ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG HỆ THỐNG FSO DƯỚI ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỄU LOẠN MẠNH

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG




NGUYỄN BÁ LỰC


ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG HỆ THỐNG
FSO DƯỚI ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỄU LOẠN MẠNH

Chuyên ngành : KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
Mã số : 60.52.02.08




TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ





HÀ NỘI - 2014

LUẬN VĂN ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG


Người hướng dẫn khoa học: TS. ĐẶNG THẾ NGỌC

Phản biện 1: …………………………………………………………

Phản biện 2: ………………………………………… ……………

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện
Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Vào lúc: giờ ngày tháng năm

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông


- 1 -

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, sự gia tăng không ngừng của lưu lượng Internet và sự phát triển nhanh
chóng của các công nghệ quang đã tạo nên những bước chuyển biến mới mẻ trong kiến trúc
mạng viễn thông. Các hệ thống truyền thông quang sử dụng sợi quang hiện nay có khả năng
truyền tải với dung lượng lớn, kết nối nhiều người dùng và cung cấp nhiều loại dịch vụ như
thoại, fax, hình ảnh, số liệu. Cùng có khả năng truyền dẫn tốc độ cao, nhưng các hệ thống
truyền thông quang qua không gian FSO (Free Space Optics) lại dễ dàng lắp đặt, di chuyển
hoặc thiết lập lại cấu hình mạng khi cần. FSO có độ an toàn cao vì sử dụng thông tin tầm
nhìn thẳng LOS (line-of-sight) và tính hướng của búp sóng quang cao. Tương lai ngày càng
đòi hỏi phải có các giải pháp truyền dẫn tốc độ cao để đáp ứng yêu cầu của các doanh
nghiêp, tổ chức và cá nhân.
FSO là công nghệ viễn thông sử dụng sự truyền lan ánh sáng trong không gian để
truyền tín hiệu giữa hai điểm, trong đó tín hiệu quang, thay vì truyền trong sợi quang, được
phát đi trong một búp sóng quang qua không gian. Tuy nhiên, môi trường không khí không
phải là một kênh truyền thông lý tưởng. Sự không đồng nhất về nhiệt độ và áp suất của
không khí dẫn tới sự thay đổi của chỉ số khúc xạ dọc theo tuyến đường truyền dẫn, hay còn

được gọi là sự nhiễu loạn không khí.
Trong luận văn này, để tiện theo dõi, nội dung các chương được khái quát lại như sau:
- Chương 1: Tổng quan về hệ thống truyền thông quan qua không gian, bao gồm
khái niệm, cấu trúc, ưu nhược điểm, cũng như các mô hình hệ thống FSO.
- Chương 2: Giới thiệu về các yếu tố ảnh hưởng tới suy hao trong hệ thống FSO.
Nhiễu loạn không khí, giới thiệu về mô hình kênh nhiễu loạn không khí.
- Chương 3: Đánh giá ảnh hưởng của nhiễu loạn không khí mạnh lên hiệu năng hệ
thống FSO, là trọng tâm chính của luận văn
Mặc dù đã hết sức cố gắng trong quá trình nghiên cứu, nhưng luận văn chắc chắn sẽ
không thể tránh khỏi được những thiếu sót. Vì vậy, em rất mong nhận được sự thông cảm và
góp ý, nhận xét của các thầy cô giáo để luận văn được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng 5 năm 2014


Nguyễn Bá Lực


2
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG QUANG
KHÔNG DÂY
Chương 1 tập chung giới thiệu về hệ thống truyền dẫn thông tin FSO, ưu điểm và các
thách thức của FSO khi triển khai thực tế, ngoài ra chương một còn đưa ra các mô hình hệ
thống FSO và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng của hệ thống.
1.1.

Giới thiệu
Trong những năm gần đây, truyền thông quang tốc độ cao đã và đang đóng vai trò
hết sức quan trọng trong mạng viễn thông. Truyền thông quang được chia thành 2 loại:
truyền thông quang qua sợi quang và truyền thông quang vô tuyến.

Chúng có thể được phân loại thành các kết nối tầm nhìn thẳng (LOS) và các kết nối
khuếch tán. Kết nối LOS yêu cầu một tuyến đường thông suốt, không bị tắc nghẽn cho việc
truyền thông tin cậy, trong khi các kết nối khuếch tán dựa vào các tuyến đường quang khác
nhau từ các phản xạ bề mặt. Tuy nhiên, FSO chỉ sử dụng các kết nối LOS trực tiếp và các
kết nối laser điểm-tới-điểm qua bầu khí quyển từ máy phát tới máy thu. Truyền thông FSO
qua khoảng cách một vài kilomet có thể đạt tới tốc độ dữ liệu hàng Gbps.
Công nghệ FSO cung cấp tiềm năng về dung lượng băng thông truyền thông sử dụng
các bước sóng quang không cần cấp phép. Tuy nhiên, tính không đồng nhất về nhiệt độ và
áp suất của bầu khí quyển dẫn tới sự thay đổi chỉ số khúc xạ dọc theo tuyến đường truyền
dẫn. Những sự thay đổi chỉ số khúc xạ này dẫn tới những sự thay đổi về không gian và thời
gian trong cường độ ánh sáng tới máy thu, kết quả là tín hiệu bị pha-đinh. Trong truyền
thông FSO, các kết nối bị pha-đinh do tác động của bầu khí quyển có thể làm giảm hiệu
năng một cách rõ rệt bằng việc làm tăng tỉ số lỗi bit BER và độ trễ truyền dẫn.

Hình 1. 1. Hệ thống truyền thông quang không dây
1.1.1.

Các lợi thế và thách thức của hệ thống FSO
Ø
Các lợi thế của FSO:
ü

Không yêu cầu cấp phép phổ tần vô tuyến.
ü

Không bị ảnh hưởng của nhiễu điện từ.


