Hệ thống MMW rof hai hướng sử dụng kỹ thuật khuếch đại và chuyển tiếp

Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục

MỤC LỤC
MỤC LỤC ..................................................................................................................... 1
DANH MỤC HÌNH VẼ................................................................................................ 3
DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................... 4
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................................... 5
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 8
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MMW/ROF ................................... 11
1.1

Giới thiệu chung ............................................................................................. 11

1.1.1 Khái niệm bước sóng millimet ................................................................... 11
1.1.2 Đặc tính của bước sóng millimet ................................................................ 12
1.1.3 Ứng dụng sóng millimet vào hệ thống RoF ............................................... 13
1.2

Khái niệm hệ thống RoF ................................................................................ 15

1.3

Cấu hình hệ thống RoF .................................................................................. 17

1.3.1 Các thành phần cơ bản của tuyến RoF ....................................................... 17
1.3.2 Hoạt động của hệ thống MMW/RoF .......................................................... 24
1.4

Ưu và nhược điểm của hệ thống MMW/RoF ................................................ 25

1.4.1 Ưu điểm của hệ thống ................................................................................. 25

1.4.2 Nhược điểm của hệ thống ........................................................................... 27
1.5

Các ứng dụng của hệ thống MMW/RoF ........................................................ 28

1.5.1 Ứng dụng cho mạng WLAN....................................................................... 29
1.5.2 Ứng dụng cho mạng RVC .......................................................................... 30
1.5.3 Ứng dụng cho mạng truy nhập vô tuyến ở ngoại ô, nông thôn .................... 32
1.5.4 Ứng dụng cho mạng Backhaul ................................................................... 34
1.5.5 Ứng dụng cho mạng di động tế bào ............................................................ 35
1.6

Kết luận chương ............................................................................................. 36

CHƯƠNG II: HỆ THỐNG MMW/ROF HAI HƯỚNG SỬ DỤNG KỸ THUẬT
KHUẾCH ĐẠI VÀ CHUYỂN TIẾP......................................................................... 37
2.1

Giới thiệu chung ............................................................................................. 37

2.2

Tổng quan về kỹ thuật chuyển tiếp ................................................................ 37

2.3

Các phương pháp chuyển tiếp ........................................................................ 39

Đào Việt Hưng – B13DCVT024

1


Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục
2.3.1 Chuyển tiếp truyền thống............................................................................ 39
2.3.2 Nén và chuyển tiếp (Compress-and-Forward) ............................................ 40
2.3.3 Giải mã hóa và chuyển tiếp (Decode-and-Foward) .................................... 43
2.3.4 Khuếch đại và chuyển tiếp (Amplify-and-Foward) .................................... 45
2.4 Hệ thống MMW/RoF hai hướng sử dụng kỹ thuật khuếch đại và chuyển tiếp
.................................................................................................................................. .47
2.4.1 Cấu tạo hệ thống ......................................................................................... 48
2.4.2 Nguyên lý hoạt động ................................................................................... 49
2.5

Kết luận chương .............................................................................................. 51

CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH HIỆU NĂNG HỆ THỐNG MMW/ROF HAI
HƯỚNG SỬ DỤNG KỸ THUẬT KHUẾCH ĐẠI VÀ CHUYỂN TIẾP............... 52
3.1

Giới thiệu chung ............................................................................................. 52

3.2

Mô hình hệ thống MMW/RoF hai hướng sử dụng kỹ thuật AF .................... 52

3.3

Phân tích hiệu năng hệ thống ......................................................................... 53

3.3.1 Hệ số kênh truyền ....................................................................................... 53
3.3.2 SNR của đường xuống ................................................................................ 54
3.3.3 SNR của đường lên ..................................................................................... 55
3.3.4 Thông lượng của hệ thống .......................................................................... 56
3.4

Các kết quả đánh giá ...................................................................................... 58

3.4.1 Lựa chọn tham số ........................................................................................ 58
3.4.2 Kết quả mô phỏng ....................................................................................... 59
3.5

Kết luận chương ............................................................................................. 62

KẾT LUẬN ................................................................................................................. 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 64

Đào Việt Hưng – B13DCVT024

2


Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục hình vẽ

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Tần số bước sóng MMW so với tần số đang sử dụng hiện tại .................... 12
Hình 1.2: Hấp thụ khí quyển trung bình với sóng MMW tại mực nước biển ............. 12
Hình 1.3: Khái niệm về hệ thống RoF ......................................................................... 15
Hình 1.4: Hệ thống quang – vô tuyến 900 MHz ......................................................... 16
Hình 1.5: Kiến trúc chung của hệ thống RoF .............................................................. 17

Hình 1.6: Cấu tạo của Laser Diode .............................................................................. 19
Hình 1.7: Bộ điều chế Mach-Zehnder ......................................................................... 21
Hình 1.8: Cấu tạo sợi quang ........................................................................................ 22
Hình 1.9: Hoạt động của hệ thống MMW/RoF ........................................................... 24
Hình 1.10: Kiến trúc mạng WLAN sử dụng MMW/RoF ........................................... 30
Hình 1.11: Mạng RVC sử dụng MMW/RoF ............................................................... 31
Hình 1.12: Kiến trúc mạng MMW/RoF bao gồm K bộ TRX và N trạm BS .............. 33
Hình 1.13: Ứng dụng hệ thống MMW/RoF vào mạng Backhaul ............................... 34
Hình 2.1: Minh họa kỹ thuật chuyển tiếp .................................................................... 37
Hình 2.2: Chuyển tiếp loại I và loại II ......................................................................... 38
Hình 2.3: Chuyển tiếp truyền thống ............................................................................ 39
Hình 2.4: Chuyển tiếp Compress-and-Forward ........................................................... 41
Hình 2.5: Chuyển tiếp Decode-and-Forward .............................................................. 43
Hình 2.6: Chuyển tiếp Amplify-and-Forward ............................................................. 45
Hình 2.7: Sơ đồ truyền dẫn của chuyển tiếp hai hướng AF ........................................ 46
Hình 2.8: Hệ thống MMW/RoF hai hướng sử dụng kỹ thuật AF ............................... 48
Hình 2.9: Sơ đồ truyền dẫn của hệ thống .................................................................... 49
Hình 3.1: Mô hình hệ thống MMW/RoF hai hướng sử dụng kỹ thuật AF.................. 52
Hình 3.2: Khảo sát thông lượng chuẩn hóa của hệ thống theo công suất phát quang tại
CS và RAU đối với ba loại chuyển tiếp: truyền thống, DF và AF ............................... 59
Hình 3.3: Khảo sát thông lượng chuẩn hóa của hệ thống theo công suất phát quang và
công suất phát vô tuyến đối với chuyển tiếp AF .......................................................... 60
Hình 3.4: Thông lượng chuẩn hóa theo khoảng cách vô tuyến đối với hệ thống sử
dụng chuyển tiếp AF..................................................................................................... 61

