Nghiên cứu kỹ thuật thông tin quang vô tuyến và tính toán thiết kế tuyến quang vô tuyến tại thành phố đà nẵng

-1-

B

GIÁO D C VÀ ĐÀO T O
Đ I H C ĐÀ N NG

TR N NG C CƯƠNG

NGHIÊN C U K THU T THƠNG TIN QUANG VƠ
TUY N VÀ TÍNH TỐN THI T K TUY N QUANG VÔ
TUY N T I THÀNH PH ĐÀ N NG

Chuyên ngành : K thu t ñi n t
Mã s :
: 60.52.70

TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T

Đà N ng - Năm 2011


-2-

Cơng trình đư c hồn thành t i
Đ I H C ĐÀ N NG

Ngư i hư ng d n khoa h c: GVC.TS. Nguy n Văn Tu n

Ph n bi n 1: PGS.TS. Tăng T n Chi n

Ph n bi n 2: TS. Nguy n Hoàng C m

Lu n văn ñư c b o v trư c H i ñ ng ch m Lu n văn t t
nghi p th c sĩ k thu t h p t i Đ i h c Đà N ng vào ngày 25
tháng 06 năm 2011

* Có th tìm hi u lu n văn t i:
- Trung tâm Thông tin - H c li u, Đ i h c Đà n ng
- Trung tâm H c li u, Đ i h c Đà N ng.


-1-

M

Đ U

1. TÍNH C P THI T C A Đ TÀI
Vi c nghiên c u, tìm hi u k thu t quang vô tuy n là m t v n ñ c p
thi t nh m hi u rõ nguyên lý ho t ñ ng, cách t ch c thành m ng thơng
tin băng thơng r ng. Có ng d ng trong nhi u lĩnh v c khác nhau,
trong ñi u ki n th i ti t, đ a hình c a nư c ta nói chung và thành ph
Đà N ng nói riêng.
2. M C ĐÍCH NGHIÊN C U
ng d ng k thu t quang vô tuy n, xây d ng m ng thông tin băng
r ng cho các đơ th l n. Tính tốn thi t k m ng thông tin quang vô
tuy n c th cho thành ph Đà N ng t đó m r ng áp d ng cho m ng
thông tin băng r ng cho các đơ th trên c nư c.
3. Đ I TƯ NG VÀ PH M VI NGHIÊN C U
a) Đ i tư ng nghiên c u:

* K thu t quang vô tuy n
* Đi u ki n khí h u, th i ti t c a nư c ta nói chung và thành ph Đà
N ng nói riêng
* Tuy n thơng tin quang vơ tuy n có xem xét đ n các y u t khí h u
th i ti t c th .
b) Ph m vi nghiên c u :
* Lý thuy t v k thu t quang vô tuy n cho m ng thông tin băng r ng
trong nư c và m t s khu v c khác nhau

nư c ta.

* Ph n m m chuyên d ng Optiwave đ tính tốn mơ ph ng tuy n
thơng tin quang vô tuy n .
* Tuy n thông tin quang vô tuy n t i thành ph Đà N ng
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U


-2* Phương pháp nghiên c u xuyên su t là nghiên c u lý thuy t k t h p
v i mô ph ng b ng ph n m m chuyên d ng ñ ki m ch ng lý thuy t
tính tốn.
5. Ý NGHĨA KHOA H C VÀ TH C TI N C A Đ TÀI
* Góp ph n xây d ng m ng thông tin quang vô tuy n băng thơng r ng
có xem xét đ n đi u ki n khí h u nư c ta nh m ph c v t t hơn cho
nhu c u thông tin ngày càng tăng c a ngư i s d ng.
* M ng thông tin mang l i hi u v qu kinh t , chính tr , th m m cho
các thành ph l n
6. D

KI N CÁC K T QU Đ T ĐƯ C

* N m v ng ñư c k thu t thông tin quang vô tuy n
* Xây d ng đư c tuy n thơng tin quang vô tuy n c th t i thành ph
Đà N ng
7. TÊN LU N VĂN
NGHIÊN C U K THU T THƠNG TIN QUANG VƠ TUY N
VÀ TÍNH TỐN THI T K TUY N QUANG VÔ TUY N T I
THÀNH PH

ĐÀ N NG

8. K T C U LU N VĂN
Lu n văn g m 5 chương.
Chương 1: T ng quan v k thu t thông tin quang vô tuy n
Chương 2: H th ng thu phát quang vô tuy n
Chương 3: Phương trình truy n sóng và suy hao tín hi u trong mơi
trư ng truy n sóng
Chương 4: Tính tốn tuy n thơng tin quang vơ tuy n xem xét đ n các
đi u ki n khí h u c th
Chương 5: Thi t k tuy n thông tin quang vô tuy n t i Đà N ng và mô
ph ng b ng ph n m m Optiwave
K T LU N VÀ HƯ NG PHÁT TRI N Đ TÀI


