Đang tải... (xem toàn văn)
Tính toán thiết kế đường truyền thông tin quang RoF kết hợp kỹ thuật Coherence tại đầu thu đối với các chất liệu cáp quang khác nhau sử dụng khuếch đại quang EDFATính toán thiết kế đường truyền thông tin quang RoF kết hợp kỹ thuật Coherence tại đầu thu đối với các chất liệu cáp quang khác nhau sử dụng khuếch đại quang EDFATính toán thiết kế đường truyền thông tin quang RoF kết hợp kỹ thuật Coherence tại đầu thu đối với các chất liệu cáp quang khác nhau sử dụng khuếch đại quang EDFATính toán thiết kế đường truyền thông tin quang RoF kết hợp kỹ thuật Coherence tại đầu thu đối với các chất liệu cáp quang khác nhau sử dụng khuếch đại quang EDFATính toán thiết kế đường truyền thông tin quang RoF kết hợp kỹ thuật Coherence tại đầu thu đối với các chất liệu cáp quang khác nhau sử dụng khuếch đại quang EDFATính toán thiết kế đường truyền thông tin quang RoF kết hợp kỹ thuật Coherence tại đầu thu đối với các chất liệu cáp quang khác nhau sử dụng khuếch đại quang EDFATính toán thiết kế đường truyền thông tin quang RoF kết hợp kỹ thuật Coherence tại đầu thu đối với các chất liệu cáp quang khác nhau sử dụng khuếch đại quang EDFATính toán thiết kế đường truyền thông tin quang RoF kết hợp kỹ thuật Coherence tại đầu thu đối với các chất liệu cáp quang khác nhau sử dụng khuếch đại quang EDFA
Mục lục MỤC LỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ROF 1.1.Giới thiệu chương .6 1.2.Khái quát kỹ thuật truyền sóng vô tuyến sợi quang RoF 1.2.1.Giới thiệu kỹ thuật truyền dẫn RoF .6 1.2.2.Các thành phần tuyến RoF .6 1.2.3.Phân loại tuyến RoF .7 1.2.4.Ưu nhược điểm công nghệ RoF 1.3.Các kỹ thuật điều chế đầu phát 10 1.3.1.Kỹ thuật điều chế trực tiếp 10 1.3.2.Điều chế (External Modulation) .10 1.4.Các kỹ thuật tách sóng đầu thu 12 1.4.1.Kỹ thuật tách sóng trực tiếp 12 1.4.2.Kỹ thuật tách sóng coherent 12 1.5.Kết luận chương .13 CHƯƠNG 14 HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG COHERENCE 14 2.1.Giới thiệu chương 14 2.2.Khái niệm cấu trúc hệ thống thông tin quang Coherence 14 2.2.1.Khái niệm hệ thống thông tin quang Coherent 14 2.2.2.Cấu trúc hệ thống thông tin quang Coherent 15 2.3.Các kỹ thuật tách sóng hệ thống thông tin quang Coherence 16 2.3.1.Nguyên lý tách sóng 16 CHƯƠNG 38 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐƯỜNG TRUYỀN THÔNG TIN QUANG ROF KẾT HỢP KĨ THUẬT COHERENCE TẠI ĐẦU THU ĐỐI VỚI CÁC CHẤT LIỆU CÁP QUANG KHÁC NHAU SỬ DỤNG KHUẾCH ĐẠI QUANG EDFA 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 Mục lục PHỤ LỤC 57 Các từ viết tắt CÁC TỪ VIẾT TẮT A AFC Auto Frequency Controller Bộ tự động điều chỉnh tần số ASE Amplified Spontaneous Emission Phát xạ tự phát khuếch đại ASK Amplitude Shift Keying Khóa dịch biên độ BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bit BS Base Station Trạm sở CS Central Station Trạm trung tâm DCF Dispersion Compensation Fiber Sợi bù tán sắc DD Direct Detection