ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
GIẢM MÉO PHI TUYẾN
TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN
SỢI QUANG BĂNG RỘNG
Chuyên ngành : KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
Mã số : 9520208
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
Đà Nẵng, 2023
Mở đầu
Lí do chọn đề tài
Hệ thống thông tin quang đóng vai trò rất quan trọng trong mạng thông
tin liên lạc. Hệ thống này đảm bảo truyền tải dung lượng lớn trên khoảng cách
xa và chi phí truyền trên đơn vị bit thấp. Công nghệ truyền dẫn phân cấp số
đồng bộ SDH dung lượng 2.5 Gbit/s, 10 Gbit/s ra đời từ lâu và dần không đáp
ứng kịp mức tăng trưởng rất nhanh về nhu cầu về dung lượng của người dùng.
Công nghệ truyền dẫn quang 100 Gbit/s sử dụng kỹ thuật điều chế khóa dịch
pha cầu phương phân cực kép DP-QPSK và máy thu quang coherence số đã
được nghiên cứu thành công và được đưa vào thương mại hóa.
Tuy nhiên, nhu cầu cao về dung lượng của người dùng tiếp tục tăng
nhanh, các kênh truyền dẫn quang băng rộng hơn với tốc độ dữ liệu 400 Gbit/s,
1 Tbit/s hay cao hơn đang được nghiên cứu phát triển. Việc phát và thu tín
hiệu băng rộng này giúp tăng hiệu suất phổ và giảm chi phí. Tuy nhiên, do các
hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang tăng mạnh khi truyền dẫn tín hiệu có tốc
độ ký tự lớn, sử dụng định dạng điều chế bậc cao, chất lượng truyền hệ thống
thông tin sợi quang băng rộng bị suy giảm rất nhanh. Cho đến nay, nhiều kỹ
thuật giảm méo tín hiệu cho hệ thồng truyền có tốc độ dữ liệu thấp (dưới 50
Gbaud) được nguyên cứu, trong khi các kỹ thuật giảm méo tín hiệu cho hệ
thống truyền băng rộng (50 Gbaud trở lên) rất quan trọng với các ứng dụng
tốc độ cao trong tương lai, chưa được nghiên cứu kỹ lưỡng.
Để đạt mục tiêu truyền khoảng cách lớn, hiệu suất phổ cao cho hệ thống
sợi quang, luận án với nội dung: "GIẢM MÉO PHI TUYẾN TRONG HỆ
THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANG BĂNG RỘNG" phát triển bộ thu phát
băng rộng với tín hiệu định dạng điều chế cầu phương QAM nhiều mức. Tôi
nghiên cứu các kỹ thuật bù méo phi tuyến sợi dùng phương pháp quang và
phương pháp số. Phương pháp quang là kỹ thuật sử dụng bộ liên hợp pha
quang OPC được áp dụng. Trong phương pháp số, kỹ thuật lan truyền ngược
trong miền số DBP linh hoạt có độ phức tạp thấp được nghiên cứu.
Thêm vào đó, việc tăng dung lượng truyền dẫn của mạng truy cập là chủ
đề rất nổi trội thu hút rất nhiều quan tâm. Các thiết bị và người sử dụng với
1
đặc thù thường tập trung ở các khu vực đô thị, thành phố lớn có mật độ dân
cư đông và địa hình phức tạp. Vì vậy, thế hệ tiếp theo của mạng truy cập ngoài
thách thức về dung lượng truyền tải dữ liệu, nó còn có thách thức về khả năng
triển khai và chi phí vận hành. Hệ thống lai ghép kết hợp sợi quang/vô tuyến
như: sóng vô tuyến truyền qua sợi quang RoF, sóng milimét mmW và truyền
thông quang học trong không gian tự do FSO đã chứng minh được tính hiệu
quả và đáp ứng các thách thức kể trên. Để tăng chất lượng truyền dẫn tín hiệu
qua mạng truy cập hỗn hợp sợi quang/vô tuyến, tôi nghiên cứu về các tác động
của việc cắt xén tín hiệu trong các bộ khuếch đại công suất lớn ở các ăng-ten
phát sóng. Đồng thời, các kỹ thuật giảm méo tín hiệu trong xử lý kỹ thuật số
ở phía phát và thu cũng được nghiên cứu để giảm tác động của các dạng méo
tín hiệu trong quá trình truyền dẫn qua mạng truy cập hỗn hợp này.
Nội dung nghiên cứu:
- Phát triển bộ thu phát quang băng rộng (trên 100 Gbit/s) hiệu suất
cao dùng định dạng điều chế QAM nhiều mức kết hợp kỹ thuật ghép kênh cao
cấp.
