Đồ Án Kỹ thuật OFDM trong hệ thống thông tin quang

MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN . ii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT . vi
DANH MỤC HÌNH VẼ ix
MỞ ĐẦU . 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3
1.1 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG . 3
1.2 KỸ THUẬT GHÉP KÊNH THEO TẦN SỐ TRỰC GIAO OFDM . 4
1.3 Ý TƯỞNG ĐỀ TÀI 6
CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GHÉP KÊNH THEO TẦN SỐ TRỰC GIAO 7
2.1 TÓM TẮT LỊCH SỬ OFDM . 7
2.2 TÍNH TRỰC GIAO TRONG KỸ THUẬT OFDM . 7
2.2.1 Ý tưởng 7
2.2.2 Tín hiệu OFDM trong miền thời gian và miền tần số 9
2.3 MÔ HÌNH HỆ THỐNG SỬ DỤNG KỸ THUẬT OFDM 10
2.3.1 Bộ chuyển đổi nối tiếp-song song Serial/Parallel và Parallel/Serial 10
2.3.2 Bộ Mapper và Demapper 11
2.3.3 Bộ IFFT và FFT 12
2.3.4 Chèn và loại bỏ khoảng bảo vệ GI 14
2.3.5 Bộ Up-Converter và Down-Converter 18
2.3.6 Bộ cân bằng (Equalizer) . 18
2.3.7 Dung lượng của hệ thống OFDM 19
2.4 ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA KỸ THUẬT OFDM 19
2.4.1 Ưu điểm 19
2.4.2 Nhược điểm 20
CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG . 21
3.1 KHÁI QUÁT HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG . 21
3.2 CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG . 22
3.2.1 Bộ phát quang . 22
3.2.2 Bộ thu quang . 29
3.2.3 Kênh truyền quang . 31
3.2.4 Bộ khuếch đại quang . 33
3.3 CÁC HIỆU ỨNG TRUYỀN DẪN . 36
3.3.1 Các hiệu ứng tuyến tính . 36
3.3.2 Các hiệu ứng phi tuyến . 40
3.3 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG . 43
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT OFDM TRÊN KÊNH TRUYỀN SỢI QUANG . 46
4.1 KHÁI NIỆM HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG COHERRENT . 46
4.2 ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU OFDM TRONG MIỀN RF . 47
4.3 BỘ PHÁT QUANG . 48
4.4 BỘ THU QUANG . 49
4.5 HỆ THỐNG COHERRENT OFDM (CO-OFDM) . 50
4.5.1 Điều chế tín hiệu từ miền điện sang quang . 51
4.5.2 Kỹ thuật tách sóng Coherrent . 52
4.6 TỈ SỐ BIT LỖI BER TRONG HỆ THỐNG CO-OFDM . 54
CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ . 56
5.1 MÔ HÌNH HỆ THỐNG CO-OFDM VÀ CÁC THAM SỐ MÔ PHỎNG . 56
5.1.1 Bộ phát . 57
5.1.2 Mô phỏng kênh truyền sợi quang . 64
5.1.3 Bộ thu quang coherrent . 70
5.1.4 Phương pháp ước lượng BER từ eye diagram . 75
5.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG . 77
5.2.1 Hệ thống CO-OFDM với tốc độ 48 Gb/s 77
5.2.2 Hệ thống đơn sóng mang tốc độ 48 Gb/s 78
5.2.3 Hệ thống CO - OFDM loại bỏ khoảng bảo vệ 81
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 84
6.1 KẾT LUẬN . 84
6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 86

Kỹ thuật OFDM trong hệ thống thông tin quang
MỞ ĐẦU
Xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu của con người về trao đổi thông tin ngày
càng lớn. Để đáp ứng những nhu cầu đó, đòi hỏi mạng lưới viễn thông phải có tốc độ
cao, dung lượng lớn. Các hệ thống truyền dẫn điện ngày càng rơi vào trạng thái „bão
hòa‟, hay nói cách khác tốc độ cho phép của môi trường truyền dẫn điện chỉ nằm trong
một giới hạn cho phép (hàng chục Gb/s). Trong khi đó, yêu cầu truyền dẫn của các mạng
lưới viễn thông ngày nay đã lên tới hàng Tb/s và thậm chí hơn. Việc ra đời mạng truyền
dẫn quang với băng thông gần như vô hạn đã phần nào đáp ứng được nhu cầu đó [1]. Ý
tưởng dùng ánh sáng để truyền tin ra đời từ khoảng thế kỷ thứ XVI, tuy nhiên mãi đến
những năm cuối thế kỷ XX các hệ thống thông tin quang đầu tiên mới được thương mại
hóa. Những năm đầu của thế kỷ 21, các hệ thống truyền thông quang WDM đã đạt mức
40 Gb/s, rồi sau đó là 1.6 Tb/s, 3.2 Tb/s [1] Ta thấy, chỉ trong một thời gian rất ngắn,
khi mà công nghệ sợi quang phát triển mạnh mẽ kèm theo các công nghệ khuếch đại tín
hiệu quang tiên tiến ra đời thì các hệ thống truyền thông quang mới thật sự thể hiện được
những khả năng vượt trội của nó.