-3-

CHƯƠNG 1
T NG QUAN V K THU T THÔNG TIN QUANG
VÔ TUY N
1.1 Gi i thi u chương
Chương này gi i thi u v k thu t quang vô tuy n, ng d ng c a

quang vô tuy n, so sánh ưu như c đi m c a quang vơ tuy n và các h
th ng thông tin khác như h th ng thông tin s i quang và các h th ng
thông tin vô tuy n
1.2 Gi i thi u v k thu t quang vô tuy n
1.2.1 L ch s ra ñ i và phát c a các h th ng thơng tin vơ tuy n
Ra đ i vào nh ng th p niên gi a th k XX h th ng thông tin
quang vô tuy n v i nh ng ưu ñi m vư t tr i như băng thơng r ng, tính
linh ho t c a h th ng.v.v đã nhanh chóng đư c đưa vào ng d ng
trong cu c s ng nh m ph c v nhu c u s d ng thông tin băng thông
r ng c a ngư i tiêu dùng. Các qu c gia phát tri n m nh h th ng quang
vô tuy n như M , Na Uy, Th y Đi n, Pháp…
1.2.2 Đ c ñi m c a h th ng thông tin quang vô tuy n
* H th ng thông tin quang vô tuy n Free Space Optics (FSO) ra đ i là
s thay th sóng đi n t ElectroMagnetic (EM) b ng sóng ánh sáng.
V i bư c sóng trong kho ng t 780 - 1580 nm tương ng v i t n s
kho ng t 200 - 300 THz
* Băng thông c c r ng có kh năng mang m t lư ng tin l n là m t ưu
ñi m n i tr i c a h th ng thông tin quang vô tuy n.
* Làm vi c

t n s ánh sáng nên vư t ra ngoài ph m vi c a qu n lý t n

s chính v y khơng c n đăng ký và phân chia vùng t n s .
* M t đ c đi m khơng mong mu n là tín hi u quang vơ tuy n b suy
hao nhi u trong mơi trư ng truy n đ c bi t là trong mơi trư ng có mưa,
sương mù, khói b i..v.v.


-41.3

ng d ng c a quang vô tuy n

1.3.1 T ch c m ng Last mile
* Cung c p các k t n i linh ho t.
* Kh năng s n sàng s d ng m ng và ñ tin c y cao.
* Dung lư ng trên m t ngư i dùng cao.
* Gi m chi phí thi t k thi cơng h th ng.
* Gi m đư c vi c đào đư ng chơn cáp, gi m đư c vi c treo cáp lên c t
ñi n.
1.3.2 T ch c m ng MAN thành ph , LAN to LAN trong các t
ch c doanh nghi p l n.
* FSO có th cung c p 1 giao di n Ethernet trong môi trư ng LAN to
LAN. Đi u này làm gi m b t v n ñ kinh t trong vi c thi t l p các k t
n i, giao di n gi a các khu v c, và vi c h tr ñơn gi n.
1.3.3

ng d ng m ng GSM và 3G

* FSO cung c p 1 băng thông l n, không yêu c u s c p phép nào, cho
phép nhà ñi u hành m ng tri n khai m ng nhanh chóng và giá thành
th p. Ph c v t t cho m ng ñi n tho i 3G ñã ñư c ñưa vào khai thác s
d ng. Trong tương lai m ng 4G, 4,5G s ñưa vào ng d ng như các
nư c phát tri n Na Uy, Thu Đi n…
1.3.4 T ch c m ng thơng tin băng r ng t c đ cao cho các ho t
ñ ng dư i nư c
* Ph c v cho tàu bi n, tàu ng m, nghiên c u đ i dương, tìm ki m c u
n n…Là m t nhu c u công vi c r t thi t th c ph c ph t t cho nh ng
ho t ñ ng trên bi n k c quân s và dân s .
1.3.5 T ch c m ng thông tin băng r ng cho các v tinh vũ tr .
* T ch c m ng thông tin cho các v tinh vũ tr liên l c v i nhau, liên

