Đồ Án Kĩ thuật Radio over Fiber

Lời mở đầu

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 yêu của mạng. Hiện nay, mạng truy nhập đang ngày càng phát triển không ngừng với nhiều loại hình khác nhau như mạng truy nhập cáp đồng, mạng truy nhập sợi quang, mạng truy nhập vô tuyến, Mỗi loại hình của mạng đều có những đặc điểm khác nhau, tuy nhiên mạng truy nhập vô tuyến đang được để ý nhiều nhất và phát triển một cách nhanh chóng mà chúng ta có thể thấy được chung quanh như mạng thông tin di động 2G, 3G, mạng LAN không dây cho các kết nối trong nhà với tên gọi WiFi, hay xa hơn nữa đó là mạng truy nhập vô tuyến WiMax đang được phát triển và hậu thuẫn bởi Intel, Nokia, Motorola, mà cạnh tranh với nó có thể là công nghệ HSPA (High-Speed Packet Access) dựa trên nền 3G được sự hỗ trợ của AT&T. Hay thậm chí các mạng NGN ngày nay cũng được phát triển theo chiều hướng hỗ trợ wireless. Đó là nhờ những ưu điểm vượt trội của kỹ thuật không dây mang lại, đạt tính di động cao mà các kỹ thuật truy nhập hữu tuyến không thể có được. Mặc khác, với sự phát triển của mạng truy nhập băng thông rộng thì mạng truy nhập vô tuyến gần bắt đầu gặp phải những nhược điểm của mình, tốc độ thấp với vùng phủ sóng hẹp. Vì vậy, ngày càng có nhiều công nghệ và kỹ thuật được nghiên cứu và phát triển để khắc phục nhược điểm này, mang lại cho người dùng một mạng truy nhập vô tuyến băng thông rộng.

Bên cạnh đó, sợi quang ngày nay cũng đang được sử dụng trở nên phổ biến hơn bởi ưu điểm là băng thông rộng. 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 nào có thể so sánh được. Vì vậy, sợi quang được xem là cơ sở để triển khai các mạng băng thông rộng mà hiện này ta có thấy được như mạng đường trục, FTTx, các ứng dụng trên sợi quang ngày càng nhiều

Một trong 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 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, phát triển và thử nghiệm nhưng những kết quả mà nó mạng lại rất khả quan, khiến nhiều người tin tưởng đó sẽ là một kỹ thuật cho các ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến trong tương lai.
Vì vậy, trong đồ án này, em sẽ tìm hiểu về kỹ thuật Radio over Fiber cũng như những ứng dụng của nó trong mạng truy nhập vô tuyến. Nội dung của đồ án bao gồm 3 phần:

ã Tìm hiểu về kỹ thuật Radio over Fiber.
ã Kết hợp kĩ thuật Radio over Fiber và mạng truy nhập không dây
ã Phân tích hoạt động của 1 tuyến RoF cụ thể
Để thực hiện những yêu cầu đã đề ra của đồ án, các vấn đề trên sẽ lần lượt được trình bày trong các chương.

Chương 1, sẽ nói về kỹ thuật Radio over Fiber, kỹ thuật đó là gì và vì sao có kỹ thuật này. Chương này sẽ tìm hiểu các kỹ thuật để truyền dẫn sóng radio qua môi trường là sợi quang. Ở mỗi kỹ thuật sẽ có những ưu nhược điểm riêng của nó, tùy vào những ưu nhược điểm riêng mà nó cũng sẽ có những ứng dụng trong từng môi trường cụ thế, sự so sánh các ưu nhược điểm của mỗi kỹ thuật sẽ được đưa ra. Cuối chương đó là tìm hiểu về sự kết hợp của kỹ thuật trên với kỹ thuật WDM, một kỹ thuật không chỉ khai thác hiệu quả băng thông của sợi quang mà làm còn tăng độ mềm dẻo cấu trúc mạng. Đây là chương trọng tâm của quyển đồ án này.

Các ứng dụng của kỹ thuật Radio over Fiber trong mạng truy nhập vô tuyến sẽ được trình bày trong chương 2. Các ứng dụng đó sẽ được trình bày cụ thể trong 3 mạng cụ thể là mạng wireless LAN dùng ở băng tần mm, mạng truyền thông RVC cơ sở hạ tầng của mạng ITS, và mạng truy nhập vô tuyến ở vùng ngoại ô và nông thôn. Qua đó kiến trúc của mạng Radio over Fiber sẽ được mô tả trong mỗi phần cũng như những khó khăn và vấn đề cần khắc phục. Đặc biệt là tính đa dịch vụ của kỹ thuật RoF trong các kiến trúc mạng nên các dịch vụ sẽ được triển khai một cách linh hoạt và dễ dàng hơn trên cùng một mạng.