Đào Việt Hưng – B13DCVT024

3

Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục bảng biểu

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Sơ đồ truyền tải của hệ thống ...................................................................... 51
Bảng 3.1: Bảng lựa chọn tham số ................................................................................ 59

Đào Việt Hưng – B13DCVT024

4


Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục từ viết tắt

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Từ tiếng Anh

Nghĩa tiếng Việt

ASF

Amplify-and-Forward

Khuếch đại và chuyển tiếp

BB

Base Band

Băng tần sơ cở

BS

Base Station

Trạm gốc

BEP

Bit Error Probability

Xác suất lỗi bit

BER

Bit Error Rate

Tỉ số lỗi bit

BWAN

Broadband Wireless Access
Network

Mạng truy nhập vô tuyến băng
rộng

CF

Compress-and-Forward

Nén và chuyển tiếp

CN

Core Network

Mạng lõi

CS

Central Station

Trạm trung tâm

DSF

Decode-and-Forward

Giải mã hóa và chuyển tiếp

DR

Dynamic Range

Dải động

EHF

Extremely High Frequency

Tần số siêu cao

FS

Frequency Switch

Chuyển mạch tần số

IEEE

Institute of Electrical and
Electronics Engineers

Viện kĩ sư điện và điện tử

IF

Intermediate Frequency

Tần số trung tần

ITS

Intelligent Transportation System

Hệ thống truyền tải thông minh

LD

Laser Diode

Điốt Laze

LNA

Low Noiser Amplifier

Bộ khuếch đại tạp âm nhỏ

MH

Mobile Host

Thiết bị di động

MAC

Media Access Control

Kiểm soát truy cập truyền thông

Đào Việt Hưng – B13DCVT024

5


Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục từ viết tắt
Từ viết tắt

Từ tiếng Anh

Nghĩa tiếng Việt

MMW

Millimeter-wave

Bước sóng millimet

MMF

Multi-mode Fiber

Sợi đa mode

MT

Mobile Terminal

Thiết bị đầu cuối di động

MU

Mobile User

Người dùng di động

MZM

Mach-Zehnder Modulator

Bộ điều chế Mach-Zehnder

NF

Noise Figure

Hệ số tạp âm

NT

Network Trunk

Mạng trung kế

ODN

Optical Distribution Network

Mạng phân bố quang

OF

Optical Fiber

Sợi quang

OFM

Orthogonal Frequency
Multiplexing

Ghép kênh theo tần số

PD

Photodiode

Điốt quang

PEP

Packet Error Probability

Xác suất lỗi gói tin

POF

Plastic Optical Fiber

Sợi quang chất dẻo

QoS

Quality of Service

Chất lượng dịch vụ

RAP

Radio Access Point

Điểm truy nhập vô tuyến

RAU

Remote Antenna Unit

Khối anten từ xa

RF

Radio Frequency

Tần số vô tuyến

RIN

Relative Intensity Noise

Nhiễu cường độ tương đối

RoF

Radio-over-Fiber

Kĩ thuật truyền sóng vô tuyến trên
sợi quang

RN

Remote Node

Node trung gian

RRH

Remote Radio Head

Đầu vô tuyến từ xa

Đào Việt Hưng – B13DCVT024

6


Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục từ viết tắt
Từ viết tắt

Từ tiếng Anh

Nghĩa tiếng Việt

RVC

Road Vehicle Communication

Truyền thông phương tiện giao

thông trên đường

TRX

Transceiver

Bộ thu phát

SNR

Signal-to-Noise Ratio

Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

SMF

Single-mode Fiber

Sợi quang đơn mode

UE

User Equipment

Thiết bị người dùng

Đào Việt Hưng – B13DCVT024

7

Đồ án tốt nghiệp đại học Lời mở đầu

LỜI MỞ ĐẦU
Thế kỉ thứ XXI là thời kì bùng nổ của khoa học kĩ thuật công nghệ. Với nhu
cầu trao đổi thông tin khổng lồ của con người, đòi hỏi chúng ta không ngừng nghiên
cứu phát triển những giải pháp kĩ thuật để ứng dụng trong truyền dẫn vô tuyến. Như
chúng ta đã biết, ngày nay yêu cầu của mạng lưới viễn thông đã lên tới Tb/s, trong khi
nguồn tài nguyên về băng thông truyền tải đã cạn kiệt thì việc ra đời mạng truyền dẫn
quang với băng thông gần như vô hạn đã phần nào đáp ứng được nhu cầu đó. Đối với
mỗi ý tưởng khoa học đưa ra cần phải mất khá nhiều thời gian nghiên cứu thì chúng ta
mới triển khai trên thực tế. Vì vậy, mặc dù ý tưởng dùng ánh sáng để truyền tin ra đời
khá sớm nhưng mãi tới những năm cuối thế kỉ XX, các hệ thống thông tin quang đầu
tiến mới được triển khai để thương mại hóa. Trong một thời gian khá ngắn, công nghệ
quang đã phát triển mạnh mẽ kéo theo đó thì các hệ thống truyền dẫn quang mới thực
sự thể hiện được khả năng đáp ứng ưu việt của nó. Chính vì thế, sợi quang đã được sử
dụng trở nên phổ biến và gần như chiếm trọn trong các hệ thống truyền dẫn ngày nay.
Tuy có những nhược điểm nhất định trong lắp đặt, bảo dưỡng cũng như giá thành của
sợi quang và thiết bị đi kèm còn đắt hơn so với cáp đồng nhưng với băng thông lớn
của sợi quang thì không có một môi trường hiện tại nào có thể so sánh được. Vì vậy,
sợi quang được xem là cơ sở để triển khai các mạng băng thông rộng mà bây giờ ta có
thấy được như mạng đường trục, FTTx… các ứng dụng trên sợi quang ngày càng
nhiều.
Mạng truy nhập là nút cuối cùng trong mạng viễn thông, là thành phần giao
tiếp với con người trong quá trình đưa dịch vụ tới người sử dụng cuối và là thành phần
tất yếu của mạng. Việc yêu cầu đưa ra những phương pháp để đạt được mạng truy
nhập vô tuyến băng thông rộng là kết hợp với kỹ thuật truy nhập bằng sợi quang, với
ưu điểm là băng thông lớn và cự ly xa. Một trong những sự kết hợp đó là kỹ thuật
truyền tín hiệu vô tuyến qua sợi quang (Radio-over-Fiber), một kỹ thuật mà hiện nay
được coi là nền tảng cho mạng truy nhập không dây băng thông rộng trong tương lai.

