Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Giảm méo phi tuyến trong hệ thống thông tin sợi quang băng rộng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:138

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật "Giảm méo phi tuyến trong hệ thống thông tin sợi quang băng rộng" trình bày các nội dung chính sau: Tổng quan về hệ thống thông tin sợi quang và méo tín hiệu trong hệ thống thông tin sợi quang băng rộng; Giảm méo phi tuyến sử dụng kỹ thuật lan truyền ngược trong miền số cho hệ thống sợi quang băng rộng; Giảm méo phi tuyến sử dụng kỹ thuật bộ liên hợp pha quang cho hệ thống sợi quang băng rộng; Giảm méo phi tuyến cho mạng truy cập quang hỗn hợp băng rộng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Giảm méo phi tuyến trong hệ thống thông tin sợi quang băng rộng

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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng, 2023
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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng, 2023
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận được trình bày trong luận án này là trung thực, và không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Đà Nẵng, ngày 01 tháng 12 năm 2023 Tác giả của luận án Nguyễn Văn Điền
Lời cảm ơn Tôi xin chân thành gởi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy hướng dẫn đáng kính của tôi, thầy giáo PGS.TS Nguyễn Tấn Hưng và thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn Tuấn. Các thầy đã rất tận tụy, hướng dẫn, chỉ ra các hướng nghiên cứu, góp ý trong các nghiên cứu khoa học. Ngoài ra, các thầy đã hỗ trợ và động viên tôi rất nhiều, giúp tôi vượt qua được các khó khăn trong suốt quá trình hoàn thành luận án này. Tôi xin cảm ơn TS. Lê Thái Sơn, hiện làm việc tại phòng thí nghiệm Nokia Bell Labs, Holmdel, Hoa kỳ, người đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình xây dựng và mô phỏng hệ thống thông tin sợi quang. Thêm vào đó, tôi cảm ơn TS. Lê Thái Sơn đã tham gia hỗ trợ đóng góp ý kiến, và chỉ dẫn tôi viết bài báo quốc tế một cách hiệu quả. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn TS. Phạm Tiến Đạt, hiện làm việc tại Viện Quốc Gia về Truyền thông và Thông tin, Tokyo, Nhật Bản, người đã rất tận tâm giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm việc trong phòng thí nghiệm về hệ thống thông tin quang tốc độ cao tại Viện Quốc Gia về Truyền thông và Thông tin, Tokyo, Nhật Bản. Các thảo luận, góp ý của TS. Phạm Tiến Đạt về lý thuyết lẫn thực nghiệm đã giúp tôi được trải nghiệm về hệ thống thông tin sợi quang và mạng truy cập quang hỗn hợp băng rộng. Tôi cũng rất cảm ơn các bạn đồng nghiên cứu Nguyễn Đức Bình, Nguyễn Hồng Kiểm, những người đã đồng hành với tôi trong các nghiên cứu. Ngoài ra, tôi xin cảm ơn các bạn Hồ Đức Tâm Linh, Nguyễn Quang Duy, Vương Quang Phước, người đã chia sẻ các vui buồn, giúp tôi có thêm động lực vượt qua những khó khăn trong quá trình học tập và hoàn thành luận án. Tôi xin cảm ơn quỹ học bổng đổi mới sáng tạo VINIF của tập đoàn Vingroup đã giúp tôi có một phần kinh phí trong quá trình học tập, nghiên cứu. Tôi xin gởi lời cảm ơn đến các thầy cô trong Khoa Công Nghệ Điện Tử, Trường Đại học Công Nghiệp Tp Hồ Chí Minh, các thầy cô trong Khoa Công Nghệ Thông Tin, Trường Đại học FPT, Phân hiệu Đà Nẵng, các thầy cô trong Khoa Điện tử - Viễn Thông, Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng đã tạo mọi điều kiện thuận lợi trong suốt thời gian dài học tập, nghiên cứu.