l c v i máy bay và liên l c v i các tr m m t đ t là hồn tồn có th


-5* Càng cao thì khơng khí l i có ít thành ph n làm c n tr ho c ph n x
sóng hơn, so v i t ng khơng khí g n dư i m t ñ t nên cùng m t cơng
su t phát thì c li liên l c s ñư c xa hơn
1.4 So sánh ưu như c đi m c a quang vơ tuy n và các h th ng
thông tin khác
1.4.1 H th ng thông tin h u tuy n dùng cáp ñ ng tr c
* Băng thơng h p, suy hao tín hi u l n
* Tri n khai h th ng ph c t p
* Giá thành c a h th ng cao vì v y h th ng thơng tin dùng cáp ñ ng
tr c ra ñ i t nh ng th p niên ñ u c a th k XX và liên l c trong c li
ng n.
1.4.2 CATV (cáp truy n hình)
* H th ng truy n hình cáp đã ñư c m r ng ñ cung c p thông tin hai
chi u trên ñư ng cáp v t lý s n có. Nhưng băng thơng cho hư ng thơng
tin t khách hàng ñ n m ng và t s S/N ñ t ñư c là b gi i h n nên
ngư i dùng g p khó khăn khi chia s cáp truy n hình v i các ngư i
dùng khác.
1.4.3 Nh ng h th ng thông tin vô tuy n
* M i h th ng thông tin vô tuy n đ u có nh ng ưu, như c đi m khác
nhau. M i h th ng ph c v m t v trí, m t nhi m v khác nhau nhưng
có m t như c đi m chung là băng thơng khơng đư c r ng b ng thơng
tin quang vơ tuy n, chính v y kh năng mang tín hi u kém. H th ng
thơng tin quang vơ tuy n ra ñ i b sung thêm ưu ñi m cho h thơng
thơng tin vơ tuy n làm hồn thi n thêm h th ng.
1.4.4 H th ng thông tin cáp quang
* Cáp quang là phương ti n tr i hơn vì cung c p dung lư ng thơng tin
l n, đ suy hao tín hi u nh , ch t lư ng tín hi u cao.

* Nhưng tri n khai h th ng v i giá thành cao và khơng phù h p v i
nh ng nơi có ñ a hình ph c t p.


-61.4.5 H th ng thông tin quang vô tuy n
* Là h th ng thơng tin vơ tuy n có băng thơng r t r ng có kh năng
đáp ng v i m ng thông tin băng thông r ng.
* Giá thành th p, linh ho t trong tri n khai h th ng.
* Mang l i th m m cho thành ph .
* Suy hao tín hi u l n trong mơi trư ng truy n.
1.4.6 Xác đ nh ch t lư ng c a h th ng quang vơ tuy n
* Phép đo ch y u giá tr c a h th ng thông tin quang vô tuy n là nó
có th truy n d li u băng r ng hi u qu cao, v i t l l i bit BER ch p
nh n ñư c thư ng là 10-6 ho c t t hơn. Công su t phát cho phép

d i

bư c sóng t 750 – 1550 nm
1.5 K t lu n chương
H th ng thông tin vơ tuy n góp ph n đáp ng đư c yêu c u băng
thông r ng cho ngư i tiêu dùng, góp ph n làm hồn thi n hơn h th ng
thơng tin hi n có. Kh c ph c ñư c vi c tri n khai h th ng thơng tin
g p nhi u khó khăn vì chi phí cao và vư ng m c c s h t ng hi n t i.
CHƯƠNG 2
H TH NG THU PHÁT QUANG VÔ TUY N
2.1 Gi i thi u chương
Chương này gi i thi u v k thu t ph n phát, ph n thu c a h th ng
quang vô tuy n.
2.2 Ph n phát
2.2.1 Gi i thi u chung v h th ng

* K thu t FSO là k t n i m ng vô tuy n dùng ánh sáng thay cho sóng
radio, là k t n i quang d a trên cơ s Laser mà không dùng s i quang.
2.2.2 Các ñ c ñi m c a b phát


-7* Các h th ng ho t đ ng ngồi tr i thư ng s d ng các Laser công
su t cao trong nhóm 3B (trong b ng 2.1) đ ñ t ñ d tr công su t t t
nh t.
* B phát thư ng s d ng laser diode vì nó ph bi n trên th trư ng và
đáp ng nh ng bư c sóng mong mu n. Nh ng tham s then ch t c n
ph i xem xét trong quá trình thi t k : bư c sóng λ , cơng su t P0, th i
gian lên tr , th i gian xu ng t f .
2.2.3 Laser phát x m t
* Đ th a mãn yêu c u trên, ta thư ng s d ng Laser phát x m t v i
b c ng hư ng th ng ñ ng (VCSELs) dùng cho ph m vi bư c sóng
h ng ngo i ng n và Laser FD hay DFB dùng cho ph m vi bư c sóng
h ng ngo i dài. Các lo i Laser khác là khơng thích h p cho h th ng
FSO hi u su t cao.
2.2.4 Laser Diode bán d n (LD)
* Băng t n c a h th ng thông tin quang địi h i khá l n, như v y các
LD s phù h p hơn là các ñi t phát quang LED
2.2.5 Đi u khi n công su t laser
* Th i gian s ng c a m t laser ph thu c nhi u vào công su t phát c a
laser
* Đ tin c y c a laser là ñi u ñáng quan tâm ñ i v i h th ng quang
khơng dây. Laser c n có th i gian gi a hai l n sai h ng là 8 năm ho c
hơn. Hai y u t