Tách sóng trực tiếp DM Direct Modulation Điều chế trực tiếp B C D E EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier Khuếch đại quang pha tạp Er G Gain Độ khuếch đại IM Intensity Modulation Điều chế cường độ G I Các từ viết tắt IF Intermadiate Frequency Tần số trung tần LOC Local Oscillator Control Bộ điều khiển dao động nội MH Mobile Host Máy chủ di động NF Noise Figure Hệ số nhiễu PD Photo Diode Photo Diode PSK Phase Shift Keying Dịch khóa pha ROF Radio Over Fiber Truyền dẫn vô tuyến sợi quang SMF Single Mode Fiber Sợi quang đơn mode SNR Signal Noise Rate Tỉ số tín hiệu nhiễu L M N P R S Lời nói đầu LỜI NÓI ĐẦU Chương 1: Tổng quan kỹ thuật ROF CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ROF 1.1 Giới thiệu chương Chương trình bày khái quát kỹ thuật truyền sóng vô tuyến sợi quanh sợi quang (Radio over Fiber) đánh giá ưu nhược điểm kỹ thuật Bên cạnh đó, chương trình bày sơ nét kỹ thuật điều chế đầu phát tách sóng đầu thu để tăng chất lượng hệ thống 1.2 Khái quát kỹ thuật truyền sóng vô tuyến sợi quang RoF 1.2.1 Giới thiệu kỹ thuật truyền dẫn RoF RoF công nghệ truyền tải thông tín hiệu vô tuyến sử dụng đường truyền sợi quang nhằm phân phối tín hiệu vô tuyến từ trạm đầu cuối trung tâm đến trạm gốc ngược lại Ở đây, RoF đề cập đến công nghệ mà theo ánh sáng điều chế thành tín hiệu cao tần truyền qua đường truyền sợi quang để tạo điều kiện cho việc phát tín hiệu vô tuyến 3G WiFi 1.2.2 Các thành phần tuyến RoF Central Station (CS): Là thành phần quan trọng tuyến RoF kiến trúc mạng tập trung nên chức quan trọng định tuyến, cấp phát kênh, kỹ thuật điều chế, ghép kênh….đều thực chia rẽ CS Từ CS tín hiệu quang truyền đến trạm phát sở phát tín hiệu cao tần cho thiết bị MH Base Station (BS): Có nhiệm vụ phát sóng vô tuyến nhận từ trạm xử lý trung tâm Trong kiến trúc mạng RoF BS thiết kế đơn giản tốt, BS có nhiệm vụ đơn thu tín hiệu cao tần từ CS biến đổi quang – điện, khuếch đại phát biến đổi điện – quang chuyển CS BS bao gồm hai thần phần quan trọng anten thiết bị biến đổi quang điện tần số RF Trong trường hợp đơn giản Base Station đơn vị anten từ xa Mobile Host (MH): Các thiết bị di động đòng vai trò thiết bị đầu cuối thu sóng cao tần Mobile Host điện thoại di động, máy tính sách tay, thiết bị có chức truy cập mạng không dây Chương 1: Tổng quan kỹ thuật ROF Sợi quang: Là môi trường truyền tải thông tin CS BS dạng ánh sáng truyền sợi quang (sợi đơn mode đa mode) tượng phản xạ toàn phần O/E NGUỒN CS DI ĐỘNG BS E/O MH Am tuyến truyền dẫn RoF Hình 1.1 : Sơ đồ tổng quát DI ĐỘNG E/O O/E 1.2.3 Phân loại tuyến RoF Tuyến truyền dẫn qua sợi quang RoF thường chia làm ba loại • Truyền sóng vô tuyến qua sợi quang (RFoF) • Truyền tín hiệu trung tần qua sợi quang (IFoF) • Truyền tín hiệu băng tần sở qua sợi quang (BBoF) 1.2.3.1 Cấu hình tuyến truyền sóng vô tuyến qua sợi quang RFoF Trong cấu hình ta thấy CS phát tín hiệu tần số RF đến BS, đầu thu BS có