3
ü

Dễ dàng triển khai lắp đặt.
ü

Khả năng an toàn cao.
Công nghệ FSO có thể đáp ứng rất nhiều ưu điểm, khi so sánh với công nghệ cáp sợi.
Các hệ thống FSO có thể được triển khai nhanh hơn nhiều mà không cần sự cấp phép. Nó
có thể được triển khai với rất nhiều các kiến trúc mạng, được lắp đặt từ nóc nhà tới nóc nhà,
cửa sổ tới cửa sổ hoặc tùy theo yêu cầu .
Ø
Các thách thức đối với hệ thống FSO:
Giới hạn cơ bản của FSO do môi trường truyền dẫn gây ra. Ngoài việc tuyết và mưa
có thể làm cản trở đường truyền quang, FSO chịu ảnh hưởng mạnh bởi sương mù và sự
nhiễu loạn của không khí. Những thách thức chính trong việc thiết kế các hệ thống FSO như
hình 1.2:

Hình 1. 2. Những thách thức đối với FSO
ü
Sương mù:
Sương mù là một thách thức chính. Sương mù là hơi nước được tập
hợp từ những giọt nước nhỏ có đường kính vài trăm micro mét nhưng có thể làm thay đổi
đặc tính truyền lan của ánh sáng hoặc ngăn cản hoàn toàn sự truyền lan của ánh sáng thông
qua sự kết hợp của các hiện tượng hấp thụ, tán xạ và phản xạ.
ü

Sự nhấp nháy: Sự nhấp nháy là sự biến đổi về không gian của cường độ sáng gây
ra bởi sự hỗn loạn không khí.
ü

Sự trôi búp: Sự trôi búp xảy ra khi luồng gió hỗn loạn (gió xoáy) lớn hơn đường

kính của búp sóng quang gây ra sự dịch chuyển chậm nhưng đáng kể của búp sóng quang.
Sự trôi búp cũng có thể là kết quả của các hoạt động địa chấn gây ra sự dịch chuyển tương
đối giữa vị trí của laser phát và bộ thu quang.
ü
Giữ thẳng hướng phát-thu khi tòa nhà dao động:
Giữ thẳng hướng giữa khối phát
và khối thu là rất quan trọng nhằm đảm bảo sự thành công của việc truyền tín hiệu.
ü
Sự an toàn cho mắt:
Với sự gia tăng của các hệ thống truyền thông quang vô tuyến
sử dụng các búp laser hướng về các vùng dân cư mật độ cao, sự an toàn cho mắt là vấn đề
đáng được quan tâm.


4

1.1.2. Ứng dụng của công nghệ FSO
Ø Kết nối tốc độ cao giữa các tòa nhà với FSO:
Hiện nay, các doanh nghiệp đang gặp phải vấn đề quá tải lưu lượng mạng tại các kết
nối giữa các tòa nhà. Với các doanh nghiệp sử dụng các mạng nội bộ dựa trên tiêu chuẩn
Gigabit Ethernet, các kết nối 2.048 (hoặc 1.544) Mbit/s giữa các tòa nhà sẽ làm hạn chế lưu
lượng kết nối.:
− Tắc nghẽn về lưu lượng.
− Yêu cầu xin phép và cấp giấy phép.
− Việc đào rãnh, cống và đặt cáp.
− Vấn đề liên quan tới hợp đồng thuê (cho thuê) tòa nhà.
− Tốn thời gian lắp đặt.
− Chi phí cao.
Ø Hệ thống FSO và vấn đề an ninh mạng:
Mặc dù FSO là công nghệ không dây nhưng nó không phát quảng bá tới bất kỳ người

nào và tất cả mọi người. FSO phát búp sóng ánh sáng hẹp, tần số rất cao tới một nơi xác định.
Do đó rất khó cho một cá nhân nào đó có thể thu trộm thông tin mà không bị phát hiện.
1.2. Mô hình hệ thống FSO
Các thành phần chính trong hệ thống truyền thông quang không dây được minh họa
như trong hình 1.3.

Hình 1. 3. Sơ đồ khối của hệ thống truyền thống truyền thông quang không dây
1.2.1. Bộ phát
Dữ liệu đầu vào phía nguồn được truyền tới một đích ở xa. Phía nguồn có cơ chế
điều chế sóng mang quang riêng, chẳng hạn như điều chế laser, tín hiệu quang sau đó sẽ
được truyền đi qua kênh khí quyển. Các tham số của hệ thống phát quang là kích cỡ, công
suất và chất lượng búp sóng, các tham số này xác định cường độ laser và góc phân kỳ nhỏ


5

nhất có thể đạt được từ hệ thống. Phương thức điều chế được sử dụng rộng rãi tại bộ phát là
điều chế cường độ (IM), trong đó cường độ phát xạ của nguồn quang sẽ được điều chế bởi
số liệu cần truyền đi
1.2.2. Bộ thu
Tại phía thu, trường quang được tập trung lại và được tách, cùng với sự xuất hiện của
xuyên nhiễu, méo tín hiệu, và bức xạ nền. Bên phía thu, các đặc tính quan trọng là kích cỡ
độ mở (aperture size) và số lượng photon, những đặc tính này xác định lượng ánh sáng được
tập trung và phạm vi tách trường quang của bộ tách quang.
1.3. Các yếu tố ảnh hưởng lên hiệu năng hệ thống FSO
Ø Nhiễu lượng tử
Đối với đi-ốt tách quang APD, ngoài nguồn nhiễu chủ yếu là nhiễu lượng tử, còn có một
dạng nhiễu liên quan với nhiễu thừa được tạo ra bởi quá trình nhân thác ngẫu nhiên. Dạng nhiễu
F(g) này được định nghĩa là tỉ số của nhiễu thực tế được tạo ra trong một đi-ốt tách quang thác
với nhiễu tồn tại khi tất cả các cặp sóng mang được nhân bởi g và được cho bởi.

Trong đó
2
g
là hệ số nhân trung bình bình phương và có thể được xấp xỉ bằng g
2+x

với x thay đổi trong khoảng 0 đến 1 tùy thuộc vào vật liệu và cấu trúc.Do đó, trung bình
bình phương biên độ dòng điện của nhiễu lượng tử đối với APD là:
Ø Nhiễu nhiệt
Nhiễu nhiệt, hay còn gọi là nhiễu Johnson hoặc nhiễu Nyquist, được gây ra bởi sự rối
loạn nhiệt độ của điện tích các sóng mang đi qua một điện trở. Ở các nhiệt độ trên nhiệt độ 0
tuyệt đối, năng lượng nhiệt của các điện tích sóng mang trong bất cứ điện trở nào cũng dẫn
tới sự thay đổi trong mật độ điện tích cục bộ. Những điện tích thay đổi này gây ra các
gradient điện áp cục bộ mà có thể tạo ra một dòng điện tương ứng trong phần còn lại của
mạch điện. Nếu các mạch điện chỉ hoạt động với băng thông
f
D
và điện trở R
L
là hằng số
trong băng thông này, khi đó trung bình bình phương biên độ dòng điện của nhiễu Johnson
2
JN
i
được cho bởi.
trong đó k là hằng số Boltzmann và T là nhiệt độ tuyệt đối. Một cách để làm giảm
loại nhiễu này đó là làm nguội thành phần xuất hiện nhiễu tới một nhiệt độ thấp hơn.
Ø Nhiễu dòng tối và nhiễu nền
Ø Sự lệch chùm sáng.
Ø Sự mở rộng của chùm sáng – Mở rộng chùm sự phân kỳ của chùm sáng do tán xạ.