Sau cùng, tôi xin gởi lời cảm ơn từ đáy lòng đến bố và mẹ tôi: Ông Nguyễn Văn Được và Bà Trần Thị Thanh Tâm, những người đã nỗ lực không ngừng nghỉ cho tương lai tươi đẹp của các con. Đồng thời, tôi xin cảm ơn các anh chị Nguyễn Thị Tâm Thanh, Nguyễn Trần Đoàn, Nguyễn Thị Tâm Thủy và vợ tôi Ngô Thị Phương Thảo đã giúp đỡ và động viên tôi liên tục trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu. Đà Nẵng, ngày 01 tháng 12 năm 2023 Tác giả Nguyễn Văn Điền
Mục lục Mục lục iv Danh mục hình vẽ ix Danh mục từ viết tắt xi Danh mục các ký hiệu xv Giới thiệu 1 Chương 1 Tổng quan về hệ thống thông tin sợi quang và méo tín hiệu trong hệ thống thông tin sợi quang băng rộng 6 1.1 Giới thiệu chương . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.2 Cấu trúc hệ thống thông tin viễn thông . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.3 Các thành phần cơ bản trong hệ thống thông tin sợi quang . . . . 9 1.3.1 Nguồn phát quang laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.3.2 Bộ điều chế quang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.3.3 Định dạng xung ở máy phát . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.3.3.1 Định dạng xung Nyquist với đáp ứng cosin nâng . . 11 1.3.3.2 Định dạng xung cho hệ thống truyền OFDM . . . . . 12 1.3.4 Điều chế biên độ cầu phương nhiều mức M và hiệu suất phổ 13 1.3.5 Hệ thống ghép kênh phân chia bước sóng . . . . . . . . . . . 15 1.3.6 Kênh truyền sợi quang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.3.7 Bộ thu quang coherence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.4 Cơ sở truyền tín hiệu trong sợi quang . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.5 Méo tín hiệu trong hệ thống thông tin sợi quang băng rộng . . . . 21 1.5.1 Suy hao công suất trong sợi quang . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.5.1.1 Bù suy hao công suất bằng bộ khuếch đại quang EDFA 22 1.5.1.2 Nhiễu phát xạ tự phát . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.5.2 Hiện tượng tán sắc trong sợi quang đơn mode . . . . . . . . 23 i
1.5.3 Hiện tượng phi tuyến Kerr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.5.3.1 Tự điều chế pha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.5.3.2 Điều chế pha chéo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 1.5.3.3 Trộn bốn bước sóng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.5.4 Méo dạng tín hiệu do băng thông giới hạn của bộ thu phát . 27 1.5.5 Méo dạng tín hiệu do giới hạn cắt của bộ khuếch đại công suất lớn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 1.6 Các kỹ thuật bù méo tín hiệu thông dụng trong hệ thống thông tin sợi quang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 1.6.1 Kỹ thuật bù tán sắc dùng sợi DCF . . . . . . . . . . . . . . . 28 1.6.2 Kỹ thuật bù tán sắc ở miền điện . . . . . . . . . . . . . . . . 29 1.6.3 Kỹ thuật lan truyền ngược trong miền số . . . . . . . . . . . 29 1.6.4 Kỹ thuật sử dụng bộ liên hợp pha quang . . . . . . . . . . . 29 1.6.5 Kỹ thuật bù méo khác . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 1.7 Hệ thống đo đạc và các tham số đánh giá phẩm chất hệ thống . . 30 1.7.1 Tỷ lệ lỗi bit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 1.7.2 Độ lớn vector lỗi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 1.7.3 Tỷ số tín hiệu trên nhiễu và hệ số phẩm chất . . . . . . . . . 32 1.8 Kết luận chương . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Chương 2 Giảm méo phi tuyến sử dụng kỹ thuật lan truyền ngược trong miền số cho hệ thống sợi quang băng rộng 33 2.1 Giới thiệu chương . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.2 Kỹ thuật lan truyền ngược trong miền số DBP . . . . . . . . . . . 34 2.2.1 Nguyên lý hoạt động của kỹ thuật DBP . . . . . . . . . . . . 34 2.2.2 Hiệu suất giảm méo phi tuyến kỹ thuật DBP bước chia đều trong hệ thống sợi quang băng rộng . . . . . . . . . . . . . . 35 2.3 Kỹ thuật lan truyền ngược với bước chia logarit tổng quát . . . . 37 2.3.1 Tối ưu hóa kích thước bước . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.3.2 Tối ưu hóa hệ số phi tuyến . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.4 Hệ thống mô phỏng thông tin sợi quang băng rộng sử dụng kỹ thuật giảm méo phi tuyến DBP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.5 Hiệu suất kỹ thuật chia bước logarit tổng quát GLSS trong hệ thống sợi quang băng rộng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.5.1 Hiệu suất kỹ thuật GLSS dựa trên tối ưu hóa khoảng cách bước . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.5.2 Hiệu suất kỹ thuật GLSS dựa trên tối ưu hóa khoảng cách bước kết hợp tối ưu hệ số phi tuyến . . . . . . . . . . . . . . 45 ii
2.5.3 Hiệu suất kỹ thuật GLSS theo chiều dài tuyến truyền và định dạng điều chế . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 2.6 Kết luận chương . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Chương 3 Giảm méo phi tuyến sử dụng kỹ thuật bộ liên hợp pha quang cho hệ thống sợi quang băng rộng 52 3.1 Giới thiệu chương . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 3.2 Kỹ thuật giảm méo phi tuyến sử dụng bộ liên hợp pha quang . . 53 3.3 Ảnh hưởng của tán sắc bậc ba trong hệ thống sợi quang băng rộng sử dụng bộ liên hợp pha quang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3.3.1 Hệ thống mô phỏng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3.3.2 Hiệu suất kỹ thuật sử dụng OPC theo công suất phát có xét đến ảnh hưởng của tán sắc bậc ba . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.3.3 Hiệu suất kỹ thuật sử dụng OPC theo băng thông tín hiệu có xét đến ảnh hưởng của tán sắc bậc ba . . . . . . . . . . . 59 3.4 Hiệu suất giảm méo phi tuyến của kỹ thuật sử dụng OPC cho hệ thống thông tin quang RoF nhiều băng, băng rộng . . . . . . . . . 61 3.4.1 Hệ thống mô phỏng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 3.4.2 Hiệu suất kỹ thuật sử dụng OPC cho hệ thống truyền RoF theo công suất phát và thu quang . . . . . . . . . . . . . . . 64 3.4.3 Hiệu suất kỹ thuật sử dụng OPC cho hệ thống RoF theo công suất sóng mmW phía thu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 3.5 Kết luận chương . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Chương 4 Giảm méo phi tuyến cho mạng truy cập quang hỗn hợp băng rộng 68 4.1 Giới thiệu chương . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 4.2 Giảm méo phi tuyến cho hệ thống truyền dẫn hỗn hợp quang – vô tuyến sử dụng các bộ khuếch đại công suất lớn . . . . . . . . . . . 69 4.2.1 Bộ khuếch đại công suất lớn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4.2.2 Hệ thống truyền dẫn SCM-Nyquist, OFDM và hiệu ứng cắt xén tín hiệu của bộ khuếch đại . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 4.2.3 Hệ thống mô phỏng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 4.2.4 Kết quả và thảo luận . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 4.3 Giảm méo tín hiệu cho hệ thống hỗn hợp hai chiều liền mạch quang – vô tuyến có băng thông giới hạn . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 4.3.1 Bộ xử lý tín hiệu số ở phía phát . . . . . . . . . . . . . . . . 82 4.3.2 Bộ xử lý tín hiệu số ở phía thu . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 4.3.3 Thí nghiệm hệ thống truyền dẫn hai chiều liền mạch mạng truy cập quang – sóng milimét . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 iii
