ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ SO SÁNH HIỆU SUẤT HỆ THỘNG RoF SỬ DỤNG EDFA VÀ MÁY THU COHERENCE

SO SÁNH HIỆU SUẤT HỆ THỘNG RoF

SỬ DỤNG EDFA VÀ MÁY THU COHERENCE

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Hệ thống IM/DD đã được sử dụng rộng rãi trong ngành viễn thông nhờ ưu điểm đơn giản và giá thành rẽ. Tuy nhiên, một vài nhươc điểm của hệ thống là độ nhạy của máy thu thấp và tín hiệu thu được khôi phục theo nguyên lý tách sóng trực tiếp nên máy thu không thể lựa chọn các kênh quang trong môi trường đa kênh. Do đó, hạn chế khả năng sử dụng trong các mạng truyền dẫn và phân phối đa kênh quang đến trực tiếp các thuê bao. Tuy nhiên, với sự ra đời của các máy thu coherence có thể nâng cao độ nhạy máy thu và đáp ứng việc chọn kênh trong môi trường phân phối đa kênh. Hiện nay, cùng với những bước tiến mới trong việc phát triển các bộ khuếch đại quang EDFA đã cho phép việc kết hợp giữa máy thu Coherence và bộ EDFA ứng dụng vào thực tế rộng rãi hơn. Với lý do đó, đề tài này sẽ tìm hiểu và đánh giá việc ứng dụng bộ khuếch đại quang EDFA và máy thu Coherence vào hệ thống truyền dẫn cụ thể sử dụng kỹ thuật truyền dẫn vô tuyến trên sợi quang là hệ thống RoF.

Chương 1: KỸ THUẬT RoF

1.1  Kỹ thuật RoF

Giới thiệu cụ thể thế nào là kỹ thuật RoF, cấu trúc cơ bản của một hệ thống RoF cũng được trình bày. Đồng thời trình bày các ưu điểm và nhược điểm của kỹ thuật này và nêu ra những ứng dụng của kỹ thuật RoF được sử dụng trong  thực tế

1.2  Kỹ thuật ghép kênh ứng dụng RoF

Đề cập đến một số kỹ thuật ghép nối tín hiệu sử dụng trong hệ thống RoF bao gồm ghép kênh sóng mang phụ SCM và ghép kênh theo bước sóng WDM

Chương 2: HỆ THỐNG THÔNG TIN COHERENCE

2.1  Giới thiệu hệ thống thông tin Coherence

             Phần mở đầu chương 2 sẽ trình bày về khái niệm, cấu trúc và nguyên lý hoạt động hệ thống thông tin coherence.

Giới thiệu các kỹ thuật điều chế ở phía máy phát bao gồm điều chế trực tiếp và điều chế ngoài. Các kỹ thuật tách sóng được sử dụng ở phía máy thu bao gồm tách sóng đồng tần, tách sóng đổi tần, máy thu coherence sử dụng tách sóng cân bằng. Ưu điểm hệ thống Coherence đạt được

2.2  Bộ khuếch đại quang EDFA

            Giới thiệu về bộ khuếch đại quang EDFA, cấu trúc của EDFA, nguyên lý khuếch đại ánh sáng và ưu điểm của bộ khuếch đại này.

Chương 3: HỆ THỐNG RoF SỬ DỤNG EDFA VÀ MÁY THU COHERENCE

3.1  Mô hình hệ thống RoF sử dụng EDFA và máy thu Coherence

            Phân tích chi tiết hệ thống RoF sử dụng EDFA và máy thu Coherence, trình bày cụ thể cấu trúc của một hệ thống thực tế và nguyên lý hoạt động của hệ thống. Tiến hành tính toán để đánh giá độ nhạy máy thu của hệ thống RoF sử dụng EDFA và máy thu coherence.

3.2  Mô hình hệ thống RoF sử dụng máy thu trực tiếp

            Để có được một cái nhìn rõ ràng hơn, chương này cũng tiến hành phân tích một hệ thống RoF sử dụng phương pháp tách sóng khác là tách sóng trực tiếp để có thể tiến hành so sánh đánh giá hiệu năng với hệ thống RoF sử dụng EDFA và máy thu coherence ở trên

Chương 4: MÔ PHỎNG VÀ NHẬN XÉT

4.1  Tiến trình mô phỏng

            Dựa vào các kiến thức đã được trình bày ở các chương 1 và 2, các mô hình tính toán đã được thiết lập ở chương 3. Chương 4 sẽ tiến hành mô phỏng một hệ thống RoF sử dụng EDFA và máy thu coherence cụ thể.