Do đó làm giảm mật độ công suất thu được.


6

Ø Sự nhấp nháy của chùm sáng – Sự thay đổi mật độ công suất trong không trung tại
mặt phẳng thu gây ra bởi sự can thiệp của nhiễu nhỏ có trong chùm quang.
Ø Sự suy giảm tính nhất quán trong không gian – Sự nhiễu loạn của không khí cũng
gây ra tổn thất về tính nhất quán (kết hợp) về pha của chùm quang. Điều này đặc biệt ảnh
hưởng mạnh cho các bộ thu làm việc dựa trên nguyên lý trộn photon (ví dụ trong bộ thu
nhất quán).
Ø Sự biến động phân cực – Kết quả từ sự thay đổi trạng thái của phân cực của chùm
quang thu được sau khi đi qua môi trường nhiễu loạn. Tuy nhiên, lượng phân cực biến động
là không đáng kể khi một bức xạ quangngang đi qua vùng không khí nhiễu loạn.
1.4. Kết luận
Nội dung chương 1 đã giới thiệu khái quát về hệ thống truyền thông quan qua không
gian cũng như mô hình của hệ thống FSO, các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng của hệ
thống. Tương lai ngày càng đòi hỏi phải có các giải pháp truyền dẫn tốc độ cao để đáp ứng
yêu cầu của các doanh nghiêp, tổ chức và cá nhân. Các giải pháp cũng cần phải có chi phí
hiệu quả, triển khai nhanh, truyền dẫn thông tin một cách an toàn và tin cậy. FSO có thể đáp
ứng các yêu cầu này và sẽ được sử dụng ngày càng nhiều trong tương lai.


7

CHƯƠNG II. MÔ HÌNH KÊNH NHIỄU LOẠN KHÔNG KHÍ
Chương 2 giới thiệu về kênh nhiễu loạn không khí bao gồm các vấn đề:
- Suy hao trong hệ thống FSO
- Nhiễu loạn không khí
- Lệch hướng phát, thu

- Và mô hình kênh nhiễu loạn không khí
2.1. Giới thiệu
Bức xạ mặt trời bị hấp thụ bởi bề mặt Trái Đất làm cho không khí xung quanh bề mặt
Trái Đất nóng hơn so với không khí tại những điểm cao hơn so với mực nước biển. Lớp khí
nóng này trở nên mỏng đi và bốc lên cao để hòa trộn một cách hỗn loạn với các vùng không
khí lạnh hơn ở xung quanh, làm cho nhiệt độ không khí thay đổi một cách ngẫu nhiên. Sự
không đồng nhất gây ra bởi sự nhiễu loạn là của các ô nhỏ rời rạc, hoặc các xoáy lốc với
nhiệt độ khác nhau, hoạt động như những lăng kính khúc xạ có các kích cỡ khác nhau và
các chỉ số khúc xạ khác nhau:
- Cường độ thăng giáng quan sát được tại một bộ tách quang đặt tại cuối đường
truyền. Hiện tượng này được gọi là sự nhấp nháy (scintillation).
- Mức độ thay đổi của sự thăng giáng so với kích cỡ của bộ tách sóng quang, hoặc
với kích cỡ của bộ thu quang dùng để điều khiển ánh sáng đã được tập hợp tới bộ tách. Hiện
tượng này được gọi là độ mở trung bình.
- Nếu một búp sóng dạng Gaussian đối xứng tròn được quan sát thấy tại các khoảng
cách khác nhau từ một bộ phát, nó bị suy giảm dần với sự tăng lên của khoảng cách và độ
mạnh của sự nhiễu loạn. Các sự thay đổi lũy tiến được quan sát thấy là:
(i) Độ lệch của dạng búp sóng phụ thuộc vào thời gian.
(ii) Lệch hướng trọng tâm của búp sóng.
(iii) Sự tăng lên của độ rộng búp sóng vượt quá dự kiến do sự nhiễu xạ.
(iv) Sự đứt gãy của búp sóng thành các phần riêng biệt của cường độ sáng có hình
dạng và vị trí thay đổi theo thời gian.
Gió làm dịch chuyển không khí có thể gây ra dịch chuyển trọng tâm của chùm tia,
nhưng về bản chất gió không làm thay đổi ngẫu nhiên chùm tia laser như sự nhiễu loạn. Gió
và sự không đồng nhất của nhiệt độ tạo ra những xoáy lốc, những ô nhỏ hay những túi khí
có kích thước thay đổi từ 0,1 cm đến 10 m, dẫn tới sự thay đổi nhanh chỉ số khúc xạ, đó là
nguyên nhân gây ra sự nhiễu loạn. Các túi khí này đóng vai trò như những thấu kính có đặc
tính thay đổi theo thời gian. Sự lan truyền của ánh sáng trong không gian theo đó sẽ bị lệch
hướng một phần hay lệch hướng hoàn toàn là phụ thuộc vào mối quan hệ giữa kích thước
của chùm sáng phát ra và mức độ không đồng nhất của nhiệt độ.

Nhiễu loạn không khí thường được phân loại theo các mô hình phụ thuộc vào độ lớn
của sự thay đổi chỉ số khúc xạ và sự không đồng nhất. Các mô hình này là một hàm của
khoảng cách truyền dẫn, bức xạ quang qua môi trường khí quyển và được phân loại theo các
mức độ yếu, trung bình và mạnh.


8

2.2. Suy hao trong FSO
2.2.1. Môi trường truyền dẫn
Kênh truyền dẫn quang khác so với kênh nhiễu Gauss thông thường, tín hiệu đầu vào
của kênh, x(t), thể hiện công suất chứ không phải là biên độ. Điều này dẫn tới hai điều kiện
ràng buộc trên tín hiệu được truyền: i) x(t) phải không âm và ii) giá trị trung bình của x(t)
không được vượt quá một giá trị quy định.
Nước lớn nhất ở gần bề mặt trái đất nằm trong tầng đối lưu.
Bảng 2.1. Các phần tử khí có trong kênh truyền
Thành phần Tỷ lệ thể tích (%) Phần triệu (ppm)
Nitrogen (N
2
) 78,09
Oxygen (O
2
) 20,95
Argon (Ar) 0,93
Carbon dioxide (CO
2
) 0,03
Hơi nước (H
2
O) 40 - 40,000

Neon (Ne) 20
Helium (He) 5,2
Methane (CH
4
) 1,5
Krypton (Kr) 1,1
Hydrogen (H
2
) 1
Nitrous oxide (N
2
O) 0,6
Carbon monoxide (CO) 0,2
Ozone (O
3
) 0,05
Xenon (Xe) 0,009