4.3.3.1 Hệ thống thí nghiệm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 4.3.3.2 Kết quả và thảo luận . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 4.3.4 Thí nghiệm hệ thống hỗn hợp sợi quang - FSO kết hợp mmW hai chiều liền mạch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 4.3.4.1 Hệ thống thí nghiệm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 4.3.4.2 Kết quả và thảo luận . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 4.4 Kết luận chương . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Kết luận và hướng phát triển 99 Danh mục các công trình đã công bố 102 Tài liệu tham khảo 105 Phụ lục 115 iv
Danh mục hình vẽ Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống thông tin sợi quang [16]. . . . . . . . . . . . 7 Hình 1.2 Hệ thống truyền dẫn thông tin sợi quang WDM [17]. . . . . 9 Hình 1.3 Giản đồ mật độ phổ năng lượng của laser [16]. . . . . . . . . 10 Hình 1.4 Điều chế ngoài sử dụng ống dẫn sóng giao thoa Mach-Zehnder. 11 Hình 1.5 (a) Đặc tuyến biên độ - tần số của bộ lọc RC, (b) Định dạng xung theo thời gian của bộ lọc RC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Hình 1.6 Hệ thống thu phát OFDM [14]. . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Hình 1.7 Giản đồ chòm sao của M-QAM và số bit mã hóa/ký tự. . . 14 Hình 1.8 Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM trong cấu trúc mạng cố định [16]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Hình 1.9 Cấu trúc sợi quang. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Hình 1.10 Cấu hình bộ thu coherence được đo giữa tín hiệu nhận được và dao động ký. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Hình 1.11 Giản đồ chòm sao tín hiệu QPSK với Et,i là tín hiệu phát, Er,i là tín hiệu thu và Eerr,i =Er,i − Et,i là vector sai số. . . . . . . 31 Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống truyền sử dụng kỹ thuật lan truyền ngược trong miền số Digital Back Propagation (DBP) [102]. . . . . . . . 34 Hình 2.2 SNR (dB) theo công suất phát của 60 Gbaud DP 16-QAM sử dụng kỹ thuật Electronic Dispersion Compensation (EDC) và kỹ thuật DBP chia đều bước 10 bước/phân đoạn và 40 bước/phân đoạn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Hình 2.3 Độ lợi SNR (dB) của DBP bước chia đều 10 bước/phân đoạn so với EDC là hàm theo băng thông tín hiệu (Gbaud) với chiều dài tuyến truyền khác nhau [28]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Hình 2.4 Công suất chuẩn hoá theo khoảng cách truyền với cách bước chia logarit cơ số e và a. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Hình 2.5 Sơ đồ khối cho một phân đoạn với phương pháp DBP sử dụng mô hình Wiener-Hammerstein có kích thước bước với khoảng cách không đều. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 v
