Các Cấu Hình Trong Tuyến Rof.(A) Eom, Tín Hiệu Rf Được Điều Chế.

phải được cấp đủ số bước sóng để hoạt động song công hoàn toàn (full-duplex), nên cần phải đến có đến 2 bước sóng, một cho chiều đường xuống và một cho chiều ngược lại. Trong một kỹ thuật tái sử dụng bước sóng đã được đề cập đến, dựa trên kỹ thuật khôi phục sóng mang quang dùng trong tín hiệu đường xuống và được sử dụng lại bướt sóng đó cho chiều truyền dẫn đường lên. Như vậy chỉ tốn có 1 bước sóng cho cả hai chiều truyền dẫn. Tăng hiệu quả sử dụng băng thông của sợi quang.

BS 1 BS 2

1 2 ... N 1 2 ... N

...



EAT

OADM

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 89 trang tài liệu này.

OADM

1 2 ... N

...



BS N

OADM

EAT

óng mang quang vỏi dỏ liỏu óng mang quang không dỏ liỏu

ưỏng xuỏng sóng mm

ưỏng lên sóng mm

Hình 2.12: Kiến trúc vòng ring RoF dựa trên DWDM.

Hình 2.12 thể hiện một kiến trúc sóng mang đơn hướng mà nó được sử dụng để cung cấp các dịch vụ vô tuyến băng thông rộng. Ở CS, tất cả các nguồn sáng đường lên và đường xuống được ghép lại và khuyến đại lên truyền đi trong sợi quang. Một bộ điều chế kênh đường xuống và giải điều chế đường lên sẽ đưa các tín hiệu quang vào trong sợi quang được nối với nhau theo mạng ring. Tại mỗi BS, một cặp bước sóng đường xuống – đường lên sẽ được xen rẽ thông qua một bộ xen rẽ quang OADM bởi một bộ EAT, cả 2 thao tác diễn ra một cách đồng thời ở BS.

Kênh đường lên đã được điều chế sẽ được thêm vào trong sợi quang và truyền vòng về CS, tại đó chúng sẽ được giải ghép và khôi phục tín hiệu. Ưu điểm chính của mạng ring WDM P2MP này là khả năng tập trung tất cả các nguồn phát quang ở CS, cho phép có được một cấu hình BS đơn giản.

2.5. CẤU HÌNH TUYẾN ROF

Trong phần này chúng ta sẽ xét một số cấu hình của tuyến RoF được phân loại theo các băng tần (baserband (BB), IF, RF bands) được phát trên một tuyến quang với

mục tiêu của mạng RoF là làm thế nào để cấu trúc của BSs càng đơn giản và hiệu quả là càng tốt. Ở đây các BS không có thành phần thực hiện chức năng điều chế và giải điều chế mà chỉ có thành phần biến đổi điện-quang (E/O) và ngược lại, mà chỉ có CS mới chứa các thành phần trên.

Trong tuyến downlink từ CS tới BS, tín hiệu mang thông tin được đưa từ mạng chuyển mạch điện thoại công cộng (PSTN), Internet, hoặc từ một CS khác đưa vào trong “Radio Modem ” và được điều chế lên dải tần RF, IF hay giữ nguyên ở băng tần gốc BB, sau đó chúng mới được điều chế lên miền quang bởi Laser và truyền đi trong sợi quang với suy hao nhỏ và nhiễu thấp tới BSs. Nếu sử dụng phương pháp điều chế trực tiếp thì ta chỉ áp dụng cho các tín hiệu IF và BB, khi này tại BS cần có thêm thành phần nâng tần đưa lên tần số RF. Còn nếu truyền ở tần số RF ở băng tần mm thì cần thêm bộ điều chế ngoài EOMs (External Optical Modutators). Ở BS, tín hiệu ở băng tần RF, IF hay BB sẽ được khôi phục lại bằng bộ tách sóng PD. Tín hiệu được khôi phục lại sẽ được chuyển lên tần số RF nếu là các tín hiệu ở băng tần IF hoặc BB và phát tới MHs nhờ bức xạ bởi anten ra không gian.Chức năng giải điều chế và khôi phục thông tin sẽ được thực hiện tại các MH này.