Với sự phân bố về kích thước của các dải thành phần khí quyển từ micromét tới
centimet, một trường quang đi qua khí quyển sẽ bị tán xạ hoặc hấp thụ và gây ra suy hao.
2.2.2. Tổn hao công suất
Khi một bức xạ quang đi qua bầu khí quyển, các photon bị biến mất (hấp thụ) do các
thành phần như hơi nước, khí CO
2
, sương mù, tầng Ozon…, và năng lượng chuyển thành
nhiệt năng trong khi đó các thành phần khác đi qua không mất mát năng lượng nhưng
hướng truyền lan ban đầu của chúng bị thay đổi (tán xạ). Sự lan truyền của một trường
quang qua bầu khí quyển được mô tả bởi định luật luật Beer – Lambert. Chùm sáng còn bị
trải rộng trong khi truyền do đó kích thước chùm sáng nhận được là lớn hơn so với kích

thước bộ thu. Các yếu tố này được kết hợp với các ảnh hưởng khác sẽ được đề cập sau đây
gây ra sự khác nhau giữa công suất phát ra và công suất thu được.




9

2.2.3. Suy hao kênh truyền không khí
Suy hao khi truyền tín hiệu trong bầu khí quyển là hệ quả của quá trình hấp thụ và
tán xạ. Nồng độ của vật chất trong khí quyển gây ra việc suy hao tín hiệu khác nhau theo
không gian và thời gian, và sẽ phụ thuộc vào điều kiện thời tiết của từng vùng.
a) Hấp thụ - xảy ra khi có một sự tương tác giữa các photon và các phần tử khí trong
quá trình truyền lan trong khí quyển. Một số photon bị hấp thụ và năng lượng của chúng
biến thành nhiệt. Hệ số hấp thụ phụ thuộc rất nhiều vào các loại khí và mật độ của chúng.
Sự hấp thụ phụ thuộc bước sóng và do đó có tính chọn lọc. Điều này dẫn tới bầu không khí
có các vùng trong suốt – dải bước sóng có độ hấp thụ tối thiểu – được xem như là cửa sổ
truyền. Tuy nhiên, các bước sóng sử dụng trong FSO về cơ bản được chọn để trùng với các
cửa sổ truyền lan trong không khí, kết quả là hệ số suy hao được chi phối bởi sự tán xạ. Do
đó
(
)
(
)
.
a
glbl
@

b) Tán xạ - là kết quả của việc phân bố lại góc trường quang khi có và không có sự

thay đổi bước sóng. Ảnh hưởng của tán xạ phụ thuộc vào bán kính r của các hạt (sương mù,
hơi nước) gặp phải trong quá trình truyền lan. Một cách mô tả hiện tượng này là xét tham số
kích cỡ
0
2/.
xr
pl
=
Nếu
0
1
x
=
thì tán xạ là tán xạ Rayleigh, nếu
0
1
x
»
là tán xạ Mie và
nếu x
0
≥1 thì tán xạ có thể thuộc loại khác (quang hình học). Quá trình tán xạ đối với các
hạt khác nhau có mặt trong bầu khí quyển được tóm tắt trong bảng 2.2.
Bảng 2.2. Bán kính và quá trình tán xạ của các hạt tán xạ điển hình có trong
không khí tại
l
= 850 nm
Kiểu Bán kính Kích cỡ tham số x
0
Quá trình tán xạ

Phần tử khí 0,0001 0,00074 Rayleigh
Hạt bụi 0,01 – 1 0,074 – 7,4 Rayleigh – Mie
Hạt sương 1 – 20 7,4 – 147,8 Mie – hình học
Mưa 100 – 10000 740 – 74000 Hình học
Tuyết 1000 – 5000 7400 – 37000 Hình học
Mưa đá 5000 – 50000 37000 – 370000 Hình học

2.3. Nhiễu loạn không khí
Chùm tia quang truyền qua khí quyển chịu tác động của nhiễu loạn khí quyển với pha
và biên độ biến thiên ngẫu nhiên. Nhiễu loạn là một trạng thái rối loạn của dòng khí quyển
gây ra bởi sự thay đổi nhiệt độ trong khí quyển. Nhiễu loạn khí quyển bao gồm nhiều khu
vực dòng xoáy hình cầu với đường kính và chỉ số khúc xạ khác nhau. Các chùm tia quang
truyền qua khí quyển ở không gian và thời gian khác nhau với chiết suất khác nhau, các chỉ
số này không đồng nhất ở các quy mô khác nhau. Sự không đồng nhất với quy mô lớn sẽ tạo


10
ra hiện tượng khúc xạ khiến chùm tia phát đi lệch so với hướng truyền ban đầu [6]. Do đó, ở
quy mô lớn thì hiệu ứng chủ yếu là làm sai lệch pha của sóng truyền đi. Sự không đồng nhất
với quy mô nhỏ tao ra hiệu ứng nhiễu xạ và làm sai lệch biên độ của sóng gây ra sự biến
thiên của biên độ.
Nhiễu loạn không khí dẫn tới sự thay đổi ngẫu nhiên của chỉ số khúc xạ không khí,
n
dọc
theo tuyến đường truyền dẫn của bức xạ quang qua môi trường không khí. Những sự thay đổi
ngẫu nhiên về nhiệt độ là một hàm của áp suất khí quyển, độ cao so với mặt nước biển, và tốc độ
gió. Mức độ nhỏ nhất và lớn nhất của các xoáy lốc trong không khí, tương ứng được gọi là tỷ lệ
trong (inner scale),
l
0

, và tỷ lệ ngoài (outer scale),
L
0
, của sự nhiễu loạn.
l
0
thường nằm trong
khoảng một vài milimet trong khi
L
0
có thể lên tới vài mét [7, 8]. Các xoáy lốc yếu dạng thấu kính
được mô tả như trong hình 2.1, gây ra tác động xuyên nhiễu ngẫu nhiên giữa các vùng khác nhau
của búp sóng truyền dẫn làm cho dạng sóng bị biến dạng.


Hình 2. 1. Kênh không khí với các xoáy lốc hỗn loạn

2.3.1.

Sự thăng giáng cường độ
Sự nhiễu loạn của bầu khí quyển phụ thuộc vào áp suất khí quyển, tốc độ gió và sự
thay đổi của chỉ số khúc xạ. Yếu tố này làm cho biên độ và pha của tín hiệu bên thu thăng
giáng liên tục (nhấp nháy), kết quả là cho ta hình ảnh “nhảy múa” trên màn hình máy thu
như minh họa trong hình 2.2

Hình 2. 2. Ảnh hưởng của sự nhiễu loạn không khí lên tín hiệu thu được


11
2.3.2.

