỳ. 4G hỗ trợ truyền dữ liệu tốc độ cao hơn,
do vậy các ứng dụng đa truyền thông như thoại có hình hay các đoạn video chạy sẽ mượt
hơn. 4G có hiệu suất sử dụng phổ tần cao hơn 3G, cho phép dung lượng dữ liệu truyền lớn
hơn. Đó là nhờ 4G sử dụng các chương trình mã hóa thông minh hơn.

Hệ thống thông tin di động 4G đã được đưa vào khai thác và sử dụng tại một số quốc
gia phát triển trên thế giới từ năm 2012. Với sự đột phá về dung lượng, hệ thống di động 4G
cung cấp những dịch vụ phục vụ sâu hơn vào đời sống sinh hoạt thường nhật, công việc
cũng như có sự tác động lớn đến lối sống của chúng ta trong tương lai gần.


13

Hệ thống thông tin di động 4G bao gồm 2 công nghệ chính, đó là LTE Và LTEAdvanced.
Bảng 3.1 so sánh LTE với LTE – Advanced

3.4.2 Ứng dụng hệ thống OFDM trong RoF dùng cho mạng thông tin di động 4G
LTE/LTE Advanced
Phát huy các ưu việt của OFDM và RoF, nên hệ thống OFDM- RoF đã được sử dụng
nhiều trong các hệ thống truyền thông tốc độ cao/băng thông rộng, như: các hệ thống thông
tin WiMax, các mạng truy nhập vô tuyến băng rộng (BWAN), các mạng thông tin di động
tốc độ cao như 4G,..
Trong khuôn khổ yêu cầu của luận án, học viên xin phép trình bầy ứng dụng hệ
thống OFDM quang trong RoF dùng cho mạng thông tin di động 4G LTE/LTE Advanced
cho 3 trường hợp:
- Ứng dụng hệ thống OFDM trong RoF dùng cho mạng thông tin di động 4G
LTE/LTE Advanced tại trung tâm thành phố của Việt Nam.
- Ứng dụng hệ thống OFDM trong RoF dùng cho mạng thông tin di động 4G
LTE/LTE Advanced cho các vùng ngoại ô, nông thôn của Việt Nam.
- Ứng dụng hệ thống OFDM trong RoF dùng cho mạng thông tin di động 4G
LTE/LTE Advanced cho các tòa nhà cao tầng của Việt Nam.
a.Ứng dụng hệ thống OFDM trong RoF dùng cho mạng thông tin di động 4G
LTE/LTE Advanced tại trung tâm thành phố của Việt Nam.
 Sở cứ ứng dụng
Một đặc điểm quan trong của mạng thông tin di động 4G LTE/LTE Advanced là tốc

độ hoạt động của hệ thống rất cao và băng tần rộng (như đã chỉ ra trong bảng 3.1). Khi tốc


14

độ hoạt động của hệ thống rất cao và băng tần rộng thì bán kính các cell trở nên rất nhỏ.
Điều này có thể được mô tả ở hình sau:

Hình 3.7. Các vệt phủ của cell cho các dịch vụ với các tốc độ hoạt động khác nhau

 Mô hình kiến trúc mạng
Mô hình kiến trúc mạng triển khai công nghệ OFDM quang trong RoF vào hệ thống
truyền tải mạng di động LTE/LTE-Ad được tại trung tâm thành phố chỉ ra ở hình sau:

BS1
TRX
1
TRX

CC

BS2

2
TRX
N

BSi

CS

EPC-LTE/LTE-Ad

BS
N

ERAN-LTE/LTE-Ad

Hình 3.8. Mô hình triển khai công nghệ OFDM quang trong RoF vào hệ thống truyền tải mạng di
động LTE/LTE-Ad tại trung tâm các thành phố.
 Các khối chức năng:

EPC-LTE/LTE-Ad: mạng lõi gói phát triển của LTE/LTE-Ad
ERAN-LTE/LTE-Ad: mạng truy nhập vô tuyến phát triển của LTE/LTE-Ad
CS: Khối xử lý trung tâm
CC: Khối điều khiển trung tâm


15

TRXi với i=1N: các khối thu phát OFDM quang
BSi với i=1N: Trạm gốc OFDM quang của cell thứ i.
 Nguyên lý hoạt động của hệ thống OFDM-RoF:
Các dữ liệu được sử dụng cho một người nào đó được tạo ra ở mạng lõi của
LTE/LTE-Ad được đưa vào bộ thu phát TRX (ví dụ người thứ i được đưa vào bộ thu phát
TRXi). Tại TRXi, dữ liệu được chuyển đổi từ nối tiếp sang song song thông qua bộ biến đổi
nối tiếp sang song song S/P rồi đưa đến bộ phát OFDM.
Sợi quang được sử dụng để truyền tín hiệu có thể là sợi đơn mode (SMFs), sợi đa
mode (MMFs) hay sợi nhựa Plastic (POFs).,
Khi đến đầu thu, tín hiệu được chuyển vào miền điện bằng bộ thu quang trong BS.
Từ BS, tín hiệu được truyền qua kênh vô tuyến đến đầu cuối người sử dụng.

Sử dụng OFDM-RoF là một biện pháp không chỉ làm giảm cho phí đầu tư các eNode
B, mà còn là giải pháp tối ưu giúp nâng tốc độ trong mạng 4G. Tại trung tâm các thành phố
thực hiện triển khai hệ thống RoF tại các điểm chuyển tiếp từ eNode B lên mạng lõi. Các
kết nối từ eNode B tới đầu cuối là vô tuyến.
b. Ứng dụng hệ thống OFDM trong RoF dùng cho mạng thông tin di động 4G
LTE/LTE Advanced cho khu vực ngoại thành, nông thôn của Việt Nam
 Sở cứ ứng dụng
Thông thường, ở các khu vực ngoại thành, nông thôn mật độ thuê bao, nhu cầu sử
dụng dịch vụ chất lượng cao là thấp hơn rất nhiều so với khu vực thành phố, trong khi đó
diện tích yêu cầu phủ sóng lại rộng hơn rất nhiều. Do đó, để bảo đảm tính kinh tế - kỹ thuật
và đáp ứng diện tích yêu cầu phủ sóng rộng cho các khu vực ngoại thành, nông thôn người
ta thường kết hợp công nghệ WDM với OFDM-RoF cho mạng thông tin di động 4G
LTE/LTE Advanced cho khu vực ngoại thành, nông thôn.
 Mô hình kiến trúc mạng
Mô hình kiến trúc mạng triển khai công nghệ OFDM quang trong RoF kết hợp với
công nghệ WDM vào hệ thống truyền tải mạng di động LTE/LTE-Ad được chỉ ra ở hình
sau:


16

Star
Coupler

BS 1

Star
Coupler

BS N

TRX 1

CC
TRXK

CS

EPC-LTE/LTE-Ad

Sợi quang

ERAN-LTE/LTE-Ad

Hình 3.10. Mô hình triển khai công nghệ OFDM quang trong RoF kết hợp WDM vào hệ thống
truyền tải mạng di động LTE/LTE-Ad cho vùng ngoại ô và nông thôn.