Ở cấu hình (a), các bộ chuyển đổi tần số nằm ở CS nên cấu trúc của BS rất đơn giản, chỉ bao gồm bộ chuyển đổi điện /quang (E/O), quang/điện(O/E). Tuy nhiên sóng quang truyền từ CS đến BS có tần số cao (tần số RF) nên chịu ảnh hưởng của tán sắc lớn vì thế khoảng cách từ CS đến BS ngắn, chỉ khoảng vài chục km đến vài trăm mét, cấu hình này được gọi là “RF-over-Fiber ”.

Tương tự cho cấu hình (b) chỉ khác là tại CS tạo ra tần số trung tần IF và phát tới BS nên được gọi là “IF-over-Fiber ” và ở (c) được gọi là “BB-over-Fiber ”. Cả hình

(b) và (c) thì cấu trúc BS tuy phức tạp hơn vì có thêm thành phần nâng tần (up- conversion) chuyển đổi tần số BB/IF lên tần số vô tuyến RF nhưng bù lại khoảng cách từ CS đến BS lại xa hơn so với cấu hình (a) rất nhiều.

Cấu hình (d) chỉ sử dụng cho các trạm BS sử dụng tần số thấp (IF) trong cấu hình IF over Fiber truyền đi trên sợi quang. Với tần số thấp nên bộ điều chế ngoài không cần được sử dụng. Điều này chỉ giúp làm giảm giá thành của CS đi nhưng BS vẫn có cấu trúc tương đối phức tạp. Cấu hình này chỉ sử dụng truyền sóng IF với phương pháp điều chế trực tiếp.

Hình 2.13: Các cấu hình trong tuyến RoF.(a) EOM, tín hiệu RF được điều chế.

(b) EOM, tín hiệu IF được điều chế.(c) EOM, tín hiệu băng tần cơ sở được điều chế.

(d) điều chế trực tiếp.

2.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG

Chương này đã cho chúng ta biết được rõ hơn về công nghệ truyền sóng vô tuyến qua sợi quang (RoF), nêu lên được những ưu, nhược điểm cơ bản của nó như:

Ưu điểm: Độ suy hao thấp nên công suất giảm đi đáng kể và truyền đi với khoảng cách xa, băng tần quang lớn nó cho phép xử lý tín hiệu với tốc độ cao mà các hệ thống điện tử thực hiện rất khó khăn hoặc không thể thực hiện được, không chịu ảnh hưởng của tần số vô tuyến, không dẫn điện nên có tính bảo mật. Các chức năng xử lí tín hiệu được thực hiện tại CS do đó cấu trúc BS trở nên rất đơn giản sẽ là giảm giá thành lắp đặt và bảo dưỡng hệ thống các sóng mm ngoài ra nó còn có khả năng phân phối dung lượng động tránh được sự lãng phí tài nguyên do lưu lượng trên mạng biến đổi thương xuyên.

Nhược điểm: Các hệ thống sử dụng công nghệ RoF là hệ thống truyền dẩn tín hiệu tương tự do đó tín hiệu bị ảnh hưởng bởi nhiễu và méo, đây là hạn chế của các hệ thống thông tin tương tự cũng như các hệ thống sử dụng công nghệ RoF.

Trong chương này còn phân tích các kỹ thuật truyền dẫn tín hiệu vô tuyến RF trên sợi quang bằng công nghệ RoF và đã đưa ra được sự so sánh đánh giá giữa các kỹ thuật nhằm tìm ra một giải pháp tối ưu cho công nghệ RoF, ngoài ra nhờ kĩ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) khi nhu cầu tăng lên nên trong hệ thống phân phối RoF với lưu lượng GSM, dung lượng có thể được phân bổ thêm tới một vùng trong các thời gian cao điểm và sau đó phân bổ lại cho các vùng khác khi hết thời gian cao điểm.