            Tiến hành thay đổi một vài thông số trong hệ thống để đánh giá ảnh hưởng của các thông số đó đến độ nhạy máy thu của hệ thống

Độ nhạy máy thu Coherence biểu diễn bởi phương trình 4.1

                          (4.1)

Độ nhạy máy thu tách sóng trực tiếp biểu diễn bởi phương trình 4.2

                                                                                                       (4.2)

Đánh giá độ tăng độ nhạy máy thu để so sánh hiệu năng của hai hệ thống RoF

                              (4.3) 

4.2  Kết quả và nhận xét

            Nhận xét:

            - Khi thay đổi các tham số của hệ thống, độ nhạy máy thu hệ thống RoF sử dụng EDFA và máy thu coherence bị ảnh hưởng. Cụ thể, khi thay đổi phương thức điều chế ASK, BPSK, QPSK độ nhạy máy thu thay đổi trong đó BPSK cho độ nhạy tốt nhất (hình 4.1). Tăng tham số độ lợi bộ khuếch đại quang, hệ số suy hao đường truyền và ghép nối sẽ làm độ nhạy máy thu tốt hơn (hình 4.4, hình 4.5). Nhưng khi tăng tốc độ bit, số lượng sóng mang con sẽ làm độ nhạy máy thu xấu đi (hình 4.2, hình 4.3). Tuy nhiên, thay đổi công suất bộ dao động nội, độ lợi khuếch đại quang, hệ số suy hao đường truyền và ghép nối ảnh hưởng lớn đến hiệu năng của hệ thống RoF.

- Tiến hành mô phỏng độ tăng độ nhạy máy thu để so sánh hiệu năng giữa hai loại máy thu. Từ kết quả mô phỏng, hiệu năng của hệ thống RoF sử dụng EDFA và máy thu coherence tốt hơn so với hệ thống RoF sử dụng máy thu tách sóng trực tiếp khi tiến hành mô phỏng các tham số và khi tiến hành thay đổi các tham số đồng thời giữa hai hệ thống.

........................

Hình 4.1: Thay đổi phương pháp điều chế

Hình 4.3: Thay đổi độ lợi quang

Hình 4.2: Thay đổi số sóng mang phụ

Hình 4.4: Thay đổi tốc độ bit tổng cộng

Hình 4.5: Thay đổi hệ số suy hao

Hình 4.6: So sánh độ nhạy thu giữa hệ thống RoF dùng máy thu Coherence và máy thu DD

Hình 4.7: độ tăng độ nhạy thu trường hợp thay đổi số lượng sóng mang phụ

Hình 4.8:  độ tăng độ nhạy máy thu trường hợp thay đổi độ khuếch đại quang EDFA

Hình 4.9: độ tăng độ nhạy máy thu trường hợp thay đổi tốc độ bit

Hình 4.10: độ tăng độ nhạy máy thu trường hợp thay đổi hệ số suy hao

KẾT LUẬN ĐỀ TÀI

            Đồ án đã giới thiệu việc ứng dụng máy thu cohenrence và EDFA vào một hệ thống RoF cụ thể. Trình bày là kiến thức liên quan về kỹ thuật RoF, bộ khuếch đại quang EDFA, máy thu Coherence và tiến hành một hệ thống RoF sử dụng EDFA và máy thu coherence để đánh giá hiệu năng của hệ thống.

Từ những kết quả đạt được ở trên, đề tài náy có thể mở rộng hướng phát triển như sau.Tiến hành thay đổi phương pháp ghép nối ghép kênh bước sóng WDM thay cho SCM.Có thể kết hợp sử dụng máy thu bộ khuếch đại EDFA vào hệ thống DRoF

Hình 4.7: Mối quan hệ giữa độ tăng độ nhạy máy thu và công suất bộ dao động nội trường hợp thay đổi tốc độ bit

Nhận xét:

            Có thể nhận thấy rằng, khi các điều kiện để nâng cao hiêu quả độ nhạy thu được thỏa mãn, với cùng một phương pháp điều chế,  giá trị của  sẽ tăng lên theo sự tăng của . Và độ tăng sẽ khác nhau với từng trường hợp thay đổi giá trị tốc độ bit khác nhau.Tuy nhiên, điều đáng lưu ý ở đây là  sẽ đạt trạng thái ổn định, và  là giá trị cao nhất mà hệ thống có thể đạt được với giá trị đủ lớn. Giá trị này là như nhau trong trường hợp sử dụng các phương pháp điều chế khác nhau với tốc độ bit khác nhau. Nó chỉ phụ thuộc vào tích số  như đã phân tích ở chương 3. Điều này được giải thích dựa trên sự ảnh hưởng vượt trội của công suất dao động nội so với các thông số khác đến giá trị của .

            - Thay đổi hệ số suy hao truyền dẫn và ghép nối

            Trong trường hợp này, chúng ta sẽ thay đổi hai giá trị hệ số suy hao truyền dẫn và ghép nối là , và  .Kết quả mô phỏng thu được biểu diễn hình 4.5 với các tham số khác ,cùng số kênh sóng mang phụ  .