nh hư ng ñ n th i gian s ng c a laser diode bán d n

là: Công su t và nhi t đ c a laser
2.2.6 Đi u ch tín hi u
* Trong k thu t thông tin vô tuy n nói chung và h th ng thơng tin
quang vơ tuy n nói riêng vi c đi u ch tín hi u tín hi u r t quan tr ng
vì đ ñ m b o ñ sâu ñi u ch , ñ méo tín hi u trong ph m vi cho phép.
* Trong k thu t quang có nh ng phương pháp đi u ch tín hi u cơ b n
như sau. Đi u ch khố d ch biên đ (ASK) hay đi u ch đóng m


-8OOK, đi u ch khố d ch t n FSK, ñi u ch khoá d ch pha PSK, ñi u
ch khố d ch pha vi phân DPSK, đi u ch phân c c PoLSK.
2.2.8 Ngu n khu ch ñ i
* Ngu n khu ch ñ i, như EDFAs và các b

khu ch ñ i bán d n

(SOAs), ñư c s d ng đ nâng cơng su t phát c a các ngu n Laser.
2.2.9 H th ng bám ñu i
* Trong h th ng thơng tin quang khơng dây thì c n thi t có h th ng
bám đu i quang. Nh m kh c ph c nh hư ng l ch chùm tia

phía thu.

* Biên c a tuy n FSO thăng gián b i s khơng chính xác trong l p đ t
theo th i gian. Do đó, c n m t ph n c ng ñi u khi n b phát laser ho c
s d ng b phát t o ñ tr i chùm tia ñ l n ñ bù s lay ñ ng c a tòa
nhà ñ t h th ng.
2.3 Ph n thu
* Thi t b thu quang (b thu quang) đóng m t vai trị r t quan tr ng
trong h th ng thông tin quang, nơi mà thi t b này thu nh n m i đ c

tính tác đ ng trên tồn tuy n.
* Thi t b thu quang c n ph i có đ nh y cao, đáp ng nhanh, nhi u
th p, giá thành h và b o ñ m ñ tin c y cao.
2.3.1 Cơ ch thu quang
* Trên cơ s c a hi u ng quang ñi n là quá trình h p th ánh sáng
trong ch t bán d n. Khi ánh sáng ñ p vào m t v t th bán d n, các ñi n
t trong vùng hóa tr đư c chuy n d i t i vùng d n nhưng n u khơng
có m t s tác đ ng x y ra thì s khơng thu đư c k t qu gì mà ch có
các ñi n t chuy n ñ ng ra xung quanh và tái h p tr l i v i các l
tr ng vùng hố tr . Do đó đ bi n ñ i năng lư ng quang thành ñi n ta
ph i t n d ng tr ng thái khi mà l tr ng và ñi n t chưa k p tái h p.
2.3.2 Thi t b thu, tách sóng


-9* Trong quang vô tuy n thư ng hay dùng các lo i linh ki n tách sóng là
VCSELs, Si-PIN, Si-APD, InGaAs m i lo i có m t ưu như c ñi m
khác nhau tùy theo yêu c u thi t k m ng ñ l a ch n
2.3.3 H s chuy n ñ i quang ñi n
* H s chuy n ñ i quang ñi n cho bi t kh năng bi n đ i cơng su t quang
thành dịng đi n. Cơng th c tính dịng đi n sinh ra t các photon là:
dq
dN
η .λ .e.PT
i0 = 0 = η .e 0 ⇔ i p =
= RPT
dt
dt
hc
g i R h s chuy n ñ i quang ñi n[A/W] R =

η .λ .e
hc

2.3.4 T p âm c a tách sóng quang
* Trong máy thu nói chung t s S/N ph n l n ñư c quy t ñ nh b i
kh i tách sóng và ti n khu ch ñ i.
2.3.5 Thi t b thu phát quang c th
* Hình 2.9 gi i thi u mơ hình 1 b thu phát Laser dùng trong h th ng
FSO
2.3.6 S an toàn v i m t ngư i
* Khi l p đ t h th ng thơng tin quang vơ tuy n, thi t b phát t o ra
nh ng chùm laser vào nh ng khu v c có ngư i sinh s ng nên đ m b o
an tồn cho m t ngư i tr nên quan tr ng. Yêu c u nhà thi t k ph i l a
ch n bư c sóng an tồn nh t.
2.4 K t lu n chương
Nh ng v n ñ k thu t đư c trình bày trong chương đã cho th y
h th ng FSO ra đ i hồn tồn d a trên nh ng lu n ch ng khoa h c
như lý thuy t b c x ánh sáng, hi u ng ánh sáng, truy n đ n tín hi u
trong khơng gian. Các k thu t đi u ch tin t c, gi i ñi u ch tin t c,
khu ch đ i tín hi u có đ tin tư ng cao ph c v cho nhu c u s d ng
thông tin c a ngư i tiêu dùng.


