Tài liệu Nghiên cứu đặc tính của hệ thống truy cập quang vô tuyến sử dụng băng tần cao scm mmw rof cho thông tin di động thế hệ mới

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -----  ----- ĐÔNG HẢI NAM C C R L T. NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH CỦA HỆ THỐNG TRUY CẬP DU QUANG –VÔ TUYẾN SỬ DỤNG BĂNG TẦN CAO SCM/MMW/RoF CHO THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ MỚI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Đà Nẵng - Năm 2020 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -----  ----- ĐÔNG HẢI NAM NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH CỦA HỆ THỐNG TRUY CẬP QUANG –VÔ TUYẾN SỬ DỤNG BĂNG TẦN CAO C C SCM/MMW/RoF CHO THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ MỚI R L T. DU CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ MÃ SỐ: 8520203 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN VĂN TUẤN Đà Nẵng – Năm 2020 i LỜI CAM ĐOAN Tôiư xin cam đoan nội dung của luận văn “Nghiên cứu đặc tính của hệ thống truy cập quang - vô tuyến sử dụng băng tần cao SCM/MMW/RoF cho thông tin di động thế hệ mới” không phải là bản sao chép của bất cứ luận văn hoặc công trình đã có từ trước. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Đà Nẵng, ngày 01 tháng 12 năm 2020 Học viên thực hiện D T U R L . C C Đông Hải Nam ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN _____________________________________________________ i MỤC LỤC __________________________________________________________ ii TÓM TẮT LUẬN VĂN ______________________________________________viii CÁC TỪ VIẾT TẮT ________________________________________________ viiii DANH MỤC CÁC BẢNG ____________________________________________xiii DANH MỤC CÁC HÌNH ___________________________________________ xiiii MỞ ĐẦU ___________________________________________________________ 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ___________________________________________ 1 C C 2. Mục tiêu nghiên cứu ______________________________________________ 2 R L T. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ___________________________________ 2 3.1. Đối tượng nghiên cứu _________________________________________ 2 DU 3.2. Phạm vi nghiên cứu ___________________________________________ 3 4. Phương pháp nghiên cứu __________________________________________ 3 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài _____________________________ 3 6. Kết cấu luận văn _________________________________________________ 4 CHƯƠNG 1 _________________________________________________________ 5 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCM/MMW/RoF TRUY CẬP QUANG – VÔ TUYẾN ____________________________________________________________ 5 1.1. Giới thiệu chương ______________________________________________ 5 1.2. Khái niệm về kỹ thuật truyền sóng vô tuyến qua sợi quang (RoF) ______ 5 1.3. Các thành phần cơ bản của tuyến RoF _____________________________ 8 1.4. Kỹ thuật truyền dẫn RoF ________________________________________ 9 1.4.1. Các kỹ thuật điều chế tại đầu phát ______________________________ 9 1.4.1.1. Kỹ thuật điều chế trực tiếp (Direct Modulation – DM) ___________ 9 1.4.1.2. Kỹ thuật điều chế ngoài (External Modulation) ________________ 10 iii 1.4.2. Các kỹ thuật tách sóng tại đầu thu _____________________________ 12 1.4.2.1. Kỹ thuật tách sóng trực tiếp _______________________________ 12 1.4.2.2. Kỹ thuật tách sóng Coherence ______________________________ 12 1.5. Những ưu - khuyết điểm của RoF ________________________________ 13 1.5.1. Ưu điểm __________________________________________________ 13 1.5.2. Khuyết điểm _______________________________________________ 15 1.6. Phương pháp ghép kênh sóng mang phụ __________________________ 15 1.6.1. Hệ thống SCM tín hiệu tương tự ______________________________ 18 1.6.2. Hệ thống SCM tín hiệu số ____________________________________ 19 1.6.3. Hệ thống SCM đa sóng mang _________________________________ 20 1.7. Kết luận chương_______________________________________________ 22 C C CHƯƠNG 2 ________________________________________________________ 24 R L T. CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG Ở PHẦN QUANG ________________ 24 DU 2.1. Giới thiệu chương _____________________________________________ 24 2.2. Khái niệm kỹ thuật RoF sử dụng khuếch đại quang và máy thu Coherence ________________________________________________________________ 24 2.2.1. Giới thiệu _________________________________________________ 24 2.2.2. Đặc điểm__________________________________________________ 24 2.3. Máy thu Coherence ____________________________________________ 26 2.4. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động bộ khuếch đại EDFA _______________ 29 2.4.1. Khuếch đại quang EDFA ____________________________________ 29 2.4.2. Nguyên lý hoạt động của bộ khuếch đại EDFA __________________ 30 2.5. Hệ số khuếch đại của EDFA _____________________________________ 31 2.6. Ưu điểm và nhược điểm của EDFA _______________________________ 32 2.6.1. Ưu điểm __________________________________________________ 32 2.6.2. Nhược điểm _______________________________________________ 32 2.7. Các loại nhiễu trong máy thu quang Coherence trong hệ thống sử dụng bộ khuếch đại EDFA _________________________________________________ 32 iv 2.7.1. Nhiễu bắn _________________________________________________ 32 2.7.2. Nhiễu nhiệt _______________________________________________ 33 2.7.3. Nhiễu phách giữa ASE và tín hiệu quang _______________________ 34 2.8. Những ưu điểm và nhược điểm của hệ thống quang sử dụng máy thu Coherence _______________________________________________________ 35 2.8.1. Ưu điểm __________________________________________________ 35 2.8.2. Nhược điểm _______________________________________________ 35 2.9. Kết luận chương_______________________________________________ 35 CHƯƠNG 3 ________________________________________________________ 37 THIẾT LẬP CÁC BIỂU THỨC BIỂU DIỄN ĐẶC TÍNH CỦA HỆ THỐNG _ 37 C C 3.1. Giới thiệu chương _____________________________________________ 37 R L T. 3.2. Giới thiệu kênh truyền sóng trong môi trường không gian tự do ______ 37 3.3. Các hiện tượng xảy ra trong lan truyền sóng _______________________ 37 DU 3.3.1. Phản xạ __________________________________________________ 37 3.3.2. Khúc xạ __________________________________________________ 38 3.3.3. Nhiễu xạ __________________________________________________ 38 3.3.4. Pha đinh __________________________________________________ 38 3.4. Các hiện tượng ảnh hưởng đến chất lượng lan truyền sóng trong không gian tự do ________________________________________________________ 39 3.4.1. Hiện tượng truyền sóng đa đường _____________________________ 40 3.4.2. Suy hao trên đường truyền ___________________________________ 41 3.4.3. Hiệu ứng bóng râm (Shadowing) ______________________________ 41 3.5. Kênh truyền theo phân bố Rayleigh ______________________________ 41 3.6. Các khối trong Mobile Host _____________________________________ 42 3.6.1. Bộ khuếch đại nhiễu thấp (LNA) ______________________________ 43 3.6.2. Bộ trộn tần (MIX) __________________________________________ 43 3.6.3. Bộ khuếch đại trung gian (MPA) ______________________________ 43 v 3.7. Thiết lập các biểu thức tính toán