(A) Không Có Điện Áp. (B) Có Điện Áp Điều Khiển.

Hình 2.7: (a) không có điện áp. (b) có điện áp điều khiển.

Vậy ngõ ra của bộ điều chế Mach-Zehnder phụ thuộc vào điện áp điều khiển đặt vào bộ điều chế. Công thức tổng quát ngõ ra của bộ điều chế theo điện áp đặt vào V được cho bởi:

v 

T () 1  cosvb

(2.3)



Trong đó : Φb phân cực pha của bộ điều chế (modulator phase bias) là :

ΔnL = n1L1 2L2: độ chênh lệch chiều dài 2 nhánh bộ giao thoa λ : Bước sóng quang

V

Vb: Điện áp phân cực

d

23 rLm

d: độ phân ly điện cực (electrode separation)

Lm: chiều dài điện cực (electrode length)

Γ(λ): hệ số giảm của vật liệu

n(λ): chỉ số chiết suất

r(λ): hệ số điện quang (electro optic coeffcient) [5]

hay cường độ điện trường tổng hợp tại ngõ ra được cho bởi :

(2.4)

E(t) 



2 I M

cos

A

opt



t V

V



b 



(2.5)

Với A là biên độ nguồn quang ngõ vào, IM là tổn hao chèn và ωopt là tần số quang phát ra bởi nguồn laser.

Thông thường đối với một bộ điều chế Mach-Zehnder thì người ta thường quan

tâm thông số Vπ. Bộ điều chế MZ chế tạo bởi LiNbO3 có Vπ=6.6V.

Tín hiệu điện áp V đặt vào bộ điều chế được chia làm 2 loại, loại tín hiệu nhỏ và loại tín hiệu lớn. Mỗi bộ điều chế có tính chất riêng của nó, tuy nhiên loại tín hiệu nhỏ được sử dụng nhiều hơn.

2.3.3. Tạo tín hiệu RF bằng kỹ thuật điều chế trộn nhiều sóng quang (optical heterodyne)

2.3.3.1. Giới thiệu về kỹ thuật optical heterodyne

Hầu hết các kĩ thuật RoF dựa trên nguyên lý trộn kết hợp trong bộ tách sóng quang để tạo ra các tín hiệu RF. Các kĩ thuật này được gọi chung là kĩ thuật optical heterodyne (hình 2.8). Trong khi bộ chuyển đổi quang điện O/E hoạt động, bộ tách sóng quang sẽ hoạt động như một bộ trộn và do đó nó là thành phần chủ chốt trong các hệ thống RoF dựa trên optical heterodyne.

Xử lý điện

Bộ phối hợp

Tín hiệu quang đến

ωLO

Tách sóng

Dao động nội

Dòng bit tín hiệu

Hình 2.8 : Sơ đồ khối kỹ thuật tách sóng hetorodyne

Trong kỹ thuật optical heterodyne, hai hay nhiều tín hiệu quang (sóng quang) được truyền đồng thời và chúng có tính quan hệ với nhau tới đầu thu. Và một trong số chúng kết hợp với nhau (được gọi là tích với nhau) sẽ tạo ra được tín hiệu vô tuyến ban đầu. Ví dụ 2 tín hiệu quang được phát ở băng tần ở chung quanh bước sóng 1550nm có khoảng cách rất nhỏ 0.5nm. Tại đầu thu, sự kết hợp 2 sóng quang này bằng kỹ thuật optical heterodyne và tạo ra một tín hiệu điện ở tần số 60Ghz ban đầu mà ta cần truyền đi.

2.3.3.2. Nguyên lý của optical heterodyne

Cường độ của một tín hiệu quang dưới dạng phức có dạng:

EsAsexpist s

(2.6)

Trong đó ωs là tần số sóng mang, As là biên độ và φs là pha của tín hiệu.