Tuy kỹ thuật RoF chỉ mới trong giai đoạn nghiên cứu, tìm hiểu nguyên lý, ưu nhược
điểm của hệ thống và kịch bản ứng dụng của nó trong mạng viễn thông nhưng những
kết quả mà nó mạng lại rất khả quan. Điển hình, tháng 4 năm 2012, AT&T đã phát
Đào Việt Hưng – B13DCVT024

8


Đồ án tốt nghiệp đại học Lời mở đầu
triển được 3000 hệ thống RoF tại Mỹ ở nhưng nơi như sân vận động, trung tâm mua
sắm, bên trong các tòa nhà. Do vậy, trong thời gian sắp chúng ta kì vọng rằng kỹ thuật
RoF sẽ được triển khai rộng và thương mại hóa.
Hiện nay, kỹ thuật RoF được kết hợp với bước sóng millimet (millimeterwave) giúp ta sử dụng hiệu quả tần số và tái sử dụng phổ tần một cách hiệu quả. Giải
quyết vấn đề thiếu hụt tài nguyên về băng thông do sự phát triển mạnh mẽ của
Internet, những yêu cầu của truyền thông toàn cầu ngày càng tăng lên đáng kể với các
ứng dụng băng thông rộng như video hội nghị, video theo yêu cầu (VoD) hay
HDTV… Và để tối ưu hóa được lưu lượng của hệ thống, kỹ thuật khuếch đại và
chuyển tiếp (Amplify-and-Forward) đã được áp dụng vào hệ thống này. Vì vậy, trong
đồ án này, em sẽ tìm hiểu về hệ thống MMW/RoF hai hướng sử dụng kỹ thuật khuếch
đại và chuyển tiếp. Nội dung đồ án gồm ba phần:
Chương I: Tổng quan về hệ thống MMW/RoF. Chương này trình bày về
khái niệm hệ thống RoF, khái niệm bước sóng millimet, ứng dụng bước sóng millimet
vào hệ thống RoF, các thành phần trong hệ thống, cách cấu hình tuyến RoF, đồng thời
phân tích các đặc điểm của hệ thống MMW/RoF. Cuối chương là các ứng dụng của hệ
thống trong cuộc sống hiện nay và cả trong tương lai.
Chương II: Hệ thống MMW/RoF hai hướng sử dụng kỹ thuật AF. Chương
này đưa ra lí do tại sao cần dùng kỹ thuật chuyển tiếp trong các mạng di động, sau đó
trình bày về các kỹ thuật chuyển tiếp như chuyển tiếp truyền thống, nén và chuyển
tiếp (Compress-and-Forward), giải mã hóa và chuyển tiếp (Decode-and-Forward),
khuếch đại và chuyển tiếp (Amplify-and-Forward); sau đó trình bày về hệ thống

MMW/RoF hai hướng sử dụng kỹ thuật khuếch đại và chuyển tiếp và nguyên lý hoạt
động của hệ thống,
Chương III: Phân tích hiệu năng hệ thống MMW/RoF hai hướng sử dụng
kỹ thuật AF. Chương này đưa ra cấu trúc, mô hình của hệ thống, phân tích hiệu năng
hệ thống thông qua các biểu thức tính toán, sau đó đưa ra các kết quả đánh giá và mô
phỏng hệ thống trên phần mềm Matlab.

Đào Việt Hưng – B13DCVT024

9


Đồ án tốt nghiệp đại học Lời mở đầu
Dưới sự quan tâm, giúp đỡ, chỉ bảo tận tình trong khi làm đồ án cũng như cung
cấp tài liệu của Cô giáo ThS. Phạm Anh Thư, đồ án đã được hoàn thành với nội
dung đăng ký ở mức độ và phạm vi nhất định. Tuy nhiên, do trình độ và thời gian có
hạn nên đồ án không tránh khỏi có những sai sót, kính mong các thầy cô giáo và bạn
đọc đóng góp ý kiến giúp đồ án được hoàn thiện hơn và định hướng cho các nghiên
cứu tiếp theo.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới Cô giáo ThS. Phạm Anh Thư,
người đã trực tiếp định hướng em lựa chọn đề tài này đồng thời cũng là người đã tận
tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành đồ án.

Đào Việt Hưng – B13DCVT024

10


Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan về hệ thống MMW/RoF

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MMW/ROF
1.1

Giới thiệu chung
Ngày nay, nhu cầu ngày càng cao của dịch vụ băng rộng dẫn đến yêu cầu ngày

càng tăng về lưu lượng dữ liệu truy cập từ các dịch vụ này. Vào năm 2010, hơn 50%
doanh thu của các công ty điện thoại trên thế giới đến từ các dịch vụ liên quan đến
video. Ngoài các ưu điểm như tốc độ cao, tính đối xứng, đảm bảo nhu cầu băng thông
cho các dịch vụ video trong tương lai, mạng truy nhập thế hệ mới NGN đang mở ra
vấn đề hội tụ của dịch vụ hữu tuyến và vô tuyến. Công nghệ Radio-over-Fiber hay
RoF, kết hợp của của công nghệ vô tuyến và công nghệ truyền tải quang là một giải
pháp tiềm năng, phục vụ nâng cao dung lượng mạng và tính di động, đồng thời giảm
chi phí mạng truy nhập. Ý tưởng của công nghệ RoF là truyền thông tin qua sợi quang
bằng cách điều chế ánh sáng bằng tín hiệu vô tuyến. Quá trình điều chế này có thể
thực hiện bằng cách điều chế trực tiếp với tín hiệu vô tuyến cao tần RF hoặc sử dụng
một trung tần IF. Kiến trúc như vậy đem lại nhiều ưu điểm như giảm độ phức tạp của
đầu cuối thu/phát sóng, sóng mang vô tuyến có thể được phân bổ tự động cho các trạm
phát sóng khác nhau, mang lại tính trong suốt với hệ thống cũng như khả năng mở
rộng cao hơn. Tuy nhiên, hệ thống RoF cũng có nhiều nhược điểm như: bị ảnh hưởng
bởi nhiễu và méo; cần có đường dây, các đường dây cấp nguồn cho tiếp phát; cần có
phương thức chỉnh lõi… Sau nhiều nghiên cứu cho thấy các ưu điểm của băng
millimet hoàn toàn phù hợp cho ứng dụng vào hệ thống RoF, tận dụng ưu điểm của
công nghệ truyền dẫn sợi quang nhằm khắc phục được các hạn chế vốn có của nó. Từ
đó, hệ thống truyền tín hiệu vô tuyến bước sóng millimet qua sợi quang (MMW/RoF)
ra đời.
1.1.1 Khái niệm bước sóng millimet
Băng millimet (MMW), hay còn được gọi là tần số siêu cao EHF, là thuật ngữ
biểu thị các sóng điện từ có bước sóng trong khoảng 1-10mm, tương ứng với tần số
30-300 GHz. Tần số 20GHz cũng có những đặc điểm khá tương đồng với EHF nên

một số chuyên gia vẫn xếp nó vào băng MMW.