SNR và BER trong hệ thống SCM/MMW/RoF truy cập quang vô tuyến ____________________________ 43 3.8. Kết luận chương_______________________________________________ 48 CHƯƠNG 4 ________________________________________________________ 50 KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CỦA HỆ THỐNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ _____ 50 4.1. Giới thiệu chương _____________________________________________ 50 4.2. Mô hình hệ thống SCM/MMW/RoF truy cập quang - vô tuyến sử dụng bộ khuếch đại quang EDFA và máy thu Coherence _______________________ 50 4.3. Kết quả khảo sát đặc tính hệ thống, phân tích và nhận xét ___________ 52 4.3.1. Khảo sát tỉ lệ lỗi bit BER theo công suất phát, số kênh và vị trí đặt bộ C C khuếch đại quang EDFA _________________________________________ 53 R L T. 4.3.2. Khảo sát tỉ lệ lỗi bit BER theo số kênh, hệ số bộ khuếch đại quang EDFA và vị trí đặt bộ khuếch đại quang EDFA _______________________ 57 DU 4.3.3. Khảo sát tỉ lệ lỗi bit BER theo khoảng cách vô tuyến từ trạm BTS đến điện thoại di động và vị trí đặt bộ khuếch đại quang EDFA ______________ 60 4.3.4. Khảo sát tỉ lệ lỗi bit BER theo tần số vô tuyến có băng tần cao (MMW), khoảng cách truyền dẫn vô tuyến và vị trí đặt bộ khuếch đại quang EDFA _ 62 4.4. Kết luận chương_______________________________________________ 64 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ _________________________________________ 66 Kết luận _________________________________________________________ 66 Kiến nghị ________________________________________________________ 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO ____________________________________________ 68 PHỤ LỤC _________________________________________________________ 69 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN _____________________________ 79 vi BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG VÀ NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN______________________________________________________________80 C C DU R L T. vii TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH CỦA HỆ THỐNG TRUY CẬP QUANG –VÔ TUYẾN SỬ DỤNG BĂNG TẦN CAO SCM/MMW/RoF CHO THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ MỚI Học viên: Đông Hải Nam Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 8520203 Khóa: 38 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt – Trong thời đại công nghệ 4.0, việc trao đổi và truyền tải thông tin, dữ liệu là một trong những nhu cầu thiết yếu của mỗi cá nhân, tổ chức cũng như các quốc gia. Trên toàn cầu, lưu lượng dữ liệu di động sẽ tăng gấp 7 lần từ năm 2017 đến năm 2022, với tốc độ tăng trưởng là 46% đạt 77,5 exabyte mỗi tháng vào năm 2022 (một exabyte bằng một tỉ gigabyte). Lưu lượng truy cập từ thiết bị không dây và thiết bị di động sẽ chiếm 71% tổng lưu lượng IP vào năm 2022 [9]. Trong bối cảnh đó, hệ thống thông tin cáp quang truyền trực tiếp tín hiệu tần số vô tuyến từ hàng chục đến hàng trăm GHz, được đặt tên là sóng Millimeter Wave Radio-Over-Fiber (MMW / RoF) đã trở thành một giải pháp đầy hứa hẹn và tiềm năng để tăng dung lượng lên gấp hàng trăm lần so với ngày nay để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng nhanh chóng của 5G và hơn thế nữa là 5G.Trong đề tài này sẽ nghiên cứu một giải pháp có thể kết hợp hệ thống truy cập quang- vô tuyến sử dụng băng tần cao SCM/MMW/RoF cho thông tin di động thế hệ mới. Chất lượng hệ thống truy cập quang - vô tuyến băng thông rộng không những bị ảnh hưởng bởi các loại nhiễu gây ra trong sợi quang, bộ khuếch đại quang, máy thu quang mà còn bị ảnh hưởng bởi các loại nhiễu pha đinh do thời tiết và pha đinh