Đề tài Hệ thống Radio-Over-fiber (Analog & Digital)

Hệ thống Radio-over-fiber (Analog & Digital) LỜI MỞ ĐẦU Với nhu cầu không ngừng đòi hỏi của người sử dụng thì hàng loạt các kỹ thuật ứng dụng trong truyền dẫn vô tuyến ra đời. Trong khi đó, yêu cầu của các mạng lưới viễn thông ngày nay đã lên tới Tb/s thậm chí hơn. Việc ra đời mạng truyền dẫn quang với băng thông gần như vô hạn đã phần nào đáp ứng nhu cầu đó[2]. Ý tưởng dùng ánh sáng để truyền tin ra đời từ rất sớm, tuy nhiên mãi những năm cuối thế kỷ XX các hệ thống thông tin quang đầu tiên mới được thương mại hóa. Những năm đầu thế kỷ 21, caccs hệ thống truyền thông quang WDM đã đạt tới mức 40Gb/s, rồi sau đó là 1.6 Tb/s, 3.2 Tb/s …[2]. Ta thấy chỉ trong một thời gian rất ngắn, khi mà công nghệ sợi quang phát triển mạnh mẽ dẫn quang mới thật sự kèm theo các công nghệ khuếch đại tín hiệu quang tiên tiến ra đời thì các hệ thống truyền dẫn quang mới thật sự thể hiên được những khả năng vượt trội của nó. 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. Nổi bật đó là kỹ thuật truyền dẫn vô tuyến trên sợi quang (Radio-Over-Fiber), kỹ thuật truyền dẫn đảm bảo chất lượng tốt và tốc độ cao… 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 kết hợp hệ thống Radio over Fiber. Nội dung đề tài được chia làm 5 chương chính, được tóm tắt như sau:  Chương 1 là chương tổng quan trình bày các vấn đề cơ bản của hệ thống thông tin quang, bên cạnh đó cũng lên ý tưởng của đề tài. SVTH: Triệu Thị Thủy Trang 1 Hệ thống Radio-over-fiber (Analog & Digital)  Chương 2 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 truyền.  Chương 3 sẽ nói về kỹ thuật Radio-over-fiber, kỹ thuật đó là gì và vì sao có kỹ thuật này. Đồng thời, trong chường này sẽ phân tích cụ thể 2 hệ thống ROF số và tương tự.  Chương 4 trình bày phần mô phỏng và kết quả cụ thể để so sánh với phần lý thuyết đã mô tả một hệ thống Radio-over-fiber cơ bản.  Chương 5 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. SVTH: Triệu Thị Thủy Trang 2 Hệ thống Radio-over-fiber (Analog & Digital) CHƯƠNG 1 :TỔNG QUAN Nội dung chính của chương 1 trình bày sơ lược của hệ thống thông tin quang, tiềm năng và xu hướng phát triển của các hệ thống truyền dẫn quang trong tương lai. Tiếp đến là trình bày các đặc điểm cơ bản của hệ thống thông tin quang. Cuối chương sẽ trình bày ý tưởng và mục đích chính của đề tài. 1.1. Khái quát hệ thống thông tin quang Cùng với sự phát triển của xã hội thì nhu cầu của con người đối với thông tin ngày càng cao. Để đáp ứng được những nhu cầu đó, đòi hỏi mạng viễn thông phải có dung lượng lớn, tốc độ cao…Các mạng lưới đang dần dần bộc lộ ra những điểm yếu về tốc độ, dung lượng, băng thông…Mặt khác, mấy năm gần đây do dịch vụ phát triển thông tin phát triển nhanh chóng, để thích ứng với sự phát triển không ngừng của dung lượng truyền dẫn thông tin, thì hệ thống thông tin quang ra đời đó tự khẳng định được chính mình. Như vậy, với việc phát mình ra Laser để làm nguồn phát quang đó mở ra một thời kỳ mới có ý nghĩa rất to lớn vào năm 1960 và bằng khuyến nghị của Kao và Hockham và năm 1966 về việc chế tạo ra sợi quang trong suốt có độ tổn thất thấp. 4 năm sau, Kapron đã chế tạo ra được sợi quang trong suốt cso độ suy hao truyền dẫn khoảng 20dB/km. Cho tới đầu những năm 1980, các hệ thốn thông tin quang đó được phổ biến khá rộng rãi với bước sóng làm việc 1300nm 1500nm đó cho thấy sự phát triển mạnh mẽ của thông tin sợi quang trong 2 thập niên qua. Ngày nay cáp sợi quang đó tạo ra những triển vọng mới cho công nghệ truyền thông tốc độ cao cũng như việc hiện đại hóa mang thông tin