Hình 2.6 SNR (dB) theo công suất phát (dBm) của 50 Gbaud DP 16- QAM qua tuyến truyền 2400 km SSMF dùng kỹ thuật S-SSFM, GLSS (e,1) và GLSS (1.5,1) với 6 bước/phân đoạn. . . . . . . . . 42 Hình 2.7 Độ lợi SNR (dB) của DBP 6 bước/phân đoạn dùng GLSS với các cơ số khác nhau so với EDC là hàm theo tốc độ truyền (Gbaud) qua đường truyền 2400 km SSMF. . . . . . . . . . . . . . 43 Hình 2.8 Độ lợi SNR (dB) của DBP GLSS (aopt ,1) so với GLSS (e,1) là hàm theo tốc độ truyền (Gbaud) qua đường truyền 2400 km SSMF với số bước/phân đoạn khác nhau. . . . . . . . . . . . . . . 44 Hình 2.9 Giá trị tối ưu cơ số aopt theo băng thông tín hiệu (Gbaud) ở các bước/phân đoạn khác nhau qua tuyến quang 2400 km. . . . . 44 Hình 2.10 Độ lợi SNR (dB) của DBP GLSS (aopt , kopt ) so với EDC là hàm theo cơ số a và hệ số tỷ lệ phi tuyến k qua 2400 km SSMF cho tín hiệu 150 Gbaud 16 DP-QAM. . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Hình 2.11 Độ lợi SNR (dB) của DBP GLSS (aopt , kopt ) so với GLSS (aopt ,1) là hàm theo tốc độ truyền qua 2400 km SSMF với số bước/phân đoạn khác nhau. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Hình 2.12 Giá trị tối ưu cơ số kopt theo băng thông tín hiệu (Gbaud) ở các bước/phân đoạn khác nhau qua tuyến quang 2400 km. . . . . 47 Hình 2.13 Độ lợi SNR (dB) của (a) chia đều bước, (b) GLSS (aopt ,1) và (c) GLSS (aopt , kopt ) so với EDC là hàm của băng thông tín hiệu (Gbaud) ở số bước/phân đoạn khác nhau cho tín hiệu DP 16-QAM qua tuyến quang 2400 km. . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Hình 2.14 Giới hạn tốc độ truyền tín hiệu tại đô lợi SNR = 2 dB là hàm theo số bước/phân đoạn qua 2400 km SSMF với kỹ thuật DBP chia bước đều, DBP chia bước logarit cơ số e và kỹ thuật GLSS (aopt , kopt ). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Hình 2.15 Độ lợi SNR (dB) của DBP GLSS (aopt , kopt ) 10 bước/phân đoạn so với EDC là hàm theo băng thông tín hiệu (Gbaud) với các đường truyền có (a) khoảng cách truyền khác nhau, (b) điều chế khác nhau. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Hình 3.1 Sơ đồ truyền dẫn sử dụng bộ liên hợp pha quang OPC [67]. 53 Hình 3.2 Giản đồ chòm sao của tuyến truyền 1600 km, công suất phát -1 dBm trường hợp không có OPC (a) và có OPC (b). . . . . . . 56 Hình 3.3 So sánh chất lượng của hệ thống truyền dẫn 16-QAM OFDM sử dụng DC và OPC trong các trường hợp Rb = 50 GBaud (a) và Rb = 100 GBaud (b). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 vi
Hình 3.4 SNR cực đại theo giá trị tán sắc bậc ba β3 (tương ứng độ dốc tán sắc S từ 0.037 đến 0.057 ps/nm2 /km) trong các trường hợp Rb khác nhau (a) và ngưỡng phi tuyến vào Rb tại β3 = 0.128 ps3 /km (b). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 Hình 3.5 Độ lợi SNR khi sử dụng OPC (so với không dùng OPC) là đường biểu diễn theo tốc độ mẫu tín hiệu Rb trong các trường hợp β3 khác nhau (ứng với độ dốc tán sắc S từ 0.037 đến 0.057 ps/nm2 /km) qua tuyến truyền dài 1600 km (a) và 2400 km (b). . 60 Hình 3.6 Mô hình mô phỏng hệ thống truyền dẫn RoF nhiều băng, băng rộng sử dụng OPC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 Hình 3.7 Phổ tín hiệu: (a) sau MZM-1, (b) sau bộ khuếch đại bán dẫn quang SOA, (c) sau bộ lọc thông dải quang kép DOBPF. . . . . . 62 Hình 3.8 Phổ tín hiệu: (a) ghép 4 band tín hiệu trung tần IF tại phía phát, (b) Tín hiệu trung tần được điều chế với sóng mang 95 GH tại đầu ra bộ điều chế MZM-2, (c) tín hiệu sau tách sóng quang PD. 63 Hình 3.9 Tối ưu công suất RF đầu vào cho từng băng. . . . . . . . . . 64 Hình 3.10 Độ lớn vector lỗi (EVM (%)) được biểu diễn theo công suất quang phía thu với (a) cấu hình truyền dẫn ở cự ly 50 km và (b) cấu hình truyền dẫn ở cự ly 200 km. . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Hình 3.11 Đánh giá tỉ số lỗi bít của hệ thống: cấu hình truyền dẫn ở cự ly (a) 50 km, và (b) 200 km. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Hình 4.1 Bộ khuếch đại công suất SSPA với các mức bão hòa khác nhau. 69 Hình 4.2 10 Gbaud 16-QAM (a) OFDM và (b) Tín hiệu SCM-Nyquist 1 băng khi với công suất phát 0 dBm và tỷ lệ cắt (CR) là 3 dB (đường màu đỏ). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 Hình 4.3 Hệ thống mạng truy cập hỗn hợp sợi quang – sóng milimét. 73 Hình 4.4 Cấu hình DSP của bộ phát tín hiệu SCM-Nyquist và OFDM (a, c); và bộ thu tín hiệu SCM-Nyquist và OFDM (b, d). . . . . . 74 Hình 4.5 BER là đường biểu diễn theo SNR (dB) cho tín hiệu Nyquist 1 băng và OFDM 10 Gbaud 16-QAM ở CR 3 dB và 7 dB. . . . . 76 Hình 4.6 Giản đồ chòm sao tín hiệu OFDM 10 Gbaud 16-QAM (a, c) và Nyquist 1 băng (b, d) tại SNR 20 dB với CR = 3dB (a, b) và CR = 7 dB (c, d). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Hình 4.7 SNR Penalty (dB) là đường biểu diễn theo tỷ lệ cắt (dB) cho tín hiệu OFDM và tín hiệu SCM-Nyquist N băng 10 Gbaud 16-QAM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 Hình 4.8 BER là đường biểu diễn theo SNR (dB) cho tín hiệu Nyquist 1 băng và OFDM 10 Gbaud 64-QAM ở CR 3 dB và 7 dB. . . . . 79 vii
Hình 4.9 Giản đồ chòm sao 10 Gbaud 64-QAM của tín hiệu OFDM (a, c) và Nyquist 1 băng (b, d) tại SNR 20 dB với CR = 3dB (a, b) và CR = 7 dB (c, d). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Hình 4.10 SNR Penalty (dB) là đường biểu diễn theo tỷ lệ cắt (dB) cho 10 Gbaud 64-QAM tín hiệu OFDM và tín hiệu SCM-Nyquist N băng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 Hình 4.11 Tỷ lệ cắt CR (dB) tối thiểu cần thiết để có được SNR Penalty là 2 dB đối với điều chế 16-QAM, 32-QAM và 64-QAM tín hiệu SCM-Nyquist và OFDM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 Hình 4.12 Bộ xử lý tín hiệu số ở phía phát cho tín hiệu SCM-Nyquist [74]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Hình 4.13 Tín hiệu SCM-Nyquist 10 băng 1 GHz/băng ở băng tần cơ sở. 83 Hình 4.14 (a) Phổ tín hiệu SCM-Nyquist 10 băng 1 GHz/băng ở tần số trung tần băng tần và (b) tín hiệu SCM-Nyquist trong miền thời gian. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 Hình 4.15 Đáp ứng kênh truyền (a) biên độ đã chuẩn hóa, (b) đáp ứng pha. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Hình 4.16 Bộ xử lý tín hiệu số ở phía thu cho tín hiệu SCM-Nyquist [74]. 85 Hình 4.17 Phổ tín hiệu tại phía thu: (a) không có bù méo trước, (b) có bù méo trước. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Hình 4.18 Đồng bộ tín hiệu phía thu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 Hình 4.19 Giản đồ chòm sao dãi băng 1 sau có bù méo trước (a) CMA- LMS, (b) DD-LMS kết hợp bù góc pha “mù”, (c) Theo dõi pha. . 88 Hình 4.20 Hệ thống thí nghiệm RoF – mmW hai chiều liền mạch 45Gbit/s DL và 20 Gbit/s UL qua 20 km sợi quang đơn mode [74]. . . . . . 89 Hình 4.21 Chất lượng hệ thống truyền EVM (%) (DL) là biểu diễn theo công suất phát (dBm) với hệ số uốn lọc (a) α=0.05 và (b) α=0.03 (c) Phổ tại phía thu của tín hiệu với α=0.03 [74]. . . . . . . . . . 91 Hình 4.22 Chất lượng hệ thống truyền EVM (%) (UL) biểu diễn theo (a) công suất thu quang (dBm) và (b) công suất phát RF, (c) Phổ tại phía thu không có/có áp dụng bù méo trước và giản đồ chòm sao sóng mang con [74]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 Hình 4.23 Hệ thống thí nghiệm sợi quang – sóng milimét kết hợp FSO hai chiều liền mạch 100 Gbit/s DL và 50 Gbit/s UL [75]. . . . . . 94 Hình 4.24 Kết quả thí nghiệm: (a) Công suất thu của hệ thống FSO; EVM (%) theo mức độ suy hao bổ sung (dB) trong trường hợp (b) hệ thống FSO (c) kết hợp FSO/ IFoF mmW [75]. . . . . . . . . . 96 Hình 4.25 EVM (%) theo suy hao bổ sung (dB), (a) mmW (b) FSO (c) kết hợp mmW/FSO [75]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 viii