Đào Việt Hưng – B13DCVT024

11


Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan về hệ thống MMW/RoF

Hình 1.1: Tần số bước sóng MMW so với tần số đang sử dụng hiện tại
1.1.2 Đặc tính của bước sóng millimet
Bước sóng MMW có một số đặc tính cơ bản sau:
➢ Băng thông vô tuyến lớn, đem lại tốc độ truyền tải rất cao. Do có tần số lớn,
băng thông cũng như tốc độ mà bước sóng MMW đem lại là rất ấn tượng (đơn cử như
tại băng 75-110 GHz, tốc độ truyển tải đem lại là khoảnh 40Gbps). Nếu so với các tiêu
chuẩn hiện tại, với tần số hoạt động cỡ 2.4 – 5.8 GHz. Tốc độ truyền tải chưa thể vượt
qua được hàng gigabit thì bước sóng MMW dễ dàng cho thấy khả năng của nó.
➢ Suy hao trong không khí lớn: nguyên nhân cũng do tần số quá cao, lên đến lên
đến 15 dB/km ở tần số 60Ghz. Hình 1.2 là đồ thị thể hiện mức độ suy hao này.

Hình 1.2: Hấp thụ khí quyển trung bình với sóng MMW tại mực nước biển

Đào Việt Hưng – B13DCVT024

12


Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan về hệ thống MMW/RoF
Trong đó: Đường A: nhiệt độ 20oC, áp suất 1013.25mb, mật độ hơi nước
7.5g/m3. Đường B: nhiệt độ 0oC, áp suất 1000mb, mật độ hơi nước 1g/m3.

Các ưu điểm của băng MMW hoàn toàn phù hợp cho ứng dụng vào hệ thống
RoF, tận dụng ưu điểm của công nghệ truyền dẫn sợi quang nhằm khắc phục được các
hạn chế vốn có của nó. Từ đó, hệ thống truyền tín hiệu vô tuyến bước sóng MMW qua
sợi quang (MMW/RoF) ra đời.
1.1.3 Ứng dụng sóng millimet vào hệ thống RoF
Việc ứng dụng bước sóng MMW vào hệ thống RoF đem lại những ưu điểm:
➢ Sử dụng băng tần MMW làm giảm kích thước anten: Anten của hệ thống
MMW/RoF có kích thước nhỏ hơn anten của hệ thống RoF truyền thống. Để bức xạ năng
lượng điện từ một cách hiệu quả, kích thước anten thường phụ thuộc vào bước sóng,
thông thường là 1/10 bước sóng hoặc cao hơn. F= λ*c, hay λ=c/F, tần số (F) tăng, đồng
nghĩa với bước sóng (λ) giảm, làm giảm kích thước anten. Kích thước anten giảm cho
phép giảm năng lượng tiêu thụ cũng như kích thước của BS. Cần lưu ý là do số lượng BS
rất lớn, nên chỉ một cải tiến này có thể làm giảm đáng kể chi phí hệ thống.
➢ Băng thông của hệ thống MMW/RoF là lớn hơn rất nhiều: Băng thông lớn
đồng nghĩa với việc tốc độ truyền tải thông tin cũng cao hơn. Ta có thể truyền tải
nhiều thông tin hơn với việc điều chế một sóng mang 1GHz hơn là 1 KHz. Ví dụ như
truyền dẫn audio, tần số cao nhất cần điều chế là 20KHz. Sử dụng sóng mang 1MHz,
ta cần dịch tần số trung tâm đi ±10KHz (1%), còn nếu sử dụng sóng mang 1 GHz, ta
chỉ cần dịch tần số trung tâm đi 0.0001% để truyền đi cùng một lượng thông tin. Vì
vậy, tần số cao hơn đồng nghĩa với việc mang được nhiều thông tin hơn. Băng thông
lớn, tốc độ cao là nền tảng cho hệ thống để cung cấp các dịch vụ mới trong tương lai,
trong khi vẫn đảm bảo tính di động. Về điểm này, hệ thống MMW/RoF hoàn toàn
vượt trội so với các hệ thống RoF sử dụng tần số IF hay RF.
➢ Giảm khoảng cách tái sử dụng tần số: Suy hao của tần số MMW trong không
khí là rất lớn. Một số giá trị trung bình của suy hao trong không khí được thể hiện trên
hình 1.2, suy hao lớn làm giảm vùng phủ sóng, hay nói cách khác là giảm kích thước
ô, hay khoảng cách tái sử dụng tần số. Điều này góp phần làm tăng dung lượng hệ
thống.

Đào Việt Hưng – B13DCVT024

13


Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan về hệ thống MMW/RoF
Tuy vậy, ứng dụng bước sóng MMW gây ra một số nhược điểm cho hệ thống
MMW RoF:
➢ Do sử dụng tần số cao, hệ thống MMW/RoF yêu cầu những linh kiện tần số
cao đắt tiền. Các linh kiện hoạt động ở tần số cao có cấu trúc rất phức tạp, do đó có
giá thành rất lớn. Điều này là không thể tránh khỏi, tuy nhiên có thể được hạn chế
bằng cách áp dụng các công nghệ truyền dẫn cũng như công nghệ tạo tín hiệu MMW
ở CS giúp hạn chế sử dụng các linh kiện này.
➢ Cũng do suy hao trong không khí lớn, kích thước ô nhỏ nên số BS phục vụ một
diện tích sẽ rất lớn. Khoảng cách phục vụ này còn nhỏ hơn nữa nếu tương lai hệ thống
MMW/RoF khai thác tần số lớn hơn, tương đương với việc số lượng trạm thu phát sẽ
là con số khổng lồ. Số lượng BS quá nhiều làm tăng giá thành hệ thống, đồng thời
việc quản lý ở CS sẽ khó khăn hơn.
Đối với một khu đô thị có diện tích S = 7km2, sử dụng hệ thống MMW/RoF
hoạt động ở tần số 60GHz, với bán kính ô R=300m, mỗi một ô được phục vụ bởi một
trạm thu phát:
Diện tích mỗi ô: Scell = π.R2 = π.3002 ≈ 282000 (m2)
Số lượng ô: N = S/Scell = 7000000/282000 ≈ 25 trạm phát sóng
Như vậy chỉ với 7km2 là diện tích trung bình của một khu đô thị, mà đã cần tới
25 trạm phát sóng, thì số lượng trạm phát sóng cần để phủ sóng một thành phố lớn phải
lên đến cỡ hàng chục nghìn thậm chí hàng trăm nghìn (để phủ sóng toàn Hà Nội cần
đến xấp xỉ 12000 BS). Số lượng lớn BS gây nên vấn đề chi phí hệ thống và chi phí năng
lượng hệ thống.
Để giải quyết vấn đề này có hai hướng: một là cắt giảm số lượng BS, hai là giảm
giá thành mỗi BS. Phương án thứ nhất khó thực hiện do gây ra giảm chất lượng tín hiệu.
Phương án thứ hai là cách thức chính để phổ cập hóa hệ thống MMW/RoF. Một BS

