Luận Văn Tối ưu OFDM cho hệ thống thông tin quang

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay tốc độ tối đa trong truyền dẫn thông tin mà các nhà khoa học ghi nhận được là 1.125 Tbps trong hệ thống thông tin quang[16].Không thể phủ nhận rằng trong thời đại thông tin hiện nay, việc truyền và nhận dữ liệu với dung lượng lớn và khoảng cách xa thì thông tin quang chiếm vai trò chủ yếu.Có thể thấy đường truyền quang được sử dụng từ mạng cáp quang đặt dưới biển đến các mạng cáp quang trong các thành phố, tới các tòa nhà, doanh nghiệp (hay còn gọi là FTTB), và tới từng hộ gia đình(hay còn gọi là FTTH). Không những vậy, thông tin quang còn có khả năng ứng dụng trong thông tin vô tuyến với sự phát triển của công nghệ truyền thông ánh sáng khả kiến (Light Fidelity) giúp tăng tốc độ truyền dữ liệu, tính bảo mật cao hơn so với Wi-Fi cũng như đi kèm với đó là bảo đảm sức khỏe cho con người do ánh sáng khả kiến không gây ảnh hưởng có hại như sóng điện từ tần số cao. Sự phát triển về mặt công nghệ và các giải pháp kỹ thuật đi kèm với nguyên liệu rẻ đã đưa thông tin quang phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây.
Mặc dù có nhiều nhược điểm(băng thông hạn chế, dung lượng thấp, cự ly truyền dẫn ngắn, ) hơn hệ thống thông tin quang tương can (coherent) nhưng phổ biến hiện nay vẫn là hệ thống thông tin quang điều chế cường độ, tách sóng trực tiếp IM/DD. Mặt khác, kỹ thuật OFDM bảo đảm hiệu suất sử dụng phổ tần cao, khả năng chống nhiễu RF tốt và khả năng chống pha-đinh đa đường cho hệ thống không dây. Kỹ thuật OFDM đã được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau, ví dụ trong truyền hình số quảng bá DVB-TV(Digital Video Broadcasting), các hệ thống vô tuyến như mạng cục bộ không dây WLAN(Wireless Local Area Network), hệ thống di động thế hệ mới LTE (Long Term Evolution).Do đó để cải thiện nhược điểm của hệ thống thông tin quang điều chế cường độ, tách sóng trực tiếp IM/DD thì giải pháp được đưa ra trong đồ án này là sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM.
Từ các nhận xét trên,tối ưu hóa OFDM cho hệ thống thông tin quang mà cụ thể là hệ thống thông tin quang điều chế cường độ, tách sóng trực tiếp vẫn còn là vấn đề mở, do đó nó được chọn làm nội dung nghiên cứu của đồ án.Nghiên cứu “Tối ưu OFDM cho hệ thống thông tin quang” là nội dung chính của đồ án.
Cấu trúc của đồ án gồm có 4 chương:
ã Chương 1:Tổng quan về kỹ thuật OFDM
ã Chương 2: Hệ thống thông tin quang IM/DD
ã Chương 3: Kỹ thuật OFDM quang
ã Chương 4:Tối ưu hệ thống thông tin quang IM/DD OFDM bằng mô phỏng

Trong quá trình thực hiện đồ án, được sự quan tâm, giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của thầy giáo ThS. Nguyễn Thành và những ý kiến đóng góp của thầy cô giáo trong Khoa Vô tuyến, cùng với sự nỗ lực của bản thân, đồ án của em được hoàn thành đúng theo tiến độ với nội dung và phạm vi nhất định. Tuy nhiên do hiểu biết và thời gian có hạn nên đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ các thầy cô giáo cũng như các bạn sinh viên để bổ sung và phát triển nghiên cứu đề tài đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo ThS. Nguyễn Thành, các thầy cô giáo trong Khoa Vô tuyến Điện tử, Học viện Kỹ thuật Quân sự, và một số bạn bè, nhân viên thư viện đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình.

MỤC LỤC
MỤC LỤC i
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv
DANH MỤC HÌNH VẼ viii
DANH MỤC BẢNG xi
LỜI MỞ ĐẦU 1
Chương 1 3
TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT OFDM 3
1.1Giới thiệu 3
1.2 Nguyên lý cơ bản của OFDM 4
1.3 Triển khai OFDM theo kỹ thuật tương tự và kỹ thuật số 6
1.3.1 Kỹ thuật tương tự 6
1.3.2 Kỹ thuật số 7
1.4 Tiền tố vòng 7
1.5 Mô tả hệ thống 9
1.5.1 Máy phát OFDM 9
1.5.2 Máy thu OFDM 10
1.6 Ưu, nhược điểm của OFDM 11
1.6.1 Ưu điểm 11
1.6.2 Nhược điểm 12
1.7 Kết luận chương 13
Chương 2 14
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG IM/DD 14
2.1 Giới thiệu 14
2.2 Tán sắc 16
2.3 Ảnh hưởng của tán sắc đối với hệ thống thông tin quang IM/DD 19
2.3.1 Pha-đinh biên độ 19
2.3.2 Méo phi tuyến 22
2.3.3 Hiện tượng mất tương quan tạp âm pha 23
2.4 Điều chế cường độ trực tiếp từ nguồn laser 24
2.5 Điều chế cường độ sử dụng bộ điều chế Mach- Zehnder 26
2.6 Kết luận chương 29
Chương 3 31
KỸ THUẬT OFDM QUANG 31
3.1 Giới thiệu 31
3.2 Kỹ thuật đổi tần lên (IQ điện) trong hệ thống IM/DD 32
3.3 Kỹ thuật đối xứng Hermit trong hệ thống IM/DD 34
3.4 Ưu, nhược điểm của hệ thống thông tin quang IM/DD 36
3.4.1 Ưu điểm 36
3.4.2 Nhược điểm 37
3.5 Kết luận chương 37
Chương 4 38
TỐI ƯU HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG IM/DD OFDM BẰNG MÔ PHỎNG 38
4.1 Giới thiệu 38
4.2 Phần mềm mô phỏng Optisystem 38
4.2.1 Các ứng dụng 38
4.2.2 Công cụ phân tích 39
4.3 Hệ thống thông tin quang IM/DD sử dụng QAM-OFDM 39
4.3.1 Mô hình máy phát 41
4.3.1.1 Máy phát RF 42
4.3.1.2 Máy phát quang 43
4.3.2 Mô hình tuyến truyền dẫn quang 44
4.3.3 Mô hình máy thu 45
4.3.3.1 Máy thu quang 45
4.3.3.2 Máy thu RF 45
4.4 Mô phỏng hệ thống thông tin quang IM/DD sử dụng OFDM 46
4.4.1 Tín hiệu mô phỏng ở máy phát 46
4.4.2 Kết quả mô phỏng mô hình máy thu 50
4.5 Thực hiện tối ưu 53
4.5.1 Tối ưu công suất phát của laser 54
4.5.2 Tối ưu tăng ích của bộ khuếch đại quang ở trạm lặp 56
4.5.3 Tối ưu tăng ích của bộ khuếch đại quang ở tuyến phát 58
4.5.4 Tối ưu chiều dài tuyến quang 60
4.6 Kết luận chương 62
KẾT LUẬN 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO 64