Hình PL1 Sơ đồ minh họa phương pháp chia bước Fourier [32] . . . . . 117 Hình PL2 Mô hình hệ thống thông tin sợi quang với đường truyền sử dụng bộ khuếch đại EDFA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 ix
Danh mục bảng biểu Bảng 1.1 Khoảng cách truyền dẫn trong hệ thống phân loại mạng viễn thông. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Bảng 2.1 Kích thước bước GLSS với cơ số a = e, 1.5, 2, 3 trong một phân đoạn dài 80 km. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Bảng 3.1 Sự thay đổi các thông số của NLSE trước và sau khi liên hợp pha quang [67]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 Bảng 4.1 PAPR (dB) cho 16-QAM và 64-QAM của 1 băng 10 Gbaud, 3 băng 3.333 Gbaud và 5 băng 2 Gbaud tín hiệu SCM-Nyquist và 10 Gbaud tín hiệu OFDM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 x
Danh mục từ viết tắt 2G Second Generation Thế hệ thứ hai 3G Third Generation Thế hệ thứ ba 4G Fourth Generation Thế hệ thứ tư 5G Fifth Generation Thế hệ thứ năm ADC Analog-digital Converter Bộ chuyển đổi tương tự sang số APD Avalanche photodiode Điốt quang điện thác ASE Spontaneous Emission NoiseNhiễu phát xạ tự phát AWG Arbitrary Waveform Generator Máy phát dạng sóng bất kỳ BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit BPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế pha nhị phân BS Base Station Trạm gốc C-RAN Cloud-Radio Access Networks Mạng truy cập vô tuyến có nền tảng điện toán đám mây CMA Constant Modulus Algorithm Thuật toán chiều dài module không đổi CP Cyclic Prefix Đoạn chèn bảo vệ CS Central Station Trạm trung tâm DAC Digital-analog Converter Bộ chuyển đổi số sang tương tự DBP Digital Back Propagation Lan truyền ngược trong miền số DC Dispersion Compensation Bù tán sắc DCF Dispersion Compensating Fiber Sợi bù tán sắc DD-LMS Direct Detected-Least Mean Bình phương tối thiểu phát hiện Square trực tiếp DFB Distributed Feedback Hồi tiếp phân bố DL Downlink Đường xuống DOBPF Dual Optical Bandpass Filter Bộ lọc thông dải quang kép DP-16QAM Dual-Polarization Quadrature Điều chế biên độ cầu phương 16 Amplitude Modulation mức phân cực kép xi
DP-QPSK Dual-Polarization Quadrature Điều chế pha cầu phương phân Phase-shift Keying cực kép DSP Digital Signal Processing Bộ xử lý tín hiệu số DWDM Dense Wave Division Multiplex- Ghép kênh phân chia theo bước ing sóng mật độ dày đặc ECL External Cavity Laser laser hộp cộng hưởng ngoài EDC Electronic Dispersion Compen- Bù tán sắc ở miền điện sation EDF Erbium Doped Fiber Sợi quang sử dụng sợi pha tạp Erbium EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier Bộ khuếch đại sử dụng sợi quang pha tạp Erbium EVM Error Vector Magnitude Độ lớn vector lỗi FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh FIR Finite Impulse Response Bộ lọc đáp ứng xung hữu hạn FSO Free-space Optics Truyền thông quang học trong không gian tự do FTTX Fiber to The X Hệ thống cáp quang kết nối điểm FWM Four-wave-mixing Trộn bốn bước sóng GLSS Generalized Logarithmic Split- Phương pháp chia bước logarit Step tổng quát GVD Group Velocity Dispersion Tán sắc vận tốc nhóm IC Integrated Circuit Mạch tích hợp ISI Intersymbol Interference Nhiễu xuyên ký tự ITU-T International Telecommunica- Hiệp hội Viễn thông quốc tế tion Union – T LMS Least Mean Squares Bình phương trung bình tối thiểu LNA Low Noise Amplifier Bộ khuếch đại nhiễu thấp LO Local Oscillator Bộ dao động nội M-QAM M-Quadrature Amplitude Mod- Điều chế biên độ cầu phương ulation nhiều mức M mmW Milimet Wave Sóng milimét MRC Maximum Ratio Combining Kết hợp tỷ lệ tối đa MZM Mach – Zehnder Modulator Bộ điều chế Mach – Zehnder xii