Tương tự cường độ của tín hiệu tham chiếu có dạng

Eref

Aref

expi

ref

t 

ref

(2.7)

Với Aref, ωref, φref lần lượt là biên độ, tần số và pha của tín hiệu tham chiếu. Trong trường hợp này ta giả sử rằng cả tín hiệu gốc và tín hiệu tham chiếu phân cực giống nhau để chúng có thể kết hợp tại PD ở đầu thu. Như ta biết rằng, công suất thu được ở

PD có dạng

P K Es Eref

2

trong đó K được gọi là hằng số tỷ lệ của PD.

Như vậy ta có:

2

Ascosst siAssin st s

s

ref



P t K A

cos

ref

t 

rêf

iA

sin 

ref

t 

ref

s

A cost 

A

cos

t 2

K 

s s ref

ref

rêf

i As

sinst s

Aref

sin

ref

t 

ref



KA2A2

 2A A

cos 

t 

s ref

s ref

s ref

s ref

Ps

Pref  2

cost 

ref 

(2.8)

Ps Pref

0

s

Trong đó: Ps=KAs2, Pref=KAref2, ω0=ωs-ωref. Đôi khi người ta ký hiệu ω0 là ωIF được gọi là tần số (góc) trung tần. Lý do nó được gọi là tần số trung tần bởi vì thông thường ω0 và ωref rất gần nhau nên hiệu của chúng là ωIF thường nhỏ hơn khá nhiều so với ω0 và ωref, và được gọi là tần số trung tần.

 Nếu ω0 =0 thì người ta gọi đây là kỹ thuật homodyne.

Từ công thức 2.8 ta có :

Ps Pref

Pt Pref  2

cos



ref

(2.9)

Ps Pref

s

vì thông thường Ps<<Pref . Dòng điện sau PD có dạng

I t RPt Iref

 2R

với φs = φref. (2.10)

Ps Pref

Do Iref thường cố định nên người ta dễ dàng tách ra được thành phần tín hiệu homodyne bằng một mạch so sánh quyết định ngưỡng:

Ihom t  2R

(2.11)

Từ công thức trên ta thấy ưu điểm của phương pháp tách sóng homodyne đó là: thứ nhất dòng điện ngõ ra lớn nhất nếu ta triệt bỏ pha của sóng tới và sóng tham chiếu,

nên cho tỉ số SNR cao. Thứ hai là thành phần thu được không mang thông tin tần số và pha, chỉ phụ thuộc vào biên độ, nên nó rất phù hợp với phương pháp tách sóng trực tiếp thường không mang thông tin về tần số và pha.

Tuy nhiên nhược điểm của nó là phải đồng bộ về pha lẫn tần số cho cả sóng tín hiệu lẫn sóng tham chiếu. Điều này được thực hiện bằng một vòng khóa pha quang.

Ps Pref

 Nếu ωs ≠ 0 thì đây được gọi là kỹ thuật heterodyne:

I t RP t Iref

 2R

cos0t 

(2.12)

Khi đó thành phần heterodyne là:

Ps Pref

Ihet t  2R

cos0t 

(2.13)

Lúc này thành phần tín hiệu sẽ được đại diện bởi biên độ, tần số và pha của sóng mang IF. So với kỹ thuật homodyne thì kỹ thuật này có tỉ số SNR nhỏ hơn là 3dB vì chứa thành phần cos. Tuy nhiên kỹ thuật này không cần thiết phải có vòng khóa pha phức tạp nên nó thực hiện đơn giản hơn so với homodyne.

Kỹ thuật heterodyne có thể được sử dụng kết hợp với các phương pháp điều chế ASK, PSK, FSK ở phía phát và sử dụng phương pháp tách sóng trực tiếp hay tách sóng đường bao ở phía thu bởi vì thành phần tín hiệu Ihet sau khi tách sóng mang đầy đủ thông tin về cường độ, tần số và pha.