“xanh” (nhỏ gọn, tốn ít năng lượng, chi phí thấp) là tương lai của hệ thống MMW/RoF.
➢ Một vấn đề nữa của hệ thống MMW/RoF đó là tán sắc ở cự ly dài. Tán sắc là
hiện tượng mà vận tốc pha của sóng phụ thuộc vào tần số. Tán sắc gây ra giao thoa
giữa các ký tự, tăng lỗi bit máy thu và dẫn đến giảm khoảng cách truyền dẫn. Tần số
hoạt động lớn trong hệ thống khiến độ tán sắc cao. Trong hệ thống MMW/RoF, có các

Đào Việt Hưng – B13DCVT024

14


Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan về hệ thống MMW/RoF
loại tán sắc: tán sắc mode (trong sợi đa mode MMF), tán sắc vật liệu, tán sắc ống dẫn
sóng, tán sắc mode phân cực. Với các hệ thống tốc độ cao, tán sắc là một vấn đề rất
quan trọng ảnh hưởng đến cự ly truyền dẫn tối đa. Để giải quyết vấn đề tán sắc, người
ta thường áp dụng các phương pháp bù tán sắc.
1.2

Khái niệm hệ thống RoF
RoF là công nghệ truyền sóng vô tuyến qua sợi quang sử dụng đường truyền

sợi quang để phân phối các tín hiệu tần số vô tuyến (RF) từ các vị trí trạm đầu cuối tập
trung tới các khối anten đầu xa (RAUs). Trong hệ thống thông tin băng hẹp và
WLANs, các chức năng xử lí tín hiệu RF như nâng tần, điều chế sóng mang và ghép
kênh, được thực hiện ở các trạm gốc BS hoặc ở điểm truy nhâp vô tuyến Radio Access
Point (RAP) và ngay sau đó được đưa tới anten. Công nghệ RoF cho phép tập trung
các chức năng xử lí tín hiệu RF tại một phân hệ trung tâm (trạm đầu cuối), sau đó sử
dụng sợi quang có suy hao thấp (0,3 dB/km cho bước sóng 1550 nm, 0,5dB/km cho
bước sóng 1310 nm) để phân phối tín hiệu RF tới các RAU như trong hình 1.3.

Hình 1.3: Khái niệm về hệ thống RoF [9]
Nhờ công nghệ RoF các RAU được đơn giản hóa đáng kể, chúng chỉ còn chức
năng chuyển đổi quang-điện và khuếch đại. Việc tập trung các chức năng xử lý tín
hiệu RF cho phép chia sẻ thiết bị, phân bổ động tài nguyên và đơn giản hóa vận hành,
bảo dưỡng hệ thống. Những ưu điểm này làm giảm chi phí lắp đặt và vận hành của hệ
thống, đặc biệt trong các hệ thống thông tin vô tuyến băng rộng cần mật độ BS/RAPs

Đào Việt Hưng – B13DCVT024

15


Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan về hệ thống MMW/RoF
cao. Một trong những ứng dụng của RoF được mô tả như hình 1.4, hệ thống được sử
dụng để phân phối tín hiệu GSM. Tín hiệu RF được sử dụng để điều biến trực tiếp
laser ở trạm trung tâm. Tín hiệu quang sau khi điều chế cường độ được truyền trên sợi
quang tới trạm gốc BS (RAU). Tại RAU tín hiệu RF được khôi phục bằng cách tách
sóng trực tiếp ở bộ tách sóng quang PIN.

Hình 1.4: Hệ thống quang – vô tuyến 900 MHz
Tín hiệu sau đó được khuếch đại và được bức xạ ra nhờ anten. Tín hiệu đường
lên từ máy di động MU được đưa từ RAU tới trạm trung tâm cũng theo cách này.
Phương thức truyền tín hiệu RF qua sợi quang này được gọi là điều chế cường độ với
tách sóng trực tiếp (IM-DD) và là hình thức đơn giản nhất của RoF.
Các đặc điểm kỹ thuật chính của hệ thống RoF:
➢ Các chức năng điều khiển được thực hiện ở CS: ấn định kênh, điều chế/giải
điều chế, định tuyến... nhằm đơn giản hóa BS. BS chỉ thực hiện chức năng phát sóng
và truyền tín hiệu từ các đầu cuối về CS.
➢ Kiến trúc mạng tập trung cho phép khả năng cấu hình tài nguyên và cấp băng
thông động (thành phần này có thể sử dụng băng thông nhàn rỗi của thành phần khác).

➢ BS có cấu trúc đơn giản nên có sự ổn định cao, tuy nhiên số lượng BS rất lớn
nên quản lý khá phức tạp.
➢ Kỹ thuật RoF trong suốt với các giao diện vô tuyến (điều chế, tốc độ bit...) và
các giao thức vô tuyến khác.
➢ Một CS có thể phục vụ nhiều BS ở khoảng cách lớn.

Đào Việt Hưng – B13DCVT024

16


Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan về hệ thống MMW/RoF
1.3

Cấu hình hệ thống RoF
Như ta đã biết, mục tiêu của mạng RoF là làm sao để cấu trúc của các BS càng

đơn giản càng tốt. Các thành phần của mạng có thể chia sẻ được tập trung ở CS. Vì
vậy mà cấu hình của một tuyến RoF quyết định sự thành công của mạng RoF.
1.3.1 Các thành phần cơ bản của tuyến RoF
Một tuyến RoF có kiến trúc như hình sau sẽ bao gồm ít nhất là thành phần biến
đổi sóng vô tuyến sang quang, thành phần chuyển đổi quang thành sóng vô tuyến.

Hình 1.5: Kiến trúc chung của hệ thống RoF
Một hệ thống RoF điển hình gồm các thành phần:
➢ Phân hệ trạm trung tâm Central Station (CS):
Là nơi chứa dữ liệu tài nguyên, thiết bị phát quang (TX) bằng laser và thiết bị
thu quang (RX), photodetectors (PDs). Tùy vào đặc tính kỹ thuật của hệ thống RoF
mà một CS có thể phục vụ một số lượng lớn BS ở khoảng cách xa (hàng chục km). Do
kiến trúc mạng tập trung nên các chức năng chính của hệ thống RoF đều tập trung ở

đây như định tuyến, chuyển mạch, điều chế, cấp phát kênh... đều được thực hiện và
chia sẻ ở CS vì thế có thể nói CS là thành phần quan trọng nhất trong mạng RoF (cũng
giống như tổng đài trong mạng điện thoại). CS được nối đến các tổng đài, server khác.
CS được kết nối với internet thông qua mạng trung kế (Network Trunk) và có khả
năng chuyển mạch. Theo hướng đường xuống, CS chuyển đổi tín hiệu điện thành tín
hiệu quang và sử dụng ODN để giao tiếp với các trạm cơ sở BS (Base Station).