- 10 CHƯƠNG 3
PHƯƠNG TRÌNH TRUY N SĨNG VÀ SUY HAO
TÍN HI U TRONG MƠI TRƯ NG TRUY N SĨNG
3.1 Gi i thi u chương
Chương này nêu ñ c ñi m đư ng truy n tín hi u quang vơ tuy n,
ñánh giá các y u t

nh hư ng t i ch t lư ng tuy n quang vô tuy n,

ñánh giá ñi u ki n th i ti t thành ph Đà N ng. Các y u t

nh hư ng

t i ñư ng truy n c a tuy n quang vơ tuy n và phương trình truy n
sóng.
3.2 Đ c đi m đư ng truy n tín hi u quang vô tuy n
3.2.1 Truy n ánh sáng
* Tuy n FSO bao hàm s truy n, h p th và tán x ánh sáng b i khí
quy n trái đ t. Khí quy n tương tác v i ánh sáng ph thu c vào thành
ph n khơng khí, trong đi u ki n bình thư ng, bao g m nhi u lo i phân
t khí và các h t lơ l ng khác nhau.
* Có nh ng vùng bư c sóng mà s truy n g n như trong su t (khơng có
h p th ) g i là c a s t n s .
3.2.2

nh hư ng c a s thay đ i khơng khí đ n ch t lư ng tín

hi u
* S thay đ i tính ch t c a khơng khí gây ra s bi n thiên cư ng đ tín
hi u theo khơng gian và th i gian
3.3 Đánh giá các y u t

ñ u thu

nh hư ng t i ch t lư ng tuy n quang vô

tuy n

3.3.1 Xét các hi n tư ng cơ b n theo lí thuy t truy n b c x ñi n t
* Trong nghiên c u truy n b c x trong môi trư ng h p th tán x , phát
x là hai y u t quan tr ng. Đ u tiên, s h p th không ch x y ra t i
biên c a tuy n mà cịn t i m i đi m trong mơi trư ng. Đi u này cũng
đúng v i hi n tư ng tán x . Đ có gi i pháp cho v n ñ truy n b c x


- 11 c n thi t ph i bi t nhi t đ c a tồn th tích và thu c tính v t lý t i m i
đi m c a mơi trư ng.
3.3.2 Đi u ki n đ áp d ng lý thuy t truy n b c x (RTT)
* S d ng x p x quang hình h c,

đó bư c sóng b c x đi n t thì

nh hơn h s thay đ i c a nh ng tham s c a vi h th ng. Phép x p x
này cho phép s d ng khái ni m chùm tia cho vi c lan truy n sóng đi n
t trong mơi trư ng.
* T t c q trình tương tác đi n t b i m t đơn v th tích trong mơi
trư ng s đư c rút g n thành ba ho t ñ ng: h p th , phát x và tán x .
3.3.3 Ho t ñ ng c a tán x
* N u môi trư ng bao g m nh ng h t nh khơng đ ng nh t, thì b c x
khi xuyên qua ñư ng truy n s b phân tán ra m i hư ng. Nh ng h t
này có th là h t b i, gi t nư c.
3.3.4 Đánh giá ch t lư ng c a tuy n
* Kh năng s d ng tuy n là y u t then ch t ñư c xem xét khi l p ñ t
h th ng.
* Đ tin c y c a thi t b .
* S li u th ng kê khí h u, th i ti t tính tốn đ suy gi m tín hi u trong
khơng khí là y u t quan tr ng làm nh hư ng t i ch t lư ng tuy n.
* Hi u su t công tác c a tuy n k c công su t phát và kh năng truy

c p m ng d n t i giá thành xây d ng m ng, giá cư c truy c p trong
ñi u ki n ñ m b o ch t lư ng thơng tin như t l l i bít BER, đ tr tín
hi u…
3.4 Phương trình truy n sóng
3.4.1 Phương trình truy n cơ b n
* Phương trình truy n c a h th ng quang vơ tuy n

d ng đơn gi n

(b qua hi u su t quang máy phát, nhi u máy thu…) đư c nêu
th c sau.

cơng


- 12 -

PR = PT .