nhiệm vụ tách sóng quang, khuếch đại phát anten cho Mobile Host cấu hình trạm BS đơn giản Tuy nhiên phát tần số RF nên chịu ảnh hưởng suy hao tán sắc lớn, khoảng cách từ CS đến BS tương đối ngắn, vài km 1.2.3.2 Hình 1.2 : Tuyến truyền sóng vô tuyến qua sợi quang RFoF Cấu hình tuyến truyền tín hiệu trung tần qua sợi quang IFoF Trong cấu hình tuyến loại này, tín hiệu phát CS tín hiệu miền trung tần IF nên chịu ảnh hưởng tán sắc suy hao so với miền RF, tín hiệu phát khoảng cách xa Tuy nhiên đầu thu BS yêu cầu phải có dao động nội tần số RF để điều chế tín hiệu trước phát anten, điều làm cho cấu hình BS phức tạp giá thành cao Chương 1: Tổng quan kỹ thuật ROF 1.2.3.3 Hình 1.3 Tuyến truyền tín hiệu trung tần qua sợi quang IFoF Cấu hình tuyến truyền tín hiệu băng tần sở qua sợi quang BBoF Tương tự cấu hình tuyến IFoF, tín hiệu phát CS tín hiệu băng tần sở (BB) nên khả truyền khoảng cách xa mà không chịu ảnh hưởng sợi quang Tuy nhiên cấu hình trạm BS phức tạp phải dùng hai dao động đưa tín hiệu băng tần sở lên trung tần lên cao tần phát Hình 1.4 Tuyến truyền tín hiệu băng tần sở qua sợi quang BBoF 1.2.4 Ưu nhược điểm công nghệ RoF 1.2.4.1 Ưu điểm • Suy hao thấp Trong không gian tự do, suy hao hấp thụ xạ tăng tần số truyền tăng, truyền với tần số cao (băng tần mm) khoảng cách truyền lớn phải yêu cầu thiết bị tái sinh đắt tiền đầu thu Tuy nhiên với việc sử dụng cáp quang đem lại mức suy hao thấp tín hiệu, kỹ thuật RoF có ưu điểm hai mặt cung cấp đường truyền nhiễu thấp băng tần milimet (mm) sử dụng thiết bị thu phát đơn giản Base Station (BS) Với việc sử dụng sợi quang đơn mode (SMF) truyền dẫn cho mức suy hao 0,2 dB/km 0,5 dB/km cửa sổ tần số 1550 nm 1310 nm Sợi quang làm chất dẻo (POFs) công bố gần có mức suy hao nằm khoảng tử 10 – 40 dB/km dãy tần số từ 500 – 1300 nm, mức suy hao Chương 1: Tổng quan kỹ thuật ROF thấp nhiều so với sử dụng cáp đồng trục trước (suy hao > 500 dB/km với loại cáp 0,5 inch tần số GHz) • Băng thông rộng Sợi quang cung cấp băng thông khổng lồ, cửa sổ tần số cho suy hao thấp 850 nm, 1310 nm 1550 nm Đối với sợi đơn mode (SMF), băng thông cực đại ứng với ba cửa sổ đạt đến 50 THz Băng tần lớn cho phép xử lý tín hiệu tốc độ cao, dễ dàng tích hợp công nghệ đòi hỏi băng thông rộng OTDM (Optical Time Division Multiplexing) DWDM (Dense Wavelenght Division Multiplexing), công việc khó thực hệ thống điện tử • Không chịu ảnh hưởng nhiễu cao tần Miễn dịch với nhiễu điện từ ưu điểm thú vị truyền thông sợi quang, đặc biệt truyền sóng băng tần milimet Ưu điểm có ý nghĩa quan trọng bảo mật an ninh quốc phòng • Dễ dàng lắp đặt bảo trì Trong hệ thống RoF, thiết bị đắt tiền phức tạp đặt đầu cuối trạm trung tâm (CS) thiết bị trạm gốc (BS) tương đối đơn giản Dễ dàng lắp đặt, bảo trì giá thành thấp yêu cầu quan trọng hệ thống truyền dẫn băng tần milimet • Công suất tiêu thụ thấp Việc đơn giản hóa trạm phát sở (BS) giảm công suât tiêu thụ Hầu hết thiết bị