Đào Việt Hưng – B13DCVT024

17


Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan về hệ thống MMW/RoF
➢ Phân hệ trạm gốc Base Station (BS):
Trong hệ thống RoF, BS có vai trò chính là phát sóng vô tuyến từ CS đến các
đầu cuối và nhận tín hiệu từ các đầu cuối truyền về CS xử lý. Mỗi BS sẽ phục vụ một
diện tích nhỏ. BS không có chức năng xử lý dữ liệu, nó chỉ đơn thuần biến đổi tín hiệu
điện - quang và ngược lại phục vụ truyền dẫn về CS hoặc phát sóng. Thành phần quan
trọng nhất của nó là bộ chuyển đổi quang điện ở tần số hoạt động (thường là RF, cũng
có thể là tần số MMW trong hệ thống MMW/RoF sẽ nghiên cứu dưới đây) và anten.
Thông thường bán kinh phục vụ (tương tự như vùng phủ sóng) của mỗi BS là nhỏ,
thậm chí là rất nhỏ nếu sử dụng tần số MMW (từ vài chục đến vài trăm mét, thậm chí
chỉ hàng mét) và phục vụ một số lượng nhỏ các MT/MH. Do đó, số lượng BS sẽ là rất
nhiều để phủ sóng trên một diện tích, nên trong kiến trúc mạng RoF, đơn giản hóa BS
là vấn đề cực kỳ quan trọng.
➢ Mobile Host (MH/MT):
Đây là các thiết bị đầu cuối, là các thiết bị di động thường là của khách hàng.
Nó có thể là điện thoại, tablet, laptop hay các thiết bị đặc thù khác có chức năng truy
nhập vào mạng không dây. Theo hướng đường lên, các BS nhận được tín hiệu sóng
MMW từ MT, tùy thuộc vào cấu hình của các BS tín hiệu này có thể được hạ tần

trước khi điều chế điện quang để truyền tải thông tin lên thông qua ODN quay lại CS.
➢ Remote Node (RN):
RN đóng vai trò là các node trung gian, giảm tải việc quản lý cho CS. Mỗi RN
sẽ quản lý một vài BS, và CS sẽ quản lý các RN này. Nhờ cấu trúc phân quyền quản
lý như thế, hệt thống MMW/RoF sẽ hoạt động hiệu quả hơn. Các trạm trung tâm cũng
sẽ liên kết với nhau thông qua mạng MAN giúp hệ thống được phân tán nhưng vẫn
đảm bảo quản lý tập trung. Các trung tâm mạng này sẽ liên kết với mạng khác (PSTN,
internet…) thông qua một mạng trung chuyển.
➢ Tuyến quang kết nối giữa CS và BS:
Tuyến quang này phục vụ truyền dẫn tín hiệu giữa BS và CS.
Các thành phần con trong hệ thống gồm có:
Laser Diode (LD):

Đào Việt Hưng – B13DCVT024

18


Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan về hệ thống MMW/RoF
Laser Diode một loại laser có cấu tạo tương tự như một Điốt. Nó có môi trường
kích thích là chất bán dẫn dạng p-n nối tiếp của diode.
Khi ống diode được kích ứng, ví dụ như được đặt dưới hiệu điện thế, các lỗ
trống trong phần bán dẫn loại p chuyển qua phần bán dẫn loại n và các electron trong
phần bán dẫn loại n sang phần bán dẫn loại p. Khi các electron gặp các lỗ trống, chúng
rới xuống mức năng lượng thấp (và bền) hơn, giải phóng năng lượng dư thừa
qua photon với năng lượng bằng với chênh lệch năng lượng trong và ngoài lỗ trống.
Trong điều kiện thích hợp, các electron và các lỗ trống có thể cùng tồn tại trong
cùng một diện tích trong một khoảng thời gian (tính trên phần triệu giây) trước khi
chúng sát nhập. Nếu photon có cùng tần số được phát ra trong khoảng thời gian trên,
nó sẽ kích thích sự phát xạ của photon khác, cùng một hướng, cùng độ phân cực và

đồng pha với photon đầu tiên.

Hình 1.6: Cấu tạo của Laser Diode
Điốt quang Photodiode (PD):
PD là một loại diode bán dẫn thực hiện chuyển đổi photon thành điện tích theo
hiệu ứng quang điện. Các photon có thể là ở vùng phổ ánh sáng nhìn thấy, hồng ngoại,
tử ngoại, tia X, tia gamma. Khi photon xâm nhập lớp hoạt động của PD là tiếp giáp pn hoặc cấu trúc PIN, sẽ tạo ra điện tích làm phát sinh dòng điện.
Đào Việt Hưng – B13DCVT024

19


Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan về hệ thống MMW/RoF
Để làm việc với vùng phổ ánh sáng chọn lọc thì các màng lọc phù hợp được
phủ lên bề mặt PD. PD có cấu trúc lớp hoạt động là tiếp giáp p-n, loại mới hơn thì
là cấu trúc PIN. Khi photon có năng lượng đủ lớn xâm nhập lớp hoạt động này sẽ bị
hấp thụ, và theo hiệu ứng quang điện tạo ra cặp điện tử - lỗ trống. Nếu hấp thụ xảy ra
trong vùng nghèo của tiếp giáp hoặc vùng khuếch tán, điện trường của vùng nghèo
làm các hạt mang điện dịch chuyển, lỗ trống về anode còn điện tử về cathode, làm
phát sinh dòng điện.
Thông thường thì điốt có dòng điện dò, ở photodiode gọi là dòng tối, là dòng
khi không có photon chiếu vào. Dòng điện qua photodiode là tổng của dòng quang
điện và dòng dò. Để tăng độ nhạy cảm biến thì công nghệ chế tạo phải hạn chế được
dòng dò.
Hiệu ứng quang điện là hiện tượng gắn liền với chất bán dẫn, nên khi chế các
linh kiện không hoạt động với photon thì phải bố trí che ánh sáng đi. Các che chắn
không phải là tuyệt hoàn hảo, nên máy điện tử có thể lỗi hoặc hỏng khi vào vùng
nhiễu cao, chẳng hạn vùng chiếu tia X, tia gamma mạnh hay trong vũ trụ.
Mạch chuyển đổi xuống (Down-conversion Circuit):
Mạch chuyển đổi xuống DCC là mạch tích hợp chuyển tín hiệu từ miền quang