AR
.exp(-α .Range)
( Div.Range)2

(3.1)

Trong đó: A R là di n tích m t máy thu (m2); Div là góc phân kì c a
chùm tia (radian); α là h s suy gi m khơng khí (1/Km); P là công
T

su t máy phát (W); exp(-α .Range) là hàm mũ cơ s e c a tích h s

suy gi m và kho ng cách).
3.4.2 Đ suy gi m tín hi u trong khơng khí
* Tham s

nh hư ng đ n ch t lư ng ñư ng truy n ch y u là s suy

hao khơng khí. S suy gi m công su t laser khi qua môi trư ng khơng
khí đư c đ nh nghĩa theo đ nh lu t Beers-Lambert:

τ ( R) =

P( R)
= e −σ R
P(0)

Trong đó: τ ( R ) là hàm truy n
P(0) là công su t

(3.2)

kho ng cách R. P(R) là công su t

R;

ngu n phát. σ là h s suy gi m (1/Km)

3.4.3 Phương trình truy n b c x vector xung
* Phương trình truy n b c x dư i d ng vector là:

S ∇I (r, S ) = −ρσ t I (r, S ) + ∫ P(S , S ') I (r, S ')d Ω '+ J (r, S )

4π

(3.3)

3.4.4 Phương trình truy n b c x vector xung (PVRTE) trong
mi n m t ph ng song song
* Nh ng gi thi t v môi trư ng ng u nhiên. Trong ng d ng thông tin
quang vô tuy n m t đ t, khơng khí đư c x p x b ng mơ hình m t
ph ng song song, hình 3.7.
3.5 Các tham s cơ b n ñ xây d ng m t tuy n thông tin quang vô
tuy n
3.5.1 Các tham s chính làm suy hao tín hi u
* H s suy hao t ng c ng bao g m các thành ph n suy hao tán x và
h p th .


- 13 v i: α

γ ( λ ) = α ( λ )mua + β ( λ )

mưa(

(3.5)

λ ) là suy hao do h p th b i mưa

β ( λ ) là suy hao do tán x nói chung (khơng k đ n mưa)
Đ tính suy hao do mưa gây ra ta dùng công th c CARBONNEAU sau:

α (λ ) mua = 1, 076.rain0,67 (dB/km)

(3.6)

Đ tính suy hao do tán x nói chung (khơng k đ n mưa) ta dùng cơng
th c t cơng trình nghiên c u P.W Kruse và I.I KIM

3, 912  λ nm 
β (λ ) =


V  550 

−q

(3.7)

3.5.2 Bài toán xây d ng kênh FSO
Cho m t giá tr t c đ bít, t l l i bít BER cho trư c l a ch n bư c
sóng trong d i cho phép. Tính tốn xây d ng m t kênh thơng tin quang
vô tuy n c th
* Công su t phát [ ph l c 2]
PT = (10 – 25) dBm

(3.8)

* Tính tốn suy hao do mưa theo cơng th c (3.13) tán x theo công
th c (3.14)
L os s = α ( λ ) .range + 10 log 10( β ( λ ) .range )

(3.9)

* Tính cơng su t thu
(3.10)

P R = PT − L O S S

* T yêu c u đ ra
- Cho bi t t c đ bít Rb có m t giá tr c th
−3
- Yêu c u t l l i bít BER ≤ 10

D a vào công th c
BER =

D a vào b ng erfc

1
e r fc (
2

eSN R
2

2

)

ph l c 2 tìm ra đư c giá tr eSNR

(3.11)

- 14 * Tính đ nh y c a máy thu
P s e n .η . λ
eSN R =

2 B .h c

⇒ Ps e n =

e S N R . 2 B .h c
η .λ

(3.12)

Trong đó các tham s đ u đã bi t
B đ r ng băng thơng tùy theo l a ch n t c đ bít cho trư c, eSNR v a
tìm đư c, h là h ng s Planck, c là t c ñ ánh sáng, λ bư c sóng tùy
ch n,

η là hi u su t lư ng t b thu quang v i b tách sóng b ng v t

li u CCD thì η trong kho ng t 30% ñ n 90%
* T PR đã tìm đư c ch n cơng su t d tr
Pm a g i n = 3 d B

(3.13)

* N u như
PR − Pmagin ≥ Psen ⇒ PR ≥ Psen + Pmagin

(3.14)

Thì h th ng ho t đ ng bình thư ng. T cơng su t thu v a tính
tốn ñư c xác ñ nh l i công su t phát nh công th c (3.19) xem th
công su t phát có m m trong d i cơng su t khuy n cáo c a thi t b c
th hay khơng.
V y ta đã th t th c hi n các bư c gi i m t bài tốn tính tốn xây
d ng m t kênh thơng tin vơ tuy n theo u c u t c đ tín hi u và t l
l i bít BER cho trư c
3.6 K t lu n chương
Chương 3 là cơ s lý thuy t ñ xây d ng m t m ng thông tin
quang vô tuy n. T nghiên c u v nhi t đ trong ngày, đ

m, sương

mù, khói b i đ t đó b ng các tính tốn c th nhà thi t k m ng ph i
bi t ñư c đ suy hao tín hi u trong kho ng cách thi t k đ bù cơng
su t, l a ch n bư c sóng sao cho phù h p.