nhiều tia khi truyền trong không gian đến máy thu của người dùng. Luận văn sẽ xây dựng mô hình hệ thống SCM/MMW/RoF truy cập quang - vô tuyến, tính toán và viết chương trình mô phỏng bằng Matlab nhằm đánh giá hiệu năng (BER, SNR) của hệ thống. Từ đó tìm biện pháp nâng cao chất lượng của hệ thống. Từ khóa – hệ thống thông tin cáp quang; Millimeter Wave Radio-Over-Fiber; thông tin di động thế hệ mới; pha đinh; hệ thống truy cập quang- vô tuyến RESEARCH THE CHARACTERISTICS OF OPTICAL- RADIO ACCESS SYSTEM USING SCM / MMW / RoF HIGH FREQUENCY BANDS FOR NEW GENERATION MOBILE COMMUNICATION Abstract – In the era of technology 4.0, the communication of information data is one of the essential needs of every individual, organization as well as other countries. Globally, mobile data traffic will increase seven times from 2017 to 2022, with a 46% growth rate to reach 77.5 exabytes per month in 2022 (one exabyte equals one billion gigabytes). Traffic from wireless devices and mobile devices will cover for 71% of total IP traffic in 2022. In that context, fiber optic communication systems transmit radio frequency signals directly from tens to hundreds of GHz, called the Millimeter Wave Radio-OverFiber (MMW/RoF) has become a promising and potential solution to increase capacity hundreds of times more than today to meet demand rapidly growing of 5G and beyond 5G. This topic proposed a solution that can combine optical-radio access with a system using SCM/MMW/RoF high frequency band for new generation mobile communication. The quality of the broadband optical access system is not only affected by the types of noises caused in optical fibers, optical amplifiers, and optical receivers, but also is affected by weather-related fading and multipath propagation fading as it travels through space to the receiver of users. The thesis will build a model of SCM /MMW/RoF system with optical radio access, calculate and build simulation program by Matlab to evaluate the performance (BER, SNR) of the system. Finally, find measures to improve the quality of the system. Keywords– fiber optic communication systems; Millimeter Wave Radio-Over-Fiber; new generation mobile communication; fading; optical-radio access C C DU R L T. viii CÁC TỪ VIẾT TẮT Kí hiệu Từ Tiếng Anh Ý nghĩa A AGC Auto Gain Control Bộ điều khiển khuếch đại tự động AM Amplitude Modulation Điều chế biên độ ARoF Analog Radio over Fiber ASE Amplified Spontaneous Emission Nhiễu phát xạ tự phát AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gaussian trắng Tín hiệu vô tuyến trên sợi quang tương tự C C R L T. B Khuếch đại công suất BA Booster Amplifier BB Baseband BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit BS Base Station Trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc DU Băng cơ sở C CATV Community Access Television Truyền hình cáp CNR Carrier-to-noise Ratio Tỉ lệ sóng mang trên nhiễu CS Central Station Trạm trung tâm CW Continuous Wave Tín hiệu liên tục D DFB Distributed Feedback Laser Laser phản hồi phân tán DM Direct Modulation Điều chế trực tiếp DRoF Digital Radio over Fiber Kỹ thuật truyền tín hiệu vô tuyến ix trên sợi quang số hóa DSF DWDM Dispersion Shift Fiber Sợi dịch chuyển tán sắc Dense Wavelength Division Ghép nhiều bước sóng trên cùng Multiplex một sợi quang E Sợi pha tạp Erbium EDF Erbium Doped Fiber EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier Bộ khuếch đại sợi quang pha tạp Erbium EM External Modulator Bộ điều chế ngoài EOM External Optical Modulator Bộ điều chế quang ngoài C C R L T. F FM Frequency Modulation Điều chế tần số FSK Frequency- Shift Keying Điều chế số theo tần