Khi khả năng truyền dẫn đã tạm được giải quyết nhờ sự ra đời của công nghệ
truyền dẫn sợi quang thì tốc độ chuyển mạch của các thiết bị điện tử để thích ứng với
công nghệ truyền thông tốc độ cao của sợi quang là điều cần thiết. Môi trường truyền
dẫn là cáp sợi quang với băng thông cực lớn, còn tín hiệu vẫn được xử lý, thực hiện ở
trên nền điện tử đã có sẵn. Việc lựa chọn công nghệ nào để nâng cao hiệu suất sử dụng
cũng như khả năng thích ứng với hệ thống truyền dẫn sợi quang là điều quan trọng và
cần thiết. Các kỹ thuật ghép kênh vẫn được dùng cả trong miền điện lẫn miền quang
nhằm sử dụng tốt hơn nữa tài nguyên sẵn có và nâng cao tốc độ cho cả hệ thống.
Đề tài tiếp cận một kỹ thuật ghép kênh theo tần số tiên tiến để điều chế tín hiệu
trong miền điện trước khi đưa vào kênh truyền quang để truyền đi. Đó là kỹ thuật ghép
kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division
Multiplexing). Đây là kỹ thuật ghép kênh cho phép sử dụng hiệu quả phổ tần số, có thể
giải vấn đề tán sắc do kênh truyền sợi quang gây ra. Tán sắc là hiện tượng gây ra giản
xung tín hiệu khi truyền trên kênh truyền quang làm giảm đáng kể chất lượng truyền dẫn
tín hiệu quang. Tán sắc không những làm giới hạn khoảng cách truyền dẫn mà còn làm
giảm tốc độ của hệ thống. Kỹ thuật OFDM để điều chế tín hiệu điện trước khi chuyển
thành tín hiệu quang để truyền đi sẽ làm cho thời gian mỗi symbol được kéo dài thêm, từ
đó có thể giảm được ảnh hưởng của tán sắc trong sợi quang. Mục tiêu của đề tài là ứng
dụng kỹ thuật OFDM trên kênh truyền quang. Đây là sự kết hợp những ưu điểm của cả
kỹ thuật OFDM và hệ thống thông tin quang.
Nội dung đề tài bao gồm 6 chương và được tóm tắt như sau:
 Chương 1 trình bày ý tưởng cũng như những những đặc điểm nổi bật của kỹ
thuật OFDM và kênh truyền sợi quang. Bên cạnh đó, trong chương này đề tài
cũng nêu lên ý tưởng chính.
 Chương 2 trình bày các vần đề lý thuyết cơ bản của kỹ thuật ghép kênh OFDM.
 Chương 3 trình bày chi tiết một hệ thống thông tin quang đơn kênh điển hình, từ
đó đi vào phân tích các ảnh hưởng của kênh truyền sợi quang lên tín hiệu quang.
 Chương 4 trình bày về hệ thống ứng dụng kỹ thuật OFDM truyền trên kênh
truyền sợi quang. Trong chương này, chủ yếu tập trung vào xây dựng, phân tích
nguyên lý hệ thống CO-OFDM (Coherent Optical OFDM).
 Chương 5 mô phỏng hệ thống CO-OFDM. Đây là chương phân tích các mô hình
trong hệ thống như bộ thu, bộ nhận và kênh truyền sợi quang, qua đó trong
chương này cũng trình bày một số kết quả mà đề tài đã thực hiện được.
 Chương 6 là phần kết luận của đề tài. Trên cơ sở các kết quả đạt được, đề tài đưa
ra các hướng có thể tiếp tục nghiên cứu.