Sự giãn xung
Môi trường nhiễu loạn không khí làm biến dạng xung quang lan truyền, giả sử rằng
dạng sóng đầu vào là xung Gauss. Sự biến dạng này gây ra sự thay đổi về các khoảng thời
gian tới của xung quang đến máy thu, điều này làm cho xung bị giãn rộng ra. Do đó, tốc độ
bit mong muốn của đường truyền quang bị suy giảm.

Hình 2. 3. (a) Xung quang lan truyền qua môi trường nhiễu loạn khí quyển bị
biến dạng; (b) Sự giãn xung làm tăng lỗi bit

Trong phần này của luận văn có sử dụng lại một số công thức tính giãn xung
được
tổng hợp và rút ra từ các kết quả nghiên cứu đã được công bố trước đó.
Tuy nhiên, cần phải chú ý
rằng, mối quan hệ chính xác giữa độ rộng xung và cường độ nhiễu loạn là không tồn tại.
Hiện tượng giãn xung này gây ra sự xuyên nhiễu giữa các ký hiệu (ISI) của các xung gần kề
nhau, do đó làm tăng tỉ số lỗi bit (BER) của hệ thống. Trong phần này, ta sẽ biểu diễn sự
giãn xung trong môi trường nhiễu loạn không khí như là một hàm của hằng số cấu trúc chỉ
số khúc xạ
2
n
C
(m
-2/3
), hằng số này đặc trưng cho độ mạnh của sự nhiễu loạn không khí.
2.4.

Lệch hướng phát-thu
Lỗi định hướng (sự lệch hướng) là tổng độ dịch giữa tâm chùm tia và tâm khẩu độ
thu. Sự lệch hướng được tổng quát gồm 2 yếu tố: sự lệch hướng cố định và sự lệch hướng

ngẫu nhiên.
Trong đường truyền thẳng của hệ thống FSO, độ chính xác định hướng là một vấn đề
quan trọng trong việc xác định hiệu năng đường truyền và độ tin cậy. Tuy nhiên, gió và sự
dãn do nhiệt độ dẫn tới sự rung lắc tòa nhà, điều này gây ra sự lệch hướng và fading tín hiệu
tại phía thu [9]. Thu được một mô hình thống kê mới cho sự lệch hướng, mà xác định kích
thước khẩu độ thu, độ rộng chùm tia, và phương sai jitter.


12

Hình 2. 4. Mô hình lệch hướng của chùm tia

2.5 . Mô hình kênh nhiễu loạn không khí
Mối liên hệ giữa nhiệt độ của môi trường không khí và chỉ số khúc xạ được cho bởi
công thức (2.49) [11], trong khi đối với phần lớn các ứng dụng kỹ thuật, tốc độ thay đổi của
sự khúc xạ đối với nhiệt độ trên kênh truyền được biểu diễn theo công thức (2.50) [11].
( )
326
177.617.521010
e
P
n
T
l

=++´´
(2.49)
5
2
7.810

ee
dnP
dTT
-
-=´
(2.50)
trong đó
P
là áp suất khí quyển tính theo millibars,
T
e
là nhiệt độ tính theo độ Kelvin
và
l
là bước sóng tính theo đơn vị microns. Ở gần mực nước biển,
61
/10
e
dndTK

-@
[11]

.
Sự ảnh hưởng của độ ẩm tới sự thay đổi của chỉ số khúc xạ không được tính đến trong công
thức (2.49) do độ ẩm đã được giả thiết là không có tác động đáng kể tại tất cả các bước
sóng.
Ø
Mô hình kênh log chuẩn
Trường bức xạ (cường độ) trong môi trường nhiễu loạn là

()
2
IAr=
trong khi cường
độ trong không gian tự do (không có sự nhiễu loạn) được cho bởi công thức
()
2
00
IAr=
, và
cường độ theo hàm log được cho bởi công thức:
()
()
2
0
log2
e
Ar
l
Ar
c
==
(2.67)
Do đó,
()
0
expIIl=
(2.68)
Để đạt được hàm mật độ xác suất của bức xạ, sử dụng biến đổi,
() ( )

d
pIp
dI
c
c
=
, để
đi tới hàm phân bố log chuẩn cho bởi công thức (2.69).


13
()
( ) ()
( )
2
0
2
2
ln/
11
exp
2
2
l
l
IIEl
pI
I
s
ps

ỡỹ
-
ùù
=-
ớý
ùù
ợỵ

0
I

(2.69)
Trong phm vi ca cỏc s thng giỏng yu, cỏc thụng s ca cỏc s thng giỏng bc
x ó cho thy qua thc nghim l tuõn theo phõn b log chun. T cụng thc (2.67)
phng sai cng theo hm log
22
4
lx
ss
=
v cng log trung bỡnh l
[
]
[
]
2
ElEX
=
.
Da trờn gi thit, ta a ra c

(
)
[
]
0
exp/1
ElEII
==
ộự
ởỷ
do khụng cú s mt mỏt nng
lng trong quỏ trỡnh phõn tỏn do s nhiu lon v theo ỳng ngha
[
]
0
EII
=
. K vng,
[
]
El
t c bng cỏch s dng mi quan h tiờu chun nh trong cụng thc (2.70), cụng
thc ny phự hp cho bt c bin Gauss ngu nhiờn giỏ tr thc no. Biu thc cho
[
]
El

tip
ú t c nh minh ha theo cỏc bc nh sau:
(

)
[
]
(
)
22
expexp0.5
z
EazaEza
s
=+ộự
ởỷ
(2.70)
[
]
(
)
2
1exp0.5
l
El
s
=+

(2.71)
Do ú,
[
]
2
/2

l
El
s
=-
(2.72)
Sau khi cú c hm mt xỏc sut ca s thng giỏng bc x, vic rỳt ra mt biu
thc cho phng sai ca thng giỏng bc x,
2
I
s
, l ht sc quan trng.
2
I
s
c tớnh húa
mnh ca thng giỏng bc x. Vic ny c thc hin theo cỏc bc nh sau:
[]
( ) ()
{
}
2
2
222
0
exp2exp
I
EIEIIElEl
s
ộự
=-=-

ộựộự
ởỷởỷ
ởỷ
(2.73)
Bng vic ỏp dng cụng thc (2.70) vo cụng thc (2.73) v thay th cho
[
]
El
,
phng sai cng t c nh sau:
(
)
222
0
exp1
Il
I
ss
ộự
=-
ởỷ
(2.74)
Phng sai chun húa ca cng , thng c bit n di tờn gi l ch s
nhp nhỏy (S.I.) v c biu din nh sau:
( )
2
22
2
0
exp1