Ở chương 3 sẽ trình bày hoạt động của một tuyến Radio over Fiber cụ thể. Trong phần này sẽ thấy được sự kết hợp của các kỹ thuật mô tả ở chương 1 để tạo nên một tuyến truyền dẫn Radio over Fiber cụ thể, hoạt động của các thành phần trong tuyến sẽ được mô tả một cách cụ thể. Các kết quả mô phỏng cũng được trình bày cụ thể trong chương này để so sánh với phần lý thuyết đã mô tả.
Phần cuối cùng dành để tổng kết những vấn đề đã làm được trong đồ án cũng như hạn chế và hướng phát triển của đề tài.



Mục lục
Chương 1 – Kỹ thuật Radio over Fiber 01
1.1 Radio over Fiber – Định nghĩa 01
1.1.1 Định nghĩa 01
1.1.2 Các thành phần cơ bản của tuyến quang sử dụng RoF 01
1.1.3 Tuyến RoF 02
1.2 Xu thế mạng truy nhập vô tuyến hiện tại và sự chuyển sang băng tần milimet 03
1.2.1 Mạng truy nhập vô tuyến hiện tại 03
1.2.2 Sự kết hợp giữa sợi quang và vô tuyến 03
1.2.3 Các đặc điểm quan trọng của mạng RoF 05
1.2.4 Các đặc điểm quan trọng của mạng RoF 05
1.3 Kỹ thuật RoF 05
1.3.1 Giới thiệu về truyền dẫn RoF 05
1.3.2 Kỹ thuật truyền dẫn RoF 06
1.3.3 Các phương pháp điều chế lên tần số quang 07
1.4 Cấu hình tuyến RoF 07
1.5 Kĩ thuật điều chế trộn nhiều sóng quang 10
1.5.1 Nguyên lý 10
1.5.2 Nhiễu 12
1.5.3 Nhận xét 14
1.6 Bộ điều chế ngoài 15
1.6.1 Bộ điều chế Mach-Zehnder 17
1.6.2 Bộ điều chế ngoài hấp thụ electron 19
1.7 Kĩ thuật nâng và hạ tần 20
1.7.1 Giới thiệu 20
1.7.2 Kỹ thuật nâng và hạ tần 20
1.7.3 Nhận xét kỹ thuật nâng và hạ tần 21
1.8 Bộ thu phát quang 21
1.9 So sánh các kỹ thuật 22
1.10 Kết hợp WDM trong kỹ thuật RoF 23
1.11 Tổng kết chương 26
Chương 2 Kết hợp kỹ thuật Radio over Fiber và mạng truy nhập không dây
27
2.1 Giới thiệu 27
2.2 Mạng vô tuyến cellular dựa trên kỹ thuật RoF 27
2.2.1 Đa truy nhập 2 lớp 27
2.2.2 Tính đa dịch vụ của mạng RoF kết hợp với kỹ thuật WDM 29
2.3 RoF trong WLAN ở băng tần 60 GHz – Giao thức MAC 30
2.3.1 Giới thiệu 30
2.3.2 Kiến trúc mạng 31
2.3.3 Mô tả giao thức MAC – Giao thức bàn cờ 33
2.3.4 Các thông số của giao thức 37
2.3.5 Tổng kết 38
2.4 Kỹ thuật RoF trong mạng truyền thông RVC 39
2.4.1 Giới thiệu 39
2.4.2 Kiến trúc mạng 40
2.4.3 Hoạt động cơ bản trong mạng 42
2.4.4 MAC – quản lý tính di động – chuyển giao 44
2.4.5 Kết luận 48
2.5 RoF ứng dụng cho mạng truy nhập vô tuyến ở ngoại ô, nông thôn. 48
2.5.1 Giới thiệu 48
2.5.2 Kiến trúc mạng 50
2.5.3 Hoạt động 51
2.5.4 Giao thức truy nhập mạng 52
2.5.5 Kết luận 55
2.6 Tổng kết 55
Chương 3 – Hoạt động của một hệ thống RoF 57
3.1 Giới thiệu 57
3.2 Một tuyến RoF cụ thể 58
3.2.1 Cấu hình hệ thống 58
3.2.2 Các thành phần của hệ thống 59
3.2.3 Hoạt động của hệ thống 59
3.3 Phân tích hoạt động tuyến downlink 60
3.3.1 Bộ điều chế “dual Mach-Zehnder” – Kỹ thuật điều chế OSSBC 60
3.3.2 Tác động sợi quang 64
3.3.3 Tách sóng tại BS – các sản phẩm RF 65
3.4 Tuyến uplink 66
3.5 Mô phỏng tuyến downlink 67
3.5.1 Giới thiệu 67
3.5.2 Mô hình hóa và các thông số 67
3.5.3 Các kết quả mô phỏng và phân tích 69
3.6 Phân tích BER của tuyến 74
3.7 Kết luận 75
Kết luận và hướng phát triển đề tài 76
Tài liệu tham khảo