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ RoF CHO MẠNG TRUY NHẬP KHÔNG DÂY

3.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG

Như đã tìm hiểu rõ về đặc điểm của sợi quang, thông tin vô tuyến, công nghệ truyền sóng vô tuyến qua sợi quang RoF cũng như các kỹ thuật truyền tín hiệu vô tuyến qua sợi quang ở các chương trước. Trong chương này sẽ tìm hiểu rõ về kiến trúc mạng RoF và ứng dụng của công nghệ RoF vào mạng truy nhập không dây, gồm các nội dung sau:

 RoF trong WLAN ở băng tần 60GHz – Giao thức MAC

 RoF trong mạng truyền thông Road Vehicle (RVC)

 RoF ứng dụng cho mạng truy nhập vô tuyến ở ngoại ô, nông thôn

3.2. ROF TRONG WLAN Ở BĂNG TẦN 60GHz – GIAO THỨC MAC

3.2.1. Giới thiệu

Việc chuyển sang băng tần mm được xem là nền tảng cho các dịch vụ băng rộng trong tương lai vì các sóng mm có băng thông truyền dẫn lớn hơn đồng thời tránh được sự chồng lần phổ với các băng tầng thấp hơn trong vùng sóng micromet. Trong tất cả các băng tần mm, thì đặc biệt là băng tần 60GHz, được sử dụng rộng rãi hơn cả bởi vì một dãi trong băng tần này được quy định sử dụng mà không cần phải đăng ký (license-free) với các đoạn có độ rộng phổ 3Ghz. Vì vậy nó rất thích hợp cho các ứng dụng mang tính thương mại (giá thành rẻ, thiết lập nhanh chóng,…).

Tuy nhiên như đã biết, do suy hao rất lớn trong không gian nên bán kính mỗi cell được phục vụ là rất nhỏ. Với môi trường trong nhà (indoor), thì mỗi phòng đều được trang bị một BS, do đó tính đơn giản và giá thành của BS sẽ là điều kiện cho sự khả thi của hệ thống. Kỹ thuật RoF được ứng dụng cho mạng WLAN sẽ là một trong những ứng dụng chủ yếu, bởi hiện nay nhu cầu của con người về thoại, video, truyền hình hội nghị, trao đổi dữ liệu, truy nhập mạng không dây ngày càng tăng nên đòi hỏi cần phải có một mạng đáp ứng được các nhu cầu trên hay nói cách khác là yêu cầu cần có một mạng có tốc độ truyền dữ liệu cao, băng thông rộng, và dung lượng cao. Chính vì vậy kỹ thuật truyền sóng vô tuyến qua sợi quang (RoF) kết hợp với mạng WLAN như là một giải pháp hiệu quả để đáp ứng các nhu cầu trên, với các BS chỉ thực hiện các chức năng đơn giản và kết nối tới CS thông qua truyền dẫn sợi quang, còn toàn bộ các chức

năng định tuyến và xử lý sẽ được tập trung tại CS. Tuy nhiên, bán kính phủ sóng của các BS trong mạng WLAN là tương đối nhỏ (picocell) nên mỗi sự di chuyển của thiết bị di động (MH) đòi hỏi có sự chuyển giao. Do sự chuyển giao thực hiện liên tục khi MH di chuyển nên trong mạng WLAN này cần phải có một giao thức chuyển giao đơn giản nhưng phải tin cậy ở băng tần mm.

3.2.2. Kiến trúc mạng

Yêu cầu đối với một mạng WLAN sử dụng công nghệ RoF là phải có một kiến trúc đơn giản, giảm chi phí tại các BS, chính vì vậy mục tiêu đặt ra đối với mạng WLAN này là phải có các đặc tính như sau: (1) song công phân chia theo tần số (FDD) và (2) có khả năng thay đổi kênh RF động. Ví dụ trong hình 3.1 là kiến trúc mạng RoF được ứng dụng trong mạng WLAN, sử dụng kỹ thuật điều chế sóng mang con, đáp ứng được các đặc tính trên.

Hình 3.1: Kiến trúc mạng RoF tiêu biểu dùng trong WLAN

Với kiến trúc mạng này, dữ liệu người dùng trên tuyến xuống (từ trạm trung tâm CS xuống thiết bị di động đầu cuối MH) trước tiên sẽ được điều chế bởi một nguồn tần số vô tuyến RF thích hợp – được gọi là sóng mang con, tiếp theo chúng sẽ được điều chế bởi sóng mang quang – được gọi là sóng mang chính, được lấy từ nguồn quang. Tín hiệu này sẽ được truyền đi trên sợi quang trên tuyến xuống từ trạm trung tâm (CS) tới các trạm cơ sở (BS), tại đây tín hiệu ánh sáng lại được chuyển đổi thành tín hiệu vô