 Các khối chức năng
EPC-LTE/LTE-Ad: mạng lõi gói phát triển của LTE/LTE-Ad
ERAN-LTE/LTE-Ad: mạng truy nhập vô tuyến phát triển của LTE/LTE-Ad
CS: Khối xử lý trung tâm
CC: Khối điều khiển trung tâm
TRXi với i=1K: các khối thu phát OFDM quang
BSi với i=1N: Trạm gốc OFDM quang của cell thứ i.
 Nguyên lý hoạt động của hệ thống WDM-OFDM-RoF:
Nguyên lý hoạt động của hệ thống OFDM quang trong RoF kết hợp WDM vào hệ thống
truyền tải mạng di động LTE/LTE-Ad cho vùng ngoại ô và nông thôn, bên cạnh chức năng
thu phát OFDM tại các TRX như đa chỉ ra trong hệ thống OFDM quang trong RoF vào hệ
thống truyền tải mạng di động LTE/LTE-Ad được tại trung tâm thành phố, mà hệ thống còn
thực hiện chức năng của công nghệ WDM.

c. Ứng dụng hệ thống OFDM trong RoF dùng cho mạng thông tin di động 4G
LTE/LTE Advanced cho các tòa nhà cao tầng
 Sở cứ ứng dụng
Tại các tòa nhà cao tầng mật độ thuê bao và yêu cầu dịch vụ là rất cao. Bên cạnh đó
ảnh hưởng của cản nhiễu là lớn, nhưng vùng phủ lại tương đối hẹp. Đặc biệt các tòa nhà cao


17

tầng có số tầng rất lớn thì khả năng phủ sóng ở những tầng phía trên là rất yếu. Vì vậy đề
xuất mạng 4G sử dụng OFDM trong ROF là biện pháp thích hợp.
 Mô hình kiến trúc mạng

BS N

Tầng K

TRX N

CC

TRX 2

BS 1

Tầng 1

TRX1

BS 2

CS

Sợi quang

EPC-LTE/LTE-Ad

ERAN-LTE/LTE-Ad

Hình 3.11. Mô hình triển khai công nghệ OFDM quang trong RoF vào hệ thống truyền tải mạng di
động LTE/LTE-Ad cho các tòa nhà cao tầng.

 Các khối chức năng
Khối nét đứt là các tầng nhà.
EPC-LTE/LTE-Ad: mạng lõi gói phát triển của LTE/LTE-Ad
ERAN-LTE/LTE-Ad: mạng truy nhập vô tuyến phát triển của LTE/LTE-Ad
CS: Khối xử lý trung tâm
CC: Khối điều khiển trung tâm
TRXi với i=1N: các khối thu phát OFDM quang
BSi với i=1N: Trạm gốc OFDM quang của cell thứ i.
 Nguyên lý hoạt động của hệ thống OFDM-RoF:
Nguyên lý hoạt động của hệ thống OFDM quang trong RoF vào hệ thống truyền tải
mạng di động LTE/LTE-Ad cho các tòa nhà cao tầng cũng tương tự như:
Nguyên lý hoạt động của hệ thống OFDM quang trong RoF vào hệ thống truyền tải
mạng di động LTE/LTE-Ad tại các TRX: Các dữ liệu được sử dụng cho một người nào đó
được tạo ra ở mạng lõi của LTE/LTE-Ad được đưa vào bộ thu phát TRX (ví dụ người thứ i
được đưa vào bộ thu phát TRXi).
Sợi quang được sử dụng để truyền tín hiệu có thể là sợi đơn mode (SMFs), sợi đa
mode (MMFs) hay sợi nhựa Plastic (POFs).

18

Tại đầu thu, tín hiệu được chuyển vào miền điện bằng bộ thu quang trong BS. Từ BS,
tín hiệu được truyền qua kênh vô tuyến đến đầu cuối người sử dụng. Trong hầu hết các
trường hợp, tín hiệu quang nhận được ở phía thu là khá yếu và do đó cần phải sử dụng mạch
khuếch đại điện tử để đảm bảo rằng tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) được tối ưu hóa.
Tuy nhiên, do đăc điểm của các tòa nhà cao tầng mà việc bố trí các BS cho các tầng
hay giữa các tầng cho thích hợp để phủ sóng được tất cả các tầng cũng như tất các phòng
của các tầng và trong thang máy của tòa nhà .