- 15 CHƯƠNG 4
TÍNH TỐN TUY N THƠNG TIN QUANG VÔ TUY N XEM
XÉT Đ N CÁC ĐI U KI N KHÍ H U C TH
4.1 Gi i thi u chương
Chương này g m các ph n xây d ng các lưu đ thu t tốn và tính
tốn h th ng thông thông tin quang vô tuy n xem xét ñ n các ñi u
ki n khí h u c th . Chương trình mơ ph ng b ng ph n m m Matlab.
4.2 Xây d ng các lưu ñ thu t tốn và tính tốn h th ng thơng tin
quang vơ tuy n xem xét đ n các đi u ki n khí h u c th

4.2.1 Các tham s cơ b n
* Kho ng cách tuy n FSO : 1 km; mưa : 50-100 mm/h; b i trong
không khí 10-100 µg/m3; cơng su t d tr 3 dB
Các y u t th c nghi m cho ñư ng truy n quang vô tuy n là
* Công su t phát t 10 dBm – 25 dBm [ ph l c 2]
* T c ñ truy n tiêu bi u 2 Mbps, 100 Mbps, 155 Mbps, 625 Mbps,
1 Gbps, 1,25 Gbps.
* Bư c sóng : 830 nm – 1550 nm [ph l c 2]


- 16 4.2.2 Lưu đ thu t tốn
Start
Nh p d li u ñ u vào (kho ng cách, lư ng mưa,
ñ m, b i t ng, ñ nh y photon/bit), Margin
Tính t m nhìn (visibility) và h s Q
vịng l p qt các t c đ

vịng l p qt các bư c sóng kh d ng
Tính đ nh y máy thu và suy hao t ng

Vòng l p quét các giá tr công su t kh d ng
PR ≥ Psen + Margin

Sai

Đúng
Tính SNR
Tính BER
Sai
BER < BERchophep(t cđ ,bư csóng)

Đúng
Ghi l i thông s
Sai
Quét h t giá tr công su t
Đúng
Sai

Quét h t giá tr bư c sóng
Đúng

Sai
Quét h t giá tr t c ñ
Đúng
END


- 17 4.2.3 Di n gi i các bư c tính tốn b ng matlab
* Nh p d li u ñ u vào
Kho ng cách, bư c sóng, t c ñ , lư ng mưa, b i t ng trong khơng khí,
đ nh y, cơng su t phát, t c ñ theo m c [4.2.1]
* Công su t phát; Bư c sóng; T c đ bít theo các vịng l p
* T m nhìn theo đi u ki n th i ti t [mưa và b i t ng trong khơng khí]
* Tính suy hao cơng su t t ng

Loss = α ( λ ) mua .range + 10.log10( β (λ ).range) (dB/km)

* Tính cơng su t đ u vào máy thu theo công th c
PR = PT − L O S S

PR ≥ Psen + Pm a g in

* Tính t s tín hi u trên nhi u
P .η . λ
e S N R .2 B . h c
e S N R = sen
⇒ Ps e n =
2 B .h c
η .λ
* Tính t s tín hi u trên nhi u
BER =

1
e r fc (
2

eSN R
2

2

)

4.3 Mô ph ng b ng ph n m m Matlab
4.3.1 Chương trình
* Chương trình đư c vi t c th trên ph n m m Matlab


- 18 4.3.2 K t qu b ng ñ th c a chương trình tính tốn b ng Matlab
Hình 4.1 BER thay đ i theo cơng su t phát

bư c sóng 1550 nm và t c

đ 1.25 Gbps

Hình 4.3 BER thay đ i theo cơng su t thu

các lo i bư c sóng và t c

đ bít khác nhau

Nh n xét : Trên cơ s lưu đ thu t tốn và k t qu tính tốn c th ,
chương trình matlab th c hi n 3 vịng l p (cơng su t phát, bư c sóng và