I
Nl
SI
I
s
ss
===-
(2.75)
Nh vy, mụ hỡnh kờnh log chun ch phự hp cho kờnh nhiu lon yu.
ỉ Mụ hỡnh kờnh Gamma-Gamma:
Bc x chun húa I=XY cú th c phõn chia thnh cỏc h s m hot ng ging
nh quỏ trỡnh iu ch khi X v Y xut hin tng ng, t cp ln (large- scale) v cp


14
nhỏ (small-scale) của hiệu ứng không khí. Để phát triển một mô hình PDF của bức xạ với
các tham số có thể liên quan trực tiếp tới các điều kiện không khí và vẫn đảm bảo với lý
thuyết sự nhấp nháy được giới thiệu ở đây, giả sử rằng cả hai cấp độ mạnh và cấp độ yếu
của sự dao động bức xạ được tổ chức bởi các phân bố gamma
1
()
()exp(),0,0
()
X
X
pXXX
a
aa
aa
a

-
=->>
G
(2. 76)
1
()
()exp(),0,0
()
Y
Y
pYXY
b
bb
bb
b
-
=->>
G
(2. 77)
Phân bố gamma được lựa chọn ở đây vì nó đã cho thấy đó là phép xấp xỉ phù hợp
cho nhiều bài toán lan truyền liên quan tới cường độ. Bằng việc cố định X và viết Y = I / X ,
ta thu được hàm mật độ xác suất PDF có điều kiện
1
(/)
(|)exp(/),0
()
Y
IX
pIXIXI
X

b
bb
b
b
-
=->
G
(2. 78)
Khi X là giá trị trung bình (có điều kiện) của I . Để thu được phân bố bức xạ không
có điều kiện, điều này dẫn tới
0
()(|)()
YX
pIpIXpXdX
¥
¶
=
ò

()
()/2
1
2
2()
(2),0
()()
IKII
ab
ab
ab

ab
ab
ab
+
+
-
-
=>
GG
(2. 79)
được gọi là giá trị phân bố gamma-gamma.
Phân bố Gamma-Gamma trong phương trình (2.68) có thể được xác định như một
dạng tổng quát của phân bố K. Để nhận ra điều này, chúng ta sẽ có một chú ý rằng phân bố
Gamma-Gamma làm giảm phân bố K khi
α
và β là đồng nhất. Phân bố Gamma-Gamma thu
được ở đây cũng không phải là một mô hình hàm mật độ xác suất mới.
PDF Gamma-Gamma (2.68) được chuẩn hóa trong trường hợp mà
1
I
=
Vì
vậy, đối với thời điểm thứ hai chúng ta có
2
(11/)(11/)
I
ab
=++
, và bằng cách so sánh
kết quả này với phương trình

22222
(1)(1)
XY
IXY
ss
==++
, với giả sử
1
XY
==
, và
2
X
s
và
2
Y
s
là phương sai chuẩn hóa của X và Y tương ứng. Chúng ta có thể xác định các tham số
của phân bố Gamma-Gamma với sự nhấp nháy cấp độ lớn và nhỏ theo
22
ln
22
ln
11
exp()1
11
exp()1
XX
YY

a
ss
b
ss
==
-
==
-
(2. 80)
Điều này cho thấy chỉ số nhấp nháy tổng từ phương trình ban đầu
22222
IXYXY
sssss
=++
liên quan tới những tham số này là:


15
2
111
I
s
abab
=++
(2. 81)
Dựa vào phương trình (2.80), rõ ràng là các tham số α

và β có thể liên quan trực tiếp
tới tới các điều kiện không khí thông qua các mô hình cho sự nhấp nháy cấp độ lớn và nhỏ
(large scale and small scale). Đặc điểm này của phần bố Gamma- Gamma làm cho việc phát

hiện phỏng đoán và các xác suất mờ được liên kết với kênh không khí đã được nêu [8].
Hàm phân bố tích lũy CDF (cummulative distribution function) của hàm mật độ xác
suất Gamma-Gamma PDF có thể được tìm thấy ở dạng closed-form. Hàm phân bố tích lũy
CDF được liên kết với phân bố Gamma-Gamma đã được tìm ra:

[ ]
0
()()
sin()()()
T
I
T
PIIpIdI
p
pabab
£==
-GG
ò

2
()
(;1,1;)
(1)
T
T
l
I
FI
b
ab

bbbaab
bba
ì
´+-+
í
G-+
î

2
()
(;1,1;)
(1)
T
T
l
I
FI
a
ab
aaabab
aab
ü
-+-+
ý
G-+
þ
(2. 82)

Nhiều mô hình thống kê cho sự biến động cường độ thông qua các kênh FSO đã
được đề xuất trong hai thập kỷ qua. Đối với nhiễu loạn yếu, hàm mật độ xác suất cường độ

(pdf) được mô hình hóa như một phân bố log chuẩn (log_normal), thông qua phép đo thực
nghiệm biên độ log của cường độ quang có pdf Gauss với phương sai
2
X
s
được cho bởi:
2
27/6211/6
0,30545()
4
R
Xn
kCLz
s
s
=» (2. 83)
Trong đó:
2
()
n
CL
là chỉ số của tham số cấu trúc khúc xạ ở độ cao L (giả định là
không đổi dọc theo đường truyền), k = π/λ là số sóng quang quang, z là khoảng cách truyền,
và
2
R
s
là phương sai Rytov định nghĩa:
227/611/6
1,23

Rn
Ckz
s
=
(2.84)
Lưu ý rằng
2
R
s
có thể được đo trực tiếp từ các thông số khí quyển.
Sự phân bố log-normal không thể mô tả hiệu ứng nhấp nháy trong chế độ nhiễu loạn
mạnh. Trong một cách tiếp cận mới để lập mô hình kênh, một phân bố Gamma-Gamma đã được
sử dụng cho mô hình fading trong khí quyển. Trong trường hợp này, pdf của h
a
được cho là:

( )
(
)
()
()
()
/2
1
2
2
()()2
()
a
haaa

fhhKh
ab
ab
ab
ab
ab
ab
+
+
-
-
=
GG
(2.85)


16
Trong đó
(.)
K
ab
-
là hàm Bessel cải tiến loại hai, và 1/β và 1/α là phương sai của các
nhiễu loạn quy mô nhỏ và lớn tương ứng. Người ta đã chứng minh rằng pdf Gamma-
Gamma phù hợp với các phép đo dưới nhiều điều kiện nhiễu loạn.
2.6. Kết luận
Nội dung Chương 2 trình bày khái niệm và mô hình giải tích của các tham số đường
truyền FSO bao gồm suy hao đường truyền, nhiễu loạn không khí yếu, mạnh và sự lệch
hướng. Dựa trên mô hình kênh nêu ở chương 2, việc phân tích, đánh giá hiệu năng của hệ
thống FSO dưới ảnh hưởng của nhiễu loạn mạnh và lệch hướng sẽ được trình bày trong

chương 3.