Hình 4.8: Mối quan hệ giữa độ nhạy thu và công suất bộ dao động nội trong trường hợp thay đổi hệ số suy hao

            Nhận xét:

            Từ kết quả mô phỏng, tại giá trị  . Hệ số suy hao do đường truyền và ghép nối  cho giá trị công suất thu thấp nhất. Độ nhạy máy thu tăng khi tăng hệ số suy hao đường truyền dẫn

Hình 4.9 đánh giá mối quan hệ giữa  và công suất bộ dao động nội  khi tiến hành thay đổi hệ số suy hao truyền dẫn và ghép nối

            Trong trường hợp này, chúng ta sẽ thay đổi hai giá trị hệ số suy hao truyền dẫn và ghép nối là  và  .Kết quả mô phỏng thu được biểu diễn hình 4.5 với các tham số khác ,cùng số kênh sóng mang phụ  .

Hình 4.9: Mối quan hệ giữa độ tăng độ nhạy máy thu và công suất bộ dao động nội trường hợp thay đổi hệ số suy hao đường truyền và nối ghép

Nhận xét:

            Từ kết quả mô phỏng thu được, với cùng một phương pháp điều chế, giá trị của độ tăng độ nhạy thu sẽ tăng lên theo sự tăng của công suất bộ dao động nội. . Tuy nhiên, sự nâng cao này không phải là vô tận, từ hình 4.5 ta thấy  sẽ đạt đến giá trị ổn định, và là lớn nhất mà hệ thống có thể đạt được cụ thể  khi và khi .Ở ví dụ này, điều kiện  đã được thỏa mãn. Độ tăng độ nhạy máy thu sẽ tỉ lệ với sự thay đổi hệ số suy hao. tương tự như trường hợp thay đổi giá trị độ lợi bộ khuếch đại quang EDFA.. Giá trị này tùy thuộc vào hệ số suy hao  , cụ thể hơn là phụ thuộc vào tích số . Như trong ví dụ này, với  là cố định, thông số  được thay đổi giá trị khác nhau thì tích số  cũng khác nhau dẫn đến độ tăng  sẽ tỷ lệ thuận với hệ số suy hao truyền dẫn và ghép nối.

4.4.2.2   So sánh hiệu suất hệ thống ROF sử dụng EDFA và máy thu coherence và hệ thống ROF sử dụng máy thu tách sóng trực tiếp

Để hệ thống sử dụng máy thu coherence hiệu quả hơn so với máy thu tách sóng trực tiếp thì hai điều kiện là  và biểu thức (3.38) phải được thỏa mãn. Sự so sánh sẽ dựa trên độ nhạy thu của máy thu tách sóng trực tiếp, được xác định bởi biểu thức (3.14) và biểu thức (3.37) đối với hệ thống sử dụng máy thu coherence.

Ta tiến hành mô phỏng độ nhạy máy thu Coherence và máy thu tách sóng trực tiếp với các thông số như sau G = 22,  và tốc độ bit tổng cộng là ,

Hình 4.6: So sánh độ nhạy thu giữa hệ thống RoF dùng máy thu Coherence

và máy thu DD

Nhận xét:

            Từ kết quả mô phỏng, như được trình bày trên hình 4.6, ta có thể thấy rằng với cùng một phương pháp điều chế, hệ thống sử dụng máy thu coherence có thể đạt được độ nhạy thu thấp hơn so với hệ thống sử dụng máy thu tách sóng trực tiếp với các điều kiện ở trên được thỏa mãn

            4.5    Kết luận chương

Chương 4 cho ta thấy những kết quả mô phỏng với sự thay đổi các thông số khác nhau trong mô hình thông tin quang để tiến hành đánh giá hiệu năng của hệ thống ROF sử dụng EDFA và máy thu Coherence. Đồng thời , tiến hành mô phỏng hai hệ thống ROF sử dụng máy thu Coherence và máy thu tách sóng trực tiếp để so sánh đánh giá hiệu năng giữa hai hệ thống này. Từ kết quả mô phỏng thu được, ta rút ra được một số nhận xét sau:

            Hệ thống ROF sử dụng máy thu coherence có thể cho phép ta đạt được độ nhạy thu tốt hơn so với máy thu tách sóng trực tiếp với cùng chất lượng, nếu các điều kiện kèm theo như đã trình bày ở trên được thỏa mãn.

            Các tham số công suất bộ dao động nội, độ khuếch đại quang và sự suy hao truyền dẫn là những yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến giới hạn hiệu quả về độ nhạy thu của hệ thống ROF sử dụng máy thu Coherence

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

Kết luận đề tài

            Đồ án này đã trình bày các khái niệm về kỹ thuật truyền thông vô tuyến trên sợi quang, các ưu nhược điểm của kỹ thuật RoF từ đó có thể ứng dụng trong các hệ thống truyền thông vô tuyến như WiMAX.