- Truyền dẫn tín hiệu quang băng rộng hiệu suất phổ cao dùng các kỹ
thuật bù phi tuyến phương pháp quang và số để khắc phục các giới hạn Shanon
phi tuyến.
- Truyền dẫn tín hiệu qua mạng truy cập hỗn hợp sợi quang/vô tuyến
băng rộng sử dụng sóng milimét qua sợi quang.
Đối tượng nghiên cứu:
- Hệ thống thông tin sợi quang băng rộng và máy thu phát quang coher-
ence tốc độ trên 100 Gbit/s.
- Định dạng điều chế cao cấp và bộ xử lí tín hiệu số DSP cho thông tin
quang.
- Kỹ thuật ghép kênh cao cấp: ghép kênh theo tần số trực giao quang
coherence OFDM, ghép kênh theo bước sóng dùng lọc Nyquist, ghép kênh theo
phân cực.
- Hệ thống truyền dẫn tín hiệu sóng milimet qua sợi quang với các bộ
khuếch đại công suất lớn.
Bố cục luận án
Trong chương 1, luận án trình bày tổng quan về cấu trúc mạng thông
tin viễn thông, các nhu cầu, thách thức, vấn đề gặp phải của hệ thống thông
tin viễn thông ngày nay. Đồng thời, luận án trình bày nền tảng lý thuyết về tín
hiệu lan truyền trong sợi quang và các méo dạng tín hiệu trong hệ thống thông
tin sợi quang băng rộng. Cuối cùng, luận án giới thiệu một số các kỹ thuật giảm
2
méo tuyến tính và phi tuyến trong hệ thống thông tin sợi quang.
Chương 2 trình bày về kỹ thuật lan truyền ngược trong miền số và phân
tích đánh giá hiệu suất giảm méo tín hiệu của kỹ thuật DBP truyền thống với
bước chia đều cho hệ thống truyền dẫn băng rộng. Tiếp đến, luận án đề xuất
bước chia logarit tổng quát bằng phương pháp tối ưu hóa bước chia và tỷ số hệ
số phi tuyến làm giảm độ phức tạp ở phía thu, nâng cao chất lượng truyền dẫn
cho hệ thống truyền băng rộng.
Chương 3 trình bày chất lượng đường truyền bằng kỹ thuật bù méo liên
hợp pha quang trong bối cảnh truyền dẫn tín hiệu quang băng rộng. Ảnh hưởng
của tán sắc bậc ba đến hệ thống truyền sợi quang băng rộng được nghiên cứu
và phân tích. Sau đó, luận án sử dụng bộ liên hợp pha để giảm méo phi tuyến
của kỹ thuật này cho hệ thống truyền dẫn tần số vô tuyến RoF nhiều băng,
băng rộng.
Trong chương 4, tôi đưa ra các đánh giá và đề xuất phương pháp làm
giảm tác động của méo phi tuyến cho hệ thống truyền tải kết hợp quang/vô
tuyến sử dụng các bộ khuếch đại điện công suất lớn. Đồng thời, tôi xây dựng
bộ thu phát xử lý số DSP, ứng dụng bộ lọc thích nghi với kỹ thuật bình phương
trung bình tối thiểu ở phía thu để khôi phục tín hiệu và giảm tác động méo tín
hiệu bao gồm tuyến tính lẫn phi tuyến khi truyền tín hiệu RoF/mmW ở băng
tần W và tín hiệu quang học truyền trong không gian tự do băng rộng.
3
Chương 1
Tổng quan về hệ thống thông tin sợi quang
và méo tín hiệu trong hệ thống thông tin sợi
quang băng rộng
Trong chương này, luận án giới thiệu về cấu trúc mạng thông tin viễn
thông, các thành phần cơ bản quan trọng trong mạng viễn thông, và cơ sở lan
truyền tín hiệu trong sợi quang. Từ đó, luận án tiếp tục phân tích và thảo luận
về các hiệu ứng méo tín hiệu trong hệ thống thông tin sợi quang băng rộng.
Cấu trúc hệ thống thông tin viễn thông
Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống mạng thông tin quang.
Các thành cơ bản của hệ thống thông tin sợi quang
Cơ sở truyền tín hiệu trong sợi quang
Sợi quang về bản chất là một ống dẫn sóng điện môi có khả năng hoạt
động ở tần số quang học. Vì ánh sáng về mặt quang sóng là một sóng điện từ
nên sự lan truyền của sóng ánh sáng trong sợi quang. Quá trình truyền tín hiệu
qua sợi quang, trường điện A(z, t)được tính toán với kết quả được biểu diễn
như sau:
4