17
CHƯƠNG III. HIỆU NĂNG HỆ THỐNG FSO DƯỚI ẢNH HƯỞNG
CỦA NHIỄU LOẠN MẠNH
Chương này nghiên cứu hiệu năng của hệ thống thông quang không dây (FSO) qua
các kênh nhiễu loạn không khí mạnh.
Nội dung chính của chương bao gồm:
-

Mô hình hệ thống FSO sử dụng trong phân tích hiệu năng.
-

Mô hình toán học tính tỷ lệ lỗi bit BER của hệ thống FSO.
-

Kết quả khảo sát BER, nhận xét và đánh giá hiệu năng hệ thống.
3.1.

Giới thiệu
Chương này trình bày về hiệu năng BER của hệ thống FSO hỗ trợ chuyển tiếp (hệ
thống FSO đa chặng) qua các kênh nhiễu loạn không khí mạnh và lệch hướng. Trong quá
trình phân tích sẽ đưa thêm vào các ảnh hưởng của kênh nhiễu loạn không khí gồm cả sự
suy hao đường truyền, giãn xung. Không giống như các nghiên cứu trước đây thường sử
dụng điều chế hai cấp, ví dụ như, on-off keying (Ook) hoặc điều chế vị trí xung nhị phân
(BPPM), trong nghiên cứu này sử dụng PPM M mức với M ≥ 2 cho các hệ thống FSO đa
chặng. Tất cả các nút chuyển tiếp dựa trên kỹ thuật phát hiện và chuyển tiếp tín hiệu,
phương pháp này đơn giản hơn kỹ thuật phát hiện và chuyển tiếp bit. Để có một nghiên cứu
toàn diện ảnh hưởng của nhiễu bộ thu nhiễu cũng được tính đến.

3.2.

Mô hình của hệ thống FSO
Mô hình hệ thống FSO đa chặng biểu diễn trong hình 3.1. Nút nguồn (S) truyền tín
hiệu số liệu tới nút đích (D) thông qua sự hỗ trợ của chuỗi N nút trung gian gọi là nút
chuyển tiếp. Ở nút nguồn, số liệu vào đầu tiên được phân tách thành các khối b bit. Mỗi
khối sau đó được ánh xạ vào một trọng số M ký hiệu (
s
0
,
s
1
, ,
s
M
), trong đó
M
= 2
b

Hình 3. 1. . Hệ thống FSO đa chặng phát hiện và chuyển tiếp dùng M-PPM
Trong điều chế PPM, khoảng thời gian mỗi kí hiệu
T
w
, được chia thành M khe thời
gian riêng biệt và một xung quang với năng lượng trung bình không đổi
P
t
được gửi đi tại
một trong

M
khe thời gian, trong khi M-1 khe thời gian còn lại được để trống.


18
3.3. Mô hình toán học đánh giá lỗi bit (BER) của hệ thống
3.3.1. Mô hình kết hợp nhiễu loạn mạnh và lệch hướng
Hệ số kênh đường truyền được xác định gồm 3 hệ số là suy hao không khí (
h
l
),
hệ số
nhiễu loạn khí quyển ( h
a
) và hệ số suy hao do lệch hướng (
h
p
) . Vì vậy hệ số
kênh đường
truyền được xác định
h
=
h
l
h
a
h
p.

Do nhiễu loạn không khí, cường độ tín hiệu quan sát được tại bộ thu quang dao

động ngẫu nhiên. Điều này được coi là sự nhấp nháy và nguyên nhân chính làm suy giảm
hiệu năng của hệ thống FSO.
Ngoài ra, hệ số suy hao của công suất được mô tả bởi luật Beers-Lambert theo quy
luật hàm mũ
()
()exp()
(0)
l
Pz
hzz
P
s
==-
(3.8)
trong đó
()
l
hz
là suy hao qua đoạn truyền dẫn với chiều dài z, P(z) là công suất tại
khoảng cách z,
s
là hệ số suy hao. Sự suy hao này phụ thuộc vào kích thước của
các mẫu tán xạ và bước sóng được sử dụng.
Hàm phân bố xác suất của
lap
hhhh
=
có thể được tính theo.
()()()
a

a
hahaa
hh
fhfhhfhdh
=
ò

(3.9)
3.3.2. Tỉ số tín hiệu trên nhiễu
Tỉ số tín hiệu trên nhiễu điện SNR tại bộ chuyển tiếp thứ i (hoặc tại nút đích) sử dụng
điều chế PPM có thể được xác định như sau:
22
2
()
sn
ii
sn
ii
SNR
mm
ss
-
=
+
(3.17)
Ta tính được:
(
)
2
1,

4
1,
2
B
L
tii
kT
tii R
Ph
SNR
ePhff
-
-
Â
=
ÂD+D

(3.20)
Ở đây e là điện tích electron, k
B
là hằng số Boltzmann; T là nhiệt độ tuyệt đối; R
L
là
điện trở tải; và Df = B
e
/2 là băng thông nhiễu hiệu dụng.
Nếu coi nhiễu nổ là lớn hơn đáng kể so với nhiễu nhiệt SNR được cho bởi :
1,
2
tii

Ph
SNR
ef
-
Â
=
D
(3.21)
3.3.3. Tỉ lệ lỗi bit (BER).
Trong phần này, xác suất lỗi ký hiệu P
sep
của mỗi chặng sẽ được tính toán đầu
tiên. Dựa vào xác suất lỗi của hệ thống FSO đơn chặng, ta sẽ tính toán BER của hệ
thống FSO đa chặng.