2.3.3.3. Ưu điểm và nhược điểm của optical heterodyne

Ưu điểm

Bằng việc sử dụng heterodye quang, các tần số rất cao có thể được sinh ra và chỉ bị hạn chế bởi băng thông của bộ tách sóng, đồng thời cũng tạo ra công suất tách cao (độ lợi liên kết lớn hơn) và tỉ số CNR cao hơn. Đó là bởi vì các công suất quang của 2 trường quang góp phần vào công suất của tín hiệu sóng ngắn được tạo ra. Nếu chỉ một trong hai sóng mang quang được điều chế với dữ liệu , độ nhạy hệ thống đối với tán sắc màu có thể được khống chế rõ rệt. Điều này là không thể đối với các phương pháp dựa trên điều chế cường độ trực tiếp khi cả hai dải biên quang sẽ đều được điều chế với dữ liệu. Việc giảm các tác động của tán sắc màu là rất quan trọng trong các dạng điều chế nhạy với nhiễu pha như là Xqam – khi tán sắc sẽ gây ra sai hụt công suất. Một đặc tính quan trọng của optical heterodyne là nó cho phép việc điều chế dữ liệu tần thấp tại trạm trung tâm dẫn tới không yêu cầu các thiết bị điện-quang tần số cao. Vì thế, ngược lại với IM-DD, bộ điều chế optical heterodyne tại trạm trung tâm có thể

được vận hành với hoặc dữ liệu băng tần gốc hoặc tín hiệu RF tần thấp. Tại RAU, các bộ lọc tần số sóng mm sẽ không cần thiết trong trường hợp sử dụng dữ liệu băng gốc. Ngoài ra, optical heterodyne có khả năng tạo ra các tín hiệu với độ sâu điều chế cường độ 100%, cùng với nhiều ưu điểm trong việc xử lý tín hiệu quang và các chức năng hệ thống vô tuyến như điều khiển pha, lọc và chuyển đổi tần số.

Nhược điểm

Nhược điểm chính của optical heterodyne là ảnh hưởng mãnh mẽ của nhiễu pha laser và sự biến đổi tần số quang lên sự thuần khiết và ổn định đối với các sóng mang RF được sinh ra. Bởi vì các laser bán dẫn có độ rộng phổ lớn nê bắt buộc phải sử dụng các biện pháp phụ để giảm đổ rộng phổ của tín hiệu RF được sinh ra. Các biện pháp này thường dẫn tới các hệ thống phức tạp hơn. Các kĩ thuật được sử dụng để giảm độ nhạy nhiễu pha bao gồm các vòng khóa pha quang OPLL và khóa bơm quang OIL sẽ được xem xét sau sau đây.

2.3.4. So sánh các kỹ thuật truyền sóng vô tuyến qua sợi quang

Bảng 2.1 : So sánh các kỹ thuật truyền dẫn và phát sóng milimet

Kĩ thuật

Ưu điểm	Nhược điểm
Điều chế cường độ trực tiếp	- Điều chế: ASK, PSK, FSK - Là phương pháp đơn giản - Cấu trúc BS rất đơn giản	- Cần bộ điều chế ngoài có tần số cao - Ảnh hưởng bởi tán sắc
Quang kết hợp	- Điều chế:ASK, FSK, PSK - Hạn chế hiện tượng tán sắc sợi quang	- Cấu tạo nguồn sáng phức tạp
Bộ điều chế ngoài	- Điều chế ASK, FSK, PSK - Cấu hình đơn giản - Dùng DFB Laser	- Ảnh hưởng của tán sắc - Tổn hao chèn lớn - Hiệu ứng phi tuyến - Cần bộ điều chế EAM tần số cao

Có thể bạn quan tâm!