phức tạp nằm đơn vị xử lý trung tâm (CS) Trong số trường hợp, trạm phát sở (BS) hoạt động chế độ thụ động, sử dụng lượng thấp không nuôi lưới điện 1.2.4.2 Nhược điểm hệ thống RoF RoF liên quan đến việc điều chế tín hiệu analog, tách sóng quang, hệ thống tương tự điển hình nên chịu ảnh hưởng méo nhiễu Những ảnh hưởng có xu hướng giới hạn hệ số nhiễu NF dải động tuyến RoF Chương 1: Tổng quan kỹ thuật ROF Các nguồn nhiễu tuyến quang bao gồm nhiễu cường độ tương đối (RIN), nhiễu pha, nhiễu bắn, nhiễu nhiệt tách sóng quang tán sắc sợi quang Khi sử dụng sợi đơn mode tuyến, tán sắc màu giới hạn chiều dài tuyến nguyên nhân làm tăng nhiếu pha sóng mang RF Khi sử dụng sợi đa mode, tán mà nguyên nhân làm giới hạn nghiêm trọng băng tần khoảng cách truyền tuyến 1.3 Các kỹ thuật điều chế đầu phát 1.3.1 Kỹ thuật điều chế trực tiếp Trong kỹ thuật điều chế trực tiếp, tín hiệu dòng điểu khiển đưa vào laser điều chế quang trực tiếp (Direct Modulation - DM) có giá trị biến thiên theo liệu phát Ưu điểm kỹ thuật điều chế trực tiếp đơn giản rẻ tiền, ứng dụng nhiều hệ thống thông tin quang Khi dùng sợi tán sắc thấp, hệ thống trở nên tuyến tính Tuy nhiên hạn chế kỹ thuật điều chế trực tiếp khả đáp ứng tần số laser có giới hạn, laser điều chế trực tiếp có khả hoạt động tần số tầm 10GHz Có số laser hoạt động tần số 40 GHz giá thành cao không phổ biến thị trường Hình 1.5 Kỹ thuật điều chế trực tiếp 1.3.2 Điều chế (External Modulation) Trong kỹ thuật điều chế ngoài, sóng laser cấp tín hiệu liên tục (Continous Wave - CW) để phát ánh sáng có lượng không đổi theo thời gian.Thành phần thứ hai, gọi điều biến sử dụng công tắc ánh sáng qua tương ứng với tín hiệu điều chế mang thông tin đưa vào điều biến Như vậy, laser không trực tiếp tham gia vào trình điều chế tín hiệu mà thông qua điều chế quang học bên với tốc độ bit cao, cho Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Tuấn, "Giáo trình thông tin sợi quang”, Nhà xuất giáo dục Việt Nam, 286 – 2010/CXB/17 – 363/GD [2] Nguyễn Văn Tuấn, “So sánh đánh giá phương án truyền dẫn hệ thống thông tin sợi quang coherence tốc độ bit cao”, trường đại học Bách Khóa, Đại học Đà Nẵng [3] Tăng Tấn Chiến, "Giáo trình thông tin sợi quang”, Nhà xuất giáo dục Việt Nam [4] Ahmed Nabih Zaki Rashed, “New trends of radio over fiber communication systems for ultra high transmission capacity”, Menoufia University, Vol.3, No.3, December 2011 [5] Ahmed Nabih Zaki Rashed, “High transmission performance of radio over fiber systems over traditional optical fiber communication systems using different coding formats for long haul”, Menoufia University, June 2011 [6] Abd El-Naser A Mohammed, Mohammed M E El-Halawany, Ahmed Nabih Zaki Rashed, and Mohamoud M Eid “Recent Applications of Optical Parametric Amplifiers in Hybrid WDM/TDM Local Area Optical Networks,” IJCSIS International Journal of Computer Science and Information Security, Vol 3, No 1, pp 14-24, July 