3.5. Kết luận chương 3
Trong chương 3 luận văn đã trình bày hai kĩ thuật ghép kênh trong hệ thống RoF và
đưa ra mô hình OFDM kết hợp với RoF . Đồng thời luận văn cũng giới thiệu công nghệ 4G
LTE/LTE Advanced với các ưu việt và khả năng ứng dụng công nghệ 4G LTE/LTE
Advanced tại Việt Nam.
Đồng thời trong chương 3 luận văn đã trình bày ứng dụng hệ thống OFDM trong
RoF dùng cho mạng thông tin di động 4G LTE/LTE Advanced trong 3 trường hợp:
- Ứng dụng hệ thống OFDM trong RoF dùng cho mạng thông tin di động 4G
LTE/LTE Advanced tại trung tâm thành phố của Việt Nam,
- Ứng dụng hệ thống OFDM trong RoF dùng cho mạng thông tin di động 4G
LTE/LTE Advanced cho các vùng ngoại ô, nông thôn của Việt Nam,
- Ứng dụng hệ thống OFDM trong RoF dùng cho mạng thông tin di động 4G
LTE/LTE Advanced cho các tòa nhà cao tầng của Việt Nam.


19

KẾT LUẬN
Kĩ thuật truyền sóng vô tuyến qua sợi quang (RoF) là một kĩ thuật nên tảng cho mạng

truy nhập không dây băng thông rộng. Mặt khác, Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số
trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 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. Kỹ thuật OFDM có nhiều lợi ích mà các kỹ thuật ghép kênh khác không có được. Do
đó việc kết hợp kỹ thuật OFDM quang và RoF được xem là một giải pháp mang lại hiệu quả
cao cho truyền dẫn vô tuyến băng rộng. Đây cũng chính là lí do để em lựa chọn đề tài
“Nghiên cứu công nghệ OFDM quang trong RoF và ứng dụng”để nắm bắt công nghệ và
nghiên cứu áp dụng trong tương lai.
Để thực hiện mục tiêu trên, đề tài luận văn đã thực hiện các nội dung sau:

- Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật OFDM quang với các nội dung chính sau, tìm
hiểu về kỹ thuật OFDM, các thành phần trong hệ thống vô tuyến ứng dụng kỹ thuật OFDM.
Nêu lên được ưu điểm và nhược điểm của kỹ thuật OFDM và tìm hiểu mô hình hệ thống
OFDM quang với từng khối chức năng trong mô hình đó. Đồng thời tìm hiểu các phương
pháp điều chế và tách sóng OFDM quang.

- Chương 2: Hệ thống truyền dẫn RoF với các nội dung: Khái niệm hệ thống truyền
dẫn RoF, mô hình truyền dẫn qua sợi quang, các kĩ thuật truyền tải vô tuyến qua sợi quang,
các ưu điểm và hạn chế của RoF, ứng dụng của hệ thống RoF.

- Chương 3: Công nghệ OFDM quang trong RoF và ứng dụng với các nội dung sau:
Kĩ thuật ghép kênh trong hệ thống RoF, công nghệ OFDM quang trong RoF và đưa ra các
ứng dụng hệ thống OFDM quang trong RoF dùng cho mạng thông tin di động 4G LTE/LTE
Advanced.
Đánh giá chung, em đã hoàn thành được các nội dung của đề tài theo đề cương đã
được duyệt. Tuy nhiên, với năng lực và thời gian hạn chế nên bản luận văn tốt nghiệp của
em không thể tránh khỏi những khiếm khuyết. Em mong muốn nhận được sự chỉ bảo, góp ý
chân thành của các Thầy Cô giáo cùng các bạn để bài luận văn của e được hoàn thiện hơn.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy TS. Hoàng Văn Võ và các thầy cô trong
khoa Kỹ thuật Viễn thông của trường Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, đã giúp

đỡ, chỉ bảo tận tình cho em và giúp em hoàn thành tốt luận văn này!
Em xin chân thành cảm ơn!