về miền điện. DCC được sử dụng tại đường lên của BS.
Trong nhiều trường hợp, các tín hiệu đường lên vô tuyến nhận được từ MT tại
BS là lần chuyển đổi xuống đầu tiên tới băng gốc hoặc sóng mang con trung tần tần số
thấp IF. Trong trường hợp này, một mạch chuyển đổi xuống điện tử DCC là cần thiết;
nó thể thể được tạo ra bởi máy tách sóng đường bao hoặc một LO điện, cho phép một
bộ chuyển đổi điện – quang giá rẻ cho truyền dẫn trực tiếp của kênh đường lên.
Mặt khác, nếu DCC không được triển khai tại BS, tín hiệu bước sóng MMW từ
BS được điều chế trực tiếp tại bộ phát BS, và quá trình chuyển đổi xuống của dữ liệu
đường lên xảy ra tại CS. Cấu hình này yêu cầu các linh kiện quang chỉ định cho truyền
dẫn đường lên, hoạt động tại tần số bước sóng MMW, làm cho tăng giá thành và độ
phức tạp. Quyết định chọn chuyển đổi xuống hay không tín hiệu bước sóng MMW từ
MT tại BS phụ thuộc vào những đặc tính và yêu cầu mạng tổng thể.

Đào Việt Hưng – B13DCVT024

20


Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan về hệ thống MMW/RoF
Bộ điều chế Mach-Zehnder (MZM):
Bộ điều chế MZM hay còn gọi là Lithium niobate (LiNbO3) là thành phần
không thể thiếu trong hệ thống RoF. MZM được chế tạo bằng vật liệu Lithium niobate
và có cấu trúc như hình 1.7.

Hình 1.7: Bộ điều chế Mach-Zehnder
Chiết suất của lithium niobate phụ thuộc vào điện áp phân cực. Ánh sáng do
laser phát ra khi đi vào ống dẫn sóng được chia làm hai phần bằng nhau. Khi không có
điện áp phân cực, cả hai nửa sóng ánh sáng tới không bị dịch pha. Vì vậy, ở ngõ ra của
bộ điều chế sóng ánh sáng kết hợp có dạng của sóng ánh sáng ban đầu. Khi có điện áp
phân cực, một nửa của sóng tới bị dịch pha +90o vì chiết suất của một nhánh của ống

dẫn sóng giảm, làm tang vận tốc truyền anhs sáng và làm giảm độ trễ. Một nửa kia của
sóng tới ở nhánh còn lại của ống dẫn sóng bị dịch pha -90o vì chiết suất tăng, làm vận
tốc truyền ánh sáng giảm và làm tăng độ trễ. Kết quả là, hai nửa sóng ánh sáng ở ngõ
ra của MZM bị lệch pha 180o và triệt tiêu lẫn nhau. Qua đó cho thấy, cường độ tín
hiệu ánh sáng ở ngõ ra của MZM có thể được điều khiển bằng cách hiệu chỉnh điện áp
phân cực. Bằng cách này, bất kỳ độ dịch pha của sóng ánh sáng tới ở hai nhánh của
ống dẫn sóng cũng có thể được hiệu chỉnh.
Bộ chuyển đổi quang – điện (O/E) và điện – quang (E/O):
Bộ chuyển đổi quang – điện O/E hay điện – quang E/O đơn giản là các thiết bị
chuyển đổi tín hiệu từ miền quang về miền điện hoặc ngược lại. Nhờ có DCC, BS có
thể chỉ cần một bộ chuyển đổi điện-quang phục vụ cho truyền dẫn đường lên.
Bộ chuyển đổi quang – điện O/E có tác dụng chuyển đổi tín hiệu quang từ CS
thành tín hiệu điện đưa ra ăng ten, còn bộ chuyển đổi điện – quang có tác dụng thu tín
Đào Việt Hưng – B13DCVT024

21


Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan về hệ thống MMW/RoF
hiệu từ MT thông qua ăng ten, chuyển đổi sang tín hiệu quang gửi về CS. Các bộ
chuyển đổi này có giá rẻ, tuy nhiên hiệu suất chưa cao nếu so sánh với các phương
pháp khác.
Sợi quang Optical Fiber (OF):
Tác dụng chính của sợi quang là truyền dẫn tín hiệu ánh sáng. Nhiều sợi quang
kết hợp với nhau tạo ra cáp quang.
Sợi quang có cấu tạo gồm: core/lõi là sợi thủy tinh hoặc plastic được tinh chế
cho phép ánh sáng phản chiếu truyền đi; cladding/lớp phủ phản xạ là vật chất quang
bên ngoài bao bọc lõi để ánh sáng phản chiếu trở lại; buffer coating/lớp đệm là lớp
phủ dẻo bên ngoài bảo vệ sợi; jacket/cáp quang bao gồm nhiều sợi quang được ghép
lại thành một bó.

Hình 1.8: Cấu tạo sợi quang
Một số loại sợi quang đã được áp dụng cho hệ thống RoF như sợi quang đơn
mode SMF, sợi quang đa mode MMF, sợi quang polyme PMF. Tùy thuộc vào đặc
tính mạng và thực tế sử dụng mà có thể chọn loại sợi quang khác nhau. SMF tỏ ra là
sợi quang cho chất lượng tốt nhất, phù hợp cho cả ứng dụng trong nhà và ngoài trời
(khoảng cách lớn), hỗ trợ truyền tín hiệu MMW chất lượng cao. Tuy nhiên, giá thành
của sợi SMF là rất đắt, đẩy giá thành hệ thống lên cao. Các nhà nghiên cứu đã đề xuất
các phương pháp tiên tiến để thiết kế hệ thống RoF sử dụng sợi dụng sợi quang giá
thành thấp để giảm chi phí.