số tín hiệu IF DU I Tần số trung tần Intermediate Frequency Intensity Modulation – Direct IM-DD Detection IoT Điều chế cường độ - Tách sóng trực tiếp Mạng lưới thiết bị kết nối Internet Internet of Thing L LA Line Amplifier Khuếch đại đường truyền LAN Local Area Network Mạng cục bộ LD Laser Diode Laser Diode LNA Low-Noise Amplifier Bộ khuếch đại nhiễu thấp LO Local Oscillator Bộ dao động nội x LoS Đường truyền thẳng Line of Sight M Multi-Level Quadrature Amplitude Điều chế biên độ vuông góc đa Modulation mức MAN Metropolitan Area Network Mạng đô thị MH Mobile Host Máy thu di động MMF Multimode Fiber Sợi quang đa mode MMW Millimeter Wave Sóng siêu âm MPA Medium Power Amplifier Bộ khuếch đại trung gian MZM Mach-Zehnder Modulator Bộ điều chế ngoài Mach-Zehnder M-QAM NLoS C C R L T. N Đường truyền bị che chắn Non Line of Sight DU P PA Pre-amplifier Tiền khuếch đại PD Photodiode Photodiode PDF Probability Density Function Hàm mật độ phân bố xác suất PLL Phase-shift keying Điều chế khóa dịch pha PoF Plastic optical fiber Sợi quang chất dẻo Public Switched Telephone Mạng điện thoại chuyển mạch Network công cộng PSTN Q QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ vuông góc QPSK Quadrature Phase Shift Keying Điều chế pha trực giao R RAU Remote Antenna Unit Thiết bị anten đầu xa xi Tần số cao tần RF Radio Frequency RoF Radio over Fiber RRH Remote radio head Kỹ thuật truyền tín hiệu vô tuyến trên sợi quang Đầu cuối vô tuyến ở xa S SCM Subcarrier Multiplexing Ghép sóng mang phụ SMF Single Mode Fiber Sợi quang đơn mode SNDR Signal to-Noise Distortion Ratio Tỉ số biến dạng tín hiệu trên nhiễu SNR Signal-to-Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên nhiễu SRS Stimulated Raman Scattering Tán xạ Raman kích thích VSAT C C R L T. V DU A Very Small Aperture Terminal Trạm thông tin vệ tinh mặt đất cỡ nhỏ W Wavelength Division Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo Multiplexing bước sóng WDM X XPM Cross Phase Modulation Điều chế pha chéo xii DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang bảng 4.1 Các thông số thiết lập cho hệ thống SCM/MMW/RoF C C DU R L T. 51 xiii DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu Tên hình Trang hình 1.1 Mô hình của một hệ thống RoF tiêu biểu. 6 1.2 Cấu hình trong tuyến RoF. (a) EOM, dùng tín hiệu RF chế sóng quang 7 1.3 Cấu hình trong tuyến RoF. (b) EOM, dùng tín hiệu IF chế sóng quang 7 1.4 Cấu hình trong tuyến RoF (c) EOM, dùng tín hiệu BB chế sóng quang 8 1.5 C C Cấu hình trong tuyến RoF (d) dùng tín hiệu BB chế trực tiếp sóng R L T. quang DU 8 1.6 Hệ thống RoF trong thực tế 1.7 Kỹ thuật điều chế trực tiếp 10 1.8 Kỹ thuật điều chế ngoài 10 1.9 Kỹ thuật tách sóng trực tiếp 12 9 1.10 Kỹ thuật tách sóng Coherence 13 1.11 Cấu hình cơ bản của hệ thống quang SCM 16 1.12 Máy phát của hệ thống SCM với một sóng mang quang 17 1.13 Máy thu của hệ thống SCM với một sóng mang quang 17 1.14 Sơ đồ hệ thống SCM/WDM 20 1.15 Nhiễu xuyên kênh được ước tính và đo đạc thực tế với công suất phát 21 xiv trung bình là 11mW trên quãng đường dài 25 km 2.1 Sơ đồ khối tổng quát của máy thu quang 25 2.2 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống thông tin quang Coherence 26 2.3 Cấu tạo của bộ khuếch đại EDFA 29 2.4 Sơ đồ mức năng lượng của ion 𝐸𝑟+3 30 2.5 Hệ thống thông tin quang RoF với máy thu Coherence 33 3.1 Hiện tượng truyền sóng đa đường 40 3.2 Khối máy thu (Mobile Host) 3.3 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 C C R L T. Sơ đồ khối của kênh truyền sóng vô tuyến trong hệ thống SCM/MMW/RoF DU Mô hình hệ thống SCM/MMW/RoF sử dụng bộ khuếch đại quang EDFA và máy thu Coherence Đồ thị BER