- 19 t c đ bít) t đó có th nh p các giá tr tham s c a các vịng l p đ
đư c k t qu bi u th b ng hình nh và vi c l a ch n t h p giá tr nào
cho phù h p v i thi t k t ng tuy n c th
4.4 K t lu n chương
ng d ng ph n m m Matlab v i các tham s ñ u vào theo yêu c u
thi t k m t tuy n thông tin quang vô tuy n c th như kho ng cách,
bư c sóng, t c đ bít. Xây d ng lưu đ th t tốn, vi t chương trình mơ
ph ng ch y chương trình cho ra k t qu đ l a ch n tính kh thi cho
m t tuy n thông tin quang vô tuy n c th .
CHƯƠNG 5
THI T K TUY N THÔNG TIN QUANG VÔ TUY N T I ĐÀ
N NG VÀ MÔ PH NG B NG PH N M M OPTIWAVE
5.1 Gi i thi u chương
Chương này ki m nghi m l i vi c tính tốn và mơ ph ng b ng lý thuy t
chương 4 khi xây d ng m t m ng thông tin quang vô tuy n c th .
5.2 Các thông s c th c a tuy n thơng tin t Trung tâm Hành

Chính thành ph Đà N ng s 45 Tr n Phú ñ n Trung tâm thơng tin
di đ ng khu v c 3 (Mobifone) khu công nghi p An Đ n s 315 Ngô
Quy n TP Đà N ng.
5.2.1 Các tham s c a m ng quang vô tuy n
* Kho ng cách tuy n FSO : 1 km; mưa : 50-100 mm/h; b i trong
khơng khí 10-100 µg/m3; cơng su t d tr 3 dB
Các y u t th c nghi m cho đư ng truy n quang vơ tuy n là
* Công su t phát t 10 dBm – 25 dBm [ph l c 2]
* T c ñ truy n tiêu bi u 2 Mbps, 100 Mbps, 155 Mbps, 625 Mbps, 1
Gbps, 1,25 Gbps.
* Bư c sóng : 830 nm – 1550 nm


- 20 5.2.2 Xây d ng hình nh

Quang vơ tuy n

Sơng Hàn
Trung tâm Hành Chính thành

C t anten Mobifone khu công

ph Đà N ng s 45 - Tr n Phú

nghi p An Đ n s 315 Ngô Quy n
TP Đà N ng.

Hình 5.1 Hình nh mơ ph ng tuy n thơng tin quang vơ tuy n
Trung tâm Hành Chính thành ph Đà N ng có d án xây d ng trên khu
ñ t s 45 ñư ng Tr n Phú v i chi u cao 103 mét, c t anten Mobifone

khu v c 3 thu c khu công nghi p An Đ n s 315 Ngô Quy n TP Đà
N ng cao 65 mét. Kho ng cách ño ñư c theo đư ng b đi qua c u Sơng
Hàn là 1,2 km n u tính theo đư ng th ng chim bay thì kho ng 1 km và
cũng l a ch n con s trịn cho d tính tốn trong q trình mơ ph ng


- 21 5.3 Mô ph ng b ng ph n m m optiwave
5.3.1 Xây d ng h th ng thu phát trên ph n m m optiwave

Hình 5.2 Hình nh mô ph ng tuy n thông tin quang vô tuy n b ng ph n
m m Optiwave
5.3.2 K t qu ch y chương trình trên ph n m m optiwave

Hình 5.3 Hình nh gi n đ m t mơ ph ng tuy n thông tin quang vô
tuy n b ng ph n m m Optiwave v i các tham s công su t phát 25
dBm; kho ng cách 1 km; suy hao t ng 35 dB/km; t c đ bít 1.25 GHz;
bư c sóng 1550 nm


- 22 -

Hình 5.6 Hình nh gi n đ m t mô ph ng tuy n thông tin quang vô
tuy n b ng ph n m m Optiwave v i các tham s công su t phát 25
dBm, kho ng cách 1 km, suy hao t ng 25 dB/km, t c đ bít 100 Mbps;
bư c sóng 830 nm
5.3.3 Bi u di n đ th các tham s

Hình 5.8 Hình nh ñ th bi u di n quan h gi a cơng su t phát và t l
l i bít theo s li u ch y mô ph ng tuy n thông tin quang vô tuy n b ng
ph n m m Optiwave v i các tham s công su t phát t 10-25 dBm;

- 23 kho ng cách 1 km; suy hao t ng 35 dB/km; t c đ bít 100 Mbps; bư c
sóng 830 nm
5.4 K t lu n chương
D a trên cơ s các tham s đã đư c tính tốn

chương 4 ph n

chương trình mơ ph ng b ng ph n m m Optiware ñư c th hi n b ng
các gi n ñ m t và ghi l i các giá tr (PT, BER) đó và bi u di n thành
ñ th tương t như k t qu ch y chương trình Matlab như v y vi c tính
tốn lý thuy t hoàn toàn h p lý.