Đào Việt Hưng – B13DCVT024

22


Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan về hệ thống MMW/RoF
Với các ứng dụng trong nhà, nhất là các văn phòng lớn hay tòa nhà công cộng
thường có hạ tầng mạng Ethernet sẵn có, mà đa phần sử dụng sợi quang đa mode
MMF. Hạ tầng mạng sử dụng sợi MMF có thể tận dụng để truyền tải tín hiệu RoF nếu
cấu hình phía CS thích hợp. Việc truyền sóng vô tuyến qua MMF đã được thương mại
hóa phục vụ giải pháp nhà cao tầng, sử dụng hệ thống ăng ten phân phối băng rộng
DAS truyền tín hiệu vô tuyến băng rộng IEEE 802.11b/g qua MMF ở tần số thấp
(≤10GHz). Với tần số MMW, thực nghiệm đã chứng minh kỹ thuật OFM ở CS có khả
năng tạo sóng mang MMW với độ thuần khiết phổ cao, giải quyết bài toán tán sắc
mode trong sợi MMF. Một đường truyền quang điểm – điểm sử dụng một laser điều
chế ngoài tại 1310nm qua sợi MMF hỗ trợ tín hiệu vô tuyến lên đến 30GHz, giới hạn
băng thông mode lý thuyết của MMF đã được khắc phục, hỗ trợ tần số điều chế cao
hơn.
Ăng ten:

Nhiệm vụ chính của ăng ten chỉ là bức xạ tín hiệu điện (sau khi được chuyển
đổi từ tín hiệu quang) ra môi trường dưới dạng tín hiệu vô tuyến băng tần MMW. Ăng
ten ở RAU thường là các ăng ten băng rộng, hỗ trợ MIMO.
Công nghệ ăng ten tích hợp quang tử chủ động cũng khá phát triển tại BS.
Công nghệ này tích hợp nhiều thành phần quang khác như LD, PD vào ăng ten bao
gồm mạch cộng hưởng chọn lọc. Những mạch tích hợp này có hiệu suất vượt trội do
vượt qua các giới hạn của từng modun.
Radio Modem:
Radio Modem ở CS đóng vai trò là một thiết bị điều chế/giải điều chế. Ở
đường xuống, nó điều chế thông tin lên tần số IF, RF hoặc giữ nguyên băng gốc
(baseband) để đưa vào bộ chuyển đổi tần số tiến hành nâng tần một lần nữa. Còn ở
đường lên, nó giải điều chế tín hiệu đã được hạ tần về tín hiệu ban đầu.
Bộ chuyển đổi tần số:
Bộ chuyển đổi tần số chỉ đơn giản là thiết bị đưa tín hiệu từ băng gốc
(baseband) lên IF hoặc RF.

Đào Việt Hưng – B13DCVT024

23


Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan về hệ thống MMW/RoF
Bộ chuyển đổi tần số là cần thiết trong trường hợp CS sử dụng điều chế cường
độ trực tiếp, khi đó, tín hiệu ở băng gốc hay IF sẽ được nâng tần lên băng MMW (2030GHz trở lên) để đưa trực tiếp vào LD.
Mặc dù Radio Modem có thể điều chế được tín hiệu đưa lên tần số RF nhưng
người ta vẫn sử dụng bộ chuyển đổi tần số do trong kĩ thuật thông tin vô tuyến hiện
tại, việc nâng/hạ tần thông qua các tần số trung gian tỏ ra có hiệu quả cao hơn trong
vấn đề chống nhiễu.
Bộ khuếch đại tạp âm nhỏ Low Noise Amplifier (LNA):
LNA là bộ khuếch đại điện tử dùng để khuếch đại các tín hiệu rất nhỏ mà

không làm suy giảm đáng kể tỉ số SNR của tín hiệu đó. LNA được thiết kế để giảm
thiểu các nhiễu bổ sung. LNA thường được sử dụng trong các hệ thống truyền thông
vô tuyến, dụng cụ y tế và các thiết bị điện tử.
1.3.2 Hoạt động của hệ thống MMW/RoF
Trong hệ thống RoF, có một số cách đặt tên các thành phần khác nhau nhưng
cùng là một, có thể kể như CS/CO là phân hệ trạm trung tâm, BS/RAU đều chỉ phân
hệ trạm gốc (RAU là BS nhưng chỉ có chức năng phát sóng), đầu cuối người sử dụng
end-user là MT/MH (Mobile Terminal/Mobile Host hay Microwave Terminal). Hoạt
động của hệ thống MMW/RoF bao gồm các phần tử kết nối với nhau như trong hình
1.9.

Hình 1.9: Hoạt động của hệ thống MMW/RoF

Đào Việt Hưng – B13DCVT024

24


Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan về hệ thống MMW/RoF
Đường xuống: Tín hiệu được điều chế từ băng gốc lên cao tần RF, sau đó được
điều chế với sóng mang quang (E/O) thông qua laser và các bộ điều chế ngoài rồi
được truyền qua sợi quang tới BS, được chuyển đổi về miền điện (O/E) và đưa ra
anten phát sóng.
Đường lên: Tín hiệu từ MH (tín hiệu điện) được chuyển sang tín hiệu quang
nhờ bộ chuyển đổi điện-quang (E/O) đơn giản được lắp đặt tại BS, được truyền qua
sợi quang về CS, sau đó được chuyển lại về miền điện (O/E), giải điều chế từ RF về
băng gốc, khôi phục tín hiệu ban đầu.
Các bộ lọc bù được lắp đặt tại CS (để giữ cho BS đơn giản) để bù tán sắc.
Hiện nay có rất nhiều nghiên cứu về kỹ thuật phát và truyền sóng MMW, bao
gồm cả các bộ phát quang điều chế sóng RF với nhiễu pha thấp và khả năng hạn chế

hiện tượng tán sắc trên sợi quang. Để thiết kế cơ sở hạ tầng dựa trên kỹ thuật RoF
đáng tin cậy, kỹ thuật RoF phải có khả năng điều khiển từ xa tín hiệu vô tuyến và cho
phép truyền tín hiệu vô tuyến trên mạng quang. Phương pháp ghép tần số quang
(OFM) thỏa mãn hai yêu cầu trên bằng cách phát tín hiệu song ngắn với một nguồn
laser và điện tần số thấp, đưa ra dung sai cao để giảm tán sắc trong qua trình truyền
qua sợi quang đơn mode và sợi đa mode.
1.4

Ưu và nhược điểm của hệ thống MMW/RoF

1.4.1 Ưu điểm của hệ thống
Hệ thống RoF mang lại một số ưu điểm chính so với hệ thống truyền thông
quang truyền thống:
➢ Suy hao thấp:
Sự phân phối những tín hiệu điện sóng ngắn tần số cao trong không gian tự do
hoặc qua đường truyền dẫn kim loại là vấn đề khó giải quyết và đòi hỏi chi phí lớn.
Trong khi đó với sợi quang có suy hao rất thấp, công nghệ RoF cùng lúc có thể có
được cả sự phân phối sóng MMW suy hao thấp và đơn giản hóa RAU. Các sợi đơn
mode (SMF) làm từ thủy tinh có suy hao dưới 0.2 dB/km và 0.5 dB/km tại các cửa sổ
1550 nm và 1300 nm. Sợi quang chất dẻo (POF) công bố gần đây có suy hao từ 10-40
dB/km trong vùng 500-1300 nm. Những suy hao này thấp hơn nhiều so với cáp đồng
trục. Ví dụ, suy hao của cáp đồng trục ½ inch (RG-214) hơn 500 dB/km cho các tần số
Đào Việt Hưng – B13DCVT024

25