theo công suất phát, số kênh SCM và bộ khuếch đại quang EDFA ở vị trí giữa tuyến quang (LA) Đồ thị BER theo công suất phát, số kênh SCM và bộ khuếch đại quang EDFA ở vị trí đầu tuyến quang (BA) Đồ thị BER theo công suất phát, số kênh SCM và bộ khuếch đại quang EDFA ở vị trí cuối tuyến quang (PA) Đồ thị BER theo số kênh, độ khuếch đại quang của EDFA trong trường hợp bộ khuếch đại quang EDFA ở vị trí giữa tuyến quang (LA) Đồ thị BER theo số kênh, độ khuếch đại quang của EDFA trong trường hợp bộ khuếch đại quang EDFA ở vị trí đầu tuyến quang (BA) 42 43 51 53 55 56 57 58 xv 4.7 Đồ thị BER theo số kênh, độ khuếch đại quang của EDFA trong trường hợp bộ khuếch đại quang EDFA ở vị trí cuối tuyến quang (PA) 59 Đồ thị BER theo khoảng cách truyền vô tuyến thẳng (LoS) và bị che 4.8 chắn (NLoS) tương ứng với các vị trí đặt bộ khuếch đại quang EDFA ở 60 đầu, giữa và cuối tuyến quang Đồ thị BER theo các tần số vô tuyến có băng tần cao (MMW) khác 4.9 nhau khi đường truyền vô tuyến tầm nhìn thẳng (LoS) và bị che chắn 62 (NLoS) với EDFA đặt ở vị trí giữa tuyến quang (LA) Đồ thị BER theo các tần số vô tuyến có băng tần cao (MMW) khác 4.10 nhau khi đường truyền vô tuyến tầm nhìn thẳng (LoS) và bị che chắn C C 63 (NLoS) với EDFA đặt ở vị trí đầu tuyến quang (BA) R L T. Đồ thị BER theo các tần số vô tuyến có băng tần cao (MMW) khác 4.11 nhau khi đường truyền vô tuyến tầm nhìn thẳng (LoS) và bị che chắn DU (NLoS) với EDFA đặt ở vị trí cuối tuyến quang (PA) 64 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay, sự khởi đầu của thời đại công nghệ 4.0 cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ, nhu cầu các dịch vụ viễn thông cũng ngày càng phát triển đa dạng và phong phú. Các dịch vụ viễn thông như thoại, internet, các trò chơi trực tuyến, truyền hình hội nghị, các cuộc họp trực tiếp, kênh thuê riêng, mạng riêng ảo, dịch vụ FTTx, IoT…cùng với các thế hệ công nghệ mạng 2G, 3G, 4G, 5G… đã dẫn tới nhu cầu phát triển các đường truyền băng rộng để đáp tương ứng được sự tăng trưởng dung lượng truyền tải trong hệ thống thông tin [3,9]. Công nghệ IoT và thông tin di động thế hệ mới cần cơ sở hạ tầng mạng cung cấp băng thông rất rộng để đáp ứng với nhu cầu thông tin tích hợp đồng thời nhiều loại hình C C dịch vụ băng rộng từ các thiết bị thông tin liên lạc khác nhau. Đặc biệt vài năm gần đây, R L T. nhu cầu thông tin di động băng tần rộng tăng lên nhanh chóng. Trên toàn cầu, lưu lượng dữ liệu di động sẽ tăng gấp 7 lần từ năm 2017 đến năm 2022, với tốc độ tăng trưởng là DU 46% đạt 77,5 exabyte mỗi tháng vào năm 2022 (một exabyte bằng một tỉ gigabyte). Lưu lượng truy cập từ thiết bị không dây và thiết bị di động sẽ chiếm 71% tổng lưu lượng IP vào năm 2022 [9].Trong bối cảnh đó, hệ thống thông tin quang - vô tuyến SCM/MMW/RoF (Subcarrier Multiplexing Millimeter Wave Radio-over-Fiber) còn được gọi là hệ thống truyền dẫn fronthaul di động (Mobile Fronthaul) được tập trung nghiên cứu để truyền tín hiệu di động giữa các trạm trung tâm CS (Central Station) và các đầu cuối vô tuyến ở xa RRH (Remote Radio Head) của mạng thông tin di động. Với ưu điểm vượt trội là băng thông rất rộng của công nghệ quang tử và sợi quang việc xử lý và truyền tín hiệu hệ thống SCM/MMW/RoF cho phép tăng đáng kể dung lượng, giảm trễ tín hiệu, năng lượng tiêu thụ, chi phí và độ phức tạp của mạng thông tin di động. Do đó nó là xu thế ứng dụng tất yếu trong hệ thống thông tin di động thế hệ mới (5G và sau 5G). Đặc biệt, tiềm năng ứng dụng vào hệ thống SCM/MMW/RoF khoảng cách truyền dẫn lớn là rất lớn để thông tin di động liên lạc giữa các quần đảo của các nước có nhiều đảo hoặc giữa đất liền và các đảo. Tại Việt Nam