            Đồ án đã giới thiệu về hệ thống thông tin coherence. Đây là một hệ thống ưu việt hơn so với các hệ thống IM/MM được sử dụng nhiều hiện nay. Bên cạnh đó, với sự phát triển của các bộ khuếch đại quang EDFA và việc kết hợp chúng vào hệ thống thông tin cohenrence đã mang lại nhiều ưu điểm nổi trội, đáp ứng được việc truyền thông ở khoảng cách lớn hơn và giảm chi phí lắp đặt vận hành

            Đồ án đã tiến hành khảo sát hai mô hình hệ thống RoF sử dụng hai loại máy thu sử dụng hai kỹ thuật tách sóng khác nhau là máy thu tách sóng trực tiếp và máy thu coherence tách sóng cân bằng. Từ đó tiến hành mô phỏng để đánh giá ưu điểm của máy thu Coherence so với máy thu tách sóng trực tiếp. Từ kết quả mô phỏng nhận thẩ rằng.

Các thông số ảnh hưởng lớn nhất đến hiệu suất của máy thu đó là công suất bộ dao động nội ở máy thu, độ khuếch đại quang EDFA và hệ số suy hao do truyền dẫn và nối kết.Và hệ thống ROF sử dụng EDFA và máy thu Coherence cho hiệu suất tốt hơn máy thu ROF sử dụng máy thu tách sóng trực tiếp với cùng các thông số cho trước

Hướng phát triển đề tài

Từ những kết quả đạt được ở trên, đề tài náy có thể mở rộng hướng phát triển như sau.Tiến hành thay đổi phương pháp ghép nối ghép kênh bước sóng WDM thay cho SCM.Có thể kết hợp sử dụng máy thu bộ khuếch đại EDFA vào hệ thống DRoF (digitized Radio over Fiber).

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]    Govind P.Agrawal, “Fiber-optic communication systems”, 3rd ed, John Wiley and Sons Inc, Wiley series in microwave and optical engineering

[2]    M.Nakazawa, K.Kikichi, T.Miyazaki, “High Spectral Density Optical Communication Technologies”, optical and fiber communication reports 6, Springer

[3]    Rongqing Hui, Benyaun Zhu, Renxiang Huang, Chritopher T.Allen, Kenneth R.Demarest, Douglas Richards, “Subcarrier multiplexing for high-speed optical transmission,”Jounal of Lightwave Technology, vol.20,No.3

[4]    Christina Lim, Ampalavanapillai Nirmalathas, Masuduzzaman Backul, Prasanna Gamage, Ka Lun Lee, Yizhuo Yang, Dalma Novak, and Rod Waterhouse, “Fiber-Wirless Networks and Subsystem Technologies” Journal of Lightwave Technology”

[5]    Anthony Ng’oma, “Radio-over-Fibre Technology for Broadband Wireless Communication Systems”

[6]   T. Tsagklas and F.N. Pavlidou, “A Survey on Radio and Fiber FiWi Network Architectures” Journal of Selected Areas in Telecommunications (JSAT), March Edition

PHỤ LỤC

-------------------------------*******-------------------------------------

% Danh gia hieu nang he thong ROF su dung EDFA va may thu coherence

% Thay doi cac kieu dieu che ASK, BPSK, QPSK

% Hinh 1

%------------------------------------------------------------------------

function RoF_Change_Modulation

%------ Cac thong so mo phong------

F_dB     = 5;                     % He so nhieu [dB] 

v        = 3e8/1553e-9;           % Buoc song song mang quang

B       = 10e9;                   % Toc do bit

N        = 6;                     % So luong song mang phu

ASK    = 1;                       % Kieu dieu che

BPSK   = 2;

QPSK   = sqrt(2);

h        = 6.6261e-34;            % Hang so Plank

F        = 10.^(F_dB / 10);       % He so nhieu [W]

m_2      = 1/( N.^2 );           

Be       = 0.7*( B/N );           % Bang thong dien

n        = 0.1;                   % He so suy hao truyen dan

G        = 22;                    % Do loi Bo EDFA

PLo_dBm  = (-16):(0);             % Cong suat Bo dao dong noi[dBm]

PLo      = 10.^(PLo_dBm / 10)* 10.^(-3); % Cong suat Bo dao dong noi[W]

%--------- Do nhay may thu --------

for i = 1:length(PLo)

        Pin_ASK(i)     = 144*F*h*v*PLo(i)*Be /( (ASK.^2 )*m_2*G*n*PLo(i) - 144*F*h*v*G*Be);

        Pin_mW_ASK