2009 [7] T Niiho, M Nakaso, K Masuda, H Sasai, K Utsumi, and M Fuse, “Transmission Performance of Multichannel Wireless LAN System Based on Radio Over Fiber Techniques,” IEEE Trans Microw Theory Tech., Vol 54, No 2, pp 980–989, Feb 2006 [8] Muhammad Imran Khan, “Optimization of optical signal – to noise ratio by a profile multimode fiber in wireless over fiber link”, Ryerson University, January,1,2011 Phụ lục PHỤ LỤC Phụ lục Phụ lục CODE MATLAB Chương trình warning off; Br = input('Nhap bit rate GHz ='); L = input('Nhap dai duong truyen toi da km = '); Ltuyen m = 100:5:L; = 0.5; pha_s = 40; Popt = 0.001; Gm = 0.12; Zin = 50; R = 0.75; RL q = 50; = 1.602*10^(-19); Kb Id = 1.38*10^(-23); = 0.3*10^(-9); lamdaRF = 1.55; txungquanh = 340; PLO P = 0.01; = 0.5; Be = 0.75*Br*10^9; Ptotal = Popt.*(1+(m.^2).*P); Ptrans = 10*log10(Ptotal*1000) ; Ptrans_W = (10.^(0.1*Ptrans))*0.001; [OL_Silica1t,OL_Silica2t,OL_Silica3t,OL_chatdeot,Suyhao_Silica1t,Suyhao_Silic a2t,Suyhao_Silica3t,Suyhao_chatdeot] = suyhao( lamdaRF ,Ltuyen, txungquanh ); Phụ lục s1=100;j1=0; while (s1[...]... áp dụng cho các hệ thống thông tin quang, cho suy hao ghép nhỏ, mức tạp âm thấp…Trong chương này sẽ trình bày nguyên lý khuếch đại của khuếch đại quang, cấu trúc hoạt động của EDFA, tối ưu hóa vị trí đặt các bộ khuếch đại EDFA 3.2 Tổng quan về khuếch đại quang 3.2.1 Các loại khuếch đại quang Bảng 3.1 Các loại khuếch đại quang sợi Loại Khuếch Khuếch Khuếch Khuếch đại Khuếch đại thiết bị đại laser đại. .. Song kỹ thu t này vậy còn một số điểm hạn chế như chưa sử dụng có hiệu quả nguồn tài nguyên băng thông vô cùng lớn của sợi quang, tỉ số tín hiệu trên nhiễu tại đầu thu tương đối thấp, độ nhạy máy thu không cao và không có khả năng ứng dụng các kỹ thu t đa kênh dung lượng lớn Do đó kỹ thu t thông tin quang Coherence ra đời đã khắc phục được rất nhiều hạn chế so với kỹ thu t cũ, cho phép truyền các tuyến... nhiều ứng dụng có lợi cho hệ thống thông tin sợi quang tương lai Chương 3 : Khuếch đại quang sợi EDFA CHƯƠNG 3 KHUẾCH ĐẠI QUANG SỢI EDFA 3.1 Giới thiệu chương Với các ưu điểm nổi bật, sợi quang được sử dụng ngày càng rộng rãi trong các mạng truyền số liệu ngày nay Nhiều hệ thống truyền dẫn xuyên quốc gia sử dụng sợi quang như SEA – ME – WE 3, SEA – ME – WE 4 … Tuy nhiên, khi truyền đi với khoảng cách xa,... đến máy thu lớn Tuy nhiên, nhiễu tại đầu vào máy thu lớn, điều này làm giới hạn tỷ số eSNR • Trường hợp LA (đặt giữa đường truyền) : α1 Máy phát Laserdiode PTX d1 EDFA G α2 PS d2 Hình 3.9 Trường hợp đặt giữa đường truyền Máy thu Cohence Chương 3 : Khuếch đại quang sợi EDFA Đối với trường hợp này, ta có thể tăng công suất phát và hệ số khuếch đại EDFA một cách hợp lý để đat công suất tại đầu thu là lớn... hiệu quang có bước sóng khác nhau trên cùng một sợi quang 3.2.2 Nguyên lý khuếch đại quang Xét một mô hình tổng quát của một bộ khuếch đại quang Hình 3.1 Mô hình tổng quát bộ khuếch đại