tuyến và được phát đi đến các thiết bị di động đầu cuối (MH). Ngược lại đối với tuyến lên (từ MH về CS) tín hiệu vô tuyến được thu tại BS, tại đây chúng được chuyển đổi thành tín hiệu quang bởi nguồn điều chế quang, sau đó sẽ được truyền dẫn trên sợi quang về trạm trung tâm (CS). Tại trạm trung tâm tín hiệu lại được bộ tách quang PD chuyển đổi thành tín hiệu điện và sau đó nhờ bộ dao động tín hiệu được điều chế thành dữ liệu người dùng.

Đối với kiến trúc mạng như trên, mỗi trạm trung tâm (CS) và trạm gốc (BS) sẽ có nhiều bộ thu phát tín hiệu. Mỗi bộ thu phát tín hiệu tối thiểu phải có các thành phần sau:

- Một nguồn quang (như là Laser diode) và một bộ điều chế ngoài (EOM) cho tuyến xuống.

- Một bộ thu quang cho đường lên.

- Một modem để truyền và nhận dữ liệu trong miền RF.

Về cơ bản trạm gốc BS đơn giản chỉ gồm Laser đi ốt, một bộ điều chế ngoài EOM và một bộ thu quang PD để làm nhiệm vụ thu phát tín hiệu, nó không hề có chức năng xử lý tín hiệu. Đối với mạng WLAN mà chúng ta đang xét hoạt động ở tần số 60GHz, tần số mà các LD không thể đáp ứng được yêu cầu hoạt động của mạng. Bởi vậy, đối với cấu trúc này ta thay thế các Laser đi ốt bằng các bộ điều chế ngoài.

3.2.3. Mô tả giao thức MAC – Giao thức bàn cờ

3.2.3.1. Gới thiệu về giao thức MAC

Giả sự mạng WLAN chúng ta thiết kế để phủ sóng cho 1 tòa nhà lớn. Do đặc tính của mạng hoạt động ở tần số 60GHz là suy hao do đường truyền và sự che khất của tòa nhà, bởi vậy ta phải thiết lập một kiến trúc mạng với hệ thống các picocell, mỗi picocell xem như là một BS phủ sóng cho một khu vực có bán kính nhỏ. Do đó mỗi phòng trong tòa nhà phải có ít nhất một BS như trong hình 3.2(a), việc đơn giản hóa và tăng tính khả dụng cho từng BS sẽ là chìa khóa đi đến thành công của hệ thống mạng. Giao thức MAC có những điểm nổi bật là nhanh, dễ dàng chuyển giao và hộ trợ QoS. Giao thức này dựa trên sự chuyển mạch tần số FS, mỗi picocell liền kề sử dụng FS trực giao để có thể giảm được nhiễu đồng kênh. Cơ chế này giúp cho các MH có thể ổn định điều chỉnh tần số trong quá trình chuyển giao, đây là đặc điểm nổi trổi của giao thức MAC có được.

3.2.3.2. Hoạt động cơ bản của giao thức MAC

Giả sử mạng hoạt động ở chế độ song công phân chia theo tần số FDD, khi đó ta chia tổng băng thông của hệ thống (BWtotal) thành 2m kênh với m kênh cho tuyến xuống được ký hiệu là f1, f2, …, fm và m kênh cho tuyến lên được ký hiệu là fm+1, fm+2,

…, f2m như trong hình 3.2( b). Có một điều đáng lưu ý là băng thông được cấp phát cho tuyến lên và tuyến xuống là không giống nhau chính vì thế mạng có khả năng hộ trợ lưu lượng bất đối xứng tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng để cấu hình cho phù hợp và hiệu quả nhất. Hơn thế nữa, trục thời gian có thể chia thành nhiều khe thời gian bằng nhau và m khe thời gian (ts) sẽ nhóm lại thành một khung (tf) như ta thấy trong hình 3.2 (d).

Hình 3.2: (a) Mô tả hệ thống RoF WLAN, (b) BWtotal phân bổ cho 2m kênh, (c) và (d) mô hình FS (Frequency Switching patterns) với m=5 cho tuyến lên và tuyến xuống