• nghiên cứu về kỹ thuật truyền sóng vô tuyến qua sợi quang Radio over Fiber - RoF - 2
• Minh Họa Sự Giản Nở Xung Do Tán Sắc Khi Ánh Sáng Được Truyền Trong Sợi
• Công Nghệ Truyền Sóng Vô Tuyến Trên Sợi Quang - Rof
• Các Cấu Hình Trong Tuyến Rof.(A) Eom, Tín Hiệu Rf Được Điều Chế.
• Mh Dùng Cặp Tần Số (Ƒ1,ƒm +1) Khi Di Chuyển Từ Picocell 1 Sang Picocell 2
• Rof Ứng Dụng Cho Mạng Truy Nhập Vô Tuyến Ở Ngoại Ô, Nông Thôn

Xem toàn bộ 89 trang tài liệu này.

Các kĩ thuật phát và truyền dẫn sóng mm trên sợi quang đã khảo sát đều có những ưu, nhược điểm riêng. Mỗi kĩ thuật có thế thích hợp tùy vào mô hình mạng được sử dụng. Bảng 2.1 đã tổng hợp lại các ưu và nhược điểm của các kĩ thuật đã đề cập ở trên. Bảng 2.2 ta thấy ở các băng tần mm được đưa ra có tốc độ bít rất cao lên tới 155 Mbps là có thể đạt được một cách dể dàng, điều này cho thấy công nghệ RoF với

bán kính Cell nhỏ lại (Picocell) sẽ cung cấp dung lượng cao hơn so với các mạng không giây truyền thống.

Bảng 2.2: So sánh băng tần của các hệ thống sửa dụng kĩ thuật RoF

Kĩ thuật

Dải RF (Ghz)	Dải IF (Ghz)	Tỉ lệ Bit (Mbps)	Điều chế	Chiều dài sợi (km)
Quang kết hợp	64 60	− −	155 155,52	OQPSK DPSK	12,8 25
Điều chế ngoài	59,6 60,0 ; 59,6	2,6 3,0 ; 2,6	156 156	DPSK DPSK	50 85

2.4. CÁC KỸ THUẬT GHÉP KÊNH TRONG ROF

2.4.1. Kỹ thuật ghép kênh sóng mang con SCM

Ghép kênh sóng mang con là một phương pháp cốt yếu, đơn giản và hiệu quả về kinh tế đối với việc sử dụng băng thông sợi quang trong các hệ thống thông tin quang tương tự nói chung và trong các hệ thống RoF nói riêng. Trong SCM, tín hiệu RF (sóng mang con) được sử dụng để điều chế một sóng mang quang tại phía phát. Điều này dẫn tới một phổ quang bao gồm của tín hiệu sóng mang quang gốc f0 cùng với hai side-tones tại các vị trí tương ứng f0 ± fSC, trong đó fSC là tần số sóng mang con. Nếu sóng mang con tự nó được điều chế với dữ liệu (tương tự hoặc số), thì các dải biên được tập trung xung quang f0 ± fSC sẽ được sinh ra như trong hình 2.9 mô tả.

Hình 2.9 : Ghép kênh sóng mang con giữa tín hiệu số và tín hiệu tương tự

Để ghép rất nhiều kênh trên một sóng mang quang, các sóng mang con trước tiên sẽ được kết hợp và được sử dụng để điều chế sóng mang quang như trong hình 2.9. Tại phía thu, các sóng mang con sẽ được khôi phục thông qua tách sóng trực tiếp và sau đó

được phát xạ. Các phương pháp điều chế khác nhau có thể được sử dụng trên các sóng mang con khác nhau. Một sóng mang con có thể mang dữ liệu số, trong khi một sóng mang khác có thể được điều chế với một tín hiệu tương tự như lưu lượng video hoặc thoại. Theo cách này, SCM hỗ trợ ghép kênh rất nhiều loại dữ liệu băng rộng. Điều chế của sóng mang quang có thể đạt được bằng điều chế trực tiếp laser hoặc bằng việc sử dụng các bộ điều chế ngoài như MZM.