quang Trong một bộ khuếch đại quang, quá trình khuếch đại ánh sáng được diễn ra trong một môi trường được gọi là vùng tích cực (active medium) Các tín hiệu Chương 3 : Khuếch đại quang sợi EDFA quang được khuếch đại trong... bộ khuếch đại thêm vào Hệ số nhiễu được tính bởi công thức : NF = SNRin SNR out (3.5) Trong đó : SNRin , SNRout là tỷ số tín hiệu trên nhiễu tại ngỏ vào và ngỏ ra bộ khuếch đại quang 3.3 Khuếch đại quang sợi kích thích pha tạp Erbium (EDFA) 3.3.1 Tổng quan về bộ khuếch đại quang EDFA Trong các loại khuếch đại quang pha tạp các nguyên tố đất hiếm, bộ khuếch đại quang pha tạp Erbium (EDFA) được sử dụng. .. tiếp Thông tin được giải mã bởi biên độ của tín hiệu quang 1.4.2 Kỹ thu t tách sóng coherent Chương 1: Tổng quan về kỹ thu t ROF Hình 1.9 : Kỹ thu t tách sóng Coherent Tín hiệu tại đầu thu được trộn với bộ dao động nội do máy thu tạo ra trước khi sóng tổng hợp được đưa đến photodiode 1.5 Kết luận chương Trong chương này, đồ án đã giúp tìm hiểu và nghiên cứu kỹ thu t truyền dẫn sóng vô tuyến trên sợi quang. .. kéo dại cự ly thông tin • Dùng làm các bộ tiền khuếch đại tăng độ nhạy máy thu • Dùng làm các trạm lặp để tăng cường tín hiệu một cách có chu kỳ trong các 3.6 hệ thống truyền dẫn xuyên quốc gia Kết luận chương Qua chương này, chúng ta đã biết được cấu tạo cũng như các đặc tính kĩ thu t của khuếch đại quang sợi EDFA Từ đó có thể ứng dụng trên đường truyền của tín hiệu của hệ thống thông tin quang Ngoài... trực tiếp đến các thiết bị di động Chương 2 : Hệ thống thông tin quang Coherence CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG COHERENCE 2.1 Giới thiệu chương Hầu hết các hệ thống thu phát quang từ trước đến nay đều sử dụng kỹ thu t điều chế cường độ - tách sóng trực tiếp (IM - DD) tức là tín hiệu tại đầu phát sẽ được điều biến trực tiếp bằng thông tin điện và đầu thu sẽ biến đổi trực tiếp tín hiệu quang thành... Dải khuếch đại của EDFA tương đối bằng phẳng giữa 1530nm và 1565nm (được quy ước là băng C) Đối với dải khuếch đại giữa 1570nm và 1600nm được gọi là dải L Hiện nay, hầu hết EDFA đang được sử dụng ở băng C với bước sóng bơm 980nm Chương 3 : Khuếch đại quang sợi EDFA Công suất 1520 1530 1540 1550 1560 Hình 3.6 Dải khuếch đại của EDFA 1570 Độ khuếch đại biểu thị khả năng khuếch đại của bộ khuếch đại, ... : Tính toán thiết kế đường truyền thông tin quang RoF kết hợp kỹ thu t Coherence đầu thu chất liệu cáp quang khác sử dụng khuếch đại quang EDFA CHƯƠNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐƯỜNG TRUYỀN THÔNG TIN. .. Chương : Tính toán thiết kế đường truyền thông tin quang RoF kết hợp kỹ thu t Coherence đầu thu chất liệu cáp quang khác sử dụng khuếch đại quang EDFA • Đối với cáp quang chất dẻo : τ mat... tạp x = 0.1 Chương : Tính toán thiết kế đường truyền thông tin quang RoF kết hợp kỹ thu t Coherence đầu thu chất liệu cáp quang khác sử dụng khuếch đại quang EDFA 4.4.2.2 Cáp quang silica pha tạp