có hơn 3.000 hòn đảo lớn, nhỏ trong đó có các quần đảo, đảo lớn là Hoàng Sa, Trường Sa, Phú Quốc, Côn Đảo... Đảo của Việt Nam được chia thành hệ thống các đảo ven bờ và hệ thống các đảo 2 xa bờ. Hệ thống đảo ven bờ có khoảng 2.800 đảo. Các đảo cách đất liền của nước ta từ vài km đến vài trăm km. Những năm gần đây việc thông tin liên lạc của dân cư trên các đảo với đất liền không thuận lợi, có thể sử dụng dịch vụ VSAT truyền dẫn IP từ 2 vệ tinh VINASAT1 và VINASAT2 của Việt Nam, chủ yếu là dịch vụ truyền hình và truyền số liệu một chiều. Bài toán đặt ra là làm thế nào tăng cường thông tin liên lạc cũng như cung cấp nhiều dịch vụ băng rộng cho dân cư trên các đảo bằng thông tin di động thế hệ mới như trong đất liền. Giải pháp hữu hiệu trong trường hợp này là xây dựng các trạm thu phát gốc BTS trong đất liền và trên các đảo, sau đó liên lạc chúng bằng cáp quang thả dưới biển. Để tăng khoảng cách truyền dẫn lên đến vài trăm km, chúng ta lắp đặt các bộ khuếch đại quang trên đường truyền. Kỹ thuật RoF ở đây cho phép truyền trực tiếp tín hiệu sóng mang thông tin di động 3G, 4G ở dải tần vô tuyến vài GHz hoặc C C thông tin di động thế hệ mới ở dải tần vô tuyến băng tần cao (vài chục GHz đến vài trăm GHz) qua sợi quang xuyên biển, lên đảo để đến các trạm BTS và phát trực tiếp R L T. cho các điện thoại di động của người dân trên đảo và theo hướng ngược lại [1, 9]. DU Xuất phát từ nhu cầu thực tế và xu hướng nghiên cứu của thế giới và Việt Nam, tác giả thực hiện đề tài “Nghiên cứu đặc tính của hệ thống truy cập quang - vô tuyến sử dụng băng tần cao SCM/MMW/RoF cho thông tin di động thế hệ mới”. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu đặc tính của hệ thống SCM/MMW/RoF truy cập quang - vô tuyến. - Nghiên cứu các kỹ thuật xử lý tín hiệu ở phần phát và phần thu của hệ thống truy cập SCM/MMW/RoF. - Xây dựng mô hình tính toán và viết chương trình mô phỏng bằng Matlab nhằm đánh giá hiệu năng (BER, SNR) của hệ thống. Từ đó tìm biện pháp nâng cao chất lượng của hệ thống. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu - Kỹ thuật truyền dẫn tín hiệu vô tuyến qua sợi quang (RoF). 3 - Hệ thống truyền dẫn RoF sử dụng bộ khuếch đại quang EDFA và máy thu Coherence. - Các thành phần và kỹ thuật xử lý tín hiệu ở phần phát và phần thu của hệ thống SCM/MMW/RoF truy cập quang - vô tuyến. - Các thành phần nhiễu ảnh hưởng đến chất lượng của kênh truyền. - Ứng dụng Matlab để nghiên cứu đặc tính. 3.2. Phạm vi nghiên cứu - Khảo sát công suất tín hiệu, công suất nhiễu và BER của hệ thống MMW/RoF truy cập quang - vô tuyến. C C - Nghiên cứu bằng phần mềm Matlab nhằm đánh giá hiệu năng của hệ thống. 4. Phương pháp nghiên cứu R L T. Phương pháp luận xuyên suốt của luận văn là kết hợp nghiên cứu lý thuyết và sử DU dụng phần mềm Matlab để làm rõ nội dung đề tài. Cụ thể như sau: - Thu thập, phân tích các tài liệu và thông tin liên quan đến đề tài. - Tìm hiểu và phân tích hệ thống SCM/MMW/RoF truy cập quang - vô tuyến băng rộng. - Nghiên cứu thành phần, kỹ thuật xử lý tín hiệu ở phần phát và phần thu của mạng truy cập SCM/MMW/RoF. - Sử dụng Matlab để thực hiện nghiên cứu việc truyền dữ liệu qua hệ thống. - Đánh giá kết quả thực hiện. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Chất lượng của mạng truy cập quang - vô tuyến băng thông rộng không những bị ảnh hưởng bởi các loại nhiễu gây ra trong sợi quang, bộ khuếch đại quang, máy thu quang mà còn bị ảnh hưởng bởi các loại nhiễu pha đinh do thời tiết và pha đinh nhiều tia khi truyền trong không gian đến máy thu của người dùng. Việc khảo sát đặc tính hệ thống SCM/MMW/RoF truy cập quang - vô tuyến cho phép thiết lập giá trị của các