và nhu cầu kết nối thông tin. Sự kết hợp sợi quang vào bên trong dây chống sét cũng như dây SVTH: Triệu Thị Thủy Trang 3 Hệ thống Radio-over-fiber (Analog & Digital) dẫn đó đem lại những giải pháp tối ưu cho nhà thiết kế. Với sự gia tăng của dây chống sét và dây dẫn điện kết hợp với sợi quang không những chỉ truyền dẫn và phân phối điện mà cũng đem lại lợi ích to lớn về thông tin. Điều đó làm giảm giá thành của hệ thống và cũng chính vì những lú do trên mà cáp quang đang được ứng dụng rộng rãi trên thế giới. 1.2. Đặc điểm cơ bản Cùng với thông tin hữu tuyến và vô tuyến, các loại thông tin sử dụng môi trường truyền dẫn tương ứng là dây dẫn kim loại và không gian. Thông tin sử dụng môi trường truyền dẫn là sợi quang. Ở đây tín hiệu được biến đổi thành ánh sáng và được truyền qua cáp sợi quang tới nơi nhân và được biến đổi trở thành tín hiệu ban đầu. Hệ thống thông tin quang có những ưu điểm so với các hệ thống sử dụng cáp đồng trục và vô tuyến do sử dụng đặc tính sau của cáp sợi quang.  Suy hao truyền dẫn thấp (0.35 – 0.4 dB/km ở bước sóng 1300 nm và 0.0 -0.25 dB/km ở bước sóng 1550 nm).  Độ rộng băng thông lớn (vào khoảng 15 THz ở bước sóng 1300 nm và 1500nm).  Kích thước nhỏ, trọng lượng thấp.  Không ảnh hưởng của điện từ trường bên ngoài.  Cách điện.  Kinh tế : nguyên liệu sản xuất sợi quang là thạch anh dồi dào hơn nhiều so với linh kiện thu, tiêu tốn vật liệu trên sản phẩm thấp. Bên cạnh đó các linh kiện thu và phát sợi quang trong hệ thống thông tin quang có nhiều ưu điểm.  Có khả năng điều chế tốc độ cao nên ứng dụng rất hiệu quả trong truyền dẫn tốc độ cao và thông tin băng rộng.  Kích thước nhỏ, hiệu suất biến đổi quang điện cao.  Khả năng phát xạ công suất quang lớn, máy thu có độ nhạy cao nên thông tin dài. SVTH: Triệu Thị Thủy Trang 4 Hệ thống Radio-over-fiber (Analog & Digital) Các ưu điểm nổi bật nhất của phương thức thông tin quang so với các phương thức thông tin khác.  Ưu điểm về dung lượng.  Ưu điểm về chất lượng tín hiệu.  Ưu điểm về điều kiện bảo dưỡng, tác động môi trường tuổi thọ. Bên cạnh những ưu điểm cũng có một số nhược điểm sau:  Đường kính sợi nhỏ, trọng lượng nhỏ dẫn đến kho đấu nôi.  Cần có đường dây, các đường dây cấp nguồn cho tiếp phát.  Cần có phương thức chỉnh lõi mới (cáp) Với các ưu điểm trên mà các hệ thống thông tin quang được áp dụng rộng rãi trên mạng lưới. Chúng có thể được xây dựn làm các tuyến đường trục, trung kế, liên tỉnh, thuê bao kéo dài cho tới cả việc truy nhập vào mạng thuê bao linh hoạt đáp ứng được mọi môi trường lắp đặt từ trong nhà, trong các cấu hình thiết bị cho tới các hệ thống truyền dẫn xuyên lục địa, vượt đại dương…Các hệ thống thông tin quang cũng rất phù hợp cho các hệ thống truyền dẫn số không loại trừ tín hiệu dưới dạng ghép kênh nào, các tiêu chuẩn Bắc Mỹ, Châu Âu hay Nhật Bản. 1.3. Ý tưởng đề tài Trong những năm gần đây, ý tưởng thông tin vô tuyến truyền trên sợi quang (Radio- over-fiber) và kết hợp với mạng truy nhập không dây đặc biệt nhận được rất nhiều sự quan tâm. Như ta đã biết, kênh truyền sợi quang là kênh truyền có tốc độ rất cao (lên đến hàng Tb/s), ít bị tác động bởi nhiễu và ngần như không bị tác động của điện từ trường, suy hao thấp (<0.2dB/km) [3], tác động xuyên kênh truyền có thể xem như bất biến theo thời gian. Do đó hứa hẹn trong tương lai gần, các hệ thống truyền dẫn quang sẽ thay thế toàn bộ các hệ thống mạng đường trục hiện nay. Mục tiêu của đề tài là thiết kế mô phỏng bằng Matlab Simulink một hệ thống Radio- over-fiber hoàn chỉnh, chứng tỏ được ưu điểm khi ta sư dụng hệ thống này. SVTH: Triệu Thị Thủy Trang 5