19
P
i
là xác xuất lỗi ký hiệu tại bộ thu của nút thứ i với i = 1, 2, …N+1, xác suất lỗi ký hiệu tại
nút thứ i có thể được tính toán như sau:
( )
21
isep
M
PP
M
=
-
(3.22)

Ta tính được:
( )
ER
21
e
M
BP
M
=
-
(3.27)
3.4. Kết quả khảo sát BER, nhận xét và đánh giá.
Phần này trình báy khảo sát hiệu năng BER của hệ thống FSO đa chặng sử dụng
điều chế PPM . Giả định rằng khoảng cách giữa các bộ chuyển tiếp là bằng nhau dọc theo
tuyến truyền dẫn L km từ nguồn tới đích. Để có một so sánh công bằng cho hệ thống FSO
đơn chặng thông thường sử dụng OOK hoặc BPPM, các phân tích được xem xét dưới sự
ràng buộc về công suất trung bình trên bit là P
s
. Mối quan hệ giữa công suất trung bình trên
khe thời gian (P
t
) và P
s
được cho bởi:
st
P
N
MM
P
1

log
2
+
=
(3.28)
Ở đây N+1 là số chặng. Các tham số và các hằng số hệ thống được sử dụng trong
phân tích này được chỉ ra trong bảng 3.1
Bảng 3. 1. Tham số và các hằng số hệ thống
Tên

Ký hiệu

Giá trị

Điện tích electron

e

19
1.610
-
´
C
Độ nhạy photodiode

Â

0.5 A/W

Tỷ lệ ngoài của sự nhiễu loạn

L
0
10 m

Hệ số suy hao

l
a

0.1 km
-
1

Đường kính độ mở máy thu

2a 20 cm

Bán kính chùm tia tại 1km

z
w

2.5 m

Độ lệch chuẩn jitter

s
s

30 cm

Bước sóng

l

1550 nm

Hệ số cấu trúc chỉ số khúc xạ
2
n
C

3x10
-
14
m
-
2/3




20
Bằng việc sử dụng chương trình Matlab, chúng ta cố định các tham số (khoảng cách,
công suất phát ) và thực hiện cho chạy một số các tham số như: số nút (số chặng), tốc độ
bit sau đó tập hợp các kết quả và đưa ra được đồ thị mô phỏng như dưới đây:

Hình 3. 2. BER theo công suất truyền trên bit với R
b

= 1 Gbps và L=5 km

Hình. 3.3 khảo sát BER của hệ thống FSO theo công suất phát trên bit cho hai
trường hợp, đơn chặng và đa chặng. Ngoài ra, hai cấp độ điều chế, BPPM và 4-PPM được
khảo sát và so sánh. Do ảnh hưởng của khí quyển, đặc biệt là nhiễu loạn mạnh và lệch
hướng, hiệu suất của các hệ thống FSO đơn chặng sử dụng BPPM là rất hạn chế. Với
khoảng cách 5 km, yêu cầu công suất truyền khoảng 22 dBm để cung cấp BER là 10
-6
. Bằng
cách triển khai FSO đa chặng với N nút chuyển tiếp (N> 0), mức công suất yêu cầu được
giảm đáng kể. Ví dụ, hệ thống FSO đa chặng BPPM với 2 nút chuyển tiếp đòi hỏi công suất
truyền chỉ -5 dBm để cung cấp BER là 10
-6
. Hình 3.3 cũng cho thấy rằng các yêu cầu công
suất phát có thể giảm thêm khi dùng 4-PPM. Ở đây khi kết hợp truyền dẫn đa chặng và M-
PPM là một giải pháp tốt cho nhiễu loạn mạnh và lệch hướng.




21

Hình 3. 3. BER theo số lượng các nút chuyển tiếp với P
s
= 0 dBm, R
b
= 1Gbps,
và L = 10 km
BER của hệ thống FSO đa chặng được đánh giá khi số lượng các nút chuyển tiếp
thay đổi từ 0 đến 10. Giả định rằng công suất phát là 0 dBm và khoảng cách là 10 km. Hình

3.4 chỉ ra rằng số lượng các nút chuyển tiếp cần thiết để đạt được một giá trị cụ thể của BER
có thể được giảm bằng cách sử dụng M-PPM, một phương pháp điều chế hiệu quả về năng
lượng. Trong trường hợp sử dụng BPPM, hệ thống FSO đa chặng cần 5 nút chuyển tiếp để
đạt được BER là 10
-6
trong khi chỉ cần 3 nút chuyển tiếp trong trường hợp sử dụng 16-
PPM. Việc giảm số lượng các nút chuyển tiếp giúp giảm chi phí triển khai các hệ thống
FSO đa chặng.



22

Hình 3. 4. BER so với tốc độ bit với P
s
= 0 dBm và L = 5 km

Hình 3.5 cho thấy BER của hệ thống FSO 4-PPM như một hàm của tốc độ bit với P
s

= 0 dBm và L = 5 km. Nhờ truyền dẫn đa chặng, BER được cải thiện đáng kể. Ngoài ra, các
hệ thống FSO đa chặng có thể hỗ trợ tốc độ bit rất cao so với đơn chặng. Ví dụ, tốc độ bit có
thể hỗ trợ của hệ thống FSO đơn chặng (tại BER = 10
-6
) là dưới 1 Gbps trong khi tốc độ bit
10 Gbps có thể thu được với hệ thống FSO đa chặng sử dụng 2 nút chuyển tiếp.

BER của hệ thống FSO đa chặng được đánh giá khi số lượng các nút chuyển tiếp
thay đổi từ 0 đến 10. Hình 3.5 cho thấy BER của hệ thống FSO 4-PPM như một hàm của
tốc độ bit với P

s
= 0 dBm và L = 5 km.

Trên đây là các chương trình và kết quả nghiên cứu của TS. Đặng Thế Ngọc. Xong qua
quá trình nghiên cứu tìm hiểu học viên cũng đã thu được những kết quả tương tự, do thời
gian có hạn nên trong quyển luận văn này là nhắc lại các kết quả nghiên cứu trước đó.
3.5.

Kết luận chương 3
Chương này đã phân tích hiệu năng BER của hệ thống FSO đa chặng qua môi trường
nhiễu loạn không khí và lệch hướng. Các kết quả tính toán cho thấy sự cải thiện đáng kể
hiệu năng BER của hệ thống FSO nhờ vào việc sử dụng kỹ thuật truyền dẫn đa chặng, kết
hợp với sử dụng phương pháp điều chế M-PPM.


23
KẾT LUẬN

Luận văn đã trình bày một cách tổng quan nhất về hệ thống truyền trông
quang không dây (FSO), các ưu điểm và thách thức đối với hệ thống. Trình bày các
nguyên nhân chính làm suy giảm hiệu năng của hệ thống, phương pháp phân tích
hiệu năng của hệ thống FSO dưới ảnh hưởng của nhiễu loạn, đặc biệt là nhiễu loạn
mạnh. Luận văn cũng đã khảo sát việc sử dụng các kỹ thuật đa chặng nhằm làm giảm
ảnh hưởng của nhiễu loạn mạnh và lệch hướng từ đó giúp cải thiện hiệu năng hệ
thống FSO.
Các kết quả nhận được từ luận văn là tiền đề cho việc nghiên cứu, phát triển
các kỹ thuật làm giảm ảnh hưởng của nhiễu loạn mạnh và lệch hướng từ đó giúp tăng
cự ly truyền dẫn và dung lượng của các hệ thống FSO.