NF Noise Figure Hệ số nhiễu NLSE Non-linear Schr¨dinger Equa- o Phương trình phi tuyến tion Schr¨dinger o ODN Optical Distribution Network Mạng phân phối quang OFDM Orthogonal Frequency DivisionGhép kênh phân chia theo tần Multiplexing số trực giao OOK On Off keying Điều chế bật/tắt OPC Optical Phase Conjugation Bộ liên hợp pha quang OSC Oscilloscope Máy hiện sóng OSNR Optical Signal-to-Noise RatioTỷ số tín hiệu trên nhiễu quang PA Power Amplifier Bộ khuếch đại công suất PAPR Peak-to-average Power Ratio Tỷ số công suất đỉnh trên trung bình PC Polarization Controller Bộ điều khiển phân cực PCTW Phase Conjugated Twin Waves kỹ thuật sóng đôi liên hợp pha PD Photo Diode Điốt quang PDM Polarization Division Multiplex- Ghép kênh phân chia phân cực ing Q Quality factor Hệ số phẩm chất QAM Quadrature Amplitude Modula- Định dạng điều chế cầu phương tion QPSK Quadrature Phase-shift Keying Khóa dịch pha cầu phương RAU Remote Antenna Unit Bộ phát sóng ăng-ten RC Raised Cosine Bộ lọc cosin nâng RDE Radius Directed Equalizer Bộ cân bằng theo hướng bán kính RF Radio Frequency Tần số radio RoF Radio-over-Fiber Sóng vô tuyến truyền qua sợi quang RRC Raised Root Cosine Bộ lọc căn bậc hai cosin nâng RRH Remote Radio Head Trạm vô tuyến đầu xa S-SSFM Standard Split-Step Fourier Phương pháp chia bước Fourier Method tiêu chuẩn SC-FDM Single Carrier Frequency Divi- Ghép kênh phân chia theo tần sion Multiplexing số sóng mang đơn xiii
SCM Nyquist Nyquist Subcarrier Multiplexing Ghép kênh các sóng mang con có dạng xung Nyquist SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng bộ SE Spectrum efficiency Hiệu suất phổ SNR Signal-to-noise ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu SOA Semiconductor Optical Ampli- Bộ khuếch đại quang bán dẫn fier SPM Self phase modulation Tự điều chế pha SSMF Standard Single Mode Fiber Sợi quang đơn mode tiêu chuẩn SSPA Solid State Power Amplifier Bộ khuếch đại công suất thể rắn TOD Third-order Dispersion Tán sắc bậc ba UL Uplink Đường lên W-VSNE Weighted Volterra Series Nonlin- Bộ cân bằng phi tuyến có trọng ear Equalizer số Volterra WDM Wavelength Division Multiplex- Ghép kênh phân chia theo bước ing sóng XPM Cross phase modulation Điều chế pha chéo xiv
Danh mục các ký hiệu toán học x Vector x x∗ Liên hiệp phức của vector x |x| Giá trị tuyệt đối của vector x exp(x) Hàm mũ của x với cơ số e ∂ ∂x Đạo hàm riêng phần theo x Re{c} Lấy phần thực của số phức c Im{c} Lấy phần ảo của số phức c ×F Toán tử rot của vector F .F Toán tử div của vector F F Toán tử grad của vector F 2F Toán tử Laplace của vector F ˜ F (z, t) vector F dạng phức trong miền thời gian ˜ ω) E(z, vector F dạng phức trong miền tần số X T Chuyển vị của ma trận X X∗ Liên hiệp phức của ma trận X X H Liên hiệp thức chuyển vị (Hermitian)của ma trận X X−1 Nghịch đảo của ma trận X FT (A) Phép biến đổi Fourier thuận của A −1 FT (A) Phép biến đổi Fourier ngược của A |H(f )| Biên độ của hàm truyền H(f ) arg(H(f )) Góc pha của hàm truyền H(f ) E (.) Tính kỳ vọng xv