Ưu điểm: Một trong nhưng ưu điểm chính của SCM là nó hỗ trợ nhiều lưu lượng dữ liệu. Mỗi sóng mang con có thể truyền tải một tín hiệu có một cách điều chế độc lập. Vì thế, nó có thể được sử dụng trong rất nhiều ứng dụng như CATV, WLANs và một số các ứng dụng sóng mm. Điều này là kết quả của thực tế là kĩ thuật điều chế được sử dụng và dữ liệu được tải trên mỗi sóng mang con là độc lập với các sóng mang được sử dụng. Hơn thế nữa, bởi vì các sóng mang là các tần số thấp, các thành phần yêu cầu đối với hệ thống dựa trên SCM hầu hết là khả dụng. Các bộ điều chế, các bộ trộn và các bộ khuếch đại được sử dụng trong CATV hay các hệ thống vệ tinh khác vẫn có thể được sử dụng trong các hệ thống SCM, dẫn đến giá thành hệ thống thấp.

Nhược điểm: Nhược điểm của SCM là một kĩ thuật thông tin tương tự, nó sẽ nhạy cảm đổi với các tác động nhiễu và méo do các hiệu ứng phi tuyến. Điều này dẫn tới các yêu cầu tuyến tính nghiêm ngặt trong hoạt động của các thành phần, đặc biệt là đối với các ứng dụng như video – các ứng dụng có thể đòi hỏi tỉ số sóng mang trên tạp âm CNR>55 dB. Nhiễu cường độ tương đối RIN của nguồn sáng là nguồn chính của nhiễu và nên được giữ càng thấp càng tốt.

2.4.2. Ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM

Hình 2.10: Sự kết hợp truyền dẫn DWDM và RoF

Ứng dụng WDM vào mạng RoF mang lại nhiều ưu điểm như đơn giản hóa mô

hình mạng bằng cách ấn định các bước sóng khác nhau cho mỗi BS riêng biệt, cho phép nâng cấp mạng và các ứng dụng dễ dàng hơn và cung cấp một phương tiện quản lý mạng đơn giản. Xem hình 2.10, là một ví dụ trong ứng dụng này cho tuyến đường xuống. Như vậy, với mô hình dưới, thì chỉ cần một sợi quang thì kỹ thuật RoF đã có thể phục vụ được cho rất nhiều các BS. Số lượng các BS được phục vụ là tùy thuộc vào số lượng kênh quang có thể truyền được trên sợi quang đó.

200 GHz

Sóng mang quang

… ..

Dỏi biên

… ..

f

60 GHz 60 GHz

(a)

100 GHz

… ..

… ..

f

60 GHz

(b)

Hình 2.11: DWDM trong RoF

a. Điều chế hai dải biên, b. Điều chế triệt một dải biên.

Tuy nhiên khó khăn trong ứng dụng kỹ thuật WDM ở đây là mỗi kênh quang truyền một sóng mm ở tần số 60GHz. Do đó bề rộng phổ mỗi kênh quang vượt quá bề rộng phổ một kênh WDM. Ví dụ như hình 2.11(a) sử dụng phương pháp đều chế 2 biên và 2.11(b) sử dụng phương pháp điều chế 1 biên để truyền một sóng mm ở băng tần 60Ghz tức phải tốn một kênh 100MHz vì bề rộng phổ trong lưới ITU–T có chuẩn là 100MHz. Ở phương pháp sử dụng điều chế 2 biên thì ta cần phải sử dụng đến một kênh 200GHz. Như vậy có một sự lãng phí lớn băng thông trong sợi quang hoặc là các thiết bị trong thế giới WDM cũ sẽ không tương thích được trong kỹ thuật RoF. Hiện nay đang có nhiều nghiêng cứu trong lĩnh vực này. Để gia tăng hiệu suất sử dụng phổ, khái niệm chèn tần số quang (optical frequency intterleaving) đã được đưa ra.

Mặt khác, mối quan hệ giữa số lượng bước sóng yêu cầu cho mỗi BS, mỗi BS